半導(dǎo)體裝置和用于半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說(shuō)明書公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置和用于半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2012-235081 (JP2012-235081A)和日本專利申請(qǐng)公開(kāi) 號(hào)2013-016623 (JP2013-016623A)公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置，其中電連接至第一半導(dǎo)體元件 的第一電極的第一導(dǎo)電構(gòu)件和電連接至第二半導(dǎo)體元件的第二電極的第二導(dǎo)電構(gòu)件通過(guò) 接合層接合至彼此。使用焊錫材料等進(jìn)行接合。
[0003] 第一導(dǎo)電構(gòu)件包括：第一堆疊部，其在第一電極側(cè)上堆疊至第一半導(dǎo)體元件；W 及第一接頭部，其從第一堆疊部延伸。第二導(dǎo)電構(gòu)件包括：第二堆疊部，其在第二電極側(cè)上 堆疊至第二半導(dǎo)體元件；W及第二接頭部，其從第二堆疊部延伸。第一電極和第一堆疊部通 過(guò)第一接合層接合至彼此，第二電極和第二堆疊部通過(guò)第二接合層接合至彼此。第一接頭 部和第二接頭部通過(guò)中間接合層接合至彼此。
[0004] 當(dāng)電流流過(guò)由不同的金屬制成的接合表面時(shí)，發(fā)生金屬原子從一個(gè)金屬移動(dòng)至另 一金屬的現(xiàn)象并且空穴生成在該一個(gè)金屬中。例如，當(dāng)電流流動(dòng)通過(guò)銅和接合層之間的邊 界表面時(shí)，存在金屬?gòu)慕雍蠈右苿?dòng)至銅并且在接合層中形成空穴的情形。該現(xiàn)象稱為電遷 移現(xiàn)象。在下文中，用于便于解釋，將電遷移現(xiàn)象簡(jiǎn)稱為EM現(xiàn)象。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào) 2013-175578 (JP2013-175578A)公開(kāi)了一種在倒裝忍片諸如CPU中用于約束EM現(xiàn)象的技 術(shù)。在JP2013-175578A中，儀層形成在電極極板上，焊料材料（焊料凸點(diǎn)）安裝在儀層上 W接合倒裝忍片電極至電極極板。儀層約束了金屬原子在焊料層和電極極板的基底材料之 間移動(dòng)，焊料層是被烙化并凝固的焊料材料。 W05] 由于需要緊湊的半導(dǎo)體裝置，第一接頭部和第二接頭部還被縮小尺寸。 在JP2013-016623A的圖22和圖23中，公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置，其中接頭部（在 JP2013-016623A中稱為"導(dǎo)電部90")小于堆疊部（在JP2013-016623A中稱為"散熱片")。 在第一接頭部和第二接頭部通過(guò)中間接合層接合至彼此，第一電極和第一堆疊部通過(guò)第一 接合層接合至彼此的情況下，當(dāng)中間接合層的面積小于第一接合層的面積時(shí)，很可能在中 間接合層發(fā)生EM現(xiàn)象。類似地，在第一接頭部和第二接頭部通過(guò)中間接合層接合至彼此， 第二電極和第二堆疊部通過(guò)第二接合層接合至彼此的情況下，當(dāng)中間接合層的面積小于第 二接合層的面積時(shí)，也很可能在中間接合層發(fā)生EM現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 人們認(rèn)為，能夠通過(guò)在面向彼此的第一接頭部和第二接頭部的相應(yīng)的表面形成儀 層來(lái)約束EM現(xiàn)象的發(fā)展。但是，由于第一接頭部和第二接頭部被縮小尺寸，第一接頭部和 第二接頭部的重疊面積變小，存在即使儀層形成在第一接頭部和第二接頭部的面向彼此的 相應(yīng)的表面，EM現(xiàn)象也在中間接合層發(fā)展的情形。本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體裝置和用于半 導(dǎo)體裝置的制造方法，其能夠在將第一接頭部和第二接頭部彼此接合的中間接合層約束EM 現(xiàn)象的發(fā)展。
[0007] 本發(fā)明的第一方案為一種半導(dǎo)體裝置。在半導(dǎo)體裝置中，第一半導(dǎo)體元件和第二 半導(dǎo)體元件通過(guò)第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件彼此電連接。第一電極布置于第一半導(dǎo)體元 件的表面上。第二電極布置于第二半導(dǎo)體元件的表面上。第一導(dǎo)電構(gòu)件具有堆疊至第一半 導(dǎo)體元件W面向第一電極的第一堆疊部W及從第一堆疊部延伸的第一接頭部。第二導(dǎo)電構(gòu) 件具有堆疊至第二半導(dǎo)體元件W面向第二電極的第二堆疊部W及第二接頭部，第二接頭部 從第二堆疊部延伸并且面向第一接頭部。第一電極和第一堆疊部通過(guò)第一接合層接合至彼 此。第二電極和第二堆疊部通過(guò)第二接合層接合至彼此。第一接頭部和第二接頭部通過(guò)中 間接合層接合至彼此。當(dāng)從垂直于中間接合層的接合表面的方向看時(shí)，中間接合層的面積 小于第一接合層的面積并第二接合層的面積。第一接頭部的面向第二接頭部的第一表面、 第一接頭部的與第一表面連續(xù)的側(cè)表面、第二接頭部的面向第一接頭部的第二表面W及第 二接頭部的與第二表面連續(xù)的側(cè)表面被儀層覆蓋。
[0008] 第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件可W整個(gè)被儀層覆蓋?？商鎿Q地，僅接頭部的第一 表面W及其側(cè)表面，W及第二表面W及其側(cè)表面可W被儀層覆蓋。簡(jiǎn)言之，僅需要至少接頭 部的第一表面W及其側(cè)表面，W及第二表面W及其側(cè)表面被儀層覆蓋。
[0009] 一般，在具有包括接頭部的前述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電 構(gòu)件通過(guò)壓制形成。在制造被儀層覆蓋的第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件的情形下，在壓制 之前儀被鍛在板狀構(gòu)件上，鍛有儀的板狀構(gòu)件被壓制。因而，制造具有堆疊部和接頭部的第 一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件。根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的方法，接頭部的面向彼此的表面被儀層覆蓋。 但是，與面向彼此的表面連續(xù)的側(cè)表面不被儀層覆蓋。
[0010] 所發(fā)現(xiàn)的是，當(dāng)接頭部變小并且用于中間接合層的接合表面因而變小時(shí)，EM現(xiàn)象 發(fā)生在接頭部的側(cè)表面。例如，從接頭部的面向彼此的表面之間泄漏的接合材料粘附至接 頭部的側(cè)表面，并且在該處能夠發(fā)生EM現(xiàn)象。在本發(fā)明的第一方案中，在接頭部的不必有 儀層的側(cè)表面上設(shè)置儀層，有效約束在接頭部分中EM現(xiàn)象的發(fā)展。
[0011] 在本發(fā)明的第一方案中，中間接合層的厚度可W小于第一接合層的厚度W及第二 接合層的厚度。
[0012] 在上述構(gòu)造中，中間接合層的楊氏模量可W大于第一接合層的楊氏模量W及第二 接合層的楊氏模量。
[001引雖然細(xì)節(jié)將稍后給出，但是，接合層的楊氏模量變得越大，EM現(xiàn)象越不可能發(fā)生。 中間接合層由于其較小面積而具有高電流密度。當(dāng)運(yùn)種中間接合層由具有比第一接合層和 第二接合層的楊氏模量大的物質(zhì)制成時(shí)（第一接合層和第二接合層具有比中間接合層更 大的面積），能夠在中間接合層中約束EM現(xiàn)象的發(fā)展。在用儀層覆蓋接頭部的面向彼此的 表面W及與運(yùn)些表面連續(xù)的側(cè)表面之后，中間接合層由具有較大楊氏模量的物質(zhì)制成。然 后，能夠期望約束EM現(xiàn)象的較好效果。僅通過(guò)用具有較大楊氏模量的物質(zhì)構(gòu)建中間接合層 而無(wú)需提供儀層，也可期望EM現(xiàn)象的抑制效果。
[0014] 正如稍后陳述的，第一接合層包括多個(gè)層，每個(gè)層都能夠由具有不同楊氏模量的 物質(zhì)形成。典型地，第一接合層能夠包括在烙化之前保持焊料材料的成分的層，W及焊料材 料改變?yōu)榻饘匍g化合物的層。焊料材料的主要成分的楊氏模量W及金屬間化合物的楊氏模 量是不同的。發(fā)生EM現(xiàn)象的可能性取決于由具有最小的楊氏模量的物質(zhì)制成的層。當(dāng)?shù)?一接合層包括多個(gè)層時(shí)，在構(gòu)建相應(yīng)層的物質(zhì)的楊氏模量之中最小的楊氏模量稱為第一接 合層的楊氏模量。運(yùn)也應(yīng)用于第二接合層和中間接合層。
[0015] 在上述構(gòu)造中，第一接合層和第二接合層的每個(gè)可W包括保持焊錫材料的成分的 層。此外，中間接合層可W由錫的金屬間化合物制成。
[0016] 在上述構(gòu)造中，第一接合層和第二接合層的每個(gè)可W包括保持焊錫材料的成分的 層。此外，中間接合層可W由銀和銀化合物中的至少一種制成。
[0017] 本發(fā)明的第二方案是一種用于根據(jù)本發(fā)明第一方案的半導(dǎo)體裝置的制造方法。該 制造方法包括：通過(guò)壓制板狀構(gòu)件形成第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件；W及在壓制之后在 第一表面、與第一表面連續(xù)的側(cè)表面、第二表面W及與第二表面連續(xù)的側(cè)表面上形成儀層。
[0018] 本發(fā)明的第=方案是一種半導(dǎo)體裝置。在該半導(dǎo)體裝置中，第一半導(dǎo)體元件和第 二半導(dǎo)體元件通過(guò)第一導(dǎo)電構(gòu)件和第二導(dǎo)電構(gòu)件彼此電連接。第一電極形成在第一半導(dǎo)體 元件的表面上。第二電極形成在第二半導(dǎo)體元件的表面上。第一導(dǎo)電構(gòu)件具有堆疊至第一 半導(dǎo)體元件W面向第一電極的第一堆疊部W及從第一堆疊部延伸的第一接頭部。第二導(dǎo)電 構(gòu)件具有堆疊至第二半導(dǎo)體元件W面向第二電極的第二堆疊部W及第二接頭部，第二接頭 部從第二堆疊部延伸并且面向第一接頭部。第一電極和第一堆疊部通過(guò)第一接合層接合至 彼此。第二電極和第二堆疊部通過(guò)第二接合層接合至彼此。第一接頭部和第二接頭部通過(guò) 中間接合層接合至彼此。當(dāng)從垂直于中間接合層的接合表面的方向看時(shí)，中間接合層的面 積小于第一接合層的面積W及第二接合層的面積。中間接合層的楊氏模量大于第一接合層 的楊氏模量W及第二接合層的楊氏模量。
[0019] 本發(fā)明的第四方案是一種用于根據(jù)本發(fā)明第=方案的半導(dǎo)體裝置的制造方法。該 制造方法包括：布置第一半導(dǎo)體元件、第二半導(dǎo)體元件、第一導(dǎo)電構(gòu)件W及第二導(dǎo)電構(gòu)件W 便具有如下位置關(guān)系：第一半導(dǎo)體元件和第一堆疊部通過(guò)第一焊錫材料堆疊至彼此，第二 半導(dǎo)體元件和第二堆疊部通過(guò)第二焊錫材料堆疊至彼此，W及第一接頭部和第二接頭部通 過(guò)第=焊錫材料彼此面對(duì)；W及通過(guò)加熱所述位置關(guān)系中的第一焊錫材料、第二焊錫材料 W及第=焊錫材料，來(lái)烙化第一焊錫材料、第二焊錫材料W及第=焊錫材料。第=焊錫材料 的量小于第一焊錫材料的量W及第二焊錫材料的量。在保持第=焊錫材料的成分的層在第 一接頭部和第二接頭部之間消失，保持第一焊錫材料的成分的層保留在第一半導(dǎo)體元件和 第一堆疊部之間并且保持第二焊錫材料的成分的層保留在第二半導(dǎo)體元件和第二堆疊部 之間的狀態(tài)下，停止加熱。
[0020] 在保持第一焊錫材料的成分的層中楊氏模量較小，并且能夠獲得中間接合層的楊 氏模量大于第一接合層的楊氏模量W及第二接合層的楊氏模量中的任何楊氏模量的關(guān)系。 每個(gè)焊錫材料由于加熱改變?yōu)殄a的金屬間化合物。錫的金屬間化合物的例子為化6Sn5， 化3Sn W及Ni3Sn4 (在儀層形成在接頭構(gòu)件的表面上的情形下）。在任何情形下，金屬間化 合物具有的楊氏模量大于錫的楊氏模量。
【附圖說(shuō)明】
[0021] W下將參考附圖描述本發(fā)明的示范實(shí)施例特征、優(yōu)勢(shì)W及技術(shù)及工業(yè)重要性，其 中類似標(biāo)記指代相似元件，并且其中：
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的立體圖；
[0023] 圖2是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
[0024] 圖3是半導(dǎo)體裝置（除了封裝）的局部分解圖；
[00巧]圖4是半導(dǎo)體裝置的立體圖（除了封裝）；
[00%] 圖5是沿著圖1中的線V-V截取的截面圖；
[0027] 圖6是半導(dǎo)體裝置的平面圖（除了封裝）；
[0028] 圖7是在圖5中由標(biāo)記VII示出的范圍的放大視圖； W29] 圖8A是接合層Sg的放大截面圖，圖8B是接合層8a的放大截面圖；
[0030] 圖9示出了一些接合材料之中的楊氏模量的比較；
[0031] 圖10是根據(jù)變型例的半導(dǎo)體裝置的截面圖；
[0032] 圖11是在圖10中由標(biāo)記XI示出的范圍的放大視圖；
[0033] 圖12是用于半導(dǎo)