半導體裝置及半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體裝置及半導體裝置的制造方法。
【背景技術】
[0002]以往，眾所周知有在設置于絕緣基板的電路圖案上接合半導體芯片而成的封裝結構的半導體裝置，并且使用了將可在較低的溫度下進行接合的焊接材料作為將半導體芯片與電路圖案進行接合的接合材料。作為這樣的焊接材料，主要使用了以錫(Sn)為主要成分的焊料，例如可以以低融點進行接合的錫-銀(Sn-Ag)系焊接材料、高可靠性的錫-銻(Sn-Sb)系焊接材料等。對焊料接合后的Sn-Ag系焊接材料以及焊料接合后的Sn-Sb系焊接材料的狀態進行說明。
[0003]以Sn為主要成分的焊料的融點為200°C?300°C程度。使用了以Sn為主要成分的焊料的焊料接合層具備分散有Sn晶粒的結構。在使用了 100% Sn的焊接材料的情況下的焊料接合層中，在高溫下Sn晶粒粗大化，而且根據溫度變化由與非接合材料的線膨脹系數差而引起的應力施加于焊料接合層，因此在Sn晶粒之間的晶粒邊界產生晶界裂紋(晶界破裂)，存在該晶界裂紋向相鄰的Sn晶粒之間的晶粒邊界擴展的問題。作為防止這種晶界裂紋擴展的焊接材料，眾所周知有Sn-Ag系焊接材料和Sn-Sb系焊接材料。
[0004]圖7是示意性地示出利用以往的Sn-Ag系焊接材料而構成的焊料接合層的狀態的說明圖。將利用以往的Sn-Ag系焊接材料的焊料接合層(以下，稱為Sn-Ag系焊料接合層)的初期(在受到因能量循環等導致的熱負荷之前)的狀態示于圖7的(a)中。Sn-Ag系焊接材料是析出強化型的焊接材料。如圖7的(a)所示，在使用了以往的Sn-Ag系焊接材料的焊料接合層中，Ag在Sn晶粒中基本不固溶，因此成為微粒狀的硬的Ag3Sn化合物122，并且在作為基質而分散的Sn晶粒121之間的晶粒邊界析出。由此，Sn晶粒121之間的晶粒邊界被強化從而結晶變得難以變形，因此與Sn晶粒單質的焊料接合層相比晶界裂紋難以擴展。
[0005]圖8是示意性地示出利用以往的Sn-Sb系焊接材料而構成的焊料接合層的狀態的說明圖。利用以往的Sn-Sb系焊接材料的焊料接合層(以下，稱為Sn-Sb系焊料接合層)的初期的狀態示于圖8的(a)中。Sn-Sb系焊接材料是固溶強化型的焊接材料。如圖8的
(a)所示，在使用了以往的Sn-Sb系焊接材料的焊料接合層中，在Sn晶粒131中Sb固溶達到8.5重量％ ( = 8.3原子百分數(at% ))左右，全部Sn晶粒131被強化。
[0006]通過固溶了的Sb使得全部Sn晶粒131被強化，由此能夠抑制因半導體裝置的工作中的發熱和散熱的重復循環引起的熱負荷而產生的Sn晶粒131的粗大化。另外，超過了固溶限度的Sb與Sn晶粒131中的Sn的一部分一起成為固態的SnSb化合物132而部分地析出。由此，結晶變得難以變形，粒內裂紋(粒內破裂)變得難以擴展。
[0007]作為這種包括Sn、Ag和Sb的焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，在含有I %?30%的Ag和0.5%?25%的Sb中的一種或兩種，并且具有余量由Sn和不可避免的雜質所構成的組成的Sn合金焊料中，為了提高接合部的熱疲勞特性，使作為不可避免的雜質的氧
(O2)含量為5ppm以下，并且使平均晶粒徑為3 μπι以下(例如，參照下述專利文獻I。)。
[0008]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，包括5重量％?15重量％的Sb、2重量％?15重量％的Ag，余量除不可避免的雜質之外實質上由Sn構成，表面粗糙度Ra為10 μπι以下(例如，參照下述專利文獻2。)。
[0009]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，在焊接材料中含有粉末的復合焊接材料中，焊接材料包括5重量％?15重量％的Sb、2重量％?15重量％的Ag，余量除不可避免的雜質之外實質上由Sn構成(例如，參照下述專利文獻3。)。
[0010]另外，作為另一焊接材料，提出有由包括以下材料的合金構成的焊接材料，S卩，25重量％?40重量％的Ag、24重量％?43重量％的Sb、作為余量而含有Sn，在該焊接材料中，使其溶融溫度為至少250°C以上(例如，參照下述專利文獻4。)。
[0011]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，以質量％計，包括0.9%?
10.0%的 Ag:、0.01%?0.50%的 Α1、0.04%?3.00% Sb，Al/Sb 的比滿足 0.25 以下的關系(不包括O)，余量由Sn和不可避免的雜質構成，并對具有氧化物或氧化表面的元件進行結合(例如，參照下述專利文獻5。)。
[0012]另外，作為另一焊接材料，提出有由如下材料構成的焊接材料，即Ag為0.05質量％?2.0質量％，銅(Cu)為1.0質量％以下，Sb為3.0質量％以下，鉍(Bi)為2.0質量％以下，銦(In)為4.0質量％以下，鎳(Ni)為0.2質量％以下，鍺(Ge)為0.1質量％以下，鈷(Co)為0.5質量％以下(其中，Cu、Sb、B1、In、N1、Ge和Co均不為O質量％ )，并且余量為錫(例如，參照下述專利文獻6。)。
[0013]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，在以SnSbAgCu系為主要成分的焊接材料中，焊接材料的組成為42重量％< Sb/(Sn+Sb)彡48重量％、5重量Ag
<20重量％、3重量Cu< 10重量％，以及5重量％<Ag+Cu彡25重量％，余量由其它不可避免的雜質元素構成(例如，參照下述專利文獻7。)。
[0014]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，對于全部高溫焊接材料，分別包括12質量％?16質量％的313、0.01質量％?2質量5^^^Ag、0.1質量％?1.5質量％的Cu，還包括0.001質量％?0.1質量％的娃(Si)，并且包括0.001質量％?0.05質量％的B，余量為Sn和不可避免的雜質(例如，參照下述專利文獻8。)。
[0015]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，以固相溫度為225°C的SnSbAgCu系為主要成分，合金的構成比率是Ag、Cu為10重量％?35重量％，并且Sb/(Sn+Sb)的重量比率為0.23?0.38 (例如，參照下述專利文獻9。)。
[0016]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，包括88質量％?98.5質量％的Sn、I質量％?10質量％的Ιη、0.5質量％?3.5質量％的Ag、0質量％?I質量％的Cu，具有用于對凝固而成的焊料中的金屬間相的成長進行抑制的結晶化改性劑的摻雜劑并且以Sn-1n-Ag焊料合金作為基底(例如，參照下述專利文獻10。)。
[0017]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，包括Ag:2質量％?3質量％、(]11:0.3質量％?1.5質量％、13;[:0.05質量％?1.5質量％、313:0.2質量％?1.5質量％，并且Ag、Cu、Sb、Bi的合計含量為5質量％以下，余量由Sn和不可避免的雜質構成，回流后的表面性狀平滑(例如，參照下述專利文獻11。)。需要說明的是，回流是指這樣的方法，即，使接合材料形成焊膏(將助熔劑(flux)加到焊料粉末，從而具有適當的粘度)層，在其上載置部件后加熱使焊料熔融，進行焊接。
[0018]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，由Ag為I質量％?3質量％、&1為0.5質量％?1.0質量％、81為0.5質量％?3.0質量％、In為0.5質量％?3.0質量％、Ge為0.01質量％?0.03重量％或者砸(Se)為0.01質量％?0.1質量％，余量為Sn構成(例如，參照下述專利文獻12。)。
[0019]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，包括15.0%?30.0%的B1、1.0 %?3.0 %的銀，而且根據情況，還可以包括O %?2.0 %的銅、以及O %?4.0 % Sb和附帶的雜質，余量為Sn(例如，參照下述專利文獻13。)。
[0020]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，作為Sn-Sb-Ag-Cu四元合金，以總量的1.0重量％?3.0重量％的比例包括Sb，以1.0重量％以上且少于2.0重量％的比例包括Ag，以1.0重量％以下的比例包括Cu，余量由Sn構成(例如，參照下述專利文獻 14。 )ο
[0021]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，含有3.0重量％以下(不包括范圍下限值零)的Sb、3.5重量％以下(不包括范圍下限值零)的銀、1.0重量％以下(不包括范圍下限值零)的N1、0.2重量％以下(不包括范圍下限值零)的磷(P)，余量由Sn和不可避免的雜質構成(例如，參照下述專利文獻15。)。
[0022]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，含有2.5重量％?3.5重量％的Sb、1.0重量％?3.5重量％的Ag、1.0重量％以下(不包括范圍下限值零)的Ni，余量由Sn和不可避免的雜質構成(例如，參照下述專利文獻16。)。
[0023]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，是棒狀、線狀、坯狀(preform)、加脂焊料中的任意一種，并由0.5重量％?3.5重量％的Ag、3.0重量％?5.0重量％的B1、0.5重量％?2.0重量％的Cu、0.5重量％?2.0重量％的Sb、余量為Sn所構成(例如，參照下述專利文獻17。)。
[0024]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，包括In和Bi兩者合計為17重量％以下且其中任意一種為0.1重量％以上、0.8重量％以上且5重量％以下的Ag，余量由Sn和不可避免的雜質構成，并且進一步添加了 0.1重量％以上且10重量％以下的Sb (例如，參照下述專利文獻18。)。
[0025]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，含有61重量％?69重量％的Sn、8重量％?11重量％的Sb以及23重量％?28重量％的Ag (例如，參照下述專利文獻 19。 )。
[0026]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，即，包括93重量％?98重量％的311、1.5重量％?3.5重量％的48、0.2重量％?2.0重量％的(:11以及0.2重量％?2.0重量％的Sb，并且具有210°C?215°C的融點(例如，參照下述專利文獻20。)。
[0027]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料，S卩，包括90.3重量％?99.2重量％的311、0.5重量％?3.5重量％的六8、0.1重量％?2.8重量％的Cu以及0.2重量％?2.0重量％的Sb，并且具有210°C?216°C的融點(例如，參照下述專利文獻21。)。
[0028]另外，作為另一焊接材料，提出有這樣的焊接材料