[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明的半导体装置的制造方法包括如下工序：在半导体晶片上通过蒸镀来依次形成密合性提高膜(2)、Pt膜(3)、Sn膜(4)以及Au膜(5)；对半导体晶片进行切割来得到半导体元件(1)；在基板(6)上通过蒸镀来依次形成Ni膜(7)和Au膜(5)；以及在将形成在半导体元件(1)上的Au膜(5)与形成在基板(6)上的Au膜(5)面对面地层叠之后，进行加热来接合。在由Pt膜(3)、Sn膜(4)以及Au膜(5)构成的金属层叠膜中，Pt膜(3)为5质量％以上且小于10质量％，Au膜(5)为51质量％以上且小于75质量％，Sn膜(4)是剩余部分。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法。

背景技术

近年，在基板上搭载有半导体元件的半导体装置中的可靠性的要求增大，特别是强烈要求提高对热膨胀系数差大的半导体元件与基板之间的接合部的可靠性(以下称为“接合可靠性”。)。

作为半导体元件，以往一般使用动作温度为100℃～125℃的硅(Si)和砷化镓(GaAs)。对于在该半导体元件与基板的接合部中使用的接合材料，要求对于因半导体元件与基板的热膨胀的差引起的重复热应力的耐裂性、用于应对组装时的多阶段接合的耐热性(高熔点)以及半导体装置的耐污染性。为了满足这些要求，在将Si使用于半导体元件的情况下，以95Pb-5Sn(包含95质量％的Pb和5质量％的Sn)为代表的含铅焊料等主要被用作接合材料，另外，在将GaAs使用于半导体元件的情况下，以80Au-20Sn(包含80质量％的Au和20质量％的Sn)为代表的含Au焊料等主要被用作接合材料。然而，从降低环境负荷的观点来看，含有大量有害的铅(Pb)的95Pb-5Sn焊料存在问题，另外，对于80Au-20Sn焊料，从贵金属的昂贵和埋藏量的观点出发，强烈期望开发代替材料。

另外，从节能的观点出发，作为下一代器件，积极开发着将碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)用于半导体元件的半导体装置。从降低电力损耗的观点出发，这些半导体装置的动作温度为175℃以上，还被认为将来变成250℃。为了应对这样的高温的动作温度，烧结性金属或被称为金属膏的包含纳米或微米尺寸的金属粒子和有机溶剂的接合材料受到关注(例如参照专利文献1和2)。该接合材料在热处理时有机溶剂分解，由此金属粒子彼此烧结而形成接合部，烧结(接合)后的接合部的耐热温度为与金属粒子的熔点相同程度的温度(例如在银的情况下为960℃)。虽然也根据有机溶剂的种类而定，但是有机溶剂在约200℃～300℃下分解，因此能够将接合对象在不劣化的温度下接合，并且在接合后能够谋求高耐热化。作为金属粒子，从散热性、耐氧化性以及成本的观点出发一般使用银。除了银以外也可以使用金、铜或镍来作为金属粒子，但是从成本的观点来看金劣于银，从由于氧化而烧结密度下降的观点来看铜劣于银，从由于氧化而烧结密度下降以及散热性的观点来看镍劣于银。

然而，银是容易硫化的金属。制造半导体装置的工厂大多是在无尘室中对温度和湿度进行了管理的区域，但是在发展中国家中大气环境差，有时由于汽车的排除气体等而在将构件搬入无尘室之前的期间由于硫化而导致银变色。另外，如果无尘室的构造不充分，则即使是无尘室内也会受到大气环境中的影响，银发生硫化和氧化，导致在批量生产时成品率显著下降。

因此，作为不含有银、且提供耐热温度高的接合部的接合材料，提出了以Au和Sn为主成分、且添加了Pt等金属的接合材料(例如专利文献3)。

另一方面，对于半导体装置还要求提高批量生产性。在此，半导体装置的批量生产性好主要是指，在半导体装置的制造中与接合相关的设备简单，构件的保管容易，工序少，生产节拍短。

半导体装置的批量生产性依赖于所使用的接合材料的形态。作为接合材料的形态，一般已知膏状、箔状、片状等。