(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｓｉなどの半導体をＡｕとＳｉの共晶反応を利用して接合する場合、Ｓｉ酸化膜を破壊し、ＳｉとＡｕを接触させるために、大きな加圧力が必要となり、製造装置が大型化しコストが高いため加圧力を少なくして接合が可能な接合方法を提供する。【解決手段】Ｓｉなど表面に酸化物を形成しやすい基板１２を合金により接合する場合に、Ａｕと、Ａｕの融点を下げる元素Ａｕ−Ｇｅ層１０と、Ｓｉ酸化物ＳｉＯ２層１１を還元する元素Ａｌ層６、密着層としてのＴｉ層９を含む合金層により、Ａｕの合金を比較的低温で溶融させ、溶融した合金中の還元力を有する元素によりＳｉなどの表面の酸化物を還元して破壊し、ＡｕとＳｉなどの半導体基板との反応により接合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板あるいはＳｉＣ基板を接合してパッケージ化した半導体装置であって、
Ｓｉ基板あるいはＳｉＣ基板と、
前記基板を接合する接合材とを備え、
前記接合材は、共晶反応により生成したＡｕ−Ｓｉと、Ａｕの融点を下げるため成分と、Ｓｉ酸化物を還元することが可能な成分を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
Ａｕの融点を下げるための成分は、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂのいずれか、またはこれらの混合物であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
Ｓｉ酸化物を還元することが可能な成分は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であって、
ＳｉウェハとＳｉウェハを接合することによりパッケージ化されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
SiまたはSiCの基板と、
前記基板を接合する接合材とを備え、
前記接合材は、
Auと、
Siと、
Ge、Si、Sn、Sbのいずれか一つと、
Al、Ti、Mgのいずれか一つと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置であって、
前記基板上に、Ａｕ−Ｓｉ層が形成され、
当該Ａｕ−Ｓｉ層上に、Ａｕ層が形成され、
当該Ａｕ層上に、前記Al、Ti、Mgのいずれか一つを含む層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置であって、
前記Ａｕ層内に、前記Ge、Si、Sn、Sbのいずれか一つと、前記Al、Ti、Mgのいずれか一つとが含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
基板と接合材とを加熱してAu-Si共晶反応により接合する半導体装置の製造方法において、
前記接合材は、基板との接合前に、
Auと、
前記Auの融点を降下させる第一の成分と、
Ｓｉ酸化物に対して還元力を有する第二の成分とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記第一の成分は、Ge、Si、Sn、Sbのいずれか一つであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９において、
前記第二の成分は、Al、Ti、Mgのいずれか一つであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項８において、
接合前の前記接合材は、前記第一の成分が前記Ａｕ中に溶解していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項８において、
前記基板は、SiまたはSiCであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記Ａｕ及び前記第一の成分が溶融し、
前記溶融したＡｕ及び前記第一の成分に、前記第一の成分が溶解し、
前記溶解した第一の成分が、前記基板表面の酸化膜を還元し、
前記酸化膜還元後に、前記Ａｕと前記基板のＳｉとが共晶反応することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項８において、
前記基板との反応前の前記接合材の融点は、４００°以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項８において、
機能素子を有する第一の前記基板上に前記接合材を配置し、
前記接合材の上に第二の前記基板を配置し、
前記第一及び第二の基板及び前記接合材の配置後に、当該第一及び第二の基板及び当該接合材を加熱して接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
ＳｉまたはＳｉＣの基板を接合するための合金箔であって、
Ｓｉと共晶反応するためのＡｕと、Ａｕの融点を下げるための第一の成分と、Ｓｉ酸化物を還元するための第二の成分を含む合金箔。
【請求項１７】
請求項１６に記載の合金箔であって、
前記第一の成分は、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂのいずれか、またはこれらの混合物であることを特徴とする合金箔。
【請求項１８】
請求項１６に記載の合金箔であって、
前記第二の成分として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇの少なくとも一つを含むことを特徴とする合金箔。
【請求項１９】
請求項１６に記載の合金箔であって、
前記第一の成分が、前記Ａｕ中に溶解していることを特徴とする合金箔。
【請求項２０】
請求項１９に記載の合金箔であって、
第二の成分の層が、前記Ａｕの層に積層された構造であることを特徴とする合金箔。
【請求項２１】
請求項２０に記載の合金箔であって、
前記第二の成分の層の両面に、前記Ａｕ層が積層されていることを特徴とする合金箔。
【請求項２２】
請求項２１に記載の合金箔であって、
前記Ａｕ層の、前記第二の成分の層と積層していない面に、前記第一の成分を含まないＡｕ層が積層していることを特徴とする合金箔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉあるいはＳｉＣ基板を接合した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板を用いたＩＣチップのＡｕ−Ｓｉ共晶接合によるダイボンディングは古くから行われている実装方法である。これは図１に示すＡｕ−Ｓｉ二元状態図から読み取れるように、Ａｕ−３．１６ｗｔ％Ｓｉで、３６３℃で、ＡｕとＳｉが共晶反応を起こすことを利用するものである。例えば基板上にＡｕシートを載せ、その上にフェースアップでＳｉチップを載せ、３６３℃以上に加熱しながら、ＩＣをＡｕシートにこすり付けてＡｕ−Ｓｉ共晶溶解を起こし、Ｓｉチップを基板にダイボンディングするものである。
【０００３】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれる分野では、Ｓｉをエッチングで加工し、各種センサを形成することが行われている。特に、センサデバイスを形成したウェハに、別のキャップとなる加工したウェハを接合して、ウェハの状態で封止を行う方法が、低コスト化を目的として行われている。このためのウェハ接合技術としては、（１）ベースとなるセンサを形成したＳｉウェハ、キャップとなるＳｉウェハの両方にメタライズを形成し、メタライズ上に薄膜はんだを形成して、はんだにより封止する、（２）ベースとなるセンサ形成Ｓｉウェハ、キャップとなるＳｉウェハの両方の表面にＯＨ基の付着処理を行い、両者を重ね合わせて９００℃以上に加熱して直接接合する方法、（３）両方のウェハを高真空のチャンバ内でＡｒスパッタ処理して表面を活性化させてから、ウェハアライメント、加圧を行い接合する常温接合法、（４）キャップウェハにガラス基板を用いることができる場合、デバイスを形成したＳｉウェハにガラス基板を重ね合わせ、４００℃以上に加熱しながら、ガラス基板にマイナスの電圧を印加して接合する陽極接合法、（５）Ｓｉウェハ上にＡｕ薄膜を形成し、キャップＳｉウェハなどをこれに押し付け、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応を利用して接合する方法、などがある。最後の（５）は、ＩＣ（Integrated Circuit）のダイボンディングで用いられる方法を、ウェハレベルパッケージングへ応用したものである。
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスに限らず、最近ではＩＣやメモリといった電子デバイスの多段積層パッケージや、ウェハレベルでの多段積層を試みた例も報告されている。このような半導体装置の実装では、上記のうち（４）の陽極接合は電子デバイスの電圧による破壊防止のための対策が必要となる。（２）の直接接合では、加熱温度が高く半導体装置が壊れる。通常の半導体装置の耐熱温度は、概ね４００℃程度が目安であり、短時間の加熱の場合ならば４５０℃程度である。（３）の常温接合は、原理的には適用可能だが、高真空中での処理であり、大型の装置が必要で設備投資が大きい。（１）のはんだ接合は、半導体装置の耐熱温度以下で行うことができるが、接合する二つのＳｉの両側にメタライズ、はんだ膜形成が必要である。（５）のＡｕ−Ｓｉ共晶反応を利用する方法では、接合温度は約４００℃、ウェハ接合の場合でもメタライズ形成は原理的には片側のみでよいことがメリットである。しかしこの方法はＩＣダイボンディングの応用であり、高歩留りで接合するには、一般的にはこすりつけ（スクラブ）が必要となる。特許文献１では、歩留りを改善するために、Ｓｉウェハ上に還元性のある金属とＡｕ膜の積層膜を形成し、還元性のある金属で、接合されるべき別のＳｉウェハ表面の酸化膜を破壊して接合する技術が開示されている。また表面の酸化膜を破壊しやすくするために、接合されるべき別のＳｉウェハ表面を粗化処理することも開示されている。
【０００５】
特許文献１では、まずＡｕ膜が接合されるべきＳｉウェハの粗化面の突起部に突き当たり、その力で表面の酸化膜が破壊され、ＳｉとＡｕの接触が起こり、Ａｕ―Ｓｉ共晶溶解が起こる。続いて還元性の金属がこの液体に溶解し、Ａｕ−Ｓｉ液体が還元性を持つようになり、濡れ広がって接合されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、最初に起こる現象、すなわちＳｉウェハの突起部とＡｕがぶつかることによるＳｉＯ２の破壊現象を起こすには、かなり大きな加圧力が必要となるし、そのための設備も大型のものが必要である。例えばウェハ接合を行う場合、ウェハ全域に小型デバイスとその周囲に封止パターンが形成されることになり、デバイス一つ当たりの加圧力は、装置加圧力／デバイス数（数千から数万）となる。ウェハ全域で歩留り良く接合させるためには、巨大な加圧力が必要となる。また、チップ化したＳｉの半導体装置を積層する場合でも、近年、低背化のためにチップが薄く研磨される場合が多く、加圧力が大きいとチップが割れる懸念が高まる。以上より、ＳｉのＩＣ積層においても、ＭＥＭＳ等のウェハレベルパッケージングにおいても、加圧力を少なくして接合が可能、接合温度が電子デバイスの最大の耐熱温度（概ね４５０℃）以下、メタライズ形成工程ができるだけ少ない、という接合方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記状況を鑑みて成されたものであり、以下の方法によって上記課題を解決することができる。
【０００９】
すなわち、ＳｉあるいはＳｉＣを接合して半導体装置をパッケージ化するために、Ｓｉと共晶反応するためのＡｕと、Ａｕの融点を下げるため成分と、Ｓｉ酸化物を還元する成分を含む接合剤によってＳｉあるいはＳｉＣを接合する。
【００１０】
Ａｕの融点を下げる成分として、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂのいずれか、またはこれらの混合物が用いられる。
【００１１】
Ｓｉ酸化物を還元する成分として、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇの少なくとも一つが用いられる。
【００１２】
上記接合材を用いて、Ａｕ単体に比べて融点が下がったＡｕ合金を溶融させて、Ｓｉ酸化物を還元する成分を含む液体を形成し、Ｓｉ酸化物を還元する成分により還元して破壊し、ＳｉとＡｕ成分が共晶反応を起こすことで、Ｓｉを接合する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低温で容易にＳｉやＳｉＣ基板を接合して半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ａｕ−Ｓｉ平衡状態図を示す図である。
【図２】本発明の実施例の半導体装置の構造を示す図である。
【図３】Ａｕ−Ｇｅ平衡状態図を示す図である。
【図４】本発明の実施例の接合部の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例の接合現象を説明する図である。
【図６】本発明の実施例の接合現象を説明する図である。
【図７】本発明の実施例の接合現象を説明する図である。
【図８】Ａｕ−Ｓｎ平衡状態図を示す図である。
【図９】Ａｕ−Ｓｂ平衡状態図を示す図である。
【図１０】各種金属の酸化物精製自由エネルギー線図（エリンガム図）である。
【図１１】本発明の実施例の合金箔の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例の合金箔の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例の半導体装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
本発明の第一の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。図２はバルクＭＥＭＳの手法を用いた加速度センサのウェハレベルパッケージの例であり、本加速度センサはウェハの状態でウェハアライメント、積層が行われるが、図２では個片の状態で記載している。デバイスを形成したＳｉウェハ１の両面にＳｉキャップ２および３が接合される。デバイス形成Ｓｉウェハ１には、センサなどの機能素子を形成するピエゾ抵抗素子４、配線５の他に、配線５上に設けられた絶縁層８、接合構造を形成するＡｌ薄膜６、Ａｕリッチ合金７が形成されている。機能素子の詳細説明は割愛する。Ｓｉキャップ２および３は、Ｓｉウェハにエッチング加工を施してキャビティを形成したものであり、表面には自然酸化膜が形成された状態になっている。図２のような構成で、デバイス形成Ｓｉウェハ１、Ｓｉキャップ２、３のウェハをアライメントして接合する。
【００１６】
本実施例のＡｕリッチ合金７には、Ａｕ−Ｇｅ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｂ合金を用いることができる。本実施例では、Ａｕ−Ｇｅ合金を用いた場合を例として述べる。図３にＡｕ−Ｇｅの状態図を示す。融点が低い、Ｇｅが１２．５ｗｔ％の共晶組成近傍のＡｕ−Ｇｅ合金を用いる。Ｇｅが１２．５ｗｔ％の共晶組成近傍のＡｕ−Ｇｅ合金ならば、半導体装置が耐えられる温度である４００℃以下で溶融することができるからである。
【００１７】
この合金にＡｌを数％加えると、Ａｌは溶解し、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体が形成される。Ａｌは液体の成分となることで、極めて活性な性質を示す。Ａｌの還元力は極めて強く、ＳｉＯ２を熱力学的に分解することが可能である。
【００１８】
図４に接合反応の模式図を示す。Ｓｉ基板１２a上には、図２では図示しなかったが自然酸化膜１１aが形成されている。この自然酸化膜１１aはＳｉの酸化物で構成され、主成分はＳｉＯ２と推定される。Ｓｉ基板１２aの上に金属膜を製膜するが、密着層としてのＴｉ層９、Ａｌ層６、Ａｕ−Ｇｅ合金１０が形成されている。これらの金属層の製膜にはスパッタ、蒸着などの方法を適用することができ、Ａｌが酸化しないように、Ａｌ層６を製膜した後に連続してＡｕ−Ｇｅ層を形成するか、Ａｌ層６に続いて薄いＡｕ層（図示せず）を形成し、その後にＡｕ−Ｇｅ層１０を形成することもできる。金属薄膜を形成していないもう一方のＳｉ基板１２ｂは、まだ接合されていないことをわかりやすく表示するために、隙間をあけて図示している。また、Ｓｉ基板１２ｂの表面には、自然酸化膜１１ｂが形成されている。なお、これらの金属薄膜を形成する工程では、フォトリソグラフィー技術によるマスクパターンを形成し、リフトオフ、ミリング、エッチングなどの工程で金属薄膜のパターンを形成することができる。
【００１９】
Ｓｉ基板１１ｂをＡｕ−Ｇｅ層１０に接触させ、Ｓｉ基板１１や各金属膜を３６１℃以上に加熱すると、Ａｕ−Ｇｅ合金１０の融点を越えるので、図５に示すように、Ａｕ−Ｇｅ合金１０が溶融して、そこにＡｌ膜６中のＡｌが溶解するため、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体１３が形成される。この接合の過程では、Ｓｉウェハを加圧して押し付けているため、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体は、上方のＳｉの自然酸化膜１１ｂにウェハ全域で接触する。この時、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体１３中のＡｌは極めて活性な状態となっているため、自然酸化膜１１ｂのＳｉＯ２を還元して、自然酸化物１１ｂの層を破壊し始める。
【００２０】
図６は、自然酸化膜１１ｂが破壊され、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体１３がＳｉ基板１２ｂに接触し始めた状態での反応を示す図である。Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体１３はＡｕリッチな液体であるため、Ｓｉ基板１１ｂのＳｉと液体１３のＡｕ成分が反応し、Ａｕ−Ｓｉ共晶液体１４が形成される。
【００２１】
自然酸化膜１１ｂが接合領域全域で破壊され、Ａｕ−Ｓｉ共晶液体１４が接合領域全域で形成されて接合された状態が図７である。ただし、必ずしもＡｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体１３と、Ａｕ−Ｓｉ共晶液体１４は分離せず、混合した状態になる場合もある。
【００２２】
特許文献１で開示されている技術では、最初にＳｉの突起部とＡｕのこすりつけにより自然酸化膜が破壊されて、その後、ＡｕとＳｉの接触、共晶溶解が起こる。そして、ようやくＡｌなどの還元成分がＡｕ−Ｓｉ液体に溶解し、この液体が更に周囲の自然酸化膜を破壊し、接合が拡大する。しかしながら、ウェハ全域で最初の自然酸化膜を破壊するような荷重をかけることは困難な場合が多い。本実施例では、このような大きな荷重をかけてＡｕとＳｉを共晶反応させずとも、Ａｌなどの成分を含んだＡｕリッチな液体を形成させるために、比較的融点が低いＡｕ−Ｇｅ合金を用いており、まずＡｕ−Ｇｅ合金が溶融し、接合したいＳｉ表面の自然酸化膜とＡｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体の還元剤Ａｌが低荷重でも容易に接触するため、接合不良がおきにくく高い歩留りが得られる。
【００２３】
本実施例で述べた反応は、他のＡｕリッチ合金、換言すると、Ａｕの融点を下げる元素を加えた合金でも同様に起こる。例えば、元々ＡｕにＳｉを加えておくことが可能であれば、図１のように３６１℃で溶解する。また図８のように、Ａｕ−２０Ｓｎの組成では、２７８℃で溶解する。また、図９のように、Ａｕ−３５．５Ｓｂの組成では、３６０℃で溶解する。融点が４００℃以下にするには、具体的は、Ａｕ−Ｇｅ合金を用いる場合にはＧｅが１１．５〜１４．５ｗｔ％、Ａｕ-Ｓｉ合金を用いる場合にはＳｉが３〜４ｗｔ％、Ａｕ−Ｓｎ合金を用いる場合にはＳｎが１７〜３２ｗｔ％、Ａｕ−Ｓｂ合金を用いる場合にはＳｂが２３〜３１ｗｔ％が望ましい。
【００２４】
これらの合金に、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉなどを添加することで、Ｓｉの酸化物を還元して、酸化物層を破壊し、液体のＡｕ成分がＳｉと共晶反応することにより接合を得ることができる。
【００２５】
なお、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応は、Ａｕの融点を下げる元素が入ると、三元での反応となり、３６３℃以下で起こっている可能性もあるが、概ね３６３℃では起こる。したがって、加熱温度は、Ａｕの融点を下げる元素を添加した融点、例えばＡｕ−Ｓｎの場合は、Ａｕ−２０Ｓｎの共晶温度で２７８℃まで融点は下がるが、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応を起こすことを考慮して、３６３℃以上とした方が良い。
【００２６】
また、Ｓｉ酸化物を還元するための元素として、本実施例ではＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇを用いているが、これは図１０の、いわゆるエリンガム図から、ＳｉＯ２を還元しうる元素で、かつ実用的な金属元素から選択したものである。図１０では、ＳｉＯ２の生成を示す線よりも、下方にある元素の方が熱力学的な反応が起こりやすいこと示しているため、ＳｉＯ２と、例えばＡｌが共存した場合、Ａｌ２Ｏ３の生成反応が起こり、ＳｉＯ２が還元され、ＳｉＯ２層が破壊される。
【００２７】
なお、本実施例で述べた構造は、Ｓｉを積層するもの全てに適用することができる。例えば、Ｓｉ半導体をウェハレベルで積層する場合にも、本実施例の構造を適用することが可能である。また、Ｓｉと同様に表面に酸化膜を生じるＳｉＣ基板を用いた半導体装置の接合にも用いることができる。
【００２８】
また、本実施例では、Ａｕリッチ層１７と還元剤であるＡｌ層とを接合前において積層させているが、Ａｌリッチ層に還元剤をあらかじめ溶融させておいたものを用いてもよい。
【００２９】
また、本実施例では、Ａｕリッチ層１７の片側（上側）のみＡｕ−Ｓｉ共晶反応により接合しているが、Ａｕリッチ層の両側（上側及び下側）ともにＡｕ−Ｓｉ共晶反応により接合してもよい。
【実施例２】
【００３０】
本発明の第二の実施例について、図１１を用いて説明する。図１１は、ＳｉＯ２を還元するの還元成分１５を、Ａｕの融点を下げる元素を添加したＡｕリッチ合金１６でクラッドした合金箔の例である。具体的には、Ａｕリッチ合金は、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｂなどの合金を用いることができる。またＳｉＯ２の還元成分１５には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉの金属膜を用いることができる。本実施例のようなクラッド構造にした場合、通常、還元成分１５、Ａｕリッチ合金１６を積層させて圧延により金属箔を形成する。圧延時に、ＳｉＯ２還元成分１５、Ａｕリッチ合金１６ともに引き伸ばされる。圧延前のＳｉＯ２還元成分１５は、それ自身は酸化しやすい金属であるため、表面に酸化膜を有しているが、圧延時に表面積が大幅に拡大し、この拡大した表面が大気に触れることなく、Ａｕリッチ合金で被覆されたままとなるため、ほとんどのＳｉＯ２還元成分１５の表面は酸化されない。したがって、この合金箔を用いて接合するために、４００℃近くに加熱すると、Ａｕリッチ合金１６が溶融し、この液体にＳｉＯ２還元成分１５が溶解することで、実施例１でも述べたような接合現象が起こる。
【００３１】
本実施例では、還元成分１５の金属層の上下にＡｕリッチ層１６ａ及び１６ｂを設けたことで、合金箔の使用時まで還元成分１５の酸化を抑えることができる。また、本実施例の合金箔では、その上下に接合されるＳｉ基板と、Ａｕ−Ｓｉ共晶によりいずれも接合することができる。
【実施例３】
【００３２】
本発明の第三の実施例について、図１２を用いて説明する。本実施例は、実施例２の合金箔のＡｕリッチ層１６ａ及び１６ｂの表面に、酸化を抑えるためのＡｕ１７ａ及び１７ｂの層が形成されたものである。これも実施例２と同様にクラッド圧延により形成される。接合時には、Ａｕ層１７は、溶融したＡｕリッチ合金層１６に取り込まれて消滅する。Ａｕにより合金箔の表面酸化が完全に抑制されるため、フラックスレス接続などで良好な濡れが得られやすくなる。
【実施例４】
【００３３】
本発明の第四の実施例について、図１３を用いて説明する。本実施例は、パワー半導体のモジュールである。ベースプレート２０の上に、はんだ２１を用いて基板２２が接続されている。基板２２の表面には、放熱性を高めるためのＣｕ層２３が形成されている。半導体チップ２４が、はんだ２１によってダイボンディングされている。半導体チップ２４の、はんだ２１との接続面にはメタライズが形成されていなく、はんだ２１との直接の反応により接続されている。半導体チップからは、ワイヤボンディングでＣｕ層２３を介して、リード２５に接続されている。モジュールはシリコーンゲル２８が封入され、電磁シールド板２６で覆われ、モールド樹脂２７でモールドされている。
【００３４】
本実施例のはんだ２１には、例えば実施例２および実施例３で述べた合金箔を用いることができる。特に半導体チップ２４のダイボンディングに実施例２および実施例３で述べた合金箔は好適である。ベースプレート２０と基板２２の間の接続に、実施例２および実施例３の合金箔を適用することもできるが、他のはんだ材も適用することができる。また、本実施例の接続条件などは、実施例１で述べたものと同様とする。
【００３５】
半導体チップ２４は、通常Ｓｉであり、これまで実施例１で述べたような接合現象によりダイボンディングすることができる。一方、今後、より耐熱性の高い半導体としてＳｉＣ半導体の開発も進められており、本実施例の構造によりＳｉＣ半導体もダイボンディングすることが可能である。特にＳｉＣ半導体は、Ｓｉよりもメタライズが形成しにくい場合があり、はんだ２１が直接ＳｉＣに接合できる本実施例は、低コスト化に好適である。
【００３６】
ＳｉＣ表面にもＳｉ酸化膜が形成される。その理由は、Ｓｉは極めて酸素と結合しやすい元素であるためである。実施例１でも述べたように、Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌなどの三元液体を形成すると、Ａｌが極めて強い反応性を持つ。したがって、ＡｌがＳｉＣ表面の酸化膜を破壊する。さらにＡｕ、Ａｌという成分は、接合温度、接合時間によってはＳｉＣとも反応を起こす。したがって、ＳｉＣ半導体の接続面にメタライズを形成することなく、はんだ２１が直接ＳｉＣ半導体と反応してダイボンディングすることができる。
【００３７】
本実施例は、パワー半導体を例として述べたものであるが、この他にも半導体チップを積層する半導体装置、例えばＤＲＡＭなどを積層する構造など、あらゆるＳｉあるいはＳｉＣ半導体を積層する構造に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・デバイス形成Ｓｉウェハ、２・・・Ｓｉキャップ、３・・・Ｓｉキャップ、４・・・ピエゾ抵抗素子、５・・・配線、６・・・Ａｌ薄膜、７・・・Ａｕリッチ合金、８・・・絶縁層、９・・・Ｔｉ層、１０・・・Ａｕ−Ｇｅ合金、１１・・・自然酸化膜、１２・・・Ｓｉ、１３・・・Ａｕ−Ｇｅ−Ａｌ液体、１４・・・Ａｕ−Ｓｉ共晶液体、１５・・・ＳｉＯ２還元成分、１６・・・Ａｕリッチ合金、１７・・・Ａｕ、２０・・・ベースプレート、２１・・・はんだ、２２・・・基板、２３・・・Ｃｕ層２３、２４・・・半導体チップ２４、２５・・・リード、２６・・・電磁シールド板、２７・・・モールド樹脂、２８・・・シリコーンゲル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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