(57)【要約】【課題】金属部材と他の部材とをＡｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して接合する際に、接合信頼性を向上させることが可能な金属複合体、この金属複合体からなる回路基板、この回路基板を備えた半導体装置、及び金属複合体の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁層１１と、この絶縁層１１の一方の面又は他方の面に配設された金属部材１２と、を備えた金属複合体１０であって、前記金属部材１２のうち前記絶縁層１１が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層１２ａが形成されており、前記金属部材１２と前記Ａｇ下地層１２ａとが固相拡散接合されていることを特徴とする。【選択図】図１
2014175492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、この絶縁層の一方の面又は他方の面に配設された金属部材と、を備えた金属複合体であって、
前記金属部材のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、
前記金属部材と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴とする金属複合体。
【請求項２】
請求項１に記載の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された前記金属部材からなる回路層を備え、
前記回路層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、
前記回路層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１に記載の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された回路層と、前記絶縁層の他方の面に配設された前記金属部材からなる金属層と、を備え、
前記金属層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、
前記金属層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された回路層と、前記絶縁層の他方の面に配設された前記金属部材からなる金属層と、を備え、
前記回路層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、
前記回路層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の回路基板と、前記Ａｇ下地層に接合された半導体素子と、を備え、
Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層によって、前記Ａｇ下地層と前記半導体素子とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
絶縁層の一方の面又は他方の面に金属部材が配設された金属複合体の製造方法であって、
前記絶縁層の一方の面又は他方の面に前記金属部材を配設する工程と、
前記金属部材のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面に、Ａｇ箔又はＡｇ粉末を配設する工程と、
前記金属部材と、前記Ａｇ箔又は前記Ａｇ粉末とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層を形成する工程と、を備えることを特徴とする金属複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁層の一方の面又は他方の面に金属部材が配設された金属複合体、この金属複合体からなる回路基板、この回路基板を備えた半導体装置、及び金属複合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁層の一方の面又は他方の面に金属部材が配設された金属複合体としては、例えばＬＥＤやパワーモジュールの半導体装置等が挙げられる。この半導体装置は、導電材料からなる回路層の上に半導体素子が接合された構造とされている。
風力発電、電気自動車等の電気車両などを制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）などからなるセラミックス基板（絶縁層）上に導電性の優れた金属板を回路層（金属部材）として接合した回路基板が、従来から広く用いられている。また、セラミックス基板のうち回路層とは反対側の面に、金属板を金属層（金属部材）として接合されることもある。
特許文献１に示すパワーモジュールにおいては、回路基板の一方の面及び他方の面に、はんだを介して半導体素子及びヒートシンクが接合されており、半導体素子で発生した熱を、セラミックス基板側に伝達し、ヒートシンクを介して外部へ放散する構成とされている。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載されたパワーモジュールのように、はんだ材を介して半導体素子などの電子部品と回路層とを接合した場合には、高温環境下で使用した際にはんだの一部が溶融し、半導体素子等の電子部品と回路層との接合信頼性が低下するおそれがあった。また、はんだ材を介してヒートシンクと金属層とを接合した場合においても、同様に、接合信頼性が低下するおそれがあった。
【０００４】
一方、特許文献２に示すパワーモジュールにおいては、ろう材を介してヒートシンクと金属層とが接合された構成とされている。このように、ろう材を介してヒートシンクと金属層とを接合した場合、はんだ材の融点と比べてろう材の融点の方が高いため、高温環境下における接合信頼性が向上するが、ろう材の接合温度が高温であるために、回路基板が熱により劣化してしまう問題があった。
【０００５】
上述のはんだ材やろう材の代替として、例えば、非特許文献１には、Ａｇ粒子と有機物とを有するＡｇペースト（接合材）を用いて半導体素子を接合する技術が提案されている。
非特許文献１に記載されたＡｇペーストにおいては、Ａｇ粒子と有機物とを含有しており、Ａｇ粒子が焼結することで、導電性の焼成体からなる接合層が形成され、この接合層を介して半導体素子等の電子部品が回路層上に接合されることになる。このＡｇペーストを用いた接合では、予め回路層や電子部品の表面にＮｉＡｕやＡｇ等のメッキを形成した後に、上述の接合層を介して回路層と電子部品とが接合されている。
【０００６】
また、特許文献３には、酸化銀粒子と有機物からなる還元剤とを含む酸化銀ペースト（接合材）を用いて、半導体素子等の電子部品を回路基板上に接合する技術が提案されている。
特許文献３に記載された酸化銀ペーストにおいては、酸化銀粒子が還元剤によって還元されることによって生成するＡｇ粒子が焼結することで、導電性の焼成体からなる接合層が形成され、この接合層を介して半導体素子等の電子部品が回路層上に接合されることになる。
このように、Ａｇ粒子の焼成体によって接合層を形成した場合には、比較的低温条件で接合層を形成できるとともに接合層自体の融点は高くなるため、高温環境下においても接合強度が大きく低下しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７２３７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８１３号公報
【特許文献３】特許第４８９５９９４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃ．  Ｇｏｂｌ、他２名  「Ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｉｎｔｅｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｅ  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｆｒａｎｃｅ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、非特許文献１に開示されたように、はんだ材やろう材を使用せずにＡｇペーストを用いて回路基板に半導体素子やヒートシンクを接合する場合、接合面には予めメッキが形成されるが、メッキとＡｇ粒子の焼成体との結合力が低いために、接合信頼性が低下する問題があった。
【００１０】
また、特許文献３に開示されたように、酸化銀ペーストを用いて回路基板に半導体素子やヒートシンクを接合した場合には、回路層や金属層を構成する金属の表面に酸化物が形成されているために、接合信頼性が低下する問題があった。
【００１１】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、金属部材と他の部材とをＡｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して接合する際に、他の部材との接合信頼性を向上させることが可能な金属複合体、この金属複合体からなる回路基板、この回路基板を備えた半導体装置、及び金属複合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するために、本発明の金属複合体は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面又は他方の面に配設された金属部材と、を備えた金属複合体であって、前記金属部材のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、前記金属部材と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の金属複合体によれば、金属部材のうち絶縁層が配設された面と反対側の面に、固相拡散接合によってＡｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されているので、金属部材に、接合強度の高いＡｇ下地層を形成できる。そして、このようにＡｇ下地層が形成された金属部材が、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して他の部材に接合される場合、Ａｇ下地層と接合層とが同種の金属同士の接合となり、Ａｇ下地層と接合層との接合強度を向上させることができる。したがって、金属部材と他の部材との接合強度を十分に確保することが可能となり、接合信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の回路基板は、上述の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された前記金属部材からなる回路層を備え、前記回路層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、前記回路層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合されていることを特徴としている。
本発明の回路基板によれば、回路基板の回路層にＡｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されているので、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して、半導体素子等と回路層とを接合する場合に、半導体素子等と回路層との接合強度を確保することができる。
【００１５】
さらに、本発明の回路基板は、上述の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された回路層と、前記絶縁層の他方の面に配設された前記金属部材からなる金属層と、を備え、前記金属層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、前記金属層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合された構成とされても良い。
本発明の回路基板によれば、回路基板の金属層にＡｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されているので、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して、金属層とヒートシンク等とを接合する場合に、金属層とヒートシンク等との接合強度を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の回路基板は、上述の金属複合体からなり、前記絶縁層の一方の面に配設された回路層と、前記絶縁層の他方の面に配設された前記金属部材からなる金属層と、を備え、前記回路層のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面には、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されており、前記回路層と前記Ａｇ下地層とが固相拡散接合された構成とされても良い。
本発明の回路基板によれば、回路基板の回路層にＡｇ焼結接合用のＡｇ下地層が形成されているので、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して、半導体素子等と回路層とを接合する場合に、半導体素子等と回路層との接合強度を確保することができると共に、絶縁層の他方の面に配設された金属部材からなる金属層が備えられているので、回路基板とヒートシンク等が接合され、熱応力が負荷された場合に、回路基板とヒートシンク等の接合信頼性を確保することができる。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、上述の回路基板と、前記Ａｇ下地層に接合された半導体素子と、を備え、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層によって、前記Ａｇ下地層と前記半導体素子とが接合されていることを特徴としている。
本発明の半導体装置によれば、上述のようなＡｇ下地層と半導体素子とが、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層によって接合されているので、回路基板と半導体素子との接合強度を高くし、接合信頼性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の金属複合体の製造方法は、絶縁層の一方の面又は他方の面に金属部材が配設された金属複合体の製造方法であって、前記絶縁層の一方の面又は他方の面に前記金属部材を配設する工程と、前記金属部材のうち前記絶縁層が配設された面と反対側の面に、Ａｇ箔又はＡｇ粉末を配設する工程と、前記金属部材と、前記Ａｇ箔又は前記Ａｇ粉末とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
本発明の金属複合体の製造方法によれば、金属部材のうち絶縁層が配設された面と反対側の面に、Ａｇ箔又はＡｇ粉末を配設する工程と、金属部材と、前述のＡｇ箔又はＡｇ粉末とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層を形成する工程とを備えているので、金属部材にＡｇ焼結接合用のＡｇ下地層を確実に形成することができる。
そして、このように形成されたＡｇ下地層は、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層との接合性が良好であり、金属部材と他の部材を、接合層を介して接合した場合に、接合信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、金属部材と他の部材とをＡｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体からなる接合層を介して接合する際に、他の部材との接合信頼性を向上させることが可能な金属複合体、この金属複合体からなる回路基板、この回路基板を備えた半導体装置、及び金属複合体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る半導体装置の概略説明図である。
【図２】第一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図３】第一実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る半導体装置の概略説明図である。
【図５】第二実施形態に係る回路基板の概略説明図である。
【図６】第二実施形態に係るヒートシンクの概略説明図である。
【図７】第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図８】第二実施形態に係る回路基板の製造方法の概略説明図である。
【図９】第二実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図である。
【図１０】本発明の第三実施形態に係る半導体装置の概略説明図である。
【図１１】第三実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図１２】第三実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図である。
【図１３】本発明の第四実施形態に係る半導体装置の概略説明図である。
【図１４】図１３の半導体装置におけるアルミニウム層と銅層との接合界面の概略説明図である。
【図１５】第四実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図１６】第四実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第一実施形態）
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。
図１に、本発明の第一実施形態に係る半導体装置１を示す。この半導体装置１は、回路基板１０（金属複合体）と、この回路基板１０の一方の面（図１において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。
【００２３】
回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層を構成するセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２（金属部材）とを備えている。
【００２４】
セラミックス基板１１は、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等で構成されている。本実施形態では、放熱性の優れたＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
【００２５】
回路層１２は、セラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に、導電性を有する銅の金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１２は、純度９９．９９質量％以上の銅の圧延板を接合することで形成されている。なお、回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
この回路層１２の一方の面には、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層１２ａが形成されている。
【００２６】
Ａｇ下地層１２ａは、Ａｇ焼結接合用の下地層であり、本実施形態においては、純度９９％以上のＡｇ箔が回路層１２の一方の面に固相拡散接合されることにより形成されている。Ａｇ箔の厚さは、０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲に設定されており、本実施形態においては、０．０１ｍｍに設定されている。なお、Ａｇ下地層１２ａは、回路層１２の一方の面のうち、半導体素子３と接合される領域に形成されている。
【００２７】
半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。この半導体素子３と回路層１２は、接合層２を介して接合されている。
接合層２は、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体とされており、本実施形態においては、酸化銀粒子と有機物からなる還元剤とを含む酸化銀ペーストの焼成体とされている。すなわち、接合層２は、酸化銀が還元されたＡｇの焼成体とされているのである。ここで、酸化銀を還元することにより生成される粒子は、例えば粒径１０ｎｍ〜１μｍと非常に微細であることから、緻密なＡｇの焼成層が形成されることになる。
【００２８】
酸化銀ペーストは、酸化銀粉末（酸化銀粒子）と、還元剤と、樹脂と、溶剤と、を含有しており、本実施形態では、これらに加えて有機金属化合物粉末を含有している。
酸化銀粉末の含有量が酸化銀ペースト全体の６０質量％以上９２質量％以下とされ、還元剤の含有量が酸化銀ペースト全体の５質量％以上２０質量％以下とされ、有機金属化合物粉末の含有量が酸化銀ペースト全体の０質量％以上１０質量％以下とされており、残部が溶剤とされている。この酸化銀ペーストにおいては、焼結によって得られる接合層２に未反応の有機物が残存することを抑制するために、分散剤及び樹脂は添加していない。
【００２９】
還元剤は、還元性を有する有機物とされており、例えば、アルコール、有機酸を用いることができる。
有機金属化合物は、熱分解によって生成する有機酸によって酸化銀の還元反応や有機物の分解反応を促進させる作用を有するものであり、例えば蟻酸Ａｇ、酢酸Ａｇ、プロピオン酸Ａｇ、安息香酸Ａｇ、シュウ酸Ａｇなどのカルボン酸系金属塩等が適用される。
なお、この酸化銀ペーストは、その粘度が１０Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは５０Ｐａ・ｓ以上３００Ｐａ・ｓ以下に調整されている。
【００３０】
次に、本実施形態である半導体装置１の製造方法について、図２に示すフロー図を参照して説明する。
まず、Ａｇ及び窒化物形成元素を含む銅部材接合用ペーストを用いてセラミックス基板１１の一方の面に銅板２３を接合し、回路層１２を形成する（回路層形成工程Ｓ０１）。ここで、銅部材接合用ペーストは、Ａｇおよび窒化物形成元素を含む粉末成分と、樹脂と、溶剤と、分散剤と、可塑剤と、還元剤と、を含有するものであり、粉末成分は、Ａｇ及び窒化物形成元素以外に、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を含有するものとされている。
【００３１】
具体的には、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面にスクリーン印刷によって、銅部材接合用ペーストを塗布して乾燥させることにより、Ａｇ及び窒化物形成元素層２５を形成する。このＡｇ及び窒化物形成元素層２５の厚さは、乾燥後で６０μｍ以上３００μｍ以下とされている。次に、銅板２２をセラミックス基板１１の一方の面側に積層する。すなわち、セラミックス基板１１と銅板２２との間にＡｇ及び窒化物形成元素層２５を介在させる。
【００３２】
そして、銅板２２、セラミックス基板１１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入して加熱することにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２を形成する。この加熱時において、Ａｇ及び窒化物形成元素層２５のＡｇが銅板２２に向けて拡散する。このとき、銅板２２の一部がＣｕとＡｇとの共晶反応によって溶融し、銅板２２とセラミックス基板１１との界面に、溶融金属領域が形成されることになる。そして、溶融金属領域が凝固することにより、セラミックス基板１１と銅板２２とが接合され、回路層１２が形成される。
ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は７９０℃以上８５０℃以下の範囲内に設定している。
なお、凝固が終了した後では、Ａｇ及び窒化物形成元素層２５のＡｇが十分に拡散されており、セラミックス基板と銅板との接合界面にＡｇ及び窒化物形成元素層２５が残存することはない。
【００３３】
次に、Ａｇ箔２２ａを回路層１２の一方の面に積層する（Ａｇ箔積層工程Ｓ０２）。
次いで、Ａｇ箔２２ａ及び回路層１２が形成されたセラミックス基板１１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入し加熱して、Ａｇ箔２２ａと回路層１２とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層１２ａを形成する（Ａｇ下地層形成工程Ｓ０３）。
【００３４】
ここで、本実施形態ではＡｇ下地層形成工程Ｓ０３において、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は３５０℃以上７７９℃以下、保持時間は１５分以上２７０分以下の範囲内に設定している。また、より好ましい加熱温度は、ＡｇとＣｕの共晶温度（７７９．１℃）より５℃低い温度から共晶温度未満の範囲とされている。
なお、回路層１２とＡｇ箔２２ａとの接合される面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされた後に、固相拡散接合されている。
上記のようにして、本実施形態である回路基板１０が製造される。
【００３５】
次に、Ａｇ下地層１２ａの表面に、接合層２となる酸化銀ペースト４を塗布する（酸化銀ペースト塗布工程Ｓ０４）。
なお、酸化銀ペースト４を塗布する際には、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、感光性プロセス等の種々の手段を採用することができる。本実施形態では、スクリーン印刷法によって酸化銀ペースト４を印刷した。
【００３６】
次に、酸化銀ペースト４を塗布した状態で乾燥（例えば、室温、大気雰囲気で２４時間保管）した後、回路基板１０の酸化銀ペースト４の上に半導体素子３を積層する（半導体素子積層工程Ｓ０５）。
そして、半導体素子３と回路基板１０とを積層した状態で加熱炉内に装入し、酸化銀ペースト４の焼成を行う（焼成工程Ｓ０６）。このとき、半導体素子３と回路基板１０とを積層方向に加圧した状態で加熱することによって、より確実に接合することができる。この場合、加圧圧力は０．５〜１０ＭＰａとすることが望ましい。
このようにして、Ａｇ下地層１２ａの上に接合層２が形成され、半導体素子３と回路層１２とが接合される。これにより、本実施形態である半導体装置１が製造される。
【００３７】
以上のような構成とされた本実施形態に係る半導体装置１及び回路基板１０によれば、回路層１２とＡｇ箔２２ａとが固相拡散接合によって接合され、Ａｇ下地層１２ａが形成されているので、回路層１２とＡｇ下地層１２ａとの接合強度を十分に高くすることができる。そして、このＡｇ下地層１２ａが形成された回路基板１０と半導体素子３とが、酸化銀ペースト４の焼成体からなる接合層２を介して接合されているので、Ａｇ下地層１２ａと接合層２とが同種の金属（Ａｇ）同士の接合となり、Ａｇ下地層１２ａと接合層２との接合強度を向上させることができる。したがって、回路基板１０と半導体素子３との接合強度を十分に確保することが可能となり、接合信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、回路層１２とＡｇ箔２２ａとの固相拡散接合は、回路層１２とＡｇ箔２２ａを積層し、積層方向へ１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２圧力をかけられた状態で３５０℃以上７７９℃以下に保持する構成とされているので、Ｃｕからなる回路層１２中にＡｇ箔２２ａのＡｇ原子を固相拡散させ、Ａｇ箔２２ａ中に回路層１２のＣｕ原子を固相拡散させて固相拡散接合し、回路層１２の一方の面にＡｇ下地層１２ａを確実に形成することができる。
【００３９】
固相拡散接合する際に回路層１２及びＡｇ箔２２ａにかかる圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ２未満の場合は、回路層１２とＡｇ箔２２ａとを十分に接合させることが困難となり、回路層１２とＡｇ箔２２ａとの間に隙間が生じる場合がある。また、３５ｋｇｆ／ｃｍ２を超える場合には、負荷される荷重が高すぎるために、セラミックス基板１１に割れが発生することがある。このような理由により、固相拡散接合の際にかかる圧力は、上記の範囲に設定されている。
【００４０】
固相拡散接合する際の温度が３５０℃以上の場合には、Ａｇ原子とＣｕ原子との拡散が促進され、短時間で十分に固相拡散させることができる。また、７７９℃以下の場合には、ＡｇとＣｕとの液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることを抑制できる。そのため、固相拡散接合の好ましい温度範囲は、上記の範囲に設定されている。
【００４１】
また、固相拡散接合時におけるより望ましい加熱温度は、ＡｇとＣｕの共晶温度（７７９．１℃）より５℃低い温度から共晶温度未満の範囲とされている。このような温度範囲を選択したときには、液相が形成されずＡｇとＣｕの化合物が生成されないので、固相拡散接合の接合信頼性が良好となることに加えて、固相拡散接合の際の拡散速度が速く、比較的短時間で固相拡散接合できる。
【００４２】
また、固相拡散接合する際に、接合される面に傷がある場合、固相拡散接合時に隙間が生じる場合があるが、本実施形態では、回路層１２とＡｇ箔２２ａとの接合される面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされた後に、固相拡散接合されているので、それぞれの接合界面に隙間が生じることを抑制して接合することが可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、接合層２が、酸化銀粉末と還元剤とを含む酸化銀ペースト４の焼成体とされているので、酸化銀ペースト４を焼成する際に、酸化銀が還元剤によって還元されて微細なＡｇ粒子となり、接合層２を緻密な構造とすることができる。また、還元剤は、酸化銀を還元する際に分解されるため、接合層２中に残存しにくく、接合層２における導電性及び強度を確保することができる。さらに、酸化銀ペースト４は、例えば３００℃といった比較的低温条件で焼成することが可能であるため、半導体素子３の接合温度を低く抑えることができ、半導体素子３への熱負荷を低減することができる。
【００４４】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に、本発明の第二実施形態に係る半導体装置１０１を示す。この半導体装置１０１は、回路基板１１０と、この回路基板１１０の一方の面（図４において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３と、回路基板１１０の他方の面に接合層５を介して接合されたヒートシンク１３０とを備えている。
【００４６】
回路基板１１０は、図５に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図５において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図５において下面）に配設された金属層１１３と、を備えている。
回路層１２は、第一実施形態と同様の構成であり、回路層１２の一方の面には、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層１２ａが形成されている。
【００４７】
金属層１１３は、セラミックス基板１１の他方の面（図５において上面）に、導電性を有するアルミニウムの金属板が接合されることにより形成されている。第二実施形態においては、金属層１１３は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。なお、金属層１１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
この金属層１１３のうちセラミックス基板１１が接合された面と反対側の面には、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層１１３ａが形成されている。なお、Ａｇ下地層１１３ａは、第一実施形態で説明したＡｇ下地層１２ａと同様の構成とされており、Ａｇ焼結接合用の下地層として形成されるものである。
【００４８】
ヒートシンク１３０は、回路基板１１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク１３０は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、Ａ６０６３（Ａｌ合金）で構成されている。このヒートシンク１３０には、冷却用の流体が流れるための流路１３１が設けられている。
ヒートシンク１３０の一方の面（図６において上面）には、図６に示すように、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層１３０ａが形成されている。このＡｇ下地層１３０ａは、上述のＡｇ下地層１２ａ、１１３ａと同様の構成とされており、Ａｇ焼結接合用の下地層として形成されている。
【００４９】
接合層５は、接合層２と同様に、Ａｇ粒子及び酸化銀粒子の少なくとも一方又は両方と有機物とを含む接合材の焼成体とされており、本実施形態においては、酸化銀粒子と有機物からなる還元剤とを含む酸化銀ペーストの焼成体とされている。
【００５０】
次に、本実施形態である半導体装置１０１、回路基板１１０の製造方法について、図７に示すフロー図を参照して説明する。
まず、第一実施形態と同様にして、Ａｇ及び窒化物形成元素を含む銅部材接合用ペーストを用いてセラミックス基板１１の一方の面に銅板２３を接合し、回路層１２を形成する（回路層形成工程Ｓ１１）。具体的には、図８に示すように、セラミックス基板１１の一方の面にスクリーン印刷によって、銅部材接合用ペーストを塗布して乾燥させることにより、Ａｇ及び窒化物形成元素層２５を形成する。次に、銅板２２をセラミックス基板１１の一方の面側に積層する。そして、銅板２２、セラミックス基板１１を積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に挿入して加熱することにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２を形成する。
【００５１】
次に、Ａｇ箔２２ａを回路層１２の一方の面に、アルミニウム板１２３をセラミックス基板１１の他方の面に積層する（Ａｇ箔及びアルミニウム板積層工程Ｓ１２）。このとき、セラミックス基板１１とアルミニウム板１２３との間には、厚さ５〜５０μｍのろう材箔１２６を介在させる。本実施形態では、厚さ１４μｍのろう材とした。また、ろう材箔１２６は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。
【００５２】
次いで、Ａｇ箔２２ａ及びアルミニウム板１２３を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入し加熱して、Ａｇ箔２２ａと回路層１２とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層１２ａを形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面にろう材箔１２６を融解、凝固させて金属層１１３を形成する（Ａｇ下地層及び金属層形成工程Ｓ１３）。
ここで、Ａｇ下地層及び金属層形成工程Ｓ１３において、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度５５０℃以上６５０℃以下、保持時間は３０分以上１８０分以下の範囲内に設定している。
【００５３】
次に、金属層１１３のうちセラミックス基板１１に接合された面と反対側の面にＡｇ箔１２３ａを積層する（Ａｇ箔積層工程Ｓ１４）。
次いで、積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入し加熱して、Ａｇ箔１２３ａと金属層１１３とを固相拡散接合し、金属層１１３の下面にＡｇ下地層１１３ａを形成する（Ａｇ下地層形成工程Ｓ１５）。
ここで、Ａｇ下地層形成工程Ｓ１５において、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は３５０℃以上５６７℃未満、保持時間は３０分以上１８０分以下の範囲内に設定している。固相拡散接合のより好ましい加熱温度は、ＡｇとＡｌの共晶温度（５６７．０℃）より５℃低い温度から共晶温度未満の範囲とされている。
なお、本実施形態において、Ａｇ箔１２３ａと金属層１１３との接合される面は、予め当該面の傷が除去されている。
上記のようにして、本実施形態である回路基板１１０が製造される。
【００５４】
次に、図９に示すように、Ａｇ下地層１２ａ、１１３ａの表面に、接合層２、５となる酸化銀ペースト４、６を塗布する（酸化銀ペースト塗布工程Ｓ１６）。
なお、酸化銀ペースト４、６を塗布する際には、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、感光性プロセス等の種々の手段を採用することができる。本実施形態では、スクリーン印刷法によって酸化銀ペースト４、６を印刷した。
【００５５】
次に、酸化銀ペースト４、６を乾燥（例えば、室温、大気雰囲気で２４時間保管）させた後、酸化銀ペースト４の上に半導体素子３を積層し、酸化銀ペースト６の下にヒートシンクを積層する（半導体素子及びヒートシンク積層工程Ｓ１７）。なお、第二実施形態では、Ａｇ下地層形成工程Ｓ１５と同様にして、ヒートシンク１３０の一方の面に、固相拡散接合によってＡｇ箔で構成されたＡｇ下地層１３０ａが予め形成されている。
【００５６】
そして、半導体素子３、回路基板１１０、及びヒートシンク１３０を積層した状態で加熱炉内に装入し、酸化銀ペースト４の焼成を行う（焼成工程Ｓ１８）。このとき、積層方向に加圧した状態で加熱することによって、より確実に、半導体素子３、回路基板１１０、及びヒートシンク１３０を接合することができる。この場合、加圧圧力は０．５〜１０ＭＰａとすることが望ましい。
このようにして、回路基板１１０とヒートシンク１３０とが接合層５を介して接合される。
上記のようにして本実施形態である半導体装置１０１が製造される。
【００５７】
上記のような構成とされた第二実施形態に係る半導体装置１０１、及び回路基板１１０によれば、第一実施形態で述べた半導体装置１及び回路基板１０と同様の効果を奏することができる。
さらに、第二実施形態においては、Ａｇ下地層１１２ａと金属層１１３とを同時に形成する構成とされているので、製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。また、半導体素子３及びヒートシンク１３０も、回路基板１１０に同時に接合する構成とされているので、製造コストを低減できる。
【００５８】
また、Ａｇ下地層形成工程Ｓ１５において、３５０℃以上５６７℃未満で加熱することにより、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層１１３とＡｇ箔１２３ａとを固相拡散接合する構成とされているので、金属層１１３の下面に確実にＡｇ下地層１１３ａを形成することができる。
【００５９】
固相拡散接合する際の加熱温度が３５０℃以上の場合には、Ａｇ原子とＡｌ原子との拡散が促進され、短時間で十分に固相拡散させることができる。また、５６７℃未満の場合には、ＡｇとＡｌとの液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることを抑制できる。そのため、Ａｇ下地層形成工程Ｓ１５において温度範囲は、上記の範囲に設定されている。
さらに、固相拡散接合のより好ましい加熱温度は、ＡｇとＡｌの共晶温度（５６７．０℃）より５℃低い温度から共晶温度未満の範囲とされているので、液相が形成されずＡｇとＡｌの化合物が生成されず、固相拡散接合の接合信頼性が良好となることに加えて、固相拡散接合の際の拡散速度が速く、比較的短時間で固相拡散接合できる。
【００６０】
さらに、金属層１１３とヒートシンク１３０との接合面には、固相拡散接合によって形成されたＡｇ下地層１１３ａ、１３０ａが形成されたうえで、酸化銀ペースト６の焼成体からなる接合層５を介して接合されているので、金属層１１３とヒートシンク１３０との接合強度を高くすることができる。したがって、金属層１１３とヒートシンク１３０との接合信頼性を向上可能となり、回路基板１１０側からの熱を、ヒートシンク１３０を介してより効率よく放散できる。
【００６１】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００６２】
図１０に、本発明の第二実施形態に係る半導体装置２０１を示す。この半導体装置２０１は、回路基板２１０と、この回路基板２１０の一方の面（図１０において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３とを備えている。
【００６３】
回路基板２１０は、図１０に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１０において上面）に配設された回路層２１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１０において下面）に配設された金属層２１３と、を備えている。
【００６４】
回路層２１２は、セラミックス基板１１の一方の面に、導電性を有するアルミニウムの金属板が接合されることにより形成されている。この回路層２１２は、純度９９．９９％以上のアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。なお、回路層２１２の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
回路層２１２の一方の面（図１０において上面）には、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層２１２ａが形成されている。なお、Ａｇ下地層２１２ａは、第一実施形態で説明したＡｇ下地層１２ａと同様の構成とされており、Ａｇ焼結接合用の下地層として形成されるものである。
【００６５】
金属層２１３は、セラミックス基板１１の他方の面に、導電性を有するアルミニウムの金属板が接合されることにより形成されている。この金属層２１３は、回路層２１２と同様に、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。なお、金属層２１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
【００６６】
次に、本実施形態である半導体装置２０１、回路基板２１０の製造方法について、図１１に示すフロー図を参照して説明する。
まず、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に、ろう材箔２２６を介して、回路層２１２及び金属層２１３となるアルミニウム板２２２、２２３を積層する。本実施形態においては、ろう材箔２２６は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。そして、アルミニウム板２２２、２２３、及びセラミックス基板１１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で、加熱炉内に挿入し加熱して、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に回路層２１２及び金属層２１３を形成する（回路層及び金属層形成工程Ｓ２１）。ここで、回路層及び金属層形成工程Ｓ２１において、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
【００６７】
次に、Ａｇ箔２２２ａを回路層２１２の一方の面に積層する（Ａｇ箔積層工程Ｓ２２）。
次いで、積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入し加熱して、Ａｇ箔２２２ａとアルミニウムからなる回路層２１２とを固相拡散接合し、Ａｇ焼結接合用のＡｇ下地層２１２ａを形成する（Ａｇ下地層形成工程Ｓ２３）。
ここで、Ａｇ下地層形成工程Ｓ２３において、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度３５０℃以上５６７℃未満、保持時間は３０分以上１８０分以下の範囲内に設定している。
Ａｇ下地層形成工程Ｓ２３において、固相拡散接合のより好ましい加熱温度は、ＡｇとＡｌの共晶温度（５６７．０℃）より５℃低い温度から共晶温度未満とされている。
上記のようにして、本実施形態である回路基板２１０が製造される。
【００６８】
次に、Ａｇ下地層２１２ａの表面に、接合層２となる酸化銀ペースト４を塗布する（酸化銀ペースト塗布工程Ｓ２４）。
なお、酸化銀ペースト４を塗布する際には、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、感光性プロセス等の種々の手段を採用することができる。本実施形態では、スクリーン印刷法によって酸化銀ペースト４を印刷した。
【００６９】
次に、酸化銀ペースト４を乾燥（例えば、室温、大気雰囲気で２４時間保管）させた後、酸化銀ペースト４の上に半導体素子３を積層する（半導体素子積層工程Ｓ２５）。
そして、半導体素子３及び回路基板２１０を積層した状態で加熱炉内に装入し、酸化銀ペースト４の焼成を行う（焼成工程Ｓ２６）。このとき、積層方向に加圧した状態で加熱することによって、より確実に、半導体素子３と回路基板２１０とを接合することができる。この場合、加圧圧力は０．５〜１０ＭＰａとすることが望ましい。
このようにして、半導体素子３と回路基板２１０とが接合層２を介して接合される。
上記のようにして本実施形態である半導体装置２０１が製造される。
【００７０】
上記のような構成とされた第三実施形態に係る半導体装置２０１、及び回路基板２１０によれば、第一実施形態で述べた半導体装置１及び回路基板１０と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
また、Ａｇ下地層形成工程Ｓ２３において、３５０℃以上５６７℃未満で加熱することにより、アルミニウム（Ａｌ）からなる回路層２１２とＡｇ箔２２２ａとを固相拡散接合する構成とされているので、回路層２１２の上面に確実にＡｇ下地層２１２ａを形成することができる。
【００７２】
固相拡散接合する際の加熱温度が３５０℃以上の場合には、Ａｇ原子とＡｌ原子との拡散が促進され、短時間で十分に固相拡散させることができる。また、５６７℃未満の場合には、ＡｇとＡｌとの液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることを抑制できる。そのため、Ａｇ下地層形成工程Ｓ２３において温度範囲は、上記の範囲に設定されている。
【００７３】
さらに、セラミックス基板１１の一方の面には、比較的強度が低いアルミニウムからなる回路層２１２が形成されているので、半導体装置２０１にヒートサイクルが負荷された際に回路層２１２が低い応力で変形でき、セラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
【００７４】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００７５】
図１３に、本発明の第四実施形態に係る半導体装置３０１を示す。この半導体装置３０１は、回路基板３１０と、この回路基板３１０の一方の面（図１３において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３とを備えている。
【００７６】
回路基板３１０は、図１３に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１３において上面）に配設された回路層３１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１３において下面）に配設された金属層３１３と、を備えている。
【００７７】
回路層３１２は、セラミックス基板の一方の面に形成されたアルミニウム層３１５と、このアルミニウム層３１５の一方の面に積層された銅層３１６と、を有している。
アルミニウム層３１５は、アルミニウムの金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム層３１５は、純度９９．９９％以上のアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。
銅層３１６は、無酸素銅の圧延板からなる銅板３２６がアルミニウム層３１５に固相拡散接合されることにより形成されている。
そして、これらのアルミニウム層３１５と銅層３１６との界面には、図１４に示すように、拡散層３５０が形成されている。
【００７８】
拡散層３５０は、アルミニウム層３１５のＡｌ原子と、銅層３１６のＣｕ原子とが相互拡散することによって形成されるものである。この拡散層３５０においては、アルミニウム層３１５から銅層３１６に向かうにしたがい、漸次アルミニウム原子の濃度が低くなり、かつ銅原子の濃度が高くなる濃度勾配を有している。
【００７９】
この拡散層３５０は、図１４に示すように、ＡｌとＣｕからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、この拡散層３５０の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
本実施形態では、図１４に示すように、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、アルミニウム層３１５側から銅層３１６側に向けて順に、θ相３５１、η２相３５２、ζ２相３５３とされている。
【００８０】
また、この拡散層３５０と銅層３１６との接合界面には、酸化物３５４が、接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物３５４は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物３５４は、拡散層３５０と銅層３１６との界面に分断された状態で分散しており、拡散層３５０と銅層３１６とが直接接触している領域も存在している。
【００８１】
回路層３１２の一方の面（図１３において上面）には、Ａｇ箔で構成されたＡｇ下地層３１２ａが形成されている。なお、Ａｇ下地層３１２ａは、第一実施形態で述べたＡｇ下地層１２ａと同様の構成とされており、Ａｇ焼結接合用の下地層として形成されるものである。
【００８２】
金属層３１３は、セラミックス基板１１の他方の面に、導電性を有するアルミニウムの金属板が接合されることにより形成されている。この金属層３１３は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。
【００８３】
次に、本実施形態である半導体装置３０１、回路基板３１０の製造方法について、図１５に示すフロー図を参照して説明する。
まず、図１６に示すように、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に、ろう材箔２２６を介して、アルミニウム層３１５及び金属層３１３となるアルミニウム板３２５、３２３を積層する。本実施形態においては、ろう材箔２２６は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。そして、アルミニウム板３２５、３２３、及びセラミックス基板１１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で、加熱炉内に挿入し加熱して、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面にアルミニウム層３１５及び金属層３１３を形成する（アルミニウム層及び金属層形成工程Ｓ３１）。アルミニウム層及び金属層形成工程Ｓ３１において、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
【００８４】
ここで、本実施形態においては、銅層３１６となる銅板３２６と、Ａｇ下地層３１２ａとなるＡｇ箔とを、第一実施形態で述べたＡｇ下地層形成工程Ｓ０３と同様にして、固相拡散接合によって接合する（Ａｇ下地層形成工程Ｓ３２）。
【００８５】
次にアルミニウム層３１５の一方の面に、Ａｇ下地層３１２ａが形成された銅板３２６を積層する（銅板積層工程Ｓ３３）。
次いで、アルミニウム層３１５と金属層３１３が形成されたセラミックス基板１１と銅板３２６とを、積層方向に加圧（圧力３〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に挿入し加熱して、アルミニウム層３１５と銅板３２６とを固相拡散接合し、アルミニウム層の一方の面に銅層３１６を形成する（銅層形成工程Ｓ３４）。ここで、銅層形成工程Ｓ３４において、加熱温度は４００℃以上５４８℃以下、加熱時間は１５分以上２７０分以下とされている。
さらに、固相拡散接合のより好ましい温度は、ＡｌとＣｕの共晶温度（５４８．８℃）より５℃低い温度から共晶温度未満とされている。
こうして、セラミックス基板１１の一方の面に、Ａｇ下地層３１２ａが形成された回路層が形成される。
上記のようにして、本実施形態である回路基板３１０が製造される。
【００８６】
次に、Ａｇ下地層３１２ａの表面に、接合層２となる酸化銀ペースト４を塗布する（酸化銀ペースト塗布工程Ｓ３５）。
次に、酸化銀ペースト４を塗布した状態で回路基板３１０を乾燥（例えば、室温、大気雰囲気で２４時間保管）した後、回路基板３１０の酸化銀ペースト４の上に半導体素子３を積層する（半導体素子積層工程Ｓ３６）。
【００８７】
そして、半導体素子３及び回路基板３１０を積層した状態で加熱炉内に装入し、酸化銀ペースト４の焼成を行う（焼成工程Ｓ３７）。このとき、積層方向に加圧した状態で加熱することによって、より確実に、半導体素子３と回路基板３１０とを接合することができる。この場合、加圧圧力は０．５〜１０ＭＰａとすることが望ましい。
このようにして、半導体素子３と回路基板３１０とが接合層２を介して接合される。
上記のようにして本実施形態である半導体装置３０１が製造される。
【００８８】
上記のような構成とされた第四実施形態に係る半導体装置３０１、及び回路基板３１０によれば、第一実施形態で述べた半導体装置１及び回路基板１０と同様の効果を奏することができる。
【００８９】
また、回路層３１２が銅層３１６を有しているので、半導体素子３から発生する熱を回路基板３１０側へ伝達する際に、回路層３１２の銅層３１６で面方向に拡げて効率的に放散することができる。
さらに、セラミックス基板１１の一方の面に、比較的変形抵抗の小さいアルミニウム層３１５が形成されており、ヒートサイクルが負荷された場合に、セラミックス基板１１と回路層３１２との熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力をアルミニウム層３１５が吸収するので、セラミックス基板１１に割れが発生することを抑制でき、接合に対する高い信頼性を得ることができる。
また、アルミニウム層３１５の一方の面には、比較的変形抵抗の大きい銅層３１６が形成されているので、パワーサイクルが負荷された場合に、回路層３１２の変形を抑制することができる。そのため、パワーサイクルに対する高い信頼性を得ることができる。
【００９０】
また、本実施形態においては、アルミニウム層３１５と銅板３２６とを固相拡散接合する際の温度が４００℃以上とされているので、Ａｌ原子とＣｕ原子との拡散が促進され、短時間で十分に固相拡散させることができる。また、固相拡散接合する際の温度が５４８℃以下の場合には、ＡｌとＣｕとの液相が生じて接合界面にコブが生じたり、厚みが変動したりすることを抑制できる。
さらに、アルミニウム層３１５と銅板３２６との固相拡散接合のより好ましい加熱温度は、ＡｌとＣｕの共晶温度（５４８．８℃）より５℃低い温度から共晶温度未満の範囲とされているので、液相が形成されずＡｌとＣｕの化合物が生成されず、固相拡散接合の接合信頼性が良好となることに加えて、固相拡散接合の際の拡散速度が速く、比較的短時間で固相拡散接合できる。
【００９１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００９２】
例えば、上記実施形態では、銅部材接合用ペーストの粉末成分は、Ａｇ及び窒化物形成元素以外に、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上の添加元素を含有するものとしたが、粉末成分がＡｇ，Ｃｕ，Ｔｉからなるペーストを用いることもできる。
【００９３】
また、上記実施形態では、接合層が、酸化銀粉末と還元剤とを含む酸化銀ペーストの焼成体とされているが、これに限定されることなく、ナノ銀ペーストの焼成体とされていても良い。また、Ａｇ粉末を含む導電性接着剤で接合層を構成することも可能である。
【００９４】
なお、上記の実施形態では、固相拡散接合によって回路層及び金属層にＡｇ箔を接合し、Ａｇ下地層を形成する場合について説明したが、Ａｇ粉末を回路層及び金属層に固相拡散接合することによってＡｇ下地層を形成する構成とされても良い。
例えば、溶剤と銀粉末が混合された銀ペーストを回路層及び金属層に印刷し、十分に乾燥させ、高温でも銀と反応しない窒化アルミニウムなどのセラミック等で積層方向に加圧（例えば、加圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）をし、加熱することでもＡｇ下地層を得ることができる。
【００９５】
また、上記の実施形態では、セラミックス基板の一方の面及び他方の面に形成されるアルミニウム層、回路層、及び金属層を、純度９９．９９％の純アルミニウムの圧延板として説明したが、これに限定されることはなく、純度９９％のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）やアルミニウム合金等であっても良い。
【００９６】
また、上記の実施形態では、銅層及び回路層は無酸素銅の銅板で構成されている場合について説明したが、これに限定されることはなく、その他の純銅や銅合金等の銅板で構成されても良い。
また、上記の実施形態では、回路層がアルミニウム層と銅層とが固相拡散接合されている場合について説明したが、回路層が銅層とアルミニウム層のクラッド材で構成されても良い。
さらに、絶縁層としてＡｌＮからなるセラミックス基板を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌ２Ｏ３等からなるセラミックス基板を用いても良いし、絶縁樹脂によって絶縁層を構成しても良い。
【００９７】
また、上記実施形態では、金属層を純度９９．９９％の純アルミニウムで構成されている場合について説明したが、これに限定されることなく、金属層がセラミックス基板の他方の面に配設されたアルミニウム層と、このアルミニウム層のうちセラミックス基板が配設された面と反対側の面に積層された銅層とを有する構成とされても良い。
【実施例】
【００９８】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
（本発明例１〜４）
表１に示す金属部材上に、１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．０１ｍｍｔのＡｇ箔を固相拡散接合することによりＡｇ下地層を形成した。なお、固相拡散接合は、真空加熱炉内の圧力を１０−６Ｐａ以上、１０−３Ｐａ以下の範囲内に設定し、表１に示す条件で実施した。
【００９９】
そして、Ａｇ下地層上に酸化銀ペーストを塗布（塗布厚さ：５０μｍ）し、さらに２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×０．２ｍｍｔのＳｉ板を配置し、酸化銀ペーストを焼成することで接合層を形成して、金属部材とＳｉ板とを接合した。なお、Ｓｉ板には、Ａｕ膜を形成した後に接合を行った。
【０１００】
ここで、酸化銀ペーストとして、市販の酸化銀粉末（和光純薬工業株式会社製）と、還元剤としてミリスチルアルコールと、溶剤として２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノ（２−メチルプロパノエート）と、を用いて、酸化銀粉末；８０質量％、還元剤（ミリスチルアルコール）；１０質量％、溶剤（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノ（２−メチルプロパノエート））；残部、の割合で混合した酸化銀ペーストを用いた。
また、焼成条件として、焼成温度を３００℃、焼成時間を１０分、加圧圧力を５ＭＰａとした。さらに、本発明例１、２は真空雰囲気で酸化銀ペーストの焼成を行い、本発明例３、４は大気雰囲気で酸化銀ペーストの焼成を実施した。
上記のようにして、本発明例１〜４の接合体を作製した。
【０１０１】
（比較例１、２）
比較例１、２については、金属部材上にＡｇ下地層を形成しないこと以外は本発明例１、２と同様にして作製した。すなわち、金属部材上にＡｇ下地層を形成せずに、酸化銀ペーストを焼成した接合層によって、金属部材とＳｉ板とを接合することにより比較例１、２の接合体を作製した。なお、比較例１、２は、真空雰囲気で酸化銀ペーストの焼成を実施した。
【０１０２】
（比較例３、４）
比較例３、４については、金属部材上にメッキによってＡｇ下地層を形成すること以外は、本発明例１、２と同様にして作製した。すなわち、金属部材上にメッキによってＡｇ下地層を形成した後に、酸化銀ペーストを焼成した接合層によって、金属部材とＳｉ板とを接合することにより比較例３、４の接合体を作製した。なお、比較例３、４は、真空雰囲気で酸化銀ペーストの焼成を実施した。
【０１０３】
上記のようにして得られた接合体において、クロスセクションポリッシャ（日本電子株式会社製ＳＭ−０９０１０）を用いて、イオン加速電圧：５ｋＶ、加工時間：１４時間、遮蔽板からの突出量：１００μｍでイオンエッチングした断面を走査型電子顕微鏡（カール  ツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５）を用いて、加速電圧：１ｋＶ、ＷＤ：２．５ｍｍでＩｎ−Ｌｅｎｓ像、ＥＳＢ像の撮影及びＥＤＳ分析を行い、固相拡散の有無を調べた。
【０１０４】
また、得られた接合体において、シェアテストによって、シェア強度（せん断強度）の測定を行った。Ｓｉ板を上にして金属部材を水平に固定し、Ｓｉ板をシェアツールで横から水平に押圧して、金属部材とＳｉ板との接合が破壊されたときの強度及び破壊の位置（破壊モード）を確認した。なお、強度は、３回のシェア強度試験を実施してその平均値とした。結果を表１に示す。
【０１０５】
【表１】
2014175492.tif 000003
【０１０６】
金属部材にＡｇ下地層を固相拡散接合した本発明例１〜４ではシェア強度が３７ＭＰａ以上であり、金属部材とＳｉ板との接合強度が高く、また、破壊もＡｇ接合層内で起こっていることから、十分な接合強度が確保されていることが確認された。
金属部材にＡｇ下地層を形成しなかった比較例１、２では、シェア強度が５ＭＰａ以下と低く、破壊もＡｇ接合層と金属部材の界面で発生していた。
金属部材にＡｇ下地層をメッキで形成した比較例３、４では、シェア強度が８ＭＰａ以下であり、本発明例よりも接合強度が低下した。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１０１、２０１、３０１  半導体装置
２  接合層
３  半導体素子（他の部材）
４  酸化物ペースト（接合材）
１０、１１０、２１０、３１０  回路基板（金属複合体）
１１  セラミックス基板（絶縁層）
１２、２１２、３１２  回路層（金属部材）
１２ａ、１１３ａ、２１２ａ、３１２ａ  Ａｇ下地層
１１３、２１３、３１３  金属層（金属部材）
２２ａ、１２３ａ、２２２ａ  Ａｇ箔
【図１】
2014175492.tif 000004
【図２】
2014175492.tif 000005
【図３】
2014175492.tif 000006
【図４】
2014175492.tif 000007
【図５】
2014175492.tif 000008
【図６】
2014175492.tif 000009
【図７】
2014175492.tif 000010
【図８】
2014175492.tif 000011
【図９】
2014175492.tif 000012
【図１０】
2014175492.tif 000013
【図１１】
2014175492.tif 000014
【図１２】
2014175492.tif 000015
【図１３】
2014175492.tif 000016
【図１４】
2014175492.tif 000017
【図１５】
2014175492.tif 000018
【図１６】
2014175492.tif 000019