專利名稱：半導體元件接合用貴金屬糊料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適合于基板與半導體元件的接合的貴金屬糊料。
背景技術：
半導體元件對基板的小片接合等各種構件的接合廣泛采用釬料，一般采用作為無釬劑的釬料的AuSn類釬料。使用釬料接合各種構件的情況下，已知在配置介以釬料接合的一對構件后加熱至釬料熔融的熔點以上(約300°C以上)的溫度使釬料熔接的方法。然而，如果加熱至這樣的高溫，由于接合后構件所承受的熱應力，半導體元件等構件可能會產(chǎn)生電特性變化的問題?；谶@些原因，希望有可通過盡可能低溫的加熱接合構件的材料代替釬料，作為所述材料，例如專利文獻I中記載有包含銀粉和環(huán)氧樹脂且可在100 200°C的較低溫度下接合的銀糊料。此外，本發(fā)明人在專利文獻2中提供了包含具有規(guī)定的純度及粒徑的金粉和有機溶劑的金糊料。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開2004-359830號公報專利文獻2:日本專利特開2007-324523號公報發(fā)明的概要發(fā)明所要解決的技術問題然而，如上述專利文獻I的包含樹脂的糊料存在接合時的加熱中樹脂未完全分解而殘留于接合后的構件的情況。因此，對于半導體芯片等構件，殘存的樹脂可能會導致污染，有時會影響半導體性能等。在這方面，專利文獻2的糊料可以采用不含樹脂的構成，但該情況下存在糊料涂布時貴金屬粒子的凝集相對容易進行的傾向，有機溶劑可能會從涂布的糊料滲出，難以均勻涂布。此外，對于像專利文獻2那樣包含有機溶劑的糊料，加熱涂布后的糊料使金燒結時，由于有機溶劑的揮發(fā)等，燒結體可能會產(chǎn)生空洞。于是，本發(fā)明的目的在于提供接合后不會產(chǎn)生構件污染，對于接合構件可均勻涂布，且貴金屬通過接合時的加熱燒結后的燒結體的狀態(tài)也良好的貴金屬糊料。解決技術問題所采用的技術方案本發(fā)明人為了解決上述課題而對在不使用可能會導致接合后的污染的各種樹脂等的情況下可對接合構件均勻涂布的貴金屬糊料進行了研究。結果想到了如下的本發(fā)明的貴金屬糊料。即，本發(fā)明涉及半導體元件接合用貴金屬糊料,該糊料由貴金屬粉末和有機溶劑構成，貴金屬粉末的純度在99.9質量％以上，平均粒徑為0.1 0.5 μ m，有機溶劑的沸點為200 350°C，貴金屬糊料的由通過旋轉粘度計得到的23°C的剪切速率4/s的粘度相對于剪切速率40/s的粘度的測定值算出的觸變性指數(shù)(TI)值在6.0以上。本發(fā)明的貴金屬糊料不含可能會導致接合構件的污染的各種樹脂，對于接合構件，浸潤性良好，可均勻涂布。此夕卜，如果采用本發(fā)明的貴金屬糊料，則可維持涂布后的貴金屬粒子的分散性均勻，接合時的加熱中可均勻地釋放出有機類成分的揮發(fā)、分解所產(chǎn)生的釋放氣體，能夠抑制空洞的產(chǎn)生。在這里，對本發(fā)明的糊料中規(guī)定的“TI (觸變性指數(shù))值”進行說明。貴金屬等的糊料一般存在測定時粘度隨著對糊料施加的剪切速度的增大而降低的傾向。在這樣的背景下，TI值使用通過剪切速度不同的2種旋轉速度測定的粘度值作為兩者的粘度比算出。因此，TI值為表示對應于剪切速度的粘度變化的值，即表示觸變性的高低的指標。本發(fā)明的貴金屬糊料的TI值在6.0以上，觸變性適度較高。因此，除了可在涂布糊料時維持成形性之外，可使基于接合時的加熱的貴金屬燒結均勻地進行，能夠使燒結后的燒結體呈致密的狀態(tài)。因為這些優(yōu)點，本發(fā)明的貴金屬糊料特別適合進行大面積涂布的小片接合。如果TI值低于6.0,則將貴金屬糊料涂布于接合構件時溶劑可能會滲出。此外，作為TI的上限值，較好是在20以下。如果超過20，則存在貴金屬糊料涂布前的混煉中操作困難的傾向。此外，對于作為算出TI值的前提的剪切速率4/s時的粘度，較好是100 IOOOPa.S。如果低于IOOPa.s,則存在貴金屬粉末沉降而容易與溶劑分離的傾向；如果超過IOOOPa.S，則處理性容易下降。以下，對本發(fā)明的貴金屬糊料進行詳細說明。首先，對構成本發(fā)明的貴金屬糊料的有機溶劑進行說明。本發(fā)明的有機溶劑是沸點為200 350°C (大氣壓下)的有機溶劑。如果有機溶劑的沸點低于200°C，則接合時的加熱中，有機溶劑的蒸發(fā)速度快，貴金屬粒子的凝集控制變得困難，而且有時在常溫下有機溶劑也會蒸發(fā)，因此糊料涂布時的操作困難。另一方面，如果有機溶劑的沸點超過350°C，則接合后的構件可能會殘存有機溶劑。對于有機溶劑，只要在所述沸點的范圍內，可包含I種或2種以上。在這里，對于本發(fā)明的有機溶劑，“沸點為200 350°C”是指包含2種以上的有機溶劑的情況下，所含的所有種類的有機溶劑分別沸點在200 350°C的范圍內。作為本發(fā)明中可使用的有機溶劑，較好是分支鏈狀飽和脂肪族2價醇類、單萜烯醇類；作為分支鏈狀飽和脂肪族2價醇類，可使用丙二醇、1，2- 丁二醇、1，3- 丁二醇、
I,2-戊二醇、1，3-戊二醇、1，4-戊二醇、1，5-戊二醇、2，3-戊二醇、2，4-戊二醇、1，2-己二醇、1，3-己二醇、1，4-己二醇、1，5-己二醇、1，6-己二醇或它們的衍生物等；作為單萜烯醇，可使用香茅醇、香葉醇、橙花醇、薄荷醇、萜品醇、香芹醇、苧醇(日語:y
松菔醇、β -葑醇、二甲基辛醇、羥基香茅醇或它們的衍生物等。如果考慮到溶劑的沸點，則上述有機溶劑的碳數(shù)較好是5 20。特別是僅包括I種有機溶劑的情況下，較好是使用碳數(shù)為5 20的飽和脂肪族二元醇，特別優(yōu)選2，4-二乙基-1，5-戊二醇(制品名:日香MARS，日本香料藥品株式會社(日本香料薬品(株))，以下記作MARS)。包括2種有機溶劑的情況下，較好是將碳數(shù)為5 20的單環(huán)式單萜烯醇和雙環(huán)式單萜烯醇混合使用，特別優(yōu)選異冰片基環(huán)己醇(制品名:Terusolve MTPH,日本職烯化學株式會社(日本f >化學(株))，以下記作MTPH)和α -萜品醇按照以質量比計1/1 3/1的比例混合的溶劑。下面，對構成本發(fā)明的糊料的貴金屬粉末進行說明。作為貴金屬粉末，可使用金粉末或銀粉末或者它們的混合粉末。如果考慮到導電性、導熱性方面，特別優(yōu)選僅使用金粉末。
作為貴金屬粉末的純度要求99.9質量％以上的高純度是因為如果純度低，則Au粒子的燒結行為變得不穩(wěn)定，接合強度的穩(wěn)定性低，或者接合后的接合構件變硬，容易因熱沖擊等而產(chǎn)生裂縫。此外，貴金屬粉末的平均粒徑設為0.1 0.5 μ m。粒徑超過0.5 μ m的貴金屬粉末的情況下，糊料中的分散狀態(tài)難以維持，貴金屬粉末容易沉降。此外，通過接合時的加熱燒結貴金屬粉末后，也難以使貴金屬粉末之間達到理想的接近狀態(tài)。另一方面，如果平均粒徑低于0.1 μ m，則貴金屬粉末可能會發(fā)生凝集。糊料中的貴金屬粉末的含量較好是以體積含有率(貴金屬粉末的體積/貴金屬糊料整體的體積)計在26 66體積％ (v/v)的范圍內。如果是這樣的體積含有率，則容易形成TI值在6.0以上的貴金屬糊料。此外，接合后的燒結體也容易形成致密狀態(tài)，可實現(xiàn)密合性高的接合。如果金屬粉末的含有率低于26體積％，則難以獲得密合性提高的效果，糊料也不易混煉。另一方面，如果超過66體積％,則貴金屬粉末可能會發(fā)生凝集。貴金屬的含量更好是35 55體積％ (v/v)。由以上說明的貴金屬粉末和有機溶劑構成的貴金屬糊料中還可包含0.05 I質量％的表面活性劑。如果包含表面活性劑，則容易維持貴金屬糊料中均勻分散有貴金屬粉末的狀態(tài)。如果表面活性劑少于0.05質量％，則貴金屬粉末的凝集抑制效果低；如果超過I質量％，則接合后的構件可能會殘存表面活性劑。作為表面活性劑，較好是陽離子性表面活性劑，可使用例如十二烷基三甲基銨鹽、十六烷基三甲基銨鹽、十八烷基三甲基銨鹽、十二烷基二甲基銨鹽、十八烯基二甲基乙基銨鹽、十二烷基二甲基芐基銨鹽、十六烷基二甲基芐基銨鹽、十八烷基二甲基芐基銨鹽、三甲基芐基銨鹽、三乙基芐基銨鹽等季銨鹽類，十八烷基胺鹽、硬脂基胺鹽、N-烷基亞烷基二胺鹽等烷基胺鹽類，十六烷基吡啶鐵鹽、十二烷基吡啶鑲鹽等吡啶鋪鹽類。其中，特別優(yōu)選烷基(C8-Cl8)胺乙酸鹽(制品名:Armac C)、N_烷基(C14-C18)三亞甲基二胺油酸鹽(制品名=Duomeen TD0)。聚合物類表面活性劑的分解需要高溫，因此不適合于本發(fā)明。發(fā)明的效果如上所述，本發(fā)明的貴金屬糊料不會產(chǎn)生接合后的構件污染等，對于各種接合構件可均勻涂布，同時也可使基于接合時的加熱的燒結均勻進行。附圖的簡單說明

圖1是接合部的外觀X射線透視圖像和采用電子顯微鏡(SEM)的截面觀察結果。圖2是表示接合強度的試驗方法的圖。實施發(fā)明的方式以下，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。[實施例1]將通過濕式還原法制成的純度99.99質量％的金粉末(平均粒徑:0.3 μ m) 95質量％、作為有機溶劑的異冰片基環(huán)己醇(MTPH) 3.75質量％、α -萜品醇1.25質量％混合而調整金糊料。該金糊料中的金粉末的體積含有率為49.6體積％。對于使用的有機溶劑和所得的金糊料進行以下的物性測定。物件測定有機溶劑和金糊料的粘度通過圓錐型旋轉粘度計(哈克公司(ΗΑΑΚΕ社)制，Rheostress RS75,錐板:鈦制，35mm, Φ I ° ,以0.050mm的間隔測定)以測定溫度23°C、剪切速率Ο/s的條件保持30秒后，按照剪切速率4/S、20/s、40/s的順序分別保持30秒進行連續(xù)測定。有機溶劑的沸點通過TG-DTA(熱重量/差示熱同時分析:株式會社理學(Rigaku)制TG8101D)在大氣下以I (TC /分鐘的升溫速率測定。此外，觸變性指數(shù)(TI)值由所述剪切速率4/s和40/s的粘度測定值通過下式算出。此外，對于實施例1的金糊料，進行TG-DTA (熱重量/差示熱同時分析)。TI=(剪切速率4/s的粘度)+ (剪切速率40/s的粘度)以上的結果是，實施例1的金糊料的剪切速率4/s的粘度為256Pa.S。此外，通過TG-DTA可確認實施例1的金糊料在70°C開始有機溶劑的蒸發(fā)，在190°C有機成分完全消失。[實施例2 5、比較例I 7]使用與實施例1相同的金粉末以表I所不的有機溶劑和金含量制成金糊料。實施例2中，使用平均粒徑0.1 μ m的金粉末。比較例7中，有機溶劑采用雙烯基琥珀酰亞胺(金氏工業(yè)公司(King Industries社)制，商品名:KX1223C)。對于各實施例和比較例，通過與實施例1同樣的方法測定有機溶劑的粘度及沸點和金糊料的粘度及TI值。結果示于表I。[表 I]
權利要求
1.半導體元件接合用貴金屬糊料，它是由貴金屬粉末和有機溶劑構成的貴金屬糊料，其特征在于，貴金屬粉末的純度在99.9質量％以上，平均粒徑為0.1 0.5 μ m，有機溶劑的沸點為200 350°C，貴金屬糊料的由通過旋轉粘度計得到的23°C的剪切速率4/s的粘度相對于剪切速率40/s的粘度的測定值算出的觸變性指數(shù)(TI)值在6.0以上。
2.如權利要求1所述的貴金屬糊料，其特征在于，貴金屬粉末包括金粉末或銀粉末中的任意一種以上。
3.如權利要求1或2所述的貴金屬糊料，其特征在于，貴金屬糊料中的貴金屬粉末的體積含有率為26 66體積％ (v/v)。
4.如權利要求1 3中的任一項所述的貴金屬糊料，其特征在于，用于半導體元件的小片接合。
5.如權利要求1 4中的任一項所述的貴金屬糊料,其特征在于，在接合半導體元件的情況下的接合部，X射線透視圖像中由相對于接合部整體的面積的接合部中密合的部分的面積比例算出的接合率在90%以上。
全文摘要
本發(fā)明提供不會發(fā)生構件污染，對接合構件可均勻地涂布，且接合后的狀態(tài)也良好的貴金屬糊料。本發(fā)明涉及半導體元件接合用貴金屬糊料，該糊料由貴金屬粉末和有機溶劑構成，貴金屬粉末的純度在99.9質量％以上，平均粒徑為0.1～0.5μm，有機溶劑的沸點為200～350℃，由通過旋轉粘度計得到的23℃的剪切速率4/s的粘度相對于剪切速率40/s的粘度的測定值算出的觸變性指數(shù)(TI)值在6.0以上。
文檔編號H01L21/52GK103155126SQ20118004850
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2010年10月8日
發(fā)明者宮入正幸, 秋山伸之, 稻垣克二, 小柏俊典 申請人:田中貴金屬工業(yè)株式會社