[发明专利]半导体接合结构体和半导体接合结构体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体部件的内部接合，特别涉及以Sn类焊锡将要求具有优异的机械特性和耐热性的功率半导体模块的半导体元件和电极接合的半导体接合结构体等。

背景技术

在电子安装领域中，因对铅的有害性的担忧和对环境关心的增强，期望不用铅的接合，所以正在开发能替代作为通常的焊锡材料的Sn-Pb共晶焊锡的材料并将该材料实用化。

另一方面，正在对作为半导体部件内部的接合材料的高温铅焊锡的替代材料进行探讨。

作为替代高温铅焊锡的后补材料，可以是Au类、Bi类、Zn类、Sn类的焊锡材料。关于Au类的焊锡材料，例如熔点为280℃的Au-20Sn等被一部分实用化了，但是因为其主成分为金，所以材料物性硬，材料成本高，用于小型部件受到限制等，所以没有通用性。

熔点为270℃左右的Bi，虽然熔融温度方面没有问题，但是其延伸性和导热率差。另外，Zn类焊锡因弹性率过高，所以在半导体部件的内部接合时存在机械特性和耐热性的问题。

另外，关于Sn类的焊锡材料，虽然具有优异的机械特性，但是其熔点不到250℃，较低，缺乏耐热性，因此为了提高Sn类的耐热性，正在探讨例如通过形成CuSn化合物，进行金属互化物化以提高熔点的接合材料(参考专利文献1)。

图6是专利文献1所记载的现有的接合结构体的剖视图。在图6中，功率半导体模块501具有在功率半导体元件502和电极503之间的接合部504。该接合部504使用CuSn化合物作为接合材料。

专利文献1：日本专利特开2007－273982。

发明内容

但是，专利文献1的CuSn化合物的接合材料，在使用Sn和Cu的混合粉末作为焊锡材料，花充分时间进行接合时，则如图7所示那样，虽然因Sn和Cu的金属互化物化，接合部504对功率半导体模块安装在基板上时所产生的热具有耐热性，即，具有在通常的回流温度(日文:リフロー温度)260℃的气氛下的耐热性，但是在使用功率半导体模块时接合部504可能会产生开裂和剥离等。

这被认为是接合部504的大部分因Sn和Cu的金属互化物化而导致接合部504的延伸性消失，受到功率半导体模块使用时所产生的热应力的作用但不能缓和该应力的缘故。

另一方面，如果不花充分时间进行接合时，则如图8所示，Sn和Cu没有完全金属互化物化，Sn的部分有较大量残存，虽然确保了接合部的延伸性，但是失去了接合部对功率半导体模块501安装在基板上时所产生的热的耐热性，即，失去了在通常的回流温度260℃的气氛下的耐热性。

这被认为是Sn和Cu没有完全金属互化物化，Sn残留，例如Sn以层状残存的情况下，回流时再熔融，可能会产生半导体元件和电极错位等不良现象的缘故。另外，虽然生成了金属互化物，但是球状的金属互化物量少且离散地分散着。

因此，由所述专利文献1的接合材料所制得的接合结构体存在要兼顾应力缓和性和耐热性两者的课题。

考虑到现有的所述课题，本发明的目的是提供一种兼顾耐热性和应力缓和性的半导体接合结构体等。

第一发明是一种半导体接合结构体，该半导体接合结构体是在基板电极上依次积层含有Sn的第一金属互化物层、由含有Sn的第三金属互化物部和含有Sn的相构成的第三层、以及含有Sn的第二金属互化物层，然后载置半导体元件的电极而形成的半导体接合结构体；

所述第一金属互化物层和所述第二金属互化物层具有以所述第三金属互化物部进行层间接合的一部分。

第二发明是第一发明的半导体接合结构体，所述第三金属互化物部呈现棒状的形态。

第三发明是第一发明的半导体接合结构体，所述第一金属互化物层是由Cu-Sn构成的金属互化物构成；

所述第二金属互化物层是由Cu-Sn构成的金属互化物构成；

所述第三金属互化物部是由Au-Sn或Ag-Sn构成的金属互化物构成；

所述含有Sn的相是含有Au或Ag的构成。

第四发明是第一发明的半导体接合结构体，所述第一金属互化物层是由Ag-Sn构成的金属互化物构成；

所述第二金属互化物层是由Ag-Sn构成的金属互化物构成；

所述第三金属互化物部是由Au-Sn构成的金属互化物构成；

所述含有Sn的相是含有Au或Ag的构成。

第五发明是一种半导体接合结构体的制造方法，包括

半导体元件表面的金属膜形成工序：在半导体元件的电极表面形成金属膜，该金属膜是与Sn形成金属互化物的金属膜；