(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと導電接続体を有する半導体装置において、前記導電接続体が、導電ポストであり、被接合材に固着される前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて凹部が一個形成されていて、前記凹部において金属ナノ粒子を用いて被接合材と接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記導電ポストの先端の形状が、テーパー状、階段状および階段状とテーパー状とを組み合わせた形状から選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電ポストの先端の底面の凹部の形状が、球状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記被接合材が、半導体チップの表面電極であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導電接続体の先端の底面を凹部の深さが、１０μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
先端に凹部が形成された導電接続体と、被接合材とを少なくとも備え、前記導電接続体が、導電ポストであり、前記凹部が前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて一個形成されていて、前記導電接続体および被接合材が、前記凹部に密に充填され、焼結された金属粒子焼結部により接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記導電接続体が、一端に前記凹部が形成された棒状の導電ポストであり、前記被接合材が、半導体チップの表面電極である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
被接合材上に金属ナノ粒子入りのペーストを塗布する塗布工程と、
先端に凹部を備える導電接続体を用意し、前記導電接続体が、導電ポストであり、前記凹部が前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて一個形成されていて、前記凹部が前記ペースト上に位置するように前記導電接続体を載置する載置工程と、
前記金属ナノ粒子を加熱するとともに、前記導電接続体により前記金属ナノ粒子に圧力を加えることにより、前記金属ナノ粒子を焼結し、前記被接合材と前記凹部の間を接合する焼結工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記焼結工程における加熱の温度は、１５０℃〜３００℃の範囲であり、前記圧力は、１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記焼結工程の前に、さらに、前記ペーストに含まれる溶剤を加熱し、蒸発させるプリベーク工程を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記導電接続体の底面の外周部が面取りされている請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体チップを搭載し導電ポストを有する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、導電ポストの接合を金属ナノ粒子を用いた金属粒子接合で行う半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、特許文献１に記載の従来の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は全体の要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ部拡大図である。従来の半導体装置である半導体パワーモジュールは、半導体チップ１０６を導電パターン付絶縁基板であるＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板１０４に半田等の接合材１０５により接合し、半導体チップ１０６表面の電気配線は導電ポスト１０８を有するプリント基板１０９に半田等の接合材１０７で接合する構造をしている。この構造では上記半導体チップ１０６およびＤＣＢ基板１０４を封止樹脂１１１により封止することで半導体パワーモジュールを形成する。【０００３】
前記のＤＣＢ基板１０４は放熱板１０１、絶縁基板１０２および回路パターン１０３で構成される。
図７は、特許文献２に記載の従来の別の半導体装置の要部断面図である。従来の別の半導体装置である半導体パワーモジュールは、図６と同様の樹脂封止型半導体パワーモジュールである。この特許文献２では、図６のプリント基板１０９にあたる支持板２０６とそれに接続されている導電ポスト２０５に関して、製造方法も含め記述されている。尚、図中の符号の２０１は放熱板、２０２は導電性材料、２０３は半導体チップ、２０４は導電性材料、２０７は接続基板および２０８は外部導出端子である。【０００４】
また、特許文献３では、複数のピンである導電ポストの少なくとも先端部あるいは全体を中空パイプ状に形成し、半田フィレットを導電ポストの外面と内面に形成することにより、半田接合部の接合面積が増大され、接合強度を向上することができることが記載されている。また、中空パイプ状の導電ポストの先端部に予めソルダペーストあるいは半田を付けて実装することにより、半田不良を防止することができることが記載されている。また、導電ポストの先端に球状あるいは半球状の球部を形成することにより、導電ポストの先端部の表面積が大きくなって半田接合面積が大きくなり、半田接合部の信頼性の低下を防止することができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６４８５２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１４０４０号公報
【特許文献３】特開平７−１０６４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の半導体装置である半導体パワーモジュールでは、半導体チップ１０６とＤＣＢ基板１０４を接合するとともに、アルミワイヤに代わり導電ポスト１０８によりチップ表面電極を一括接続し、配線を形成する。これにより、ＤＣＢ基板１０４、半導体チップ１０６、プリント基板１０９の電流経路が形成される。接合材１０７に半田を使用する場合、チップ表裏電極の接合部分に半田を配置し、加熱した後、冷却することで接合が完了する。【０００７】
しかしながら、ＳｉＣ（炭化珪素）デバイスやＧａＮ（窒化ガリウム）等のＷＢＧ（ワイドバンドギャップ；Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）半導体デバイスの搭載を考慮した場合、その特長を生かすために半導体パワーモジュールは従来より高温動作が必要とされる。２００℃以上の動作温度範囲になると、信頼性の観点から半田の使用は困難である。【０００８】
また、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）やＳｉＣ−ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード；Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｄｉｏｄｅ）などのＳｉＣ（炭化珪素）デバイスはチップサイズが小さい（例えば、大きさが３ｍｍ×３ｍｍ程度）。そのため、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのゲートパッドは極めて小さく、その大きさは、例えば、２００μｍ×２００μｍ程度である。このような小さなゲートパッドに導電ポストを精度よく固着することは困難である。【０００９】
特許文献１〜３に記載された半導体装置の導電ポストとその接合方法によってはこれらの課題を解決することは困難である。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、導電ポストと被接合部材である半導体チップや導電パターン付絶縁基板を金属ナノ粒子でそれぞれ強固に接合することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、半導体チップと導電接続体を有する半導体装置において、前記導電接続体が、導電ポストであり、被接合材に固着される前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて凹部が一個形成されていて、前記凹部において金属ナノ粒子を用いて被接合材と接合されている構成とする。
【００１１】
また、前記導電接続体が、プリント基板に固着される導電ポストまたは外部導出端子であるとよい。【００１２】
また、前記導電ポストの先端の形状が、テーパー状、階段状および階段状とテーパー状とを組み合わせた形状から選ばれるいずれかであるとよい。【００１３】
また、前記導電ポストの先端の底面の凹部の形状が、球状に湾曲した形状であるとよい。
また、前記被接合材が、半導体チップの表面電極もしくは該半導体チップを固着した導電パターン付絶縁基板の導電パターンであるとよい。【００１４】
また、前記導電接続体の先端の底面を凹部の深さが、１０μｍ〜２００μｍの範囲であるとよい。【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明の別の態様は、先端に凹部が形成された導電接続体と、被接合材とを少なくとも備え、前記導電接続体が、導電ポストであり、前記凹部が前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて一個形成されていて、前記導電接続体および被接合材が、前記凹部に密に充填され、焼結された金属粒子焼結部により接合されている半導体装置が好ましい。
【００１６】
また、前記導電接続体が、一端に前記凹部が形成された棒状の導電ポストであり、前記被接合材が、半導体チップの表面電極であるとよい。【００１７】
また、前記導電接続体が、一端に前記凹部が形成された棒状の外部導出端子であり、前記被接合材が、導電パターン付絶縁基板の導電パターンであるとよい。【００１８】
また、本発明の別の態様は、被接合材上に金属ナノ粒子入りのペーストを塗布する塗布工程と、
先端に凹部を備える導電接続体を用意し、前記導電接続体が、導電ポストであり、前記凹部が前記導電ポストの先端の底面に、前記導電ポストの中心軸を中心に、外周部にかけて一個形成されていて、前記凹部が前記ペースト上に位置するように前記導電接続体を載置する載置工程と、
前記金属ナノ粒子を加熱するとともに、前記導電接続体により前記金属ナノ粒子に圧力を加えることにより、前記金属ナノ粒子を焼結し、前記被接合材と前記凹部の間を接合する焼結工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法とする。
【００１９】
また、前記焼結工程における加熱の温度は、１５０℃〜３００℃の範囲であり、前記圧力は、１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲であるとよい。【００２０】
また、前記焼結工程の前に、さらに、前記ペーストに含まれる溶剤を加熱し、蒸発させるプリベーク工程を有するとよい。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、導電接続体の先端に形成した凹部に金属ナノ粒子を充填し、この金属ナノ粒子を用いて導電接続体と被接合材の間を金属粒子接合することにより、両者を強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、この発明の第１実施例である半導体装置の構成図であり、（ａ）は全体の要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の導電ポストの先端の底面の平面形状図である。
【図２】図２は、導電ポスト８と半導体チップ６の上面電極６ａを接合する工程を示し、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図である。
【図３】図３は、図１の導電ポスト８の変形例の先端の底面１２の凹部の形状と別の凹部の形状を示している要部断面図であり、（ａ）は凹部の形状が４つの平面で形成された場合の図、（ｂ）は凹部の形状が多数の平面で形成された場合の図である。
【図４】図４は、この発明の第２実施例の半導体装置の構成図であり、（ａ）は導電ポスト２１の要部断面図、（ｂ）は導電ポスト２１の先端の底面２３の平面形状図である。
【図５】図５は、導電ポスト２１の変形例の先端部の形状を示す図であり、（ａ）は階段状に先端が細くなっている場合の図、（ｂ）は階段形状とテーパー形状を組み合わせた場合の図である。
【図６】図６は、特許文献１に記載の従来の半導体装置の構成図であり、（ａ）は全体の要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図７】図７は、特許文献２に記載の従来の別の半導体装置の要部断面図である。
【図８】図８は、金属粒子接合のメカニズムを説明したモデル図であり、（ａ）〜（ｃ）は金属粒子接合ができるまでの工程を順に示す図である。
【図９】図９は、半導体チップ４０１の上面電極４０１ａに導電ポスト４０２の先端の底面４０２ａを金属ナノ粒子４０４を用いて接合した場合の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
＜実施例１＞
図１は、この発明の第１実施例である半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は全体の要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の導電ポストの先端の底面の平面形状図である。この図１は、図６の半導体装置に相当する図である。
【００２４】
同図（ａ）において、導電パターン付絶縁基板であるＤＣＢ基板４は放熱板１、絶縁基板２および回路パターン３で構成される。このＤＣＢ基板４の回路パターン３上に接合材５を介して半導体チップ６を固着する。この半導体チップ６の上面電極６ａ上に接合層７を介して導電ポスト８を固着する。この導電ポスト８はプリント基板９に固着する。回路パターン３とプリント基板９には外部導出端子１０が固着している。放熱板１の底面と外部導出端子１０を露出させて全体を封止樹脂１１で封止する。接合材５および接合層７ののうちの少なくとも接合層７は金属ナノ粒子を用いている。
【００２５】
同図（ｂ）において、導電ポスト８の先端の底面１２には凹部が形成されている。半導体チップ６の上面電極６ａと導電ポスト８の先端の底面との間には金属粒子焼結部７ａがあり、その周りには金属粒子未焼結部７ｂがある。底面１２の凹部の形状は弓状（球状）、ボール状またはドーム状の滑らかな曲面で構成されている。
【００２６】
同図（ｃ）において、導電ポスト８の先端の底面１２の平面形状は加圧を均一に行うために円形にしている。底面１２の外周部１２ａは応力集中を避けるために面取りされており、滑らかな曲面になっている。また、導電ポスト８の断面形状は円形に限ることはなく、四角形や六角形など多角形としても構わない。
【００２７】
この導電ポスト８と被接合部材である半導体チップ６の上面電極６ａは、金属ナノ粒子（例えば、銀ナノ粒子や銅ナノ粒子など）の焼結により形成された金属粒子焼結部７ａからなる強固な接合層７によって接合される。この接合層７は金属ナノ粒子を加熱しながら加圧して焼結することで得られ、この接合法は金属粒子接合といわれるものである。
【００２８】
尚、被接合部材をＤＣＢ基板４の回路パターン３やプリント基板９の図示しない回路パターンとし、この回路パターン３と外部導出端子１０の接合や、プリント基板９の図示しない回路パターンと外部導出端子１０の接合も、金属ナノ粒子を用いて行うことができる。これらの場合も外部導出端子１０の先端の底面を凹状にするとよい。
【００２９】
図２は、導電ポスト８と半導体チップ６の上面電極６ａを接合する工程を示し、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図である。
金属ナノ粒子が分散、混合された金属ナノ粒子ペースト１３を半導体チップ６の上面電極６ａに、例えばスクリーン印刷法により、塗布する（同図（ａ））。
【００３０】
金属ナノ粒子は、銅、銀または白金等から選ばれる少なくとも一種の金属からなり、それらの粒径は１ｎｍ〜数百ｎｍである。異なる材料の金属ナノ粒子を混合して用いてもよい。金属ナノ粒子ペースト１３は、例えば、金属ナノ粒子と、保存時や製造工程の途中で金属微粒子同士が凝縮しないように添加される有機分散材と、接合時に有機分散材と反応して有機分散材を除去する分散補助物質とが、有機バインダー（溶剤）と混合させてペースト状に構成されたものである。塗布した金属ナノ粒子ペースト１３の厚さは１００μｍ〜５００μｍが好ましい。
【００３１】
また、上面電極６ａには、表面に銅、金、銀、ニッケルなどのめっき処理を施しておくことが望ましい。
次に、塗布した金属ナノ粒子ペースト１３の上に、底面１２が凹形状をしている導電ポスト８を、その先端が位置するように載置する。導電ポスト８は、銅もしくは銅合金を成型したもの、または、これらの部材の表面に金、銀、ニッケルなどのめっき処理を施したものである。
【００３２】
その後、プリベークとしてペースト１３を加熱して溶剤を蒸発させ、凝集した金属ナノ粒子層１３ａを形成する（同図（ｂ））。さらに、金属ナノ粒子層１３ａに導電ポスト８の凹部により圧力を加え、加熱することにより、金属ナノ粒子が焼結され、強固な接合層７として金属粒子焼結部７ａが形成される（同図（ｃ））。
【００３３】
前記の導電ポスト８の先端の底面１２の凹部は球状に湾曲しており、その深さＴは、１０μｍ〜２００μｍの範囲である。また、好ましくは１００μｍ程度がよい。この深さＴが１０μｍ未満になると、金属ナノ粒子が押し出される量が多くなり、強固な接合層７が形成されない。一方、２００μｍ超になると凹部に十分に金属ナノ粒子が入り込まず、金属ナノ粒子への加圧力の伝達が良好に行なわれない。その結果、強固な接合層７が形成されなくなる。
【００３４】
また、前記のプリベーク時の加熱温度は、ペースト１３に含まれる溶剤によって異なるが、例えば１００℃〜１５０℃の範囲が好ましい。金属ナノ粒子を焼結する時の温度は１５０℃〜３００℃の範囲であり、好ましくは２００℃程度がよい。これは、焼結する時の温度が１５０℃未満では温度が低過ぎて金属ナノ粒子がバルク（焼結層）にならないからである。また、焼結する時の温度が３００℃を超えると溶剤の蒸発が早すぎて金属ナノ粒子同士が素早く凝集し導電ポスト８や被接合材である半導体チップ６の上面電極６ａを接合する強固な接合層７が形成されないからである。
【００３５】
また、金属ナノ粒子層１３ａに加える加圧力Ｆは、１０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲であり、好ましくは３０ＭＰａ程度がよい。これは、１０ＭＰａでは加圧力Ｆが低すぎて焼結層にならない。また、５０ＭＰａを超えると加圧力が高すぎて導電ポスト８の端部の応力で被接合材にクラックなどの欠陥が導入される。
【００３６】
また、被接合材（特に銅の場合）の酸化を抑制するため、プリベーク時の雰囲気は窒素雰囲気が好ましい。金属ナノ粒子層１３ａと導電ポスト８の先端底面が接触する際に凹部に残存する空気を除くため、焼結時の雰囲気は減圧雰囲気が好ましい。
図２（ｂ）に示すように、導電ポスト８先端の底面１２に形成された凹部に密に充填されように金属ナノ粒子層１３ａが形成されるため、導電ポスト８から金属ナノ粒子に与えられる加圧力Ｆは、図に示す矢印ｆの方向に下に向かって導電ポスト８の中心軸方向に収束するように与えられる。そのため、金属ナノ粒子は導電ポスト８の底面１２から外側に向かって流れることが少なくなる。また、凹部により金属ナノ粒子層１３ａを加圧することにより、焼結に必要な加圧力Ｆも分散しないで効果的に金属ナノ粒子に伝わる。その結果、確実に焼結が進み、強固な接合層７として、金属粒子焼結部７ａを形成することができる。
【００３７】
図２（ｃ）に示すように、加圧力Ｆが加わらない金属ナノ粒子層１３ａは金属粒子未焼結部７ｂとなり、接合には関与しない。そのため、半田接合のようにフィレットは形成されない。しかし、金属粒子焼結部７ａの焼結自体が強固であり、そのため導電ポスト８と上面電極６ａは強固な接合層７を介して固着される。
【００３８】
導電ポスト８底面の平面形状を円形にすることで、加圧力Ｆが均一に金属ナノ粒子に伝達される。また、導電ポスト８の底面１２の外周部１２ａが面取りされて滑らかなため、この箇所での応力集中が防止される。これは、接合時の応力集中ばかりでなく、接合後の素子動作時の応力集中を防止することもできる。
【００３９】
上記の接合方法は、先端の底面に凹部を形成した外部導出端子１０を用いることにより、外部導出端子１０と回路パターン３の間の接合にも適用できる。外部導出端子１０および回路パターン３は、例えば銅や銅合金からなり、これらの母材にニッケル等のめっき処理を施してもよい。
【００４０】
ＳｉＣデバイスのようなＷＢＧ半導体デバイスにおいては、小型化、高温動作が可能となり、金属粒子接合は最適な接合手段である。
図３は、図１の導電ポスト８の変形例の先端の底面１２の凹部の形状とは別の凹部の形状を示している要部断面図であり、同図（ａ）は凹部の形状が４つの平面で形成された場合の図、同図（ｂ）は凹部の形状が多数の平面で形成された場合の図である。例えば、図３（ａ）の凹部はピラミッド形状であり、図３（ｂ）の凹部は２つの異なるピラミッド形状を組み合わせたものである。いずれの場合も底面１２が凹形状となっていることで、導電ポスト８から金属ナノ粒子層１３ａ中の金属ナノ粒子へ効果的に加圧力Ｆが伝達されて強固な接合層が得られる。
＜実施例２＞
図４は、この発明の第２実施例の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は導電ポスト２１の要部断面図、同図（ｂ）は導電ポスト２１の先端の底面２３の平面形状図である。第２実施例の半導体装置の全体の要部断面図は、次に述べる違いを除いて、第１実施例の半導体装置の全体の要部断面図（図１（ａ））と同じである。したがって、以下では重複する説明を省略する。本実施例の半導体装置の導電ポスト２１の、図１（ｂ），（ｃ）に示した導電ポスト８との違いは、導電ポスト２１の先端部２２の形状である。この導電ポスト２１は、凹部が形成された底面２３に向かって先端部２２の径が小さくなるテーパー形状となっている。導電ポスト２１は、外形が略円柱で先端まで同一径の導電ポスト８と比較して、導電ポスト２１の底面２３を小さい面積にできる。先端部２２の端部の直径は、例えば１００μｍ程度である。導電ポスト２１は、ＷＢＧ半導体デバイス等の小さな半導体チップ６の上面電極６ａ（特に、例えば、ゲートパッドなど）へ位置精度よく接合できる。導電ポスト２１の先端の底面２３を図１の場合と同様に凹部を形成することで、凹部の中に強固な接合層７として、金属粒子焼結部を形成し、小さな面積の底面２３と上面電極６ａを確実に接合できる。
【００４１】
図５は、導電ポスト２１の変形例の先端部の形状を示す図であり、同図（ａ）は階段状に細くなっている先端部２４の図、同図（ｂ）は階段形状とテーパー形状を組み合わせた先端部２５の図である。導電ポスト２１の先端の底面２３の平面形状は図４（ｂ）と同じである。いずれも、導電ポスト２１の軸の断面形状は円形であるが、四角形や六角形などの多角形であっても構わない。
（参考例）
図６に示した従来の半導体装置において、接合材１０５、１０７としてＡｇ（銀）ナノ粒子などの金属ナノ粒子を用いて半導体チップ１０６とＤＣＢ基板１０４や導電ポスト１０８の接合（金属粒子接合と称す）を形成した例を説明する。
【００４２】
この接合材１０５、１０７はペースト状であり、接合部分に塗布した後、加熱し溶剤等をとばす工程がある（プリベーク）。この状態では金属ナノ粒子は固体粒子のままである。その後、十分な接合強度を得るために、加熱しながら接合部材である金属ナノ粒子を加圧して焼結することで接合を行う。
【００４３】
図８は、金属粒子接合のメカニズムを説明したモデル図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は金属粒子接合ができるまでの工程を順に示す図である。
まず、溶剤３０１（活性溶媒）に金属ナノ粒子３０２を分散させてペースト３０３にして被接合部材３０４（例えば、半導体チップの上面電極など）上に塗布する（同図（ａ））。
【００４４】
つぎに、加熱して溶剤３０１を蒸発させ、金属ナノ粒子層３０５（金属ナノ粒子３０２がナノポーラスに凝集した層）を接合する被接合部材３０４上に残留させる。プリベークよりも温度を上げた状態で導電ポスト３０６の先端の底面３０６ａでこの金属ナノ粒子層３０５に加圧力Ｇを加える（同図（ｂ））。加熱しながら加圧することにより、被接合部材３０４と導電ポスト３０６の間で金属ナノ粒子同士接触する金属ナノ粒子３０２、被接合部材３０４に接触する金属ナノ粒子３０２および導電ポスト３０６の先端の底面３０６ａに接触する金属ナノ粒子３０２を焼結する。この焼結によって被接合部材３０４と導電ポスト３０６の間には強固な接合層３０７が形成される（同図（ｃ））。
【００４５】
この金属粒子接合においては加圧された金属ナノ粒子３０２が接合層３０７を形成するが、導電ポスト３０６の外側に押し出された加圧されない金属ナノ粒子３０２は接合層３０７を形成しない。そのため、半田接合のようなフィレットは形成されない。
【００４６】
図９は、半導体チップ４０１の上面電極４０１ａに導電ポスト４０２の先端の底面４０２ａを金属ナノ粒子４０４を用いて接合した場合の要部断面図である。
金属ナノ粒子層４０３に加わる加圧力Ｈで、導電ポスト４０２の平坦な底面４０２ａに接触する金属ナノ粒子４０４が導電ポスト４０２の外側へ押し出されて、導電ポスト４０２の底面４０２ａ下の厚みは数μｍと極めて薄くなる。また、押し出された金属ナノ粒子層４０３は巻き上がり未焼結層４０３ａとなる。
【００４７】
このように導電ポスト４０２下の接合層４０５（金属ナノ粒子層４０３が焼結した層）の厚さＰが数μｍと薄くなると、導電ポスト４０２の底面４０２ａおよび上面電極４０１ａの粗さと同じ程度となり金属ナノ粒子層４０３に加圧力Ｈが効果的に伝達されなくなる。そのため、強固な接合層４０５が得られなくなる。
【００４８】
図９では、導電ポスト４０２の先端の底面４０２ａが平坦でさらにテーパー状の場合を示したが、ストレートで底面が平坦な導電ポストの場合も同様であり、強固な接合層の形成は困難になる。
【００４９】
この参考例に対し、実施例１および実施例２で説明した半導体装置においては、半導体チップ６に固着する導電ポスト８，２１の底面１２，２３に凹部を形成し、この凹部に密に充填した金属ナノ粒子を加熱しながら加圧し、焼結することにより、金属粒子接合として強固な接合層７を形成できる。これにより、ワイヤボンディングレス構造である導電ポスト接続型のパワー半導体モジュールにおいて、動作時における半導体チップと導電ポストの接合部に生じる熱応力に対し、接続信頼性を向上させることができる。また、金属粒子接合の適用により、半田接合と比較し、半導体素子の高温動作も実現され、シリコンデバイスばかりでなくＷＢＧデバイスへの適用ができる。
【００５０】
また、本発明は被接合材を半導体チップではなく導電パターン付絶縁基板（ＤＣＢ基板）にした場合も有効である。
【符号の説明】
【００５１】
１    放熱板
２    絶縁基板
３    回路パターン
４    ＤＣＢ基板
５  接合材
６    半導体チップ
６ａ  上面電極
７  接合層
７ａ  金属粒子焼結部
７ｂ  金属接合未焼結部
８，２１  導電ポスト
９    プリント基板
１０    外部導出端子
１１    封止樹脂
１２、２３  導電ポストの底面
１２ａ、１３ａ  導電ポスト底面の外周部
１３    金属ナノ粒子ペースト  １３ａ  金属ナノ粒子層    ２２、２４、２５  先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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