Title:
Leitfähige Paste und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird
Kind Code:
T5


Abstract:

Es wird eine leitfähige Paste bereitgestellt, die kein schädliches Material enthält, wie Blei, Arsen, Tellur oder Antimon, und die nicht nur eine Bindung bei relativ niedriger Temperatur (z. B. 370°C oder niedriger) erreichen kann, sondern auch die Bindungsfestigkeit bei hoher Temperatur (z. B. bei 300–360°C) beibehalten kann, als auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem die leitfähige Paste verwendet wird. Die leitfähige Paste umfasst (A) leitfähige Partikel, (B) ein Glaspulver, das im Wesentlichen kein Blei, Arsen, Tellur und Antimon enthält, und (C) ein Lösungsmittel, worin das Glaspulver (B) eine Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C aufweist, worin die Umschmelztemperatur angezeigt wird durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter. Die leitfähige Paste umfasst bevorzugt ferner (D) ein Oxid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumoxid und Kupferoxid. Das Glaspulver (B) umfasst bevorzugt (B-1) Ag2O, (B-2) V2O5 und (B-3) MoO3.




Inventors:
Dietz, Raymond, Mass. (Byfield, US)
Patelka, Maciej, Mass. (Byfield, US)
Trumble, Cathy Shaw, Mass. (Byfield, US)
Sakai, Noriyuki (Niigata, Niigata-shi, JP)
Yamaguchi, Hiroshi (Niigata, Niigata-shi, JP)
Application Number:
DE112015000424T
Publication Date:
10/13/2016
Filing Date:
01/15/2015
Assignee:
NAMICS CORPORATION (Niigata, Niigata-shi, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Leitfähige Paste, umfassend (A) leitfähige Partikel, (B) ein Glaspulver, das im Wesentlichen kein Blei, Arsen, Tellur und Antimon enthält, und (C) ein Lösungsmittel, worin das Glaspulver (B) eine Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C aufweist, worin die Umschmelztemperatur angezeigt wird durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter.

2. Leitfähige Paste gemäß Anspruch 1, ferner umfassend (D) mindestens ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumoxid und Kupferoxid.

3. Leitfähige Paste gemäß Anspruch 1, worin die leitfähigen Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 90 Masse% enthalten sind, das Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% enthalten ist und das Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 12 Masse% enthalten ist, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste.

4. Leitfähige Paste gemäß Anspruch 2, worin die leitfähigen Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 85 Masse% enthalten sind, das Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% enthalten ist, das Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 10 Masse% enthalten ist und das Metalloxid (D) in einer Menge von 0 bis 5 Masse% enthalten ist, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste.

5. Leitfähige Paste gemäß irgendeiner der Ansprüche 1 bis 4, worin das Glaspulver (B) (B-1) Ag2O, (B-2) V2O5 und (B-3) MoO3 umfasst.

6. Leitfähige Paste gemäß Anspruch 5, worin das Glaspulver (B) mindestens ein Oxid (B-4) umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus ZnO, CuO, TiO2, MgO, Nb2O5, BaO, Al2O3, SnO und Fe2O3.

7. Leitfähige Paste gemäß Anspruch 5 oder 6, worin das Glaspulver (B) (B-1) Ag2O und (B-2) V2O5 in einer Gesamtmenge von 80 bis 96 Masse% umfasst, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B), worin das Masseverhältnis von Ag2O (B-1) zu V2O5 (B-2) (Ag2O/V2O5) von 1,8 bis 3,2 beträgt.

8. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, worin das Glaspulver (B) MoO3 (B-3) in einer Menge von 4 bis 10 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

9. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, worin das Glaspulver (B) MoO3 (B-3) und die Komponente (B-4) in einer Gesamtmenge von 4 bis 20 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

10. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 9, worin das Glaspulver (B) Ag2O (B-1) in einer Menge von 40 bis 80 Masse%, V2O5 (B-2) in einer Menge von 16 bis 40 Masse% und MoO3 (B-3) in einer Menge von 4 bis 10 Masse% enthält, jeweils ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

11. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, worin das Glaspulver (B) die Komponente (B-4) in einer Menge von 0 bis 12 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

12. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, worin die leitfähigen Partikel (A) Silber sind.

13. Leitfähige Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, worin das Masseverhältnis der leitfähigen Partikel (A) und des Glaspulvers (B) (leitfähige Partikel:Glaspulver) von 50:50 bis 98:2 beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die Schritte:
Auftragen der leitfähigen Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13 auf ein Substrat und/oder einen Halbleiterchip;
Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste;
Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers (B) oder höher, um die in der leitfähigen Paste enthaltenen leitfähigen Partikel (A) zu sintern, so dass der Halbleiterchip und das Substrat elektrisch miteinander verbunden werden; und
allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste.

15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die Schritte:
Auftragen der leitfähigen Paste gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13 auf ein Substrat und/oder einen Halbleiterchip;
Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste;
Erwärmen der leitfähigen Paste, um Ag2O (B-1) in dem Glaspulver (B), das in der leitfähigen Paste enthalten ist, zu reduzieren;
weiteres Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers (B) oder höher; und
allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste, um die Abscheidung von Kristallen zu verursachen.

Description:
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Paste, die ein niedrig-schmelzendes Glas umfasst, welches kein schädliches Material, wie z. B. Blei, enthält, und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin die leitfähige Paste verwendet wird.

STAND DER TECHNIK

Ein Die-Anhaftungsmaterial zum Binden von z. B. einem Siliciumcarbid(SiC)-Chip an ein Substrat und ein Abdichtungsmaterial und eine leitfähige Paste für elektronische Teile, wie z. B. ein Keramikgehäuse, die hierin eine Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis enthält, als auch eine Anzeigevorrichtung, erreichen wünschenswerterweise eine Bindung bei relativ niedrigen Temperaturen, wenn man die Eigenschaften der zu verbindenden oder abzudichtenden Objekte berücksichtigt, die extrem wärmempfindlich sind. Als leitfähige Paste, die eine Bindung bei niedrigen Temperaturen erreichen kann, wird eine Zusammensetzung verwendet, die ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt umfasst.

Konventionell ist als niedrig-schmelzendes Glas ein PbO-B2O3-Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt bekannt. Patentdokument 1 offenbart als Glas mit niedrigem Erweichungspunkt ein Glas, das 20 bis 70% Silberoxid, 10 bis 70% eines Oxids von Vanadium oder Molybdän und 10 bis 70% eines Oxids eines Halbmetalls, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Phosphor, Germanium, Arsen, Antimon, Wismut und Tellur, umfasst (Patentdokument 1).

Im Hinblick auf ein Glas, das bei einer Temperatur kalziniert werden kann, die niedriger ist als die Kalzinierungstemperatur für das herkömmliche niedrig-schmelzende PbO-B2O3-Glas, offenbart Patentdokument 2 ein niedrig-schmelzendes Glas, umfassend Ag2O: 8 bis 20%, MoO3: 20 bis 35%, ZnO: 1 bis 6%, TeO2: 30 bis 55% und V2O5: 5 bis 19% (Patendokument 2).

Im Hinblick auf ein Material, das z. B. in einem Die-Anhaftungsmaterial verwendet wird, ist ein Glas offenbart, das z. B. Ag2O in einer Menge von etwa 40 bis 65 Masse%, V2O5 in einer Menge von etwa 15 bis 35 Masse%, und mindestens ein Oxid, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus TeO2, PbO2 und Pb3O4 in einer Menge von etwa 0 bis 50 Masse%, ausgedrückt als Oxid, umfasst, worin das Glas einen Ag2O-V2O5-TeO2-PbO2-Kristall bildet (siehe z. B. Patentdokument 3). Das in Patentdokument 3 offenbarte Glas wird z. B. in einem Keramikgehäuse, das hierin eine temperaturempfindliche Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis enthält, als Paste zum Binden der temperaturempfindlichen Vorrichtung bei niedriger Temperatur (z. B. bei 350°C) verwendet.

Das angegebene Patendokument 4 offenbart eine Glaszusammensetzung, die Tl2O3 in einer Menge von 60 bis 82,5 Gew.%, V2O5 in einer Menge von etwa 2,5 bis 27,5 Gew.% und P2O5 in einer Menge von etwa 2,5 bis 17,5 Gew.% umfasst, ausgedrückt als Oxid, und welches eine Grenztemperatur von etwa 350°C oder niedriger aufweist, bei der die Verglasung auftritt (Patentdokument 4). Patentdokument 4 offenbart, dass die Glaszusammensetzung eine Grenztemperatur von 460°C oder niedriger aufweist, bei der keine Entglasung auftritt. Die Entglasung bezeichnet, dass das geschmolzene Glas unter einer Kristallabscheidung eines Teils des Glases leidet, das eine bestimmte Zusammensetzung aufweist, während z. B. der Verfestigung des geschmolzenen Glases beim Abkühlen.

Patentdokument 5 offenbart eine Paste, die leitfähige Metallpartikel, eine Glaszusammensetzung, ein organisches Lösungsmittel und ein Harz umfasst. Patentdokument 5 weist die Beschreibung auf, dass die Glaszusammensetzung spezifisch eine Umschmelztemperatur (remelting temperature) bei 275°C oder niedriger aufweist. Die Beschreibung von Patentdokument 5 zeigt, dass, wenn die Glaszusammensetzung, die in der Paste enthalten ist, eine hohe Umschmelztemperatur aufweist, die Menge der Glasphase, die in zufriedenstellender Weise die Oberfläche von zu verbindenden Flächen benetzt, verringert wird, so dass die Bindungsfestigkeit der Paste unzureichend wird. Das angegebene Dokument 5 offenbart, dass die Kombination von TeO2 und PbO2 in den entsprechenden optimalen Mengen ein Glas mit kristallinen Eigenschaften und Niedrig-Temperatureigenschaften bereitstellt, die im Hinblick auf die endgültig erhaltene Struktur wünschenswert sind.

LITERATUR DES STANDES DER TECHNIKPatentdokumente

  • Patentdokument 1: Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Patents Nr. Sho 51-138711
  • Patentdokument 2: Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Patents Nr. Hei 8-259262
  • Patentdokument 3: Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung vor Prüfung (kohyo) Nr. Hei 8-502468
  • Patentdokument 4: US 4,933,030
  • Patentdokument 5: US 5,543,366

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGVon der Erfindung zu lösende Probleme

Es ist jedoch wahrscheinlich, dass das niedrig-schmelzende PbO-B2O3-Glas und das in Patentdokumenten 1 bis 3 und 5 offenbarte niedrig-schmelzende Glas ein schädliches Material, wie z. B. Blei (Pb), Arsen (As), Antimon (Sb) oder Tellur (Te) enthalten. Auch kann in Patentdokument 4 Thallium (Tl) ein schädliches Material sein. In den letzten Jahren erhöhen sich jedoch die Bedenken bezüglich des Umweltschutzes und dergleichen, und daher ist eine leitfähige Paste gewünscht, bei der ein niedrig-schmelzendes Glas verwendet wird, das kein schädliches Material enthält. Ferner ist gewünscht, dass die leitfähige Paste ein niedrig-schmelzendes Glas verwendet, das auf eine Haltleitervorrichtung und eine Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis angewandt werden kann, welche extrem wärmeempfindlich sind.

Ferner hat in den letzten Jahren eine SiC-Halbleitervorrichtung Beachtung gefunden, die nur einen geringen Verlust der elektrischen Kraftumwandlung verursacht und die sogar bei hohen Temperaturen stabil betrieben werden kann. Die SiC-Halbleitervorrichtung weist eine hohe Sperrschichttemperatur im Vergleich zu einer Silicium(Si)-Halbleitervorrichtung auf. In solch einer SiC-Halbleitervorrichtung wird als leitfähige Paste, die in einem Die-Anhaftungsmaterial zum Verbinden des Halbleitervorrichtungchips und eines Substrats zusammen verwendet wird, eine gewünscht, die eine Bindung bei relativ niedriger Temperatur (z. B. bei 370°C oder niedriger) als Erwärmungstemperatur erreichen kann. Andererseits ist eine leitfähige Paste gewünscht, die die Bindungsfestigkeit zwischen dem SiC-Halbleitervorrichtungschip und dem durch die Paste gebundenen Substrat sogar bei einer Betriebsumgebung der Vorrichtung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) beibehalten kann. Die in der in Patentdokument 5 offenbarten Paste enthaltene Glaszusammensetzung weist spezifisch eine Umschmelztemperatur von 275°C oder niedriger auf. In Bezug auf die Halbleitervorrichtung, die durch Binden eines Halbleiterchips an ein Substrat unter Verwendung der in Patentdokument 5 offenbarten Paste erhalten wird, wird angenommen, dass, wenn die Halbleitervorrichtung in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur platziert wird (z. B. bei 300 bis 350°C), die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat schlecht wird.

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leitfähige Paste bereitzustellen, die ein niedrig-schmelzendes Glas umfasst, welches kein schädliches Material enthält, wie z. B. Blei, Arsen, Tellur oder Antimon, worin die leitfähige Paste nicht nur dahingehend vorteilhaft ist, dass die Paste eine Bindung bei relativ niedriger Temperatur (z. B. bei 370°C oder niedriger) als Erwärmungstemperatur erreichen kann, sondern die auch die Bindungsfestigkeit sogar in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) beibehalten kann.

Mittel zum Lösen der Probleme

Die vorliegende Erfindung 1 betrifft eine leitfähige Paste, die (A) leitfähige Partikel, (B) ein Glaspulver, das im wesentlichen kein Blei, Arsen, Tellur und Antimon enthält und (C) ein Lösungsmittel umfasst, wobei das Glaspulver (B) eine Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C aufweist, worin die Umschmelztemperatur angezeigt wird durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve, wie sie mit einem dynamischen Differenzialkalorimeter gemessen wird.

Die vorliegende Erfindung 2 betrifft eine leitfähige Paste der vorliegenden Erfindung 1, die ferner (D) mindestens ein Metalloxid umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumoxid und Kupferoxid.

Die vorliegende Erfindung 3 betrifft die leitfähige Paste der vorliegenden Erfindung 1, worin die leitfähigen Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 90 Masse% enthalten sind, das Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% enthalten ist und das Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 12 Masse% enthalten ist, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste.

Die vorliegende Erfindung 4 betrifft die leitfähige Paste der vorliegenden Erfindung 2, worin die leitfähigen Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 85 Masse% enthalten sind, das Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% enthalten ist, das Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 10 Masse% enthalten ist und das Metalloxid (D) in einer Menge von 0 bis 5 Masse% enthalten ist, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste.

Die vorliegende Erfindung 5 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 1 bis 4, worin das Glaspulver (B) (B-1) Ag2O, (B-2) V2O5 und (B-3) MoO3 umfasst.

Die vorliegende Erfindung 6 betrifft die leitfähige Paste gemäß der vorliegenden Erfindung 5, worin das Glaspulver (B) ferner (B-4) mindestens ein Oxid umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus ZnO, CuO, TiO2, MgO, Nb2O5, BaO, Al2O3, SnO und Fe2O3.

Die vorliegende Erfindung 7 betrifft die leitfähige Paste gemäß der vorliegenden Erfindung 5 oder 6, worin das Glaspulver (B) Ag2O (B-1) und V2O5 (B-2) in einer Gesamtmenge von 80 bis 96 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B), worin das Masseverhältnis von Ag2O (B-1) zu V2O5 (B-2) (Ag2O/V2O5) von 1,8 bis 3,2 beträgt.

Die vorliegende Erfindung 8 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 5 bis 7, worin das Glaspulver (B) MoO3 (B-3) in einer Menge von 4 bis 10 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

Die vorliegende Erfindung 9 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 6 bis 8, worin das Glaspulver (B) MoO3 (B-3) und die Komponente (B-4) in einer Gesamtmenge von 4 bis 20 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

Die vorliegende Erfindung 10 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 5 bis 9, worin das Glaspulver (B) Ag2O (B-1) in einer Menge von 40 bis 80 Masse%, V2O5 (B-2) in einer Menge von 16 bis 40 Masse% und MoO3 (B-3) in einer Menge von 4 bis 10 Masse% enthält, jeweils ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

Die vorliegende Erfindung 11 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 6 bis 10, worin das Glaspulver (B) die Komponente (B-4) in einer Menge von 0 bis 12 Masse% enthält, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B).

Die vorliegende Erfindung 12 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 1 bis 11, worin die leitfähigen Partikel (A) Silber sind.

Die vorliegende Erfindung 13 betrifft die leitfähige Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 1 bis 12, worin das Masseverhältnis der leitfähigen Partikel (A) und des Glaspulvers (B) (leitfähige Partikel:Glaspulver) von 50:50 bis 98:2 beträgt.

Die vorliegende Erfindung 14 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin das Verfahren die Schritte umfasst:
Auftragen der leitfähigen Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 1 bis 13 auf ein Substrat und/oder einen Halbleiterchip;
Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste;
Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des Glaspulvers (B), das in der leitfähigen Paste enthalten ist, oder höher, um die leitfähigen Partikel (A), die in der leitfähigen Paste enthalten sind, zu sintern, so dass der Halbleiterchip und das Substrat elektrisch miteinander verbunden werden; und
allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste.

Die vorliegende Erfindung 15 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin das Verfahren die Schritte umfasst:
Auftragen der leitfähigen Paste gemäß irgendeiner der vorliegenden Erfindungen 1 bis 13 auf ein Substrat und/oder einen Halbleiterchip;
Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste;
Erwärmen der leitfähigen Paste, um das Ag2O (B-1) in dem Glaspulver (B), das in der leitfähigen Paste enthalten ist, zu reduzieren;
ferner Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers (B) oder höher; und
allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste, um zu verursachen, dass Kristalle ausfallen.

Wirkungen der Erfindung

Die erfindungsgemäße leitfähige Paste ist dahingehend Vorteilhaft, dass ein SiC-Chip und ein Substrat unter Verwendung der leitfähigen Paste durch Erwärmen bei relativ niedriger Temperatur (z. B. bei 370°C oder niedriger) als Erwärmungstemperatur verbunden werden können, um eine Halbleitervorrichtung zu erhalten. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße leitfähige Paste dahingehend vorteilhaft, dass ein Halbleiterchip und ein Substrat miteinander unter Verwendung der leitfähigen Paste verbunden werden können, und nach dem Verbinden die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat sogar in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) beibehalten werden kann, und somit die erhaltene Halbleitervorrichtung eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welches dahingehend vorteilhaft ist, dass leitfähige Partikel, die in der leitfähigen Paste enthalten sind, gesintert werden, um einen Halbleiterchip mit einem Substrat elektrisch zu verbinden, so dass eine Halbleitervorrichtung mit großen elektrisch leitfähigen Eigenschaften erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß ist es durch Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers oder höher, und dann allmähliches Abkühlen der Paste, möglich, die Abscheidung von Silber und Kristallen in dem kalzinierten Film zu verursachen, der den Halbleiterchip an das Substrat bindet. Der kalzinierte Film, der den Halbleiterchip an das Substrat bindet, tendiert dazu, eine Schmelztemperatur aufzuweisen, die höher ist als diejenige des Glaspulvers, das in der leitfähigen Paste als Ausgangsmaterial enthalten ist. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welches dahingehend vorteilhaft ist, dass die erhaltene Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterchip und ein Substrat aufweist, die unter Verwendung der leitfähigen Paste verbunden sind, die Bindungsfestigkeit zwischen dem Substrat und dem Halbleiterchip beibehalten kann, sogar wenn sie in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) platziert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das die Schritte einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zeigt.

2 zeigt die DSC-Kurve des Glaspulvers Nr. 25 (SC181-4), gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter (DSC).

3 zeigt Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (SEM) der Silberpartikel, die in den entsprechenden leitfähigen Pasten verwendet wurden, aufgenommen bei Vergrößerungen von 1.000-fach, 2.000-fach und 5.000-fach.

4 zeigt Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (SEM) des Glaspulvers Nr. 25 (SC181-4), aufgenommen bei Vergrößeren von (a) 1.000-fach und (b) 500-fach, worin das Glaspulver Nr. 25 erhalten wurde nach einer Siebklassifizierung unter Verwendung eines 400-Mesh-Siebes.

ARTEN DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Paste, die (A) leitfähige Partikel, (B) ein Glaspulver, das im Wesentlichen kein Blei (Pb), Arsen (As), Antimon (Sb) und Tellur (Te) enthält, und (C) ein Lösungsmittel umfasst, worin das Glaspulver (B) eine Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C aufweist, worin die Umschmelztemperatur durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve, wie von einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen, bezeichnet.

[(A) Leitfähige Partikel]

Als leitfähige Partikel, die in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendet werden, können z. B. Silber (Ag), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) oder eine Silberlegierung von Silber und einem Basismaterial (z. B. Cu oder Ni) verwendet werden. Besonders bevorzugt sind die leitfähigen Partikel Silber (Ag).

Im Hinblick auf die Form und den mittleren Partikeldurchmesser der leitfähigen Partikel bestehen keine besonderen Beschränkungen, und es können diejenigen verwendet werden, die im entsprechenden Gebiet bekannt sind. Die leitfähigen Partikel weisen bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,01 bis 40 μm, stärker bevorzugt 0,05 bis 30 μm, weiter bevorzugt 0,1 bis 20 μm auf. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser der leitfähigen Partikel im Bereich von 0,01 bis 40 μm liegt, ist die Dispergierbarkeit der leitfähigen Partikel in der Paste ausgezeichnet, so das während des Sinterns ausgezeichnete Sintereigenschaften erreicht werden. Der mittlere Partikeldurchmesser der leitfähigen Partikel bezeichnet den D50 (Mediandurchmesser) in einer Volumen-kumulativen Verteilung, wie sie unter Verwendung einer Messvorrichtung vom Laserbeugungs-Streuungstyp für den Partikeldurchmesser und die Partikelgrößenverteilung erhalten wird (z. B. MICROTRAC HRA9320-X100, hergestellt von Nikkiso Co., Ltd.). Im Hinblick auf die Form der leitfähigen Partikel können die leitfähigen Partikel eine sphärische Form, eine Form von Flocken oder Schuppen oder eine polyedrische Form aufweisen.

Wenn als leitfähige Partikel Silberpartikel verwendet werden, können Silberpartikel mit einer Größe im Nanobereich oder Silberpartikel mit Poren, die mit einem Harz gefüllt sind, verwendet werden.

[(B) Glaspulver]

Das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver enthält im Wesentlichen kein Blei, Arsen, Antimon und Tellur. Das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Umschmelztemperatur (remelting temperature, Tr) von 320 bis 360°C aufweist, worin die Umschmelztemperatur durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve im Temperaturbereich von 320 bis 360°C angezeigt wird, wie von einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen.

Die Umschmelztemperatur (Tr) kann aus einem endothermen Peak bestimmt werden, der in einer DSC-Kurve im Bereich von 50 bis 370°C erscheint, wie unter Verwendung einem dynamischen Differenzkalorimeters (z. B. SHIMADZU DSC-50) gemessen, worin die DSC-Kurve durch Erhöhen der Temperatur des Glaspulvers auf 370°C unter Bedingungen von z. B. einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 15°C/min in einer Atmosphäre unter Atmosphärendruck hergestellt wird. Die Temperatur am ersten Wendepunkt in der DSC-Kurze des Glaspulvers bezeichnet die Glasübergangstemperatur (Tg). Ferner erscheinen in der DSC-Kurve des Glaspulvers ein exothermer Peak, der der Kristallisation des Glaspulvers zugeschrieben wird, und ein endothermer Peak, der dem Schmelzen des Glaspulvers zugeschrieben wird. In der DSC-Kurve des Glaspulvers erscheint der exotherme Peak mit einem positiven (+) Wert. In der DSC-Kurve des Glaspulvers erscheint der endotherme Peak mit einem negativen (–) Wert. In der DSC-Kurve des Glaspulvers können eine Vielzahl von exothermen Peaks auftauchen. Ferner können in der DSC-Kurve des Glaspulvers eine Vielzahl von endothermen Peaks erscheinen.

Im Hinblick auf das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver wird, wenn die DSC-Kurve eine Vielzahl von endothermen Peaks aufweist, das Glaspulver mit einer Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C verwendet, worin die Umschmelztemperatur (Tr) durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr unter den endothermen Peaks angezeigt wird. Wenn eine Vielzahl von endothermen Peaks in der DSC-Kurve des Glaspulvers erscheinen, liegt die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr des Glaspulvers im Temperaturbereich von 320 bis 360°C. Solange die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve im Temperaturbereich von 320 bis 360°C vorliegt, können bei dem Glaspulver die Peakspitzen von anderen endothermen Peaks mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr im Temperaturbereich von höher als 360°C vorliegen.

Das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver weist eine Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C auf, worin die Umschmelztemperatur (Tr) durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Die Glasübergangstemperatur (Tg) und die Kristallisationstemperatur (Tc), die in der DSC-Kurve des Glaspulvers gezeigt werden, sind niedriger als die Umschmelztemperatur (Tr). Durch Erwärmen der leitfähigen Paste, die das Glaspulver umfasst, zu einer Temperatur der Umschmelztemperatur des Glaspulvers oder höher (z. B. auf 370°C oder niedriger; z. B., wenn die Umschmelztemperatur des Glaspulver 360°C beträgt, zu einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C) wird das in der leitfähigen Paste enthaltene Glaspulver geschmolzen, was ermöglicht, dass die zu verbindenden Flächen aneinander binden. Die erfindungsgemäße leitfähige Paste kann die zu verbindenden Flächen bei relativ niedriger Temperatur (z. B. bei 370°C oder niedriger; wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C beträgt, bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C) aneinander binden, und kann daher vorteilhaft in z. B. einer Halbleitervorrichtung und einer Schaltkreisvorrichtung verwendet werden, die wärmeempfindlich sind. Ferner ist die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers in der leitfähigen Paste 320°C oder höher, und daher können eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterchip und ein Substrat, die unter Verwendung der leitfähigen Paste verbunden sind, die Bindungsfestigkeit beibehalten, sogar wenn sie in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) betrieben werden.

Das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver weist eine Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C auf, worin die Umschmelztemperatur (Tr) durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Wenn daher das Glaspulver auf die Umschmelztemperatur (Tr) oder höher erwärmt wird und dann abgekühlt wird, werden ferner Kristalle in dem kalzinierten Film, der aus der leitfähigen Paste gebildet ist, geformt. Bei dem Glaspulver, das auf die Umschmelztemperatur (Tr) oder höher erwärmt und geschmolzen und anschließend gekühlt worden ist, tendiert die Temperatur, die an der Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr ausgelesen wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen, dazu, höher als die Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C zu sein. Der Grund für solch eine Tendenz ist nicht klar, es wird jedoch das Folgende angenommen. Die leitfähige Paste wird auf eine Temperatur erwärmt, die höher ist als die Kristallisationstemperatur (Tc) des Glaspulvers, und welche die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers oder höher ist, und dann abkühlt. Im Hinblick auf das in der leitfähigen Paste enthaltene Glaspulver wird das kristallisierte Glas, das eine Kristallisation eingegangen ist, umgeschmolzen, und wird dann gekühlt, um eine weitere Kristallisation einzugehen. Es besteht ein Unterschied in der Art der Kristallabscheidung zwischen dem kristallisierten Glas, das durch Kristallisation eines Teils des Glaspulvers verursacht wird, und dem kristallisierten Glas, das durch die erste Kristallisation verursacht wird. Es wird angenommen, dass einer der Gründe, warum die an der Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr ausgelesene Temperatur, wie von einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen, dazu neigt, höher zu sein als die Umschmelztemperatur von 320 bis 360°C, im Unterschied in der Art der Kristallabscheidung zwischen dem kristallisierten Glas, das durch die Kristallisation des geschmolzenen Glaspulvers verursacht wird, und dem kristallisierten Glas, das durch die erste Kristallisation verursacht wird, liegt. Durch solche in dem kalzinierten Film abgeschiedene Kristalle, gebildet durch Erwärmen der leitfähigen Paste und Abkühlen hiervon, kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat, die unter Verwendung der leitfähigen Paste verbunden worden sind, beibehalten werden, sogar wenn die Halbleitervorrichtung in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) betrieben wird.

Die Umschmelztemperatur (Tr) des in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendeten Glaspulvers ist eine Temperatur, die durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen, und die Endothermie von 20 J/g oder mehr bestätigt den Zustand, worin die Kristalle in dem Glaspulver komplett geschmolzen sind. Wenn ein endothermer Peak mit einer Endothermie von weniger als 20 J/g in einer DSC-Kurve, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen, vorliegt, wird angenommen, dass Kristalle in dem Glaspulver verbleiben. Wenn die leitfähige Paste bei einer zur Umschmelztemperatur des Glaspulvers relativ niedrigen Temperatur oder höher erwärmt wird (z. B. bei 370°C oder niedriger; wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C ist, bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C), dann besteht die Möglichkeit, dass die Kristalle in dem Glaspulver, das in der leitfähigen Paste enthalten ist, nicht vollständig geschmolzen werden. Wenn die Kristalle des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers als solche in dem kalzinierten Film verbleiben, der durch Kalzinieren der leitfähigen Paste erhalten wird, können die leitfähigen Eigenschaften des kalzinierten Films zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat schlecht werden. Wenn die Kristalle des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers als solche in dem kalzinierten Film durch Kalzinieren der leitfähigen Paste verbleiben, kann ferner die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat schlecht werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, dass die durch Binden eines Halbleiterchips an ein Substrat unter Verwendung der leitfähigen Paste erhaltene Halbleitervorrichtung die Bindungsfestigkeit in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) nicht beibehalten kann.

Das Glaspulver weist bevorzugt eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 180°C oder niedriger, stärker bevorzugt 170°C oder niedriger, weiter bevorzugt 168°C oder niedriger, besonders bevorzugt 165°C oder niedriger, auf.

Das Glaspulver weist bevorzugt eine Kristallisationstemperatur (Tc) von 280°C oder niedriger, stärker bevorzugt 270°C oder niedriger, weiter bevorzugt 260°C oder niedriger, auf, worin die Kristallisationstemperatur (Tc) durch die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Das Glaspulver weist bevorzugt eine Kristallisationstemperatur (Tc) von 160°C oder höher, stärker bevorzugt 165°C oder höher, weiter bevorzugt 170°C oder höher auf, worin die Kristallisationstemperatur (Tc) durch die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Das Glaspulver weist bevorzugt eine Kristallisationstemperatur (Tc) im Temperaturbereich von 160 bis 280°C auf, worin die Kristallisationstemperatur (Tc) durch die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Das Glaspulver weist stärker bevorzugt eine Kristallisationstemperatur (Tc) im Temperaturbereich von 170 bis 270°C auf, worin die Kristallisationstemperatur (Tc) durch die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr in einer DSC-Kurve angezeigt wird, wie mit einem dynamischen Differenzkalorimeter gemessen. Wenn eine Vielzahl von exothermen Peaks in der DSC-Kurve des Glaspulvers erscheinen, liegt die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr des Glaspulvers im Temperaturbereich von 160 bis 280°C. Solange die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr in der DSC-Kurve im Temperaturbereich von 160 bis 280°C vorliegt, können bei dem Glaspulver die Peakspitzen von jeglichen anderen exothermen Peaks mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr im Temperaturbereich höher als 280°C vorliegen.

Im Hinblick auf die Größe des Glaspulvers bestehen keine besonderen Beschränkungen. Das Glaspulver weist bevorzugt einen volumengemittelten Partikeldurchmesser (Mediandurchmesser) von 1 bis 200 μm, stärker bevorzugt 3 bis 180 μm, weiter bevorzugt 3 bis 160 μm, insbesondere bevorzugt 5 bis 150 μm, auf. Das Glaspulver kann durch Platzieren der Ausgangsmaterialien für das Glaspulver in einem Porzellantiegel und Platzieren des Tiegels in einem Schmelzofen (Ofen), um die Materialien zu erwärmen und zu schmelzen, durch Erhalten einer Glasschmelze und Zuführen der Glasschmelze zwischen Walzen, die aus Edelstahl hergestellt sind, um das Glas in eine Scheibenform zu formen, und Mahlen des erhaltenen scheibenförmigen Glases unter Verwendung eines Mörsers und Unterwerfen des gemahlenen Glases unter eine Siebklassifizierung unter Verwendung von z. B. 100 Mesh- und 200 Mesh-Testsieben erhalten werden. Im Hinblick auf die Mesh-Größe des Testsiebs besteht keine besondere Beschränkung, und ein Glaspulver mit einem kleineren mittleren Partikeldurchmesser (Mediandurchmesser) kann durch Siebklassifizierung unter Verwendung eines Testsiebs mit kleiner Mesh-Größe erhalten werden. Der mittlere Partikeldurchmesser des Glaspulvers kann mit einer Messvorrichtung vom Laserbeugungs-Streuungstyp für den Partikeldurchmesser und die Partikelgrößenverteilung gemessen werden (z. B. MICROTRAC HRA9320-X100, hergestellt von Nikkiso Co., Ltd.). Der mittlere Partikeldurchmesser des Glaspulvers bezeichnet den D50 (Mediandurchmesser) in einer volumenkumulativen Verteilung.

Es ist bevorzugt, dass das Glaspulver (B-1) Ag2O, (B-2) V2O5 und (B-3) MoO3 umfasst. Das Glaspulver enthält im Wesentlichen kein Blei (Pb), Arsen (As), Tellur (Te) und Antimon (Sb). Ferner enthält das Glaspulver im Wesentlichen kein Thallium (Tl). Wenn das Glaspulver kein nachteiliges Material, wie z. B. Blei (Pb), Arsen (As), Tellur (Te) oder Antimon (Sb) enthält, kann eine leitfähige Paste mit hoher Sicherheit erhalten werden, so dass die Paste die Umwelt nicht negativ beeinträchtigt.

Es ist bevorzugt, dass das Glaspulver Ag2O (B-1) und V2O5 (B-2) in einer Gesamtmenge von 80 bis 96 Masse% umfasst, ausgedrückt als Oxid, basierend auf der Masse des Glaspulvers (B), worin das Masseverhältnis von Ag2O (B-1) zu V2O5 (B-2) (Ag2O/V2O5) 1,8 bis 3,2 beträgt. In der vorliegenden Beschreibung werden die Mengen der jeweiligen Komponenten, die in dem Glaspulver enthalten sind, individuell in Masse% als Oxid ausgedrückt, basierend auf der Masse des Glaspulvers, außer es ist anders angegeben.

Es ist stärker bevorzugt, dass das Glaspulver Ag2O (B-1) und V2O5 (B-2) in einer Gesamtmenge von 82 bis 95 Masse% enthält, bezogen auf die Masse des Glaspulvers (B). Ferner beträgt in dem Glaspulver das Masseverhältnis von Ag2O (B-1) zu V2O5 (B-2) (Ag2O/V2O5) bevorzugt 1,8 bis 3,2, stärker bevorzugt 1,95 bis 2,7, weiter bevorzugt 1,95 bis 2,6. Wenn die Gesamtmenge der Komponenten (B-1) und (B-2), die in dem Glaspulver enthalten sind, 82 bis 95 Masse% beträgt, kann ein Glaspulver mit einer relativ niedrigen Umschmelztemperatur (Tr) erhalten werden.

Es ist bevorzugt, dass das Glaspulver MoO3 (B-3) in einer Menge von 4 bis 10 Masse% enthält, bezogen auf die Masse des Glaspulvers. Wenn die Menge der Komponente (B-3), die in dem Glaspulver enthalten ist, 4 bis 10 Masse% beträgt, kann ein Glaspulver mit einer Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C erhalten werden.

Es ist bevorzugt, dass das Glaspulver ferner (B-4) mindestens ein Oxid umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus ZnO, CuO, TiO2, MgO, Nb2O5, BaO, Al2O3, SnO und Fe2O3. Diese Oxide als Komponente (B-4) können einzeln oder in Kombination verwendet werden.

Es ist bevorzugt, dass das Glaspulver MoO3 (B-3) und die Komponente (B-4) in einer Gesamtmenge von 4 bis 20 Masse% enthält, bezogen auf die Masse des Glaspulvers. Wenn die Gesamtmenge der Komponenten (B-3) und (B-4), die in dem Glaspulver enthalten sind, 4 bis 20 Masse% beträgt, kann ein Glaspulver mit einer Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C erhalten werden.

Das Glaspulver enthält bevorzugt die Komponente (B-4) in einer Menge von 0 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 0,5 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 1 bis 8 Masse%, besonders bevorzugt 2 bis 8 Masse%, ausgedrückt als Oxid, bezogen auf die Masse des Glaspulvers. Wenn die enthaltene Menge der Komponente (B-4) im Bereich von 0 bis 12 Masse% liegt, kann ein Glaspulver mit einer Umschmelztemperatur (Tr) im Temperaturbereich von 320 bis 360°C erhalten werden.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2) und MoO3 (B-3) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2) und MoO3 (B-3) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 80 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 75 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 70 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 16 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 17 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 18 bis 30 Masse%; und die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%, stärker bevorzugt 5 bis 9 Masse%, stärker bevorzugt 6 bis 8 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und ZnO (B-4) umfasst, ist bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und ZnO (B-4) in den jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteilen vorliegen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von ZnO (B-4) beträgt bevorzugt 0,5 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 1 bis 12 Masse%, und das Masseverhältnis von Ag2O (B-1) zu V2O5 (B-2) (Ag2O/V2O5) beträgt bevorzugt 1,95 bis 2,6.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und CuO (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und CuO (B-4) in den jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteilen vorliegen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von CuO (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 1 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 1 bis 8 Masse%, besonders bevorzugt 1 bis 4 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und TiO2 (B-4) umfasst, ist bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und TiO2 (B-4) in den jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteilen vorliegen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von TiO2 (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 2 bis 10 Masse%, ferner bevorzugt 4 bis 10 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und MgO (B-4) umfasst, ist bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und MgO (B-4) in den jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteilen vorliegen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, ferner bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, ferner bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von MgO (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 1 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 2 bis 8 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Nb2O5 (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Nb2O5 (B-4) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von Nb2O5 (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 1 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 1 bis 8 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und BaO (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und BaO (B-4) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von BaO (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 2 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 1 bis 2 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Al2O3 (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Al2O3 (B-4) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%, stärker bevorzugt 5 bis 8 Masse%, weiter bevorzugt 6 bis 8 Masse%; und die Menge von Al2O3 (B-4) beträgt bevorzugt 0,5 bis 12 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und SnO (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und SnO (B-4) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von SnO (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Fe2O3 (B-4) umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und Fe2O3 (B-4) die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; und die Menge von Fe2O3 (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 2 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 2 bis 8 Masse%.

Wenn das Glaspulver im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3), ZnO (B-4) und CuO (B-4') umfasst, ist es bevorzugt, dass Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3), ZnO (B-4) und CuO (B-4') die jeweiligen nachstehend gezeigten Zusammensetzungsanteile aufweisen, bezogen auf die Masse des Glaspulvers.

Die Menge von Ag2O (B-1) beträgt bevorzugt 40 bis 70 Masse%, stärker bevorzugt 45 bis 70 Masse%, weiter bevorzugt 50 bis 65 Masse%; die Menge von V2O5 (B-2) beträgt bevorzugt 10 bis 40 Masse%, stärker bevorzugt 12 bis 35 Masse%, weiter bevorzugt 15 bis 30 Masse%; die Menge von MoO3 (B-3) beträgt bevorzugt 4 bis 10 Masse%; die Menge von ZnO (B-4) beträgt bevorzugt 1 bis 12 Masse%, stärker bevorzugt 2 bis 10 Masse%, weiter bevorzugt 2 bis 8 Masse%; und die Menge von CuO (B-4') beträgt bevorzugt 1 bis 10 Masse%, stärker bevorzugt 2 bis 8 Masse%, weiter bevorzugt 2 bis 6 Masse%, und das Masseverhältnis von ZnO (B-4) und CuO (B-4') {ZnO (B-4):CuO (B-4')} beträgt bevorzugt 10:1 bis 1:10, stärker bevorzugt 5:1 bis 1:5, weiter bevorzugt 3:1 bis 1:3, besonders bevorzugt 2:1 bis 1:2.

(C) Lösungsmittel

Als Lösungsmittel kann eine Art oder zwei oder mehr Arten von Lösungsmitteln verwendet werden, ausgewählt aus Alkoholen (z. B. Terpineol, α-Terpineol und β-Terpineol), Estern (z. B. Hydroxylgruppen-haltigen Estern, wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat und Butylcarbitolacetat), Paraffinmischungen (z. B. Linpar, hegestellt von Condea Chemie GmbH) und mehrwertigen Alkoholen (z. B. 2-Ethyl-1,3-hexandiol).

Im Hinblick auf das Lösungsmittel kann zum Einstellen der Viskosität der leitfähigen Paste zu einer, die für die Anwendung geeignete ist, ein oder zwei oder mehr Arten von z. B. einem Harz, einem Bindemittel und einem Füllstoff zu dem Lösungsmittel zugegeben werden.

(D) Metalloxid

Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße leitfähige Paste mindestens ein Metalloxid enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SnO, ZnO, In2O3 und CuO. Dieses Metalloxid ist nicht das in dem Glaspulver enthaltene Oxid.

Wenn die leitfähige Paste mindestens ein Metalloxid enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SnO, ZnO, In2O3 und CuO, kann die Bindungsfestigkeit weiter verbessert werden, was es ermöglicht, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die die Bindungsfestigkeit sogar in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) beibehalten kann.

Andere Additive

In der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste kann, falls notwendig, ferner ein anderes Additiv eingearbeitet werden, das z. B. ausgewählt ist aus einem Plastifiziermittel, einem Anti-Schäummittel, einem Dispergiermittel, einem Nivelliermittel, einem Stabilisator und einem Adhäsions-Hilfsstoff. Von den vorstehenden Plastifiziermitteln kann z. B. eines verwendet werden, das ausgewählt ist aus Phthalaten, Glycolaten, Phosphaten, Sebacaten, Adipaten und Zitraten.

Leitfähige Paste

Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße leitfähige Paste leitfähige Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 90 Masse%, Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% und Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 12 Masse% umfasst. Die Einheit ”Masse%” für die jeweiligen Komponenten bezeichnet die enthaltenen Mengen der entsprechenden Komponenten, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste (100 Masse%).

Wenn die erfindungsgemäße leitfähige Paste leitfähige Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 90 Masse%, Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse% und Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 12 Masse% umfasst, werden durch Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers (B) oder höher die leitfähigen Partikel durch die geschmolzene leitfähige Paste diffundiert, um eine Abscheidung einzugehen, was es ermöglicht, einen kalzinierten Film mit ausgezeichneten leitfähigen Eigenschaften zu bilden. Die erfindungsgemäße leitfähige Paste kann Grenzflächen (z. B. ein Substrat und einen Halbleiterchip) miteinander elektrisch verbinden.

Wenn die erfindungsgemäße leitfähige Paste Metalloxid (D) enthält, ist es bevorzugt, dass die leitfähige Paste die leitfähigen Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 85 Masse%, Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse%, Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 10 Masse% und Metalloxid (D) in einer Menge von 0 bis 5 Masse% umfasst. Es ist weiter bevorzugt, dass die erfindungsgemäße leitfähige Paste leitfähige Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 85 Masse%, Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse%, Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 10 Masse% und Metalloxid (D) in einer Menge von 0,1 bis 5 Masse% umfasst. Die Einheit ”Masse%” für die jeweiligen Komponenten bezeichnet die jeweils enthaltenen Mengen der jeweiligen Komponenten, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste (100 Masse%).

Wenn die leitfähige Paste leitfähige Partikel (A) in einer Menge von 60 bis 85 Masse%, Glaspulver (B) in einer Menge von 5 bis 35 Masse%, Lösungsmittel (C) in einer Menge von 5 bis 10 Masse% und Metalloxid (D) in einer Menge von 0 bis 5 Masse% umfasst, werden durch Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers (B) oder höher die leitfähigen Partikel durch die geschmolzene leitfähige Paste diffundiert, um eine Abscheidung einzugehen, was es ermöglicht, einen kalzinierten Film mit ausgezeichneten leitfähigen Eigenschaften zu bilden. Die leitfähige Paste der vorliegenden Erfindung kann zu verbindende Flächen (z. B. ein Substrat und einen Halbleiterchip) miteinander elektrisch verbinden.

In der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste beträgt das Masseverhältnis der leitfähigen Partikel (A) und des Glaspulvers (B) {leitfähige Partikel (A):Glaspulver (B)} bevorzugt 50:50 bis 98:2, stärker bevorzugt 60:40 bis 90:10, weiter bevorzugt 65:35 bis 85:15, besonders bevorzugt 70:30 bis 80:20. Wenn das Masseverhältnis der leitfähigen Partikel (A) und des Glaspulvers (B) {leitfähige Partikel (A):Glaspulver (B)} 50:50 bis 98:2 beträgt, werden durch Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers (B) oder höher die leitfähigen Partikel durch die geschmolzene leitfähige Paste diffundiert, um eine Abscheidung einzugehen, was es ermöglicht, einen kalzinierten Film mit ausgezeichneten leitfähigen Eigenschaften zu bilden. Die leitfähige Paste der vorliegenden Erfindung kann zu verbindende Flächen (z. B. ein Substrat und einen Halbleiterchip) elektrisch miteinander verbinden.

Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste beschrieben.

[Verfahren zur Herstellung der leitfähigen Paste]

Das Verfahren zur Herstellung der leitfähigen Paste der vorliegenden Erfindung weist einen Schritt zum Mischen von leitfähigen Partikeln, eines Glaspulvers und eines Lösungsmittels miteinander auf. Die leitfähige Paste kann z. B. durch Zugeben von leitfähigen Partikeln, eines Glaspulvers und optional anderer Additive und/oder Additivpartikel zu einem Lösungsmittel und Mischen und Dispergieren hiervon in dem Lösungsmittel hergestellt werden.

Das Mischen kann z. B. mittels eines Planetenmischers durchgeführt werden. Das Dispergieren kann mittels einer Dreiwalzenmühle durchgeführt werden. Die Verfahren zum Mischen und Dispergieren sind nicht auf diese Verfahren beschränkt, und es können verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der leitfähigen Paste der vorliegenden Erfindung beschrieben.

[Verfahren (1) zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung]

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung umfasst die Schritte: Auftragen der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste auf ein Substrat und/oder Halbleiterchip; Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste; Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers (B) oder höher, um die in der leitfähigen Paste enthaltenen leitfähigen Partikel (A) zu sintern, so dass der Halbleiterchip und das Substrat elektrisch miteinander verbunden werden; und allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung werden ein Substrat und ein Halbleiterchip über die leitfähige Paste platziert, und die leitfähige Paste wird auf die Umschmelztemperatur (Tr) des in der leitfähige Paste enthaltenden Glaspulvers (B) oder höher erwärmt, so dass das Glaspulver in der leitfähigen Paste geschmolzen wird und ferner die leitfähigen Partikel durch die leitfähige Paste diffundieren und gesintert werden, um ausgezeichnete leitfähige Eigenschaften zu zeigen, was es ermöglicht, das Substrat und den Halbleiterchip elektrisch miteinander zu verbinden.

1 ist ein Diagramm, das die Schritte in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zeigt. 1(a) zeigt ein Beispiel des Verfahrens zum Auftragen der leitfähigen Paste (1) auf einen Halbleiterchip. Wie in 1(a) gezeigt, wird eine Lücke (2), die die leitfähige Paste enthalten soll, unter Verwendung von Polyimidstreifen an den Enden des Halbleiterchips (3) gebildet. Die leitfähige Paste (1) wird auf den Halbleiterchip (3) durch Ausgeben der Paste auf die Oberfläche des Halbleiterchips mit z. B. einer mechanischen Dosierungsvorrichtung (hergestellt von Musashi Engineering, Inc.) ausgegeben. Das Verfahren zum Auftragen der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste ist nicht auf das Ausgabe- oder Druckverfahren beschränkt, und die erfindungsgemäße leitfähige Paste kann durch andere Verfahren aufgetragen werden.

1(b) zeigt den Zustand, worin der Halbleiterchip (3) auf dem Substrat (4) über die leitfähige Paste (1) platziert ist. 1(c) zeigt den Zustand, worin die leitfähige Paste (1), die den Halbleiterchip (3) an das Substrat (4) bindet, kalziniert ist. Wie in 1(b) gezeigt, ist der Halbleiterchip (3) auf dem Substrat (4) über die leitfähige Paste (1) platziert. Wie in 1(c) gezeigt, wird die leitfähige Paste (1) dann mit z. B. einem Reflow-Ofen kalziniert. Die leitfähige Paste (1) wird auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste (1) enthaltenen Glaspulvers oder höher erwärmt. In der leitfähigen Paste (1) werden die in der leitfähigen Paste (1) enthaltenen leitfähigen Partikel gesintert, so dass ein kalzinierter Film (1') erhalten wird, der den Halbleiterchip (3) und das Substrat (4) elektrisch miteinander verbindet. Die leitfähige Paste wird z. B. durch Geben des Substrats, der leitfähigen Paste und des Halbleiterchips in z. B. einen Reflow-Ofen und Erhöhen der Temperatur auf 350 bis 400°C bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 5 bis 20°C/min unter Verwendung einer Wärmelampe bei 5 bis 20°C und Durchführen der Kalzinierung für 1 bis 30 Minuten kalziniert. Das Substrat, die leitfähige Paste und der Halbleiterchip werden bevorzugt bei einer Temperatur von 370°C oder niedriger, bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 15 bis 20°C/min für 5 bis 20 Minuten kalziniert. Wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C beträgt, wird die Kalzinierung bevorzugt bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C für 5 bis 10 Minuten durchgeführt. Dann werden das Substrat, die leitfähige Paste und der Halbleiterchip aus dem Reflow-Ofen entfernt und allmählich abgekühlt.

1(d) zeigt die Halbleitervorrichtung (5). Wie in 1(d) gezeigt, sind der Halbleiterchip (3) und das Substrat (4) elektrisch miteinander über den kalzinierten Film (1') verbunden, der durch Kalzinieren der leitfähigen Paste erhalten wurde, so dass die Halbleitervorrichtung (5) hergestellt wurde. Der zwischen dem Halbleiterchip (3) und dem Substrat (4) gebildete kalzinierte Film (1') enthält Silber, das in dem kalzinierten Film (1') abgeschieden wurde, und kristallisiertes Glas, das durch die Kristallisation eines Teils des Glaspulvers herbeigeführt wurde. Durch das in dem kalzinierten Film (1') abgeschiedene Silber sind der Halbleiterchip und das Substrat elektrisch miteinander über den kalzinierten Film (1') verbunden. Durch das in dem kalzinierten Film (1') abgeschiedene Silber und das in dem kalzinierten Film (1') kristallisierte Glas kann ferner die Halbleitervorrichtung (5) mit dem Halbleiter und dem Substrat, die durch den kalzinierten Film (1') gebunden sind, die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip (3) und dem Substrat (4) beibehalten, sogar wenn sie in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) platziert wird.

[Verfahren (2) zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung]

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung umfasst die Schritte: Auftragen der leitfähigen Paste der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat und/oder einen Halbleiterchip; Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat über die leitfähige Paste; Erwärmen der leitfähigen Paste, um Ag2O (B-1) in dem Glaspulver (B), das in der leitfähigen Paste enthalten ist, zu reduzieren; weiter Erwärmen der leitfähigen Paste auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers (B) oder höher; und allmähliches Abkühlen der leitfähigen Paste, um zu verursachen, dass Kristalle ausfallen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung werden ein Substrat und ein Halbleiterchip über die leitfähige Paste platziert, und die leitfähige Paste wird erwärmt, so dass Ag2O (B-1) in dem in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulver (B) reduziert wird. Ag2O weist eine Reduktionstemperatur von etwa 140 bis 200°C auf. Die leitfähige Paste wird auf die Temperatur erwärmt, bei der Ag2O reduziert wird, oder höher (bei einer Temperatur höher als etwa 200°C), um Ag2O zu reduzieren, was dazu führt, dass in dem Glaspulver (B) enthaltenes Silber (Ag) abgeschieden wird. Die leitfähige Paste wird ferner auf die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers oder höher (z. B. bei 370°C oder niedriger; wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C beträgt, bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C) erwärmt, so dass das in der leitfähigen Paste enthaltene Glaspulver geschmolzen wird. Dann wird die leitfähige Paste allmählich gekühlt, um einen kalzinierten Film zu erhalten. In dem kalzinierten Film ist das Silber abgeschieden, das aus dem Glaspulver stammt, das in der leitfähigen Paste enthalten ist. Ferner sind in dem kalizierten Film das Silber sowie kristallisiertes Glas, das durch die Rekristallisation eines Teils des Glaspulvers gebildet wird, abgeschieden.

Es ist unwahrscheinlich, dass das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin die erfindungsgemäße leitfähige Paste verwendet wird, die zu verbindenden Flächen thermisch beschädigt. In dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin die erfindungsgemäße leitfähige Paste verwendet wird, können die zu verbindenden Flächen miteinander bei einer Temperatur verbunden werden, welche die Umschmelztemperatur des in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulvers oder höher ist, und welche eine niedrige Temperatur ist, so dass der Wärmeenergieverbrauch verringert werden kann (z. B. bei 370°C oder niedriger; wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C beträgt, bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C). Ferner wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Binden die leitfähige Paste erwärmt und gekühlt, und in dem resultierenden kalzinierten Film sind Silber und Kristalle, die aus dem in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulver stammen, abgeschieden. In dem kalzinierten Film sind Silber und Kristalle, die aus dem in der leitfähigen Paste enthaltenen Glaspulver stammen, abgeschieden, und daher besteht die Tendenz, dass die Schmelztemperatur des kalzinierten Films höher ist als die Umschmelztemperatur (Tr) des Glaspulvers. Der kalzinierte Film kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat sogar in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) beibehalten. Die erfindungsgemäße leitfähige Paste und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, können vorteilhafterweise in einem Die-Anhaftungsmaterial zum Binden eines SiC-Halbleiterchips mit einer hohen Sperrschichttemperatur (junction temperature) im Vergleich zu einem Silicium(Si)-Halbleiterchip eingesetzt werden. Ferner können die erfindungsgemäße leitfähige Paste und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, den Wärmeenergieverbrauch zum Verbinden verringern, und können ferner eine Halbleitervorrichtung bereitstellen, bei der die Bindungsfestigkeit beibehalten werden kann, sogar wenn sie in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) platziert wird. Durch die erfindungsgemäße leitfähige Paste und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, kann eine Halbleitervorrichtung mit ausgezeichneten thermischen Zykluseigenschaften und ausgezeichneten Lagereigenschaften in einer Hochtemperaturumgebung sowie mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.

Durch die erfindungsgemäße leitfähige Paste und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, können verschiedene Kombinationen von Chips und Substraten miteinander verbunden werden. Als ein Beispiel einer Kombination eines Halbleiterchips (Die) und eines Substrats, die durch die vorliegende Erfindung verbunden werden können, kann eine Kombination eines Chips mit einer nicht-metallisierten Oberfläche und eines Substrats mit einer nicht-metallisierten Oberfläche genannt werden. Beispiele solcher Kombinationen umfassen eine Kombination eines SiC-Chips (Die) und eines Si-Substrats, eine Kombination eines SiC-Chips (Die) und eines Si-Substrats und eine Kombination eines Si-Chips und eines keramischen(Al2O3)-Substrats.

Als ein anderes Beispiel der Kombination eines Halbleiterchips (Die) und eines Substrats kann eine Kombination eines Chips mit einer metallisierten Oberfläche und eines Substrats mit einer metallisierten Oberfläche genannt werden. Beispiele von solchen Kombinationen umfassen eine Kombination eines Au-plattierten SiC-Chips (Die) und eines Au-plattierten Substrats, und eine Kombination eines Au- oder Ag-plattierten Si-Chips und eines Ag-plattierten Kupfersubstrats.

Als weiteres Beispiel für eine Kombination eines Halbleiterchips (Die) und eines Substrats kann eine Kombination eines Chips mit einer metallisierten Oberfläche und eines Substrats mit einer nicht-metallisierten Oberfläche genannt werden. Beispiele von solchen Kombinationen umfassen eine Kombination eines Au-plattierten Si-Chips und eines keramischen(Al2O3)-Substrats.

In der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste und dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, ist das Verfahren zum Auftragen der leitfähigen Paste auf ein Substrat nicht auf Abgeben oder Drucken beschränkt, und es können verschiedene konventionell bekannte Verfahren verwendet werden.

Bei der leitfähigen Paste und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturerhöhung auf z. B. 370°C unter Atmosphärendruck in einer Atmosphäre durchgeführt werden, die nicht auf eine Inertgasatmosphäre beschränkt ist, wie z. B. eine Stickstoffgasatmosphäre.

Durch die leitfähige Paste und das Verfahren der Erfindung können ein Halbleiterchip und ein Substrat miteinander ohne Anwenden von Druck von außerhalb oder Anwenden einer Belastung von außerhalb auf den Halbleiterchip verbunden werden.

BEISPIELE

Nachstehend wird zunächst das Glaspulver beschrieben. Das in der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste verwendete Glaspulver ist nicht durch die folgenden Beispiele beschränkt.

[Glaspulver]

Tabelle 1 zeigt ein Glaspulver, das im wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2) und MoO3 (B-3) umfasst, und ein Glaspulver, das im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und ZnO (B-4) umfasst. Tabelle 2 zeigt ein Glaspulver, das im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und ein Oxid (B-4) von TiO2, MgO, Nb2O5, BaO, Al2O3, SnO und Fe2O3 umfasst. Tabelle 3 zeigt ein Glaspulver, das im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3) und CuO (B-4) umfasst, und ein Glaspulver, das im Wesentlichen Ag2O (B-1), V2O5 (B-2), MoO3 (B-3), ZnO (B-4) und CuO (B-4') umfasst. In den Tabellen 1 bis 3 sind die für die Komponenten (B-1) bis (B-4) gezeigten Werte in Masse% ausgedrückt.

Das Verfahren zur Herstellung des Glaspulvers ist wie folgt.

Als Ausgangsmaterialien für das Glaspulver werden die in den Tabellen 1 bis 3 gezeigten Oxidpulver ausgewogen und miteinander vermischt und in einem Tiegel (z. B. einem Prozellantiegel, hergestellt von Fisher Brand; Hochtemperaturporzellan; Größe: 10 ml) platziert. Der Tiegel mit den hierin enthaltenen Ausgangsmaterialien für das Glaspulver wurde in einem Ofen platziert (Ofen; hergestellt von JELENKO, JEL-BURN JM, MODELL: 335300). Die Temperatur der Ausgangsmaterialien für das Glaspulver wurde in dem Ofen auf die Schmelztemperatur, die in jeder der Tabellen 1 bis 3 in der Spalte ”Schmelztemperatur” gezeigt ist, erhöht, und die Schmelztemperatur wurde beibehalten, so dass die Ausgangsmaterialien hinreichend geschmolzen waren. Dann wurde der Tiegel mit den hierin enthaltenen geschmolzenen Ausgangsmaterialien für das Glaspulver aus dem Ofen entnommen, und das geschmolzene Ausgangsmaterial für das Glaspulver wurde gleichmäßig gerührt. Anschließend wurden die geschmolzenen Ausgangsmaterialien für das Glaspulver auf zwei Edelstahlwalzen mit einem Durchmesser von 1,86 inch platziert und bei Raumtemperatur rotiert, und die zwei Walzen wurden mit einem Motor (BODUNE. D. C. MOTOR 115 V) rotiert, um die geschmolzenen Ausgangsmaterialien für das Glaspulver zu Kneten, während rasch bei Raumtemperatur gekühlt wurde, wodurch eine Glasscheibe gebildet wurde. Letztendlich wurde die Glasscheibe unter Verwendung eines Mörsers gemahlen und zu einem gleichmäßig dispergierten Zustand überführt und einer Siebklassifizierung unter Verwendung eines 100-Mesh-Siebs und eines 200-Mesh-Siebs unterzogen, um ein gesiebtes Glaspulver herzustellen. Durch Durchführen der Siebklassifizierung so, dass das Glaspulver durch das 100-Mesh-Sieb durch ging, jedoch auf dem 200-Mesh-Sieb verblieb, wurde ein Glaspulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 149 μm (Mediandurchmesser) erhalten. Ein Glaspulver mit einem größeren mittleren Partikeldurchmesser oder einem kleineren mittleren Partikeldurchmesser kann durch geeignetes Auswählen der Mesh-Größe des für das Glaspulver verwendeten Siebs erhalten werden.

Für jedes der Glaspulver wurde eine DSC-Kurve unter Verwendung eines dynamischen Differenzkalorimeters unter den nachstehend gezeigten Bedingungen aufgenommen. Die Glasübergangstemperatur (Tg), die Kristallisationstemperatur (Tc) und die Umschmelztemperatur (Tr) wurden aus der mit dem dynamischen Differenzkalorimeter gemessenen DSC-Kurve bestimmt. Die Glasübergangstemperatur (Tg), die Kristallisationstemperatur (Tc) und die Umschmelztemperatur (Tr) von jedem der Glaspulver sind in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt.

[Glasübergangstemperatur (Tg)]

Bei dem Glaspulver wurde eine DSC-Kurve im Temperaturbereich von etwa 50 bis etwa 370°C mit einem dynamischen Differenzkalorimeter DSC-50, hergestellt von SHIMADZU Corporation, unter solchen Bedingungen aufgenommen, dass die Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 15°C/min auf 370°C erhöht wurde. Die Glasübergangstemperatur (Tg) wurde aus der Temperatur am ersten Wendepunkt in der DSC-Kurve bestimmt. Wenn kein Wendepunkt erkannt werden konnte, ist das Symbol ”–”, welches ”nicht messbar” bezeichnet, in der Tabelle angegeben.

[Kristallisationstemperatur (Tc)]

Die Kristallisationstemperatur (Tc) wurde als die Temperatur bestimmt, die durch die Peakspitze von zumindest einem exothermen Peak mit einer Exothermie von 20 J/g oder mehr in der DSC-Kurve angezeigt wird, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter (DSC-50, hergestellt von SHIMADZU Corporation) unter solchen Bedingungen, dass die Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 15°C/min auf 370°C erhöht wurde. Wenn mehrere exotherme Peaks erschienen, wurde die Temperatur (°C) an der Peakspitze des ersten exothermen Peaks mit TC1 bezeichnet, die Temperatur (°C) an der Peakspitze der zweiten exothermen Peaks wurde mit wurde mit TC2 bezeichnet, und die Temperatur (°C) an der Peakspitze des dritten exothermen Peaks wurde mit TC3 bezeichnet.

[Umschmelztemperatur (Tr)]

Die Umschmelztemperatur (Tr) wurde als die Temperatur bestimmt, die durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von (–)20 J/g oder mehr in der DSC-Kurve angezeigt wird, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter (DSC-50, hergestellt von SHIMADZU Corporation) unter solchen Bedingungen, dass die Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 15°C/min auf 370°C erhöht wurde. Wenn mehrere endotherme Peaks erschienen, wurde die Temperatur (°C) an der Peakspitze des ersten endothermen Peaks mit TR1 bezeichnet, die Temperatur (°C) an der Peakspitze der zweiten endothermen Peaks wurde mit wurde mit TR2 bezeichnet, und die Temperatur (°C) an der Peakspitze des dritten endothermen Peaks wurde mit TR3 bezeichnet. Wenn die Peakspitze des endothermen Peaks nicht gemessen werden konnte wurde das Symbol ”–” in die Tabelle eingefügt, was ”unmessbar” bezeichnet.

Die erhaltenen Glaspulver wurden einzeln visuell untersucht und entsprechend den folgenden Kriterien bewertet: Ausgezeichnet: Das Glaspulver ist ausreichend homogen; Gut: das Glaspulver ist homogen; Mittel: Das Glaspulver ist geringfügig heterogen; und Hohlraum: ein Hohlraum wurde in dem Glaspulver visuell erkannt. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 1 bis 3 gezeigt. [Tabelle 1]

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, konnte bei dem Glaspulver (Referenz 13: SC215-4), das Antimonoxid (Sb2O3) als ein Ausgangsmaterial umfasst, eine Umschmelztemperatur nicht gemessen werden.

2 zeigt die DSC-Kurve das Glaspulver Nr. 25 {SC181-4 (100713)}, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter. Das Glaspulver besaß einen mittleren Partikeldurchmesser (D50) von 13,3 μm. In 2 betrug die Glasübergangstemperatur (Tg) 144°C, die Kristallisationstemperatur (Tc) betrug 189°C, und die Umschmelztemperatur (Tr) betrug 342°C oder 352°C, und die Kristallisationstemperatur (Tc cool) beim allmählichen Abkühlen nach dem Entfernen aus dem Ofen betrug 326°C. Der Grund dafür, dass ein sehr kleiner Unterschied zwischen dem Glaspulver Nr. 25 (Nr. SC181-4, Charge 071411), das in Tabelle 1 gezeigt ist, und dem Glaspulver Nr. 25 (Nr. SC181-4, Charge 100713), das in 2 gezeigt ist, in Bezug auf jede von der Glasübergangstemperatur (Tg), der Kristallisationstemperatur (Tc) und der Umschmelztemperatur (Tr) beobachtet wurde, beruht auf dem Unterschied in den Chargennummern (Charge) für Glaspulver Nr. 25.

(Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 und 2)

Als nächstens wurden mit den Glaspulver Nrn. 1, 4, 8, 13, 25, 28, 29, 37 und 38 und den Nrn. der Referenz 10, Referenz 11 und Referenz 12 und mit den nachstehend gezeigten Ausgangsmaterialien die leitfähigen Pasten der Beispiele und der Vergleichsbeispiele zubereitet.

<Materialien für die leitfähige Paste>

Die Materialien für die leitfähige Paste sind nachstehend gezeigt. Die Formulierungen der leitfähigen Pasten in den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 sind in Tabelle 4 gezeigt.

  • • Leitfähige Partikel: Ag; sphärisch; BET-Wert: 0,6 m2/g; mittlerer Partikeldurchmesser D50: 6,4 μm; 6 g {71,6 Masse%, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste (100 Masse%)}; Handelsname: EA-0001 (hergestellt von Metalor Technologies Corporation). Der mittlere Partikeldurchmesser der leitfähigen Partikel ist ein D50-Wert (Mediandurchmesser) in der volumenkumulativen Verteilung, gemessen mit einer Messvorrichtung vom Laserbeugungs-Streuungstyp für den Partikeldurchmesser und die Partikelgrößenverteilung (z. B. MICROTRAC HRA9320-X100, hergestellt von Nikkiso Co., Ltd.)
  • • Lösungsmittel: Terpineol; 0,88 g {10,5 Masse%, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste (100 Masse%)}
  • • Glaspulver: Die Glaspulvern Nrn. 1, 4, 8, 13, 25, 28, 29, 37 und 38 und der Referenz 10, 11 und 12; 1,5 g {17,9 Masse%, bezogen auf die Masse der leitfähigen Paste (100 Masse%)}. Bei jedem Glaspulver wurde eines verwendet, das durch Mahlen von einer Art von Glaspulver unter Verwendung eines Mörsers und Unterziehen des gemahlenen Glaspulvers unter eine Siebklassifizierung mit einem 325-Mesh-Sieb erhalten wurde. Das nach der Siebklassifizierung erhaltene Glaspulver besaß einen mittleren Partikeldurchmesser (D50) von etwa 13 bis etwa 20 μm.
[Tabelle 4]Tabelle 4(g)MasseSilberpartikel6,0071,6Glaspulver1,5017,9Lösungsmittel (Terpineol)0,8810,5Gesamt8,38100

<Verfahren zur Herstellung der leitfähigen Paste>

Die Materialien für die leitfähige Paste mit der in Tabelle 4 gezeigten Formulierung wurden mittels einer Dreiwalzenmühle geknetet, um eine leitfähige Paste herzustellen.

Bei jeder der leitfähigen Pasten der Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurde ein thermischer Widerstandstest (Rth) durchgeführt, um den spezifischen elektrischen Widerstand zu messen, wodurch die elektrisch leitfähigen Eigenschaften bewertet wurden. Bei jeder der leitfähigen Pasten der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde ferner ein Die-Scher-Belastungstest (DSS) durchgeführt, um die Bindungsfestigkeit zu messen, wodurch die Wärmebeständigkeit bewertet wurde.

[Thermischer Widerstandstest (Rth) (spezifischer elektrischer Widerstand)]

Es wurde ein hitzebeständiges Band auf ein Gleitglas gegeben, und es wurde eine Vertiefung mit einer Breite von 3 mm, einer Länge von 60 mm und einer Dicke von etwa 200 μm in dem Band geformt, und die leitfähige Paste wurde in die Vertiefung durch Hineindrücken aufgetragen und bei 370°C für 10 Minuten kalziniert. Dann wurde der elektrische Widerstand zwischen beiden Enden des resultierenden Beschichtungsfilms mit einem digitalen Multimeter gemessen, und die Größe des Beschichtungsfilms wurde gemessen, und der spezifische elektrische widerstand wurde aus den Messwerten berechnet.

[Die-Scher-Belastungstest (DSS) (Bindungsfestigkeit)]

Die leitfähige Paste wurde in geeigneter Menge auf ein Aluminiumoxidblech ausgegeben, und es wurde ein Silicium-Chip von 2 mm × 2 mm auf der ausgegebenen Paste montiert, und es wurde eine nach unten gerichtete Last auf den Chip so ausgeübt, dass die Dicke des Bindungsbereichs (leitfähige Paste) etwa 30 μm betrug, wobei ein Abstandshalter verwendet wurde, gefolgt von Kalzinierung bei 370°C für 10 Minuten, um so ein Teststück herzustellen. Das hergestellte Teststück wurde in einer Umgebung bei 300°C platziert und einem Die-Scher-Belastungstest (DSS) (300°C) mit einer Geschwindigkeit von 200 μ/sek unter Verwendung eines Multipurpose-Bondtester, hergestellt von Dage Japan Co., Ltd., unterzogen, um die Bindungsfestigkeit zu messen. [Tabelle 5]Tabelle 5

Paste Nr.Glaspulver Nr.Nr.spezifische elektrischer Widerstand (RT) (× 10–4 Ω·cm)Bindungsfestigkeit bei 300°C (kgf)Beispiel 11SC112-416,315,8Beispiel 225SC181-412,512,7Beispiel 338SC322-414,213,3Beispiel 437SC317-49,510,3Beispiel 529SC185-412,112,2Beispiel 628SC184-410,68,2Beispiel 713SC140-414,913,2Beispiel 88SC129-48,28,3Vergleichsbeispiel 1Referenz 11SC318-412,27,0Vergleichsbeispiel 2Referenz 12SC165-412,97,7

Die leitfähigen Pasten der Beispiele behielten eine Bindungsfestigkeit von 8 kgf oder mehr sogar einer Umgebung mit einer relativ hohen Temperatur von 300°C bei. Im Gegensatz hierzu zeigten die leitfähige Paste im Vergleichsbeispiel 1, bei der das Glaspulver der Referenz 11 verwendet wurde, und die leitfähige Paste des Vergleichsbeispiels 2, bei dem das Glaspulver der Referenz 12 verwendet wurde, eine Bindungsfestigkeit von weniger als 8 kgf in einer Umgebung mit relativ hoher Temperatur von 300°C. Bei dem Glaspulver der Referenz 11 war keine Umschmelztemperatur im Temperaturbereich von 320 bis 360°C vorhanden, die durch die Peakspitze von zumindest einem endothermen Peak mit einer Endothermie von 20 J/g oder mehr angezeigt wird, gemessen mit einem dynamischen Differenzkalorimeter. Das Glaspulver der Referenz 12 umfasst Telluroxid (TeO2) als Ausgangsmaterial.

(Beispiele 9 bis 14)

Es wurden leitfähige Pasten mit den jeweiligen in Tabelle 7 gezeigten Formulierungen hergestellt, und es wurde bei jeder der hergestellten leitfähigen Pasten ein thermischer Widerstandstest (Rth) durchgeführt, um den spezifischen elektrischen Widerstand zu messen, wodurch die elektrisch leitfähigen Eigenschaften bewertet wurden. Ferner wurde bei jeder der leitfähigen Pasten der Beispiele und der Vergleichsbeispiele ein Die-Scher-Belastungstest (DSS) durchgeführt, um die Bindungsfestigkeit zu messen, wodurch die Wärmebeständigkeit untersucht wurde.

3 zeigt die Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (SEM) der in den Beispielen 9 bis 14 verwendeten Silberpartikeln bei Vergrößerungen von 1.000-fach, 2.000-fach und 5.000-fach.

(Beispiel 9)[Herstellung der leitfähigen Paste (MP12-102-1)]

Silberpartikel: P318-8, K-0082P (hergestellt von Metalor Technolgies Corporation); das Masseverhältnis der P318-8-Silberpartikel und der K-0082P-Silberpartikel (P318-8:K-0082) beträgt 50:50.

Glaspulver Nr. 25 (SC181-4); die spezifische Oberflächenfläche (spezifische Oberfläche) des Glaspulver, gemessen mit einem BET-Verfahren, und der Partikeldurchmesser des Glaspulver, gemessen mit einem Laserbeugungs-Streuverfahren mit einem MICROTRAC HRA9320-X100, hergestellt von Nikkiso Co., Ltd., sind in Tabelle 6 gezeigt. Bei Glaspulver Nr. 25 wurde eines verwendet, das durch Mahlen von 100 g des Glaspulvers mit einer Kugelmühle für 48 Stunden und Unterziehen des gemahlenen Glaspulvers unter eine Siebklassifizierung mit einem 400-Mesh-Sieb erhalten wurde. 4 zeigt die Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (SEM) des Glaspulver Nr. 25 (SC181-4), aufgenommen bei Vergrößerungen von (a) 1.000-fach und (b) 500-fach, worin das Glaspulver Nr. 25 nach dem Mahlen mit einer Kugelmühle für 48 Stunden und anschließende Siebklassifizierung mit einem 400-Mesh-Sieb erhalten wurde.
Zinkoxid: Zinkoxid(ZnO)-Pulver (hergestellt von Stream Chemicals Inc.), welches in einer Menge von 0,55 Gew.% zugegeben wurde, um die Die-Verbindungseigenschaften zu verbessern.
Organisches Lösungsmittel: Terpineol

Die Silberpartikel, das Glaspulver, das Zinkoxidpulver und das organische Lösungsmittel wurden in der in Tabelle 7 gezeigten Formulierung vermischt und mit einer Dreiwalzenmühle geknetet, um eine leitfähige Paste herzustellen. Tabelle 7 zeigt die Formulierungen der leitfähigen Pasten, die in den Beispielen 9 bis 14 verwendet wurden, die Größen der Glaspulver und die Ergebnisse des DSS-Tests und des Rth-Tests. [Tabelle 6]Tabelle 6

Glaspulver Nr.25GlaspulverSC181-4Charge Nr.100713Mahlzeit48 StundenSSA (m2/g)0,274D106,31 mmD258,89 mmD5013,32 mmD7519,44 mmD9026,52 mm

Mit der leitfähigen Paste des Beispiels 9 (MP12-102-1) wurde der Halbleiterchip (Die) und das Substrat, die nachstehend gezeigt sind, miteinander verbunden, und es wurde ein Die-Scher-Belastungstest (DSS) bei Raumtemperatur und ein thermischer Widerstandstest (Rth) auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 8 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. In Tabelle 7 wird der Die-Scher-Belastungstest (DSS) bei Raumtemperatur mit ”RT” bezeichnet, und der Die-Scher-Belastungstest (DSS) bei 300°C wird durch ”300C” bezeichnet.

[Kombination eines Chips (Die) mit einer nicht-plattierten Oberfläche und eines Substrats mit einer nicht-plattierten Oberfläche]

  • • Si-Die auf einem Al2O3-Substrat: 0,25'' Si/Al2O3 (bare); DSS-Test (RT)
  • • Si-Die auf Si-Substrat: 0,3'' Si/0,4'' Si (bare); Rth-Test

[Kombination eines Chips (Die) mit einer plattierten Oberfläche und eines Substrats mit einer nicht-plattierten Oberfläche]

  • • Au-plattiertes Si-Die auf Al2O3-Substrat: 0,1'' AuSi/Al2O3 (metallisiert); DSS-Test (RT)

[Kombination eines Chips (Die) mit einer plattierten Oberfläche und eines Substrats mit einer plattierten Oberfläche]

  • • Au-plattiertes Si-Die auf einem Ag-plattierten Cu-Substrat: 0,1'' AuSi/AgCu (metallisiert); DSS-Test (RT)
  • • Au-plattiertes SiC-Die auf Ag-plattiertem Cu-Substrat: 0,1'' AuSiC/AgCu (metallisiert); DSS-Test (RT)
  • • Au-plattiertes Si-Die auf Au-plattiertem Si-Substrat: 0,3'' AuSi/0,4'' AuSi (metallisiert); DSS-Test (RT), Rth-Test

In der Tabelle 7 bezeichnen die Angaben ”0,25''”, ”0,1''”, ”0,2''”, ”0,3''” und ”0,4''” die Größe des Dies (Chip) oder des Substrats.

Z. B. bezeichnen ”0,25” ein Die (Chip) von 0,25 inch × 0,25 inch, ”0,1''” bezeichnet ein Die (Chip) von 0,1 inch × 0,1 inch, ”0,2''” bezeichnet ein Die (Chip) von 0,1 inch × 0,1 inch und ”0,3''” bezeichnet ein Die (Chip) von 0,3 inch × 0,3 inch. ”0,4''” bezeichnet ein Substrat von 0,4 inch × 0,4 inch.

(Beispiel 10)

Mit der leitfähigen Paste (MP12-102-1), wurde ein thermischer Die-Scher-Belastungstest bei 300°C für den Chip (Die) und das Substrat, die nachstehend gezeigt sind, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

  • • Au-plattiertes Si-Die auf Al2O3-Substrat: 0,1'' AuSi/Al2O3 (metallisiert); DSS-Test (300°C)

(Beispiel 11)

Die leitfähigen Pasten (MP12-65-2, MP12-101-1, MP12-102-1, MP12-103-1, MP12-105-1) mit verschiedenen Zinkoxid (ZnO)-Mengen im Bereich von 0,14 bis 2,2 Gew.% wurden individuell hergestellt.
Silberpartikel: P318-8, K-0082P (hergestellt von Metalor Technologies Corporation); das Masseverhältnis der P318-8-Silberpartikel und der K-0082P-Silberpartikel (P318-8:K-0082P) beträgt 50:50.
Glaspulver: Glaspulver Nr. 25 (SC181-4); 18,4 Gew.%
Organisches Lösungsmittel: Terpineol; 8,1 Gew.%

Die Silberpartikel, das Glaspulver, das Zinkoxidpulver und das organische Lösungsmittel wurden zu den in Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzungen vermischt und mit einer Dreiwalzenmühle geknetet, um leitfähige Pasten herzustellen. Die spezifischen elektrischen Widerstände der leitfähigen Pasten sind in Tabelle 7 gezeigt.

Mit jeder der leitfähigen Pasten wurde der Chip (Die) und das Substrat, die nachstehend gezeigt sind, durch Erhöhen der Temperatur auf 370°C bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min und Beibehalten von dieser Temperatur für 10 Minuten verbunden, um ein Teststück herzustellen, und an dem Teststück wurde ein DSS-Test und ein Rth-Test durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

  • • Au-plattiertes Si-Die auf Al2O3-Substrat: 0,1'' AuSi/Al2O3 (metallisiert); DSS-Test (RT)
  • • Au-plattiertes Si-Die auf Au-plattiertem Si-Substrat: 0,3'' AuSi/0,4'' AuSi (metallisiert); Rth-Test

(Beispiel 12)

Es wurden individuell leitfähige Pasten mit verschiedenen Kombinationen von Silberpartikeln hergestellt.

Silberpartikel

Leitfähige Paste (MP12-67-1) verwendete Silberpartikel, worin das Masseverhältnis von SA-1507 und K-0082P (SA-1507:K-0082P) 50:50 betrug.

Leitfähige Paste (MP12-67-2) verwendete Silberpartikel, worin das Masseverhältnis von P318-8 und K-0082P (P318-8:K-0082P) 50:50 betrug.
Zinkoxid (ZnO): 0,14 Gew.%
Glaspulver: Glaspulver Nr. 25 (SC181-4); 9,23 Gew.%
Organisches Lösungsmittel: Terpineol; 7,7 Gew.%

Die Silberpartikel, das Glaspulver, das Zinkoxidpulver und das organische Lösungsmittel wurden zu den in Tabelle 6 gezeigten Formulierungen vermischt und mit einer Dreiwalzenmühle geknetet, um leitfähige Pasten herzustellen. Die spezifischen elektrischen Widerstände der leitfähigen Pasten sind in Tabelle 7 gezeigt.

Mit jeder der leitfähigen Pasten wurde die in Tabelle 7 gezeigten Si-Chips (Die) und Si-Substrate durch Erhöhen der Temperatur auf 370°C bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min und Beibehalten dieser Temperatur für 10 Minuten verbunden, um ein Teststück (0,3'' Si/0,4'' Si) herzustellen, und es wurde ein DSS-Test (RT) und ein Rth-Test an dem Teststück durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

(Beispiel 13)

Es wurden leitfähige Pasten individuell mit den nachstehend bezeichneten Materialien hergestellt.

Silberpartikel

Das Masseverhältnis von P318-8 und K-0082P (P318-8:K-0082P) wurde im Bereich von 1:1 bis 3:1 verändert.

Die leitfähige Paste (MP12-99-1) und die leitfähige Paste (MP12-99-2) enthielten das Glaspulver Nr. 25 (SC181-4) in einer Menge von 18,4 Gew.% und enthielten kein Zinkoxid (ZnO).

Die leitfähige Paste (MP12-101-1) und die leitfähige Paste (M12-101-2) enthielten das Glaspulver Nr. 25 (SC181-4) in einer Menge von 18,4 Gew.% und Zinkoxid (ZnO) in einer Menge von 0,27 Gew.%.

Mit jeder der leitfähigen Pasten wurde der Chip (die) und das Substrat, die in Tabelle 7 gezeigt sind, durch Erhöhen der Temperatur auf 370°C bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min und Beibehalten dieser Temperatur für 10 Minuten verbunden, um ein Teststück herzustellen, und es wurde ein DSS-Test und ein Rth-Test an dem Teststück durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

(Beispiel 14)

Es wurden individuell leitfähige Pasten mit verschiedenen Glaspulvergehalten hergestellt.

Die leitfähige Paste (MP12-88-1) enthielten das Glaspulver in einer Menge von 9,23 Gew.%.

Die leitfähige Paste (MP12-65-2) enthielten das Glaspulver in einer Menge von 18,46 Gew.%.

Die leitfähige Paste (MP12-88-2) enthielten das Glaspulver in einer Menge von 27,69 Gew.%.

Silberpartikel: Das Masseverhältnis von P318-8 und K-0082P (P318-8:K-0082P) betrug 1:1.
Zinkoxid: Zinkoxid (ZnO); 0,14 Gew.%

Mit jeder der leitfähigen Pasten wurden die in Tabelle 7 gezeigten Chips (Die) und Substrate durch Erhöhen der Temperatur auf 370°C bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 20°C/min und Beibehalten dieser Temperatur für 10 Minuten verbunden, um ein Teststück herzustellen, und es wurde ein DSS-Test und ein Rth-Test an dem Teststück durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

[Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen]

Die leitfähige Paste (MP12-102-1) zeigte ausgezeichnete Bindungsfestigkeit zwischen dem metallisierten Chip (Die) oder dem nicht-metallisierten Chip (Die) und dem Substrat, und einen ausgezeichneten elektrischen spezifischen Widerstand.

Die leitfähigen Pasten (MP12-65-2, MP12-101-1, MP12-102-1, MP12-103-1, MP12-105-1) mit hierzu zugegebenem Zinkoxid (ZnO) zeigten einen ausgezeichneten spezifischen elektrischen Widerstand und ausgezeichnete Bindungsfestigkeit.

Die leitfähigen Pasten (MP12-67-1, MP12-67-2), bei denen Silberpartikel verwendet wurden, worin das Masseverhältnis von P318-8 und K-0082P (P318-8:K-0082P) 50:50 betrug, zeigten ausgezeichnete Eigenschaften.

Die leitfähigen Pasten (MP12-88-1, MP12-65-2, MP12-88-2) mit verschiedenen Glaspulvergehalten zeigten ausgezeichnete Bindungsfestigkeit.

Die leitfähigen Pasten (MP12-99-1, MP12-99-2), die kein Zinkoxid (ZnO) enthielten, zeigten einen leicht erhöhten spezifischen elektrischen Widerstandswert, und zeigten somit einen schlechten elektrischen Widerstandswert im Vergleich zu den leitfähigen Pasten, bei denen hierzu Zinkoxid (ZnO) zugegeben worden war.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die erfindungsgemäße leitfähige Paste ist nicht nur dahingehend vorteilhaft, dass im Wesentlichen kein gesundheitsschädliches Material, wie z. B. Blei (Pb), Arsen (As), Tellur (Te) oder Antimon (Sb) in der Paste enthalten ist, sondern auch darin, dass z. B. ein Halbleiterchip und ein Substrat durch die Paste bei relativ niedriger Temperatur (z. B. bei 370°C oder niedriger, wenn z. B. die Umschmelztemperatur des Glaspulvers 360°C beträgt, bei einer Temperatur von höher als 360 bis 370°C) verbunden werden können, um eine Halbleitervorrichtung zu erhalten. Ferner kann die Halbleitervorrichtung, die durch Verbinden eines Halbleiterchips mit einem Substrat unter der Verwendung der erfindungsgemäßen leitfähigen Paste erhalten wird, die Bindungsfestigkeit zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat beibehalten, sogar wenn die Vorrichtung in einer Umgebung bei relativ hoher Temperatur (z. B. bei 300 bis 350°C) vorliegt. Die erfindungsgemäße leitfähige Paste kann vorteilhaft zum Erhalt eines Die-Anhaftungsmaterials, eines Abdichtungsmaterials oder einer Elektrode verwendet werden, die in elektronischen Teil eingesetzt werden kann, wie z. B. in einem Keramikgehäuse, das hierin eine Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis enthält, und eine Anzeigenvorrichtung, d. h., Objekte, die zu verbinden oder aneinander anzuhaften sind, die extrem wärmeempfindlich sind.

Insbesondere können die erfindungsgemäße leitfähige Paste und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, worin diese verwendet wird, vorteilhaft in einem Die-Anhaftungsmaterial zum Verbinden eine SiC-Halbleiterchips verwendet werden, der nur einen geringen Verlust bei der Stromumwandlung bewirkt und welcher stabil sogar bei hohen Temperaturen betrieben werden kann, und sie sind somit von großer industrieller Signifikanz.

Bezugszeichenliste

1
Leitfähige Paste
1'
Kalzinierter Film, gebildet aus der leitfähige Paste
2
Lücke
3
Halbleiterchip
4
Substrat
5
Halbleitervorrichtung