(57)【要約】【課題】信頼性および冷却機能の高い半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置Ａは、半導体素子が形成された半導体チップ１１ａ，１１ｂと、放熱基板２１と、金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、互いに離間している複数のフィン状部材２２と、各半導体チップ１１ａ（１１ｂ）を封止する封止部材１５と、放熱基板２１とフィン状部材２２との間に介在する裏面側メタライズ層２４と、放熱基板２１と金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの間に介在する主面側メタライズ層２６とを備えている。【選択図】図１
2008244394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された半導体チップと、主面側に前記半導体チップを実装するための実装部材群とを備えた半導体装置であって、
前記実装部材群は、
無機絶縁性材料により構成されている放熱基板と、
前記放熱基板の主面側に搭載された金属板と、
前記放熱基板の裏面側に互いに離間して固定された複数のフィン状部材と
を有している、半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記実装部材群は、前記放熱基板の主面に形成された主面側メタライズ層をさらに有しており、
前記金属板は、前記主面側メタライズ層にろう付けされている、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置において、
前記実装部材群は、前記放熱基板の裏面に形成された裏面側メタライズ層をさらに有しており、
前記フィン状部材は、前記裏面側メタライズ層にろう付けされている、半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記金属板は、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の金属材料により構成されている、半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記金属板は、Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗにより構成されている、半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置において、
前記放熱基板は、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の無機絶縁性材料により構成されている、半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置において、
前記放熱基板は、ＡｌＮ，窒化珪素，ＳｉＣおよびそれらのうち少なくとも１つを主成分とする複合材料から選ばれた材料により構成されている、半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記放熱基板と前記金属板との熱膨張係数差は、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下である、半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置において、
前記フィン状部材は、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の金属材料により構成されている、半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置において、
前記フィン状部材は、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｃｕ−ＭｏおよびＣｕ−Ｗから選ばれた材料により構成されている、半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたパワーデバイスである、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを実装してなる半導体装置に係り、特に、放熱対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来のＩＧＢＴチップを搭載した半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、セラミック等により構成されている放熱基板１０１の主面側には、放熱基板１０１にはんだ層１０２により固定されたＡｌ板１０４と、Ａｌ板１０４の主面にＡｌろうによって固定されたＡｌＮ板１０６と、ＡｌＮ板１０６の主面にＡｌろうによって固定されたＡｌ配線１０８と、Ａｌ配線１０８の上にはんだ１０９により固定された半導体チップ１２０とを備えている。また、放熱基板１０１の裏面側には、グリース１１２を挟んでフィン付きのヒートシンク１１３が取り付けられている。一般には、放熱基板１０１はＣｕ−Ｍｏなどにより構成され、ヒートシンク１１３はＡｌ合金により構成されている。
【０００３】
放熱基板１０１とヒートシンク１１３との間に介在するグリース１１２は、熱膨張係数αが約２３（ｐｐｍ／Ｋ）のＡｌ合金からなるヒートシンク１１３、および熱膨張係数αが約９（ｐｐｍ／Ｋ）のＣｕ−Ｍｏからなる放熱基板１０１間の熱膨張係数差に起因する応力を緩和するためのものである。
【０００４】
上述のように、基板間にグリースを介在させたものとして、たとえば、特開２００３−２７０８０号公報には、フィン付きの放熱体と、発熱体である電子部品との間に、熱伝導性グリースを介在させた半導体装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７や上記公報に開示される構造では、グリースにより熱膨張係数差に起因する熱応力は緩和しうるものの、グリースは、金属やセラミックに比べると、熱伝導率が低いことに加えて、接続部の信頼性を悪化させるという難点がある。すなわち、グリースはその両側の部材をずらせるものであるので、グリースによって両側の部材が固定されるものではない。また、グリース中にボイドが発生しやすく、ボイドが発生すると、上記公報のごとく、グリースの熱伝導率の向上を図っていても、期待した効果が得られないことになる。
【０００７】
本発明の目的は、接続部の信頼性を維持しつつ、高い放熱機能を有する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】
【０００８】
本発明の半導体装置は、半導体チップを実装するための実装部材群を備えており、実装部材群は、無機絶縁性材料からなる放熱基板と、その主面側に搭載された金属板と、その裏面側に互いに離間して固定された複数のフィン状部材とを有している。
【０００９】
これにより、放熱基板の裏面側において、複数のフィン状部材が互いに離間しているので、放熱基板と金属板との熱膨張係数差や、放熱基板とフィン状部材との熱膨張係数差が大きくても、そのことに起因するフィン状部材と放熱基板との接続部の信頼性は維持される。すなわち、フィン状部材と放熱基板との間で熱応力が発生しても、放熱基板の開放部分に熱応力が分散（吸収）されるので、接続部がはがれるなどのおそれが回避されるからである。したがって、グリースをフィン状部材と放熱基板との間に介在させる必要はなく、メタライズ層とのろう付け，接着，嵌合などにより、フィン状部材を放熱基板に固定することが可能となる。よって、ヒートシンクであるフィン状部材と放熱基板との間の接続部の信頼性が向上する。
【００１０】
放熱基板の主面に主面側メタライズ層を形成して、金属板を主面側メタライズ層にろう付けすることにより、放熱基板と金属板との間の接続状態が強固になって、より信頼性が向上する。ろう付けには、はんだなどの低温ろう付け、黄銅ろうなどの高温ろう付けなどがあるが、いずれを用いてもかまわない。
【００１１】
放熱基板の裏面に裏面側メタライズ層を形成して、フィン状部材を裏面側メタライズ層にろう付けすることにより、放熱基板とフィン状部材との間の接続状態が強固になって、より信頼性が向上する。
【００１２】
金属板が、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の金属材料により構成されていることによって、半導体チップとの熱膨張係数差が小さくなるので、熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００１３】
金属板がＣｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗにより構成されていることによって、半導体チップ側から放熱基板への熱伝達量が多くなり、放熱機能が向上する。
【００１４】
放熱基板が、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の無機絶縁性材料により構成されていることによって、金属板との熱膨張係数差が小さくなるので、熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００１５】
放熱基板が、ＡｌＮ，窒化珪素，ＳｉＣおよびそれらのうち少なくとも１つを主成分とする複合材料から選ばれた材料により構成されていることによって、放熱基板の熱膨張係数が半導体チップの熱膨張係数に近づくので、熱応力をできるだけ小さくすることができる。窒化珪素には、化学量論組成のものＳｉ３Ｎ４だけでなく、化学量論組成からずれた不定比のものも含まれる。
【００１６】
放熱基板と金属板との熱膨張係数差が、７（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることにより、熱膨張係数差に起因する熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００１７】
フィン状部材が、熱膨張係数が０（ｐｐｍ／Ｋ）よりも大で１０（ｐｐｍ／Ｋ）以下の金属材料により構成されていることによって、フィン状部材と放熱基板との熱膨張係数差に起因する熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００１８】
フィン状部材が、Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗにより構成されていることによって、熱応力をできるだけ小さくして、接合の信頼性を維持しつつ、ヒートシンクであるフィン状部材から熱媒体へ熱伝達量が向上し、放熱機能が向上する。フィン状部材が、熱伝導率の高いＣｕまたはＣｕ合金により構成されていることによって、特に放熱機能が向上する。
【００１９】
半導体素子が、ワイドバンドギャップ半導体を用いたパワーデバイスであることにより、チップ温度が比較的高温に達しても、熱応力をできるだけ小さくして接続部の信頼性を維持しつつ、高い耐熱性により、動作を持続することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体装置によると、熱応力の抑制により、接続部の信頼性を保持しつつ、高い放熱機能を有する半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、実施の形態における半導体装置Ａの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本実施の形態の半導体装置Ａは、主要部材として、スイッチングトランジスタなどの半導体素子が形成された半導体チップ１１ａ，１１ｂと、半導体チップ１１ａ，１１ｂで発生した熱を外方に放出するための放熱基板２１と、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）の裏面電極１４等に接続され放熱基板２１の主面側に延びる，Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗからなる金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）の主面電極１６と金属板２３とを接続するリボン部材１７と、半導体チップ１１ａ（１１ｂ），金属板２３ｂ（２３ｃ），リボン部材１７等を放熱基板２１の主面側で封止する封止部材１５と、放熱基板２１の裏面に互いに離間して固定された，Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｃｕ−Ｍｏ，またはＣｕ−Ｗからなる多数のフィン状部材２２とを備えている。
【００２２】
放熱基板２１は、ＡｌＮ，Ａｌ−ＳｉＣ，Ｓｉ−ＳｉＣ等の無機絶縁性材料（本実施の形態では、セラミックス）によって構成されている。放熱基板２１の裏面には、ほぼ全面に亘って裏面側メタライズ層２４が形成されており、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗからなるフィン状部材２２は、ろう付け（銀ろう，銅ろうなど）によって裏面側メタライズ層２４に接合されている。放熱基板２１の主面には、金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの接続部のみに主面側メタライズ層２６が形成されており、Ｃｕ−ＭｏやＣｕ−Ｗなどからなる金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、ろう付け（はんだなどの低温ろう）によって主面側メタライズ層２６に接合されている。裏面側メタライズ層２４および主面側メタライズ層２６は、たとえばＭｏ合金，Ｗ合金，Ｍｏ−Ｍｎ合金などの金属膜とＡｌＮ等とを水素雰囲気中で反応させることにより形成され、その後、表面にＮｉメッキが施されている。
【００２３】
放熱基板２１の材料は、ＡｌＮ，窒化珪素，ＳｉＣまたはそれらのうち少なくとも１つを主成分とする複合材料に限定されるものではないが、限定することが好ましい。ＡｌＮの熱膨張係数αは約４．５（ｐｐｍ／Ｋ），熱伝導率は約２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、窒化珪素の熱膨張係数αは約２〜３（ｐｐｍ／Ｋ），熱伝導率は最大約８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、ＳｉＣの熱膨張係数αは約４（ｐｐｍ／Ｋ），熱伝導率は約２００〜５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。したがって、これらの放熱用材料は、アルミナ等の汎用セラミックスの熱伝導率よりもはるかに大きく、アルミニウム（熱伝導率約２４０（Ｗ／ｍ・Ｋ）に近い熱伝導率を有しながら、熱膨張係数αはアルミニウム（α≒２３（ｐｐｍ／Ｋ））よりもはるかに小さく半導体チップの熱膨張係数α（Ｓｉで約３（ｐｐｍ／Ｋ）、ＳｉＣで約４（ｐｐｍ／Ｋ））に近い。したがって、放熱基板２１を、ＡｌＮ，窒化珪素，ＳｉＣまたはそれらのうち少なくとも１つを主成分とする複合材料により構成することによって、大きな熱伝達量を維持しつつ、熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００２４】
金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃの材料は、Ｃｕ−ＭｏやＣｕ−Ｗに限定されるものではない。ただし、Ｃｕ−Ｍｏの熱膨張係数αは約６．５〜８（ｐｐｍ／Ｋ），熱伝導率は約２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｃｕ−Ｗの熱膨張係数αは約６．５〜７（ｐｐｍ／Ｋ），熱伝導率は１８０〜２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。これらの複合材料の熱伝導率は、Ｃｕの熱伝導率（約４００（Ｗ／ｍ・Ｋ））に比べるとかなり低いものの、アルミニウム（Ａｌ）に近い値であり、一方、熱膨張係数αは、Ｃｕの熱膨張係数α（≒１７）よりもはるかに小さく半導体チップの熱膨張係数α（Ｓｉで約３（ｐｐｍ／Ｋ）、ＳｉＣで約４（ｐｐｍ／Ｋ））に近い。したがって、金属板２３を、Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗより構成することによって、大きな熱伝達量を維持しつつ、熱応力をできるだけ小さくすることができる。
【００２５】
フィン状部材２２の材料は、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗに限定されるものではない。ただし、金属板２３ａ，２３ｂ，２３ｃと同様に、フィン状部材２２を、Ｃｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗより構成することによって、大きな熱伝達量を維持しつつ、熱応力をできるだけ小さくすることができる。また、フィン状部材２２を、ＣｕまたはＣｕ合金より構成することによって、高い熱伝導率を有するフィン状部材２２を用いて、放熱機能をより高めることができる。
【００２６】
放熱基板２１の裏面およびフィン状部材２２は、紙面に垂直な方向に流れる冷却液（冷却媒体）にさらされており、フィン状部材２２により、冷却液との熱交換効率を高めるように構成されている。冷却液に代えて、ヘリウム，アルゴン，窒素，空気などの気体であってもよい。
【００２７】
封止部材１５は、エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，シリコーン樹脂などからなり、ポッティングによって形成されたものである。なお、一般的には、半導体装置Ａをモジュールに組み込んで、必要な配線が終了した後には、上方はゼラチン質の保護膜で満たされるので、封止部材は必ずしも必要ではないが、組み立て工程における信頼性や、使用時には環境が多彩に変化することを考慮すると、封止部材１５を設けることが好ましい。
【００２８】
次に、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）の構造について説明する。図２は、本実施の形態における半導体チップ１１ａ（１１ｂ）の縦断面図である。同図に示すように、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）は、抵抗率が０．０２Ωｃｍ、厚みが４００μｍで、［ 1 1-2 0 ］方向に約８°オフさせた（ 0 0 0 1 ）面を主面とするｎ型の４Ｈ−ＳｉＣ基板３０と、in-situドープを伴うＣＶＤエピタキシャル成長法により、４Ｈ−ＳｉＣ基板３０の上に成長された，厚みが約１０μｍのｎ型エピタキシャル成長層３１と備えている。
【００２９】
そして、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）内の縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、エピタキシャル成長層３１の表面部の一部に形成されたｐウェル領域３２と、ｐウェル領域３２の表面部の各一部に形成されたｎ型ソース領域３３およびｐ＋コンタクト領域３５と、エピタキシャル成長層３１の上に形成されたシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜３８と、４Ｈ−ＳｉＣ基板３０の裏面上に形成された、Ｎｉ膜（又はＮｉ合金膜）からなる裏面電極４０と、ゲート絶縁膜３８のうちソース領域３３及びｐ＋コンタクト領域３５の上方に位置する部分を開口した領域の上に形成されたＮｉ膜（又はＮｉ合金膜）からなるソース電極４１と、ゲート絶縁膜４０の上にソース電極４１とは離間した位置に形成されたＡｌ膜（又はＡｌ合金膜）からなるゲート電極４２とを備えている。
【００３０】
図２には表示されていないが、多数のトランジスタセルが集合して１つの縦型ＭＯＳＦＥＴが構成されている。この縦型ＭＯＳＦＥＴの各トランジスタセルにおいて、オン時には、裏面電極４０から供給される電子が、４Ｈ−ＳｉＣ基板３０からエピタキシャル成長層３１の最上部まで縦方向に流れた後、ｐウェル領域３２の最上部のチャネル領域を経て、ソース領域３３に達することになる。
【００３１】
一方、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）内のショットキーダイオード２は、エピタキシャル成長層３１の表面部の一部に形成されたｐガードリング領域４５と、ｐガードリング領域４５を含むエピタキシャル成長層３１の上に形成されたシリコン酸化膜４３と、シリコン酸化膜４３のうちｐガードリング領域４５に跨る部分の上方に位置する部分を開口した領域の上に形成されたＮｉ膜（又はＮｉ合金膜）からなるショットキー電極４６と、縦型ＭＯＳＦＥＴ１と共通の裏面電極４０とを備えている。
【００３２】
ここで、縦型ＭＯＳＦＥＴ１のソース電極４１と、ショットキーダイオード２のショットキー電極４６とは、保護用絶縁膜まで延びて共通のパッドである上面電極１６（図３参照）となっている。また、縦型ＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極は、図２とは異なる断面において保護用絶縁膜上まで延びてゲートパッド１８（図３参照）となっている。
【００３３】
図４は、実施の形態における半導体装置を含むモジュールの電気回路図である。同図に示すように、モジュール内において、電源端子ＶＤＤと接地端子ＶＳＳとの間には、直列に接続された３組の半導体チップ１１ａ，１１ｂが、互いに並列に接続されている。各半導体チップ１１ａ（１１ｂ）には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１とショットキーダイオード２とが互いに並列に配置されている。各電気配線１３ａは接地端子ＶＳＳに接続され、電気配線１３ｃは電源端子ＶＤＤに接続され、中間の各電気配線１３ｂから三相の電力信号Ｕ，Ｖ，Ｗが取り出される。すなわち、電源端子ＶＤＤおよび接地端子ＶＳＳ間に印加される直流電力信号を３相の電力信号に変換するインバータ回路が構成されている。本実施の形態のインバータ回路は、燃料電池や水素電池などの直流電力を自動車のエンジンを駆動するための三相の電力に変換するものである。
【００３４】
図３は、実施の形態における半導体装置Ａの上面図である。半導体装置Ａには、図４に示す電源端子ＶＤＤと接地端子ＶＳＳとの間に、直列に配置された１対の半導体チップ１１ａ，１１ｂの３組が配置されている。つまり、合計６個の半導体チップ１１ａまたは１１ｂが配置されている。また、電気配線として機能する金属板２３は、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）の裏面側だけでなく、外部との電気的接続を行うためのパッドとなる領域まで延びている。そして、接地端子ＶＳＳに接続される金属板２３ａと、半導体チップ１１ａの上面電極１６とは、リボン部材１７により接続され、金属板２３ａおよびリボン部材１７が電気配線１３ａとして機能する。金属板２３ｂと半導体チップ１１ｂの上面電極１６とは、リボン部材１７によって接続されており、金属板２３ｂおよびリボン部材１７が電気配線１３ｂとして機能する。金属板２３ｃの端部は、電源端子ＶＤＤに接続されるパッドになっていて、金属板２３ｃが電気配線１３ｃの一部として機能する。すなわち、モジュールとして組立てられた状態では、各２つの半導体チップ１１ａ，１１ｂが電気配線１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより直列に接続されている。
【００３５】
一方、半導体チップ１１ａのゲートパッド１８と、制御信号入力部である金属板２３ｄとは、ボンディングワイヤ１９によって電気的に接続されている。また、半導体チップ１１ｂのゲートパッド１８と、制御信号入力部である金属板２３ｅとは、ボンディングワイヤ１９によって、電気的に接続されている。そして、封止部材１５は、ゲートパッド１８，ボンディングワイヤ１９および金属板２３ｄ（２３ｅ）の一部をも封止している。
【００３６】
そして、モジュールとして組み立てられた状態では、金属板２３ｄ，２３ｅには制御信号用の信号配線が接続され、金属板２３ａのパッドには接地端子ＶＳＳ（図４参照）からの電力配線が接続され、金属板２３ｃのパッドには電源端子ＶＤＤ（図４参照）からの電力配線が接続され、金属板２３のパッドには三相の電力信号Ｕ，Ｖ，Ｗを出力するための電力配線が接続される。
【００３７】
本実施の形態の半導体装置Ａによると、放熱基板２１の裏面側に、互いに離間した複数のフィン状部材２２が設けられているので、フィン状部材２２と放熱基板２１との間で熱応力が発生しても放熱基板２１の開放部分で吸収されて接続部の信頼性が維持される。したがって、フィン状部材２２をＣｕまたはＣｕ合金などの熱伝導率の大きい金属材料で構成しても、接続部の信頼性を維持しつつ、放熱機能を高めることが可能になる。また、フィン状部材２２をＣｕ−ＭｏまたはＣｕ−Ｗにより構成することによって、無機絶縁性材料からなる放熱基板２１とフィン状部材２２との熱膨張係数差を小さくすることができるので、接続部の信頼性はさらに向上する。
【００３８】
（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３９】
図５は、実施の形態の第１変形例を示す部分断面図である。同図に示すように、放熱基板２１の裏面には、フィン状部材２２と同数の溝が形成されており、フィン状部材２２の基端部２２ａは溝と嵌合している。裏面側メタライズ層２４は、溝の壁面に形成されており、フィン状部材２２はろう付けによって、裏面側メタライズ層２４と接合されている。本変形例により、実施の形態に比べ、フィン状部材２２と裏面側メタライズ層２４との接合面積が増大するので、接続の信頼性が向上するとともに、フィン状部材２２と放熱基板２１との間の熱パスの面積も拡大するので、放熱機能も向上する。
【００４０】
図６は、実施の形態の第２変形例を示す部分断面図である。同図に示すように、放熱基板２１の裏面には、裏面側メタライズ層２４を形成した後に形成された溝が形成されている。また、フィン状部材２２の基端部２２ｂは、他の部分よりも薄く段付きになっており、基端部２２ｂが放熱基板２１の溝と嵌合している。そして、フィン状部材２２の段付き部の縁部と裏面側メタライズ層２４とが、ろう付けによって接合されている。本変形例によると、実施の形態に比べ、フィン状部材２２が基端部２２ｂにおいて、放熱基板２１の溝と嵌合しているので、放熱基板２１によるフィン状部材２２の保持機能が増大し、接続部の信頼性が向上する。さらに、フィン状部材２２の基端部２２ｂと放熱基板２１とが溝の壁面で直接接触しているので、放熱基板２１とフィン状部材２２との間の熱伝達率が第１変形例よりも大きくなって、放熱機能が向上する。なお、組立時には、室温でフィン状部材２２の基端部２２ｂが放熱基板２１の溝に嵌合されるので、フィン状部材２２の熱膨張係αが放熱基板２１の熱膨張係数αよりも大きければ、温度が上昇しても、フィン所部材２２の基端部２２ｂと放熱基板２１の溝との嵌合が緩むことはない。
【００４１】
第１変形例および第２変形例においては、裏面側メタライズ層２４を形成せずに、接着剤によって放熱基板２１とフィン状部材２２とを接続してもよい。フィン状部材２２の基端部２２ｂと放熱基板２１の溝とが嵌合しているので、接続部の信頼性が悪化することはないからである。その方が製造コストの低減を図ることができる利点がある。特に、第２変形例では、基端部２２ａと溝の壁面とが直接接触しているので、熱伝達率も高く維持される。
【００４２】
上記実施の形態および変形例においては、フィン状部材２２は、板状であるとしているが、板状であってもその間に切り込みを入れることができ、あるいは、棒状もしくは針状であってもよいものとする。
【００４３】
本発明の半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ，ＧａＮ，Diamondなど）を用いたパワーデバイスを有するものに適用することにより、Ｓｉデバイスの動作温度以上でスイッチング動作などを行なわれ、チップ温度が１５０°Ｃ以上に達しても、熱応力をできるだけ小さくして接続部の信頼性を維持しつつ、高い耐熱性により動作を持続することができ、著効を奏することができる。
【００４４】
上記実施の形態では、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）に、縦型ＭＯＳＦＥＴ１とショットキーダイオード２とが形成されているが、縦型ＭＯＳＦＥＴとショットキーダイオードが個別の半導体チップに形成されていてもよい。なお、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１に代えて、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜でなく窒化膜や酸窒化膜である縦型ＭＩＳＦＥＴを設けてもよい。
【００４５】
上記実施の形態では、半導体チップ１１ａ（１１ｂ）に、縦型ＭＯＳＦＥＴが形成されているが、本発明の半導体チップは、横型ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子が形成されているものであってもよい。その場合には、裏面電極４０に代えて、半導体チップの主面側にドレイン電極が形成されることになるので、金属板は、バックバイアスを確保するものでよく、その場合には、放熱基板２１とほぼ全面に亘って接触していてもよい。また、金属板は、単にチップを支持するだけの機能しかないダイパッドであってもよく、その場合には、チップの下方のみに設けられていてもよい。
【００４６】
また、本発明の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴやショットキーダイオードが形成された半導体チップを搭載したものに限定されるものではなく，ＩＧＢＴ，ＪＦＥＴ等を搭載した半導体装置であってもよい。その場合にも、放熱基板２１と金属板２３ａ〜２３ｅとフィン状部材２２とが存在していれば、金属板２３ａ〜２３ｅの上方に搭載される半導体チップ内の半導体素子の種類を問わず、熱応力に対する接続部の信頼性を維持しつつ、放熱機能の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ダイオード，ＪＦＥＴ等を搭載した各種機器に利用することができ、特に半導体モジュールの要素として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態における半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態における半導体チップの縦断面図である。
【図３】実施の形態における半導体装置の上面図である。
【図４】実施の形態における半導体装置を含むモジュールの電気回路図である。
【図５】実施の形態の第１変形例を示す断面図である。
【図６】実施の形態の第２変形例を示す断面図である。
【図７】従来のＩＧＢＴチップを搭載した半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ      半導体装置
１      縦型ＭＯＳＦＥＴ
２      ショットキーダイオード
１１ａ  半導体チップ
１１ｂ  半導体チップ
１３ａ〜１３ｃ  電気配線
１４    裏面電極
１５    封止部材
１６    上面電極
１７    リボン部材
１８    ゲートパッド
１９    ボンディングワイヤ
２１    放熱基板
２２    フィン状部材
２２ａ  基端部
２２ｂ  基端部
２３ａ〜２３ｅ  金属板
２４    裏面側メタライズ層
２６    主面側メタライズ層
３０    ４Ｈ−ＳｉＣ基板
３１    ｎ型エピタキシャル成長層
３２    ｐウェル領域
３３    ｎ型ソース領域
３５    ｐ＋コンタクト領域
３８    ゲート絶縁膜
４０    裏面電極
４１    ソース電極
４２    ゲート電極
４３    シリコン酸化膜
４５    ｐ型ガードリング領域
４６    ショットキー電極
【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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