[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

本申请是申请日为2006年8月8日、申请号为200610115401.7、发 明名称为“半导体装置及半导体装置的制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于半导体装置的钎料、使用该钎料制得的半导体装 置及其制造方法，具体而言，涉及用于将交流发电机的交流输出转换 为直流输出的车载交流发电机(交流发电机)的半导体装置。

背景技术

用于车载交流发电机的半导体装置，如专利文献1(特开平07-221 235号公报)所示，为了耐受严格的温度循环而具有减小由半导体元 件与电极的热膨胀率之差产生的热应力的结构。另外，由于设置在发 动机附近，所以要求半导体装置具有200℃的耐热温度。因此使用例 如固相线为300℃左右的高Pb钎料(如含有95重量％的Pb和5重量 ％的Sn、固相线为300℃、液相线为314℃的Pb-Sn合金)连接半导 体元件。

但是，从环保观点看，要求开发出使用排除了环境负荷大的Pb 的连接材料的半导体装置。作为不含有Pb、熔点与高Pb钎料相接近 的无Pb钎料，有Au-20Sn(共晶、280℃)、Au-12Ge(共晶、356℃)、 Au-3.15Si(共晶、363℃)等Au类材料，但其成本极高。另外，如 果使用了Au含量较低的Au-20Sn，因其是硬钎料，所以存在着大面 积连接时无法充分缓和应力、半导体元件易破损的缺点。

作为其他无Pb钎料，有熔点为200℃或200℃以上的Sn-3Ag-0.5 Cu等Sn类中温系钎料，广泛用于将零件组装到基板上，在150℃或 150℃以下具有良好的连接可靠性。但是，长时间保持在200℃或200℃ 以上的使用环境中时，由于在连接界面处界面反应加剧，导致空隙形 成及金属间化合物层成长等，由此引起连接可靠性降低。

针对上述问题，作为抑制Sn类钎料的界面反应的方法，如专利 文献2(专利第3152945号公报)已报导，通过使用组成为Cu：0.1～2 重量％、Ni：0.002～1重量％、其余为Sn的Sn类钎料，可以在通过添 加Cu来抑制被连接材料的铜腐蚀的同时，通过添加Ni来抑制连接界 面上Cu6Sn5、Cu3Sn等金属间化合物的成长。另外，专利文献3(特 开2002-280417号公报)报导，钎料凸点形成中，在被连接材料表面 上设置2种能与Sn类钎料反应生成金属间化合物的金属层，通过将 Sn类钎料球与该金属层连接，在连接界面上形成由包括Sn在内的2～3 种元素构成的金属间化合物薄层，从而能够抑制界面反应。

发明内容

但是，现有的技术中存在着以下问题，即，对界面反应的抑制不 充分，连接可靠性低。特别是用于在高温下使用的车载交流发电机(交 流发电机)的半导体装置，利用现有的技术来抑制界面反应是很困难 的。

即，虽然在上述专利文献2的情况下，可以多少期待通过添加 Ni来抑制界面反应，但因Cu6Sn5、Cu3Sn化合物常与Cu及Sn类钎 料相接触，所以在200℃或200℃以上的高温下界面反应加剧。使 Cu-Sn化合物继续生长，在界面上形成空隙等，结果导致连接可靠性 降低。