[发明专利]金属粒子膏糊、使用了其的固化物及半导体装置

说明书

本申请基于2013年9月10日提出的日本专利申请第2013-187709号而主张优先权，将其全部内容引用于此作为参考。

技术领域

这里记载的实施方式通常涉及金属粒子膏糊、使用了其的固化物、及半导体装置。

背景技术

软钎料在电子设备中作为将电子部件与基板接合的材料被使用，一直在进行无铅化。然而，在使用时达到高温的功率器件的接合部中适用的软钎料的情况下，无铅化是困难的。近年来，一直在开发与Si相比能够进行更高温下的工作的宽禁带半导体，预测设备的工作温度达到300℃左右。因此，对接合材料要求更高的耐热性。

目前，希望通过利用了热或电磁波的金属粒子的烧结接合来提高接合材料的耐热性。例如，提出将活性高的金属纳米粒子用容易被热分解的有机物被覆而提高了稳定性的膏糊。此外，提出通过使用金属纳米粒子来将被接合构件间以高强度进行接合的方法。进而，提出使用金属纳米粒子在基板上形成微细的布线图案的方法。

通过使用以往的金属粒子膏糊并实施200～350℃左右的热处理而形成的接合部是由具有微细的孔隙的多孔质的金属形成的固化物。由于该固化物可以说是在中途停止烧结的状态，所以在放置于固化温度或比其高温的环境下的情况下，在接合部内进行金属的扩散。因此，迄今为止报道了在接合部与芯片的界面附近、或接合部与电极的界面附近微细的孔隙凝聚而导致组织劣化。

若着眼于高温环境下的劣化机制为金属的扩散，则通常在金属组织的晶界中分散微量的第二元素，利用钉扎效果来谋求组织的稳定化是有效的。为了体现出钉扎效果，第二元素的种类没有特别限制，倒是在晶界中均匀地分散较重要。报道了为了使用金属粒子膏糊得到使第二元素均匀地分散在晶界中的组织，将由作为基本的第一金属形成的微细粒子与由第二金属形成的微细粒子混合的方法。

然而，由于通常微细粒子凝聚而形成二次粒子，所以得到使由第一金属形成的微细粒子与由第二金属形成的微细粒子均匀地混合而成的金属粒子膏糊是非常困难的。

发明内容

本发明所要解决的课题是提供由于金属的扩散被阻止而孔隙的凝聚得到抑制、所以能够形成热稳定性优异的布线或电极的金属粒子膏糊、即使在高温环境下劣化也得到抑制的固化物、及使用了这些电极等的半导体装置。

为了解决上述课题，作为实施方式，金属粒子膏糊包含：极性溶剂；和分散在上述极性溶剂中并包含第一金属的粒子，在上述极性溶剂中溶解有与上述第一金属不同的第二金属。

根据上述的构成，能够提供可形成热稳定性优异的布线、电极等的金属粒子膏糊、该金属粒子膏糊的固化物、及使用了它们的半导体装置。

附图说明

图1是一实施方式涉及的金属粒子膏糊的概念图。

图2是以往的金属粒子膏糊的概念图。

图3是使用了金属粒子膏糊的接合方法的流程图。

图4是实施例的金属粒子膏糊干燥物的电子显微镜照片。

图5是实施例的金属粒子膏糊干燥物的高倍率的电子显微镜照片。

图6是比较例的金属粒子膏糊干燥物的电子显微镜照片。

图7是表示试验片的概略的俯视图。

图8是表示试验片的概略的侧面图。

图9是表示芯片剪切试验强度的图。

图10是说明孔隙面积比的计算方法的图。

具体实施方式

实施方式的金属粒子膏糊含有极性溶剂、和分散在上述极性溶剂中并包含第一金属的粒子。在上述极性溶剂中溶解有与上述第一金属不同的第二金属。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是一实施方式涉及的金属粒子膏糊的概念图。一实施方式的金属粒子膏糊10含有第一金属和第二金属这两种不同的金属。在本实施方式的金属粒子膏糊10中，第一金属作为粒子1分散在极性溶剂4中，另一方面，第二金属溶解在极性溶剂4中。

使本实施方式的金属粒子膏糊固化而制成固化物，第一金属在该固化物中主要构成承担导电性及导热性的母相。如已经说明的那样，抑制构成固化物的母相的第一金属的扩散与该固化物的劣化的抑制有关。为了抑制第一金属的扩散，使与第一金属不同的第二金属均匀地存在于构成固化物的母相的第一金属的晶界中是有效的。本实施方式中使用的第二金属由于是与第一金属不同的金属，所以具有在固化物中抑制第一金属的扩散的作用。