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DE112017007299B4 - Halbleiterelement-bonding-körper, halbleitereinheit und verfahren zur herstellung eines halbleiterelement-bonding-körpers - Google Patents

Halbleiterelement-bonding-körper, halbleitereinheit und verfahren zur herstellung eines halbleiterelement-bonding-körpers Download PDF

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DE112017007299B4
DE112017007299B4 DE112017007299.9T DE112017007299T DE112017007299B4 DE 112017007299 B4 DE112017007299 B4 DE 112017007299B4 DE 112017007299 T DE112017007299 T DE 112017007299T DE 112017007299 B4 DE112017007299 B4 DE 112017007299B4
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semiconductor element
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bonding
substrate
metal layer
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Koji Yamazaki
Tomoaki Kato
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Halbleiterelement-Bonding-Körper, der Folgendes aufweist:
- ein Montageelement, in dem ein konkaver Bereich ausgebildet ist; und
- ein Halbleiterelement, das in dem konkaven Bereich angeordnet ist und an dem Montageelement zu montieren ist,
- wobei ein Bereich des Montageelements, in dem der konkave Bereich ausgebildet ist, aus einem Metall besteht,
- wobei der konkave Bereich einen Umfangsbereich aufweist, in dem ein Höhenunterschied ausgebildet ist, und wobei der Höhenunterschied einen Wert von 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm aufweist,
- wobei der konkave Bereich eine Bodenfläche aufweist, die ein Maß an Ebenheit von λ/8,7 µm oder höher und von λ/1,2 µm oder geringer aufweist, wenn die Wellenlänge λ des Lasers gleich 632,8 nm ist,
- wobei eine Metallschicht auf dem Halbleiterelement ausgebildet ist und
- wobei die Bodenfläche des konkaven Bereichs und die Metallschicht direkt aneinander gebondet sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterelement-Bonding-Körper zur Verwendung in elektronischen Geräten oder für andere Einsatzbereiche, auf eine Halbleitereinheit sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es gibt ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinheit, bei dem ein Halbleiterchip durch Verwenden einer Metallpaste, die Metallpartikel und ein organisches Lösungsmittel enthält, als Bonding-Material an ein Substrat gebondet wird. Bei diesem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinheit des Stands der Technik wird das organische Lösungsmittel nach dem Bonden des Halbleiterchips über die Metallpaste an das Substrat aus der Metallpaste verdampft, um die Metallpaste in einen Komplex umzuwandeln, die Metallpartikel in dem Komplex werden reduziert, und der Halbleiterchip wird dann an das Substrat gedrückt, bis der Komplex zerkleinert wird, so dass dadurch der Halbleiterchip an das Substrat gebondet wird (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
    Außerdem ist eine Halbleitereinheit bekannt, bei der ein Halbleiterelement über eine Bonding-Schicht, die eine feste Dispersions-Metallschicht und eine Metallschicht aufweist, an ein Substrat gebondet wird (siehe z.B. Patentliteratur 2).
  • Bei einer weiteren bekannten Halbleitereinheit, wird ein Klebstoff verwendet, um ein Halbleiterelement an eine auf einem Substrat ausgebildete plattierte Gold-Schicht zu bonden (siehe zum Beispiel Patentliteratur 3).
  • Ergänzend sei auf die Patentliteratur-Dokumente 4 und 5 hingewiesen, aus denen auch jeweils ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinheit bekannt ist.
  • LITERATURLISTE
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP 2012- 054 358 A
    • PTL 2: JP 2013- 187 418 A
    • PTL 3: JP 2008- 205 265 A
    • PTL 4: WO 2013 / 141 149 A1
    • PTL 5: JP 2015- 119 118 A
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Bei den Halbleitereinheiten gemäß dem Stand der Technik, die in der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 3 beschrieben sind, ist das Bonding-Material oder der Klebstoff, das oder der zwischen dem Halbleiterelement und dem Substrat eingefügt ist, jedoch ein thermischer Widerstand, der die Weiterleitung von Wärme, die in dem Halbleiterelement entsteht, zu dem Substrat behindert. Dadurch werden die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements beeinträchtigt.
  • Ferner wird die Halbleiterschicht bei der Halbleitereinheit gemäß dem Stand der Technik, die in der Patentliteratur 2 beschrieben ist, über die Bonding-Schicht, welche die feste Dispersionsschicht und die Metallschicht aufweist, an das Substrat gebondet, und die komplizierte Struktur der Bonding-Schicht verursacht, dass eine Handhabung der Bonding-Temperatur, der Bonding-Zeit und der Dicken der Schichten aufwendig ist. Die Halbleitereinheit ist dementsprechend mangelhaft in Bezug auf eine Massenfertigung und die Stabilität der Bonding-Qualität.
  • Die komplizierte Struktur der Bonding-Schicht führt außerdem zu großen Schwankungen des thermischen Widerstands zwischen den Bonding-Schichten einer Mehrzahl von Halbleitereinheiten, die gemäß der Patentliteratur 2 hergestellt werden, und lässt darüber hinaus nur ein begrenztes Maß an Verbesserungen in Bezug auf die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements zu.
  • Für verbesserte Wärmeabführungseigenschaften eines Halbleiterelements ist ein Festkörperphasen-Diffusions-Bonding ausgezeichnet, bei dem das Halbleiterelement direkt an ein Substrat gebondet wird, ohne dass ein Bonding-Material zwischen den beiden eingefügt wird. Um das Halbleiterelement und das Substrat durch Festkörperphasen-Diffusions-Bonding zu bonden, ist es jedoch erforderlich, dass eine Bonding-Oberfläche des Substrats, an die das Halbleiterelement gebondet werden soll, durch Polieren geglättet wird.
  • Das bedeutet, dass sich, wenn das Halbleiterelement und das Substrat mittels einer automatisierten Anlage aneinander gebondet werden, wobei das Halbleiterelement auf der Bonding-Oberfläche des Substrats angeordnet wird, die Position des Halbleiterelements in Bezug auf das Substrat durch Vibrationen oder andere derartigen Faktoren während des Bondings verschiebt.
  • Lösung für das Problem
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers, einer Halbleitereinheit sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers, mit denen die Wärmeabführungseigenschaften eines Halbleiterelements verbessert werden können und eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements in Bezug auf ein Montageelement verhindert werden kann.
  • Lösung für das Problem
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterelement-Bonding-Körper angegeben, der Folgendes aufweist: ein Montageelement, in dem ein konkaver Bereich ausgebildet ist; sowie ein in dem konkaven Bereich angeordnetes Halbleiterelement, das an dem Montageelement zu montieren ist, wobei ein Bereich des Montageelements, in dem der konkave Bereich ausgebildet ist, aus Metall hergestellt ist, wobei der konkave Bereich einen Umfangsbereich aufweist, in dem ein Höhenunterschied ausgebildet ist, und der Höhenunterschied einen Wert von 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm aufweist, wobei der konkave Bereich eine Bodenfläche mit einem Maß an Ebenheit von λ/8,7 µm oder höher und von λ/1,2 µm oder geringer aufweist, wenn die Wellenlänge λ eines Lasers gleich 632,8 nm ist, wobei eine Metallschicht auf dem Halbleiterelement ausgebildet ist und wobei die Bodenfläche des konkaven Bereichs und die Metallschicht direkt aneinander gebondet sind.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Bei dem Halbleiterelement-Bonding-Körper und der Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und bei dem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Bonding zwischen der Bodenfläche des konkaven Bereichs und der Metallschicht gute Eigenschaften auf, mit dem Ergebnis, dass die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements verbessert werden können. Außerdem kann eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements in Bezug auf das Montageelement verhindert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht einer Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens, das zur Herstellung eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß 1 auszuführen ist;
    • 3 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Substrats ohne einen konkaven Bereich gemäß 1;
    • 4 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Druck-Arbeitsgang an dem Substrat gemäß 3 durchgeführt wird;
    • 5 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem der konkave Bereich in dem Substrat gemäß 4 ausgebildet ist;
    • 6 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Halbleiterelement an das Substrat gemäß 5 gebondet ist;
    • 7 eine Tabelle, um Resultate einer Evaluierung von Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und von Beispielen 1 bis 5 zu zeigen;
    • 8 eine graphische Darstellung, um eine Relation zwischen einem Wert d eines Höhenunterschieds und einem Nach-H/C-Bonding-Verhältnis bei jedem von den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 gemäß 7 zu zeigen;
    • 9 eine graphische Darstellung, um eine Relation zwischen einem Maß an Ebenheit λ/a und dem Nach-H/C-Bonding-Verhältnis bei jedem von den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 gemäß 7 zu zeigen;
    • 10 eine Schnitt-Photographie (eine Photographie als Ersatz für eine Zeichnung) zur Darstellung eines Bonding-Bereichs, in dem eine Metallschicht des Halbleiterelements gemäß 6 und eine erste Oberflächenschicht des Substrats gebondet sind;
    • 11 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem eine Resistschicht auf einem Substrat eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
    • 12 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem die Resistschicht gemäß 11 von dem Substrat entfernt ist;
    • 13 eine Schnittansicht zur Darstellung einer ersten Oberflächenschicht eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 14 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein konkaver Bereich in der ersten Oberflächenschicht gemäß 13 ausgebildet ist;
    • 15 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Metallplatte ohne einen konkaven Bereich eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 16 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Druck-Arbeitsgang an der Metallplatte gemäß 15 durchgeführt wird;
    • 17 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem der konkave Bereich in der Metallplatte gemäß 16 ausgebildet ist;
    • 18 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Halbleiterelement an die Metallplatte gemäß 17 gebondet ist.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nunmehr werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Schnittansicht zur Darstellung einer Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 weist eine Halbleitereinheit 1 einen Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 sowie eine Wärmeabführungsplatte 4 auf, die über ein Bonding-Material 3 an den Halbleiterelement-Bonding-Körper gebondet ist.
  • Der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 weist ein Substrat 5, bei dem es sich um ein Montageelement handelt, sowie ein Halbleiterelement 6 auf, das an dem Substrat 5 montiert ist.
  • Als Substrat 5 wird ein direkt gebondetes Kupfer-Substrat (DBC-Substrat) verwendet. Das Substrat 5 weist Folgendes auf: eine erste Oberflächenschicht 7, eine zweite Oberflächenschicht 8 sowie eine mittlere Schicht 9, die zwischen der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 angeordnet ist. Bei der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 handelt es sich jeweils um eine Metallschicht, die aus Kupfer besteht. Bei der mittleren Schicht 9 handelt es sich um eine keramische Schicht, die aus Si3N4 besteht.
  • Ein Hartlotmetall wird dazu verwendet, die mittlere Schicht 9 an die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 zu bonden. Als Hartlotmetall, das die mittlere Schicht 9 an die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 bondet, wird zum Beispiel ein eutektisches Ag-Cu-Hartlotmetall oder ein Ag-Cu-Ti-Hartlotmetall verwendet, bei dem eine geringe Menge an Ti hinzugefügt ist, um eine Reaktion mit der Keramik zu fördern.
  • In der ersten Oberflächenschicht 7 ist ein konkaver Bereich 10 ausgebildet. Ein Bereich des Substrats 5, in dem der konkave Bereich 10 ausgebildet ist, besteht dementsprechend aus metallischem Cu. Der konkave Bereich 10 ist in einem vorgegebenen Montagebereich S ausgebildet, der im Voraus in der ersten Oberflächenschicht 7 vorgegeben wird. Das Maß an Ebenheit einer Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 in Einheiten von µm ist gleich λ/1,2 µm oder geringer, wenn die Wellenlänge λ eines He-Ne-Lasers gleich 632,8 nm = 0,6328 µm ist.
  • Das Maß an Ebenheit ist hier als das Maß einer Abweichung von einer präzisen Ebene definiert. Wenn die Bodenfläche sandwichartig zwischen zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet ist, wird das Maß an Ebenheit der Bodenfläche als ein Abstand zwischen den zwei Ebenen dargestellt, bei dem ein Zwischenraum zwischen den zwei Ebenen am geringsten ist.
  • Das Halbleiterelement 6 ist in den konkaven Bereich 10 eingepasst. Das Halbleiterelement 6 ist auf diese Weise in dem vorgegebenen Montagebereich S des Substrats 5 angeordnet. Ein Höhenunterschied, der in einem Umfangsbereich des konkaven Bereichs 10 ausgebildet, ist, verläuft entlang von äußeren Umfangsoberflächen des Halbleiterelements 6 und umgibt so die äußeren Umfangsoberflächen des Halbleiterelements 6. Der Wert d des Höhenunterschieds, der in dem Umfangsbereich des konkaven Bereich 10 ausgebildet ist, und zwar die Tiefe d des Umfangsbereichs des konkaven Bereichs 10, ist gleich 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm.
  • Die Wärmeabführungsplatte 4 ist über das Bonding-Material 3, das Metallpartikel enthält, an die zweite Oberflächenschicht 8 gebondet. Wärme von dem Substrat 5 wird dementsprechend über das Bonding-Material 3 an die Wärmeabführungsplatte 4 weitergeleitet. Die an die Wärmeabführungsplatte 4 weitergeleitete Wärme wird von der Wärmeabführungsplatte 4 nach außen abgegeben.
  • Auf dem Halbleiterelement 6 ist eine Metallschicht 12 ausgebildet. Die Metallschicht 12 ist zwischen die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und das Halbleiterelement 6 eingefügt. Bei diesem Beispiel ist die Metallschicht 12 nur auf einer Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 ausgebildet, die der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 gegenüberliegt. Bei der bei diesem Beispiel verwendeten Metallschicht 12 handelt es sich um eine Schicht, die aus Au besteht, also um eine Au-Schicht.
  • Die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und die Metallschicht 12 sind direkt aneinander gebondet. Das heißt, die Metallschicht 12 ist direkt an die erste Oberflächenschicht 7 gebondet. Die erste Oberflächenschicht 7 und die Metallschicht 12 sind durch Metalldiffusion in einem Festkörperphasen-Zustand ohne ein dazwischen eingefügtes Bonding-Material aneinander gebondet, und zwar durch ein Festkörperphasen-Diffusions-Bonding. Mit dem Halbleiterelement 6 ist eine Mehrzahl von leitfähigen Drähten 13 verbunden, um eine elektrische Leitung einzurichten.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens, das zur Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 gemäß 1 auszuführen ist. Bei 3 bis 6 handelt es sich um Schnittansichten zur Darstellung von Zuständen des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 gemäß 1 während der Herstellung.
  • 3 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Substrats 5. 4 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Druck-Arbeitsgang an dem Substrat 5 durchgeführt wird. 5 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem der konkave Bereich 10 in dem Substrat 5 ausgebildet ist. 6 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem das Halbleiterelement 6 an das Substrat 5 gebondet ist.
  • Wenn der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 hergestellt werden soll, wird zunächst, wie in 3 dargestellt, das Substrat 5 hergestellt, bei dem es sich um ein Montageelement handelt. Bei diesem Beispiel wird ein DBC-Substrat als das Substrat 5 hergestellt.
  • Wie in 4 dargestellt, wird anschließend ein Druck-Arbeitsgang an dem Substrat 5 durchgeführt, indem eine Druckoberfläche 21a einer Druckschablone 21 an den vorgegebenen Montagebereich S in der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 gedrückt wird. Der Druck-Arbeitsgang bei diesem Beispiel wird an dem Substrat 5 mit einem Anpressdruck von 80 MPa oder einem höheren Druck und von 120 MPa oder einem geringeren Druck durchgeführt. Wie in 5 dargestellt, wird dadurch der konkave Bereich 10 in dem vorgegebenen Montagebereich S der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet, so dass dadurch das Substrat 5 hergestellt wird, in dem der konkave Bereich 10 ausgebildet ist.
  • Bei der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 handelt es sich um eine glatte Oberfläche mit einem hohen Maß an Ebenheit und mit einer geringen Oberflächenrauigkeit. Das Maß an Ebenheit der Druckoberfläche 21a wird dementsprechend durch den Druck-Arbeitsgang auf den vorgegebenen Montagebereich S in der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 übertragen. Dadurch erhält die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 das gleiche Maß an Ebenheit und die gleiche Oberflächenrauigkeit wie das Maß an Ebenheit und die Oberflächenrauigkeit der Druckoberfläche 21a (Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs).
  • Das Halbleiterelement 6 mit der darauf ausgebildeten Metallschicht 12 wird dann in den konkaven Bereich 10 eingepasst. Das Halbleiterelement 6 wird in dem konkaven Bereich so angeordnet, dass die Metallschicht 12 auf der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 liegt. Die Metallschicht 12 ist auf der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 ausgebildet. Der konkave Bereich 10 wird zu einer Form der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 geformt (Montage-Schritt).
  • Danach werden in atmosphärischer Luft Wärme und Druck auf das Substrat 5 und das Halbleiterelement 6 ausgeübt, so dass dadurch die Metallschicht 12 und das Substrat 5 direkt aneinander gebondet werden. Eine Temperatur, bei der das Substrat 5 und das Halbleiterelement 6 erwärmt werden, ist niedriger als 1083 °C, wobei es sich bei dieser Temperatur um den Schmelzpunkt von Cu als einem Metall handelt, das ein Bestandteil der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 ist, und ist niedriger als 1063 °C, wobei es sich bei dieser Temperatur um den Schmelzpunkt von Au als einem Metall handelt, das ein Bestandteil der Metallschicht 12 ist.
  • Insbesondere werden eine Temperatur von 200 °C oder höher und niedriger als 350 °C sowie eine Druckbeaufschlagungs-Kraft von 1 MPa oder höher und geringer als 50 MPa verwendet, um eine Metalldiffusion in einem Festkörperphasen-Zustand zwischen der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 und der Metallschicht 12 zu bewirken, und das Substrat 5 und die Metallschicht 12 werden durch die Metalldiffusion aneinander gebondet (Bonding-Schritt). Wie in 6 dargestellt, wird der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 auf diese Weise fertiggestellt.
  • Die Halbleitereinheit 1 wird hergestellt, indem die Wärmeabführungsplatte 4 über das Bonding-Material 3 an die zweite Oberflächenschicht 8 des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 gebondet wird und außerdem die Mehrzahl von leitfähigen Drähten 13 mit dem Halbleiterelement 6 des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 verbunden wird.
  • Eine Probe des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 wurde wie folgt hergestellt, um einen Zustand des Bondings zwischen der Metallschicht 12 und dem Halbleiterelement 6 des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 zu evaluieren.
  • Zunächst wurden ein SiC-Chip und ein DBC-Substrat als das Halbleiterelement 6 beziehungsweise das Substrat 5 hergestellt. Die Dimension der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 war gleich □10 mm und die Dicke des Halbleiterelements 6 war gleich 0,35 mm. Das Symbol „□“ ist ein Zusatzsymbol für die Dimension, das die Abmessungen der Kantenlängen eines Quadrats angibt. Mit „□10 mm“ ist daher ein Quadrat gemeint, dessen waagrechte und senkrechte Kantenlänge jeweils gleich 10 mm ist.
  • Die Metallschicht 12 wird auf der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 gebildet. Bei einem Bonding-Vorgang, bei dem ein Lotmaterial verwendet wird, handelt es sich bei der Metallschicht, die auf dem Halbleiterelement gebildet wird, unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung einer Oxidation und unter dem Gesichtspunkt der Benetzbarkeit mit einem Lot üblicherweise um eine Au-Schicht. Auch bei diesem Beispiel wird eine Au-Schicht als Metallschicht 12 verwendet, die auf der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 gebildet wird.
  • Die planare Abmessung des Substrats 5 ist in der aus Cu bestehenden ersten Oberflächenschicht 7 gleich □25 mm, in der aus Si3N4 bestehenden mittleren Schicht 9 gleich □29 mm und in der aus Cu bestehenden zweiten Oberflächenschicht 8 gleich □25 mm. Die planare Abmessung der mittleren Schicht 9 ist dementsprechend größer als die planare Abmessung von jeder von der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8. Mit diesen Abmessungen ist ein Umfangsbereich der mittleren Schicht 9 ein freiliegender Bereich, in dem es keine Überlappung mit der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 gibt.
  • Der freiliegende Bereich der mittleren Schicht 9 steht um (29 [mm] - 25 [mm])/2 = 2 [mm] entlang des gesamten Umfangs der mittleren Schicht 9 weiter vor als die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8. Die erste Oberflächenschicht 7 weist eine Dicke von 0,8 mm auf, die mittlere Schicht 9 weist eine Dicke von 0,32 mm auf, und die zweite Oberflächenschicht 8 weist eine Dicke von 0,8 mm auf.
  • Eine Oberfläche eines DBC-Substrats wird mitunter mittels einer Ni-Plattierung oder einer Ag-Plattierung plattiert, was ein glänzendes Erscheinungsbild verleiht. Bei diesem Beispiel wird jedoch an der Oberfläche des Substrats 5 keine Plattierung durchgeführt.
  • Anschließend wird die Druckschablone 21 hergestellt, die aus SKD11 besteht, bei dem es sich um ein Stahlprodukt handelt. Die Abmessung der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 wurde unter Berücksichtigung der Abmessung der Bonding-Oberfläche des Halbleiterelements 6 von □10 mm und der Montagegenauigkeit einer Montagevorrichtung von ±0,1 mm mit □10,3 mm vorgegeben.
  • Das Maß an Ebenheit der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 wurde mit einem Laserinterferometer unter Verwendung eines He-Ne-Lasers gemessen. Die Messung des Maßes an Ebenheit mit dem Laserinterferometer basierte unter Bezugnahme auf die Patentliteratur 1 auf dem Abstand zwischen Interferenzstreifen, die durch eine Bestrahlung mit dem He-Ne-Laser gebildet wurden, und auf dem Krümmungsgrad der Interferenzstreifen.
  • Die Messung des Maßes an Ebenheit ist in eine Messung unter Verwendung einer Messuhr, eine Messung unter Verwendung einer optischen Planfläche und eine Messung unter Verwendung eines Lasers untergliedert. Bei einer Messung unter Verwendung einer Messuhr wird das Verziehen und Kräuseln einer Oberfläche gemessen, indem eine Messuhr an einem Arm angebracht wird und Änderungen des Werts abgelesen werden, während das Objekt nachgezeichnet wird.
  • Bei einer Messung unter Verwendung einer optischen Planfläche, bei der es sich um ein Messgerät handelt, das aus einem transparenten Glas besteht und eine ebene Messoberfläche aufweist, wird die optische Planfläche in Kontakt mit einer Oberfläche gebracht, bei der es sich um ein Messobjekt handelt, die Kontaktoberfläche wird mit kurzwelligem Licht bestrahlt, um Lichtwellen-Interferenzstreifen in der Form einer Streifenstruktur zu erzeugen, und zwar Newtonsche Ringe, und eine Messung wird basierend auf der Anzahl der Newtonschen Ringe vorgenommen.
  • Bei einer Messung unter Verwendung eines Lasers wird ein Messobjekt mit Laserlicht bestrahlt, reflektiertes Licht, bei dem es sich um das von dem Messobjekt reflektierte Laserlicht handelt, erzeugt ein Bild auf einem CMOS-Sensor, und das Bild wird vermessen. Das Verfahren der Messung ist in JIS B7441 der Japanese Industrial Standards: JIS definiert. Die Oberflächenrauigkeit der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 wurde durch Verwenden einer Oberflächenrauigkeits-Prüfvorrichtung vom Typ mit einem Taststift mittels eines mit (JIS B0633-2001) konformen Verfahrens gemessen.
  • Die vorstehend beschriebene Messung machte deutlich, dass das Maß an Ebenheit der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 bei einer Wellenlänge λ des He-Ne-Lasers von 632,8 nm = 0,6328 µm etwa gleich λ/10 µm war. Die Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 wies außerdem eine Oberflächenrauigkeit Ra auf, die etwa gleich 0,1 µm war, und wies eine Oberflächenrauigkeit Rz auf, die etwa gleich 0,2 µm war.
  • Bei der Oberflächenrauigkeit Ra und der Oberflächenrauigkeit Rz handelt es sich um Oberflächenrauigkeits-Indizes, die in JIS B0601-2001 (ISO 4287-1997) festgelegt sind. Die Oberflächenrauigkeit Ra ist ein arithmetischer Mittelwert der Rauigkeit. Die Oberflächenrauigkeit Ra ist ein numerischer Wert, der in der Form eines Mittelwerts den konkav-konvexen Zustand eines Segments anzeigt, das eine Referenzlänge aufweist und das aus einer Rauigkeitskurve entnommen ist, die eine Messung mittels einer Rauigkeits-Prüfvorrichtung wiedergibt. Die Oberflächenrauigkeit Rz ist die maximale Höhe.
  • Die Oberflächenrauigkeit Rz ist ein Wert, bei dem es sich um die Summe einer Höhe des höchsten Bereichs in einem Segment, das eine Referenzlänge aufweist und das aus einer Rauigkeitskurve entnommen ist, die eine Messung mittels einer Rauigkeits-Prüfvorrichtung wiedergibt, und zwar einer maximalen Höhe Rp einer Erhebung, und einer Tiefe des tiefsten Bereichs in dem Abschnitt handelt, und zwar einer maximalen Tiefe Rv eines Tals.
  • Dann wird der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet, indem durch Verwenden der Druckschablone 21 ein Druck-Arbeitsgang an dem vorgegebenen Montagebereich S in der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 durchgeführt wird (Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs). Der Druck-Arbeitsgang an dem Substrat 5 wurde bei einer Temperatur, die mit einer Raumtemperatur von 25 °C vorgegeben war, und einer Atmosphäre durchgeführt, die mit der atmosphärischen Luft vorgegeben war.
  • Der konkave Bereich 10 wurde gebildet, indem mit der Druckschablone 21 während einer Dauer von 30 Sekunden ein Anpressdruck auf die erste Oberflächenschicht 7 ausgeübt wurde. Als Proben, bei denen der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 ausgebildet war, wurden n Proben, hier 5 Proben, für jeden von zwölf unterschiedlichen Anpressdrucken 0 MPa, 50 MPa, 60 MPa, 70 MPa, 80 MPa, 90 MPa, 100 MPa, 110 MPa, 120 MPa, 130 MPa, 140 MPa und 150 MPa hergestellt.
  • Bei einer Probe, bei welcher der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 0 MPa gebildet wurde, handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel 1. Bei einer Probe, bei welcher der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 50 MPa gebildet wurde, handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel 2. Bei einer Probe, bei welcher der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 60 MPa gebildet wurde, handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel 3. Bei einer Probe, bei welcher der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 70 MPa gebildet wurde, handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel 4.
  • In einer ähnlichen Weise handelt es sich bei Proben, bei denen der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 80 MPa, 90 MPa, 100 MPa, 110 MPa und 120 MPa hergestellt wurde, um ein Beispiel 1, ein Beispiel 2, ein Beispiel 3, ein Beispiel 4 beziehungsweise ein Beispiel 5. Bei Proben, bei denen der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 130 MPa, 140 MPa und 150 MPa gebildet wurde, handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel 5, ein Vergleichsbeispiel 6 beziehungsweise ein Vergleichsbeispiel 7.
  • Nach dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs wurden eine Beobachtung des Substrats 5, in dem der konkave Bereich 10 gebildet worden war, mittels akustischer Rastertomographie (SAT) mit einer bildgebenden Ultraschallvorrichtung (Bezeichnung der Vorrichtung: FineSAT III, ein Produkt von Hitachi Power Solutions Co., Ltd.) bei einer Rissprüfungsfrequenz von 10 MHz und eine externe Beobachtung des Substrats 5 für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 durchgeführt, um das Vorhandensein oder das Fehlen eines Risses in dem Substrat zu bestimmen.
  • Insbesondere wurde bestimmt, dass das Substrat einen Riss aufwies (x), wenn ein Riss auch nur in einer der n Proben, hier der fünf Proben, festgestellt wurde, und es wurde bestimmt, dass das Substrat keinen Riss aufwies (o), wenn in sämtlichen der n Proben, hier der fünf Proben, kein Riss festgestellt wurde.
  • Der Wert d des Höhenunterschieds des konkaven Bereichs 10 in den Proben wurde durch Verwendung eines Laserverschiebungsmessgeräts für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 gemessen. Der Wert des Höhenunterschieds wurde an den vier Ecken des konkaven Bereichs 10 gemessen, bei jeder der n Proben, hier der fünf Proben, wurde der größte Wert von den Werten des Höhenunterschieds an den vier Ecken erhalten, und ein Mittelwert (Einheit: µm) der erhaltenen Werte wurde als der Wert d des Höhenunterschieds der Proben berechnet. Der Wert d des Höhenunterschieds der Proben wurde auf die am nächsten liegende ganze Zahl abgerundet.
  • Nach dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs wurde das Maß an Ebenheit der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10, der bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs gebildet wurde, bei den n Proben, hier den fünf Proben, für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 durch das gleiche Verfahren wie jenes gemessen, das zur Messung des Maßes an Ebenheit der Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 verwendet wurde. Das heißt, das Maß an Ebenheit der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 wurde bei jeder der jeweiligen Proben der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 gemessen.
  • Das Maß an Ebenheit wird üblicherweise als λ/a µm durch Verwenden der Wellenlänge λ des He-Ne-Lasers, der bei der Messung verwendet wird, 0,6328 µm, und eines Indexwerts a für das Maß an Ebenheit dargestellt. Auch bei der ersten Ausführungsform wurde ein individueller Indexwert für das Maß an Ebenheit aus einem gemessenen Wert des Maßes an Ebenheit für jede Probe berechnet, und ein Mittelwert der individuellen Indexwerte für das Maß an Ebenheit des konkaven Bereichs 10 bei den n Proben, hier bei den fünf Proben, wurde als der Indexwert a für das Maß an Ebenheit für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 berechnet. Der Indexwert a für das Maß an Ebenheit wurde auf eine Dezimalstelle abgerundet. Das Maß an Ebenheit λ/a wurde auf zwei Dezimalstellen abgerundet, und bei der Evaluierung wurde der resultierende Wert verwendet.
  • Danach wurde eine Montagevorrichtung verwendet, um das Halbleiterelement 6 in dem konkaven Bereich 10 anzuordnen, der in der ersten Oberflächenschicht 7 ausgebildet war (Montage-Schritt). Das Halbleiterelement 6 wurde so in dem konkaven Bereich 10 angeordnet, dass die Metallschicht 12 auf der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 lag.
  • Nach dem Montage-Schritt wurde für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 bestimmt, ob sich die Position des Halbleiterelements 6, das bei dem Montage-Schritt in dem konkaven Bereich 10 angeordnet wurde, aus dem vorgegebenen Montagebereich S verschoben hatte, auf den es ausgerichtet war. Insbesondere wurde bestimmt, dass eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 aufgetreten war (x), wenn sich die Position des Halbleiterelements 6 um 0,3 mm oder mehr von dem vorgegebenen Montagebereich S entfernt befand oder wenn sich das Halbleiterelement 6 um 2° oder mehr aus dem vorgegebenen Montagebereich S weggedreht hatte, und ansonsten wurde bestimmt, das keine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 aufgetreten war (o).
  • Das Substrat 5 und das Halbleiterelement 6 wurden danach bei 300 °C erwärmt, wobei es sich dabei um eine Temperatur handelt, die niedriger als der Schmelzpunkt 1083 °C von Cu als einem Metall ist, das ein Bestandteil der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 war, und die niedriger als der Schmelzpunkt 1063 °C von Au als einem Metall ist, das ein Bestandteil der Metallschicht 12 war. Zusätzlich zu der Wärme wurde ein Druck von 30 MPa auf das Substrat 5 und das Halbleiterelement 6 in atmosphärischer Luft angewendet, und die Anwendung von Wärme und Druck wurde während 5 Minuten aufrechterhalten, so dass dadurch eine Metalldiffusion in einem Zustand in fester Phase zwischen der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 und der Metallschicht 12 und auf diese Weise ein direktes Bonding der Metallschicht 12 und des Substrats 5 bewirkt wurde (Bonding-Schritt). Auf diese Weise wurden Proben des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 hergestellt.
  • Außerdem wurde für jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 bestimmt, ob ein Anfangs-Bonding-Verhältnis [%] des Bondings zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 gleich einem Sollwert in dem fertiggestellten Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 oder höher als dieser war oder nicht. Insbesondere wurde ein Abschnitt eines Bonding-Bereichs zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 mittels SAT beobachtet, und ein mittels SAT erhaltenes Bild wurde unter Verwendung einer Software digitalisiert, um das Anfangs-Bonding-Verhältnis [%] zu berechnen. Das Anfangs-Bonding-Verhältnis wurde auf die am nächsten gelegene ganze Zahl abgerundet, und bei der Evaluierung wurde der resultierende Wert verwendet.
  • Der Sollwert des Anfangs-Bonding-Verhältnisses [%] wurde unter Berücksichtigung des thermischen Widerstands in dem Bonding-Bereich zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 mit 95 % vorgegeben. Dementsprechend wurden die Bonding-Eigenschaften als gut (o) bestimmt, wenn das Anfangs-Bonding-Verhältnis [%] gleich dem Sollwert 95 % oder höher als dieser war, und wurden als schlecht (x) bestimmt, wenn das Anfangs-Bonding-Verhältnis [%] kleiner als der Sollwert 95 % war.
  • Für jedes von den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 wurde ein Wärmezyklustest als ein Zuverlässigkeitstest an dem fertiggestellten Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 durchgeführt. Bei dem Wärmezyklustest (der im Folgenden auch als „H/C“ abgekürzt ist) handelt es sich um einen Test, bei dem Wärme mit einer niedrigen Temperatur und Wärme mit einer hohen Temperatur wiederholt auf ein Testobjekt angewendet werden, und bei dem bestimmt wird, ob bei dem Testobjekt ein Defekt entsteht, um die Zuverlässigkeit des Testobjekts zu evaluieren. Bei dem hier durchgeführten Wärmezyklustest wurde ein Zyklus, bei dem der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 über 15 Minuten hinweg bei einer niedrigen Temperatur von -55 °C gehalten wurde und über 15 Minuten hinweg bei einer hohen Temperatur von 175 °C gehalten wurde, 600 Mal wiederholt.
  • Für jedes von den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 wurde bestimmt, ob das Bonding-Verhältnis [%] des Bondings zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 gleich einem Sollwert in dem Halbleiterelement-Bonding-Körper 2, der dem Wärmezyklustest unterzogen wurde, oder höher als dieser war oder nicht.
  • Insbesondere wurde ein Abschnitt des Bonding-Bereichs zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 in dem Halbleiterelement-Bonding-Körper 2, der dem Wärmezyklustest unterzogen wurde, mittels SAT beobachtet, und ein mittels SAT erhaltenes Bild wurde wie bei der Berechnung des Anfangs-Bonding-Verhältnisses unter Verwendung einer Software digitalisiert, um ein Nach-H/C-Bonding-Verhältnis [%] zu berechnen. H/C-Eigenschaften wurden als gut (o) bestimmt, wenn das Nach-H/C-Bonding-Verhältnis [%] gleich dem Sollwert 95 % oder höher als dieser war, und wurden als schlecht (x) bestimmt, wenn das Nach-H/C-Bonding-Verhältnis [%] kleiner als der Sollwert 95 % war. 7 ist eine Tabelle, um Resultate der Evaluierung der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 zu zeigen. 8 ist eine graphische Darstellung, um eine Relation zwischen dem Wert d des Höhenunterschieds und dem Nach-H/C-Bonding-Verhältnis bei jedem der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 gemäß 7 zu zeigen. 9 ist eine graphische Darstellung, um eine Relation zwischen dem Maß an Ebenheit λ/a und dem Nach-H/C-Bonding-Verhältnis bei jedem der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 gemäß 7 zu zeigen. In 8 und 9 sind die Vergleichsbeispiele 1 bis 7 durch weiße Kreise dargestellt, und die Beispiele 1 bis 5 sind durch schwarze Kreise dargestellt.
  • Bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, bei denen der Anpressdruck bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs gleich 0 MPa oder höher und gleich 70 MPa oder geringer war, wurde bestimmt, dass eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 aufgetreten war, wie in 7 gezeigt, und außerdem wurden die Bonding-Eigenschaften als schlecht bestimmt, da das Anfangs-Bonding-Verhältnis geringer als 95 % war.
  • Bei den Vergleichsbeispielen 5 bis 7, bei denen der Anpressdruck bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs gleich 130 MPa oder höher und gleich 150 MPa oder niedriger war, riss oder brach das Substrat 5 aufgrund eines übermäßigen Anpressdrucks, und es wurde bestimmt, dass das Substrat einen Riss aufwies. Die H/C-Eigenschaften der Vergleichsbeispiele 5 bis 7 wurden als schlecht bestimmt, ohne einen H/C durchzuführen, da an dem Bonding-Bereich bei einem H/C anliegende Scherspannungen mit einem Riss in dem Substrat 5 üblicherweise nicht anliegen.
  • Bei den Beispielen 1 bis 5, bei denen der Anpressdruck bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs gleich 80 MPa oder höher und gleich 120 MPa oder niedriger war, trat indessen keine Rissbildung in dem Substrat 5 auf, und es trat keine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 auf, und sowohl die Bonding-Eigenschaften als auch die H/C-Eigenschaften wurden als gut bestimmt. Wie aus 7 und 8 ersichtlich, ist der Wert d des Höhenunterschieds des konkaven Bereichs 10 bei den Beispielen 1 bis 5 gleich 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm.
  • Es wurde dementsprechend bestätigt, dass eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 verhindert wird, wenn der Wert d des Höhenunterschieds des konkaven Bereichs 10 gleich 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm ist. Durch 7 und 9 wurde außerdem bestätigt, dass das Bonding zwischen der Metallschicht 12 und dem Substrat 5 gute Bonding-Eigenschaften aufweist, wenn der Indexwert a für das Maß an Ebenheit gleich 1,2 oder größer und gleich 8,7 oder kleiner ist, d.h., wenn das Maß an Ebenheit λ/a des Bodenbereichs des konkaven Bereichs 10 gleich λ/8,7 oder größer und gleich λ/1,2 oder kleiner ist.
  • Das Maß an Ebenheit λ/a des Bodenbereichs des konkaven Bereichs 10 weist dementsprechend bei der ersten Ausführungsform λ/1,2 als einen oberen Grenzwert und λ/8,7 als einen unteren Grenzwert auf. Die Oberflächenrauigkeit Ra der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10, der bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs gebildet wurde, ist bei sämtlichen der Beispiele 1 bis 5 geringer als 0,5 µm, und die Oberflächenrauigkeit Rz der Bodenfläche ist geringer als 1 µm.
  • Als Nächstes wurde ein Halbleiterelement-Bonding-Körper, bei dem das Substrat 5 und das Halbleiterelement 6 mittels eines Bonding-Materials gebondet wurden, als Vergleichsbeispiel 8 hergestellt. Bei dem Substrat 5 des Vergleichsbeispiels 8 handelte es sich um das Substrat 5 des Beispiels 3, bei dem der konkave Bereich 10 bei einem Anpressdruck von 100 MPa gebildet wurde. Das Bonding-Material des Vergleichsbeispiels 8 war ein Produkt aus einer gesinterten Ag-Paste, hergestellt von DOWA Electronics Materials Co., Ltd.
  • Außerdem wurden die Metallschicht 12 und das Substrat 5 bei dem Vergleichsbeispiel 8 durch das Bonding-Material unter der gleichen Bonding-Bedingung wie der Bonding-Bedingung bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 gebondet, bei der es sich um das Anwenden eines Drucks von 30 MPa über 5 Minuten hinweg bei einer Temperatur von 300 °C in atmosphärischer Luft handelt.
  • Für den Halbleiterelement-Bonding-Körper des Vergleichsbeispiels 8 wurde die gleiche Evaluierung wie die vorstehend beschriebene durchgeführt. Das Resultat der Evaluierung für das Vergleichsbeispiel 8 ist in 7 zusätzlich zu den Evaluierungsresultaten für die Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und die Beispiele 1 bis 5 gezeigt. Wie aus 7 ersichtlich, wies das Vergleichsbeispiel 8 gute Anfangs-Bonding-Eigenschaften, jedoch schlechte H/C-Eigenschaften auf, da ein in dem Bonding-Bereich zwischen dem Substrat 5 und dem Halbleiterelement 6 durch den H/C verursachter Riss zu einem signifikanten Abfall des Nach-H/C-Bonding-Verhältnisses führte.
  • Im Allgemeinen weist ein Halbleiterelement-Bonding-Körper, bei dem ein Substrat und ein Halbleiterelement über ein Bonding-Material gebondet werden, gute H/C-Eigenschaften auf, da bei einem H/C an dem Bonding-Bereich anliegende Scherspannungen in einer gesinterten Ag-Paste, die eine Bonding-Schicht aufweist, stärker verteilt werden. Diese Evaluierung ergab jedoch ein anderes Resultat. Ein Abschnitt des Bonding-Bereichs zwischen der Metallschicht 12 des Halbleiterelements 6 und dem Substrat 5 wurde daher bei den Beispielen 1 bis 5 nach dem Bonding-Schritt beobachtet.
  • 10 ist eine Schnitt-Photographie zur Darstellung des Bonding-Bereichs, in dem die Metallschicht 12 des Halbleiterelements 6 gemäß 6 und die erste Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 gebondet sind. An einer Bonding-Grenze zwischen der aus Au bestehenden Metallschicht 12 und der aus Cu bestehenden ersten Oberflächenschicht 7 sind Löcher 25 mit einem mittleren Lochdurchmesser von Ø 0,1 µm oder größer und kleiner als Ø 0,4 µm vorhanden. Dies wird als eine Manifestation des Einflusses des Kirkendall-Effekts aufgrund eines Unterschieds der Interdiffusions-Koeffizienten zwischen Au und Cu oder des Einflusses von sehr kleinen Oberflächenunregelmäßigkeiten des Substrats 5 angesehen.
  • Bei den Beispielen 1 bis 5 verbleibt aufgrund der Verwendung der atmosphärischen Luft als der Bonding-Atmosphäre eine Schicht aus Cu-Oxiden, und zwar CuO und Cu2O, welche die Diffusionsreaktion zwischen Metallen verhindern, auf der Oberfläche der ersten Oberflächenschicht 7, und das Bonding wird ohne Ausführen eines Prozesses zur Entfernung der Oxidschicht durchgeführt. Trotz des Vorhandenseins der Oxidschicht werden die Metallschicht 12 des Halbleiterelements 6 und die erste Oberflächenschicht 7 bei den Beispielen 1 bis 5 gut gebondet, vermutlich aufgrund dessen, dass das Au der Metallschicht 12 so schnell diffundiert, dass die Diffusion von Au in Cu hinein dominant gegenüber dem Aufwachsen der Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten vorderen Oberflächenschicht 7 ist, und zwar gegenüber der Diffusion von Cu und O.
  • Bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 und den Beispielen 1 bis 5 werden die Metallschicht 12 und die erste Oberflächenschicht 7 durch Metalldiffusion von Au und Cu gebondet. An der Grenze zwischen der Metallschicht 12 und der ersten Oberflächenschicht 7 ist dementsprechend eine Schicht aus Au3Cu, AuCu und AuCu3 als eine feste Dispersionsschicht aus Au und Cu vorhanden.
  • Die vorstehend beschriebene Evaluierung wurde für eine Mehrzahl von Halbleiterelement-Bonding-Körpern 2 durchgeführt, bei denen die Dicke der ersten Oberflächenschicht 7 und die Dicke der zweiten Oberflächenschicht 8 von einem Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 zu einem anderen innerhalb eines Bereichs zwischen 0,1 mm und 1,2 mm einschließlich variiert wurden, und es wurden die gleichen Resultate erhalten.
  • Eine Änderung der Dicke und des Materials der ersten Oberflächenschicht 7, der zweiten Oberflächenschicht 8 und der mittleren Schicht 9 ändert den äquivalenten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 5 und ändert außerdem die Scherspannungen, die durch den H/C in dem Bonding-Bereich verursacht werden. Bei diesem Beispiel ist ein thermischer Ausdehnungskoeffizient α des Substrats 5, der bei der Evaluierung verwendet wird, etwa gleich 12,5 ppm. Wenn die Dicken der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 jeweils auf 1,2 mm abgeändert werden, ändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient α des Substrats 5 auf etwa 13,6 ppm.
  • Wenn die Dicken der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 auf 0,1 mm abgeändert werden, ändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient α des Substrats 5 auf etwa 5,9 ppm. Dementsprechend wird der gleiche Effekt erzielt, auch wenn das Material, aus dem die mittlere Schicht 9 des Substrats 5 gebildet ist, AlN oder Al2O3 anstatt Si3N4 ist, solange der thermische Ausdehnungskoeffizient α des Substrats gleich 6ppm oder höher und gleich 13 ppm oder niedriger ist.
  • Bei einem derartigen Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 sind die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und die Metallschicht 12 gut gebondet, da der Wert d des Höhenunterschieds des konkaven Bereichs 10 gleich 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm ist, die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 ein Maß an Ebenheit von λ/8,7 µm oder höher und von λ/1,2 µm oder geringer aufweist, der Bereich des Substrats 5, in dem der konkave Bereich 10 ausgebildet ist, aus metallischem Cu besteht und die Metallschicht 12, die auf dem Halbleiterelement 6 ausgebildet ist, und die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 direkt aneinander gebondet sind.
  • Dadurch wird der thermische Widerstand in dem Bonding-Bereich zwischen der Metallschicht 12 des Halbleiterelements 6 und dem Substrat 5 reduziert, so dass die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements 6 verbessert werden. Dadurch wird außerdem eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 verhindert. Darüber hinaus kann, wenn die Metallschicht 12 und das Substrat 5 direkt gebondet werden, ein Bonding-Material bei dem Bonding der Metallschicht 12 und des Substrats 5 weggelassen werden, mit dem Ergebnis, dass der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 problemlos bei geringen Kosten hergestellt werden kann.
  • Das metallische Au ist in dem Material der Metallschicht 12 enthalten, und infolgedessen wird eine Metalldiffusion zwischen dem metallischen Au der Metallschicht 12 und einem Metall des Substrats 5 unterstützt, so dass das Substrat 5 und die Metallschicht 12 zuverlässiger aneinander gebondet werden können.
  • Der mittlere Durchmesser der an der Grenze zwischen der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und der Metallschicht 12 vorhandenen Löcher ist gleich Ø 0,1 µm oder größer und kleiner als Ø 0,4 µm, und der Durchmesser der an der Grenze zwischen der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und der Metallschicht 12 vorhandenen Löcher kann so auf einen bestimmten Bereich beschränkt werden. Dadurch werden die Bonding-Eigenschaften des Bondings zwischen dem Substrat 5 und der Metallschicht 12 auf einem guten Niveau gehalten, und es kann eine weitere Verbesserung der Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements 6 erwartet werden.
  • Bei der Halbleitereinheit 1 ist die Wärmeabführungsplatte 4 über das Bonding-Material 3 an das Substrat 5 des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 gebondet, und infolgedessen können die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements 6 zusätzlich dazu, dass die gleichen Effekte wie die Effekte des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 vorliegen, aufgrund der Wärmeabführungsplatte 4 noch zuverlässiger verbessert werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 wird das Halbleiterelement 6 nach der Herstellung des Substrats 5 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 in dem konkaven Bereich 10 angeordnet, und die Metallschicht 12 des Halbleiterelements 6 und das Substrat 5 werden aneinander gebondet, indem eine Temperatur von 200 °C oder höher und niedriger als 350 °C und eine Druckbeaufschlagungs-Kraft von 1 MPa oder höher und geringer als 50 MPa angewendet werden. Die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 und die Metallschicht 12 werden dementsprechend gut gebondet, mit dem Ergebnis, dass die Wärmeabführungseigenschaften des Halbleiterelements 6 verbessert werden können.
  • Ist der konkave Bereich 10 in dem Substrat 5 ausgebildet, kann außerdem eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 verhindert werden. Darüber hinaus kann ein Bonding-Material bei dem Bonding der Metallschicht 12 und des Substrats 5 weggelassen werden, so dass die Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 problemlos bei geringen Kosten durchgeführt werden kann.
  • Bei dem Druck-Arbeitsgang, der an dem Substrat 5 durchgeführt wird, um den konkaven Bereich 10 in dem Substrat 5 zu bilden, wird ein Anpressdruck von 80 MPa oder höher und von 120 MPa oder niedriger verwendet. Infolgedessen wird eine Rissbildung in dem Substrat 5 verhindert, und der konkave Bereich 10, durch den eine positionelle Verschiebung des Halbleiterelements 6 in Bezug auf das Substrat 5 verhindert werden kann, kann in dem Substrat 5 gebildet werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Bei der ersten Ausführungsform wird der konkave Bereich 10 in dem Substrat 5 gebildet, indem bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs ein Druck-Arbeitsgang an dem Substrat 5 durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der konkave Bereich 10 kann bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs auch durch Ätzen des Substrats 5 in dem Substrat 5 gebildet werden.
  • 11 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem eine Resistschicht 31 auf dem Substrat 5 eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. 12 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem die Resistschicht 31 gemäß 11 von dem Substrat 5 entfernt ist. Wie in 11 dargestellt, wird bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs eine Resistschicht 31 auf der ersten Oberflächenschicht 7 mit Ausnahme des vorgegebenen Montagebereichs S gebildet, der in der ersten Oberflächenschicht 7 des Substrats 5 vorgegeben ist, und zwar eines Bereichs, in dem der konkave Bereich 10 gebildet werden soll.
    Bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs wird der vorgegebene Montagebereich S der ersten Oberflächenschicht 7 anschließend mit einem Ätzmittel geätzt, um den konkaven Bereich 10 in dem vorgegebenen Montagebereich S der ersten Oberflächenschicht 7 zu bilden. Der Wert d eines Höhenunterschieds, der hier in einem Umfangsbereich des konkaven Bereichs 10 ausgebildet ist, ist mit 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm vorgegeben. Ein Ätzmittel für eine Mikroherstellung wird verwendet, um den Ätzvorgang der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 in einer Weise so anzupassen, dass die Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 ein Maß an Ebenheit von λ/8,7 µm oder höher und von λ/1,2 µm oder geringer aufweist.
  • Wie in 12 dargestellt, fährt der Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs dann mit der Entfernung der Resistschicht 31 von der ersten Oberflächenschicht 7 fort. Auf diese Weise wird das Substrat 5 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 hergestellt. Der Rest der Konfiguration und des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie jene bei der ersten Ausführungsform.
  • So kann der konkave Bereich 10 ebenso durch Ätzen des Substrats 5 in dem Substrat 5 gebildet werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 13 ist eine Schnittansicht zur Darstellung der ersten Oberflächenschicht 7 eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14 ist ein Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 gemäß 13 ausgebildet ist. Bei der dritten Ausführungsform, wie in 13 und 14 dargestellt, wird der konkave Bereich 10 in dem vorgegebenen Montagebereich S der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet, bei der es sich um eine einzelne Schicht getrennt von der mittleren Schicht 9 handelt, indem bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs ein Druck-Arbeitsgang an der ersten Oberflächenschicht 7 durchgeführt wird. Der Druck-Arbeitsgang an der ersten Oberflächenschicht 7 wird durchgeführt, indem die gleiche Druckschablone 21 wie jene bei der ersten Ausführungsform an die erste Oberflächenschicht 7 gedrückt wird.
  • Bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs werden die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 dann jeweils an die mittlere Schicht 9 gebondet, um dadurch das Substrat 5 herzustellen, in dem der konkave Bereich 10 ausgebildet ist, wie in 5 dargestellt. Während es üblich ist, bei dem Bonding der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 an die mittlere Schicht 9 ein eutektisches Ag-Cu-Hartlotmetall oder ein Ag-Cu-Ti-Hartlotmetall zu verwenden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • Zum Beispiel kann jede von der ersten Oberflächenschicht 7 und der zweiten Oberflächenschicht 8 ebenso wie die mittlere Schicht 9 durch Plattieren eines Metalls plattiert werden, um die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 ohne ein dazwischen eingefügtes Hartlotmetall direkt an die mittlere Schicht 9 zu bonden. Der Rest der Konfiguration und des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform ist der gleiche wie jene bei der ersten Ausführungsform.
  • Auf diese Weise können die gleichen Effekte wie die Effekte der ersten Ausführungsform erzielt werden, auch wenn das Substrat 5 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 hergestellt wird, indem zunächst der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet wird und dann die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 an die mittlere Schicht 9 gebondet werden.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird das Substrat 5 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 hergestellt, indem der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet wird und dann die erste Oberflächenschicht 7 und die zweite Oberflächenschicht 8 an die mittlere Schicht 9 gebondet werden. Das Substrat 5 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 kann auch hergestellt werden, indem zunächst die zweite Oberflächenschicht 8 und die mittlere Schicht 9 gebondet werden und danach die erste Oberflächenschicht 7, in welcher der konkave Bereich 10 gebildet wurde, an die mittlere Schicht 9 gebondet wird.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird der konkave Bereich 10 in der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet, indem ein Druck-Arbeitsgang an der ersten Oberflächenschicht 7 durchgeführt wird. Wie bei der zweiten Ausführungsform kann der konkave Bereich 10 auch durch Ätzen der ersten Oberflächenschicht 7 in der ersten Oberflächenschicht 7 gebildet werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 15 bis 18 sind Schnittansichten zur Darstellung von Zuständen eines Halbleiterelement-Bonding-Körpers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Herstellung. 15 ist eine Schnittansicht zur Darstellung einer Metallplatte 41. 16 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Druck-Arbeitsgang an der Metallplatte 41 durchgeführt wird. 17 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem der konkave Bereich 10 in der Metallplatte 41 ausgebildet ist. 18 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustands, in dem das Halbleiterelement 6 an die Metallplatte 41 gebondet ist.
  • Bei der vierten Ausführungsform wird die Metallplatte 41, bei der es sich typischerweise um einen Leiterrahmen handelt, anstatt eines DBC-Substrats als Montageelement verwendet. Die Metallplatte 41 ist bei diesem Beispiel aus metallischem Cu hergestellt. Der Rest der Konfiguration gemäß der vierten Ausführungsform ist der gleiche wie jener bei der ersten Ausführungsform.
  • Der Halbleiterelement-Bonding-Körper 2 wird mittels des gleichen Verfahrens hergestellt, das bei der ersten Ausführungsform verwendet wird. Dementsprechend wird zur Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 die Metallplatte 41 als Montageelement hergestellt, wie in 15 dargestellt, und dann wird ein Druck-Arbeitsgang an der Metallplatte 41 durchgeführt, wie in 16 dargestellt, indem die Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 an den vorgegebenen Montagebereich S der Metallplatte 41 gedrückt wird.
  • Der Druck-Arbeitsgang wird unter den gleichen Bedingungen wie jenen bei der ersten Ausführungsform an der Metallplatte 41 durchgeführt. Wie in 17 dargestellt, wird der konkave Bereich 10 so in dem vorgegebenen Montagebereich S der Metallplatte 41 gebildet, um dadurch die Metallplatte 41 mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich 10 herzustellen (Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs).
  • Wie bei der ersten Ausführungsform wird das Halbleiterelement 6 mit der darauf ausgebildeten Metallschicht 12 dann in den konkaven Bereich 10 eingepasst. Das Halbleiterelement 6 wird in dem konkaven Bereich 10 so angeordnet, dass die Metallschicht 12 auf der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 liegt (Montage-Schritt).
  • Die Metallschicht 12 und die Metallplatte 41 werden danach direkt aneinander gebondet, indem Wärme und Druck in atmosphärischer Luft auf die Metallplatte 41 und das Halbleiterelement 6 angewendet werden. Bedingungen, unter denen die Metallschicht 12 und die Metallplatte 41 aneinander gebondet werden, sind die gleichen wie die Bedingungen bei der ersten Ausführungsform (Bonding-Schritt). Wie in 18 dargestellt, wird dadurch die Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers 2 beendet.
  • Auf diese Weise können die gleichen Effekte wie jene bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, auch wenn die Metallplatte 41 als das Montageelement verwendet wird.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird der konkave Bereich 10 in der Metallplatte 41 gebildet, indem ein Druck-Arbeitsgang an der Metallplatte 41 durchgeführt wird. Wie bei der zweiten Ausführungsform kann der konkave Bereich 10 auch durch Ätzen der Metallplatte 41 in der Metallplatte 41 gebildet werden.
  • Wenngleich das Material der Druckschablone 21 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus SKD11 besteht, bei dem es sich um ein Stahlprodukt handelt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Für die Druckschablone 21 kann auch ein anderes Material als SKD11 verwendet werden, solange das verwendete Material härter als das Material des Bereichs des Substrats 5 oder der Metallplatte 41 ist, in dem der konkave Bereich 10 gebildet werden soll, und solange ein ausreichender Druck auf das verwendete Material ausgeübt werden kann.
  • Die Druckoberfläche 21a der Druckschablone 21 ist außerdem nicht auf die Werte des Maßes an Ebenheit und des Maßes an Glattheit beschränkt, die bei den Ausführungsformen angegeben sind, solange das Maß an Ebenheit der Bodenfläche des konkaven Bereichs 10 gleich λ/8,7 µm oder höher und gleich λ/1,2 µm oder geringer ist.
  • Wenngleich die auf dem Halbleiterelement 6 ausgebildete Metallschicht 12 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus metallischem Au besteht, kann die Metallschicht 12 auch aus einem Metall bestehen, das einen hohen Metalldiffusionskoeffizienten aufweist und zumindest eines von den Metallen Pt, Pd, Ag und Cu enthält. Durch die Verwendung der Metallschicht 12, die aus einem Metall besteht, das einen derartigen hohen Metalldiffusionskoeffizienten aufweist, werden die Temperatur und die Zeit reduziert, die für das Festkörperphasen-Diffusions-Bonding der Metallschicht 12 an das Substrat 5 oder die Metallplatte 41 erforderlich sind, und wird die Festigkeit des Bondings erhöht, so dass dadurch die Zuverlässigkeit des Bondings wie in dem Fall verbessert wird, in dem Au verwendet wird.
  • Als Montageelement bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann eine Variante des Substrats 5 oder der Metallplatte 41 verwendet werden, die eine Metallplattierung aufweist, die zumindest eines von Pt, Pd, Ag und Cu enthält. Damit ist gemeint, dass das Material, das den Bereich des Montageelements bildet, der dem konkaven Bereich 10 entspricht, aus einem Metall besteht, das zumindest eines von Pt, Pd, Ag und Cu enthält. Ein Festkörperphasen-Diffusions-Bonding zwischen der Metallschicht 12 und dem Montageelement wird dementsprechend bei einer niedrigen Temperatur in einer kurzen Zeit mit einer erhöhten Bonding-Festigkeit erreicht.
  • Obwohl die Metallschicht 12 und das Substrat 5 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aneinander gebondet werden, indem bei dem Bonding-Schritt Wärme bei einer Temperatur von 300 °C und eine Druckbeaufschlagungs-Kraft von 30 MPa angewendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Metallschicht 12 kann an das Substrat 5 oder die Metallplatte 41 gebondet werden, solange die Temperatur bei dem Bonding-Schritt gleich 200 °C oder höher und niedriger als 350 °C ist und die Druckbeaufschlagungs-Kraft bei dem Bonding-Schritt gleich 1 MPa oder höher und geringer als 50 MPa ist.
  • Wenn die Temperatur und die Druckbeaufschlagungs-Kraft bei dem Bonding-Schritt innerhalb dieser Bereiche liegen, weist das Halbleiterelement 6 nach dem Bonding-Schritt keine thermischen Schädigungen durch die Erwärmung bei dem Bonding-Schritt und keine mechanischen Schädigungen durch die Druckbeaufschlagung bei dem Bonding-Schritt auf.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Halbleitereinheit
    2
    Halbleiterelement-Bonding-Körper
    3
    Bonding-Material
    4
    Wärmeabführungsplatte
    5
    Substrat (Montageelement)
    6
    Halbleiterelement
    10
    konkaver Bereich
    12
    Metallschicht
    41
    Metallplatte (Montageelement)

Claims (6)

  1. Halbleiterelement-Bonding-Körper, der Folgendes aufweist: - ein Montageelement, in dem ein konkaver Bereich ausgebildet ist; und - ein Halbleiterelement, das in dem konkaven Bereich angeordnet ist und an dem Montageelement zu montieren ist, - wobei ein Bereich des Montageelements, in dem der konkave Bereich ausgebildet ist, aus einem Metall besteht, - wobei der konkave Bereich einen Umfangsbereich aufweist, in dem ein Höhenunterschied ausgebildet ist, und wobei der Höhenunterschied einen Wert von 20 µm oder größer und kleiner als 50 µm aufweist, - wobei der konkave Bereich eine Bodenfläche aufweist, die ein Maß an Ebenheit von λ/8,7 µm oder höher und von λ/1,2 µm oder geringer aufweist, wenn die Wellenlänge λ des Lasers gleich 632,8 nm ist, - wobei eine Metallschicht auf dem Halbleiterelement ausgebildet ist und - wobei die Bodenfläche des konkaven Bereichs und die Metallschicht direkt aneinander gebondet sind.
  2. Halbleiterelement-Bonding-Körper nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht aus einem Material besteht, das zumindest ein Metall enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Ag, Cu, Pt und Pd besteht.
  3. Halbleiterelement-Bonding-Körper nach Anspruch 1, - wobei die Metallschicht aus einem Material besteht, das Au enthält, - wobei das Metall, das den Bereich des Montageelements bildet, in dem der konkave Bereich ausgebildet ist, Cu enthält, und - wobei an einer Grenze zwischen der Bodenfläche des konkaven Bereichs und der Metallschicht Löcher vorhanden sind, die einen mittleren Lochdurchmesser von 0,1 µm oder größer und kleiner als 0,4 µm aufweisen.
  4. Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - den Halbleiterelement-Bonding-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und - eine Wärmeabführungsplatte, die über ein Bonding-Material an das Montageelement gebondet ist.
  5. Verfahren zur Herstellung des Halbleiterelement-Bonding-Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das folgende Schritte umfasst: - einen Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs, bei dem das Montageelement mit dem darin ausgebildeten konkaven Bereich hergestellt wird; - einen Montage-Schritt, bei dem das Halbleiterelement nach dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs in dem konkaven Bereich angeordnet wird, wobei die auf dem Halbleiterelement ausgebildete Metallschicht auf der Bodenfläche des konkaven Bereichs liegt; und - einen Bonding-Schritt, bei dem die Metallschicht und das Montageelement aneinander gebondet werden, indem nach dem Montage-Schritt Wärme mit einer Temperatur von 200 °C oder höher und niedriger als 350 °C sowie eine Druckbeaufschlagungs-Kraft von 1 MPa oder höher und geringer als 50 MPa angewendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der konkave Bereich bei dem Schritt zur Bildung eines konkaven Bereichs in dem Montageelement gebildet wird, indem ein Druck-Arbeitsgang mit einem Anpressdruck von 80 MPa oder höher und von 120 MPa oder niedriger an dem Montageelement durchgeführt wird.
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