半导体装置制造方法及图纸

半导体装置具有半导体芯片、导体图案、焊料合金层以及金属间化合物层。导体图案由金属(例如Cu)构成，经由焊料合金层与半导体芯片的下表面连接。金属间化合物层形成于半导体芯片的下表面与焊料合金层的边界，且具备从下表面侧朝向导体图案侧的凹凸面。半导体芯片的下表面具备包含下表面的中心的第一区域以及包含下表面的外周的第二区域。如图2所示，关于金属间化合物层的厚度，与下表面的第一区域重叠的部分的平均厚度比与第二区域重叠的部分的平均厚度厚。均厚度厚。均厚度厚。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置


[0001]本专利技术涉及一种半导体装置，例如涉及一种具备经由焊料与芯片连接部连接的半导体芯片的半导体装置。

技术介绍

[0002]日本特开2007
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109834号公报(专利文献1)记载了如下结构：作为功率用IGBT模块，在经由焊料接合层安装有半导体芯片的半导体装置中，在中央面部及外周面部分别配置组分不同的焊料。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2007
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109834号公报

技术实现思路

[0006]专利技术所要解决的课题
[0007]被称为功率半导体装置(功率模块)的半导体装置具有用于控制电力的元件。功率半导体装置是将功率用的半导体芯片经由焊料搭载于基板等芯片连接部，并根据需要连接有散热部件等的半导体装置。功率半导体装置需要提高半导体芯片的连接所使用的焊料合金层的连接可靠性。特别是在近年，可在高温下工作的功率用半导体芯片的开发也不断进行。因此，对功率半导体装置要求高温环境下的连接可靠性。
[0008]本专利技术的目的在于提供一种提高介于半导体芯片与芯片连接部之间的焊料合金层的连接可靠性的技术。
[0009]用于解决课题的方案
[0010]一实施方式的半导体装置具有：第一半导体芯片，其具有第一面以及上述第一面的相反侧的第二面；第一芯片连接部，其由金属构成，经由第一焊料合金层与上述第一半导体芯片的上述第二面连接；上述第一焊料合金层，其配置于上述第一半导体芯片的上述第二面与上述第一芯片连接部之间；以及第一金属间化合物层，其形成于上述第一半导体芯片的上述第二面与上述第一焊料合金层的边界，且具备从上述第二面侧朝向上述第一芯片连接部侧的凹凸面。上述第二面具备包含上述第二面的中心的第一区域以及包含上述第二面的外周的第二区域。关于上述第一金属间化合物层的厚度，与上述第二面的第一区域重叠的第一部分的平均厚度比与上述第二区域重叠的第二部分的平均厚度厚。
[0011]另一实施方式的半导体装置具有：第一半导体芯片，其具有第一面以及上述第一面的相反侧的第二面；第一芯片连接部，其由金属构成，经由第一焊料合金层与上述第一半导体芯片的上述第二面连接；上述第一焊料合金层，其配置于上述第一半导体芯片的上述第二面与上述第一芯片连接部之间；以及第一金属间化合物层，其形成于上述第一半导体芯片的上述第二面与上述第一焊料合金层的边界，且具备从上述第二面侧朝向上述第一芯片连接部侧的凹凸面。上述第二面具备包含上述第二面的中心的第一区域以及包含上述第
二面的外周的第二区域。上述第一金属间化合物层具有与上述第二面的第一区域重叠的第一部分以及与上述第二区域重叠的第二部分。上述第一部分处的上述凹凸面的高低差比上述第二部分处的上述凹凸面的高低差大。
[0012]专利技术效果
[0013]根据本申请所公开的专利技术，能够提高介于半导体芯片与芯片连接部之间的焊料合金层的连接可靠性。
[0014]上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
[0015]图1是示意性地表示一个实施方式的半导体装置的结构例的说明图。
[0016]图2是放大表示将图1所示的多个半导体芯片中的一个和导体图案电连接的焊料合金层的周边的放大剖视图。
[0017]图3是图2所示的半导体芯片的下表面侧的俯视图。
[0018]图4是在与图2相同的放大截面中示出对焊料合金层的厚度进行比较的范围的放大剖视图。
[0019]图5是相对于图3的变形例的半导体装置所具备的半导体芯片的下表面侧的俯视图。
[0020]图6是搭载图1所示的半导体芯片的导体图案的俯视图。
[0021]图7是相对于图2的变形例的半导体装置所具备的半导体芯片周边的放大剖视图。
[0022]图8是示意性地表示在相对于图2的研究例的半导体装置的连接构造中产生的龟裂的种类的放大剖视图。
具体实施方式
[0023]在用于说明以下的实施方式的各图中，原则上对同一部件标注同一符号，并省略其重复的说明。另外，功能上相同的元件有时用相同或对应的编号显示。另外，以下，有时为了使附图容易理解，即使是俯视图也标注阴影线。此外，附图示出了基于本公开的原理的实施方式和安装例，但它们是用于本公开的理解的图，绝非用于限定性地解释本公开。本说明书的描述是典型的示例。
[0024]在本实施方式中，为了本领域技术人员实施本公开而充分详细的进行其说明，但需要理解的是，也能够是其它的安装、方式，能够不脱离本公开的技术思想的范围和精神地进行结构、构造的变更、各种要素的置换。
[0025]在以下的实施方式的说明中，作为半导体装置的一例，举出在形成于绝缘基板上的金属图案上经由焊料搭载多个半导体芯片并模块化而成的半导体装置(功率半导体装置、功率模块)来进行说明。但是，以下说明的技术只要是具备经由焊料与芯片连接部连接的半导体芯片的半导体装置，就能够应用于各种变形例。
[0026]另外，在以下的实施方式的说明中，作为经由焊料合金层连接有半导体芯片的芯片连接部的例子，例示性地列举形成于绝缘基板上的金属制的导体图案来进行说明。但是，芯片连接部存在各种变形例，例如能够例示与半导体芯片电连接的引线部件、支撑半导体芯片的引线框的芯片座、或者与半导体芯片电连接的其它电子元件的电极等。
[0027]＜半导体装置的结构例＞
[0028]图1是示意性地表示本实施方式的半导体装置的结构例的剖视图。半导体装置100具有多个半导体芯片(半导体芯片10及20)和搭载有半导体芯片10及20的基板30。基板30具有绝缘基板31、形成于绝缘基板31的上表面31t的多个导体图案32、以及形成于绝缘基板31的下表面31b的导体图案33。半导体芯片10及20搭载于多个导体图案32所包含的导体图案32A。搭载有半导体芯片10及20的基板30经由焊料合金层2搭载于底板3上。搭载于底板3上的基板30与半导体芯片10及20一起被罩4覆盖，并且容纳于被罩4及底板3包围的空间内。在被罩4及底板3包围的空间内填充有例如作为凝胶状的绝缘材料的密封材料5，半导体芯片10及20和导线6被密封材料5密封。
[0029]基板30例如在作为陶瓷基板的绝缘基板31的两面粘贴有金属膜，该金属膜被图案化而构成电路。基板30能够使用DBC(Direct Bond Copper)或DBA(Direct Bond Aluminum)，DBC(Direct Bond Copper)使用以铜为主成分的金属作为导体图案32以及33，DBA(Direct Bond Aluminum)使用以铝为主成分的金属作为导体图案32以及33。但是，构成搭载半导体芯片10及20的芯片搭载部(芯片连接部)的材料能够应用各种金属材料。例如，即使在连接于由Cu、Al、Cu
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Mo、Al
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SiC(铝与碳化硅的复合材料)、Mg
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其特征在于，具有：第一半导体芯片，其具有第一面以及所述第一面的相反侧的第二面；第一芯片连接部，其由金属构成，经由第一焊料合金层与所述第一半导体芯片的所述第二面连接；所述第一焊料合金层，其配置于所述第一半导体芯片的所述第二面与所述第一芯片连接部之间；以及第一金属间化合物层，其形成于所述第一半导体芯片的所述第二面与所述第一焊料合金层的边界，且具备从所述第二面侧朝向所述第一芯片连接部侧的凹凸面，所述第二面具备包含所述第二面的中心的第一区域以及包含所述第二面的外周的第二区域，关于所述第一金属间化合物层的厚度，与所述第二面的第一区域重叠的第一部分的平均厚度比与所述第二区域重叠的第二部分的平均厚度厚。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第一芯片连接部具备第三面，在从所述第一面侧观察所述第一半导体芯片的俯视下，该第三面与整个所述第二面对置，在所述第一芯片连接部的所述第三面与所述第一焊料合金层的边界形成有第二金属间化合物层，该第二金属间化合物层具备从所述第三面侧朝向所述第一半导体芯片侧的凹凸面，关于所述第二金属间化合物层的厚度，与所述第二面的第一区域重叠的第三部分的平均厚度比与所述第二区域重叠的第四部分的平均厚度厚。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，关于所述第一焊料合金层的厚度，与所述第二面的所述第二区域重叠的第五部分比与第一区域重叠的第六部分的平均厚度的平均厚度厚。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述第二区域的面积比所述第一区域的面积大。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域彼此相邻，将所述第一区域进行了圆形换算时的直径的长度相对于将所述第二面进行了正方形换算时的一边的长度为1/3以上。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，与所述第二面的第一区域重叠的第一部分的平均厚度比与所述第二区域重叠的第二部分的平均厚度厚，为三倍以上。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫崎高彰，山崎真尚，串间宇幸，
申请(专利权)人：株式会社日立功率半导体，
类型：发明
国别省市：