[发明专利]钎料合金及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及钎料合金及半导体装置，特别是涉及适于半导体元件与电子线路的电极接合的、不含铅(无铅)的钎料合金及采用该钎料合金的半导体装置。

背景技术

近年来，对半导体装置的可靠性的要求越来越高，特别是对热膨胀系数差大的半导体元件与电路基板的接合部要求高的耐热循环特性。现有的半导体元件多数使用硅(Si)或砷化镓(GaAs)作为基板，其工作温度为100℃～125℃。作为将其与电子线路的电极接合的钎料材料，从对起因于半导体元件与电路基板的热膨胀性差的反复热应力的耐裂性，用于与组装时的多步钎料接合相对应的高熔点，还有器件的耐污染性等考虑，Si器件中使用95Pb-5Sn(质量％)，砷化镓器件中使用80Au-20Sn(质量％)等。但是，从降低环境负荷的观点考虑，含有大量有害的铅(Pb)的95Pb-5Sn存在问题，另外从贵金属昂贵或储量的观点考虑，强烈希望80Au-20Sn作为替代材料。

另一方面，从节能的观点考虑，作为下一代器件的以碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)作为基板的器件的开发正积极进行。从降低损耗的观点考虑，这些器件的工作温度应在175℃以上，也有人说将来达到300℃。

针对上述要求，需要熔点高、且耐热性优良的高温钎料合金。这种高温钎料合金，例如，特开2004-298931号中已经公开。在该公报中，公开了一种含10～40质量％Sb、0.5～10质量％Cu、其余为Sn的高温无铅钎料合金及采用该钎料合金接合的电子部件。另外，公开了一种含有Ni、Co、Fe、Mo、Cr、Mn、Ag、Bi作为改善机械强度的元素的钎料合金，另外，公开了一种含有P、Ge、Ga作为抑制氧化元素的钎料合金。

另外，例如，在特开2007-67158号公报中公开了即使在200℃的高温下仍得到充分的钎料接合强度的方法。在该公报的半导体装置中，从室温至200℃，采用含Cu-Sn化合物(例如，Cu₆Sn₅)相的Sn系钎料箔，对实施了Ni系镀敷的被连接材料加以连接，借此形成以Cu-Sn化合物作为主体的化合物层。该化合物层成为Ni系镀敷层与Sn系钎料的阻挡层，抑制了由连接界面反应引起的化合物成长。另外，在实施例中，Sn或Sn-3Ag(质量％)中含3质量％以上的Cu的钎料箔，与Ni系镀敷层接触，加热、熔融而加以接合。

现有技术文献

专利文献1：特开2004-298931号公报

专利文献2：特开2007-67158号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，专利文献1所示的钎料合金存在的问题是，钎料材料硬，故在钎料材料中不产生应力松弛，因此，由于热循环，半导体元件破裂。

另外，专利文献2所示的半导体装置存在的问题是，由于钎料材料柔软，钎料材料易发生破裂，故钎料材料内部的耐裂性低。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的是提供一种通过控制钎料材料的硬度，抑制半导体元件的破裂，并且使钎料材料的耐裂性得到提高的可靠性高的钎料合金及半导体装置。

解决课题的手段

本发明的钎料合金，含有：5质量％以上15质量％以下的Sb、3质量％以上8质量％以下的Cu、0.01质量％以上0.15质量％以下的Ni、0.5质量％以上5质量％以下的In。其余部分包括Sn及不可避免的杂质。

发明效果

在本发明的钎料合金中，通过添加0.5质量％以上5质量％以下范围的In，在由于为了提高耐裂性添加的Sb而变得过硬的钎料材料内部分散柔软的In富裕相。由此，延展性得到强化，使钎料材料适度软化，可以控制钎料材料的硬度。由此，抑制了半导体元件的破裂。另外，提高了钎料材料的耐裂性。

附图说明

图1为本发明实施方案中采用钎料合金的半导体装置的概略断面图。

图2为本发明实施方案中金属化层通过扩散而消失的硅基片与钎料层的接合部的放大的概略断面图。

图3为显示本发明实施方案中半导体装置的钎料接合部产生的裂纹的发生状态的概略断面图。

图4为显示本发明实施方案中半导体装置的硅基片中产生的裂纹的发生状态的概略断面图。

图5为显示Sb含量与拉伸强度及延伸率的关系的图。

图6为显示Cu量与残Ni厚度的平均值的关系的图。

图7为显示Cu量与孔隙率的平均值的关系的图。

图8为显示In量与孔隙率的平均值的关系的图。