导电性粘接膜、异种材料的接合方法、半导体器件结构体以及切割芯片接合膜与流程

本发明涉及用于将半导体器件接合至基板或引线框架等部件上的导电性粘接膜、使用导电性粘接膜的异种材料的接合方法、具有导电性粘接膜的半导体器件结构体、具有导电性粘接膜的切割芯片接合膜(dicing die-bonding film)。

背景技术：

1、近年来，以削减电力消耗等为目的，广泛使用以sic为代表的大容量功率半导体。以sic为代表的大容量功率半导体由于其带隙比以往的硅宽，因此可工作温度范围宽，可以在更高的电流密度下使用。由此，安装了以sic为代表的大容量功率半导体的器件、例如电机逆变器等能够同时实现高性能化和小型化。

2、然而，虽然大容量功率半导体自身即使在高电流密度和与之相伴的高工作温度(结温)下也维持开关性能，但是，当大容量功率半导体反复高工作温度时，周边的安装部件，特别是用于贴片部的无铅焊料等，因高温环境与低温环境反复进行而产生热疲劳，从而被破坏，导致安装有大容量功率半导体的器件发生故障的问题。

3、因此，提出了使用银系的烧结材料作为大容量功率半导体的贴片材料的方案，例如已提出了一种半导体器件接合部件(专利文献1)，其具备：热应力缓和层，由银、铜、金和铝中的任一种构成；第一银焊料层，设置在上述热应力缓和层的、接合半导体器件的一侧，以银和锡为主成分；以及第二银焊料层，设置在上述热应力缓和层的、接合基板的一侧，以银和锡为主成分。

4、但是，在专利文献1等的银系的烧结材料中，如果要得到能够耐受反复进行高温工作温度的使用状况、且可靠性和耐热疲劳性优异的接合状态，需要在300℃以上的高温条件下以极高的压力进行烧结，由于银的价格昂贵且烧结工艺困难，所以，在实用性方面存在较大问题。

5、另外，在专利文献1的由以银和锡为主要成分的银焊料层构成的粘接层中，银和锡上形成氧化覆膜，在通过瞬态液相烧结(tlps)将功率半导体接合至基板或引线框架等部件时，存在上述氧化覆膜阻碍瞬态液相烧结的反应的问题。因此，研究了通过在以银和锡为主要成分的粘接层中添加醇系或酸系的助焊剂(还原剂)来还原上述氧化覆膜，从而防止上述氧化覆膜的生成。

6、然而，醇系或酸系的助焊剂（flux）在还原上述氧化覆膜时生成水分子，生成的水分子导致烧结后的粘接层中产生空隙(void)。因此，在使用醇系或酸系的助焊剂时，为了消除空隙，需要对在基板等上安装有大容量功率半导体的半导体器件结构体进行加压处理。但是，如果对半导体器件结构体进行加压处理，则存在有时在大容量功率半导体上产生裂纹等损伤的问题。

7、(现有技术文献)

8、(专利文献)

9、专利文献1：日本特开2022-50871号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供不使用昂贵的贵金属、且耐热疲劳性、烧结容易性、空隙防止性优异的导电性粘接膜、使用了上述导电性粘接膜的异种材料的接合方法、具有上述导电性粘接膜的半导体器件结构体、具有上述导电性粘接膜的切割芯片接合膜。

3、用于解决课题的技术手段

4、本发明的构成要旨如下。

5、[1]一种用于接合半导体器件与部件的导电性粘接膜，具备：

6、应力缓和层，其由穿孔金属箔构成，所述穿孔金属箔在利用选自由铜(cu)、铜(cu)合金、铝(al)和铝(al)合金组成的组中的至少一种金属形成的金属箔的主表面设置有贯通孔；

7、第一粘接层，其设置在上述应力缓和层的、接合半导体器件的一侧，包含铜(cu)、锡(sn)、双马来酰亚胺树脂、以及下述通式(1)表示的有机膦和/或下述通式(2)表示的有机硫化物；以及

8、第二粘接层，其设置在上述应力缓和层的、与接合上述半导体器件的一侧相对的一侧，包含铜(cu)、锡(sn)、双马来酰亚胺树脂、以及下述通式(1)表示的有机膦和/或下述通式(2)表示的有机硫化物。

9、r1-p(r2)-r3-p(r4)-r5・・・(1)

10、(通式(1)中，r1、r2、r3、r4、r5各自独立地表示含有碳(c)和氢(h)的芳香族或脂肪族的有机基团，而且结构中不包含下述官能团。)

11、

12、r6-s-r7・・・(2)

13、(通式(2)中，r6、r7各自独立地表示含有碳(c)和氢(h)的芳香族或脂肪族的有机基团，并且结构中不包含下述官能团。)

14、

15、[2]根据[1]所述的导电性粘接膜，其中，由上述金属箔的主表面上设置的上述贯通孔形成的开口率为30%以上。

16、[3]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述第一粘接层和上述第二粘接层包含含有铜(cu)和镍(ni)的合金和/或含有锡(sn)和镍(ni)的合金，在差示扫描量热测定中，在100℃～250℃的温度范围内具有至少一个吸热峰，并且，在常压的氮气氛下于250℃下加热5分钟后不具有上述吸热峰。

17、[4]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述第一粘接层和/或上述第二粘接层的成分渗出到上述贯通孔。

18、[5]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，在上述贯通孔中填充有选自由聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、有机硅树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂和聚醚酮树脂组成的组中的耐热树脂。

19、[6]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，在上述应力缓和层与上述第一粘接层之间进一步设置有第一阻挡层，所述第一阻挡层包含选自由钼(mo)、铬(cr)、钛(ti)、镍(ni)和锡(sn)组成的组中的至少一种金属成分，在上述应力缓和层与上述第二粘接层之间进一步设置有第二阻挡层，所述第二阻挡层包含选自由钼(mo)、铬(cr)、钛(ti)、镍(ni)和锡(sn)组成的组中的至少一种金属成分。

20、[7]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述有机膦的熔点为60℃以上。

21、[8]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述有机膦具有呫吨（xanthene）骨架。

22、[9]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述有机硫化物的熔点为60℃以上。

23、[10]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述有机硫化物具有丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基和/或乙烯基醚基。

24、[11]根据[1]或[2]所述的导电性粘接膜，其中，上述第一粘接层和上述第二粘接层进一步包含如下通式(3)表示的化合物。

25、ar1-c(r8)(r9)-c(r10)(r11)-ar2・・・(3)

26、(通式(3)中，ar1、ar2各自独立地表示芳香族基团，r8、r9、r10、r11各自独立地表示脂肪族基团。)

27、[12]一种异种材料的接合方法，其中，使用[1]或[2]所述的导电性粘接膜，在常压氮气氛下，于275℃以下进行不足10分钟的无压烧结，从而将线膨胀系数互不相同的异种材料接合。

28、[13]一种半导体器件结构体，其中，上述半导体器件接合在上述[1]或[2]所述的导电性粘接膜的上述第一粘接层上，基板或引线框架接合在上述[1]或[2]所述的导电性粘接膜的上述第二粘接层上，由此，上述半导体器件被安装在上述基板或引线框架上。

29、[14]一种切割芯片接合膜，其中，在上述[1]或[2]所述的导电性粘接膜的上述第二粘接层侧粘贴有切割胶带。

30、在上述[1]的方式中，通过瞬态液相烧结(tlps)等对第一粘接层进行烧结，由此经由烧结后的第一粘接层将功率半导体等半导体器件接合于应力缓和层，通过瞬态液相烧结(tlps)等对第二粘接层进行烧结，由此经由烧结后的第二粘接层将基板、引线框架等部件接合于应力缓和层。另外，在上述[1]的方式中，在构成应力缓和层的穿孔金属箔上，设置有在上述金属箔的厚度方向上贯通的贯通孔。需要说明的是，上述[1]中的金属箔的“主表面”具体是指金属箔所具有的外表面中表面积大的那一面，即、指用于划分并形成表面积窄小的端面的上下端缘的两表面。另外，上述[2]中的“开口率”是指[（在构成应力缓和层的穿孔金属箔的主表面上设置的全部贯通孔的面积）/(构成应力缓和层的穿孔金属箔的主表面的面积＋在构成应力缓和层的穿孔金属箔的主表面上设置的全部贯通孔的面积）]×100(单位%)。另外，在本发明中，“常压”是指大气压。

31、发明效果

32、根据本发明的导电性粘接膜的方式，通过具备由穿孔金属箔构成的应力缓和层，所述穿孔金属箔在利用选自由铜（cu）、铜（cu）合金、铝（al）和铝（al）合金组成的组中的至少一种金属形成的金属箔的主表面上设置有贯通孔，因此，热传导性和导电性优异，并且由于穿孔金属箔具有应力缓和特性和柔软性，即使半导体器件与搭载半导体器件的部件的热膨胀率不同，也能够抑制热疲劳和应力的蓄积，防止搭载有半导体器件的半导体器件结构体的损伤。另外，根据本发明的导电性粘接膜的方式，通过具备包含铜（cu）、锡（sn）、双马来酰亚胺树脂、以及上述通式（1）表示的有机膦和/或上述通式（2）表示的有机硫化物的第一粘接层和第二粘接层，能够在不使用昂贵的贵金属的情况下得到耐热疲劳性、烧结容易性、空隙防止性优异的导电性粘接膜。

33、另外，根据本发明的导电性粘接膜的方式，通过由设置在穿孔金属箔的主表面上的贯通孔形成的开口率为30%以上，从而穿孔金属箔的应力缓和特性和柔软性进一步提高，因此即使半导体器件和搭载半导体器件的部件的热膨胀率不同，也能够抑制热疲劳和应力的蓄积，能够更可靠地防止搭载有半导体器件的半导体器件结构体的损伤。

34、另外，根据本发明的导电性粘接膜的方式，通过第一粘接层和第二粘接层包含含铜（cu）和镍（ni）的合金和/或含锡（sn）和镍（ni）的合金，在差示扫描量热测定中，在100℃～250℃的温度范围内具有至少一个吸热峰，并且在常压的氮气氛下，于250℃下加热5分钟后不具有上述吸热峰，从而第一粘接层和第二粘接层在常压、低温、短时间内被烧结，因此，烧结容易性可靠地得到提高。

35、另外，根据本发明的导电性粘接膜的方式，在应力缓和层与第一粘接层之间进一步设置有第一阻挡层，所述第一阻挡层包含选自由钼（mo）、铬（cr）、钛（ti）、镍（ni）和锡（sn）组成的组中的至少一种金属成分，在应力缓和层与第二粘接层之间进一步设置有第二阻挡层，所述第二阻挡层包含选自由钼(mo)、铬(cr)、钛(ti)、镍(ni)和锡(sn)组成的组中的至少一种金属成分，从而能够防止应力缓和层的金属成分向第一粘接层和第二粘接层扩散，因此，能够防止含铜和锡的合金相的形成被应力缓和层的金属成分所阻碍，烧结容易性进一步得到提高。

36、另外，根据本发明的导电性粘接膜的方式，通过第一粘接层和第二粘接层进一步包含上述通式（3）表示的化合物，从而上述通式（3）表示的化合物作为双马来酰亚胺树脂的固化剂发挥作用，因此，第一粘接层和第二粘接层的耐热性得到提高。另外，上述通式（3）表示的化合物为非氧化物类化合物，不与作为还原剂的上述通式（1）表示的有机膦和/或上述通式（2）表示的有机硫化物发生干扰，因此，能够避免空隙防止性受损。