半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制造方法，其通过使来自热时效处理温度的冷却速度适当，能够提高半导体芯片的表面电极与金属丝的接合部的可靠性。在将添加Ni的铝金属丝（10）键合在半导体芯片（5）的Al-Si电极膜（表面电极7）之后，在300℃以下的高温下进行热时效处理，然后，按照1℃/min以下的冷却速度进行逐渐冷却，由此能够除去键合时的加工应变，抑制热时效处理后的冷却时所导入的热应变，从而能够提供具有高可靠性的半导体器件（100）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种向半导体芯片的表面电极上的金属丝键合方法。
技术介绍
最近几年，要求汽车仪器控制装置或者电动汽车驱动控制装置等小型轻量化。所述驱动控制装置为了从电池等直流电源获取驱动电动机的交流(电)，使用对大电流进行高速开关的半导体器件。对应该大电力化、即电子部件的动作电流的增大，在半导体器件内的各个半导体芯片间、半导体芯片和半导体芯片紧固的带导电图案绝缘基板间等的电连接中使用以铝为主要成分的金属丝。在这种半导体器件中，从小型轻量化并且高功能化和耐环境性等观点来看，要求 承受严酷的热循环、功率循环，并且要求高寿命。在作为用于满足该要求的一个接合方法的金属丝键合技术中海要求高的可靠性。图10是现有的半导体器件200的主要部分结构图。该半导体器件是IGBT模块的例子。图11是超声波键合装置300的概略图。该超声波键合装置300还称作超声波接线机(wire bonder)ο在图10中，51是散热底板，52是焊锡，53是带导电图案绝缘基板，54a、54b是导电图案，55是半导体芯片，56是背面电极，57是表面电极，58是焊锡，59是外部导出端子，60是金属丝，63是外壳，64是凝胶，200是现有的半导体器件。该半导体器件200此处列举功率模块为例。在图10中，左侧的半导体芯片55 (C)例如是IGBT (绝缘门极型双极晶体管)，右侧的半导体芯片55 (D)是续流二极管，彼此反并联连接。另外，在图11中，76是金属丝保持件，77是金属丝夹，78是金属丝切割机，79是超声波喇叭，80是支承臂，81是键合工具保持件，82是键合工具，300是超声波键合装置。金属丝60从未图示的金属丝供给单元通过金属丝保持件76被供给到键合工具82。键合工具82在作为第一(1st)键合位置的半导体芯片55上移动。接着，操作金属丝夹77和键合工具82，将金属丝60的前端按压在半导体芯片55的表面电极57上。接着，在加压了的状态下从未图示的超声波振动单元产生的超声波振动经由超声波喇叭79传达到键合工具72。由此，金属丝60被接合在半导体芯片55的表面电极57。接着,按照形成弧状的环形部的方式供给金属丝60，并且使键合工具72移动至作为第二(2nd)键合部的导电图案54b。进行与前述同样的键合操作，将金属丝60与导电图案54b接合。然后，用金属丝切割机78切断金属丝60。根据该一系列操作，半导体芯片55彼此以及与导电图案54b之间被金属丝60电连接。作为半导体器件200的构造，对于导致高温操作时的故障的位置，不能根据模块的结构、使用材料一概地断定。但是，着眼于导致在半导体芯片55的表面电极57上键合有金属丝60的构造的故障的位置时，起因于该金属丝60的情况不少。因此，提高半导体芯片55的表面电极与金属丝60的接合部60a的可靠性在提高半导体器件200的可靠性方面非常重要。为了提高金属丝键合的接合部60a的可靠性，例如在专利文献I中，展示了对金属丝环形部进行变形加工的方法。还记载了根据该方法，降低功率循环、热循环试验时产生的应力以提闻容量。另外，在专利文献2中，展示了在第一个键合(bond)之前预先对金属丝前端部进行变形加工后的状态下进行键合的情况。还记载了根据该方法，能够实现提高接合部的接合面积、提闻容量。另外，在键合金属丝中为了使其具有耐腐蚀性，广泛使用添加有微量的Ni的Al金属丝作为材料，根据制造条件来控制组成、组织状态。 另外，在专利文献3中还记载了，将具有电极片(pad)的半导体元件与具有中继片(pad，垫)的基板接合，在电极片和中继片上通过进行超声波接合来接合金属丝。将该基板回流锡焊在散热板上，并且对电极片与金属丝的接合部实施热时效处理，以提高接合持久性。另外，在专利文献4中还记载了，能够提供一种可靠性高的半导体器件，其通过使被键合在半导体元件上的电极片上的铝金属丝接合部的结晶颗粒的大小变得均一，能够通过抑制热应力引起的断裂的加剧来抑制热循环引起的金属丝接合部的劣化。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2003-303845号公报专利文献2 :日本特开平11-330134号公报专利文献3 日本特开2004-179484号公报专利文献4 日本特开平7-135234号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在利用上述金属丝键合产生的荷重、利用超声波进行的加工后，接合部60a的金属丝60的组织因加工应变，结晶颗粒细微化，接合部60a的硬度增大。该颗粒尺寸在金属丝键合的接合部60a的上部母材(金属丝60)中，例如细微成亚(sub) μ m 数μπι左右。对该颗粒尺寸变得细微的接合部60a实施热时效处理，由此颗粒尺寸粗大化，能够提高功率循环容量。但是，在该热时效处理中被保持高温后，将键合有金属丝60的半导体芯片55冷却至室温时，根据冷却条件，热应变被导入半导体芯片55的表面电极57和金属丝60的接合部60a，金属丝60母材的结晶颗粒再次细微化，硬度增大。接合部60a的硬度增大时，接合部60a的功率循环容量下降。其结果是，作为功率模块的半导体器件200的可靠性下降。另外，在前述专利文献I 4中并未记载在金属丝键合后进行热时效处理，在其后的冷却中，通过降低冷却速度，来抑制热应变的导入，提高半导体芯片的表面电极与金属丝的接合部的可靠性。本专利技术的目的在于，解决前述的课题，提供一种，S卩，通过使来自热时效处理温度的冷却速度适当，能够提高半导体芯片的表面电极与金属丝的接合部的可靠性。用于解决课题的方法为了达到前述的目的，根据技术方案的范围的第一方面所述的专利技术，是在半导体芯片的表面电极键合有金属丝的，包括将所述金属丝键合在所述表面电极上后，将前述金属丝和前述表面电极保持在200°C以上、300°C以下的高温的工序(热时效处理工序)；和按照1°C /min以下的冷却速度冷却前述金属丝的工序(渐冷工序)。另外，根据技术方案的第二方面所述的专利技术，在第一方面所述的专利技术中，前述冷却速度是O. 5°C /min以下。另外，根据技术方面的第三方面所述的专利技术，在第一或第二方面所述的专利技术中，前述金属丝的原材料是添加有O. 03质量％以下的Ni元素的铝或者纯铝。另外，根据技术方面的第四方面所述的专利技术，在第一 第三方面任意一项所述的专利技术中，前述表面电极的原材料是添加有微量Si元素的铝。专利技术效果根据本专利技术，将添加Ni的铝金属丝键合在半导体芯片的Al-Si电极膜上后，在300°C以下的高温下进行热时效处理，然后，按照1°C /min以下的冷却速度实施慢慢冷却，由此，能够除去键合时的加工应变，能够抑制在热时效处理后的冷却时所导入的热应变。通过除去加工应变、防止导入热应变，能够延长功率循环试验的故障寿命，并且能够达到目标三万次以上的故障循环数，能够提供高可靠性的半导体器件。附图说明图I是本专利技术的一个实施例的半导体器件的主要部分制造工序截面图。图2是接着图I的本专利技术的一个实施例的半导体器件的主要部分制造工序截面图。图3是接着图2的本专利技术的一个实施例的半导体器件的主要部分制造工序截面图。图4是接着图3的本专利技术的一个实施例的半导体器件的主要部分制造工序截面图。图5是接着图4的本专利技术的一个实施例的半导体器件的主要部分制造工序截面图。图6是接着图5的本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，是在半导体芯片的表面电极上键合有金属丝的半导体器件的制造方法，特征在于，包括：将所述金属丝键合在所述表面电极上后，将所述金属丝和所述表面电极保持在200℃以上、300℃以下的高温的工序；和按照1℃/min以下的冷却速度逐渐冷却所述金属丝的工序。

【技术特征摘要】
2011.06.23 JP 2011-1390181.一种半导体器件的制造方法，是在半导体芯片的表面电极上键合有金属丝的半导体器件的制造方法，特征在于，包括 将所述金属丝键合在所述表面电极上后，将所述金属丝和所述表面电极保持在200°c以上、300°C以下的高温的工序；和 按照1°C /min以下的冷却速度逐渐冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：外园洋昭，酒井茂，西村知紘，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：