具有錫基焊料層的半導體器件及其製造方法
2023-06-30 22:12:31 2
專利名稱：具有錫基焊料層的半導體器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有錫基焊料層的半導體器件及其製造方法。
背景技術：
常規地，使用鉛-錫合金(Pb-Sn合金)焊料將半導體襯底如具有半導體器件的IC晶片接合到基底部件如散熱裝置和引線框上。然而，考慮到環境防護如安全和低損害，需要使用無Pb焊料或含低Pb的焊料。無Pb焊料其中之一是錫基焊料。
日本專利申請公開No.2003-347487公開了用錫基焊料將半導體襯底的背側接合到基底部件上。襯底包括背側電極。電極由鈦層、鎳層和金或銀層組成，將它們按順序堆疊在襯底上。基底部件是熱輻射部件。用錫基焊料將襯底裝配在熱輻射部件上。錫基焊料由金和錫合金製成，以便焊料提供低熔點的焊料。
如下製造以上的半導體器件。首先，拋光和清洗襯底的背側。然後，在襯底的拋光表面上形成背側電極。然後，使錫基焊料夾在熱輻射構件和背側電極之間。接著，將錫基焊料加熱到焊料的固相線溫度。因而，使焊料回流，以便將襯底焊接在熱輻射構件上。
在背側電極的這種結構中，Ti層提供了由矽製成的半導體襯底的粘性和歐姆接觸。通過使焊料中的Ni層和錫成合金，使Ni層提供焊料的接合性質。因而，襯底和基底部件與焊料電氣地、熱地且機械地接合。
在此，在Ti層上容易形成鈍化膜，如氧化膜，並且難以去除。在具有普通溫度和普通壓力的氣氛中形成鈍化膜。因此，難以將Ti層直接接合到焊料上。因此，需要在Ti層上形成Ni層足夠厚。而且，需要以高精確度控制焊接條件。因此，製造成本變得更高。
發明內容
鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種具有錫基焊料層的半導體器件。本發明的另一目的在於提供一種具有錫基焊料層的半導體器件的製造方法。
一種半導體器件包括半導體襯底；基底部件；錫基焊料層；第一金屬層；和第一合金層。依次經第一金屬層、第一合金層和錫基焊料層，將半導體襯底接合到基底部件上。第一合金層由第一金屬層中的第一金屬和錫基焊料層中的錫製成。第一金屬層由選自鈦、鋁、鐵、鉬、鉻、釩和鐵-鎳-鉻合金中的至少一種材料製成。
在該器件中，通過利用錫基焊料層和最小數量的金屬層，將襯底的背側接合到基底部件上。由此，製造工藝變得簡單，且器件的製造成本變得更低。
而且，提供了一種半導體器件的製造方法。該器件包括半導體襯底和用錫基焊料層接合到襯底上的基底部件。該方法包括如下步驟在襯底上形成第一金屬層；在第一金屬層上形成第二金屬層；經由焊料層在基底部件上堆疊襯底，其中將焊料層設置在基底部件和第二金屬層之間；以及加熱襯底與基底部件，以便使第二金屬層擴散到焊料層中，並使第一金屬層和焊料層發生反應以形成第一合金層。第一合金層由第一金屬層中的第一金屬和焊料層中的錫製成。將第一合金層設置在第一金屬層和焊料層之間。第一金屬層由選自鈦、鋁、鐵、鉬、鉻、釩和鐵-鎳-鉻合金中的至少一種材料製成。在加熱步驟之前，第二金屬層具有在50nm和750nm之間範圍內的初始厚度。
通過利用錫基焊料層和最小數量的金屬層，將襯底的背側接合到基底部件上。由此，製造工藝變得簡單，且器件的製造成本變得更低。
優選地，該方法進一步包括如下步驟加熱襯底與第一和第二金屬層，以便在第一和第二金屬層之間形成中間合金層。中間合金層由第一金屬層中的第一金屬和第二金屬層中的第二金屬製成。在襯底與基底部件的加熱步驟中，中間合金層、第一金屬層和焊料層發生反應以形成第二合金層，以便第一合金層變成第二合金層。第二合金層由第二金屬層中的第二金屬、第一金屬層中的第一金屬和焊料層中的錫製成。將第二合金層設置在第一金屬層和焊料層之間。
參考附圖進行的以下的詳細描述，本發明的以上和其它目的、特徵和優點將變得更加顯而易見。在圖中
圖1A和1B是示出根據本發明第一實施例的半導體器件的製造方法的示意截面圖；圖2是示出根據第一實施例的具有不同厚度Ni膜的器件的缺陷百分比的圖；圖3是示出根據第一實施例的具有不同厚度Ni膜的器件的抗張強度的圖；圖4是示出根據第一實施例的具有不同厚度的Au膜的器件的抗張強度的圖；圖5是根據第一實施例的元素分析的深度輪廓；圖6A至6C是示出根據本發明第二實施例的半導體器件的製造方法的示意截面圖；圖7A是示出在根據第一實施例的器件中在耐久性測試下的Ti膜厚度的時間變化圖，圖7B是示出根據第二實施例的器件中在耐久性測試下的Ti膜厚度的時間變化圖；圖8A和8B是示出根據第一實施例變型的半導體器件的製造方法的示意截面圖；圖9A至9C是示出根據第二實施例變型的半導體器件的製造方法的示意截面圖；以及圖10是示出根據第一和第二實施例變型在P導電類型的矽襯底和Al膜或Ti膜之間的接觸電阻的圖。
具體實施例方式
(第一實施例)在1A和1B中示出了根據本發明第一實施例的半導體器件100。圖1A示出了在熱處理之前，即焊接之前的器件100，圖1B示出了在熱處理之後，即焊接之後的器件100。
器件100包括半導體襯底1和基底部件2。襯底1具有形成於襯底1前側上的電子部件，如功率電晶體。用錫基焊料層S將與半導體部件相對的襯底1的背側接合在基底部件2上。基底部件2例如是散熱裝置(heat sink)、引線框或電路板。如下製造器件100。
首先，在襯底1的前側上形成電子部件。在襯底1的背側上依次形成第一金屬層M和第二金屬層N。由此，形成了半導體晶片10。然後，通過夾在基底部件2和晶片10的第二金屬層N之間的焊料層S，將晶片10裝配在基底部件2上。由此，製備了構成晶片10和基底部件2的疊層結構。加熱該疊層結構，以便使第二金屬層擴散到焊料層S中。而且，第一金屬層M和焊料層S直接反應，結果在第一金屬層M和焊料層S之間形成了合金層T1。合金層T1由第一金屬層M和焊料層S的合金製成。具體地，合金層T1由第一金屬層M中的第一金屬和焊料層S中的錫製成。焊接之後，器件100由襯底1、第一金屬層M、合金層T1、焊料層S和基底部件2組成。在此，合金層T1用作晶片10和基底部件2之間的接合層。雖然第一金屬層M直接形成在襯底1上，但可以在襯底1和第一金屬層M之間形成另一金屬層或絕緣層。
在器件100中，通過利用最小數量的金屬層和錫基焊料層S，將襯底1的背側接合到基底部件2上。因此，器件100的製造工藝簡單，且器件100的製造成本低。
第一金屬層M中的第一金屬例如是鈦(即，Ti)、鋁(即，Al)、鐵(即，Fe)、鉬(即，Mo)、鉻(即，Cr)、釩(即，V)或鐵-鎳-鉻合金(即，Fe-Ni-Cr合金)。第一金屬具有與矽襯底優良的接合性質和優良的歐姆接觸。而且，在焊料層S中第一金屬與錫形成合金。優選第一金屬由Ti製成。Ti是在半導體襯底中作為矽的金屬化材料的常規材料。因此，Ti與矽襯底具有優良的接合性質和優良的歐姆接觸。然而，在Ti膜上容易形成鈍化膜，如氧化膜。因而，通常，難以將Ti層直接接合到焊料層上。然而，在以上的器件100中，在第一金屬層M上形成第二金屬層N，以便第二金屬層N用作焊接的犧牲層。從而，在第一金屬層M和焊料層S之間形成了合金層T1。合金層T1具有足夠強的接合性質。
合金層T1的厚度優選等於3nm或比3nm厚。更優選地，合金層T1的厚度等於10nm或比10nm厚。當合金層T1的平均厚度等於或大於10nm，以及在第一金屬層M和焊料層S之間界面處的合金層T1的最小厚度等於或大於3nm時，獲得了足夠強的接合性質。而且，當合金層T1的厚度大於10nm時，獲得了與平均厚度等於10nm的情況幾乎相同的接合性質。
第二金屬層N是薄膜層，用於保護第一金屬層M的表面以便不在第一金屬層M的表面上形成鈍化膜。通過焊接的熱處理使第二金屬層N能夠擴散到焊料層S中，以便在焊接之後使第二金屬層N消失。由此，可以容易地控制第二金屬層N的厚度。而且，容易地控制器件100的焊接條件。由此，器件100的製造成本變得相對較低。
第二金屬層N的厚度優選在50nm和750nm之間的範圍內，如下所述。當第二金屬層N的厚度小於50nm時，第二金屬層N不能充分地保護第一金屬層M不氧化第一金屬層M的表面，即，避免在第一金屬層M的表面上形成鈍化膜。因此，在這種情況下，焊料層S的焊料可潤溼性在熱處理期間變得更小，結果襯底1和基底部件2之間的接合強度變低。當第二金屬層N的厚度大於50nm時，襯底1和基底部件2之間的接合強度變得強而且恆定。當第二金屬層N的厚度大於750nm時，在焊接之後保留下了第二金屬層N。因此，多餘的第二金屬層會增加器件100的製造成本。
優選通過利用物理汽相沉積(即，PVD)方法，如真空蒸鍍方法和濺射方法，在真空室中順序形成第一和第二金屬層M、N。而且，優選在沉積之前的真空度等於或小於5×10-4Pa。這是因為防止第一金屬層M的表面被氧化。
第二金屬層N中的第二金屬可以由任意金屬製成。優選第二金屬是鎳(即，Ni)、銅(即，Cu)、銀(即，Ag)、金(即，Au)、鉑(即，Pt)、銀-鉑(即，Ag-Pt)合金、銀-鈀(即，Ag-Pd)合金或鈀(即，Pd)。更優選地，第二金屬是鎳或金。這兩種金屬會與第一金屬層M中的第一金屬或焊料層S中的錫形成合金。第二金屬層N可以由多層膜組成，其由以上的金屬製成。在熱處理工藝中，即在焊接工藝中，第二金屬會擴散到焊料層S中。而且，第二金屬會包含於合金層T1中，結果合金層變成第二合金層T2，如圖6A和6B所示。
錫基焊料層S可以由無Pb焊料製成，其不包括鉛(即，Pb)。因此，可以無害且安全地製造器件100，以便獲得環境保護。優選焊料層S中錫的質量含量等於或大於95wt.％。優選焊料層S由錫(即，Sn)、錫-銅(即，Sn-Cu)合金、錫-銀-銅(即，Sn-Ag-Cu)合金、錫-銅-鎳(即，Sn-Cu-Ni)合金、錫-銻(即，Sn-Sb)合金、錫-銦(即，Sn-In)合金或錫-鋅(即，Sn-Zn)合金製成。更優選地，焊料層S由純Sn、Sn-(0.7wt.％Cu)合金、Sn-(3.5wt.％Ag)合金、Sn-(1wt.％至3.9wt.％Ag)-(0.3wt.％至1.5wt.％Cu)合金、或Sn-(0.7wt.％Cu)-(0.06wt.％Ni)合金製成。優選地，焊料層S可以包括添加劑，如磷(即，P)和鍺(即，Ge)。
接下來，例如，如下製造器件100。
首先，在襯底1的背側上形成具有250nm厚度的Ti膜，以便在襯底1上形成第一金屬層M。然後，在第一金屬層M上形成由具有50nm和1000nm範圍厚度的Ni膜和具有50nm厚度的Au膜組成的第二金屬層N。在此，第二金屬層N由多層膜製成。接下來，在基底部件2上形成由(99.24wt.％Sn)-(0.7wt.％Cu)-(0.06wt.％Ni)合金製成的焊料層S。基底部件2由金屬製成。經由焊料層S將包括具有第一和第二金屬層M、N的襯底1的半導體晶片10裝配在基底部件2上。然後，在氫氣還原氣氛爐中裝配晶片10與基底部件2。在爐中，將晶片10與基底部件2加熱到270℃，其比焊料層S的固相線溫度高。在此，固相線溫度約為220℃。由此，在20秒內使晶片10與基底部件2加熱到270℃的峰值溫度，以便使焊料層S回流。在這種熱處理工藝中，即，在這種焊接工藝中，將晶片10焊接在基底部件2上。
在焊接之後研究器件100的截面。結果，當Ni膜的厚度等於或小於750nm時，由Ni膜和Au膜組成的第二金屬層N擴散到了焊料層S中，使得形成了由Ti和Sn組成的第一合金層T1。然而，當Ni膜的厚度大於750nm時，第二金屬層N中的Ni膜保留下來。該未反應的Ni膜對晶片10和基底部件2之間的接合沒有貢獻。因此，為了減少器件100的製造成本，優選Ni膜的厚度等於或小於750nm。
圖2示出了具有不同厚度的Ni膜的器件100的缺陷百分比。由缺陷的焊料潤溼引起了器件100的缺陷。圖3示出了具有不同厚度的Ni膜的器件100的抗張強度。在此，研究了在每種厚度的Ni膜中的器件100的十個樣品。
如圖2和3所示，當Ni膜的厚度是50nm時，100％出現缺陷的焊料潤溼。因此，襯底1和基底部件2之間的接合強度很弱。這是因為Ni膜的厚度很薄，以致第二金屬層N不能保護第一金屬層M避免被氧化。在這種情況下，第一金屬層M的Ti膜的表面被氧化。因此，需要Ni膜變得比50nm更厚以防止Ti膜被氧化。當Ni膜的厚度大於50nm時，獲得了足夠強的接合強度。
圖4示出了具有不同厚度的Au膜的器件100的抗張強度。在這種情況下，器件100的第二金屬層N僅由Au膜組成。因此，在第二金屬層N中不形成Ni膜。在此，研究了在每種厚度的Au膜中的器件100的十個樣品。當Au膜的厚度是50nm時，出現了缺陷的焊料潤溼。然而，當Au膜的厚度大於50nm時，獲得了足夠強的接合強度。
圖5示出了在器件100中的接合層截面的元素分析結果。在這種情況下，器件100具有由鉬(即，Mo)製成的第一金屬層M和由Ni製成的第二金屬層N。在厚度方向上進行元素分析。由此，圖5示出了元素分析的深度輪廓。如圖5所示，第二金屬層N中的Ni擴散到了焊料層S中，結果形成了由Mo-Sn合金組成的第一合金層T1。
(第二實施例)根據本發明第二實施例的半導體器件101示於圖6A至6C中。圖6A示出了在第一熱處理之前的晶片10，圖6B示出了在第一熱處理之後的晶片10和在焊接之前的基底部件2。圖6C示出了在第二熱處理之後，即，在焊接之後的器件101。
如下製造器件101。首先，在襯底1的背側上依次形成第一金屬層M和第二金屬層N，以便製備半導體晶片10。首先加熱晶片10，以便形成中間合金層O。中間合金層O由第一金屬和第二金屬合金組成。將中間合金層O設置在第一和第二金屬層M、N之間。在該第一熱處理之後，經由焊料層S將晶片10裝配在基底部件2上。然後，二次加熱晶片10與基底部件2，以便將晶片10焊接在基底部件2上。具體地，第二金屬層N擴散到焊料層S中，而且，中間合金層O與焊料層S反應，結果形成了第二合金層T2。第二合金層T2由第一金屬層M中的第一金屬、第二金屬層N中的第二金屬和焊料層S中的Sn組成。在第二熱處理之後，即，在焊接之後，器件101包括基底部件2、焊料層S、第二合金層T2、第一金屬層M和襯底1。在此，第二合金層T2用作晶片10和基底部件2之間的接合層。
在器件101中，通過利用最小數量的金屬層和錫基焊料層S將襯底1的背側接合到基底部件2上。因此，器件101的製造工藝簡單，且器件101的製造成本低。
優選地，第二金屬層N中的第二金屬是Ni、Cu、Ag、Au、Pt、Ag-Pt合金、Ag-Pd合金或Pd。更優選地，第二金屬是Ni或Au。在第一金屬層由Ti製成的情況下，第二金屬可以與Ti形成合金。
接下來，例如，如下製造器件101。
首先，在襯底1的背側上形成由具有250nm厚的Ti膜製成的第一金屬層M。然後，在第一金屬層M上形成由具有50nm和600nm範圍內厚度的Ni膜和具有50nm厚度的Au膜組成的第二金屬層N。這裡，第二金屬層N由多層膜製成。由此，製備了晶片10，然後，在三分鐘內在380℃加熱晶片。然後，研究晶片10的截面。結果，在第一金屬層M和第二金屬層N之間形成了具有20nm厚度的中間合金層O。
然後，在由金屬製成的基底部件2上形成由(99.24wt.％Sn)-(0.7wt.％Cu)-(0.06wt.％Ni)合金製成的焊料層S。然後，經由焊料層S將晶片10裝配在基底部件2上。然後，在氫氣還原氣氛爐中裝配晶片10與基底部件2。在爐中，將晶片10與基底部件2加熱到270℃，其比焊料層S的固相線溫度高。在此，固相線溫度約為220℃。由此，在20秒內使晶片10與基底部件2加熱到270℃的峰值溫度，以便使焊料層S回流。在這種第二熱處理工藝中，即，在這種焊接工藝中，將晶片10焊接在基底部件2上。在焊接之後，形成了第二合金層T2。第二合金層T2由Ti-Sn-Ni合金製成。
圖7A示出了在圖1B中所示的器件100包括由Ti-Sn合金組成的第一合金層T1的情況下，第一金屬層M的Ti膜厚度的時間變化。圖7B示出了在圖6C中所示器件101包括由Ti-Sn-Ni合金組成的第二合金層T2的情況下，第一金屬層M的Ti膜厚度的時間變化。在此，在0小時、1000小時或2000小時內在150℃下對器件100、101進行耐久性測試。在此，0小時指的是沒有對器件100、101進行耐久性測試。在圖7A中，線VIIA表示在焊接之前具有600nm初始厚度的Ni膜的器件100，線VIIB表示在焊接之前具有200nm初始厚度的Ni膜的器件100，線VIIC表示在焊接之前具有50nm初始厚度的Ni膜的器件100。在圖7B中，線VIID表示在焊接之前具有600nm初始厚度的Ni膜的器件101，線VIIE表示在焊接之前具有200nm初始厚度的Ni膜的器件101，線VIIF表示在焊接之前具有50nm初始厚度的Ni膜的器件101。
如圖7A和7B所示，在具有第二合金層T2的器件101中，與具有第一合金層T1的器件100相比，Ti膜的厚度的時間變化相對小。因此，在器件101中，與器件100相比，在高溫耐久性測試期間，第一金屬層M中的Ti和焊料層S中的Sn緩慢地進行反應。
(變型例)襯底1可以由任意半導體材料製成。當襯底1由P導電類型的半導體襯底1p製成時，優選在第一金屬層M和襯底1p之間形成第三金屬層L，如圖8A至9C所示。第三金屬層L由鋁基材料製成。優選地，第三金屬層L由純鋁(即，Al)、鋁-矽(即，Al-Si)合金或鋁-矽-銅(即，Al-Si-Cu)合金製成。
圖10示出了在P導電類型的矽襯底1p和Al層或Ti層之間的接觸電阻。P導電類型的矽襯底1p和Al層之間的接觸電阻比P導電類型的矽襯底1p和Ti層之間的接觸電阻低很多。具體地，Al層的接觸電阻比Ti層的小三個數量級。因此，具有第三金屬層L的器件100、101在P導電類型的半導體襯底1p和基底部件2之間具有良好的導電性。
雖然在氫氣還原氣氛爐中通過焊料回流法將晶片10接合到基底部件2上，但可以通過利用其它的焊接方法，如用引線焊料的焊料管芯接合法和用焊料膏的空氣或惰性氣體氣氛回流法，將晶片10接合到基底部件2上。
雖然已參考本發明的優選實施例描述了本發明，但要理解的是，本發明不局限於優選的實施例和構造。本發明指的是覆蓋各種變型和等效結構。另外，其為優選的各種組合和結構、包括更多、更少或僅一個簡單元件的其它組合和結構也在本發明的精神和範圍之內。
權利要求
1.一種半導體器件，包括半導體襯底(1、1p)；基底部件(2)；錫基焊料層(S)；第一金屬層(M)；和第一合金層(T1)，其中依次經第一金屬層(M)、第一合金層(T1)和錫基焊料層(S)，將半導體襯底(1、1p)接合到基底部件(2)上；第一合金層(T1)由第一金屬層(M)中的第一金屬和錫基焊料層(S)中的錫製成，以及第一金屬層(M)由選自鈦、鋁、鐵、鉬、鉻、釩和鐵-鎳-鉻合金中的至少一種材料製成。
2.根據權利要求1的器件，其中第一金屬層(M)由鈦製成。
3.根據權利要求1的器件，其中第一合金層(T1)具有等於或大於3nm的平均厚度。
4.根據權利要求3的器件，其中第一合金層(T1)具有等於或大於10nm的平均厚度。
5.根據權利要求1-4中任何一個的器件，其中第一合金層(T1)進一步包括第二金屬。
6.根據權利要求5的器件，其中第二金屬層由選自鎳、銅、銀、金、鉑、銀-鉑合金、銀-鈀合金和鈀中的至少一種材料製成。
7.根據權利要求6的器件，其中第二金屬層由鎳或金製成。
8.根據權利要求1-4中任何一個的器件，其中錫基焊料層(S)由無鉛焊料製成。
9.根據權利要求8的器件，其中錫基焊料層(S)具有錫基焊料層(S)中錫的質量含量，該質量含量等於或大於95wt.％。
10.根據權利要求8的器件，其中錫基焊料層(S)由選自錫、錫-銅合金、錫-銀合金、錫-銀-銅合金、錫-銅-鎳合金、錫-銻合金、錫-銦合金和錫-鋅合金中的至少一種材料製成。
11.根據權利要求10的器件，其中錫基焊料層(S)由選自純錫、Sn-(0.7wt.％Cu)合金、Sn-(3.5wt.％Ag)合金、Sn-(1wt.％至3.9wt.％Ag)-(0.3wt.％至1.5wt.％Cu)合金和Sn-(0.7wt.％Cu)-(0.06wt.％Ni)合金中的至少一種材料製成。
12.根據權利要求1-4中任何一個的器件，進一步包括設置在襯底(1、1p)和第一金屬層(M)之間的第三金屬層(L)，其中第三金屬層(L)由鋁基材料製成。
13.根據權利要求12的器件，其中第三金屬層(L)由選自純鋁、鋁-矽合金和鋁-矽-銅合金中至少一種材料製成。
14.一種半導體器件的製造方法，該半導體器件包括半導體襯底(1、1p)和用錫基焊料層(S)接合到襯底(1、1p)的基底部件(2)，該方法包括如下步驟在襯底(1、1p)上形成第一金屬層(M)；在第一金屬層(M)上形成第二金屬層(N)；經焊料層(S)在基底部件(2)上堆疊襯底(1、1p)，其中將焊料層(S)設置在基底部件(2)和第二金屬層(N)之間；以及加熱襯底(1、1p)與基底部件(2)，以便使第二金屬層(N)擴散到焊料層(S)中，並使第一金屬層(M)和焊料層(S)發生反應以形成第一合金層(T1)，其中第一合金層(T1)由第一金屬層(M)中的第一金屬和焊料層(S)中的錫製成，其中將第一合金層(T1)設置在第一金屬層(M)和焊料層(S)之間，第一金屬層(M)由選自鈦、鋁、鐵、鉬、鉻、釩和鐵-鎳-鉻合金中的至少一種材料製成，以及在加熱步驟之前，第二金屬層(N)具有在50nm和750nm之間範圍內的初始厚度。
15.根據權利要求14的方法，其中第一金屬層(M)由鈦製成。
16.根據權利要求14的方法，其中通過物理汽相沉積方法在真空室中順序形成第一和第二金屬層(M、N)。
17.根據權利要求16的方法，其中在形成第一和第二金屬層(M、N)之前，真空室具有等於或小於5×10-4Pa的初始真空度。
18.根據權利要求14-17中任何一個的方法，進一步包括如下步驟加熱襯底(1、1p)與第一和第二金屬層(M、N)，以便在第一和第二金屬層(M、N)之間形成中間合金層(O)，其中中間合金層(O)由第一金屬層(M)中的第一金屬和第二金屬層(N)中的第二金屬製成，在加熱襯底(1、1p)與基底部件(2)的步驟中，中間合金層(O)、第一金屬層(M)和焊料層(S)發生反應以形成第二合金層(T2)，以便第一合金層(T1)變成第二合金層(T2)，其中第二合金層(T2)由第二金屬層(N)中的第二金屬、第一金屬層(M)中的第一金屬和焊料層(S)中的錫製成，以及將第二合金層(T2)設置在第一金屬層(M)和焊料層(S)之間。
19.根據權利要求18的方法，其中第二金屬由選自鎳、銅、銀、金、鉑、銀-鉑合金、銀-鈀合金和鈀中的至少一種材料製成。
20.根據權利要求19的方法，其中第二金屬由鎳或金製成。
21.根據權利要求14-17中任何一個的方法，其中錫基焊料層(S)由無鉛焊料製成。
22.根據權利要求21的方法，其中錫基焊料層(S)具有錫基焊料層(S)中錫的質量含量，該質量含量等於或大於95wt.％。
23.根據權利要求21的方法，其中錫基焊料層(S)由選自錫、錫-銅合金、錫-銀合金、錫-銀-銅合金、錫-銅-鎳合金、錫-銻合金、錫-銦合金和錫-鋅合金中的至少一種材料製成。
24.根據權利要求23的方法，其中錫基焊料層(S)由選自純錫、Sn-(0.7wt.％Cu)合金、Sn-(3.5wt.％Ag)合金、Sn-(1wt.％至3.9wt.％Ag)-(0.3wt.％至1.5wt.％Cu)合金、和Sn-(0.7wt.％Cu)-(0.06wt.％Ni)合金中的至少一種材料製成。
25.根據權利要求14-17中任何一個的方法，進一步包括如下步驟將第三金屬層(L)設置在襯底(1、1p)和第一金屬層(M)之間，其中第三金屬層(L)由鋁基材料製成。
26.根據權利要求25的方法，其中第三金屬層(L)由選自純鋁、鋁-矽合金和鋁-矽-銅合金中至少一種材料製成。
全文摘要
一種半導體器件包括半導體襯底(1、1p)；基底部件(2)；錫基焊料層(S)；第一金屬層(M)；和第一合金層(T1)。依次經由第一金屬層(M)、第一合金層(T1)和錫基焊料層(S)，將半導體襯底(1、1p)接合到基底部件(2)上。第一合金層(T1)由第一金屬層(M)中的第一金屬和錫基焊料層(S)中的錫製成。第一金屬層(M)由選自由鈦、鋁、鐵、鉬、鉻、釩和鐵－鎳－鉻合金構成的組中的至少一種材料製成。
文檔編號H01L21/60GK1747162SQ200510099909
公開日2006年3月15日 申請日期2005年9月8日 優先權日2004年9月8日
發明者粥川君治, 棚橋昭, 則武千景, 三浦昭二 申請人:株式會社電裝