半导体装置的制造方法及半导体装置制造方法及图纸

一种半导体装置的制造方法及半导体装置，通过通用性较高、能够得到良好的高温环境下的可靠性的方法进行半导体芯片的安装，能够进行半导体装置的高温动作。在安装基板与半导体芯片之间夹装如下的接合层，并在熔融层的熔点以上的温度下保持，通过液相扩散形成比熔融层熔点高的合金层，使安装基板与半导体芯片接合，上述接合层具有：含有从Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中选择的某种金属或其合金的接合支撑层；和夹着接合支撑层而层叠的、含有从Sn、Zn、In中选择的某种金属或由从该金属中选择的两种以上的金属构成的合金的熔融层，上述接合层至少在最外层形成有熔融层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置的制造方法及半导体装置。
技术介绍
一般而言，在半导体装置中，作为半导体芯片向安装基板上的安装方法，采用使用了钎焊材料的钎焊接合。作为这样的钎焊材料，很久以来使用Pb类及Pb — Sn类，近年来，随着无Pb化,使用Sn — Ag类或Sn — Ag — Cu类。此外,在Si的分立型半导体装置中，使·用通过Si与Au镀层的反应进行的共晶接合。近年来，随着电子设备的小型化，搭载的半导体装置的发热密度处于上升的趋势。此外，Si半导体装置的一般的动作温度是125°C、在300°C以下使用，相对于此，SiC、GaN等的化合物半导体装置能够进行300°C以上的动作，在高温动作中能够降低损失。所以，要求可得到300°C以上的高温下的良好的耐热性及耐热循环性的安装方法。作为这样的安装方法，使用了 Au — Si共晶钎焊的接合、及基于Ag纳米粒子的低温烧结等已实用化。但是，在这些安装方法中，由于使用AiuAg等的贵金属，所以应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术通过通用性较高、可得到良好的高温环境下的可靠性的方法进行半导体芯片的安装，能够进行半导体装置的高温动作。技术方案的半导体装置的制造方法，在安装基板与半导体芯片之间夹装如下的接合层，并在熔融层的熔点以上的温度下保持、通过液相扩散形成比熔融层熔点高的合金层而使安装基板与半导体芯片接合，上述接合层具有含有从Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中选择的某种金属或其合金的接合支撑层，和夹着接合支撑层而层叠的、含有从Sn、Zn、In中选择的某种金属或由从这些金属中选择的两种以上的金属构成的合金的熔融层，该接合层至少在最外层形成熔融层。此外，技术方案的半导体装置，具备安装基板；半导体芯片，接合在上述安装基板上；以及接合部，设在安装基板与半导体芯片之间，该接合部具有含有从Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中选择的某种金属或其合金的接合支撑层，和夹着接合支撑层而设置的、含有从Sn、Zn、In中选择的至少某种金属和在接合支撑层中含有的金属的合金层。附图说明图I是表示有关第I实施方式的半导体装置的安装基板与半导体芯片的接合エ序的剖视图。图2 (a) 图2 Cd)是表示有关第I实施方式的半导体装置的安装基板与半导体芯片的接合エ序的接合层部分的放大剖视图。图3是表示第I实施方式的一形态的剖视图。图4 (a) 图4 (b)是表示第I实施方式的一形态的剖视图。图5 (a) 图5 (b)是表示有关第2实施方式的半导体装置的安装基板与半导体芯片的接合エ序的接合层部分的放大剖视图。 图6 (a) 图6 (b)是表示有关第3实施方式的半导体装置的安装基板与半导体芯片的接合エ序的接合层部分的放大剖视图。图7是表示第3实施方式的一形态的剖视图。具体实施例方式以下，參照附图对本专利技术的实施方式进行说明。(第I实施方式)在本实施方式中，如以下这样将安装基板与半导体芯片接合而形成半导体装置。首先，如图I所示，在例如由SiN构成的绝缘基板Ila的表面及背面上，在形成有例如由Cu构成的布线层Ilb的安装基板11的布线层Ilb上的规定位置形成接合层12后，载置例如SiC半导体芯片等的半导体芯片13。在图2 (a)中表示图I的虚线部分即接合层部分的放大剖视图。在接合层12中，夹着例如10 ii m的由作为高熔点金属的Cu构成的接合支撑层12a而层叠有例如10 y m的由作为低熔点金属的Sn构成的两层熔融层12b。接合层12通过例如用镀层法等在布线层IIb上依次层置溶融层12b、接合支撑层12a、溶融层12b而形成。然后，在上层的溶融层12b上载置半导体芯片13。接着，如图2 (b)所示，在安装基板11及半导体芯片13上，根据需要，例如在惰性气氛中，ー边施加规定的压力，ー边在熔融层12b的熔点(Sn的熔点232°C)以上的温度下保持。由此，使熔融层(Sn层)12b成为液相状态(熔融层12b’)，将安装基板11 (布线层Ilb)及半导体芯片13的接合面沾湿。接着，如图2 (C)所示，通过保持规定的时间，使相互扩散产生，以使布线层Ilb和接合支撑层12a的成分(Cu)溶入到熔融层12b’ (Sn)中，使熔融层12b’的液相消失。这样，如图2 (d)所示，在安装基板11与半导体芯片13之间，通过凝固的含有Cu、Sn的合金(金属间化合物)层形成接合部12’，将安装基板11与半导体芯片13接合。形成的接合部12’成为高熔点(Cu3Sn的熔点约700°C)，能够使半导体装置在300°C以上的高温下也稳定地动作。此外，由于在接合中不使用贵金属，所以能够通用性较高，低成本地进行半导体芯片的安装。进而，通过用熔融层12b夹着接合支撑层12a，相互扩散不仅在安装基板11 (布线层Ilb)和半导体芯片13的接合面、也在接合支撑层12a的两面中推进，所以能够以更短时间进行相互扩散。在本实施方式中，作为接合支撑层12a而举出了 Cu，但并不限定于此。作为接合支撑层12a，只要能够由比熔融层12b高熔点的金属与熔融层12b的构成材料形成300°C以上的熔点的合金就可以，除了 Cu以外，可以使用从Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中选择的某种金属或其合金。作为合金，可以使用例如由Cu和Sn构成的作为金属间化合物的Cu3Sn等。此外，作为熔融层12b而举出了 Sn，但作为熔融层12b，除了 Sn以外，可以使用Zn、In、或这些金属的ニ元类、三元类合金。例如，通过使用In — Sn — Zn共晶合金(共晶温度108°C )，能够将接合温度降低到108°C，能够进行更低温下的接合。此外，使接合支撑层12a、熔融层12b分别为10 y m，但它们的膜厚可以在0. I IOOiim中适当设定。更优选是的I 10 ii m。此外，在本实施方式中，作为安装基板11的绝缘基板Ila而举出了 SiN，但除此以外也可以使用AlN等。此外，安装基板11并不限定于这样的绝缘基板，也可以使用在分立型的半导体装置中广泛使用的导电基板。例如，如图3所示，也可以是，作为安装基板而使用铜基板14，同样经由接合层12而接合半导体芯片13。在此情况下，作为铜基板，不仅是纯铜基板，也可以使用在铜合金基板、或者在氧化铝、AIN、SiN或玻璃等的绝缘基板的表面上粘贴了铜板、铜合金板的贴铜基板。进而，如图4 (a)、图4 (b)所示，也可以在安装基板11的布线层Ilb上、或铜基板14上设置由Ag或Au构成的镀层15。通过设置这样的镀层15，能够抑制作为扩散屏障的氧化覆膜等的形成，能够抑制接合后的空隙形成，所以能够使接合可靠性提高。此外，作为半导体芯片13而举出了 SiC半导体，但除此以外，不仅是Si半导体，也可以使用GaN、GaAs等的化合物半导体芯片。此外，半导体芯片并不特别限定于分立型、模组型等。此外，在本实施方式中，使用镀层法形成了接合层12，但接合层12的形成方法并没有限定，除此以外也可以使用溅射法、真空蒸镀法、涂敷法等的薄膜形成技术来形成。此夕卜，也可以将金属箔层叠而形成。进而，也可以在另外形成了通过由熔融层12b/接合支撑层12a/熔融层12b构成的层叠金属箔构成的接合层12后，将其夹到安装基板11与半导体芯片13之间，同样进行接合。此外，在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备：在安装基板与半导体芯片之间夹装接合层的工序，该接合层具有：含有从Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中选择的某种金属或其合金的接合支撑层，和夹着上述接合支撑层而层叠的、含有从Sn、Zn、In中选择的某种金属或由从这些金属中选择的两种以上的金属构成的合金的熔融层，该接合层至少在最外层形成上述熔融层；以及在上述熔融层的熔点以上的温度下保持、通过液相扩散形成比上述熔融层熔点高的合金层而使上述安装基板与上述半导体芯片接合的工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木遥，山本敦史，小谷和也，久里裕二，栂嵜隆，北泽秀明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：