[发明专利]半导体装置的制造方法及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及由锌铝类接合材料将半导体元件和基板接合的半导体制造方法及通过该方法得到的半导体装置。

背景技术

碳化硅（SiC）或氮化稼（GaN）、金刚石（C）等宽带隙半导体，能够在较高的动作电压下流过大电流，因此，对于使用焊料的接合部分也要求较高的耐热性。因此，作为功率半导体装置等高温动作设备的接合材料，提出锌铝类ZnAl共晶焊料（专利文献1）。

专利文献1：日本特开2009－125753号公报

发明内容

但是，本发明的发明人尝试使用上述专利文献1中公开的接合方法，将功率半导体元件与基板接合时，确认接合强度的波动很大。

本发明的目的在于抑制半导体元件与基板的接合强度的波动，提高所得到的产品的成品率。

本发明通过对夹设在半导体元件和表面的主要元素为Cu的基板之间的ZnAl共晶焊料一边施加载荷一边进行升温而使其熔融，再一边施加载荷一边降温，从而实现上述目的。

发明的效果

根据本发明，ZnAl共晶相组织向ZnAl共析相组织变化，ZnAl焊料层变为ZnAl共晶相较少而Zn相及ZnAl共析相较多的组织。由此，能够抑制相界面上的应力差，其结果，能够抑制接合强度的波动，提高所得到的产品的成品率。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。

图2是用于说明图1的半导体装置的制造方法的剖视图。

图3是使用专利文献1所记载的方法制造的半导体装置的剖面的扫描电子显微镜照片。

图4是使用图2的半导体装置的制造方法制成的半导体装置的剖面的扫描电子显微镜照片。

图5是表示使用图2的半导体装置的制造方法制成的半导体装置的剪切强度的温度特性的曲线图。

具体实施方式

参照图1的剖视图，说明本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的构造。将图1中示出的半导体元件1/ZnAl焊料层3/基板2的构造，称为本例的半导体装置。此外，图1及图2是为了容易理解本发明而示意地表示的附图，有时会将厚度与平面尺寸的关系、以及各层的厚度的比例等夸张表示。

另外，在以下的说明中，以作为半导体元件使用SiC功率元件、作为基板使用在SiN陶瓷板的两个面上粘贴Cu板的基板的情况为例，对本发明进行具体说明，但上述情况是一个例子，作为半导体元件，可以使用GaN元件、金刚石元件、ZnO元件等其它宽带隙半导体元件，或使用以高温下使用为目的的Si半导体元件（SOI元件或传感器元件）等。另外，作为基板，不限定于粘贴在SiN陶瓷板上的Cu，可以是粘贴在其它种类的陶瓷基板上的Cu基板，可以是粘贴在其它种类的陶瓷基板（Al₂O₃或AlN等）或绝缘体上的除了Cu以外的金属基板（Al或CuMo等），此外，也可以是由Cu或除了Cu以外的金属单体（没有陶瓷板或绝缘板）构成的单纯的金属板。

标号1是碳化硅（SiC）功率半导体元件，在背面形成欧姆接触部11，在欧姆接触部11的表面覆盖有安装电极12，以改善焊料的濡湿性、防止焊料侵入、提高附着力等。作为安装电极12，能够举出例如Ti/Ni/Ag层叠蒸镀膜（Ti与欧姆接触部11接触、且Ag为最外层表面的层构造）。

标号2是基板。本例的基板2的构造为，在SiN陶瓷板20的至少一个表面上，通过焊接等粘贴Cu或Al等金属板21。金属板21的表面由相对于焊料具有濡湿性、附着性、防渗性的金属，例如Ni或Pt、Pd、或者含有这些金属的金属膜22覆盖。此外，在金属膜22的表面，覆盖形成厚度为20nm至200nm、以Cu为主要元素的Cu类金属膜23。

在所述半导体元件1和基板2之间夹持ZnAl焊料层3。本例的ZnAl焊料层3的Zn和Al的组成，优选为共晶组成（Al浓度＝5质量%）或者大致共晶组成（Al浓度＝5±2质量%）。另外，为了改善焊料的硬度、接合时的濡湿性、熔融液体的粘度，在ZnAl焊料层3中还可以含有少量（小于或等于1质量%）Ge、P等其它元素。在本发明的半导体装置中，ZnAl焊料层3的厚度并不特别限定，但实际使用中优选小于或等于约100μm，进一步优选小于或等于50μm，最优选小于或等于30μm。

本例所涉及的ZnAl焊料层3的构造的特征在于，作为ZnAl焊料层3的组成，虽然是共晶组成或者大致共晶组成，但其组织构造中均完全不含有共晶组织，或者即使含有共晶组织也小于或等于20%。关于这一点，如后所述。