本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置具有第一部件、第二部件以及将所述第一部件和所述第二部件接合的连接材料。所述连接材料具有：Al系层、在所述Al系层和所述第一部件之间设置的第一Zn-Al系层以及在所述Al系层和所述第二部件之间设置的第二Zn-Al系层。通过使用该连接材料，在连接时能够抑制连接材料的表面的Al氧化膜的形成，能够得到用Zn-Al合金不能得到的良好的浸润性。另外，在接合后存留有Al系合金层的场合，由于柔软的Al作为应力缓冲材料发挥功能，所以能够得到很高的接合可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及接合材料的技术，特别是涉及在该接合材料的构造及制造方法以及在使用了该接合材料的半导体装置、高功率半导体装置、高功率模块等上使用有效的技术。
技术介绍
作为本专利技术者研究的技术，用图1及图2对使用了接合材料的半导体装置进行说明，图1是显示现有半导体装置的构造的图。图2是说明再熔融的焊料形成的溢出(flush) 的图。如图1所示，半导体装置7是如下制造的将半导体元件1通过焊料3接合在框架 2上，通过金属线4将引线5的内引线与半导体元件1的电极进行引线接合后，由封装用树脂6或惰性气体进行封装。该半导体装置7是通过Sn-Ag-Cu系的中温的无铅焊料由回流焊焊接在印制基板上。Sn-Ag-Cu系无铅焊料的熔点约220°C，较高，在进行回流接合时要设想接合部能加热到最高^KTC。因此，为了构成温度梯度，在进行半导体装置内部的半导体元件的管芯焊接时， 需要使用有^KTC以上的熔点的高铅焊料。高铅焊料作为构成成分含有85wt. %以上的铅， 与2006年7月开始施行的RoHS指令中禁止的Sn-Pb共晶焊料相比，对环境造成的负担大。 因此，急切期待着取代高铅焊料的替代接合材料的开发。现在，由于已经开发出的Sn-Ag-Cu系等的焊料的熔点为260°C以下，所以，使用在半导体元件的管芯焊接上时，在二次实装时(最高温度^KTC)，焊料会熔融。当使用树脂将接合部周围铸型时，如果内部的焊料熔融，如图2所示，由于熔融时的体积膨胀，焊料3会从封装用树脂6与框架2的界面漏出，称为“溢出(flush)”。或者既便还没有漏出也是要漏出状动作，其结果，凝固后，成为在焊料中形成大的空隙8的不良品。作为替代材料的候补， 在熔点方面报导了 Au-Sn、Au-Si、Au-Ge等的Au系焊料和Zn、Zn-Al系焊料及Bi、Bi-Cu, Bi-Ag等的焊料，正在全球推进着研究。但是，Au系的焊料作为构成成分含有80wt. %以上的Au，因成本方面问题而在通用性上有困难。Bi系焊料的热传导率约为9W/mK，比现行的高铅焊料低，能够推定难以在要求高散热性的高功率半导体装置及高功率模块等上使用。另外，Si及Si-Al系焊料具有约 100ff/mK高的热传导率，但难以浸润(特别是&1-A1系焊料)，焊料硬，有在接合后的冷却时半导体元件因热应力而易损坏的问题。在专利文献1 (特开2002-358539号公报)和专利文献2 (特开2004-358540号公报)中，是通过做成:1 7wt. %Al、0.5 6wt. %Mg,0. 1 20wt. %Ga,0. 001 0. 5wt. % P、余量为 Zn，2 9wt. %Ge、2 9wt. % ΑΙ,Ο. 001 0. 5wt. % P、余量为 Zn，或 2 9wt. % Ge,2 9wt. % Α1、0· 01 0. 5wt. % Mg、0. 001 0. 5wt. % P、余量为 Zn，使 Zn 系焊料合金相对于Cu和Ni的浸润性提高且熔点降低。但是，由于成分是Al和Mg，所以通过接合时的加热，Al氧化物及Mg氧化物会在熔融部表面生成膜。由于这些膜会阻碍浸润，所以如果不通过擦刷等机械性弄破膜，就有可能得不到充分的浸润。另外，关于焊料的硬度，由于还没有得到改善，所以不能期待能够改善接合后的冷却时或温度循环时的热应力对半导体元件的破坏。在专利文献3 (特开2002-26110号公报)中，是通过在&ι_Α1系合金的最表面设置^uAgju层，抑制Si-Al系合金表面的氧化，实现浸润性的提高。但是，为了设置h、Ag 及Au层，需要在Si-Al表面实施镀层及蒸镀等的处理，涉及到材料制造的工序增加。另外， 与上述同样，在添加了 ^的场合有可能使硬度降低，不能期待抑制接合后的冷却时的热应力造成的半导体元件的破坏的效果。
技术实现思路
本专利技术者考虑了是否能由&1-A1系合金实现高铅焊料的替代。在上述的现有技术中，没有考虑到以下问题由于在ai-ΑΙ系合金中含有Al，所以不能确保充分的浸润性。由于要在ai-Α 系合金上进行表面处理，会增加材料制造时的工序。不能抑制接合后的冷却时或温度循环时的热应力造成的半导体元件的破坏。本专利技术考虑到了这些问题，提供的接合材料能够适用于接合具有^KTC以上熔点的ai-Α 系合金，改善接合时的浸润性，减少材料制造时的工序，提高对热应力的接合可靠性。从本说明书的记载以及附图中可以明确本专利技术的新颖性特征。如下简单地说明本申请中公开的专利技术中的代表性的内容的概要。本专利技术提供一种在Al系合金层的最表面设置了 Si系合金层的接合材料。特别提供一种上述Al系合金层的Al含有率为99 IOOwt. %的接合材料或上述Si系合金层的 Zn含有率为90 IOOwt. %的接合材料。另外，本专利技术提供一种接合材料的制造方法，是将由在系合金层上的Al系合金层以及在其上的ai系合金层构成的接合材料，通过包层压延或加压成形来制造。另外，本专利技术还提供使用上述接合材料将半导体元件接合在框架上的半导体装置 (管芯焊接构造)、将金属罩接合在基板上的半导体装置(气封构造)、通过凸起接合的半导体装置(翻装晶片构造)。附图说明图1是显示现有的半导体装置的构造的图。图2是说明在图1的半导体装置上再熔融了的焊料而形成的溢出的图。图3是说明本专利技术的实施方式的包层压延的图。图4是说明本专利技术的实施方式的加压成形的图。图5是显示本专利技术的实施方式中的接合材料的截面的图。图6是显示在本专利技术的实施方式中使用了表1的接合材料(实施例1 12)的半导体装置的截面的图。图7是显示在图6的半导体装置中接合材料形成的接合部的截面照片的图。图8是显示本专利技术的实施方式中使用了表1的接合材料(实施例13 24)的另外的半导体装置的截面的图。图9是显示图6的半导体装置中的接合材料一体型的金属罩的图。图10是显示本专利技术的实施方式中的使用了表1的接合材料的另一个半导体装置的截面及安装构造的图。具体实施例方式以下基于附图详细说明奔放的实施方式。另外，在用于说明实施方式的全图中，作为原则对同一的部件付与同一符号，并省略重复说明。本专利技术的实施方式的概要第1专利技术提供一种在Al系合金层的最表面设置了 Si系合金层的接合材料。由于 Si-Al系合金有Al成分，所以在熔融的瞬间，在表面形成Al氧化物膜，因此如果不机械性破坏氧化物膜就不能得到充分的浸润性。由于本专利技术的接合材料的表面是仅作为杂物含有Al 的Si系合金，所以在接合时，能够在Si系合金与Al系合金反应形成Al氧化物膜之前确保充分的浸润性。另外，由于在接合时熔融部为Si-Al系合金，所以，熔点降至380°C左右。由此，由于比Si的熔点420°c低，所以与纯Si相比，能够减少接合后的冷却时发生的热应力， 能够抑制半导体元件的破坏。通过在接合时使Al合金层留存，较软的Al可作为应力缓冲材料发挥功能，因此能够提高接合可靠性。既便在接合时温度不上升到Si的熔点的420°c， 只要是380°c以上的温度，在相接触的Si层与Al层之间产生扩散，形成熔点380°C的Si-Al 共晶，由此能够接合。第2专利技术是提供一种上述Al系合金层的Al含有率为99 IOOwt. %的接合材料。 Al的纯度越接近1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：池田靖，冈本正英，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：
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