Al布线材料制造技术

本发明专利技术提供一种兼顾芯片损伤的抑制与耐热冲击性的新Al布线材料。一种Al布线材料(方案1)，其包含Al芯材、以及被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层，在将Al芯材的维氏硬度记为H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Al布线材料


[0001]本专利技术涉及一种Al布线材料。进而，涉及一种包含该Al布线材料的半导体装置。

技术介绍

[0002]在半导体装置中，通过接合线或接合带(也将它们统称为“布线材料”)来对被形成在半导体芯片上的电极与引线框架或基板上的电极之间进行连接。在功率半导体装置中，主要使用以铝(Al)为材质的布线材料(以下，也简称为“Al布线材料”)，例如，在专利文献1中，示出了在功率半导体模块中，使用的Al接合线的例子。此外，在使用了Al布线材料的功率半导体装置中，作为接合方法，与半导体芯片上电极的第1连接、以及与引线框架或基板上的电极的第2连接均使用了楔接合。
[0003]使用了Al布线材料的功率半导体装置多被用作空调或太阳能发电系统等大功率设备、以及车载用的半导体装置。在这些半导体装置中，在装置动作时，布线材料与被连接构件的连接部会被暴露于120℃以上的高温。此外，当高电压的ON/OFF高速地进行时，会成为重复升温与降温的严酷环境。在使用仅由高纯度的Al构成的材料作为布线材料的情况下，在装置动作时的温度环境下，布线材料的软化容易进行，因此难以在高温环境下使用。
[0004]由向Al中添加特定的元素得到的材料构成的Al布线材料被提出。例如，在专利文献2中，公开了一种Al接合线，其机械强度因向Al中添加0.05～1重量％的钪(Sc)并使其析出固化而提高。在专利文献3中，公开了：含有镍(Ni)、硅(Si)及磷(P)中的1种以上合计800重量ppm以下的Al布线材料呈现出良好的接合强度和耐候性。
[0005]先行技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2002
‑
314038号公报
[0008]专利文献2：日本特表2016
‑
511529号公报
[0009]专利文献3：日本特开2016
‑
152316号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的技术问题
[0011]在伴随装置的动作循环的温度变化较为显著的功率半导体装置中，会产生伴随温度变化的冲击性的热应力(以下，也将上述现象称为“热冲击”)，Al布线材料与被连接构件的连接部等有时会损伤。详细而言，随着伴随装置的动作循环的温度变化，由于Al布线材料与被连接构件的热膨胀率差，有时会在连接部界面产生裂纹(以下，也将上述现象称为“接合裂纹(bond crack)”)。在功率半导体装置中，还会存在以下情况：由于Al布线材料自身的伸缩所导致的弯曲应力，在连接部附近的线弧立起部产生裂纹(以下，也将上述现象称为“跟裂纹(heel crack)”)。由于在装置动作时反复发生的热冲击，这些接合裂纹及跟裂纹会进展，最终存在以下情况：因Al布线材料从被连接构件剥离等，接合可靠性被损害。
[0012]关于上述接合裂纹，能够通过抑制高温环境下的Al布线材料的软化，并维持强度，
从而抑制其产生。例如，添加了Sc等的Al布线材料能够在高温环境下维持强度，并能够在装置动作时的环境下抑制接合裂纹。另一方面，由于较高的强度，在装置动作时的环境下，跟裂纹容易进展。
[0013]关于跟裂纹，能够通过使用软质的Al布线材料来抑制其产生。例如，以低浓度添加了高纯度的Al布线材料或Ni的Al布线材料比较软质，能够抑制跟裂纹。另一方面，高温环境下的软化容易进行，在装置动作时的环境下，接合裂纹容易进展。
[0014]关于像这样在高温环境下呈现高强度的现有的Al布线材料，由于在装置动作时反复发生的热冲击，跟裂纹容易进展，此外，关于软质的现有的Al布线材料，由于在装置动作时反复发生的热冲击，接合裂纹容易进展，无论在哪一者中，针对伴随装置的动作循环的热冲击的耐性(以下，也简称为“耐热冲击性”)都存在改善的余地。此外，关于前者的高强度的Al布线材料，当不通过热处理等对强度充分地进行调整时，在向被连接构件的连接时，被连接构件有时会损伤(以下，也将上述现象称为“芯片损伤(chip damage)”)。
[0015]本专利技术的目的在于提供一种表示出良好的耐热冲击性，并能够进一步抑制芯片损伤的新Al布线材料。
[0016]用于解决技术问题的技术手段
[0017]本专利技术人们针对上述问题进行了专心研究，结果发现能够通过具有下述构成的Al布线材料来解决上述问题，基于上述认识，进一步反复研究，由此完成了本专利技术。
[0018]即，本专利技术包含以下的内容。
[0019][1]一种Al布线材料，其包含Al芯材和被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层；
[0020]在将Al芯材的维氏硬度记为H
1s
(Hv)，将Al被覆层的维氏硬度记为H
1h
(Hv)时，满足1.2≤H
1h
/H
1s
。
[0021][2]如[1]所述的Al布线材料，其中，在将Al布线材料的线径记为D(μm)时，Al芯材的线径d
1sc
(μm)满足
[0022]0.5D≤d
1sc
≤0.95D。
[0023][3]如[1]或[2]所述的Al布线材料，其中，在将Al芯材中的Al含量记为x1(质量％)，将Al被覆层中的Al含量记为x2(质量％)时，满足95≤x2＜x1的关系。
[0024][4]一种Al布线材料，其包含Al芯材和被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层；
[0025]在将Al芯材的维氏硬度记为H
2h
(Hv)，将Al被覆层的维氏硬度记为H
2s
(Hv)时，满足1.2≤H
2h
/H
2s
。
[0026][5]如[4]所述的Al布线材料，其中，在将Al布线材料的线径记为D(μm)时，Al芯材的线径d
2hc
(μm)满足
[0027]0.25D≤d
2hc
≤0.7D。
[0028][6]如[4]或[5]所述的Al布线材料，其中，在将Al芯材中的Al含量记为y1(质量％)，将Al被覆层中的Al含量记为y2(质量％)时，满足95≤y1＜y2的关系。
[0029][7]一种Al布线材料，其包含Al芯材和被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层；
[0030]Al被覆层含有从由Mg、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zn及Si构成的组中选择的1种以上的元素(以下，称为“第1组元素”)总计0.2～3质量％；
[0031]Al芯材含有元素周期表第10族的金属元素总计0～500质量ppm。
[0032][8]如[7]所述的Al布线材料，其中，在将Al布线材料的线径记为D(μm)时，Al芯材
的线径d(μm)满足
[0033]0.5D≤d≤0.95D。
[0034][9]一种Al布线材料，其包含Al芯材和被形成于该Al芯材的表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种Al布线材料，其包含Al芯材、以及被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层；在将Al芯材的以单位Hv计的维氏硬度记为H
1s
，将Al被覆层的以单位Hv计的维氏硬度记为H
1h
时，满足1.2≤H
1h
/H
1s
。2.如权利要求1所述的Al布线材料，其中，在将Al布线材料的以μm为单位的线径记为D时，Al芯材的以μm为单位的线径d
1sc
满足0.5D≤d
1sc
≤0.95D。3.如权利要求1或2所述的Al布线材料，其中，在将Al芯材中的以质量％计的Al含量记为x1，将Al被覆层中的以质量％计的Al含量记为x2时，满足95≤x2＜x1的关系。4.一种Al布线材料，其包含Al芯材、以及被形成于该Al芯材的表面的Al被覆层；在将Al芯材的以单位Hv计的维氏硬度记为H
2h
，将Al被覆层的以单位Hv计的维氏硬度记为H
2s
时，满足1.2≤H
2h
/H
2s
。5.如权利要求4所述的Al布线材料，其中，在将Al布线材料的以μm为单位的线径记为D时，Al芯材的以μm为单位的线径d
2hc
满足0.25D≤d
2hc
≤0.7D。6.如权利要求4或5所述的Al布线材料，其中，在将Al芯材中的以质量％计的Al含量设为y1，将Al被覆层中的以质量％计的Al含量设为y2时，满...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗原佑仁，小田大造，江藤基稀，大石良，小山田哲哉，宇野智裕，
申请(专利权)人：日铁化学材料株式会社，
类型：发明
国别省市：