(57)【要約】【課題】ワイドギャップ半導体チップの電極構造において鉛フリー半田を用いた半田付けを行った場合の接合状態を良好なものとできる、ワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法、および鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップを提供する。【解決手段】ワイドギャップ半導体チップの電極上に、鉛フリー半田付け時の電極最表面の酸化を防ぐ保護層を形成し、該保護層上に鉛フリー半田で半田付けを行う、ことを特徴とするワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。【選択図】図１
2009099655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドギャップ半導体チップの電極上に、鉛フリー半田付け時の電極最表面の酸化を防ぐ保護層を形成し、該保護層上に鉛フリー半田で半田付けを行う、ことを特徴とするワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。
【請求項２】
前記保護層は、半田付け前に除去する必要がなく、且つ鉛フリー半田となじみが良いもしくは鉛フリー半田に吸収される材料からなる、請求項１記載のワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。
【請求項３】
前記保護層は金からなる、請求項１または２記載のワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。
【請求項４】
前記保護層を１層以上形成する、請求項１ないし３のいずれかに記載のワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。
【請求項５】
ワイドギャップ半導体チップの電極上に、鉛フリー半田付け時の電極最表面の酸化を防ぐ保護層が設けられ、該保護層上に鉛フリー半田で半田付けが行われている、ことを特徴とする鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップ。
【請求項６】
前記保護層は、半田付け前に除去する必要がなく、且つ鉛フリー半田となじみが良いもしくは鉛フリー半田に吸収される材料からなる、請求項６記載の鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップ。
【請求項７】
前記保護層は金からなる、請求項５または６記載のワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法。
【請求項８】
前記保護層は１層以上設けられている、請求項５ないし７のいずれかに記載の鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ等のワイドギャップ半導体チップの電極を鉛フリー半田で半田付けする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば図１（ａ）および図２（ａ）に例示したように、ワイドギャップ半導体チップにおいて、Ａｇの酸化膜（図中「Ａｇ層」）がチップ電極最表面に形成されていても、鉛系の半田を使用した場合では、その濡れ性が鉛フリー半田よりも良いため、電極間の接合状態に大きな問題は生じていなかった。
しかし、錫−銀−銅（Sn-Ag-Cu）や金−錫（Au-Sn）などの鉛フリー半田は、鉛系半田に比べ濡れ性が悪いため、電極表面の状態による影響が大きい。このため、鉛系半田と同様な条件で半田付けを行ったとしても、図２（ｂ）に例示したような未接合部が生じてしましい、鉛系半田と同等の接合状態を作り出すことは、極めて困難である。
この鉛フリー半田を使用した場合の問題点を克服する手法としては、たとえば以下のものが考えられる。
１．電極最表面の酸化物層を化学薬品により除去する（いわゆるウェットエッチング）。
２．ドライエッチングなど物理的な手法で除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、１の手法では、例えば、亜鉛と塩酸の溶液を使用することで除去することは可能であるものの、これはチップの表面電極を犯してしまうという問題あり、また亜鉛が残留すると更に半田濡れ性が低下する。
２の手法としては、例えば、プラズマエッチング方法などがあるが、チップ自体の温度が上昇してしまうため、電極に使用している金属へのダメージが懸念される。
また、１，２ともに、除去後即時に半田付けしなければ、最表面に酸化物層が再び構成されてしまい、半田付けとのタイミング設定に難がある。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ワイドギャップ半導体チップの電極構造において、鉛フリー半田を用いた半田付けを行った場合の接合状態を良好なものとし、上記各種手法と同様な問題点も生じることのない、ワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法、および鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するものとして、ワイドギャップ半導体チップの電極上に、鉛フリー半田付け時の電極最表面の酸化を防ぐ保護層を形成し、該保護層上に鉛フリー半田で半田付けを行う、ことを特徴とするワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法を提供する。
また、本発明は、上記の課題を解決するものとして、ワイドギャップ半導体チップの電極上に、鉛フリー半田付け時の電極最表面の酸化を防ぐ保護層が設けられ、該保護層上に鉛フリー半田で半田付けが行われている、ことを特徴とする鉛フリー半田付けによるワイドギャップ半導体チップを提供する。
上記のとおりの特徴を有する本発明によれば、ワイドギャップ半導体チップの電極構造において、上記保護層を１層以上設けることにより、鉛フリー半田付け時に酸化物層自体が電極最表面に構成されず、よって、図２（ｂ）に例示したような電極最表面と鉛フリー半田との間の未接合部が生じない、良好な接合状態を持つ鉛フリー半田付けを実現することができる。
保護層としては、半田付け前に除去する必要のない材料であって、なおかつ鉛フリー半田となじみが良い、もしくは半田付けの際に鉛フリー半田に吸収される材質のものを選択する。候補として考えられる材料は、例えば、金、プリフラックスなどが挙げられる。金の製膜は真空蒸着もしくはめっきで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
［第一実施形態］
図２（ｂ）は、本発明の一実施形態であり、上記のとおりの保護層として１層の金層が電極最表面をカバーして設けられている。
ここで、図２（ａ）の金薄膜層（厚さ１００ｎｍ以上）で電極最表面をカバーしていないワイドギャップ半導体チップと図２（ｂ）の金薄膜層でカバーしたものそれぞれに対してSn-Ag-Cuの鉛フリー半田を用いた半田付け付けを行ったところ、図３（ａ）（ｂ）に示すようなＸ線透視装置による画像が得られた。この画像データから算出した結果、同じ鉛フリー半田を使用して同じ条件で半田付けした場合、未接合部分であるいわゆるボイドが３５％から１５％に減少していることが分かった。
ボイドが多いとShear強度が低くなる、熱伝導が悪くなるといった、特にパワーデバイスでは致命的な問題が生じるが、本発明によれば、極めて良好な接合状態が得られ、Shear強度ならびに熱伝導の向上を図ることができる。
なお、半田付けの条件としては、窒素などの不活性ガス中での加熱、真空中での加熱など極力酸素を排した環境での半田付けが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）（ｂ）は各々、従来例および本発明の一実施形態の概略図。
【図２】（ａ）（ｂ）は各々、従来例および本発明の一実施例の電子顕微鏡写真図。
【図３】（ａ）（ｂ）は各々、従来例および本発明の一実施例のＸ線透視画像図。
【図１】
2009099655.tif 000003
【図２】
2009099655.tif 000004
【図３】
2009099655.tif 000005