JP4765099B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4765099B2
JP4765099B2 JP2005313883A JP2005313883A JP4765099B2 JP 4765099 B2 JP4765099 B2 JP 4765099B2 JP 2005313883 A JP2005313883 A JP 2005313883A JP 2005313883 A JP2005313883 A JP 2005313883A JP 4765099 B2 JP4765099 B2 JP 4765099B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
solder
substrate
semiconductor device
metal part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005313883A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007123566A (ja
Inventor
祐二 飯塚
良成 池田
洋子 柿木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2005313883A priority Critical patent/JP4765099B2/ja
Publication of JP2007123566A publication Critical patent/JP2007123566A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4765099B2 publication Critical patent/JP4765099B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111Tin [Sn] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/325Material
    • H01L2224/32505Material outside the bonding interface, e.g. in the bulk of the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/83801Soldering or alloying
    • H01L2224/8381Soldering or alloying involving forming an intermetallic compound at the bonding interface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

この発明はパワーデバイス、高周波用途のスイッチングICなどの各種半導体チップが良伝導体上にはんだ接合された半導体装置およびその製造方法に関する。
電力変換用途のスイッチングデバイスとして用いられるパワーデバイスや高周波スイッチング用途のパワーICなどは半導体モジュールの形に組み立てられるものが多い。このような半導体モジュールの従来の組み立て構造は図5に示すように、銅(以下Cuと略)などの良伝導体の材質で作られた支持基板101およびヒートシンク102にの上に、絶縁基板の両表面に形成されたはんだ接合を可能にする金属部を有する配線基板103の裏面をはんだ接合し、この配線基板103の表面の金属配線(金属部)106には、前記各用途の半導体チップ104をはんだ接合(はんだ接合は図示を省略)により搭載して、単体のモジュール100を形成する。前記配線基板103の上下両面における前記はんだ接合は、通常、同じはんだ材を用いて同時にはんだ接合される。この半導体モジュール100は、前記半導体チップ104から、そのチップ104の表面電極に一端が固着されたアルミワイヤ105が引き出され、他端は、前記配線基板103内の回路配線などから引き出された所定の電極パッド107上に固着され、さらに接続される図示しない引き出し端子を介して、外部に引き出され所定のスイッチング機能を奏する半導体モジュールとして構成される。
前述のような半導体モジュール構造の場合、半導体チップ104、配線基板103、支持基板101などの各主要部材を相互に信頼性高く強固に結合する目的で、はんだ接合が通常行われる。近年は環境問題への対策から鉛フリーはんだとしてSnAg、SnAgCu、SnCu、SnBi、SnZn、SnSbなどのいずれもSnリッチな組成の合金が用いられるようになりつつある。高放熱性と良伝導性(良導電性)の観点から、支持基板および配線基板上のチップ接合部を構成する各材料としては銅材が広く用いられている。しかし、銅は前述の鉛フリーはんだとの反応傾向が高く、合金を作りやすい。さらに、はんだ接合時に接合界面に形成されるSnCu合金層は、半導体モジュールの実使用時の通電による温度上昇履歴により次第に成長して層厚が過大になりやすいという特徴がある。
また、前述のはんだ接合時に形成される前記SnCu合金層については、適度な厚みを持っていることがはんだ接合層の密着性の観点からは必要な要件であるが、他方では銅より硬度が高いものの脆性傾向の高い機械的性質をも有している。加えて前記SnCu合金層は合金形成時の体積変化のため接合部に応力ひずみが発生するので、前述のように実使用中における高温履歴により合金層が過大に成長すると、はんだ接合層に初期クラックを導入した場合と同様の理由により、所定の期間経過後にはんだ接合層が破壊されるという結果をもたらし、半導体モジュールの信頼性を損なう要因となることが判明した。従って、はんだの濡れ性などの接合安定性と接合後のSnCu合金化反応の進行抑制を目的として、Niめっき等で被接合材(銅基板または銅層)を被覆するのが一般的になりつつある。
一方、このようなはんだ接合に関する公知技術として、はんだ付け性、耐熱信頼性を高めるめっきを施した銅または銅合金に関する発明が知られている(特許文献1)。この特許文献1には、たとえば、厚さ0.05〜1.0μmのNiまたはNi合金めっきを施し、次いで厚さ0.03〜1.0μmのCuめっきを施し、最表面に厚さ0.15〜3.0μmであるめっき厚さのSnまたはSn合金めっきを施した後、少なくとも一回以上の加熱処理を行う製造方法の記載が見られる(特許文献1の請求項9)。
特開2003−293187号公報
しかしながら、高温動作する半導体デバイスについては、はんだ接合部の工程を示す図6(a)と図6(b)の断面図から、図6(a)のように、Niめっき109で被覆された銅基材108を加熱処理なしに図6(b)のようにSn系のはんだ112で接合すると、Ni自体の溶出やSnの侵食によるNiめっき層の目減り(図6(b)の鎖線で示すNi層109から実線で示す110へ)、およびSnとの反応により、脆弱性のあるNiSn合金層111の成膜、成長が生じるので、Niめっき膜109を被着させてもなお、十分な信頼性が得られない場合も多いという問題を抱えている。
本発明は以上述べた点に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、半導体チップが良伝導体上にはんだ接合された半導体装置について、初期だけでなく、実使用中における高温動作履歴後においても、Snを主成分とする鉛フリーはんだを用いたはんだ接合部の信頼性を高くできる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
特許請求の範囲の請求項1記載の本発明によれば、半導体チップが金属部を有する基板上にはんだを用いた接合により搭載される半導体装置において、前記はんだがPbフリーのSn系はんだであり、前記半導体チップと前記金属部の間のSn系はんだ層と前記金属部の表面とが前記Sn系はんだ層側から、順次Sn系はんだ層とNi/Sn層とCu/Ni/Sn層とCu/Ni層とCu層とで構成される接合層構造を有する半導体装置とすることにより、前記本発明は達成される。
特許請求の範囲の請求項2記載の本発明によれば、前記金属部がCu、Alを含む良伝導体材料から選ばれる少なくともいずれか一種類の材料である請求項1記載の半導体装置とすることが好ましい。
特許請求の範囲の請求項3記載の本発明によれば、前記金属部を有する基板が、絶縁基板の表面に形成される金属配線パターンを含む金属部を有する基板である請求項1または2記載の半導体装置とすることが好適である。
特許請求の範囲の請求項4記載の本発明によれば、前記金属部を有する基板が金属基板からなる請求項1または2記載の半導体装置とすることもできる。
特許請求の範囲の請求項5記載の本発明によれば、半導体チップをはんだを用いた接合により、基板の金属部上に搭載する半導体装置の製造方法において、表面側からNi層とCu層とをこの順に有する金属部を備える基板に所定の加熱処理を加えることにより、Cu/Ni層とCu層とをこの順に有する金属部を備える基板に変えてから、Snを主成分とするPbフリーはんだ材を用いて半導体チップを前記金属部のCu/Ni層の上にはんだ接合し、はんだ層側から、順次はんだ層、Ni/Sn層およびCu/Ni/Sn層で構成される接合層構造を形成する半導体装置の製造方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項6記載の本発明によれば、前記金属部を備える基板に所定の加熱処理を加えた後、前記金属部の最表面にAu、In、Sbから選ばれる少なくとも一種類を用いた金属層を形成し、前記半導体チップをはんだ接合する請求項5記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
特許請求の範囲の請求項7記載の本発明によれば、前記金属部の最表面にAu、In、Sbから選ばれる少なくとも一種類を用いた金属層を形成した後、前記半導体チップをはんだ接合する前に、前記金属層上にSnまたはSn合金層を形成する請求項6記載の半導体装置の製造方法とすることが好適である。
本発明によれば、半導体チップが良伝導体上にはんだ接合された半導体装置について、初期だけでなく、実使用中における高温動作履歴後においても、Snを主成分とする鉛フリーはんだを用いたはんだ接合部の信頼性を高くする半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
図5は一般的な半導体装置の断面図であるが、本発明の半導体装置にかかる一実施例の断面図とマクロ的な外観は変らないので、以下の本発明の説明に使用することとする。図1、図2、図3、図4は、それぞれ、本発明の半導体装置およびその製造方法にかかり、前記図5に示す半導体装置において、半導体チップ104をはんだ接合するために搭載する配線基板103上の金属部106およびこの金属部106に半導体チップ104をはんだ接合した場合のはんだ接合部近傍の拡大断面図を示す。本発明の半導体装置は前記半導体チップの下のはんだ接合部近傍の層構成が従来技術とは異なるので、この部分を詳細に説明するために前記図1乃至図4に拡大断面図として示した。本発明の半導体装置を構成するはんだ接合部分にかかる相互の接合部材は、前記図5に示すような半導体チップ104と配線基板103の場合だけでなく、半導体チップと金属支持基板、前記半導体チップと配線基板を接続する配線体(アルミワイヤ)等、いずれの部材の組み合わせであってもよく、一方の接合表面がCuを主成分とする金属であって、Ni表面層を有し、はんだ材がSnを主成分とする鉛フリーはんだであるときに本発明はその効果を発揮する。
本発明は、本発明の要旨を超えない限り、下記の実施例の説明のみに限定されるものではない。本発明では、図1(a)に示すように、被接合材である金属部はCu若しくはCu合金、及びCuを含有する複合材などの基材1からなり、Ni(ニッケル)層2により被膜される(金属部がCuの場合を図示)。この場合、Ni層2は蒸着、スパッタ、めっきのいずれでも良く、無電解Ni−P(リン)、Ni−B(ホウ素)若しくは電解Niめっきであることが望ましい。また、Cuを含有する合金、複合材などの場合、単一層のめっきだけでは被膜欠陥が生じやすい場合がある。そのような場合は下地層としてNi、Cr(クロム)、Pd(パラジウム)、Al(アルミニウム)、Al−Si(シリコン)などの下地被膜を形成した上で最表面にNi被膜を成膜することが望ましい。図1(c)に示すように、はんだ接合層3はSn(スズ)Ag(銀)、SnAgCu、SnBi(ビスマス)、SnCu、SnZn(亜鉛)、SnSb(アンチモン)などのSnを主体とした鉛フリーのはんだを用いる。上述の構成の場合、はんだ接合により、通常、接合界面にはNi/Sn系の化合物(NiSnなど)を生じるが、本発明では、予め良伝導体層(銅層)パタン1を表面に形成した前記配線基板103に、図1(a)に示すように、Niめっき層2を形成してCu層(基材)1とNiめっき層2との二層にした後、高温加熱処理することを特徴としており、その結果、図1(b)に示すように、基板の銅層1からNiめっき層2に銅が拡散されてCu/Ni層2−1が形成される。また、被接合材の界面付近にNiとCuが存在するので、はんだとの接合反応の際にはSn、Niの反応により生成するNiSn系の化合物に加えて、Ni被膜中に存在するCuが反応界面に析出するため、図1(c)に示すように、Cu/Ni/Sn系の三元成分の層4が生じる。従来、Cu層108にNiめっき後の高温加熱処理がない場合、前記図6に示したように、Ni層109は加熱時効によりはんだ接合層3に溶出するともにNiSn系の合金層111の成長を促進するため、温度上昇を伴う実機への通電時において接合界面の脆化傾向を進展させ、その結果、はんだ接合の延展性を低下させると共に金属疲労傾向を増大させる結果となっていた。この場合は、接合層内部の脆性破壊傾向を加速させる要因となっていた。これに対し、本発明では、図1に示すように銅を含むCu/Ni/Sn系の層4が生じ安定なバリアメタルとして作用するので、接合層界面のNiSn系の合金層10の成長を抑制することができ、接合層の経時脆化の影響が低減され、信頼性を向上させることができるのである。なお、被接合材は半導体チップそのものでも可能で、バンプ状に形成された銅、ニッケル層を含む被膜部及びそれらの拡散を防ぐW(タングステン)、Ti(チタン)、Alなどの下地電極層(UBM:Under Bump Metal)があればCu、Niの拡散による不都合は生じないので、同様の作用を期待できる。
本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施例について、銅層または銅基板などを基材とする良伝導体上に半導体チップを鉛フリーのSn系はんだを用いて、はんだ接合する前後の工程を中心にして以下詳細に説明する。銅若しくは銅合金からなる良伝導体(銅層または銅を基材)1の表面に電解めっきによりNi層2を形成する。図1(a)は銅層1の表面にNiメッキ層2を形成したことを断面図により示した図である。Ni層2の厚みは5μm以下であるとよい。その後、還元雰囲気の加熱炉で400〜800℃の加熱処理を5〜30分間行いNi層2と良伝導体1の相互拡散を進展させる。低温(400〜600℃程度)加熱処理時においては結晶粒内を浸透した緩やかな相互拡散が進展するが、特に高温(600℃〜800℃)加熱処理時においては良伝導体1及びNi層2は再結晶化が進行し、結晶粒の粗大化が進行する。結晶粒が粗粒化すると共にNi層2の粒界近傍に良伝導体1のCu成分の拡散が促進され、一部の拡散Cuが最表面近傍に析出し、Cu/Ni合金層2−1が形成される(図1(b))。被膜強度などの膜状態に対する影響としては前者の低温加熱処理の方が望ましいが、後者の高温加熱処理でも、最大結晶粒径が2〜3μm程度までの粗大化にとどまっていれば、はんだ接合した後の脆化の影響を前記低温加熱処理と比較しても信頼性に及ぼす影響は些少であるので、問題なく、高温加熱処理の方が処理時間を短かくできる分、より好ましいと言える。この状態でSn3.5Agなどの鉛フリーはんだ3との接合(最大加熱温度240〜300℃)を行なうと、安定相であるCu/Ni/Sn層(たとえば、η’−(Cu,Ni)Snなどを含む層)4が表面に形成される(図1(c))。この図1(c)では元のCu/Ni2−1に相当する領域を鎖線で示し、新しいCu/Ni層を2−2で示した。図1(c)によれば、鎖線で示す元のCu/Ni2−1の最表面はCu/Ni/Sn層4であり、その上のはんだ層3側にはごく薄いNi/Sn層10が形成されているが、Cu/Ni/Sn層4により、層の成長が抑制されているので影響は小さい。
前記実施例1の場合、良伝導体(Cu層またはCu基板)1とNi層2からなる基板の高温または低温の加熱処理後においては、はんだ接合界面を形成する最表面には銅とニッケルの双方が露出した状態となるが、特に銅の酸化傾向が腐食に及ぼす影響が強いので、加熱処理後の部材管理を通常の雰囲気内で行なうと、はんだ接合の際の濡れ性を劣化させる要因となる。実施例2では、図2の表面にNiめっきされた良伝導体1の断面図に示すように、酸化防止保護膜としてAuめっき層5を、前記図1(a)に示すCu/Ni膜基板の加熱処理後の前記図1(b)の基板に成膜する。Au(金)めっき層5はフラッシュめっきであればよく、膜厚は0.05μm程度の薄膜で良い。この場合、Au層5はんだ接合前の基板表面に耐食性を付与すると共に濡れ性を保持することができ、また、はんだ接合の際にAuは界面近傍に残留することなく、はんだ層全体に均一にAuが分散するため、実質的には接合後の層構成は実施例1と同様のものとなる。また、Auめっき層5に代えて、接合活性傾向が高いIn(インジウム)、Sb等を成膜しても良い。In、Sb等は下地部分との界面反応に先んじてはんだとの液相拡散により、前記Auと同様にはんだ層全体に分散するので、悪影響のある合金層を形成することなく、Auめっき層と同様の効果が期待できる。
図3に実施例3の良伝導体の断面図を示す。良伝導体(基板)6はアルミニウム(Al)膜で、3〜5μm程度の厚みを有する。このアルミニウム膜の上に下地Ni膜7を無電解めっきで3μm程度成膜し、その上に電解めっきによりCu層8を0.5〜2μm形成する。更に最表面に0.5〜2μm程度Niめっき2を施した(図3(a))後、前述の加熱処理とAuめっき膜形成を行なえば、Ni膜の最表面にCu層8が拡散してCu層の両界面にCu/Ni層2−1がそれぞれ形成される(図3(b))。この基板上に半導体チップをSn3.5AgなどのSnを主成分とする鉛フリーはんだ3を用いてはんだ接合を行なうと、図3(c)に示すように、前述の実施例と同様の接合層構成を含む層(はんだ3、Ni/Sn層10、Cu/Ni/Sn層4、Cu/Ni層2−1、Cu層8、Cu/Ni層2−1、Ni層2、Al層6)が形成される。この場合、下地のNiめっき層2は接合後も一部が残存していることが望ましく、表面側の膜(Cu層8、Ni膜2)より厚みを大きくとることで、供給Cu分が拡散して表面側のNi膜7に一部が分散した段階でもNiリッチなまま残存し、Al側の界面付近の層構成が変化しないものとした。
前述の実施例1、2では、リードフレーム基板材等に多い銅+Niめっき部材、配線基板上に形成される導電配線材などへの応用が可能だが、現在配線基板などの上に搭載される半導体チップの表面側の電極は、ワイヤボンディングが可能なようにアルミニウム膜の形成が通常であり、敢えて、半導体チップの表面側電極膜にはんだ接合を行なうためには、その上にさらに電解または無電解Niめっき膜が形成されるので、通電動作時には最も高温負荷が掛かるところとなる。そのため、実施例3によれば、実機信頼性を向上させるために安定した界面状態を保持する効果が期待できる。
前記実施例1、2、3に加え、フローはんだ実装のように溶融はんだ材に浸漬させるような接合を行う場合は、前記図1(a)に示す銅基材1表面にNiめっき膜2形成された金属部材に実施例1と同様の加熱処理を施して、図1(b)のようにCu/Ni層2−1とした後、Au膜5を形成した後に、Snを主成分とする鉛フリーはんだめっき9を行うと、前述のようにAu層は分散して消える(図4(a))。はんだ接合時の反応ではんだめっき層9とNi、Cuを含む下地界面の相互拡散によりNi/Sn層10とCu/Ni/Sn層4が生成される(図4(b))。一方、基板部材のはんだめっき9の最表面(鎖線で示す)は、はんだ3と同種の合金界面となるので液相状態で流動して部材の旧最表面下部の成分と混合する。すなわち、はんだ実装の際の溶融はんだ材の組成不均一などの品質上の影響を受けることなく、接合条件に依存せず安定してバリアメタル層4をNi膜の境界表面付近に形成するため、実機の製造品質を均質化し、結果、信頼性を向上させることができる。なお、この場合、はんだめっき9とCu/Ni層2−1に挟み込まれるAu、In、Sbは無くてもかまわない。あるいははんだめっき後の基板を放置することがある場合に、腐食を防ぐために最表面にAu膜を成膜してもかまわない。
本発明の半導体装置の製造方法にかかるはんだ接合部近傍のはんだと金属部の拡大断面図である(その1)。 本発明の半導体装置の製造方法にかかるはんだ接合部近傍のはんだと金属部の拡大断面図である(その2)。 本発明の半導体装置の製造方法にかかるはんだ接合部近傍のはんだと金属部の拡大断面図である(その3)。 本発明の半導体装置の製造方法にかかるはんだ接合部近傍のはんだと金属部の拡大断面図である(その4)。 一般的な半導体装置の組み立て構造の断面図である。 従来の半導体装置の製造方法にかかる、はんだ接合部近傍のはんだと金属部の拡大断面図である。
符号の説明
1、… Cu層、Cu基材、
2、… Ni皮膜、
2−1、… Cu/Ni層
3、… はんだ層、
4、… Cu/Ni/Sn層
5、… Au膜、
6、… Al層
7、… Ni層
8、… Cu層
9、… はんだめっき層
10、… Ni/Sn層。


Claims (7)

  1. 半導体チップが金属部を有する基板上にはんだを用いた接合により搭載される半導体装置において、前記はんだがPbフリーのSn系はんだであり、前記半導体チップと前記金属部の間のSn系はんだ層と前記金属部の表面とが前記Sn系はんだ層側から、順次Sn系はんだ層とNi/Sn層とCu/Ni/Sn層とCu/Ni層とCu層とで構成される接合層構造を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記金属部がCu、Alを含む良伝導体材料から選ばれる少なくともいずれか一種類の材料であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記金属部を有する基板が、絶縁基板の表面に形成される金属配線パターンを含む金属部を有する基板であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 前記金属部を有する基板が金属基板からなることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  5. 半導体チップをはんだ材を用いた接合により、基板の金属部上に搭載する半導体装置の製造方法において、表面側からNi層とCu層とをこの順に有する金属部を備える基板に所定の加熱処理を加えることにより、Cu/Ni層とCu層とをこの順に有する金属部を備える基板に変えてから、Snを主成分とするPbフリーはんだ材を用いて半導体チップを前記金属部のCu/Ni層の上にはんだ接合し、はんだ層側から、順次はんだ層、Ni/Sn層およびCu/Ni/Sn層で構成される接合層構造を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記金属部を備える基板に所定の加熱処理を加えた後、前記金属部の最表面にAu、In、Sbから選ばれる少なくとも一種類を用いた金属層を形成し、前記半導体チップをはんだ接合することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記金属部の最表面にAu、In、Sbから選ばれる少なくとも一種類を用いた金属層を形成した後、前記半導体チップをはんだ接合する前に、前記金属層上にSnまたはSn合金層を形成することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
JP2005313883A 2005-10-28 2005-10-28 半導体装置およびその製造方法 Expired - Fee Related JP4765099B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005313883A JP4765099B2 (ja) 2005-10-28 2005-10-28 半導体装置およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005313883A JP4765099B2 (ja) 2005-10-28 2005-10-28 半導体装置およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007123566A JP2007123566A (ja) 2007-05-17
JP4765099B2 true JP4765099B2 (ja) 2011-09-07

Family

ID=38147079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005313883A Expired - Fee Related JP4765099B2 (ja) 2005-10-28 2005-10-28 半導体装置およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4765099B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014705A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Hitachi Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5677346B2 (ja) * 2012-03-22 2015-02-25 株式会社日立製作所 半導体素子、半導体装置、半導体装置の製造方法及び接続材料
JP2014060341A (ja) 2012-09-19 2014-04-03 Toshiba Corp 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6477517B2 (ja) * 2016-01-20 2019-03-06 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
US20220139852A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Cree, Inc. Transistor packages with improved die attach

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3092603B2 (ja) * 1998-11-02 2000-09-25 日本電気株式会社 半導体素子実装基板又は放熱板とその製造方法及び該基板又は放熱板と半導体素子との接合体
JP2001011612A (ja) * 1999-06-28 2001-01-16 Sumitomo Metal Mining Co Ltd ターゲット材料、電極材料、及び実装部品
JP3880877B2 (ja) * 2002-03-29 2007-02-14 Dowaホールディングス株式会社 めっきを施した銅または銅合金およびその製造方法
JP2005026612A (ja) * 2003-07-02 2005-01-27 Denso Corp 半導体装置
JP4663975B2 (ja) * 2003-11-28 2011-04-06 日本特殊陶業株式会社 電子部品用パッケージ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007123566A (ja) 2007-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10930614B2 (en) Chip arrangements
KR101704030B1 (ko) 구리 첨가에 의한 솔더 인터커넥트의 개선
US8092621B2 (en) Method for inhibiting growth of nickel-copper-tin intermetallic layer in solder joints
US20110042815A1 (en) Semiconductor device and on-vehicle ac generator
TW201323131A (zh) 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法
JPH10511226A (ja) フリップチップ実装用はんだバンプおよびその製造方法
WO2011081213A1 (ja) 面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品
US10328533B2 (en) Hybrid lead-free solder wire
JP6287759B2 (ja) 半導体装置とその製造方法
WO2012053178A1 (ja) 半導体接合構造体および半導体接合構造体の製造方法
JP4765099B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP3796181B2 (ja) 無鉛ハンダ合金、ハンダボール及びハンダバンプを有する電子部材
JP5614507B2 (ja) Sn−Cu系鉛フリーはんだ合金
JP2005032834A (ja) 半導体チップと基板との接合方法
CN115881673A (zh) 层结构、芯片封装体以及它们的形成方法和焊料材料
JP2015205345A (ja) 面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品
JP2007031740A (ja) 電子部品及びその製造方法
US20230126663A1 (en) Layer structure and chip package that includes the layer structure
JP2003223945A (ja) Au−Ge系ろう材付リードピン
US12023762B2 (en) Layer structure with an intermetallic phase layer and a chip package that includes the layer structure
JP6543890B2 (ja) 高温はんだ合金
WO2001076335A1 (en) Mounting structure of electronic device and method of mounting electronic device
JP2012204476A (ja) 配線基板およびその製造方法
JP4779710B2 (ja) 接合方法およびこれを用いたインバータ
JP3466498B2 (ja) 配線基板及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080204

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080916

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20081216

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090219

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20091112

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110408

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110422

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110523

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4765099

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140624

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees