导电接合材料、导体接合方法和半导体器件制造方法技术

本发明专利技术提供导电接合材料、导体接合方法和半导体器件制造方法。一种导电接合材料，包含：第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒，所述第二金属颗粒的平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径，所述第三金属颗粒的平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径、相对密度大于所述第一金属颗粒的相对密度并且熔点高于所述第二金属颗粒的熔点。

【技术实现步骤摘要】

本文所讨论的实施方案涉及导电接合材料、通过使用导电接合材料来接合导体的 方法以及制造半导体器件的方法。
技术介绍
已经提出各种导电接合材料作为用于接合电子部件如半导体元件至布线衬底如 玻璃环氧衬底的接合材料。导电接合材料的实例包括金属糊料如钎料糊料。导电接合材料 的期望性能之一是钎料在约150°C的相对低的温度下接合之后在后续的热处理中不会再熔融。具有这种性能的导电接合材料的一个实例是可变熔点的金属糊料。在可变熔点金 属糊料被加热至特定温度或者更高的温度时，熔点变为更高的温度。[专利文件]日本公开特许公报号2002-254194通常，可变熔点金属糊料包含Cu颗粒，其为具有高熔点的金属的颗粒。即使在可 变熔点金属糊料在加热下熔融，Cu颗粒在可变熔点金属糊料中仍保持为不熔融的。因此，可变熔点金属糊料的表面倾向于呈现不规则结构，导致光泽度降低。在钎料 接合部经过使用激光等的自动外观检查时，由于这种现象产生光的反射，这使得难以进行 自动外观检查。
技术实现思路
本
技术实现思路
的一个目的是提供一种在热熔融后可以形成令人满意的有光泽的金 属涂覆膜并且可以使用自动外观检查系统进行外观检查的导电接合材料、一种通过使用导 电接合材料来接合导体的方法以及一种制造半导体器件的方法。根据本专利技术的一个方面，导电接合材料包括第一金属颗粒；平均颗粒直径大于第 一金属颗粒的平均颗粒直径的第二金属颗粒；以及平均颗粒直径大于第一金属颗粒的平均 颗粒直径、相对密度大于第一金属颗粒的相对密度且熔点高于第二金属颗粒的第三金属颗 粒。附图说明图1A是示出通过热处理常规导电接合材料在钎焊部分的表面中形成不规则结构 (irregularity)并且其中在布线衬底和电子部件之间供给导电接合材料的状态的图。图1B是示出通过热处理常规导电接合材料在钎焊部分的表面中形成不规则结构 并且其中导电接合材料被加热熔融的状态的图。图1C是示出通过热处理常规导电接合材料在钎焊部分的表面中形成不规则结构 并且其中形成CU-Sn金属间化合物的状态的图。图1D是示出通过热处理常规导电接合材料在钎焊部分的表面中形成不规则结构 并且其中所述不规则结构由保持未熔融的Cu颗粒形成的状态的图。图2A是使用常规导电接合材料进行接合的钎焊部分的表面在加热之前的照片。图2B是使用常规导电接合材料进行接合的钎焊部分的表面在加热之后的照片。图3A是示出通过使用根据一个实施方案的导电接合材料将布线衬底和电子部件 彼此接合在加热之前的状态的图。图3B是示出通过使用根据一个实施方案的导电接合材料将布线衬底和电子部件 彼此接合在加热之后的状态的图。图4A是示出通过使用根据一个实施方案的导电接合材料将布线衬底和电子部件 彼此接合在加热之前的状态的图。图4B是示出通过使用根据一个实施方案的导电接合材料将布线衬底和电子部件 彼此接合在加热之后的状态的图。图。图。图。图。图。图。图。 图5A是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图5B是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图5C是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图5E是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图5F是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意 图5G是示出制造根据一个实施方案的半导体器件的步骤的一个实施例的示意图6是示出电子部件的一个实例的图。图7A是通过使用实施例4的导电接合材料将电子部件与布线衬底彼此接合之后 使用能量色散X射线分析仪测定Cu、Bi和Sn的分布图像照片的示意图。图7B是通过使用实施例4的导电接合材料将电子部件与布线衬底彼此接合之后 使用能量色散X射线分析仪测定Cu的分布图像照片的示意图。图7C是通过使用实施例4的导电接合材料将电子部件与布线衬底彼此接合之后 使用能量色散X射线分析仪测定Bi的分布图像照片的示意图。图7D是通过使用实施例4的导电接合材料将电子部件与布线衬底彼此接合之后 使用能量色散X射线分析仪测定Sn的分布图像照片的示意图。图8是示出在实施例22中在热熔融之后的表面状态和添加的铝颗粒的量的图。图9A至图9D是表示实施例、参考例和对比例的导电接合材料的组成以及外观和 接合强度评价的结果的表1-1和表1-4。图10为表示外观和接合强度评价的结果的表2。具体实施方式(导电接合材料)根据一个实施方案的导电接合材料包括第一金属颗粒、第二金属颗粒、第三金属颗粒、焊剂组分和任选的其他期望组分。<第一金属颗粒>第一金属颗粒的形状、结构、材料等可以是任意的，并且可以根据目的适当地选择。第一金属颗粒的形状的实例包括球形(globular)、类球形(spherical)和橄榄球形。第一金属颗粒的结构可以是单层结构或多层结构。第一金属颗粒的实例包括由单质金属构成的颗粒、由合金构成的颗粒以及由金属化合物构成的颗粒。单质金属的实例包括铝(相对密度2. 7)和镓(相对密度5. 9)。合金的实例包括Sn-Al合金、Sn-1n合金和Sn-Bi合金。这些可以单独使用或组合使用。Sn-Al合金的一个实例是Sn-55A1合金，其包含作为主要成分的Sn和量为约55质量％的八1。Sn-1n合金的一个实例是Sn-5In合金，其包含作为主要成分的Sn和量为约5 质量％的In。Sn-Bi合金的一个实例是Sn_5Bi合金，其包含作为主要成分的Sn和量为约 5质量％的扮。金属化合物的实例包括SnCl2、Snfc、AgCl、AgBr、Ag1、AgNO3和A1C13。这些可以单独使用或者组合使用。金属化合物在接合(钎焊)期间具有活化效果，并且由于导电接合材料的氧化物涂覆膜的去除而导致金属组分(Ag)沉淀，如下面的反应式所示Sn+2AgCl — SnCl2+2Ag (沉淀)第一金属颗粒的平均颗粒直径小于第二和第三金属颗粒的平均颗粒直径，并且优选地为Iym以下并且更优选地为O. 01 μ m至O. 5 μ m。在第一金属颗粒的平均颗粒直径大于第二和第三金属颗粒的平均颗粒直径时，在热熔融期间，第一金属颗粒不能浮在钎焊部分的表面中，并且在热熔融之后在导电接合材料的表面中出现不规则结构，从而可能无法形成具有令人满意的光泽的金属涂覆膜。平均颗粒直径可以利用激光衍射散射技术使用颗粒尺寸分布分析仪进行测定。第一金属颗粒的相对密度小于第三金属颗粒的相对密度，并且优选地为2. O以上且6. O以下。在第一金属颗粒的相对密度大于第三金属颗粒的相对密度时，在热熔融期间， 第一金属颗粒不浮在钎焊部分的表面中，并且在热熔融之后在导电接合材料的表面中出现不规则结构，从而可能无法形成具有令人满意的光泽的金属涂覆膜。在相对密度超过6. O 时，难以使用自动外观检查机器。相对密度可以通过例如量纲法(dimension method)或阿基米德法来进行测定。第一金属颗粒的熔点优选地低于第三金属颗粒的熔点，并且更优选地为29°C至 700°C，并且还更优选地为100°C至670°C。在第一金属颗粒的熔点高于第三金属颗粒的熔点时，在热熔融期间难以热熔融第一金属颗粒，第一金属颗粒不浮在钎焊部分的表面中，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电接合材料，包含：第一金属颗粒；第二金属颗粒，其平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径；和第三金属颗粒，其平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径，相对密度大于所述第一金属颗粒的相对密度并且熔点高于所述第二金属颗粒的熔点。

【技术特征摘要】
2011.10.06 JP 2011-2218171.一种导电接合材料，包含第一金属颗粒；第二金属颗粒，其平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径；和第三金属颗粒，其平均颗粒直径大于所述第一金属颗粒的平均颗粒直径，相对密度大于所述第一金属颗粒的相对密度并且熔点高于所述第二金属颗粒的熔点。2.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒的平均颗粒直径为 I μ m以下，以及所述第二和第三金属颗粒的平均颗粒直径各自为IOym以上。3.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒为铝颗粒。4.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒为由Sn-Al合金、 Sn-1n合金或Sn-Bi合金制成的颗粒。5.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒为由SnCl2、SnBr, AgCl> AgBr> AgI> AgNO3 和 AlCl3 制成的颗粒。6.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒的熔点低于所述第三金属颗粒的熔点。7.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第一金属颗粒的相对密度为2.O以上和6. O以下，所述第三金属颗粒的相对密度为8. O以上。8.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第二金属颗粒的熔点为300°C以下， 所述第三金属颗粒的熔点为900°C以上。9.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第二金属颗粒为选自锡颗粒、锡-铋合金颗粒、锡-铋-银合金颗粒和锡-铟合金颗粒中的至少一种颗粒。10.根据权利要求1所述的导电接合材料，其中所述第三金属颗粒为选自金颗粒、银颗粒、铜颗粒、镀金的铜颗粒、镀锡-铋合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保田崇，北嶋雅之，山上高丰，石川邦子，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：