半導(dǎo)體器件及其裸片接合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)參考且要求2013年11月5日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2013-0133760的韓國(guó)專(zhuān) 利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)的某些實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件及其接合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0004] 通常，半導(dǎo)體器件的已知裸片接合材料包括Au-GeQ.15-Sb Q.17、Sn-90Pb、Sn-37Pb、 Sn-3. 5Ag、Sn-5Sb、Sn-0. 7Cu和Sn-9Zn。裸片接合材料用于將半導(dǎo)體裸片電連接以及機(jī)械 連接至基板，諸如電路板。
[0005] 然而，由于環(huán)境法規(guī)，禁止使用鉛（Pb)或銻（Sb)，而金（Au)可能增加半導(dǎo)體器件 的制造成本。
[0006] 另外，錫銀（SnAg)合金可能與半導(dǎo)體裸片上形成的鎳（Ni)或與引線框架的銅 (Cu)形成金屬間化合物，從而降低電特性和機(jī)械特性。此外，當(dāng)沉積銀（Ag)時(shí)，錫（Sn)可 能由于熱量累積而聚集，使得在裸片接合材料中產(chǎn)生許多空隙。另外，裸片接合材料的表面 粗糙度可能增大，由此降低了引線框架的潤(rùn)濕特性和接合特性的可靠性。
[0007] 通過(guò)將這樣的系統(tǒng)與參照附圖在本申請(qǐng)的其余部分列出的本公開(kāi)相比較，現(xiàn)有的 且傳統(tǒng)的方法的另外局限性和缺點(diǎn)將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。
[0008] 相關(guān)技術(shù)
[0009] 韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2012-0117551號(hào)（在2012年10月22日提交）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件及其接合結(jié)構(gòu)，其中不與半導(dǎo)體裸片或引線 框架形成金屬間化合物，從而改善電特性和機(jī)械特性以及可潤(rùn)濕性，且抑制裸片接合材料 的聚集。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件，包括：半導(dǎo)體裸片、形成在半導(dǎo)體裸 片的表面上的阻擋層、形成在阻擋層上的第一金屬層、形成在第一金屬層上的中間金屬層、 以及形成在中間金屬層上的第二金屬層，其中第一金屬層和第二金屬層具有第一熔化溫 度，中間金屬層具有低于第一熔化溫度的第二熔化溫度。
[0012] 第一熔化溫度可以在400至1500°C的范圍，第二熔化溫度可以在100至500°C的 范圍。
[0013]中間金屬層可以包括錫（Sn)、鉍（Bi)或銦（In)，第一金屬層和第二金屬層中的每 個(gè)可以包括銀（Ag)、金（Au)、鎳（Ni)、鍺（Ge)、銻（Sb)、鈷（Co)、銅（Cu)、鋁（A1)、硅（Si)、 鋅（Zn)或鎂（Mg)。
[0014] 中間金屬層與第一金屬層和第二金屬層之間的重量比可以在9. 5:0. 5至6:4的范 圍。
[0015] 中間金屬層、第一金屬層和第二金屬層的厚度可以范圍以降序排列，S卩，中間金屬 層〉第一金屬層〉第二金屬層。
[0016] 中間金屬層可以具有范圍在8000A至30000A的厚度，第一金屬層具有范圍在 300A個(gè):丨0000A的厚度，第二金屬層可以具有范圍在300A至1000〇A的厚度。
[0017] 中間金屬層可以具有范圍在15000A至21000A的厚度，第一金屬層可以具有范 圍在2000A至4000A的厚度，第二金屬層可以具有范圍在300A至200(KA的厚度。
[0018] 阻擋層可以由鈦（Ti)或順序形成的鈦（Ti)和鎳（Ni)制成，阻擋層可以由釩（V) 或順序形成的釩（V)和鎳（Ni)制成。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種裸片接合結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體裸片、電連接至半 導(dǎo)體裸片的引線框架、以及電連接至半導(dǎo)體裸片和引線框架的錫銀（SnAg)合金，其中，錫 銀合金的裸片接合溫度處于220°C至450°C的范圍，錫銀合金的再熔化溫度處于280°C至 500°C的范圍。
[0020] 這里，錫銀合金的錫（Sn)和銀（Ag)之間的重量比可以在9. 5:0. 5至6:4的范圍。
[0021] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件及其接合結(jié)構(gòu)，其可以通過(guò) 利用銀-錫-銀（Ag-Sn-Ag)結(jié)構(gòu)作為背側(cè)金屬材料以作為半導(dǎo)體器件的裸片接合材料來(lái) 改善電特性和機(jī)械特性以及可潤(rùn)濕性且抑制裸片接合材料的聚集，以防止在接合材料與半 導(dǎo)體裸片的金屬層或引線框架之間形成金屬間化合物。
[0022] 具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在裸片接合期間，銀-錫-銀（Ag-Sn-Ag)結(jié)構(gòu)中的 中部的錫（Sn)首先熔化以起到溶劑的作用，然后上部的銀（Ag)和下部的銀（Ag)(起到溶 質(zhì)的作用）熔化，從而允許在錫（Sn)的熔點(diǎn)附近的低溫（例如，250°C )執(zhí)行裸片接合。
[0023] 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其裸片接合結(jié)構(gòu)中，當(dāng)銀_錫-銀 (Ag-Sn-Ag)經(jīng)歷裸片接合以變成錫銀（SnAg)合金時(shí)，最終的熔點(diǎn)根據(jù)所設(shè)計(jì)的錫銀 (SnAg)的重量比而增加，從而降低了裸片接合溫度且增加了再熔化溫度。
[0024] 從以下說(shuō)明書(shū)和附圖中將可以更充分地理解本公開(kāi)的各種優(yōu)點(diǎn)、方面和新穎特征 以及所示實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖，圖1B是說(shuō)明在半導(dǎo)體 裸片和引線框架未經(jīng)歷裸片接合工藝之前的狀態(tài)的截面圖；
[0026] 圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的利用半導(dǎo)體器件的裸片接合機(jī)制；
[0027] 圖3是說(shuō)明在本發(fā)明中使用的錫銀（SnAg)的相變狀態(tài)的狀態(tài)圖；
[0028] 圖4示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于第一金屬層的厚度變化的效 果的照片；
[0029] 圖5示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于第二金屬層的厚度變化的效 果的照片；
[0030] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于第一金屬層的厚度變化的裸片剪切強(qiáng) 度（die shear strength)的曲線；
[0031] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于第二金屬層的厚度變化的裸片剪切強(qiáng) 度的曲線；
[0032] 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于裸片接合（D/B)溫度的裸片剪切強(qiáng)度的 曲線；以及
[0033] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的取決于裸片接合（D/B)溫度的飽和電壓的曲 線。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0035] 本公開(kāi)的各個(gè)方面可以實(shí)現(xiàn)為許多不同形式，不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文所列的 示例實(shí)施例。更確切地，提供本公開(kāi)的這些示例實(shí)施例將使得本公開(kāi)全面和完整，且將向本 領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)本公開(kāi)的各個(gè)方面。
[0036] 在附圖中，為了清楚，層和區(qū)域的厚度被夸大。這里，相同附圖標(biāo)記在本文中表示 相同元件。如在本文使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括相關(guān)所列項(xiàng)目中的一個(gè)或更多個(gè)的任意組 合和所有組合。
[0037] 另外，本文使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施例的目的，而不旨在限制本公開(kāi)。如在 本文使用的，單數(shù)形式旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確另有說(shuō)明。還將理解的是，術(shù)語(yǔ) "包括"和/或"包括有"當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)使用時(shí)，明確說(shuō)明所陳述的特征、數(shù)量、步驟、操作、元 件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其他特征、數(shù)量、步驟、操作、元件、部件和/ 或其集合的存在或增加。
[0038] 將理解的是，盡管術(shù)語(yǔ)第一、第二等可以在本文用于描述各種構(gòu)件、元件、區(qū)域、層 和/或部分，但這些構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)受限于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用 于區(qū)分一個(gè)構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分與另一個(gè)構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分。因而， 例如，在不脫離本公開(kāi)的教義的情況下，下面討論的第一構(gòu)件、第一元件、第一區(qū)域、第一層 和/或第一部分可以被稱(chēng)為第二構(gòu)件、第二元件、第二區(qū)域、第二層和/或第二部分。
[0039] 圖1A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖，圖1B是說(shuō)明在半導(dǎo)體 裸片和引線框架未經(jīng)歷裸片接合工藝之前的狀態(tài)的截面圖。
[0040] 如在圖1A和圖1B中所示，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件100包括半導(dǎo)體裸片110、阻 擋層121和122、第一金屬層131、中間金屬層140和第二金屬層132。
[0041] 半導(dǎo)體裸片110通?？梢允沁x自金屬氧化物硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET)、絕緣柵雙 極型晶體管（IGBT)、二極管、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS)及其等價(jià)物中的至少一種，但本發(fā)明不 將半導(dǎo)體裸片110的種類(lèi)局限于這里所列舉的。
[0042] 阻擋層121和122可以包括鈦（Ti)或順序形成的鈦（Ti)和鎳（Ni)。另外，阻擋 層121和122可以包括釩（V)或順序形成的釩（V)和鎳（Ni)。
[0043] 這里，鈦（Ti)或釩（V)可以被限定作為第一阻擋層121，鎳（Ni)可以被限定作為 第二阻擋層122。第一阻擋層121可以防止稍后將描述的第一金屬層131和第二金屬層132 或中間金屬層140擴(kuò)散至半導(dǎo)體裸片110,第二阻擋層122可以防止第一金屬層131和第二 金屬層132或中間金屬層140擴(kuò)散至第一阻擋層121。在所示的實(shí)施例中，第一阻擋層121 和第二阻擋層122包括鈦（Ti)或釩（V)和鎳（Ni)，但本發(fā)明不將第一阻擋層121和第二阻 擋層122的材料局限于這里所列出的。
[0044] 第一金屬層131形成在第二阻擋層122