(57)【要約】      （修正有）【課題】焼結金属層を有する、高温環境における信頼性が向上する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板１０３上の配線層１０４と、第一の焼結金属層１０５を介して配線層１０４と接合された半導体素子１０１と、第二の焼結金属層１０６を介して半導体素子１０１と接合された導電板１０２と、第一の焼結金属層１０５及び第二の焼結金属層１０６の少なくともいずれかの端部を樹脂、ガラス、金属材料の少なくともいずれかで封止する封止部１０７と、を備える。第一の焼結金属層１０５は、第一の焼結金属層１０５と半導体素子１０１との積層方向に投影した場合、第一の焼結金属層１０５の射影部が半導体素子１０１の射影部に包含されるように形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上の金属配線と、
第一の焼結金属層を介して前記金属配線と接合された半導体素子と、
第二の焼結金属層を介して前記半導体素子と接合された導電板と、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層の少なくともいずれかの端部を樹脂、ガラス、金属材料の少なくともいずれかで封止する封止部と、を備え、
前記第一の焼結金属層は、前記第一の焼結金属層と前記半導体素子との積層方向から投影した場合、前記第一の焼結金属層が前記半導体素子の射影部に包含されるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第二の焼結金属層は、前記第二の焼結金属層と前記導電板との積層方向から投影した場合、前記第ニの焼結金属層が前記導電板の射影部に包含されるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第一の焼結金属層の端部を封止する封止部は、前記半導体素子の端面と、前記絶縁基板の上面と接することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第二の焼結金属層の端部を封止する封止部は、前記導電板の端面と、前記半導体素子の上面と接することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記封止部は、はんだからなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層を形成する接合材料と、前記封止部を形成する材料は異なることを特徴とする半導装置
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層は、銀及び銅の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至４に記載の半導体装置であって、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層が、銀粒子、酸化銀粒子の少なくともいずれかを含む接合材料が焼結したものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至４に記載の半導体装置であって、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層が、銅粒子、酸化銅粒子の少なくともいずれかを含む接合材料が焼結したものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
絶縁基板上の金属配線と、
第一の焼結金属層を介して前記金属配線と接合された半導体素子と、
第二の焼結金属層を介して前記半導体素子と接合された導電板と、
前記第一の焼結金属層及び前記第二の焼結金属層の少なくともいずれかの端部を樹脂、ガラス、金属材料の少なくともいずれかで封止する封止部と、を備える半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板の表面に接合材料を塗布する接合材料塗布工程と、
塗布された接合材料の上に前記半導体素子を搭載する搭載工程と、
前記搭載工程により形成された積層体を大気中又は還元雰囲気中１００℃〜５００℃で加熱する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合材料塗布工程において、積層方向に投影した場合、前記接合材料の塗布領域が前記半導体素子射影部に包含されるように前記接合材料を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等に用いられる半導体装置では、配線層が設けられた絶縁基板に半導体素子が搭載される。この半導体素子と配線層とを接合する際にはＳｎ−Ｐｂ系はんだ付け材料などが用いられていた。しかし、近年半導体装置の小型化・高密度化の要求から、配線層や接合層には数アンペア以上の電流が流れ、特にスイッチングする半導体素子では大きな発熱が生じる。そこで、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだ付け材料よりもより放熱性の良い材料や接合信頼性を向上させる材料が求められていた。
【０００３】
一方で、高い放熱性と信頼性を有する材料として、粒子状金属合物を含む導電性組成物を用いた接合材料が知られている。特に、金属粒子の粒径を１００ｎｍ以下のサイズまで小さくした金属ナノ粒子では、構成原子数が少なくなり、粒子の体積に対する表面積比が急激に増大する。その結果、融点や焼結温度がバルクの状態と比較して大幅に低下することが知られている。この低温焼結機能を利用して、有機物で表面が被覆された平均粒径１００ｎｍ以下の金属粒子の有機物を加熱により分解させて金属粒子同士を焼結させる接合方法や、金属酸化物を接合材料として用いて被接合材同士を接合させる方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、上述のような金属ナノ粒子、金属酸化物を接合材料として用いた焼結金属接合層は、１５０℃を超えるような高温環境下では、接合部の酸化や室温から１５０℃への加熱による温度サイクルによるクラック発生等により信頼性が低下する課題があった。そこで、特許文献１では、熱衝撃による熱応力を緩和するために、半導体素子と絶縁基板とを接合する接合層と同一材料で形成されたフィレット層を接合層の側壁部に配置することが開示されている。
【０００５】
また、上述のような金属ナノ粒子、金属酸化物を接合材料として用いた場合、被接合材を接合する際に、被接合材間にペースト（接合材料）を挟んで加圧しながら加圧接合することが必要である。このとき、ペーストが接合部からはみ出し、信頼性が低下することが課題となっていた。そこで、特許文献２には、接合部から接合材料のはみ出しを抑制するために、半導体素子に設けられた電極を取り囲むように、電極面に対して立体的に枠部を設けた半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１２０６３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３８４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された半導体装置は、フィレット層に焼結金属層と同一の材料を用いているため、フィレット層及び焼結金属層が酸化により劣化する虞があった。また、フィレット層を形成した際に無加圧で焼結された金属粒子が発生し、その無加圧の焼結金属粒子が半導体素子部分に飛散するために、信頼性が損なわれる課題もあった。
【０００８】
特許文献２に開示された半導体装置に係る枠部は、焼結金属層の周囲に配置されているが焼結金属層を封止するものではないので、焼結金属層の酸化による劣化を抑制することは困難である。特に、焼結金属層の最高温度１５０℃を超えるような、高温環境下では、接合部の信頼性が低下する課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、高温環境下で高い信頼性を有する焼結金属層で形成された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、絶縁基板上の金属配線と、第一の焼結金属層を介して金属配線と接合された半導体素子と、第二の焼結金属層を介して半導体素子と接合された導電板と、第一の焼結金属層及び第二の焼結金属層の少なくともいずれかの端部を樹脂、ガラス、金属材料の少なくともいずれかで封止する封止部と、を備え、第一の焼結金属層は、第一の焼結金属層と半導体素子との積層方向に投影した場合、第一の焼結金属層は半導体素子の射影部に包含されるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、焼結金属層を備える半導体装置の高温環境下における接合信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す上面図である。
【図２】図１に係る半導体装置のＡＡ´断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の素子周辺部の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の素子周辺部の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の素子周辺部の断面図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の製造プロセスの一例を示す図である。
【図７】実施例１の接合層の酸化に対する信頼性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の示す断面図である。図２は図１に係る半導体素子のＡＡ´線における断面図である。半導体装置は、金属配線１０４を備える絶縁基板１０３と、半導体素子１０１と、導電板１０２と、を備える。導電板は配線部材により絶縁基板上の金属配線と電気的に接続される。絶縁基板は接合層を介して放熱基板等の支持部材に接合される。積層体の周囲は絶縁材で封止されている。
【００１４】
図３は図１に係る半導体装置の素子周辺部の断面図である。図３に示すように、絶縁基板１０３と半導体素子１０１とは、第一の焼結金属層１０５を介して接合され、半導体素子と導電板１０２とは第二の焼結金属層１０６を介して接合されている。第一、第二の焼結金属層の端部には、樹脂、ガラス、金属の少なくともいずれかからなる封止部が設けられている。
【００１５】
＜半導体素子＞
半導体素子としては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）チップ、ＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアック等を用いることができる。半導体素子としてＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを用いた場合には、表面側には主電極となるエミッタ電極と制御電極であるゲート電極、裏面側には主電極となるコレクタ電極が設けられる。
【００１６】
＜導電板＞
導電板にはワイヤやリボンなどの配線部材が接続され、配線部材によって他の半導体素子や電極と接続される。導電板には、半導体素子と配線部材の熱膨張率差による熱応力を緩和する役割と、半導体素子からの熱を放熱する役割が求められる。導電板としては、半導体素子と配線部材の中間の熱膨張率を有し、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材料を用いることが好ましい。異なる熱伝導率を有する層を積層した材料を用いることもできる。
【００１７】
＜絶縁基板＞
絶縁基板には、絶縁耐圧が高い窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等が用いられる。特に、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや窒化珪素が望ましい。絶縁基板の厚さは、パワー半導体モジュールに必要な絶縁特性にあわせ、０．１〜１．５ｍｍの範囲に設定される。また、絶縁基板として樹脂をマトリックスし、アルミナや窒化ホウ素やイットリアや窒化アルミ等の高熱伝導フィラーを混合したシート状の構成を用いることも可能である。
【００１８】
＜放熱基板＞
放熱基板には、熱伝導率の高い銅やアルミニウム、またはそれらの合金を用いることが望ましい。また、放熱基板と絶縁基板との間に、低熱膨張で熱伝導率が高いモリブデンやタングステンやカーボン、またはそれらの材料と銅やアルミニウムとの複合材からなる中間層を設置してもよい。本実施形態においては、この中間層を省略した構造を採っている。
【００１９】
＜封止材＞
半導体素子周囲の絶縁材としては、高分子材料であれば、何でもよく、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、シリコーンゲル等を用いることが可能である。また、樹脂に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ等のセラミックスやゲル、ゴム等のフィラーを含有させてもよい。熱膨張係数をＩＧＢＴチップやダイオードチップ等に近づけて、熱膨張係数の差を低減することができる。
【００２０】
＜焼結金属層＞
半導体素子と絶縁基板とを接合する第一の焼結金属層は、第一の焼結金属層と半導体素子との積層方向から投影した場合、第一の焼結金属層が半導体素子の射影部に包含されるように形成されていることが好ましい。また、半導体素子と導電板とを接合する第二の焼結金属層は、第二の焼結金属層と導電板との積層方向から投影した場合、第二の焼結金属層が導電板の射影部に包含されるように形成されていることが好ましい。
【００２１】
焼結金属層を形成する際には、接合時の加圧工程において塗布したペーストが被接合材からはみ出し、無加圧で焼結された金属粉が、その後の工程において飛散してしまうことが課題となっていた。金属粉が半導体素子周囲に飛散すると、短絡が発生し信頼性が損なわれるおそれがある。そのため、被接合材からはみ出さないように焼結金属層を形成することにより、無加圧で焼結された金属粉の生成を抑制し、信頼性を向上することができる。
【００２２】
焼結接合層を形成するための接合材料は、金属粒子、金属酸化物粒子、金属塩粒子のいずれかを含む。金属粒子として、例えば、銀、銅、金、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、亜鉛、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム、珪素、アルミニウム等の中から１種類の金属あるいは２種類以上の金属からなる合金を用いることが可能である。酸化物粒子としては酸化金、酸化第一銀、酸化第二銀、酸化第二銅を用いることが可能である。金属塩粒子としてはカルボン酸金属塩として酢酸銀、ネオデカン酸銀塩などをもちいることが可能である。
【００２３】
接合材料に銀粒子を含む場合、平均粒径が１ｎｍより大きく１０μｍ以下の銀粒子を用いることが好ましい。接合材料に銅粒子を含む場合、平均粒径が１ｎｍより大きく２０ｕｍ以下の銅粒子を用いることが好ましい。また、粒子の凝集を防ぐために、これらの粒子を有機物の分散剤を被覆しておくことが好ましい。分散剤としてはアルキルカルボン酸、アルキルアミンが挙げられる。
【００２４】
接合材料をペーストとして用いる場合には、接合材料に沸点が３５０℃以下の溶媒を加えてもよい。溶媒としては例えばアルコール類等が挙げられる。溶媒の沸点は３５０℃以下でなくてもよいが、接合温度のターゲットが３５０℃以下であるため、沸点３５０℃以下の溶媒を用いることにより、溶媒が蒸発する際の時間を短縮することができる。溶媒として用いることができるアルコール類としては、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルルコール、ウンデシルアルコール、ドデシルアルコール、トリデシルアルコール、テトラデシルアルコール、ペンタデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、ヘプタデシルアルコール、オクタデシルアルコール、ノナデシルアルコール、イコシルアルコール、がある。また、ジエチレングリコール、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのグリコール系が挙げられる。さらには１級アルコール型に限らず、２級アルコール型、３級アルコール型、及びアルカンジオール、環状型の構造を有するアルコール化合物を用いることが可能である。それ以外にも、テルピネオール、エチレングリコール、トリエチレングリコールを用いてより。これらの中でもグリコール系の溶媒を用いることが好ましい。こグリコール系の溶媒は安価で、人体等に対する毒性も少ないからである。さらに、これらのアルコール系の溶媒は溶媒としてだけでなく、酸化銀に対する還元剤としても作用することが可能であるため、酸化銀粒子の量に対する還元剤として適度な量に調整して用いることができる。
【００２５】
次に、接合材料に金属酸化物粒子を含む場合について説明する。酸化銀粒子を含む接合材料は、酸化銀粒子の他に、有機物からなる還元剤と、溶媒とを含む。酸化銅粒子を含む接合材料は酸化銅粒子の他に、ペースト用溶剤を含む。金属酸化物粒子は平均粒径１ｎｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００２６】
金属酸化物粒子の含有量としては、接合材料中における全質量部において５０質量部超９９質量部以下とすることが好ましい。接合材料中における金属含有量が多い方が低温での接合後に有機物残渣が少なくなり、低温で緻密な焼成層を形成でき、また、接合界面での金属結合の形成が可能となる。その結果、接合強度が向上し、さらには高放熱性、高耐熱性を有する接合層を形成することが可能となる。
【００２７】
有機物からなる還元剤としては、例えば、アルコール類、カルボン酸類、アミン類のいずれかが好ましい。この中でも、環境負荷の小さいアルコール類が好ましい。利用可能なアルコール基を含む化合物としては、アルキルアルコールが挙げられる、例えば、ヘプチルアルコール，オクチルアルコール，ノニルアルコール，デシルルコール，ウンデシルアルコール，ドデシルアルコール，トリデシルアルコール，テトラデシルアルコール，ペンタデシルアルコール，ヘキサデシルアルコール，ヘプタデシルアルコール，オクタデシルアルコール，ノナデシルアルコール，イコシルアルコール、がある。さらには１級アルコール型に限らず、２級アルコール型，３級アルコール型、及びアルカンジオール，環状型の構造を有するアルコール化合物を用いることが可能である。それ以外にも、エチレングリコール，トリエチレングリコールなど多数のアルコール基を有する化合物を用いてもよい。
【００２８】
接合材料中の還元剤の含有量は酸化銀粒子の全重量に対して１質量部以上で５０質量部以下の範囲であることが好ましい。還元剤の量が１質量部より少ないと接合材料における金属粒子前駆体を還元して金属粒子を作製するのに十分な量ではないためである。また、還元剤の量が５０質量部を超えると接合後における残渣が多くなる。その結果、界面での金属接合と接合銀層中における緻密化が困難となる。接合材料中には比較的粒径の大きい平均粒径５０μｍ〜１００μｍの金属粒子を混合して用いることも可能である。これは接合中において作製された１００ｎｍ以下の金属粒子が、平均粒径５０μｍ〜１００μｍの金属粒子同士を焼結させる役割を果たすからである。また、粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子を予め混合しておいてもよい。
【００２９】
ペースト溶剤としては、銀粒子、銅粒子を用いた場合と同様に、沸点が３５０℃以下の溶媒を用いることができる。酸化銀粒子を含む接合材料を、ペースト状とする場合も沸点が３５０℃以下の溶媒を用いることができる。
【００３０】
＜封止部＞
封止部とは、焼結金属層の端部を金属、ガラス、樹脂の少なくともいずれかで封止する部分である。これらの材料で焼結金属層の端部を封止することで、接合部端部のひずみ量が減少する。その結果、高温環境下での使用に求められるような、熱サイクルに対しても接合寿命が向上し、高い信頼性を有することが可能となる。また、半導体素子の周囲には、接合により形成された焼結金属層から無加圧の焼結金属が飛散し、信頼性が損なわれるという課題があった。焼結金属層の端部を封止することにより、焼結金属の飛散を抑制できるため、信頼性を維持できる。また、焼結金属層の端部を封止することにより、焼結金属層への酸素等の侵入を抑制し、焼結金属の酸化を抑制できる。その結果、焼結金属の酸化による劣化を抑制でき、焼結金属層の寿命を飛躍的に向上できる。特に接合材料として銅系の材料を用いた場合に、有用である。
【００３１】
応力吸収、焼結金属の酸化劣化の観点から、導電板と半導体素子とを接合する第二の焼結金属層の端部を封止する封止部は、導電板の端面と半導体素子の上面に接していることが好ましい。また、半導体素子と絶縁基板とを接合する第一の焼結金属層の端部を封止する封止部は、半導体素子の端面と絶縁基板の上面に接していることが好ましい。
【００３２】
封止部の形状としては、例えば、図４のような矩形形状、図５のように外周面が凸曲面となっている形状などが挙げられる。
【００３３】
図３に示すように、導電板と半導体素子の焼結金属層の端部を封止する封止部の外周面は、導電板の端面から半導体素子の上面に近接するに従って、焼結金属層から遠ざかる傾斜面であっても良い。同様に、半導体素子と導電板とを接合する焼結金属層の端部を封止する封止部の外周面は、半導体素子の端面から絶縁基板の上面に近接するにつれて焼結金属層から遠ざかる傾斜面であってもよい。封止部の形状は、例えば、封止部を形成する材料の粘度等を調整することにより制御することができる。
【００３４】
封止部は、金属材料、ガラス、樹脂の少なくともいずれかで構成される。酸化劣化抑制の観点からは、酸素の透過率が低い金属が好ましい。信頼性向上の観点からは、焼結金属層と反応することのない樹脂が好ましい。高温で使用した際に信頼性が高いのは、ガラス材料である。
【００３５】
金属材料としては、半導体装置の製造プロセスの上限の温度である４００℃以下で接合できる材料が好ましい。例えば、ＰｂＳｎ，ＺｎＺｌ，ＳｎＳｂ，ＳｎＳｕ，ＳｎＡｇＣｕ等のはんだ材料が挙げられる。本願明細書において、はんだとは、４５０℃未満の低い融点を持つろう接用溶加材を示す。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド、シリコン樹脂等が挙げられる。ガラスとしては、バナジウムガラス等が挙げられる。これらの材料は、１種類のみであってもいいが、２種類以上用いることが可能である。
【００３６】
＜半導体装置の製造方法＞
半導体装置は、公知の方法を用いて製造することができるが、焼結金属層は以下に説明する方法で形成することが好ましい。
【００３７】
図５に本発明に係る接合プロセスの一実施例を示す。本発明に係る接合プロセスは、一方の被接合材（絶縁基板、半導体素子）の表面に接合材料を塗布する接合材料塗布工程（ａ）と、塗布された接合材料の上に他方の被接合材料（半導体素子、導電板）を搭載する搭載工程（ｂ）と、搭載工程により形成された積層体を加熱・加圧により接合する接合工程（ｃ）と、接合工程により形成された焼結金属層の端部に封止材料を塗布する封止材塗布工程（ｄ）と、封止材を硬化する硬化工程（ｅ）と、を備える。
【００３８】
絶縁基板と半導体素子とを接合する際は、絶縁基板と半導体素子との積層方向に投影した場合、接合材料の塗布領域が半導体素子の射影部に包含されるように接合材料を塗布することが好ましい。また、接合材料塗布領域の面積Ｂが、半導体素子の表面の面積Ｃ１より小さく（Ｂ１＜Ｃ１と）なるように接合材を塗布することが好ましい。焼結金属材料ペーストの塗布領域がチップの外周よりも内側となるため、焼結金属接合後にも、無加圧の焼結部分が出来なくなるため、その後の半導体工程においても、従来のように、無加圧の焼結粉が発生して、信頼性を損なうことを抑制できる。
【００３９】
また、Ｂ１≧Ｃ１／２であることが好ましい。Ｂ１＜Ｃ１／２とすると、接合面積がチップサイズに比べて非常に小さくなり、接合部の熱抵抗が悪化し、半導体素子の信頼性が大きく損なわれるからである。
【００４０】
接合工程（ｃ）における雰囲気は、接合材料として銀粒子、酸化銀粒子を用いた場合には大気中、窒素中、還元雰囲気中のいずれでもよい。一方、接合材料として銅粒子、酸化銅粒子を用いた場合には、水素や蟻酸などの還元雰囲気や窒素中等で行う必要がある。 これは、銅粒子を大気中で加熱すると、酸化してしまうためである。また、酸化銅粒子は大気中では、有機物還元剤等により、一度は銅に還元できたとしてもその後、酸化してしまうためである。このような理由から、接合には、還元雰囲気や窒素雰囲気を用いることが必要である。  接合工程（ｃ）における加圧条件は、０ＭＰａ超３０ＭＰａ以下が好ましい。加圧をしない（０ＭＰａ）場合、焼結金属の接合層が緻密化されないため、接合層の信頼性が大きく低下する。また、３０ＭＰａよりも大きくなると、半導体素子へのダメージが生じる。加熱・加圧時間は、１秒超１８０分未満が好ましい。
【００４１】
以下、具体例を示して本発明の実施形態を記す。
【実施例１】
【００４２】
焼結金属層を形成する接合材料に酸化銅粒子を用い、ＳｎＡｇＣｕはんだからなる封止部を備える半導体装置の例を示す。
【００４３】
実施例１に係る半導体装置は、図に示した接合プロセスにより作製した。焼結金属層を形成する接合材料としては、酸化銅ペーストを用いた。酸化銅ペーストは、和光純薬から購入した酸化銅粒子（ＣｕＯ）とエチレングリコールモノブチルエーテルをそれぞれ重量比において、９：１で混合することにより作製した。この酸化銅ペーストを、表面に銅配線層１３１を備える絶縁基板に、１０ｍｍの幅で塗布した（ａ工程）。その後、長辺が１３ｍｍの半導体素子を酸化銅ペースト上に搭載した（ｂ工程）。工程ｂにより得られた積層体を３５０℃の接合温度で１．０ＭＰａに加圧して５分間保持することにより絶縁基板と半導体素子とを接合した（ｃ工程）。このとき、酸化銅ペーストの塗布領域を半導体素子よりも小さくすることにより、その後の加熱加圧時にペーストが広がって、半導体素子からはみ出し、無加圧で焼結した銅粉がその後の工程で飛散することを防ぐことができた。
【００４４】
次に、ＳｎＡｇＣｕからなるはんだ材料をｃ工程により形成された焼結金属層の端部に塗布し（ｄ工程）、２９０℃で１分間リフローすることにより硬化させた（ｅ工程）。このとき、はんだ材料を、半導体素子の端面及び絶縁基板の上面と接触するように塗布、硬化させた。
【００４５】
以上の方法により、焼結金属層の端部には、ＳｎＡｇＣｕはんだからなる封止部（フィレット）を形成させた。この焼結金属層の端部に形成された封止部により、温度サイクルにおいて、端部の熱応力が分散され、接合寿命を向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００４６】
焼結金属層を形成する接合材料に酸化銅粒子を用い、樹脂からなる封止部を備える半導体装置の例を示す。ｄ工程においてはんだ材料をエポキシ樹脂に変え、ｅ工程において加熱により硬化させたこと以外は実施例１と同様に半導体装置を作製した。以上の方法により、焼結金属層の端部に、エポキシ樹脂からなる封止部を備え半導体装置を作製ｈした。この接合層端部のフィレットにより、温度サイクルでの端部に対する熱応力が分散されて、接合寿命を向上させることが可能となる。
【００４７】
＜比較例１＞
比較例１では、焼結金属層の端部に封止部を備えない半導体装置を作製した。比較例に係る半導体装置は、ｄ工程、ｅ工程を行わなかったこと以外、実施例１と同様に作製した。
【００４８】
＜耐酸化性の評価＞
実施例１及び比較例１で作製した半導体装置の高温での耐酸化性を調べた。これら２つの半導体装置に対して、−４０から２００℃まで温度を変化させ、２０、５０、１００、２００、５００、１０００の各サイクルでサンプルを取り出し、端部からの焼結銅の酸化距離を測定した。測定結果を図６に示す。実施例１に係る半導体装置ではサイクルに伴う酸化進展距離の変化がほぼない。一方、比較例１に係る半導体装置では、２０サイクル以上になると酸化進展距離が大幅に増加した。これは、焼結銅の端部を封止することで焼結銅の酸化が大幅に抑制できたことを示している。焼結金属層の端部をはんだで覆うことで、大気中の酸素は、焼結金属層に達するにははんだ内を拡散する必要があるため、焼結銅層に到達しにくくなったためであると考えられる。このように、焼結金属層の酸化を抑制すると、高温環境下での信頼性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０１…半導体素子、１０２…導電板、１０３…絶縁基板、１０４…配線層、１０５…第一の焼結金属層、１０６…第二の焼結金属層、１０７…封止部、１０８…配線部材、１０９…絶縁材、１１０…支持部材、１１１…接合層、１１２…ケース
【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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