利用银膏进行粘结的方法
【专利说明】利用银膏进行粘结的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年11月21日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2014-0163762号的优先权的权益，通过引用将其全部内容结合于本文中。
技术领域
[0003]本公开内容涉及一种利用银膏(silver paste)进行粘结的方法。更具体地，本公开内容涉及利用银膏进行粘结以粘结半导体器件的方法。
【背景技术】
[0004]对具有强电流和高速切换的具有高击穿电压的功率半导体器件的需求增加，以满足近年来对更大尺寸的需求。具有比现有的硅(Si)半导体器件更宽带隙的碳化硅(silicon carbide) (SiC)半导体器件已被用于实现即使在高温下仍稳定的半导体特性。
[0005]这种SiC半导体器件需要即使在高温下仍稳定的封装材料，以获得高温操作。然而，当前用于粘结半导体器件的焊料具有低于230°C的熔点，并且因此不能在碳化硅半导体器件以其进行操作的250°C的粘结温度下使用。
[0006]为了替代当前的焊料，最近提出将包含金(Au)的高温焊料等作为替代物。然而，高温焊料等是昂贵的并且具有低接合强度。
[0007]已提出了一种用于烧结银(Ag)纳米粒子并且使银纳米粒子结合的方法作为用于高温粘结的方法，但是需要长时间处于高温下，因此使器件特性劣化。形成包含诸如玻璃粉(glass frit)的介质材料(mediator material)的膏剂，以活化大尺寸银粒子之间的烧结，但是残留的玻璃可能导致电阻增加。
[0008]在该【背景技术】部分中所公开的上述信息仅用于增强对本公开内容【背景技术】的理解，因此其可包括未形成该国本领域的普通技术人员所已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0009]所创作的本公开内容致力于提供一种利用银膏进行粘结的方法，其能够缩短烧结时间并且使对半导体器件的损害最小化。
[0010]另外，使用银膏实现结合方法，该银膏包含银粒子并且包括由片状的银制成的核心部分和涂覆在核心部分的表面上并且由铟制成的涂层部分，从而使粘结层中的气孔分布(void distribut1n)最小化。
[0011]根据本发明构思的示例性实施方式，利用银膏进行粘结的方法包括在半导体器件或者基板上涂覆银膏。银膏包含银和铟。半导体被放置在基板上。对银膏进行加热以形成粘结层。该半导体器件和基板通过粘结层彼此粘结。铟以40摩尔％或者更少的摩尔％被包含在银膏中。
【附图说明】
[0012]图1和图2是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施方式的利用银膏将半导体器件粘结至基板的工艺的示图。
[0013]图3是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施方式的银膏的示图。
[0014]图4至图8是连续地示出根据本发明构思的示例性实施方式的利用银膏进行粘结的方法的示图。
[0015]图9是示意性地示出根据本发明构思的另一示例性实施方式的银膏的示图。
[0016]图10至图12是连续地示出根据本发明构思的另一示例性实施方式的利用银膏进行粘结的方法的示图。
【具体实施方式】
[0017]将参照附图对本发明构思的示例性实施方式进行详细描述。然而，本发明构思并不局限于本文中所描述的实施方式，并且因此可以以许多不同的形式实施。相反地，提供这些实施方式使得本公开内容将是全面和完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0018]在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。此外，将理解的是，当层被称作为在另一层或基板“上”时，该层可以直接形成在另一个层或基板上，或者其间可以插入第三个层。贯穿整个说明书，相同的标号基本上指代相同的组件。
[0019]在下文中，将参考图1至图8描述根据本发明构思的示例性实施方式的利用银膏进行粘结的方法。
[0020]图1和图2是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施方式的利用银膏将半导体器件粘结至基板的工艺的示图。
[0021]参考图1和图2，在将银膏30涂覆在基板10上之后，将碳化硅(SiC)半导体器件20布置在涂覆有银膏30的基板10上，然后，对银膏30进行加热并烧结以形成粘结层35。因此，半导体器件20和基板10通过粘结层35彼此粘结。在示例性实施方式中，银膏30被涂覆在基板10上，然而本公开内容不局限于此。例如，在对银膏30进行加热并烧结之前，可以将银膏30涂覆在半导体器件20上。
[0022]在下文中，将详细地描述根据本发明构思的示例性实施方式的银膏和利用银膏进行粘结的方法。
[0023]图3是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施方式的银膏的示图。
[0024]参考图3，根据本公开内容的银膏30包含多个银粒子100和多个铟(In)粒子200。银粒子100和铟粒子200均可以具有球形形状和I μπι至10 μm的直径。
[0025]铟粒子200以40摩尔％或更少的摩尔％被包含在银膏30中。在一些实施方式中，铟粒子200可以以20摩尔％或更少的摩尔％被包含在银膏30中。在此，当铟粒子200以大于40摩尔％被包含在银膏30中时，在对银膏30进行烧结时，加热温度会增加或者会将铟成分残留在粘结层35上而导致粘结困难。
[0026]图4至图8是连续地示出根据本发明构思的示例性实施方式的利用银膏进行粘结的方法的示图。
[0027]参考图4，以160°C或更高的温度或者在一些实施方式中以300°C的温度对包含多个银粒子100和多个铟粒子200的银膏30进行加热。当加热温度高于铟的熔点(近似157°C )时，铟粒子200熔化为铟液体210。因为银的熔点为近似962°C，所以即使它们被加热到300°C，银粒子100仍保持粒子状态。另外，在铟液体210与银粒子100之间没有发生化学反应。
[0028]参考图5和图6，铟液体210在各个银粒子100的表面上处于润湿状态(wettingstate)，并且因此，铟液体210覆盖每个银粒子100的表面。术语“润湿状态”是指因为接触固体的表面的气体被液体挤出而使固体-气体界面变为固体-液体界面。
[0029]然后，覆盖银粒子100的表面的铟液体210与相邻的铟液体210接触，并且因此，覆盖相应的银粒子100的铟液体210彼此接触。
[0030]参考图7，覆盖银粒子100的铟液体210通过铟液体210与铟液体210之间的接触而逐渐扩散到银粒子100中。因此，覆盖银粒子100的铟液体210的量减少。另外，银粒子100扩散到彼此接触的铟液体210中，以形成相应的银粒子100彼此结合的粘结区域130。
[0031]参考图8，覆盖银粒子100的所有的铟液体210扩散到银粒子100中并且蒸发。因此，相应的银粒子100通过粘结区域130彼此结合以形成粘结层35。因此，根据图1的银膏30形成粘结层35，并且通过粘结层35将半导体器件20粘结至基板10。这种粘结方法被称作瞬间液相扩散粘结法。
[0032]根据作为示例的瞬间液相扩散粘结法，为了使相同的金属A彼此粘结，在金属A之间布置具有比金属A的熔点低的熔点的金属B。然后，以高于金属B的熔点的温度进行加热，使得金属B被液化以扩散到固相金属A中。因此，金属B蒸发而固相金属A彼此结合。
[0033]在本公开内