專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過焊料使半導(dǎo)體元件與基板接合的半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明特別涉及通過冷噴法在焊料層的周圍部形成有防止焊料流動(dòng)的流出防止部的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖10所示的半導(dǎo)體裝置100是搭載有IGBTansulated Gate Bipolar Translator，絕緣柵門極晶體管)等半導(dǎo)體元件101的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體元件101發(fā)出的熱量大，因此基板102使用由熱傳導(dǎo)性好并且導(dǎo)電率高的鋁或銅等制作的金屬基板或者使用了陶瓷板的絕緣基板。當(dāng)通過焊料使半導(dǎo)體元件101與基板102的上表面接合時(shí)，為了增強(qiáng)基板102與焊料層103的接合性，對(duì)由硅形成的半導(dǎo)體元件101的背面實(shí)施鎳合金等的金屬化處理，并且在由金屬形成的基板102的表面設(shè)置鍍鎳的電鍍層104。在例如對(duì)銅板進(jìn)行壓力加工而制作成的基板102上，形成有用于防止焊料流動(dòng)從而確保焊料層103的厚度的流出防止層105。流出防止層105是通過將不對(duì)基板102實(shí)施覆膜的部分遮蔽，并且流出由噴鍍裝置在露出的表面上進(jìn)行覆蓋來形成的。流出防止層105 的覆蓋方法使用可比較穩(wěn)定地形成厚覆膜(50μπι以下)的噴鍍法。使用鋁、硅、鈦等的氧化物來制造流出防止層105?；?02上的流出防止層105被形成為包圍半導(dǎo)體元件101 的周圍，熔融了的焊料被流出防止層105隔擋從而能夠防止焊料流動(dòng)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利文獻(xiàn)特開平6-177290號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利文獻(xiàn)特開2006-319146號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題在以往的半導(dǎo)體裝置100中，通過噴鍍來形成流出防止層105，但在噴鍍法中，熔融金屬粉末，并且將熔融了的金屬被噴射至基體材料，因此基體材料受到的熱影響增大，因此噴鍍法并不是優(yōu)選的方法。另外，因?yàn)閲婂兝缭跍p壓度高的腔室內(nèi)進(jìn)行等的緣故，覆膜的形成需要較高的成本，由此使得半導(dǎo)體裝置100的價(jià)格上升。此外，由于基板102被熔融了的材料粉末的熱量加熱，因此需要時(shí)間和人力來應(yīng)對(duì)由于必須進(jìn)行成膜后的冷卻處理等產(chǎn)生的消耗。為了解決所述問題，本發(fā)明的目的在于利用低廉的價(jià)格形成防止焊料流動(dòng)的構(gòu)造從而提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。用于解決問題的方法本發(fā)明的一個(gè)方式涉及的半導(dǎo)體裝置的特征在于，將半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在基板上，并且具有通過圍繞所述焊料層的周圍來防止焊料在焊接時(shí)流動(dòng)的流出防止部，所述流出防止部通過冷噴法成膜形成，并處于表面被氧化的狀態(tài)。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是所述流出防止部是通過冷噴法在所述焊料層的周圍成膜形成的流出防止層。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是通過冷噴法沿所述焊料接合層的周圍成膜形成的流出防止層。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是所述流出防止層以比所述焊料層高的厚度被成膜形成。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是在所述基板上形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是通過冷噴法在所述焊料接合層上成膜形成的流出防止層。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是所述流出防止層以比所述焊料層高的厚度被成膜形成。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是所述焊料接合層是由成膜時(shí)被氧化的金屬經(jīng)還原處理而形成的，所述流出防止層是由保持在成膜時(shí)被氧化的狀態(tài)的金屬形成的。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是所述焊料接合層是通過冷噴法而成膜形成的。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是通過冷噴法來在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層被接合在所述焊料接合層上，在所述焊料接合層的由于成膜而被氧化的表面中，所述焊料層所處的區(qū)域通過在還原氣體中進(jìn)行的加熱而被還原，所述流出防止部是位于被還原的區(qū)域的周圍的保持被氧化的狀態(tài)的區(qū)域。上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的是通過冷噴法來在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層被接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是對(duì)經(jīng)還原處理的所述焊料接合層的表面以包圍所述焊料層所處的區(qū)域的方式在氧化氣體中進(jìn)行加熱而被氧化了的區(qū)域。本發(fā)明的其他方式涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，當(dāng)將半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合到基板上時(shí)，在防止熔融了的焊料發(fā)生焊料流動(dòng)的同時(shí)焊接所述半導(dǎo)體元件，通過使用冷噴法的成膜來在所述基板上的圍繞所述焊料層的周圍的區(qū)域形成表面被氧化的狀態(tài)的流出防止部，將焊接材料配置在所述流出防止部的包圍之中，并通過加熱使所述焊接材料熔融來焊接所述半導(dǎo)體元件。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法優(yōu)選的是準(zhǔn)備兩片掩模，所述兩片掩模在與所述焊料層的區(qū)域?qū)?yīng)的中央遮蔽部和與所述流出防止部的外周區(qū)域?qū)?yīng)的外周遮蔽部之間形成有與所述流出防止部對(duì)應(yīng)的開口部，并且所述兩片掩模的橫截所述開口部來連結(jié)所述中央遮斷部和外周遮斷部的連結(jié)部的位置不同，并且在交替使用所述兩片掩模的同時(shí)通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法優(yōu)選的是在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，在通過冷噴法來成膜形成所述焊料接合層、并對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行氧化還原處理后，通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法優(yōu)選的是在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來成膜形成所述焊料接合層，使用不被還原的金屬通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部，并在成膜形成所述流出防止部后，對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行氧化還原處理。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法優(yōu)選的是在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成所述焊料接合層，并且在所述焊料接合層的被氧化的表面中，將所述焊料層所處的區(qū)域通過在還原氣體中進(jìn)行加熱來還原，并將位于所述被還原的區(qū)域的周圍的保持被氧化的狀態(tài)的區(qū)域作為所述流出防止部。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法優(yōu)選的是在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成所述焊料接合層，然后對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行還原處理，并且在被還原的所述焊料接合層的表面中，將包圍所述焊料層所處的區(qū)域的區(qū)域在氧化氣體中進(jìn)行加熱來氧化，并且將所述氧化區(qū)域作為所述流出防止部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過使用冷噴法來形成流出防止部，但所述冷噴法能夠在大氣中簡(jiǎn)便地成膜，因此能夠提供具有以低廉的價(jià)格形成的防止焊料流動(dòng)的構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。


圖1是示出了第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖2是示意地示出了執(zhí)行冷噴法的成膜裝置的構(gòu)成的圖；圖3是示出了用于形成流出防止層的第一掩模的圖；圖4是示出了用于形成流出防止層的第一掩模的圖；圖5是示出了階段地成膜的流出防止層的成膜狀況的平面圖；圖6是示出了第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖7是示出了第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖8是示出了第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖9是示出了部分還原方法的概念圖；圖10是示出了以往的半導(dǎo)體裝置的截面圖。標(biāo)號(hào)說明1 半導(dǎo)體裝置；11:半導(dǎo)體元件；12 基板；13 焊料層；14 焊料接合層；15:流出防止層；91 第一掩模；92 第二掩模。
具體實(shí)施例方式接下來，針對(duì)本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在下面參照附圖對(duì)其實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是示出了第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖。在半導(dǎo)體裝置1中， 例如IGBT等半導(dǎo)體元件11被搭載于由熱傳導(dǎo)性好并且導(dǎo)電率高的鋁或銅等金屬制作的基板12上。半導(dǎo)體元件11與基板12通過焊料接合，但在接合此二者的焊料層13與基板12 之間，為了提高焊料對(duì)基板12的接合性而設(shè)置有焊料接合層14。另外，為了增強(qiáng)半導(dǎo)體元件與焊料的接合性，在由硅形成的半導(dǎo)體元件的背面也實(shí)施鎳合金等的金屬化處理。通過利用冷噴法、電鍍法、真空蒸鍍、或者濺射等方法對(duì)鎳、銅、或錫等進(jìn)行成膜處理，形成焊料接合層14。但是，當(dāng)利用電鍍法成膜時(shí)，為了僅成膜形成焊料接合層14的部分，必須遮蔽除此以外的全部表面，因此需要耗費(fèi)很多的工夫和很高的成本。真空蒸鍍和濺射也需要利用價(jià)格高昂的真空設(shè)備來進(jìn)行成膜，并且真空排氣等也需要時(shí)間，因此生產(chǎn)率差并且需要花費(fèi)高成本。因此，使用容易進(jìn)行部分成膜、并且在成本、處理時(shí)間、以及設(shè)備費(fèi)用方面具有優(yōu)勢(shì)的冷噴法是有效的。圖2是示意地示出了執(zhí)行冷噴法的成膜裝置的構(gòu)成的圖。成膜裝置80具有供應(yīng)壓縮氣體的壓縮機(jī)81，從所述壓縮機(jī)81輸送的壓縮氣體被加熱裝置82加熱，并且經(jīng)由壓力調(diào)整閥83從噴嘴84噴出。在粉末罐85中填充有例如銅粉末，加熱器86被設(shè)置為在噴嘴84也能夠?qū)乃龇勰┕?5送來的銅粉末進(jìn)行加熱。并且，為了將銅粉末噴射至特定的區(qū)域來成膜，設(shè)置有使噴嘴84平行移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置87。當(dāng)通過成膜裝置80形成焊料接合層14時(shí)，在基板12上配置有掩模88。掩模88 形成有與成膜區(qū)域相當(dāng)?shù)拇笮〉拈_口框881，開口框881的位置以與基板12配合的方式設(shè)置。平均粒徑為5 60 μ m的銅粉末被從粉末罐85供應(yīng)至噴嘴84，并且所述銅粉末通過加熱器86被加熱。另外，經(jīng)加熱的壓縮氣體被從壓縮機(jī)81送入至噴嘴84。被加熱至50°C 200°C的固相狀態(tài)的銅粉末與壓縮氣體一起強(qiáng)勁地從噴嘴84向基板12的表面噴射。從噴嘴84噴射的銅粉末在固體的狀態(tài)下以接近超音速的高速?zèng)_撞基板12，并通過產(chǎn)生塑性變形從而附著在基板12上來形成膜。當(dāng)銅粉末沖撞基板12時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，根據(jù)材料的不同，材料表面的溫度可能超過熔點(diǎn)，從而銅粉末與基板12接合并獲得牢固的接合力。并且，噴射銅粉末的噴嘴84沿著成膜區(qū)域反復(fù)進(jìn)行水平移動(dòng)，由此在基板12上形成預(yù)定厚度的焊料接合層14。通過冷噴法被成膜形成了焊料接合層14后的基板12被投入到爐內(nèi)，從而在還原性氣體的氛圍中(例如在氬氣、氦氣、氮?dú)獾戎谢烊? 100%的氫的氛圍中)以及200°C 700°C的溫度條件下被進(jìn)行熱處理。焊料接合層14在含有氫的氣體氛圍中被進(jìn)行熱處理， 從而作為覆膜而附著并堆積的銅粒子的表面的氧化層被還原，從而沒有被氧化的銅覆蓋基板12的表面。這樣，能夠在焊料接合層14的表面進(jìn)行焊接，但是反過來，焊料由于還原處理而容易熔解擴(kuò)大，從而產(chǎn)生焊料流動(dòng)的問題。構(gòu)成半導(dǎo)體元件11的硅和構(gòu)成焊料接合層14的銅等的線膨脹系數(shù)存在差值。因此，當(dāng)反復(fù)使用半導(dǎo)體裝置1時(shí)，由于冷熱沖擊產(chǎn)生的剪應(yīng)力作用于接合上述二者的焊料層13。因此，為了能夠使應(yīng)力分散，要求焊料層13具有一定以上的膜厚，膜厚不足的情況會(huì)導(dǎo)致疲勞斷裂。如果在焊接半導(dǎo)體元件11時(shí)，應(yīng)該留在原來的預(yù)定區(qū)域的焊料流走，從而焊料層13的厚度變薄，則可能變得不能夠確保焊料層13具有能夠使應(yīng)力充分分散的膜厚。CN 102549738 A另外，如果焊料在廣闊的區(qū)域熔解擴(kuò)大，則焊料會(huì)附著在位于半導(dǎo)體元件11的周圍的連接引線(未圖示)的連接區(qū)域，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不佳。因此，在半導(dǎo)體裝置1上，以包圍焊料接合層14的周圍的方式形成有防止焊料流動(dòng)的流出防止層15。與焊料接合層14相同，通過能夠以低成本成膜的冷噴法，成膜形成流出防止層15。流出防止層15也通過成膜裝置80而被成膜，但此時(shí)，使用有圖3及圖4所示的兩片掩模。第一掩模91和第二掩模92在覆蓋焊料接合層14的中央遮蔽部911、921的周圍分別形成開口部912、922，在開口部912、922的外側(cè)存在有外周遮蔽部913、923。開口部912、922被各自形成于兩個(gè)位置的連結(jié)部915、925斷開，從而不形成為環(huán)狀。這是為了使中央遮蔽部911或921與外周遮蔽部913或923連結(jié)。因此，當(dāng)只使用一片掩模時(shí)，應(yīng)該形成為環(huán)狀的流出防止層15在連結(jié)部915、925的位置被斷開。因此，當(dāng)使第一掩模91與第二掩模92 二者重合時(shí)，各自的連結(jié)部915、925的位置為另一掩模的開口部922、912，如此，將各自的位置錯(cuò)開而形成。在成膜形成流出防止層15時(shí)，首先將圖3所示的第一掩模91配置在基板12上， 并進(jìn)行對(duì)位，使得中央遮蔽部911與焊料接合層14重合。然后，通過使用了圖2所示的成膜裝置80的冷噴法來進(jìn)行成膜。即，從噴嘴84強(qiáng)勁地噴射的銅粉末穿過開口部912而沖撞基板12的表面，并產(chǎn)生塑性變形而附著在基板12上，由此形成膜。噴嘴84 —邊噴射銅粉末一邊遍及開口部912的全部區(qū)域地移動(dòng)，由此在基板12上形成圖5所示的第一膜151。 圖5是示出了階段地成膜的流出防止層15的成膜狀況的平面圖。第一膜151具有與開口部912對(duì)應(yīng)的平面形狀，所述第一膜151被分割成兩個(gè)部分，在所述兩個(gè)部分之間形成有切斷部155。在形成第一膜151后，配置第二掩模92來取代第一掩模91，并再次從噴嘴84噴射銅粉末。因此，在第一膜151上重疊地成膜形成第二膜 152。此時(shí)，銅粉末進(jìn)入切斷部155，從而填埋其凹陷。另一方面，第二膜152具有與被分割成兩個(gè)部分的開口部922對(duì)應(yīng)的平面形狀，并在兩個(gè)位置形成有切斷部156。因此，再配置第一掩模91來取代第二掩模92，從而交替地進(jìn)行成膜。當(dāng)在基板12上形成焊料接合層14和流出防止層15后，將半導(dǎo)體元件11焊接在焊料接合層14上。即，使半導(dǎo)體元件11經(jīng)由箔狀或顆粒狀的焊接材料與焊料接合層14重疊，并通過加熱焊接材料使其熔融來進(jìn)行焊接。此時(shí)，焊料接合層14的周圍的流出防止層 15處于銅被氧化了的狀態(tài)，因此熔融了的焊料不會(huì)不進(jìn)行接合而熔解擴(kuò)大至流出防止層 15的外側(cè)。因此，防止了焊料流動(dòng)的焊料層13能夠確保一定以上的膜厚。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供具有流出防止層15的半導(dǎo)體裝置1，所述流出防止層 15通過使用冷噴法被以低廉的價(jià)格形成。這是因?yàn)橥ㄟ^冷噴法，能夠在大氣中簡(jiǎn)便地成膜，并且能夠通過使用第一掩模91和第二掩模92來以低廉的價(jià)格進(jìn)行部分成膜。另外，通過使用第一掩模91和第二掩模92，能夠使流出防止層15成為沒有裂縫的環(huán)狀，并且能夠更好地防止焊料的流出。流出防止層15通過防止焊料流動(dòng)來限定焊料的熔解擴(kuò)大的區(qū)域，從而使焊料不會(huì)到達(dá)引線連接的接合區(qū)域，從而能夠防止引線接合情況不佳。除此之外，還能夠提高被接合的半導(dǎo)體元件11的位置精度。通過交替使用上述第一掩模91和第二掩模92來填埋流出防止層15的切斷部 155、156。但是，也可預(yù)見到以下情況由于第一掩模91被浮起配置，噴射的銅粉末繞入連結(jié)部915的下側(cè)，從而導(dǎo)致成膜部分相連。在該情況下，因?yàn)樾纬捎星袛嗖?55，所以也可以只使用第一掩模91來形成流出防止層15。另外，切斷部155只位于局部并且寬度小。因此，當(dāng)在切斷部155不發(fā)生焊料流出、或者焊料的熔解擴(kuò)大不成為產(chǎn)品的障礙時(shí)，同樣也可以只使用第一掩模91來成膜。半導(dǎo)體裝置1包括焊料接合層14和流出防止層15，所述焊料接合層14和流出防止層15都是通過使用冷噴法進(jìn)行銅粉末的成膜形成的。因此，首先形成焊料接合層14并對(duì)其進(jìn)行還原處理，然后，成膜形成流出防止層15并且不進(jìn)行還原處理而使氧化膜殘留。另一方面，當(dāng)在形成流出防止層15時(shí)使用了鋁等在還原處理中不被還原的金屬時(shí)，也可以在形成焊料接合層14和流出防止層15后，一起進(jìn)行還原處理。另外，在半導(dǎo)體裝置1中，利用銅來形成流出防止層15，但是除了上述的鋁之外， 優(yōu)選使用金或銀等比重和比熱大、熱傳導(dǎo)率高的材料。在半導(dǎo)體裝置1中，半導(dǎo)體元件11 是發(fā)熱體，因此在使用時(shí)，其發(fā)熱量增大。因此，通過設(shè)置熱傳導(dǎo)性好的流出防止層15來進(jìn)行熱擴(kuò)散和多余熱量的吸收，能夠提高半導(dǎo)體裝置1的整體的散熱性能。(第二實(shí)施方式)接下來，針對(duì)本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖6是示出了第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖。針對(duì)與圖1相同的構(gòu)成，標(biāo)注相同的符號(hào)來進(jìn)行說明。半導(dǎo)體裝置2被構(gòu)成為在基板12上形成有焊料接合層16，半導(dǎo)體元件11經(jīng)由焊料層13接合在所述焊料接合層16上。為了在焊料接合層16上重疊地形成流出防止層17，焊料接合層16被形成為比所述第一實(shí)施方式的焊料接合層14的面積更大。焊料接合層16通過利用冷噴法、電鍍法、真空蒸鍍、或者濺射等方法對(duì)鎳、銅、或者錫等進(jìn)行成膜處理形成，在此對(duì)通過利用冷噴法使銅粉末成膜形成的焊料接合層16進(jìn)行說明。由于成膜后的還原處理，焊料接合層16的焊料發(fā)生熔解擴(kuò)大，因此形成有防止焊料流動(dòng)的流出防止層17。流出防止層17是通過利用冷噴法使銅粉末成膜形成的，當(dāng)形成流出防止層17時(shí)，使用有圖3及圖4所示的第一及第二掩模91、92。流出防止層17被形成為圍繞半導(dǎo)體元件11的周圍的墻壁，因此當(dāng)進(jìn)行焊接時(shí)，箔狀或顆粒狀的焊接材料和半導(dǎo)體元件11重疊地進(jìn)入流出防止層17的框中。因此，流出防止層17的高度被形成為至少比焊料層13的膜厚(100 400 μ m)更高。這是為了在使半導(dǎo)體裝置2向焊料爐移動(dòng)時(shí)，在不使用夾具的情況下，也能夠使焊接材料和半導(dǎo)體元件11 不從流出防止層17脫落。并且，具有高度的流出防止層17能夠進(jìn)行隔擋，使得在進(jìn)行焊接時(shí)，熔融了的焊料不發(fā)生流動(dòng)。另外，流出防止層17如上述那樣防止焊料流動(dòng)，由此焊料的熔解擴(kuò)大的區(qū)域被限定，并且被接合的半導(dǎo)體元件11的位置精度提高。因此，在本實(shí)施方式中，也能夠獲得如下的與所述第一實(shí)施方式相同的效果即， 能夠提供具有流出防止層17的半導(dǎo)體裝置2等，其中，所述流出防止層17通過使用冷噴法以低廉的價(jià)格形成。另外，由于使用熱傳導(dǎo)性好的銅制作的焊料接合層16和流出防止層 17,半導(dǎo)體裝置2的體積增大從而熱容量增大，由此能夠使半導(dǎo)體裝置2的整體的散熱性能提高。此外，僅通過以放入流出防止層17內(nèi)的方式來配置焊接材料和半導(dǎo)體元件11，即可不必對(duì)半導(dǎo)體裝置2進(jìn)行直至焊接結(jié)束為止的保持，因此能夠?qū)崿F(xiàn)夾具等的廢除和生產(chǎn)設(shè)備的簡(jiǎn)單化，從這一點(diǎn)上也能夠?qū)崿F(xiàn)成本的削減。(第三實(shí)施方式)接下來，針對(duì)本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的第三實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖7是示出了第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖。針對(duì)與圖1相同的構(gòu)成，標(biāo)注相同的符號(hào)來進(jìn)行說明。半導(dǎo)體裝置3被構(gòu)成為在基板12上形成有焊料接合層14，半導(dǎo)體元件11經(jīng)由焊料層 13接合在所述焊料接合層16上。焊料接合層14通過利用冷噴法使銅粉末成膜形成，由于成膜后的還原處理，焊料發(fā)生熔解擴(kuò)大，因此在其周圍形成有防止焊料流動(dòng)的流出防止層 18。流出防止層18是通過利用冷噴法使銅粉末成膜形成的，當(dāng)形成流出防止層18時(shí)，使用有圖3及圖4所示的第一及第二掩模91、92。流出防止層18在基板12上直接成膜，并且被形成為圍繞半導(dǎo)體元件11的周圍的墻壁。流出防止層18的高度被形成為至少比焊料層14的膜厚更高。因此，即使在不使用夾具的情況下，也能夠在將半導(dǎo)體裝置3向焊料爐移動(dòng)時(shí)，使焊接材料和半導(dǎo)體元件11不從流出防止層18脫落。另外，具有高度的流出防止層18能夠進(jìn)行隔擋，使得在進(jìn)行焊接時(shí)， 熔融了的焊料不發(fā)生流動(dòng)。此外，流出防止層18防止焊料流動(dòng)，由此焊料的熔解擴(kuò)大的區(qū)域被限定，并且被接合的半導(dǎo)體元件11的位置精度提高。因此，在本實(shí)施方式中，也能夠獲得如下的與所述第一實(shí)施方式相同的效果即， 能夠提供具有流出防止層18的半導(dǎo)體裝置3等，其中，所述流出防止層18通過使用冷噴法以低廉的價(jià)格形成。另外，由于使用熱傳導(dǎo)性好的銅制作的焊料接合層18，半導(dǎo)體裝置3的體積增大從而熱容量增大，由此能夠使半導(dǎo)體裝置3的整體的散熱性能提高。此外，僅通過以放入流出防止層18內(nèi)的方式來配置焊接材料和半導(dǎo)體元件11，即可不必對(duì)半導(dǎo)體裝置 2進(jìn)行直至焊接結(jié)束為止的保持，因此能夠?qū)崿F(xiàn)夾具等的廢除和生產(chǎn)設(shè)備的簡(jiǎn)單化，從這一點(diǎn)上也能夠?qū)崿F(xiàn)成本的削減。(第四實(shí)施方式)接下來，針對(duì)本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的第四實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖8是示出了第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖。針對(duì)與圖1相同的構(gòu)成，標(biāo)注相同的符號(hào)來進(jìn)行說明。半導(dǎo)體裝置4被構(gòu)成為在基板12上形成有焊料接合層21，半導(dǎo)體元件11經(jīng)由焊料層13接合在所述焊料接合層21上。流出防止層21是通過利用冷噴法使銅粉末成膜形成的，并且被形成為比半導(dǎo)體元件11和焊料層13的面積更大。成膜后的焊料接合層21不能夠在被氧化的情況下進(jìn)行焊接。另一方面，因?yàn)閷?duì)整體進(jìn)行了還原，焊料流動(dòng)產(chǎn)生。因此，在本實(shí)施方式中，部分地實(shí)施還原處理，由此氧化部分殘留從而不會(huì)產(chǎn)生焊料流動(dòng)。即，在配置有焊料層13的焊料接合層21的中央?yún)^(qū)域形成有還原部分211，并且存在于其周圍的處于被氧化的狀態(tài)的氧化部分212形成流出防止部。圖 9是示出了部分還原方法的概念圖。還原處理是通過在具有還原性的還原氣體中進(jìn)行預(yù)定溫度的加熱進(jìn)行的。在本實(shí)施方式的還原處理中，焊料接合層21被放置在氫氣等還原氣體中。并且，如圖9所示，脈沖模式的激光從激光裝置220向焊料接合層21的表面照射。在每一個(gè)位置照射一定時(shí)間的激光，同時(shí)一點(diǎn)點(diǎn)地挪動(dòng)照射位置從而只照射還原部分211。脈沖模式的激光具有足夠進(jìn)行激光照射點(diǎn)的還原的0. 1 2. OJ/(cm2 脈)左右的能量，并且只被注入100msec以下的短時(shí)間。因此，只有經(jīng)激光照射的部分被還原，在其周圍，溫度的上升被抑制從而沒有被進(jìn)行還原。此外，激光的掃描速度、脈沖照射周期、光束直徑、激光波長、以及照射面反射率通過焊料接合層21的膜厚和周圍的構(gòu)造等被適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。另外，在激光裝置220中使用有CO2激光、YAG(yttrium aluminum garnet，釔鋁石榴石)激光、或者光纖激光等。還原氣體可以被供應(yīng)作為腔室內(nèi)的環(huán)境氣體，也可以被噴射到激光照射部分。當(dāng)在焊料接合層21上的預(yù)定區(qū)域形成還原部分211后，半導(dǎo)體元件11經(jīng)由箔狀或顆粒狀的焊料與還原部分211重合，并通過加熱被焊接在還原部分211上。此時(shí)，在焊料的周圍存在保持通過冷噴法成膜后的狀態(tài)的氧化部分212，因此能夠防止焊料流動(dòng)。因此， 根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供以低廉的價(jià)格形成的半導(dǎo)體裝置4，所述半導(dǎo)體裝置4將通過使用冷噴法形成的焊料接合層21直接作為防止焊料流動(dòng)的流出防止部分。此外，以上說明了針對(duì)焊料接合層21進(jìn)行部分還原的方法，取而代之，接下來要說明針對(duì)焊料接合層21進(jìn)行部分氧化的方法。在所述方法中，通過冷噴法在基板12上形成焊料接合層21，隨后首先對(duì)所述焊料接合層21進(jìn)行還原處理，所述還原處理通過在還原氣體中加熱所述焊料接合層21進(jìn)行。因此，全體焊料接合層21被還原，并且焊料流動(dòng)自然產(chǎn)生，因此，部分的氧化處理被實(shí)施。即，在焊料接合層21的中央殘留有還原部分211，在其周圍，形成有作為流出防止部的被氧化的氧化部分212。在氧化處理中，焊料接合層21被放置在氧化氣體中，所述氧化氣體包含包括氧元素和鹵族元素的具有氧化性的氣體。與圖9所示的情況相同，在焊料接合層21上，脈沖模式的激光從激光裝置220向焊料接合層21的表面照射。但是，在此所述的照射位置是相當(dāng)于焊料接合層21的氧化部分212的位置。脈沖模式的激光具有足夠進(jìn)行激光照射點(diǎn)的氧化的能量，并且只被注入預(yù)定時(shí)間。因此，只有經(jīng)激光照射的部分被氧化，而中央部分并不被氧化。僅限于外周部的氧化部分212的面積比還原部分211小。因此，具有激光照射時(shí)間只需要短時(shí)間即可的優(yōu)點(diǎn)。此外，激光的掃描速度、脈沖照射周期、光束直徑、激光波長、以及照射面反射率通過焊料接合層21的膜厚和周圍的構(gòu)造等被適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。另外，在激光裝置220中使用有CO2激光、YAG激光、或者光纖激光等。并且，如果氧化氣體包含高濃度的氧元素和鹵族元素，則氧化氣體的氧化能力增強(qiáng)，因此也可以根據(jù)需要進(jìn)行稀釋。另外，氧化氣體可以被供應(yīng)作為腔室內(nèi)的環(huán)境氣體，也可以被噴射到激光照射部分。因此，在部分氧化中，也在焊料接合層21的預(yù)定區(qū)域形成有還原部分211和氧化部分212。然后，半導(dǎo)體元件11經(jīng)由箔狀或顆粒狀的焊料與還原部分211重合，并通過加熱被焊接在還原部分211上。此時(shí)，氧化部分212包圍焊料的周圍，因此能夠防止焊料流動(dòng)。 由此，能夠提供以低廉的價(jià)格形成的半導(dǎo)體裝置4，所述半導(dǎo)體裝置4在通過使用冷噴法形成的焊料接合層21上形成氧化部分212，并將其作為防止焊料流動(dòng)的流出防止部分。此外，當(dāng)然本發(fā)明并不僅限定于所述實(shí)施方式，而是能夠在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)進(jìn)行種種改良、變形。在所述各實(shí)施方式中，對(duì)利用被氧化的銅構(gòu)成流出防止層15等的情況進(jìn)行了說明，但如果是不與焊料接合并且不熔解的材料，則也可以使用鋁、鈦、鐵、銀等來作為通過冷噴法成膜的材料。另外，在第一至第三實(shí)施方式中形成有焊料接合層14、16，但是在基板12由銅、 鎳、錫、或者其合金形成、并且焊料能夠直接接合時(shí)，也可以采用省略了焊料接合層14、16 的構(gòu)成。另外，在第一至第三實(shí)施方式中，說明了在形成流出防止層15、17、18時(shí)，使用第
11一及第二掩模91、92的方法，但作為其他方法，也可以采用利用樹脂等在基板12和焊料接合層14、16上形成保護(hù)膜，并通過冷噴法形成流出防止層15、17、18，隨后剝離所述保護(hù)膜。
另外，基板12也可以是使用了陶瓷板的絕緣基板。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中，將半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在基板上，其特征在于，具有通過圍繞所述焊料層的周圍來防止焊料在焊接時(shí)流動(dòng)的流出防止部，所述流出防止部通過冷噴法成膜形成，并處于表面被氧化的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述流出防止部是通過冷噴法在所述焊料層的周圍成膜形成的流出防止層。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是通過冷噴法沿所述焊料接合層的周圍成膜形成的流出防止層。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述流出防止層以比所述焊料層高的厚度被成膜形成。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述基板上形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是通過冷噴法在所述焊料接合層上成膜形成的流出防止層。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述流出防止層以比所述焊料層高的厚度被成膜形成。
7.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述焊料接合層是由成膜時(shí)被氧化的金屬經(jīng)還原處理而形成的，所述流出防止層是由保持在成膜時(shí)被氧化的狀態(tài)的金屬形成的。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述焊料接合層是通過冷噴法而成膜形成的。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層被接合在所述焊料接合層上，在所述焊料接合層的由于成膜而被氧化的表面中，所述焊料層所處的區(qū)域通過在還原氣體中進(jìn)行的加熱而被還原，所述流出防止部是位于被還原的區(qū)域的周圍的保持被氧化的狀態(tài)的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成焊料接合層，所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層被接合在所述焊料接合層上，所述流出防止部是對(duì)經(jīng)還原處理的所述焊料接合層的表面以包圍所述焊料層所處的區(qū)域的方式在氧化氣體中進(jìn)行加熱而被氧化了的區(qū)域。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，當(dāng)將半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合到基板上時(shí)，在防止熔融了的焊料發(fā)生焊料流動(dòng)的同時(shí)焊接所述半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，通過使用冷噴法的成膜來在所述基板上的圍繞所述焊料層的周圍的區(qū)域形成表面被氧化的狀態(tài)的流出防止部，將焊接材料配置在所述流出防止部的包圍之中，并通過加熱使所述焊接材料熔融來焊接所述半導(dǎo)體元件。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，準(zhǔn)備兩片掩模，所述兩片掩模在與所述焊料層的區(qū)域?qū)?yīng)的中央遮蔽部和與所述流出防止部的外周區(qū)域?qū)?yīng)的外周遮蔽部之間形成有與所述流出防止部對(duì)應(yīng)的開口部，并且所述兩片掩模的橫截所述開口部來連結(jié)所述中央遮斷部和外周遮斷部的連結(jié)部的位置不同， 并且在交替使用所述兩片掩模的同時(shí)通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部。
13.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，在通過冷噴法來成膜形成所述焊料接合層、并對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行氧化還原處理后，通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部。
14.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來成膜形成所述焊料接合層，使用不被還原的金屬通過冷噴法來成膜形成所述流出防止部，并在成膜形成所述流出防止部后，對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行氧化還原處理。
15.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成所述焊料接合層，并且在所述焊料接合層的被氧化的表面中，將所述焊料層所處的區(qū)域通過在還原氣體中進(jìn)行加熱來還原，并將位于所述被還原的區(qū)域的周圍的保持被氧化的狀態(tài)的區(qū)域作為所述流出防止部。
16.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體裝置是通過在所述基板上成膜形成焊料接合層、并將所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料層接合在所述焊料接合層上來形成的情況下，通過冷噴法來在所述基板上成膜形成所述焊料接合層，然后對(duì)所述焊料接合層進(jìn)行還原處理，并且在被還原的所述焊料接合層的表面中，將包圍所述焊料層所處的區(qū)域的區(qū)域在氧化氣體中進(jìn)行加熱來氧化，并且將所述氧化區(qū)域作為所述流出防止部。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置(1)的目的在于以低廉的價(jià)格形成防止焊料流動(dòng)的構(gòu)造，所述半導(dǎo)體裝置(1)的特征在于，半導(dǎo)體元件(11)經(jīng)由焊料層(13)接合在基板(12)上，并且所述半導(dǎo)體裝置(1)具有通過圍繞焊料層(13)的周圍來防止焊料在焊接時(shí)流動(dòng)的流出防止部(15)，所述流出防止部(15)通過冷噴法形成，其表面處于被氧化的狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01L21/52GK102549738SQ20108004379
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者大野裕孝 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社