(57)【要約】【課題】  信頼性が高く放熱性に優れた半導体装置を低コストで形成する。【解決手段】  半導体素子４と放熱部材である蓋７を、炭素焼結体に半田を含浸させた半田含有炭素焼結体６ａの表面に外側半田層６ｂ，６ｃが形成された半田含有炭素部材６を介して接合する。半導体素子４と蓋７の接合部に炭素焼結体を用いることにより、高い放熱性を確保しつつ、半導体素子４の発熱時の熱応力を緩衝することができる。また、安価な半田を含浸させることにより、炭素焼結体と外側半田層６ｂ，６ｃを強固に接合することができ、さらに、外側半田層６ｂ，６ｃにより、半導体素子４と蓋７を強固に接合することができる。これにより、信頼性が高く、放熱性に優れた半導体装置１が低コストで実現できる。【選択図】  図１
2007012830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置において、
前記半導体素子と前記放熱部材とが、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属は、半田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３】
前記金属含有炭素部材は、前記金属が含有された前記炭素材料の表面に金属層が形成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】
前記金属層は、前記炭素材料に含有される前記金属と同じ金属で構成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属層は、前記炭素材料に含有される前記金属とは異なる金属で構成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置の製造方法において、
金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を形成する工程と、
前記金属含有炭素部材を基板に実装された半導体素子上に配置する工程と、
前記半導体素子上に配置された前記金属含有炭素部材上に前記放熱部材を配置する工程と、
前記半導体素子と前記放熱部材とを前記金属含有炭素部材を介して接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属を含有させた前記炭素材料を用いた前記金属含有炭素部材を形成する工程においては、
前記炭素材料に前記金属を含浸させることによって、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成し、前記金属を含有させた前記炭素材料を用いて前記金属含有炭素部材を形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属を含有させた前記炭素材料を用いた前記金属含有炭素部材を形成する工程においては、
前記金属を含有させた前記炭素材料の表面に金属層を形成して前記金属含有炭素部材を形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記炭素材料の表面に前記金属層を形成する際には、
前記金属層を、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成する際に形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素材料の表面に前記金属層を形成する際には、
前記金属層を、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成した後に形成することを特徴とする請求項８記載の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およびその製造方法に関し、特に半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置に内蔵される半導体素子は、高密度化、高速化が進み、それに伴いその動作時の発熱量が増大する傾向にある。しかし、このような発熱量の増大は、機械的あるいは電気的に導通を阻害し得る要因となるため、半導体装置の信頼性低下を招く恐れがある。そのため、半導体素子で発生した熱は、半導体装置外へと効率的に放熱させる必要がある。放熱性を高めるため、従来、適当な放熱部材を設けた半導体装置もいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、電気回路基板に半導体素子をフリップチップ実装し、この半導体素子に、半田、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属の層を介して、セラミックや金属の放熱部材を接合した半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。このように、熱伝導性に優れた金属を用いて半導体素子と放熱部材を接合することにより、半導体装置の放熱性向上を図る試みがなされている。
【０００４】
また、近年では、炭素を主体とする焼結体等の炭素材料を、その高い熱伝導性、電気伝導性、熱膨張特性、機械的強度等の点から、半導体装置等に利用する試みもなされている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１２７２１８号公報
【特許文献２】特開平６−３２１６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体装置にその放熱性を高めるために放熱部材を用いた場合、次のような問題点もあった。
例えば、半導体素子と放熱部材を半田等の金属層で接合する場合には、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料が主体の半導体素子と金属層との間の熱膨張係数差が比較的大きいため、発熱時の応力集中によって金属層に欠陥が生じたり、半導体素子が破壊されたりして、放熱性や性能の面で高い信頼性を確保するのが難しい。よりサイズの大きな半導体素子を用いた場合や、放熱部材と金属層との間の熱膨張係数の差が比較的大きい場合も同様、やはり高い信頼性の確保は難しくなる。
【０００６】
半田等の金属の代わりに銀（Ａｇ）ペーストを用いて半導体素子と放熱部材を接合する場合もあるが、Ａｇペーストは比較的柔らかいため熱応力を和らげる働きがあるものの、半田等の金属に比べて熱伝導性が低く、放熱性の点で問題が残る。
【０００７】
また、炭素を主体とする焼結体（「炭素焼結体」という。）を半導体素子と放熱部材を接合するための部材として利用する場合には、これに熱応力の緩衝機能や高い熱伝導機能を発揮することが期待される。ただし、炭素焼結体単体では半導体素子と放熱部材の間に設けても両者を接合することが難しいため、その表面に金属化処理を施す必要がある。このような金属化処理としては、例えば、炭素焼結体に金属をスパッタリングして金属層を形成する方法や、半導体素子と放熱部材をろう付けするための適当なろう金属の層を形成する方法等がある。
【０００８】
しかしながら、炭素焼結体の表面にスパッタリングによって金属層を形成する方法では、金属が炭素焼結体の表面に堆積されるだけであるので、炭素焼結体−金属間の接合強度が比較的低く、信頼性の低下を招く恐れがある。また、炭素焼結体の表面にろう金属の層を形成する方法では、金属層の厚膜化や炭素焼結体−金属間の接合強度の向上等に有効である反面、ろう金属が比較的高価であるために半導体装置の製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストで形成でき、信頼性が高く、放熱性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのような半導体装置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】
【００１０】
本発明では上記課題を解決するために、半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置において、前記半導体素子と前記放熱部材とが、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を介して、接合されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１１】
このような半導体装置によれば、半導体素子と放熱部材の間に設けられる金属含有炭素部材が、例えば半田等の金属を含有させた炭素材料を用いて形成されている。この金属含有炭素部材のように、半導体素子と放熱部材の接合部に炭素材料を用いることにより、高い放熱性の確保と半導体素子発熱時の応力集中の回避が図られる。さらに、炭素材料に金属を含有させることにより、例えばその表面に金属層等を容易にかつ強固に形成することが可能になる。このような金属含有炭素部材に、例えば比較的安価な半田等の金属を用いることにより、半導体装置の低コスト化が図られるようになる。
【００１２】
また、本発明では、半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置の製造方法において、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を形成する工程と、前記金属含有炭素部材を基板に実装された半導体素子上に配置する工程と、前記半導体素子上に配置された前記金属含有炭素部材上に前記放熱部材を配置する工程と、前記半導体素子と前記放熱部材とを前記金属含有炭素部材を介して接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
このような半導体装置の製造方法によれば、半導体素子と放熱部材を、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を介して接合するため、高い放熱性の確保と半導体素子発熱時の応力集中の回避が図られ、また、半導体装置の低コスト化が図られるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、半導体素子と放熱部材を、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を介して接合するようにした。このように半導体素子と放熱部材の接合部に炭素材料を用いることにより、高い放熱性を確保し、また、半導体素子の発熱時に生じ得る応力集中を回避することができる。さらに、金属含有炭素部材は、その炭素材料に金属を含有させることで、その炭素材料表面に比較的安価な金属で層が形成されても、炭素材料とその金属層を強固に接合することができ、また、半導体素子と放熱部材を強固に接合することができる。これにより、信頼性が高く、放熱性に優れた半導体装置を低コストで実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、金属含有炭素部材の金属に半田を用いた場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。なお、半田等の金属について用いる「含有」とは、ここではある一定量の金属が含まれているような場合を言い、不純物としての金属のようにごく微量しか含まれていないような場合は除外するものとする。
【００１６】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態の半導体装置の要部断面模式図である。
第１の実施の形態の半導体装置１は、電気回路基板２に半田バンプ３を介して半導体素子４がフリップチップ実装された構造を有している。電気回路基板２と半導体素子４の間には、それらの接続強度を高めるため、アンダーフィル材５が充填されている。半導体素子４には、電気回路基板２への実装面と反対の面側に、所定量の半田を含有させた炭素焼結体等の多孔性の炭素材料を用いて構成された半田含有炭素部材６が接合されている。さらに、この半田含有炭素部材６の半導体素子４と反対の面側には、箱型の蓋７が接合されている。この蓋７は、半導体素子４を外部からの衝撃や汚染から保護する役割を果たすほか、半導体素子４の動作時に発生する熱を半導体装置１の外部に放熱する放熱部材としての役割を果たす。ここでは、この蓋７は、半田含有炭素部材６に接合されると共に、その開口端を電気回路基板２に樹脂８を用いて接合されている。また、電気回路基板２には、他の電気回路基板への実装に用いられる半田ボール９が取り付けられている。
【００１７】
ここで、電気回路基板２には、セラミック基板や樹脂基板を用いることができる。半田バンプ３や半田ボール９には、共晶半田（Ｓｎ／３７Ｐｂ）やスズ−銀半田（Ｓｎ／３Ａｇ）等を用いることができる。なお、半田表記の元素記号の前に付した数字はその元素の含有率を示す（以下同じ。）。半導体素子４には、種々のものを用いることができるが、一般にはそのサイズが２５ｍｍ程度までのものが用いられることが多く、このような半導体素子４が電気回路基板２に１個または２個以上実装される。なお、図１には、電気回路基板２に半導体素子４が１個だけ実装されている場合を図示している。アンダーフィル材５や樹脂８には、エポキシ系の熱硬化型樹脂を用いることができる。蓋７には、主にその熱伝導率を考慮し、半導体素子４の形態（サイズや発熱量等）に応じて、金属やセラミックのほか、カーボンナノチューブ等の炭素材料が用いられる。
【００１８】
また、半導体素子４と蓋７の間に設けられる半田含有炭素部材６は、例えば、グラファイト板等の炭素焼結体に所定量の半田を含有させた半田含有炭素焼結体６ａの両面側にそれぞれ半田層（「外側半田層」という。）６ｂ，６ｃが形成された構造を有している。半導体装置１において、半導体素子４は、半田含有炭素部材６の一方の面側に形成された外側半田層６ｂに接合され、蓋７は、半田含有炭素部材６の他方の面側に形成された外側半田層６ｃに接合されている。
【００１９】
この半田含有炭素部材６を構成している半田含有炭素焼結体６ａおよび外側半田層６ｂ，６ｃは、それぞれその厚さが例えば３００μｍ程度までとされる。半田含有炭素焼結体６ａおよび外側半田層６ｂ，６ｃの厚さは、用いる半導体素子４の形態に応じて適宜設定される。
【００２０】
半田含有炭素焼結体６ａに含有させる半田には、Ｓｎ／３ＡｇやＳｎ／２．５Ａｇ／０．５Ｃｕのほか、Ｓｎ／３７Ｐｂや、その他ビスマス（Ｂｉ）等を含んだいわゆる低融点タイプ半田等、Ｓｎを主成分とする半田を用いることができる。半田含有炭素焼結体６ａに用いる半田の組成は、その溶融温度や用いる半導体素子４の形態等に応じて適宜設定される。半田含有炭素焼結体６ａの半田含有量は、含有される半田の組成にもよるが、例えば、５ｗｔ％〜２０ｗｔ％、好ましくは８ｗｔ％〜１２ｗｔ％とされる。なお、半田含有炭素焼結体６ａの半田含有量の多い方が、少ない場合に比べ、弾性率が低くなる傾向があるため、特に低弾性製品に用いる場合に有効である。
【００２１】
外側半田層６ｂ，６ｃに用いる半田には、半田含有炭素焼結体６ａ同様、Ｓｎ／３Ａｇ，Ｓｎ／２．５Ａｇ／０．５Ｃｕ，Ｓｎ／３７Ｐｂや、Ｂｉ等を含む低融点タイプ半田等のＳｎを主成分とする半田を用いることができる。
【００２２】
なお、半田含有炭素焼結体６ａに含まれている半田の組成と外側半田層６ｂ，６ｃに用いられている半田の組成とは、同じであっても異なっていても構わない。
このように、第１の実施の形態の半導体装置１では、半導体素子４と蓋７を、半田含有炭素焼結体６ａと外側半田層６ｂ，６ｃを備える半田含有炭素部材６を介して、接合する。半田含有炭素部材６と半導体素子４および蓋７との直接の接合には、半田含有炭素焼結体６ａの外側に形成した外側半田層６ｂ，６ｃが用いられる。
【００２３】
このように半導体素子４と蓋７の接合部に炭素焼結体を用いた半田含有炭素部材６を用いることにより、この半田含有炭素部材６が半導体素子４の発熱によって生じる熱応力を緩衝すると共に、半導体素子４で発生した熱を効率的に放熱部材へと伝熱する。そのため、従来のように半導体素子４と蓋７の接合部に金属層を用いた場合に比べて効果的に応力集中を回避することが可能になり、また、接合部にＡｇペーストを用いた場合に比べて効果的に放熱することが可能になる。
【００２４】
また、この半田含有炭素部材６は、炭素焼結体に半田を含有させて半田含有炭素焼結体６ａとし、その表面に外側半田層６ｂ，６ｃを形成しているため、外側半田層６ｂ，６ｃが半田含有炭素焼結体６ａに強固に接合される。したがって、使用時に外側半田層６ｂ，６ｃが半田含有炭素焼結体６ａの表面から剥がれてしまうのを防止し、高い放熱性を確保することが可能になる。さらに、この半田含有炭素部材６には、比較的安価なＳｎを主成分とする半田を用いることができるため、従来のように炭素焼結体表面に比較的高価なろう金属を用いた層を形成するような場合に比べ、低コストで半田含有炭素部材６を形成することができ、半導体装置１の低コスト化に寄与することができる。
【００２５】
また、この半田含有炭素部材６は、半田含有炭素焼結体６ａの表面に外側半田層６ｂ，６ｃが形成されているため、半導体素子４や蓋７との間に高い接合強度が得られる。特に接合部に従来のＡｇペーストを用いた場合には、この材料が比較的吸湿性が高いことから、吸湿した状態でその後のリフロー等を行うと、接合界面の剥がれが発生することがあった。これに対し、半田含有炭素部材６は、半田を含有させた炭素焼結体の表面に外側半田層６ｂ，６ｃを形成した構造を有しているため、吸湿性が低く、そのような接合界面の剥がれを防ぐことが可能になる。
【００２６】
次に、半田含有炭素部材６の形成方法について述べる。
半田含有炭素部材６は、上記のように、炭素焼結体に半田を含有させ、その表面にさらに半田層を形成した構造を有している。
【００２７】
ここで、このような半田含有炭素部材６に用いる炭素焼結体は、従来公知の方法を用いて形成することが可能である。例えば、従来、パルプ原料に熱硬化性樹脂を含浸させて非酸化雰囲気下で加圧成形して焼成炭化することにより薄片状多孔質炭素材を形成する方法等が提案されている（特許第３００８０９５号公報）。このほかにも、多孔性の炭素焼結体を形成することのできる方法であれば、それを用いてよい。
【００２８】
ただし、炭素焼結体の形成に当たっては、後述のように、半田含有炭素焼結体６ａの半田含有量が炭素焼結体の空孔率に大きく影響されるため、この点を考慮して形成することを要する。
【００２９】
このようにして得られる炭素焼結体に半田を含有させるためには、例えば、多孔性である炭素焼結体に溶融半田を含浸させる方法等を用いることができる。
図２は半田含有炭素部材の形成フローの一例を示す図である。
【００３０】
半田含有炭素部材６を形成する際には、まず、炭素焼結体の細孔内に存在している水分を除去するため、炭素焼結体を十分に乾燥する（ステップＳ１）。乾燥後、その炭素焼結体を所定のチャンバに移し、そのチャンバ内を真空引きして内部のガスおよび水分を排出する（ステップＳ２）。
【００３１】
そして、真空雰囲気を保ったまま、融点以上の温度になっている溶融半田中にその炭素焼結体を一定時間浸漬する（ステップＳ３）。これにより、炭素焼結体の細孔内には溶融半田が浸入するようになる。炭素焼結体の細孔内に浸入する溶融半田の量は、主に炭素焼結体の空孔率に依存する。すなわち、浸入する溶融半田の量は、炭素焼結体の空孔率が高ければ多くなり、炭素焼結体の空孔率が低ければ少なくなる。炭素焼結体の細孔内に浸入する溶融半田の量によって最終的に得られる半田含有炭素焼結体６ａの半田含有量がほぼ決定される。
【００３２】
炭素焼結体を溶融半田中に一定時間浸漬した後は、この溶融半田を冷却する（ステップＳ４）。このとき、炭素焼結体は、その細孔内に半田が含浸されると共に、その表面に半田の組成や溶融温度に応じて一定の厚みで半田が付着する。
【００３３】
冷却後は、半田が含浸された炭素焼結体の表面に付着している半田のうち不要部分の半田を除去する（ステップＳ５）。その際は、その炭素焼結体表面に付着している半田を一定の厚みで残してそれ以外を除去することにより、その残した部分を半田含有炭素焼結体６ａの表面の外側半田層６ｂ，６ｃとする半田含有炭素部材６を得ることができる。
【００３４】
このように、ステップＳ１〜Ｓ５に示したような手順で半田含有炭素部材６を形成すると、半田含有炭素焼結体６ａの形成と外側半田層６ｂ，６ｃの形成とを同時に行うことができる。
【００３５】
また、上記のステップＳ５においては、その炭素焼結体の表面に付着している半田をすべて（炭素焼結体が露出するまで）除去するようにしてもよい。この場合は、それによって、未だ表面に外側半田層６ｂ，６ｃが形成されていない半田含有炭素焼結体６ａが得られるようになる。
【００３６】
図３は半田含有炭素部材の形成フローの別の例を示す図である。
ここではまず、上記図２に示した形成フローと同じく、炭素焼結体の乾燥（ステップＳ１０）、真空引き（ステップＳ１１）、溶融半田への炭素焼結体の浸漬（ステップＳ１２）、および溶融半田の冷却（ステップＳ１３）を行う。そして、半田が含浸された炭素焼結体の表面に付着している半田を除去し（ステップＳ１４）、半田含有炭素焼結体６ａを得る。
【００３７】
その後は、上記同様、まず真空引きを行い（ステップＳ１５）、真空雰囲気を保ったまま、融点以上の温度になっている溶融半田中にその半田含有炭素焼結体６ａを浸漬する（ステップＳ１６）。その際は、半田含有炭素焼結体６ａに含浸されている半田よりも融点が低い半田を用いることが望ましい。これは、半田含有炭素焼結体６ａに含浸されている半田がこの段階で溶融して溶融半田中に拡散してしまい、炭素焼結体への半田含浸の効果が小さくなってしまうことがあり得るためである。
【００３８】
そして、溶融半田を冷却した後（ステップＳ１７）、半田含有炭素焼結体６ａの表面に付着している半田のうち一定の厚みの半田を残し不要部分の半田を除去する（ステップＳ１８）。これにより、半田含有炭素焼結体６ａの表面に外側半田層６ｂ，６ｃが形成されるようになる。
【００３９】
このように、ステップＳ１０〜Ｓ１８に示したような手順で半田含有炭素部材６を形成すると、半田含有炭素焼結体６ａの形成と外側半田層６ｂ，６ｃの形成とを別々に行うため、半田含有炭素焼結体６ａに含浸されている半田と外側半田層６ｂ，６ｃを構成する半田の組成を変えることが可能になる。
【００４０】
以上、上記図２および図３に例示したような方法を用いることにより、半田含有炭素部材６を形成することができる。
次に、半田含有炭素部材６を用いた半導体装置１の形成方法について述べる。
【００４１】
図４は第１の実施の形態の半導体装置の形成フローの一例を示す図である。
半導体装置１を形成する際には、まず、半導体素子４を電気回路基板２に半田バンプ３を介してフリップチップ実装し、半導体素子４と電気回路基板２とを接続する（ステップＳ２０）。さらに、半導体素子４と電気回路基板２との間にはアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ２１）。
【００４２】
次いで、その半導体素子４上に半田含有炭素部材６を配置し（ステップＳ２２）、さらにその上には蓋７を配置し（ステップＳ２３）、その開口端と電気回路基板２の間に樹脂８を塗布する（ステップＳ２４）。
【００４３】
その後、キュアおよびリフローを行うことにより（ステップＳ２５）、半田含有炭素部材６表面の外側半田層６ｂ，６ｃの半田が溶融し、半田含有炭素部材６と半導体素子４、半田含有炭素部材６と蓋７がそれぞれ接合される。接合温度は、外側半田層６ｂ，６ｃの半田組成（あるいは融点）にもよるが、概ね約１３０℃〜約２５０℃程度である。また、このとき、樹脂８の硬化によって蓋７と電気回路基板２も接合される。
【００４４】
最後に、電気回路基板２に半田ボール９を取り付け（ステップＳ２６）、図１の半導体装置１が完成する。
なお、ここでは蓋７の開口端と電気回路基板２とを樹脂８を用いて接合する場合について述べたが、この部分の接合は必ずしも行うことを要せず、その場合は上記のステップＳ２４を省略すればよい。
【００４５】
次に、上記の半導体装置１と従来の半導体装置とを比較した結果について述べる。ここでは、従来の半導体装置として、半田またはＡｇペーストによって半導体素子と蓋を接合した構造を有するものとする。
【００４６】
ここで、図５は従来の半導体装置の要部断面模式図である。ただし、図５では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
図５に示す半導体装置１００は、半導体素子４と蓋７がＳｎ／３７Ｐｂの半田層１０１またはＡｇペースト層１０２によって接合されている点を除き、上記図１に示した半導体装置１と同じ構成を有している。
【００４７】
このような従来の半導体装置１００に用いられる半田層１０１、Ａｇペースト層１０２と、上記図１に示した半導体装置１に用いられる半田含有炭素部材６、ここではその半田に内部と外側共にＳｎ／３Ａｇを用いた半田含有炭素部材６について、それらの熱伝導率と弾性率を表１にまとめる。
【００４８】
【表１】
2007012830.tif 000003
【００４９】
表１より、Ｓｎ／３７Ｐｂの熱伝導率は５０．７Ｗ／ｍ・Ｋであり、その弾性率は３２ＧＰａである。樹脂とＡｇフィラーを混練して硬化したＡｇペーストの熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ〜２Ｗ／ｍ・Ｋであり、その弾性率は１ＧＰａである。また、半田含有炭素部材６の熱伝導率は８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、その弾性率は１０ＧＰａである。
【００５０】
従来用いられてきたＳｎ／３７ＰｂやＡｇペーストにはそれぞれ長所と短所がある。Ｓｎ／３７Ｐｂは、半導体素子４と蓋７の接合部に用いる材料としては良好な熱伝導率を有しているが、弾性率が高く、応力的には硬い材料であるため応力集中が生じやすい。一方、Ａｇペーストは、弾性率が低く、応力的に柔らかい材料であるために、応力集中は生じにくいが、熱伝導率が低いため放熱性に問題が残る。
【００５１】
これに対し、半田含有炭素焼結体６ａは、熱伝導率、弾性率共に半導体素子４と蓋７の接合部に用いる材料として良好な特性を示し、そのため、たとえ半導体装置１の発熱量が従来に比べてより多い場合であっても、高い放熱性と信頼性を得ることができる。
【００５２】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図６は第２の実施の形態の半導体装置の要部断面模式図である。ただし、図６では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５３】
図６に示す半導体装置１ａは、電気回路基板２に実装された半導体素子４に接合されている半田含有炭素部材６に、放熱部材として平板状の蓋７ａが接合されている点で、上記第１の実施の形態の半導体装置１と相違する。したがって、この蓋７ａの樹脂８を用いた電気回路基板２との接合は不要である。
【００５４】
この蓋７ａには、上記第１の実施の形態の半導体装置１の蓋７と同様、主にその熱伝導率を考慮し、半導体素子４の形態に応じて、金属やセラミック、カーボンナノチューブ等の炭素材料が用いられる。
【００５５】
この第２の実施の形態の半導体装置１ａのその他の構成、およびその形成方法（半田含有炭素部材６の形成方法を含む。）については、上記第１の実施の形態の半導体装置１のときと同様であり、このような平板状の蓋７ａを用いた場合にも、上記第１の実施の形態の半導体装置１のときと同様の効果を得ることが可能である。
【００５６】
以上説明したように、第１，第２の実施の形態の半導体装置１，１ａは、半導体素子４と蓋７，７ａを、半田含有炭素部材６を介して接合するようにした。この半田含有炭素部材６は、熱伝導性、熱膨張特性、機械的強度等の面で優れた性質を有する多孔性の炭素焼結体を用い、それに半田を含浸させる等して含ませた半田含有炭素焼結体６ａの表面に、さらに外側半田層６ｂ，６ｃを設ける構成とした。これにより、半田含有炭素部材６は、比較的安価な半田を用い、半田含有炭素焼結体６ａと外側半田層６ｂ，６ｃが強固に接合されると共に、外側半田層６ｂ，６ｃによって半導体素子４と蓋７，７ａの両方に強固に接合される。その結果、半導体素子４の動作時に発生することのあった応力集中を効果的に抑えて接合部や半導体素子４の破壊を防ぎつつ、半導体素子４から発生する熱を効率的に放熱することができる。そのため、信頼性が高く、放熱性に優れた半導体装置１，１ａを低コストで実現することが可能になる。
【００５７】
なお、以上の説明では、金属含有炭素部材に半田のみを用いた場合を例にして述べたが、半田以外の金属、例えばＣｕやＡｕ等を用いることもできる。その場合には、炭素焼結体にＣｕやＡｕを含浸させてその表面にＣｕやＡｕの金属層を形成したり、炭素焼結体に半田を含浸させてその表面にＣｕやＡｕの金属層を形成したり、あるいは炭素焼結体にＣｕやＡｕを含浸させてその表面に半田層を形成したりしても構わない。このようにＣｕやＡｕ等の半田以外の金属を用いる場合にも、上記同様、適当な段階で溶融したＣｕやＡｕを用い、炭素焼結体に含浸させたり、炭素焼結体表面に層を形成させたりすればよい。なお、炭素焼結体表面にＣｕやＡｕの金属層を形成した場合には、接合は例えば熱圧着等で行われる。
【００５８】
また、以上の説明において述べた半田の組成は一例であって、勿論、例示した組成以外のものも用いることができる。
（付記１）  半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置において、
前記半導体素子と前記放熱部材とが、金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
【００５９】
（付記２）  前記金属は、半田であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）  前記半田は、Ｓｎを主成分とすることを特徴とする付記２記載の半導体装置。
【００６０】
（付記４）  前記炭素材料は、炭素を主体とする多孔性の焼結体であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記５）  前記金属含有炭素部材は、前記金属が含有された前記炭素材料の表面に金属層が形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
【００６１】
（付記６）  前記金属層は、半田で構成されていることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
（付記７）  前記半導体素子および前記放熱部材は、前記金属層を介して前記金属含有炭素部材に接合されていることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
【００６２】
（付記８）  前記金属層は、前記炭素材料に含有される前記金属と同じ金属で構成されていることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
（付記９）  前記金属層は、前記炭素材料に含有される前記金属とは異なる金属で構成されていることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
【００６３】
（付記１０）  前記放熱部材は、材質が金属、セラミックまたは炭素であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記１１）  前記半導体素子は、電気回路基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
【００６４】
（付記１２）  前記電気回路基板は、セラミック基板または樹脂基板であることを特徴とする付記１１記載の半導体装置。
（付記１３）  半導体素子で発生する熱を放熱する放熱部材を備えた半導体装置の製造方法において、
金属を含有させた炭素材料を用いた金属含有炭素部材を形成する工程と、
前記金属含有炭素部材を基板に実装された半導体素子上に配置する工程と、
前記半導体素子上に配置された前記金属含有炭素部材上に前記放熱部材を配置する工程と、
前記半導体素子と前記放熱部材とを前記金属含有炭素部材を介して接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６５】
（付記１４）  前記金属を含有させた前記炭素材料を用いた前記金属含有炭素部材を形成する工程においては、
前記炭素材料に前記金属を含浸させることによって、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成し、前記金属を含有させた前記炭素材料を用いて前記金属含有炭素部材を形成することを特徴とする付記１３記載の半導体装置の製造方法。
【００６６】
（付記１５）  前記金属は、半田であることを特徴とする付記１３記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６）  前記金属を含有させた前記炭素材料を用いた前記金属含有炭素部材を形成する工程においては、
前記金属を含有させた前記炭素材料の表面に金属層を形成して前記金属含有炭素部材を形成することを特徴とする付記１３記載の半導体装置の製造方法。
【００６７】
（付記１７）  前記金属層は、半田で構成されていることを特徴とする付記１６記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８）  前記炭素材料の表面に前記金属層を形成する際には、
前記金属層を、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成する際に形成することを特徴とする付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【００６８】
（付記１９）  前記炭素材料の表面に前記金属層を形成する際には、
前記金属層を、前記金属を含有させた前記炭素材料を形成した後に形成することを特徴とする付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【００６９】
（付記２０）  部材間の接合に用いる接合部材において、
金属を含有させた炭素材料の表面に金属層が形成された構造を有することを特徴とする接合部材。
【００７０】
（付記２１）  部材間の接合に用いる接合部材の製造方法において、
炭素材料に金属を含有させ、前記金属が含有された前記炭素材料の表面に金属層を形成することを特徴とする接合部材の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施の形態の半導体装置の要部断面模式図である。
【図２】半田含有炭素部材の形成フローの一例を示す図である。
【図３】半田含有炭素部材の形成フローの別の例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の半導体装置の形成フローの一例を示す図である。
【図５】従来の半導体装置の要部断面模式図である。
【図６】第２の実施の形態の半導体装置の要部断面模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１ａ，１００  半導体装置
２  電気回路基板
３  半田バンプ
４  半導体素子
５  アンダーフィル材
６  半田含有炭素部材
６ａ  半田含有炭素焼結体
６ｂ，６ｃ  外側半田層
７，７ａ  蓋
８  樹脂
９  半田ボール
１０１  半田層
１０２  Ａｇペースト層
【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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