[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置以及其制造方法。

背景技术

一直以来，从环境负荷的观点出发，需要降低半导体装置中铅的使用量。例如，在2006年7月施行的RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令等中进行了倡导。

在半导体装置中，例如，SOP(Small Outline Package，小外形封装)、QFP(Quad Flat Package，方型扁平式封装)中的外引线的外装电镀、BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)中的焊球等在装置外部使用的外部构成件、以及封装内部中的半导体芯片的接合件等在装置内部使用的内部构成件要使用铅。

关于外部构成件，通过代替材料的研究，已大致实现了铅含有量为一定比率以下的无铅化。与此相对，关于内部构成件还没有适合代替的材料。因此，例如使用95Pb-5Sn(铅含有量95wt％)等铅含有率高的金属。

在作为内部构成件的代替材料而评价各种组成的金属材料的过程中，关注于将环境负荷小的铋作为代替材料的选择之一。铋例如满足在装置内部使用的接合件所需的熔点及接合性，此外还满足环境负荷的各种特性。

但是，铋的热传导率(约9W/m·K)低于铅的热传导率(约35W/m·K)。因此，如果仅使用铋，则会发生难以放出在半导体芯片中产生的热这样的不便。

发明内容

本发明的目的是提供既能够充分确保半导体芯片的放热性、又能够实现半导体芯片接合件的无铅化的半导体装置以及其制造方法。

本发明一实施方式的半导体装置包含：半导体芯片、接合上述半导体芯片的固体板、以及介于上述半导体芯片和上述固体板之间并由BiSn系材料构成的接合件，上述接合件具有用于使上述半导体芯片与上述固体板之间的热传导性提高的由Ag构成的热传导通路。

根据此结构，接合半导体芯片和固体板的接合件由BiSn系材料构成，所以能够实现接合件的无铅化。

此外，半导体芯片与固体板之间能够通过由Ag构成的热传导通路来可热传导地连接。由此，在半导体芯片与固体板之间容易传递热。因此，在半导体芯片中产生的热可经由热传导通路以Ag的热传导率传递到固体板上。因此，能够充分确保半导体芯片的放热性。

另外，在上述接合件中的与上述半导体芯片以及/或上述固体板的界面附近，优选形成由Sn-Ag合金构成的金属层。

在该结构中，在结合件中的与半导体芯片和/或上述固体板的界面附近，形成有由Sn-Ag合金构成的金属层。Sn-Ag合金对金属的润湿性比BiSn系材料的润湿性优异。因此，通过该金属层，可以使结合件与半导体芯片和/或固体板的结合强度提高。

此外，所述结合件中的Sn的含有量优选超过0wt％且在4wt％以下。

虽然Sn是容易与Ag合金化的金属，但是如上所述，若结合件中的Sn的含有量在上述范围，则能够抑制有助于形成热传导通路的Ag的不需要的合金化。其结果，能够高效地形成热传导通路。

此外，因为含有Bi(熔点：约270℃)比Sn(熔点：约232℃)多，所以可以使结合件保持比较高的熔点。因此，在安装半导体装置时的软熔(reflow)时，能够发挥优异的耐软熔性。

这样的半导体装置例如可通过如下的半导体装置制造方法来制造，该半导体装置具有半导体芯片以及与该半导体芯片接合的固体板，该制造方法包含以下工序：在上述半导体芯片以及上述固体板的至少一方的与另一方接合的接合面上形成由Ag构成的镀层的工序；在上述镀层形成后，在上述半导体芯片与上述固体板之间夹着由Sn含有量超过0wt％并在4wt％以下的BiSn构成的接合件的工序；以及通过热处理经由上述接合件接合上述半导体芯片与上述固体板的工序。

根据此方法，在半导体芯片的接合面以及/或固体板的接合面上形成由Ag构成的镀层后，在半导体芯片与固体板之间夹着由Sn含有量超过0wt％并在4wt％以下的BiSn构成的接合件，之后进行热处理。通过执行上述工序，可以在结合材料上形成从镀层到另一接合面的Ag网(网状组织)。通过该Ag网可提高半导体芯片与固体板之间的热传导性。

并且，根据利用此制造方法获得的半导体装置，因为接合件由BiSn系材料构成，所以能够实现接合件的无铅化。

此外，半导体芯片和固体板之间由Ag网连接，所以在它们之间容易传递热。因此，能够将在半导体芯片上发生的热经由Ag网以Ag的热传导率传递到固体板上。从而能够充分确保半导体芯片的放热性。