[发明专利]半导体元器件、半导体晶片元器件、半导体元器件的制造方法、及接合结构体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体元件的面上具有以Bi为主要成分的接合材料构成的接合层的半导体元器件、半导体晶片元器件、半导体元器件的制造方法、及接合结构体的制造方法。

背景技术

使用焊锡材料将半导体元器件安装于基板。例如，作为将IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)之类的半导体元器件和基板接合的焊锡材料，一般采用熔点为220℃的Sn-3重量％Ag-0.5重量％Cu。

图4是将半导体元器件安装于基板的示意图。将半导体元器件401安装于基板402时，采用焊锡浸渍式的浸入装置，例如用熔点为220℃的焊锡材料403(Sn-3重量％Ag-0.5重量％Cu)将半导体元器件401的外部电极404与基板电极405锡焊连接。此时，因为焊锡材料403被浸入装置加热至250～260℃，因此半导体元器件401的温度可达250～260℃。而半导体元器件401采用以下结构：即，半导体元件406和内部电极407通过接合材料408接合，如果接合材料408在半导体元器件401的内部熔融，则可能会发生短路、断路或电学特性的变化，最终产品发生缺陷。因此，对于在半导体元器件401的内部使用的接合材料408，要求具有比用浸入装置进行锡焊时达到的半导体元器件401内部的最高温度要更高的熔融温度。

因此，作为熔融温度超过260℃且不含铅的接合材料，考虑使用包含90重量％以上的Bi的接合材料(以下称作“以Bi为主要成分的接合材料”)(例如Bi-2.5Ag熔点262℃，Bi-0.5Cu熔点270℃)。作为其它接合材料，也对Zn进行了研究，但考虑到浸润性和接合的难易程度等，现在使用的是上述以Bi为主要成分的接合材料。于是，提出了使用以Bi为主要成分的接合材料的功率半导体模块(参照专利文献1)

图5(a)～图5(c)是用于说明专利文献1所记载的现有的接合结构体的制造过程中所产生的空隙的示意图。在图5(a)～图5(c)中，接合结构体501是将熔融后的以Bi为主要成分的接合材料502提供到电极503上(图5(a))，并在该接合材料502上安装半导体元件504(图5(b))以进行接合而成的结构体(图5(c))。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-281412号公报(第24页、图2)

发明内容

然而，专利文献1中的接合材料的主要成分即Bi的氧化物的标准生成能为-494kJ/mol，容易氧化。如上所述，为了形成接合结构体501，将以熔融后的Bi为主要成分的接合材料502提供给电极503，在该接合材料502上安装半导体元件504并进行接合。此时，在提供给电极503的以熔融状态的Bi为主要成分的接合材料502的表面，形成有因接触大气而自然地生成的氧化物505。

因此，在将半导体元件504安装到熔融状态的接合材料502的表面的情况下，氧化物505层在半导体元件504的表面浸润并扩散，最终移动到接合材料502的外周缘部。因而，如图5(b)的箭头所示那样，在存在有空气集聚的情况下，氧化物505层的一部分可能不会移动到接合材料502的外周部，而会残留。而且，该残留下的氧化物505层具有容易卷入空气的特性，因此，如图5(c)所示的那样，卷入到氧化物505层中的空气会作为空隙506而进入接合材料502中。此外，集中在接合材料502的外周缘部的氧化物505以大致均匀地覆盖该外周缘部的表面的方式进行分布。

在接合材料502中混入有空隙506的状态下，若因热循环而施加反复的应力，则会在凝固的接合材料502中发生裂纹，具有接合结构体501的半导体元器件会发生故障，从而产生问题。

本发明考虑了上述现有的半导体元器件的上述问题，其目的在于提供一种能够减少在包括以Bi为主要成分的接合材料的接合层中所产生的空隙的半导体元器件、使该半导体元器件与电极相接合的接合结构体、半导体晶片元器件、半导体元器件的制造方法、及接合结构体的制造方法。

本发明的第1发明为一种半导体元器件，包括：

半导体元件；以及

接合层，该接合层形成于上述半导体元件的一侧的面上，包含以Bi为主要成分的接合材料，

在上述接合层的与上述半导体元件相接的面相反一侧的面上形成有单个或多个凸部。

另外，本发明的第2发明在于，在本发明的第1发明的半导体元器件中，上述凸部的高度为5μm以上30μm以下。

另外，本发明的第3发明是一种半导体元器件的制造方法，包括：