半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有半导体元件、与所述半导体元件连接的被连接材料的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下工序：在所述半导体元件和表面形成有Ｎｉ层的所述被连接材料之间配置包含Ｃｕ６Ｓｎ５相的Ｓｎ－（３～７）Ｃｕ钎料的工序；加热所述Ｓｎ－（３～７）Ｃｕ钎料，使Ｃｕ６Ｓｎ５化合物析出，由所述析出的Ｃｕ６Ｓｎ５化合物覆盖所述Ｎｉ层的至少一部分的工序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
用于车载交流发电机的半导体装置，如专利文献1 (特开平07-221235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20(TC的耐热温度。因 此使用例如固相线为30(TC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30(TC、液相线为314t: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、28(TC )、 Au-12Ge(共晶、356。C )、 Au-3. 15Si (共晶、363。C )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20(TC或20(rC以上的Sn-3Ag-0. 5Cu等Sn类中温系 钎料，广泛用于将零件组装到基板上，在15(TC或15(TC以下具有良好的连接可靠性。但是， 长时间保持在20(TC或200°C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。
技术实现思路
但是，现有的技术中存在着以下问题，S卩，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20(TC或200°C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。 另一方面，在上述专利文献3的情况下，可以认为是由于在最接近钎料处形成的 金属间化合物在Sn类钎料与金属层之间形成隔离层，从而强化了抑制界面反应的效果，但 是，由于必须预先在被连接材料上设置2层金属层，即，第1金属层和第2金属层，因此，存 在以下问题增加镀敷工序、选择性的局部镀敷导致高成本；采用不能设置电极的结构时 难以形成金属层等。另外，由于连接时必须使在连接面最表面处形成的金属层与Sn类钎 料反应，形成隔离层，所以有可能存在以下问题如果最表面上形成的金属层较厚，则连接 时残留有未反应的最表面金属层，不能充分发挥隔离层的效果；为了使最表面金属层完全 反应而必须进行延长连接时间等工序的调整。如果最表面金属层较薄，则用于抑制界面反 应的隔离层变薄，在20(TC或200°C以上的高温下可能无法充分抑制界面反应。而且，如图 2所示，在与Sn类钎料的反应中，连接面最表层上形成的层(如Cu层)15的未反应部分残 留，露出时，会出现该露出部分发生氧化、腐蚀的问题。另一方面，如果如图3所示，为避免 连接面最表面层的残留而进行局部镀敷等，在局部设置连接面最表面层，则Sn类钎料可能 会润湿扩展到其下层的金属层(如Ni层)ll。此时，有可能在上述层之间形成金属间化合 物(如Ni-Sn化合物)16，在该部分发生界面反应，并伴随体积变化而生成空隙。 本专利技术提供半导体元件的连接材料，所述连接材料环境负荷小，成本低，即使在 20(TC或20(TC以上的高温下长时间使用也可保持连接可靠性，同时，提供使用上述连接材 料的半导体装置及车载交流发电机。 以下对本申请公开的专利技术中的代表性专利技术的概要进行说明。 (1) —种半导体装置，所述半导体装置具有半导体元件；使用第一连接材料连接 在半导体元件的第一面上的支承电极；使用第二连接材料连接在上述支承电极所支承的上 述半导体元件的第二面上的引线电极，其特征为，所述支承电极的连接部与所述引线电极 的连接部均实施了 Ni类镀敷，所述第一连接材料和所述第二连接材料是Cu6Sn5相含量比 共晶组成多的Sn类钎料。 (2) —种半导体装置，所述半导体装置具有半导体元件；使用第一连接材料连接 在半导体元件的第一面上的支承电极；使用第二连接材料连接在上述支承电极所支承的上 述半导体元件的第二面上的引线电极，其特征为，所述支承电极的连接部与所述引线电极 的连接部均实施了 Ni类镀敷，所述第一连接材料和所述第二连接材料是在室温到20(TC范 围内含有Cu6Sn5相的Sn类钎料。 (3) —种半导体装置，所述半导体装置具有半导体元件；通过第一连接部件连接 在半导体元件的第一面上的支承电极；使用第二连接部件连接在上述支承电极所支承的上 述半导体元件的第二面上的引线电极，其特征为，在所述支承电极与所述第一连接部件的 界面及所述第一连接部件与所述半导体元件的界面处具有Ni类镀层和Cu-Sn化合物层，在 所述引线电极与所述第二连接部件的界面及所述第二连接部件与所述半导体元件的界面 处具有Ni类镀层和Cu-Sn化合物层。 (4) —种车载交流发电机，其特征为，所述车载交流发电机搭载了上述(1) (3) 中的任一项所述的半导体装置。 本专利技术可提供一种车载交流发电机，所述车载交流发电机通过搭载所述半导体装 置，即便在将受发动机的回转驱动力而转动的电枢绕组产生的交流电转换为直流电的车载 交流发电机的通常使用环境，即，20(TC或20(rC以上的高温下，也可以保持半导体装置的连 接可靠性，结果为即便在高温下也不引起接触不良等问题，并能耐受更高温环境下的配置。 (5) —种，所述半导体装置具有半导体元件；通过在室温 到20(TC范围内含有Cu6Sn5相的Sn类钎料与半导体元件的一侧相连接的支承电极，所述 支承电极实施了 Ni类镀敷；通过在室温到20(TC范围内含有Cu6Sn5相的Sn类钎料与所述 支承电极上所支承的上述半导体元件的另一侧相连接的引线电极，所述引线电极实施了Ni 类镀敷，所述半导体装置制造方法的特征为，使用在室温到20(TC范围内含有Cu6Sn5相的 Sn类钎料的连接工序是在220 45(TC、还原性环境气体中进行的。 (6) —种，所述半导体装置具有半导体元件；利用连接部 件及实施了 Ni类镀敷的应力热膨胀率差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，是具有半导体元件、与所述半导体元件连接的被连接材料的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下工序：在所述半导体元件和表面形成有Ｎｉ层的所述被连接材料之间配置包含Ｃｕ６Ｓｎ５相的Ｓｎ－（３～７）Ｃｕ钎料的工序，加热所述Ｓｎ－（３～７）Ｃｕ钎料，使Ｃｕ６Ｓｎ５化合物析出，由所述析出的Ｃｕ６Ｓｎ５化合物覆盖所述Ｎｉ层的至少一部分的工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：池田靖，中村真人，松吉聪，佐佐木康二，平光真二，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]