(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｐｂ（鉛）を含まず、低コストで、且つ耐熱性に優れる半導体装置用接合材料材及びこれを用いた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子１と銅部材３とが接合された構成を有する半導体装置において、半導体素子と銅部材とを、融点が２５０℃以上でビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第１の接合部材４で接合し、この接合部材は半導体素子との界面に近い領域において、銀（Ａｇ）が傾斜拡散している構成とした。【選択図】図２
2006310507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と銅部材とが接合された構成を有する半導体装置であって、前記半導体素子と前記銅部材とは、融点が２６０℃以上でビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第１の接合部材で接合されており、該接合部材は前記半導体素子との界面に近い領域において、半導体素子表面に形成された金属が傾斜拡散していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子表面および銅部材に形成された金属としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）から一つ以上選択された金属であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記銅部材は支持部材にビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第２の接合部材で接合されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記銅部材は前記半導体素子と前記支持部材との熱膨張率の差を緩衝するための緩衝材を構成する部材であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第１の接合部材と第２の接合部材とは、銀（Ａｇ）を６０重量％以下含有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第１の接合部材と第２の接合部材とは、融点が異なることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体素子が部材に金属接合された構成を有する半導体装置であって、前記半導体素子と前記部材とは、ビスマス（Ｂｉ）を主成分として銀（Ａｇ）を６０重量％以下含有する第１の接合部材で接合されており、該第１の接合部材は前記半導体素子との界面に近い領域に半導体素子表面に形成された金属が傾斜拡散していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記拡散層は、前記半導体素子の表面に形成された金属が前記第１の接合部材の中に拡散して形成されたものであることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子表面および銅部材に形成された金属としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）から１つ以上選択された金属であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記部材は、ビスマス（Ｂｉ）を主成分として銀（Ａｇ）を６０重量％以下含有する第２の接合部材で支持部材に更に金属接続しており、前記第１の接合部材と前記第２の接合部材とは融点が異なることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子が整流素子又はＩＧＢＴ素子の何れかであることを特徴とする請求項１又は７に記載の半導体装置。
【請求項１２】
半導体素子の一方の面が第１の部材と第１の接合部材で接合され他方の面に第２の部材が第２の接合部材で接合された構成を有する半導体装置であって、前記第１の接合部材と前記第２の接合部材とはビスマス（Ｂｉ）又はビスマスを主成分とする銀（Ａｇ）を含有する金属で、前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材のそれぞれの前記半導体素子との界面の付近には半導体素子表面に形成された金属の拡散層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材のそれぞれの前記半導体素子表面に形成された金属の拡散層は、前記半導体素子との界面に近いほど密度が高い傾斜拡散をしていることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
両面に金属膜が形成された半導体素子の一方の面に銅（Ｃｕ）部材を第１の接合部材で接合し他方の面にリード電極を第２の接合部材で接合した構成を有する半導体装置であって、前記第１の接合部材と前記第２の接合部材とは銀（Ａｇ）の含有率が異なるビスマス（Ｂｉ）を主成分とする金属であり、前記第２の接合部材は前記第１の接合部材よりも融点が高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記第１の接合部材と前記第２の接合部材との前記半導体素子との界面の近傍には、前記半導体素子の表面に形成した金属が拡散した領域を有することを特徴とする請求項１４記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体素子が整流素子であることを特徴とする請求項１２又は１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
半導体素子と、導電性部材と、前記半導体素子の主面を前記導電性部材の主面に接合し且つビスマス−銀系合金からなる接合層とを備え、
前記接合層は、第１のビスマス−銀組成を有する第１領域と、第２のビスマス−銀組成を有する第２領域とを含み、
前記第１のビスマス−銀組成は前記第２のビスマス−銀組成より銀の含有率が高く、
前記第１領域は前記半導体素子の主面と前記導電性部材の主面とに夫々接し、
前記第１領域及び前記第２領域を含めて前記接合層を形成するビスマス−銀系合金における銀の含有量は、１５重量％以上且つ６０重量％以下の範囲にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】
前記接合層を形成するビスマス−銀系合金における前記銀の含有量は６０重量％以下であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記半導体素子の主面及び前記導電性部材の主面の少なくとも一方には金属膜が形成され、該金属膜を構成する原子は前記接合層に拡散し且つ該接合層における該原子の濃度は該金属膜が形成された主面から該接合層の厚み方向沿いに減少していることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記接合層における前記金属膜を構成する前記原子は、該金属膜が形成された前記半導体素子の主面又は前記導電性部材の主面から該接合層の厚みの１／２以上の深さまで拡散していることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置用接合部材、これを用いた半導体装置、およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、高耐圧用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、部品内部接続および高耐熱の接続には、高融点の高Ｐｂはんだ（High-Pb  Solder，高濃度の鉛を含むはんだ）が用いられている。特に、高耐圧用半導体装置の場合には、使用環境において２００℃前後の耐熱温度が要求されるため、半導体素子の接続には固相線が３００℃付近の高Ｐｂはんだ、例えば９５Ｐｂ５Ｓｎ（固相線３００℃液相線３１４℃）、９８Ｐｂ２Ｓｎ（固相線３１６℃液相線３２２℃）、９８Ｐｂ２Ａｇ（固相線３０４℃液相線３０５℃）、９７．５Ｐｂ１．５Ａｇ１Ｓｎ（固相線３０９℃液相線３０９℃）などのＰｂ（鉛）の含有量が多いはんだが接続に使用される。
【０００３】
このような高耐圧用半導体装置の例としては、ＩＧＢＴ、ダイオード、ＧＴＯ、トランジスタ等のパワー半導体素子及びこれらを用いたパワー半導体モジュール（以下、これらを総称して半導体装置という）がある。これらの半導体装置に関しては、例えば、下記特許文献１乃至５にて論じられる。また、以上に例示された高Ｐｂはんだに代わる新しいはんだが下記非特許文献１にて論じられる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２５８５６号公報
【特許文献２】特開平７−１６１８７７号公報
【特許文献３】特開２００２−１４２４２４号公報
【特許文献４】特開２００２−２６１２１０号公報
【特許文献５】特開２００２−３５９３２８号公報
【非特許文献１】John  N．Lalena，Nancy  F．Dean，and  Martin  W．Weiser；“Experimental  Investigation  of  Ge-doped  Bi-11Ag  as  a  New  Pb-Free  Solder  Alloy  for  Power  Die  Attachment”，Jounal  of  ELECTRONIC  MATERIALS，Vol．31，No．11，2002，pages  1244-1249
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年世界的に鉛（Ｐｂ）を含まないはんだの利用が推奨され、電子機器の分野においてもＰｂを含む従来のはんだに代わる接続材料（代替接続材料）を使用した半導体装置や、その他の接続構造体の採用が要求されるようになってきている。
【０００６】
接続構造体及びそれに用いる接続材料については要求される条件は様々であるが、高耐圧用半導体装置に用いる接続材料の場合には、使用環境において２００℃前後の耐熱温度が要求される。
【０００７】
そこで本発明の目的は、Ｐｂを含む従来のはんだに代わる新規なはんだを用いながら、これによる接合構造を、低コストで且つ耐熱性等に優れたものとして実現するに好適な半導体装置用接合材料材及びこれを用いた半導体装置及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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、半導体素子と銅部材とが接合された構成を有する半導体装置において、半導体素子と銅部材とは、融点が２6０℃以上でビスマス（Ｂｉ）を主成分とする第１の接合部材で接合されており、この接合部材は半導体素子との界面に近い領域において、半導体素子表面に形成された金属が傾斜拡散している構成とした。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明では、半導体素子が部材に金属接合された構成を有する半導体装置において、半導体素子と部材とは、ビスマス（Ｂｉ）単独またはビスマスを主成分として銀（Ａｇ）を６０重量％以下含有する第１の接合部材で接合されており、第１の接合部材は半導体素子との界面に近い領域に半導体素子表面に形成された金属の拡散層を有する構成とした。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明では、半導体素子の一方の面が第１の部材と第１の接合部材で接合され他方の面に第２の部材が第２の接合部材で接合された構成を有する半導体装置において、第１の接合部材と第２の接合部材とはビスマス又はビスマス（Ｂｉ）を主成分とする銀（Ａｇ）を含有する金属で、第１の接合部材及び第２の接合部材のそれぞれの半導体素子との界面の付近には半導体素子表面に形成された金属の拡散層が形成されている構成とした。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明では、半導体素子表面に形成された金属膜が形成された半導体素子の一方の面に銅（Ｃｕ）部材を第１の接合部材で接合し他方の面にリード電極を第２の接合部材で接合した構成を有する半導体装置において、第１の接合部材と第２の接合部材とは銀（Ａｇ）の含有率が異なるビスマス（Ｂｉ）を主成分とする金属であり、第２の接合部材は第１の接合部材よりも融点が高い材料で構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｂｉを主成分とする新規な接合材料を用いることで、Ｐｂを含むはんだを用いることなく且つ２５０℃以上の耐熱性が保証された高耐圧用半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
半導体装置、特に高耐圧用半導体装置に要求される耐熱温度は２００℃であることから、接続部の材料組織において部材間の接続に寄与する材料の融点は、耐熱温度が２５０℃以上であることが必要である。さらに、接合材料で半導体素子を接続する際の温度としては、半導体素子の保護の観点から６００℃以下で接続することが必要である。これにより、接合材料の主成分となる金属元素の融点は２５０℃以上６００℃以下であることが必要となる。
【００１４】
まず、このような条件を満たす材料として、従来の鉛（Ｐｂ）を主成分とするはんだに代わる接合材料について以下検討していく。
【００１５】
前記条件を満たす金属元素としてはＢｉ（ビスマス，融点＝２７１．４℃）、Ｐｏ（ポロニウム，融点＝２５４℃）、Ｃｄ（カドミウム，融点＝３２１．１℃）、Ｔｌ（タリウム，融点＝３０２．５℃）、Ｚｎ（亜鉛，融点＝４１９．６℃）、Ｔｅ（テルル，融点＝４４９．８℃）、Ａｔ（アスタチン，融点＝３００℃） 、Ｐｂ（鉛，融点＝３２７．５℃） がある。これらの金属元素のうち、加工性、安全性、及び経済性を満たす材料となるとＢｉおよびＺｎが適する。ここで、ＢｉとＺｎを比較した場合、ビッカース硬度（Vickers  Hardness）でＢｉは１１Ｈｖ程度であるのに対しＺｎは５５Ｈｖと硬いことから、接続時の応力という観点から、Ｂｉが最適の材料となる。また、接合材料としては単一金属元素のほかに、融点が２５０℃以上かつ６００℃以下の共晶成分が発生する材料としてもよい。しかしながら、単一金属材料ではなく２成分材料系を用いる場合には、はんだ接続部の組成不均一さを考慮すると、少なくとも接続部に供給される接合材料の成分中に融点が２５０℃以下の成分が無いことが好ましい。なぜならば、接合材料を用いて接続後にも融点が２５０℃以下の成分がそのまま残存した組織では、それが溶融して接続の信頼性が低下するからである。
【００１６】
したがって、接続のために供給される接合材料中の全成分とも２５０℃以上の融点であることが好ましい。実際、上述した高Ｐｂはんだの場合、Ｓｎを含むものでは組成の不均一さに起因したＳｎが融点２３２℃で溶融することがあり、耐熱温度２５０℃の信頼性が
得られない場合が起こる。また共晶組成材料系が共晶組成の融点以下では２相混合となるが、接続部の応力低減の観点から、２相のうち全体の半分以上を占め接続に寄与する組成としては、硬い金属間化合物ではなく軟らかい材料、たとえば単一金属あるいは極少量の異種金属が固溶した金属であることが必要である。このような条件を満たす２成分材料系としては、Ｂｉ−Ａｇ系、Ｂｉ-Ａｕ（金）系、Ｂｉ−Ｎｉ（ニッケル）系、Ｂｉ-Ｃｕ系、Ｂｉ−Ｚｎ系、Ｂｉ−Ａｌ（アルミニウム）系、Ｂｉ−Ｍｇ（マグネシウム）系、Ｂｉ−Ｍｎ（マンガン）系、Ｂｉ−Ｓｂ（アンチモン）系、Ｂｉ−Ｇｅ（ゲルマニウム）系などがあるが、大部分を占める金属としては軟らかいＢｉとなる材料が適しており、これらの系のなかでは、Ｂｉと金属間化合物をつくらない金属元素、かつ加工性が良好という観点からＢｉ−Ａｇ系が適する。
【００１７】
以上のことは３成分以上の材料系でも同様で、大部分を占める金属としてはＢｉが適する。すなわち、３成分以上の材料系でもＢｉを主成分とし、添加する金属元素としては、Ｂｉ−Ａｇ系に上記２成分材料系に示したＢｉ以外の金属元素や、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅなどを共晶組成の融点、金属間化合物、加工性等を考慮し適宜選択すればよい。
【００１８】
また、図１０に示すＢｉ−Ａｇ系の２元系合金状態図に示すとおり、所望の融点を得るためには、Ａｇの重量％を適宜変更すればよく、６００℃よりも低融点を得る場合には、Ａｇは約６０重量％以下にすればよい。
【００１９】
非特許文献１には、高Ｐｂはんだ（５重量％のＳｎ（錫）を含むＰｂ）に代わる新たなはんだ材料として、１１重量％のＡｇ（銀）を含むＢｉのはんだ（以下、Ｂｉ−１１Ａｇと記す）が記載されている。非特許文献１は、Ｂｉが熱伝導性に劣るも、これにＡｇを添加することで、その機械的強度と延性（可塑性）が熱伝導性とともに高められることを教示する。また、非特許文献１は、このはんだ材料とＮｉとの界面に金属間化合物（Intermetallic  Compounds）：ＮｉＢｉ／ＮｉＢｉ３の層が形成されること、この脆い金属化合物層が当該はんだ材料で形成された接合構造の変形されたとき、接合構造の亀裂の起点となることも教示する。
【００２０】
非特許文献１に走査電子顕微鏡像として示されたＢｉ−１１Ａｇの微細共晶構造（Fine  Eutectic  Structure）中には、Ａｇを主成分として含む固溶体の粒子（Primary  Particles  of  Ag-rich  Solid  Solution）がアイランド状に存在する。Ｂｉ−Ａｇ系のはんだ材料におけるＡｇ含有量を高めると、斯様な固溶体が当該はんだ材料内で増え、Ｂｉ−Ａｇ系のはんだ材料による接合強度を損ねる。しかし、本発明者らは、Ｂｉ−Ａｇ系はんだのＡｇ含有量を特定の濃度範囲に高めることにより、斯様な固溶体又はこれに類似する共晶構造で当該はんだによる部材の接合強度を高めることを見出した。即ち、Ｂｉ−Ａｇ系のはんだ材料が１５重量％以上のＡｇを含むとき、これにより形成された接合層には、図１１及び図１２に示される如く、Ａｇの含有量の高い領域（Ag-rich  Region）が接合層の厚み（ｔＳ）方向に延びて、当該接合層で接合される部材の双方に接合される。
【００２１】
図１１には、銅又はこれを含む合金で形成された２つの部材を、双方の表面にＡｇでめっきして、本発明によるはんだ材料で接合したときの断面構造を模式的に示したものであり、（ａ）はＡｇめっき層がはんだ付けの工程で接合層に拡散した（部材表面にＡｇめっきが残らない）ときの断面を、（ｂ）はＡｇめっき層がはんだ付けの工程後も部材表面に残るときの断面を夫々示す。図１１（ａ）及び（ｂ）のいずれに示される断面構造においても、接合層には、Ｂｉの含有量に比べてＡｇの含有量が低いＢｉ−Ａｇ系の合金領域（Bi-rich  Region…灰色）とこのＢｉ−Ａｇ系合金領域に比べてＡｇの含有量が高いＢｉ−Ａｇ系の合金領域（Ag-rich  Region…白色）とが存在するが、後者におけるＡｇの含有量はＢｉの含有量より低くても良い。また、はんだ材料の溶融状態により、ＢｉとＡｇとの組成比が互いに異なる３種類以上の領域が接合層に生じた場合、Ａｇの含有率が最も低い種類以外の少なくとも１種類の領域が上記２つの部材の双方に接合されればよい。また、上記２つの部材の双方に接合される領域のＡｇ含有率（重量％）が高いほど、当該部材間の接合強度は高まり、当該領域におけるＡｇの含有率がＢｉの含有率より高ければ、接合強度も高くなる。
【００２２】
しかし、本発明者らは、接合される２つの部材間に延びる上記Ａｇの含有量の高い領域が接合層全域に形成された場合の弊害も見出した。即ち、Ｂｉ−Ａｇ系はんだ材料におけるＡｇ含有量の増加は、Ｂｉを含むが故の当該はんだ材料の脆弱性とともにその柔軟性をも低減する。このため、これにより接合される２つの部材の熱膨張率が互いに異なるとき、この熱膨張率差による応力で接合層が破砕される可能性も否めない。例えば、Ｓｉ（珪素）の熱膨張率が支配的に働く半導体素子と、Ｃｕ等の金属の熱膨張率が支配的に働く電極部材や支持部材とをＡｇ含有量の高いＢｉ−Ａｇ系はんだ材料で接合した場合、その雰囲気の温度変化に対して当該はんだ材料による接合が壊れやすくなる。このような状況に鑑み、本発明者らは、接合層を挟む２つの部材に夫々接触するＡｇ含有量の高い領域を、当該接合層に局所的（locally）に形成し、接合層の破損を防いだ。換言すれば、接合層にこれを挟む２つの部材に夫々接触する領域（Ａｇ含有量の高い領域）を複数箇所形成し、その間にＢｉ含有量の高い領域（Ａｇ組成比の低い領域）を形成する。その好ましい一例としては、接合層を挟む２つの部材の少なくとも一方の当該接合層に接する面を、Ａｇ含有量の高い領域（２つの部材間に延びる領域）で全て覆わず、その一部をＢｉ含有量の高い領域（２つの部材間に延びる領域よりＡｇ組成比の低い領域）に接触させる。２つの部材の接合層に接する表面がいずれもＡｇでめっきされているときは、このめっき層を夫々の部材の表面と見なしてもよい。
【００２３】
上述した本発明による接合層の機能は、図１１を参照して次のように説明される。Ａｇ含有量の高い領域（Ag-rich  Region）は、その一部が屈曲するも、接合層の厚み方向沿いに延びて、接合層を挟む２つの部材（Ｃｕと表示）の双方に接触する。これにより、部材の一方の主面と他方の主面との間には、破線の矢印で示す如き複数の接続構造が形成される。当該接続構造の各々は、２つの部材を互いに固定するとともに、その間に良好な電気的接続を形成する。接合層には、上記複数の接続構造を夫々隔てるようにＢｉの含有量が高い領域（Bi-rich  Region）が存在し、上述した部材間の熱膨張率差等に因る応力を吸収する「ばね」のような働きをする。Ｂｉの含有量が高い領域も、２つの部材間に電気的な導通を形成する。
【００２４】
なお、図１２の（ａ）にはＣｕ層とＺｎ層とが夫々形成された部材を本発明による接合層で接合した断面構造が、（ｂ）には、Ｎｉ層とＡｇ層とが夫々形成された部材を本発明による接合層で接合した断面構造が、夫々示される。これらの断面構造においても、Ａｇ含有量の高い領域（Ag-rich  Region）が破線の矢印で示す複数の接続構造を部材間に形成し、その接続構造間に形成されたＢｉの含有量の高い領域（Bi-rich  Region）が当該接合層に加わる応力を吸収する。接合層の厚み（ｔＳ）は、例えば０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲にある値を有する。また、図１２にはＣｕ層，Ｚｎ層，Ｎｉ層，及びＡｇ層が厚く描かれるが、これらをめっき層として部材表面に形成する場合、接合（はんだ付け）後におけるその厚さは接合層の厚みの５／１００（０．０５ｔＳ）未満に抑えることが望ましく、１／１００（０．０１ｔＳ）以下とするとなお良い。
【００２５】
このような接合層の形状及び機能を実現する観点で、接合層をなすＢｉ−Ａｇ系合金（はんだ）には、少なくとも１５重量％以上のＡｇを含ませることの必要性が実験的に求められた。非特許文献１に教示される１１重量％のＡｇを含むＢｉ−Ａｇ系はんだでは、上述した構造も機能も発現されず、これを用いて試作した所謂パワーモジュール（Power  Module）では、半導体素子の電極からの脱落が生じた。本発明による半導体装置における上述の接合層となるＢｉ−Ａｇ系合金のＡｇ含有量は、その製造方法を考慮することにより６０重量％以下とすることが望ましい。さらに、当該半導体装置を温度変化の激しい環境（とりわけ、大電流の導通や内燃機関の筐体への搭載で高温に曝される状態）で利用する場合、Ｂｉ−Ａｇ系合金のＡｇ含有量を２０重量％以上として部材間の電気的な導通を確保し、Ａｇ含有量を４０重量％以下として半導体装置への温度変動の影響を軽減することが望ましい。
【００２６】
以上述べたように、耐熱温度が２５０℃以上でかつ６００℃以下の温度で接続する接合部材の材料として、Ａｇ含有率が所定の範囲にあるＢｉ-Ａｇ系材料を用いることが望ましい。このＢｉ−Ａｇ系材料の好ましき組成は、当該接合に用いられるはんだ材料で満たされなくともよく、このはんだ材料とこれで接続される一対の部材の少なくとも一方の接合面に形成された金属層（めっき層）から拡散される原子とにより、上記接合層の組成として満たしても良い。また、当該Ｂｉ-Ａｇ系の接合材料は、その接合特性に大きな影響を与えない範囲で微量な含有物を含んでもよい。
【００２７】
続いて、上記接合部材と半導体素子及びその他の部材との接合について述べる。
【００２８】
Ｂｉは上述したように各種金属元素と反応するが、半導体素子材料であるＳｉとは実質的に反応せず、ＳｉとＢｉとを直接接続することは出来ない。そこで、例えばＳｉ表面にＢｉと濡れ性の良い金属膜を形成し接続時のＢｉの濡れ性を確保することで、結果としてＳｉとＢｉの良好な接続が得られる。Ｂｉとの濡れ性が良好な金属元素としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどが適している。またこれら濡れ性が良好な金属元素と溶融したＢｉとの反応は状態図で示される量まで短時間で溶解する。例えば、Ｎｉでメタライズ（Metallization）を形成する場合、通常のメッキ等で形成された５ミクロン厚さでは３８０℃、３分で容易にＢｉ中に溶解し消失するので、その下層には、たとえばＴｉあるいはＣｒ等のバリア層を形成することでＢｉと接続すればよい。なお、バリア層の上層のメタライズとしては、上述したようなＮｉや、Ａｇとしても良く、あるいはＮｉの表面にＡｕを形成しても良い。いずれの場合も、Ｂｉ中に容易に溶解する２ミクロン以下とすることが好ましい。
【００２９】
このような接続の場合には、接合部材（接合層）と被接続部材バリア層の界面に近い領域において、被接続部材表面のバリア層上部に形成されたメタライズを構成する１または２種類以上の金属元素の密度が界面から次第に小さくなる状態で拡散（傾斜拡散）されており、金属間化合物は実質的に形成されないような条件で接続されている。図１２には、接合層に対するＣｕ（又はその合金）とＺｎ（又はその合金）との傾斜拡散の様子が（ａ）に、Ｎｉ（又はその合金）とＡｇ（又はその合金）との傾斜拡散の様子が（ｂ）に夫々示される。
【００３０】
バリア層の上層の溶解するメタライズが厚いまたはＢｉへの溶解速度が小さい接続条件で接続する場合には、バリア層上部のメタライズが残存し接続界面近傍にＢｉとの金属間化合物を形成する。一般的に金属間化合物は接続の信頼性が低下する。例えばメタライズがＮｉの場合、ＢｉＮｉやＢｉ３Ｎｉが生成するが、これらは脆いため熱応力等でクラックが生じるなど接続信頼性が大幅に低下する。一方、Ａｇ、ＣｕはＢｉと金属間化合物を生成しないため、メタライズが残存しても接続信頼性の低下はない。
【００３１】
一方、Ｓｉ以外の元素からなる被接続部材についても、その接合部材に対する濡れ性を確保するうえで、当該被接続部材の表面をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等で形成することが望ましい。接合部材と被接続部材との接続構造としては、Ｓｉからなる被接続部材と同様に、その表面（接合面）にＴｉ又はＣｒ等のバリア層を形成しても良いが、これを形成しなくとも支障を来たすことはない。
【００３２】
バリア層を形成した場合はバリア層上部のメタライズがＢｉ中に溶解・拡散して、接続界面近傍にはバリア層上層のメタライズの金属元素が接合部材中に傾斜拡散した接続構造となる。バリア層を形成しない場合、最表面メタライズがＢｉ中に溶解・拡散し、かつその下層メタライズまたは被接続部材の金属とＢｉが反応するので、下層メタライズまたは被接続部材の金属を上述したようにＢｉと反応する金属元素とすればよい。
【００３３】
バリア層を形成せずに、被接続部材のメタライズ又は当該被接続部材の金属が残存しＢｉと金属間化合物を生成する場合には、最表面メタライズと、その下層のメタライズまたは部材金属元素が接合部材中に傾斜拡散した接続構造となる。上述と同様金属間化合物を生成せずビスマス（Ｂｉ）と良好な接続を可能なものとして、Ｃｕ、Ａｇなどが適する。例えば銅部材の場合、銅部材表面のメタライズが消失しても銅部材のＣｕとＢｉの間で良好な接続が得られ、銅部材の場合では表面にメタライズしてもしなくても良好な接続が得られる。
【００３４】
上述した傾斜拡散は、接合層をなすＢｉ−Ａｇ系材料のＡｇ含有量を１５重量％以上としたとき、図１２に示す如く、接合層の厚みの少なくとも１／２（Plane  Bと表示）まで至る。換言すれば、被接続部材の表面にＮｉ層を形成しても、これとＢｉとの反応により生じた金属間化合物が非特許文献１に示される如く、被接続部材の表面に凝集せず、接合層内部にアイランド状に分散される。これは、Ｂｉ−Ａｇ系材料の組成により、接合層におけるＡｇ含有量の高いアイランド（Ag-rich  Island）の析出を促したことに起因すると推察される。図１２の（ａ）における接合層内のＣｕ濃度や（ｂ）における接合層内のＮｉ濃度を、その厚み方向に二次イオン質量分析計で分析すると、その検出強度は主面からの深さが０．２ｔＳの面（Plane  A），０．５ｔＳの面（Plane  B），及び０．８ｔＳの面（Plane  C）と深くなるに従い、徐々に減少する。本発明による半導体装置の接合層における傾斜拡散は、このように評価することもできる。
【００３５】
一方、半導体素子のＳｉと部材のＣｕとでは熱膨張率がそれぞれＳｉで２．６×１０−６／℃、Ｃｕで１７×１０−６／℃と大きく異なる。したがって、厚いＣｕ部材に直接半導体素子を接続する場合には熱膨張率差に基づく応力が発生し、その応力が半導体素子のＳｉの強度より大きい場合には、Ｓｉにクラックが発生する。このような熱応力を低減するには、半導体素子とＣｕ部材の間に、熱膨張率がＳｉとＣｕの間にあり応力緩和する部材を介在させて接合すれば良い。応力緩和部材としては低熱膨張材のインバーや４２アロイをＣｕで挟んだ３層構造のもので低熱膨張材とＣｕとの厚み比を変えることで全体の熱膨張率を制御できるものなどがある。このような熱膨張率差緩衝材は表裏面がＣｕであるので容易にＢｉとの接続が可能である。さらに濡れ性確保のためにＮｉ、Ａｕ、Ａｇめっきをしても良い。また、応力緩衝部材は前記構造からなる１枚に限られず、適宜複数層設けても構わない。
【００３６】
さらにＢｉ系の接合部材で接続する際の条件としては、中性または還元性雰囲気が適し、好ましくは窒素に水素を添加した還元性雰囲気が良い。また、濡れ性の改善を目的としてフラックスを使用する場合には、炭化物等が接合強度の低下がおこらないように、接続中に完全に飛散するフラックスを使用すればよい。また、還元性雰囲気中でも接続材の酸化皮膜が強固で濡れにくい場合には、フラックスを用いるか、酸化皮膜が機械的に破れるよう加圧あるいはスクラブ等により除去しながら接続するとよい。さらに、接合材中のボイドを低減するためには、接合材溶融温度領域で減圧あるいは真空とすることが効果がある。  次に溶融冷却後のＢｉの特性としては、降伏応力は約２５ＭＰａ程度、また比抵抗は１．０７×１０−６Ωｃｍである。これらはＰｂの降伏応力の３０ＭＰａおよび２．０８×１０−６Ωｃｍとほぼ同等であることから、高Ｐｂはんだが用いられた接続部分をＢｉ系の接合材で容易に置き換えることが可能である。なお、熱伝導率についてはＢｉが７．８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）に対し、Ｐｂは３５．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、もともと接合材の厚さは薄いため実用上特に問題とならない。
【００３７】
なお、Ｂｉ単体を接合材として、Ｓｉの表面メタライズをＡｇ、厚さ２ｍｍのＣｕ板（表面Ａｇ）とを接合した時の強度は、Ｓｉの直径を６ｍｍ、Ｂｉ接合材の厚さを０．３〜１ｍｍにした場合、引張り強度は約３２０Ｎ、ＳｉとＣｕ板との間に応力低減のための応力緩和部材を挿入した場合では７５０Ｎ以上の引張り強度が得られる。また、上記Ｂｉを接合材として応力緩和部材を挿入した場合、熱サイクル試験（−４０〜２００℃、４００サイクル）を行った後でも、初期引張強度の８５％以上の強度が確保される。
【００３８】
ここで、接合材としてＢｉ単体ではなくＡｇを添加したＢｉ−Ａｇ系のものを用いた場合、上述したように接続時上限温度を６００℃とする場合には、Ａｇ含有量を６０ｗｔ％以下とする必要があるが、Ａｇ含有量が６０ｗｔ％以下の場合、はんだ組織としてはＢｉ中にＡｇが分散した状態となるため、接続強度としてはほぼＢｉ単独と同程度となる。このことは、Ｓｉまたは部材との接続に関してもＢｉ−Ａｇ系接合材はＢｉ単独と同様である。
【００３９】
上記検討を踏まえ、高耐圧用半導体装置に上記Ｂｉ系の接合部材を適用した例を説明する。
【実施例１】
【００４０】
実施例１として、車載用交流発電機に用いる高耐圧用半導体装置に本発明を適用した場合について、Ｂｉ単独もしくはＡｇを６０ｗｔ％以下含有したＢｉの接合材料（以下Ｂｉ系接合材料と略す）を用いた幾つかの実施の形態を図を用いて説明する。
【００４１】
図１は、本発明による半導体装置の実施例１の第１の実施形態を示し、半導体素子１と、応力緩和部材５を介して半導体素子１を支持する支持電極体３と、半導体素子と電気的に接続されるリード電極７と、各々を接続するＢｉ系接合材料からなる接合部材２、４、６と、支持電極体３の内部を充填する封止材８とを備えて構成されている。本第１の実施の形態の場合、半導体素子１の面と接してＢｉ系接合部材２、４が接合されており、その間には他の層が存在しない。これにより、耐熱性、耐熱応力性、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。ここで、半導体素子１は、例えばツェナーダイオードなどの整流素子である。半導体素子１を、例えば複数の半導体層及び電極層を厚さ方向に接合して、円盤状に形成した場合、応力緩和部材５及びリード電極７の接合部は円盤状に形成され、円形のはんだ箔又は円盤型のはんだペレットとして提供された接合部材２，４，６を用い、円筒型の支持電極体３の底面に接合部材６，応力緩和部材５，接合部材４，半導体素子１，接合部材２，及びリード電極７の接合部をこの順に積層して図１の半導体装置は組み立てられる。
【００４２】
本実施形態において、半導体素子１および応力緩和部材５の両面と支持電極体３、リード電極７の接続面は、接合部材の濡れ性を良くするために予め表面を銀（Ａｇ）膜がめっきにより薄く形成された状態で接合部材２、４、６により接合されるが、図１に示す接合後の状態では、Ａｇが接合部材２、４、６の中に拡散してしまってＡｇ膜は消失している。
【００４３】
なお、接合部材２、４、６は、すべて同一組成のＢｉ系接合材料を用いる必要はなく、下記に詳説する温度階層、応力階層等の観点から各層異なる組成のＢｉ系接合材料を用いてもよい。また、接合材料は半導体装置全体の放熱特性向上を考慮し、０．１〜０．３ｍｍ程度の薄い膜厚で設けるのが好ましい。応力緩和部材５としては、インバーや４２アロイをＣｕで挟んだ３層構造体を用いればよい。また、図１では応力緩和部材５を１層のみ設けているが、更に熱応力を緩和すべく複数層設けても構わない。支持電極体３、リード電極７には、熱伝導率の高いＣｕ部材を用いればよい。封止材８は、耐熱性のある樹脂あるいはシリコーンゴム等を用いればよい。
【００４４】
次に、本発明の半導体装置の実施例１の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。第２の実施形態の半導体装置は、半導体素子１と、半導体素子１を支持する支持電極体３と、半導体素子と電気的に接続されるリード電極７と、各々を接続するＢｉ系接合材料からなる接合部材２、４と、支持電極体３の内部を充填する封止材８とを有する。本実施形態の場合、応力緩和部材５を有しないため、熱応力への対応として、半導体素子１と支持電極体３との接合部材４の膜厚を少し厚めの０．３〜０．６ｍｍ程度で設けるのが好ましい。
【００４５】
本実施形態においても前記した第１の実施の形態と同様に、半導体素子１の両面と支持電極体３、リード電極７の接続面は、接合部材の濡れ性を良くするために予め表面をＡｇ膜がめっきにより薄く形成された状態で接合部材２、４、６により接合されるが、図２に示す接合後の状態ではＡｇが接合部材２、４、６の中に拡散してしまってＡｇ膜は消失している。
【００４６】
次に、本発明の半導体装置の実施例１の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。第３の実施形態の半導体装置は、半導体素子１と、応力緩和部材５を介して半導体素子１を支持する支持電極体３と、半導体素子と電気的に接続されるリード電極７と、各々を接続するＢｉ系接合材料からなる接合部材２、４、６及びその界面に設けられたＡｇ層９と、支持電極体３の内部を充填する封止材８とを有する。上記した第１の実施形態との相違点は、第１の実施の形態においては、図１に示したように、Ｂｉ系接合部材２、４、６で接合した後には、Ａｇ膜が消失しているのに対して、本実施形態の場合、Ｂｉ系接合部材２、４、６で接合した後にも各層間でＡｇ膜が残っている。各層間にＡｇ膜を形成した状態でＢｉ系接合部材２、４、６で接合するため、製造時の濡れ性が向上し、良好な接続が得られる。本実施形態の場合、各層間でＡｇ膜を形成しているため、製造時の濡れ性が向上し、良好な接続が得られる。例えば、半導体素子１の面に接してＡｇ層９が接合され、Ａｇ層９の面に接してＢｉ系接合部材２、４が接合されている。なお、図３に示す半導体装置では各層間でＡｇ層９を設けているが、これに限られず、適宜任意の層間ではＡｇ層９を設けない構造にしても構わない。
【００４７】
次に、本発明の半導体装置の実施例１の第４の実施形態について、図４を用いて説明する。第４の実施形態の半導体装置は、半導体素子１と、半導体素子１を支持する支持電極体３と、半導体素子と電気的に接続されるリード電極７と、各々を接続するＢｉ系接合材料からなる接合部材２、４及びその界面に設けられたＡｇ層９と、支持電極体３の内部を充填する封止材８とを有する。応力緩和部材５がない点以外は第３実施形態とほぼ同じであるが、それに伴い、熱応力への対応として、半導体素子１と支持電極体３との接合部材４の膜厚を少し厚めの０．３〜０．６ｍｍ程度で設けるのが好ましく。なお、第３の実施形態同様、適宜任意の層間ではＡｇ層９を設けない構造にしても構わない。
【００４８】
次に、本実施例における半導体装置の第１の製造方法について、図１に示す半導体装置を例にとり、図５を用いて説明する。
【００４９】
まず、半導体素子１の表面及び裏面にＡｇ膜９を形成（ステップ６０１）した後、半導体素子１の一方の面とリード電極７とを還元雰囲気中でＢｉ単独の接合部材２により接合する（ステップ６０２）。ここで、Ａｇ膜９はめっきによって形成すればよいが、好ましくは５μｍ以下の膜厚にするとよい。これにより、図１のように、半導体素子１の直上にＢｉ層を形成することができ良好な接続を得ることができる。なお、Ａｇ層９を残した図３の半導体装置を製造する場合には、上記Ａｇの膜厚に制約される必要はない残存するような接合環境・温度調整をすればよい。
【００５０】
一方、表面にＡｇ膜を形成した支持電極体３にＢｉ系接合部材６を供給し（ステップ６０３）、リフローにより支持電極体３と応力緩和部材５とをＢｉ系接合部材６で接合する（ステップ６０４）。その後、前記半導体素子１とリード電極７とを接合してなる接続構造体と、前記支持電極体３と応力緩和部材５とを接合してなる接続構造体とをＢｉ系接合部材４で接合し（ステップ６０５）、前記半導体素子１が接合された支持電極体３の内部を耐熱性の樹脂あるいはシリコーンゴム等によりモールドして完成する（ステップ６０６）。なお、Ｂｉ系の接合材料の供給方法としては、板状、箔状、めっき、蒸着、ペースト等が考えられ、必要に応じて適宜選択すればよい。
【００５１】
この製造方法の場合、Ｂｉ系接合部材４による接合時に既に接合されたＢｉ系接合部材２、６が再溶融する恐れがあるため、Ｂｉ系の接合部材２、６には、Ｂｉ系の接合部材４よりも高い融点をもつ組成のＢｉ系接合材料を用い、温度階層をつければよい。具体的には、例えば、Ｂｉ系接合部材２，６には、Ｂｉ２０Ａｇ（融点３８０℃）を用い、Ｂｉ系接合部材４にはＢｉ１０Ａｇ接合材料（融点３４０℃）を用いればよい。
【００５２】
次に、本発明の半導体装置の第２の製造方法について、図６を用いて説明する。まず、表面にＡｇ膜を形成した支持電極体３にＢｉ系接合部材６を供給し（ステップ７０１）、支持電極体３に応力緩和部材５を還元雰囲気中でＢｉ系接合部材６で接合する（ステップ７０２）。次に、前記応力緩和部材５の上にＺｎ系の接合部材４を供給し（ステップ７０３）、両面にＡｇ膜が形成された半導体素子１と応力緩和部材５とをＢｉ系の接合部材４で接合する（ステップ７０４）。次に、前記半導体素子１の上にＢｉ系の接合部材２を供給し（ステップ７０５）、半導体素子１と表面にＡｇ膜が形成されたリード電極７とをＢｉ系接合部材２で接合する（ステップ７０６）。最後に、前記半導体素子１が接合された支持電極体３の内部をモールドして完成する（ステップ７０７）。
【００５３】
この製造方法の場合には、Ｂｉ系接合部材６、４、２を順次接合していくため、温度階層を３層つける必要があり、例えば、上記順番での接合の場合、接合部材６にはＢｉ３０Ａｇ（融点４２０℃）、接合材料４にはＢｉ２０Ａｇ接合材料、接合部材２にはＢｉ１０Ａｇ系の接合材料を用いればよい。
【００５４】
次に、本実施例における半導体装置の第３の製造方法について、図７を用いて説明する。  まず、表面をＡｇめっきした支持電極体３にＢｉ系接合部材６を供給し（ステップ８０１）、前記Ｂｉ系接合部材６の上に応力緩和部材５を供給し（ステップ８０２）、さらに前記応力緩和部材５の上にＢｉ系接合部材４を供給する（ステップ８０３）。さらに、前記Ｂｉ系接合部材４の上に両面にＡｇ膜を形成した半導体素子１を供給し（ステップ８０４）、前記半導体素子１の上にＢｉ系接合部材２を供給し（ステップ８０５）、Ｂｉ系接合部材２の上にリード電極７を供給する（ステップ８０６）。次に、リフロー処理により、電極支持体３と応力緩和部材５とをＢｉ系接合部材６で、応力緩和部材５と半導体素子１とをＢｉ系接合部材４で、半導体素子とリード電極７とをＢｉ系接合部材２で、一括して接合する（ステップ８０７）。最後に、前記半導体素子１が接合された支持電極体３の内部をモールドして完成する（ステップ８０８）。
【００５５】
この製造方法の場合には、各Ｂｉ系の接合部材２、４、６を一括接合するため、すべて同じ組成の部材でもよく、また第１及び第２の製造方法のように温度階層を設けなくてもよい。従って、本製造方法の場合、Ｂｉ系の接合材料の材料の各組成の軟らかさ、熱抵抗率、熱伝導率等の観点から最適な組合せで階層を設けてもよい。
【００５６】
本実施例における半導体装置の製造方法について上記の通り、いくつか述べたが、上記実施例には限られず、適宜接合順番を入れ替え、それに伴い最適な接合材料を選択してもよい。
【００５７】
尚、上記実施例では、半導体素子１としてツェナーダイオードの例を説明したが、大電力用の整流素子やサイリスタ素子であっても良い。
【実施例２】
【００５８】
次に、実施例２として、本発明をＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor：絶縁ゲートを持つバイポーラトランジスタ）素子を用いて組み立てるＩＧＢＴモジュールに適用した場合を説明する。
【００５９】
図８は、ＩＧＢＴ素子を用いて組み立てたＩＧＢＴモジュールの一部分の構造を示した図である。図中、１００１−１及び２はＩＧＢＴ素子、１００２は絶縁基板、１００３−１と１００３−２とは絶縁基板１００２上に形成された銅配線パターン、１００４は銅板、１００５はアルミワイヤ、１００６は内部配線、１００７はケース、１００８は蓋、１００９は端子であり、ＩＧＢＴ素子１００１−１と銅配線パターン１００３−１、１００３−２とはＢｉ系接合材料１０１０で、また、絶縁基板１００２と銅板１００４とはＢｉ系接合部材１０１１で、それぞれ接続されている。Ｂｉ系接合部材１０１０とＢｉ系接合部材１０１１としては、実施例１で説明したものと同様の、Ｂｉ単体、又はＢｉ-Ａｇ系、又はＢｉ-Ａｇ系に他の金属成分を添加した３元系以上の接合材を用いる。また、ケース１００７の内部は、シリコンゲルなどの封止材料１０１２が充填されている。
【００６０】
この実施例においても、ＩＧＢＴ素子１００１−１、１００１−２と銅配線パターン１００３−１、１００３−２とのそれぞれのＢｉ系接合部材１０１０で接合する面には、予めＡｇ膜が１０μｍ以下の厚さ、好ましくは５μｍ以下の厚さで形成されており、このＡｇ膜が形成された面においてＢｉ系接合部材１０１０で接合されている。この実施例においても、Ｂｉ系接合部材１０１０とＩＧＢＴ素子１００１−１、１００１−２及び配線パタンとの界面におけるＢｉ系接合部材層には、Ａｇの密度が界面から次第に小さくなる状態で拡散（傾斜拡散）されて接続されている。
【００６１】
また、絶縁基板１００２と銅板１００４とのそれぞれＢｉ系接合部材１０１１で接合する面にも、Ａｇ膜が１０μｍ以下の厚さ、好ましくは５μｍ以下の厚さで形成されており、このＡｇ膜が形成された面においてＢｉ系接合部材１０１１で接合されている。この場合も上記と同様に、Ｂｉ系接合部材１０１０と絶縁基板１００２及び銅板１００４との界面におけるＢｉ系接合材料層には、Ａｇが傾斜拡散された状態で接続されている。これにより、耐熱性、耐熱応力性、放熱性に優れたＩＧＢＴモジュールを提供することができる。  ここで、銅板１００４上への絶縁基板１００２の接続と絶縁基板１００２上の配線パターン１００３−１、１００３−２とＩＧＢＴ素子１００１−１及び１００１−２との接続を別々に行う場合には、Ｂｉ系接合部材１０１０とＢｉ系接合部材１０１１とは、組成の比率を変えて融点の異なるものを用いればよい。例えば、Ｂｉ系接合部材１０１０と１０１１との組合せとしては、１０１０にＢｉ３０Ａｇを用いて１０１１にはＢｉ２０ＡｇまたはＢｉ１０Ａｇを用いても良く、また１０１０にＢｉ２０Ａｇを用いたときには、１０１１にＢｉ１０Ａｇを用いればよい。
【００６２】
一方、銅板１００４上への絶縁基板１００２の接続と絶縁基板１００２上の配線パターン１００３−１、１００３−２とＩＧＢＴ素子１００１−１及び１００１−２との接続を同時に行う場合には、Ｂｉ系接合部材１０１０とＢｉ系接合部材１０１１とは同じ組成のもであっても良い。
【実施例３】
【００６３】
次に、実施例３として、半導体装置について、図９を用いて説明する。実施例３に係る半導体装置は、表面に回路が作りこまれた半導体素子１と、半導体素子１を支持するＣｕ系リードフレーム１０と、Ｃｕ系リードフレーム１０の外部リード１１部分と半導体素子１とを電気的に接続するワイヤ１２と、少なくとも半導体素子１を封止する封止材８とで構成されている。本実施例においては、半導体素子１の裏面とＣｕ系リードフレーム１０とに１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下の厚さのＡｇ膜が形成された状態で、Ｂｉ系接合部材２で接合されている。そして、上記に説明した実施例１及び実施例２の場合と同様に、Ｂｉ系接合部材層の半導体素子１の裏面およびＣｕ系リードフレーム１０との界面にはＡｇの傾斜拡散層が形成され接続されている。これにより、耐熱性、耐熱応力性、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。封止材８は、耐熱性のある樹脂あるいはシリコーンゴム等を用いればよい。
【００６４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種種変更可能である。
【００６５】
また、上記各実施形態に分けて記載した半導体装置及びその製造方法の内容は、各実施形態のみに限定されるものではなく、他の実施形態についても適宜適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例１の第１の実施形態における半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の第２の実施形態における半導体装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例１の第３の実施形態における半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例１の第４の実施形態における半導体装置の断面図である。
【図５】本発明の実施例１における半導体装置の第１の製造方法についての、フロー図である。
【図６】本発明の実施例１における半導体装置の第２の製造方法についての、フロー図である。
【図７】本発明の実施例１における半導体装置の第３の製造方法についての、フロー図である。
【図８】本発明の実施例２におけるＩＧＢＴモジュールの断面図である。
【図９】本発明の実施例３における半導体装置の断面図である。
【図１０】Ｂｉ-Ａｇ系合金の状態図である。
【図１１】銅又はこれを含む合金で形成された２つの導電性部材を、双方の表面にＡｇでめっきして、本発明によるはんだ材料で接合したときの断面構造を示す模式図であり、（ａ）はＡｇめっき層がはんだ付け工程後に部材表面に残らないときの断面を、（ｂ）はＡｇめっき層がはんだ付けの工程後も部材表面に残るときの断面を夫々示す。
【図１２】本発明による接合層を用いた２つの部材の接合構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は一方の部材に銅層が、他方の部材に亜鉛層が夫々形成された断面構造を、（ｂ）は一方の部材にニッケル層が、他方の部材に銀層が夫々形成された断面構造を夫々示す。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・半導体素子    
２，４，６，１０１０、１０１１・・・Ｂｉ系の接合部材    
３・・・支持電極体
５・・・応力緩和和材
７・・・リード電極
８・・・封止材    
９・・・  Ａｇ層    
１０・・・Ｃｕ系リードフレーム    
１１・・・外部リード    
１２・・・ワイヤ  
１００１−１，１００１−２・・・ＩＧＢＴ素子
１００３−１，１００３−２・・・銅配線パターン
１００２−１，１００２−２・・・絶縁基板
１００４・・・銅板
１００５・・・アルミワイヤ
１００６・・・内部配線
１００７・・・ケース
１００８・・・蓋
１００９・・・端子。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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