[发明专利]无加压接合用铜糊料、接合体及半导体装置

说明书

本发明涉及一种无加压接合用铜糊料，其是包含金属粒子和分散介质的无加压接合用铜糊料，其中，金属粒子包含体积平均粒径为0.01μm以上且0.8μm以下的亚微米铜粒子和体积平均粒径为2.0μm以上且50μm以下的微米铜粒子，分散介质包含具有300℃以上的沸点的溶剂，且具有300℃以上的沸点的溶剂的含量以无加压接合用铜糊料的总质量为基准，为2质量％以上。

技术领域

本发明涉及无加压接合用铜糊料及使用了该铜糊料的接合体、以及半导体装置。

背景技术

在制造半导体装置时，为了使半导体元件与引线框等(支撑部件)接合，使用了各种各样的接合材料。在半导体装置中，在150℃以上的高温下工作的功率半导体、LSI等的接合也一直使用高熔点铅焊料作为接合材料。近年来，由于半导体元件的高容量化以及省空间化，工作温度上升到高熔点铅焊料的熔点附近，变得难以确保连接可靠性。另一方面，随着RoHS管制强化，要求使用不含铅的接合材料。

迄今为止，正在研究使用了除铅焊料以外的材料的半导体元件的接合。例如，在下述专利文献1中提出了使银纳米粒子烧结而形成烧结银层的技术。已知这样的烧结银对于功率循环的连接可靠性高(非专利文献1)。

另外，作为其他的材料，还提出了使铜粒子烧结而形成烧结铜层的技术。例如，在下述专利文献2中公开了包含铜纳米粒子、铜微米粒子或铜亚微米粒子、或者这两者的接合材料，也记载了该接合材料能够无加压地将部件接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4247800号

专利文献2：日本特开2014-167145号公报

非专利文献

非专利文献1：R.Khazaka,L.Mendizabal,D.Henry:J.ElecTron.Mater,43(7),2014,2459-2466

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1中记载的方法为了得到高连接可靠性，必须使烧结银层致密化，因此需要伴随加压的热压接工艺。在进行伴随加压的热压接工艺的情况下，存在生产效率降低、成品率降低等课题。此外，在使用银纳米粒子的情况下，由银带来的材料成本的显著增加等成为问题。

上述专利文献2中记载的方法在无加压下进行烧结，但由于以下原因供于实用尚不充分。即，铜纳米粒子为了抑制氧化和提高分散性而需要用保护剂对表面进行修饰，但由于铜纳米粒子的比表面积大，因此存在在以铜纳米粒子为主成分的接合材料中表面保护剂的配合量增加的倾向。另外，为了确保分散性，存在分散介质的配合量增加的倾向。因此，上述专利文献2中记载的接合材料为了保管或涂布等的供给稳定性而增加表面保护剂或分散介质的比例，烧结时的体积收缩容易变大，另外烧结后的致密度有容易降低的倾向，难以确保烧结体强度。

另外，使用了接合材料的无加压下的接合在所接合的部件彼此的材质相同或接近的情况下良好地进行，但在所接合的部件彼此的材质不同的情况下接合力容易大幅降低。通过本发明者们的研究，表明例如在将被粘接面具有铜的铜板与被粘接面具有镍的铜块接合的情况下、和将被粘接面具有铜的铜板、和被粘接面具有镍的硅芯片接合的情况下，存在在无加压的烧结条件下由于接合用铜糊料的组成而后者的接合强度大幅降低的情况。即，在将如铜块和硅芯片那样、热膨胀率不同的部件彼此在无加压下接合的情况下，有时会发生接合不良。

本发明的目的在于提供一种即使在将热膨胀率不同的部件彼此在无加压下接合的情况下也能够得到充分的接合强度的无加压接合用铜糊料。本发明的目的还在于提供使用无加压接合用铜糊料的接合体和半导体装置、以及它们的制造方法。

用于解决课题的手段