(57)【要約】【課題】Ｐｂフリーの導電性接着層を備える半導体装置の信頼性、特に温度サイクル寿命を向上させる。【解決手段】一方の主面に裏面電極６を備える半導体チップと、導電性樹脂１０を介して、裏面電極６に電気的に接続されるダイパッド７とを備える半導体装置であって、導電性樹脂１０は、熱硬化性樹脂１１と熱硬化性樹脂１１中に分散配置されるＡｇ粒子１２および気泡１５とを備え、導電性樹脂１０中の金属成分含有比率は７５〜９８ｗｔ％であり、気泡１５は、球体換算した場合の直径が０．１〜５μｍの範囲であり、熱硬化性樹脂１１中における気泡１５を導電性樹脂１０の断面積１０μｍ２当りに３〜２００個存在するように配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置される第１金属部材および第２金属部材を備え、
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、導電性樹脂層を介して電気的に接続され、
前記導電性樹脂層は、
熱硬化性樹脂と、
前記熱硬化性樹脂中に分散配置される金属粒子および気泡とを備え、
前記導電性樹脂層中の金属成分含有比率は７５〜９８ｗｔ％であり、
前記金属粒子の平均粒子径は０．１μｍ〜４０μｍの範囲であり、
前記気泡は、
球体換算した場合の直径が０．１〜５μｍの範囲であり、
前記熱硬化性樹脂中における前記気泡は、前記導電性樹脂層の任意の断面１０μｍ２当りに３個以上存在するように配置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において、
前記第１金属部材は、前記半導体装置が備える半導体デバイスの一方の主面に形成された金属電極であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２金属部材は、前記半導体デバイスを搭載するダイパッドであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２金属部材は、前記半導体装置が備える外部接続端子と、前記半導体デバイスの前記金属電極とを電気的に接続する金属リードであることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属部材は、前記半導体装置が備える外部接続端子であり、
前記第２金属部材は、前記外部接続端子と、前記半導体装置が備える半導体デバイスの一方の主面に形成された金属電極とを電気的に接続する金属リードであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属部材および前記第２金属部材のうち、少なくとも一方は、
互いに対向する面の表面に形成された貴金属層を備え、
前記貴金属層の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１金属部材および前記第２金属部材のうち、少なくとも一方は、
互いに対向する面の表面に形成された貴金属層を備え、
前記貴金属層の表面は、複数の孔部を備え、
前記孔部は、
前記第１金属部材または前記第２金属部材の表面から前記導電性樹脂層に向かう方向に沿って、順に第１の開口部と第２の開口部を備え、
前記第２の開口部に、前記第１の開口部を覆う前記貴金属層を構成する貴金属からなる迫り出し部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記金属粒子同士の接触部、前記金属粒子と前記第１金属部材の接触部、または前記金属粒子と前記第２金属部材との接触部は、少なくとも一部が金属的に結合された状態であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
互いに対向して配置される第１金属部材および第２金属部材を備え、
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、導電性樹脂層を介して電気的に接続され、
前記導電性樹脂層は、
熱硬化性樹脂と、
前記熱硬化性樹脂中に分散配置される金属粒子とを備え、
前記導電性樹脂層中の金属成分含有比率は７５〜９８ｗｔ％であり、
前記金属粒子の表面には、金属突起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１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記導電性樹脂層は、
前記熱硬化性樹脂中に分散配置される気泡を備え、
前記気泡は、
球体換算した場合の直径が０．１〜５μｍの範囲であり、
前記熱硬化性樹脂中における前記気泡は、前記導電性樹脂層の任意の断面１０μｍ２当りに３〜２００個存在するように配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記第１金属部材および前記第２金属部材のうち、少なくとも一方は、
互いに対向する面の表面に形成された貴金属層を備え、
前記貴金属層の表面は、複数の孔部を備え、
前記孔部は、
前記第１金属部材または前記第２金属部材の表面から前記導電性樹脂層に向かう方向に沿って、順に第１の開口部と第２の開口部を備え、
前記第２の開口部に、前記第１の開口部を覆う前記貴金属層を構成する貴金属からなる迫り出し部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記金属粒子同士の接触部、前記金属粒子と前記第１金属部材の接触部、または前記金属粒子と前記第２金属部材との接触部は、少なくとも一部が金属的に結合された状態であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
熱硬化性樹脂と、複数の金属粒子と、所定の解離温度まで加熱されると解離する有機金属化合物とを備え、
前記金属粒子は、金、銀、銅の群から選択される一または二以上の金属材料で構成され、
前記金属粒子の平均粒子径は０．１μｍ〜４０μｍの範囲であり、
前記有機金属化合物は、前記金属粒子の表面を覆うように付着しており、
前記有機金属化合物の解離温度は、前記熱硬化性樹脂の硬化処理温度よりも低いことを特徴とする導電性樹脂。
【請求項１４】
請求項１３に記載の導電性樹脂において、
前記導電性樹脂中に占める、前記金属粒子と、前記有機金属化合物中に含まれる金属成分を合わせた金属成分の含有比率は、７０〜９５ｗｔ％の範囲であり、
前記金属粒子と、前記有機金属化合物中に含まれる金属成分との重量比率は、１：１〜７５：１の範囲で選択されていることを特徴とする導電性樹脂。
【請求項１５】
請求項１３に記載の導電性樹脂において、
前記熱硬化性樹脂を加熱硬化処理した後の前記導電性樹脂中に占める、前記金属粒子と、前記有機金属化合物中に含まれる金属成分を合わせた金属成分の含有比率は、７５〜９８ｗｔ％の範囲であることを特徴とする導電性樹脂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置技術に関し、特に、一対の導電性部材を電気的に接続しつつ固着させた接続構造を有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の導電性部材を電気的、かつ物理的に接続する導電性接続の接続材料としては一般にＳｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）合金はんだが用いられていた。しかし近年、人体や地球環境への悪影響を排除するため、このＳｎ−Ｐｂ合金はんだに含まれるＰｂをしない導電性接続材料が要求されている。
【０００３】
Ｓｎ−Ｐｂ合金はんだに代わるＰｂフリーの導電性接続材料として、導電性樹脂と呼ばれる接続材料がある。例えば、裏面に金属電極が形成された半導体チップをリードフレームのダイパッド部に実装する際に、半導体チップの電極とダイパッドとを、この導電性樹脂を介して接続することにより、電気的かつ物理的に接続することができる。
【０００４】
導電性樹脂としては、例えば、粒子径が１〜５０μｍの鱗片状のＡｇ（銀）粒子とエポキシ系、アクリル系、フェノール系等の熱硬化性樹脂と硬化剤を混合したＡｇペーストが知られている。
【０００５】
また、例えば、特開２００６−８３３７７号公報（特許文献１）には、粒子径が０．５〜３０μｍの金属粒子と、平均粒子径が１〜２０ｎｍで表面に有機被覆層を有する超微粒子と、接着剤成分としての熱硬化性樹脂と、溶剤とからなる複合型の導電性樹脂が開示されている。
【０００６】
この特許文献１によれば、金属粒子間、あるいは金属粒子と金属電極間に超微粒子の充填領域を設け、導電性樹脂を構成する熱可塑性樹脂の割合を小さくし、加熱過程でこの領域を低温焼結することによりそれらを金属的に結合して格段に向上した導電特性および熱伝導特性が得られるとしている。
【０００７】
また、樹脂は金属粒子の間隙を充填するように存在しており、主たる接着強度を確保する役割を担っているとしている。
【０００８】
また、導電性樹脂を構成する各組成物の配合比率を一定範囲に選択することで、ボイドの発生、特に界面に集中するボイドの発生を回避可能としている。
【０００９】
また、この接続構造ではボイドの発生がないため、温度サイクルが加わる間に金属電極と導電性樹脂との接合界面での剥離が拡大することを抑制でき、長期信頼性が向上するとしている。
【特許文献１】特開２００６−８３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者は、金属電極などの導電性部材同士を導電性接続する接続材料について検討を行い、以下の課題を見出した。
【００１１】
金属電極同士の接続材料として、Ａｇペーストを用いる場合、電気的に接続する導電性部材の表面に、酸化し難いＡｕ（金）やＡｇなどの貴金属をメタライズする。次に、導電性部材間にＡｇペーストを充填し、ベーク炉中で加熱、硬化処理を行って接着し、電気的な導通を得る。
【００１２】
このような接続構造における導通メカニズムは、熱硬化性樹脂を加熱処理したときの樹脂の硬化収縮現象を利用して、分散した金属粒子同士、あるいは金属粒子と金属電極とを押し付けて物理的な接触を確保するものである。電気や熱は金属粒子の接触によって形成された経路を通って流れるため、導通特性は金属粒子同士、あるいは金属粒子と金属電極間の物理的な接触状態によって決まる。
【００１３】
ところで、導電性樹脂を用いて一対の導電性部材を接続する際に、樹脂、あるいは粘度調整用の溶剤から発生するガスが導電性樹脂内に閉じ込められると、ボイドと呼ばれる空間が形成される場合がある。導電性樹脂中に大きなボイドが形成されると、金属粒子の導通経路が遮断されるので、導電性樹脂の抵抗が大きくなる。
【００１４】
また、導電性樹脂と金属電極との接合界面に大きなボイドが発生した場合、導電性樹脂と金属電極との接着面積が減少するので、接着強度が低下する。
【００１５】
このようにボイドは、一般に導電性樹脂の電気伝導特性、放熱性、あるいは接着強度を低下させる原因と考えられている。このため、このボイドの発生を防止し、導電性樹脂の導通特性および熱伝導特性を向上させるため、現在までに様々な技術が提案されている。
【００１６】
例えば、溶剤を含む導電性樹脂の場合、樹脂の流動性が高い状態のときに揮発成分をガス化して導電性樹脂層から外部へのガス放散率を上げるため、２段階で熱可塑性樹脂を加熱硬化させるプロセスを採用する方法がある。また、導電性樹脂そのものを揮発成分が少ない無溶剤タイプの材料とする方法もある。
【００１７】
また、前記特開２００６−８３３７７号公報（特許文献１）のように、導電性樹脂を構成する各組成物の配合比率を一定範囲に選択し、導電性樹脂を構成する熱可塑性樹脂の割合を低くし、相対的に金属成分の割合を高くする方法もある。
【００１８】
ここで、上記した各導電性樹脂は、熱および電気の伝導性を上げるため、金属粒子の含有量を７０ｗｔ％以上と高くしている。また、硬化後の熱硬化性樹脂は有機樹脂の中でも弾性率が高い材料である。このため、加熱硬化後の導電性樹脂は、高弾性の機械的特性となっている。
【００１９】
ところが、このように高弾性の機械的特性を備える導電性樹脂層を介して、例えば半導体デバイスとＣｕ（銅）の金属リードなど、線膨張係数の異なる部材を接続した半導体パッケージでは、以下のような問題がある。
【００２０】
すなわち、上記半導体パッケージに、温度サイクル負荷が加わった場合、部材の熱膨張率、あるいは熱収縮率の差によって接続部には大きな熱歪が発生する。ここで、接着層である導電性樹脂層が高弾性の機械的特性となっている場合、歪の緩和機能が低いために導電性樹脂層内の破壊あるいは金属電極との接着界面が剥離してしまう場合がある。
【００２１】
このため、半導体パッケージの信頼性の一要素である温度サイクル寿命が所定の水準を確保できないこととなる。
【００２２】
上記した半導体パッケージにおいて、接着層である導電性樹脂層をＳｎ−Ｐｂはんだ層に置き換えた場合、接合層であるＳｎ−Ｐｂはんだ層は弾性率が低く、歪緩和機能が高いため、十分な温度サイクル寿命を有している。すなわち、上記問題点は、導電性樹脂に特有の課題である。
【００２３】
本願に開示された一つの代表的な発明の目的は、Ｐｂフリーの導電性接着層を備える半導体装置などの接続構造体において、該接続構造体の信頼性、特に温度サイクル寿命を向上させることができる技術を提供することにある。
【００２４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明者らは、互いに対向して配置される一対の金属部材同士を導電性樹脂で接続する構造について検討を行った。以下、検討の結果について説明する。
【００２６】
まず、本発明者らは、導電性樹脂を介して一対の金属部材を接続した接続構造体の温度サイクル試験を行い、接続強度の変化と接続部の断面状況を調査した。
【００２７】
その結果、導電性樹脂内にボイド等の欠陥の無い接続構造体とした場合、硬化処理後の導電性樹脂自体の強度が低い材料では導電性樹脂内の金属粒子と樹脂の界面を伝わるように亀裂が発生していることを確認した。また、導電性樹脂の強度が高い材料では導電性樹脂と金属電極の接続界面で亀裂が発生していることを確認した。
【００２８】
次に、半導体チップの裏面に形成された裏面電極と金属部材を導電性樹脂で接続した接続構造体（接続する導電性部材間の熱膨張率差が大きい構造体）と、半導体チップの裏面電極同士あるいは金属部材同士の接続構造体（接続する導電性部材間の熱膨張率差が小さい構造体）を作成し、それぞれ引張試験による初期接着強度（硬化処理温度から室温に冷却した後の接着強度）を測定した。
【００２９】
その結果、導電性樹脂自体の強度に係わらず熱膨張差の大きい接続構造体の接着強度は、熱膨張差が小さい接続構造体の接着強度に比べておよそ１／２〜１／４と低い値を示すことが分かった。
【００３０】
これは、接続材料として低弾性（柔らかい）のＳｎ―Ｐｂはんだを用いた場合には無い現象で、Ｓｎ―Ｐｂはんだと導電性樹脂とでは歪吸収機能に大きな違いがあることが原因であると判明した。
【００３１】
すなわち、導電性を高めるため、銀含有量を多くした導電性樹脂では、弾性率が高く、かつ塑性変形能が無いため、ベーク温度の硬化処理温度から室温に下げたときに導電性樹脂中に大きな残留応力が残ることが判った。
【００３２】
また、この残留応力は、接続構造体を温度サイクル試験で−５５℃まで下げたとき、より大きな熱応力を発生し、最も強度的に弱い樹脂と金属界面に亀裂を進展させているということが判った。
【００３３】
つまり、導電性樹脂による接続構造体の温度サイクル寿命を伸ばすには、最も低温に下げたときに接続部に発生する熱応力を小さくすること、言い換えれば硬化処理温度から室温に下げたときに発生する接続部の残留応力を小さくすることが重要であることを見出した。また、亀裂の進展を遅らせるためには、樹脂と金属界面の接着強度を高くすることが重要であることも判った。
【００３４】
本発明者らが行った検討の結果明らかとなった上記知見に基づき、本発明者らは本願に開示される発明をした。本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００３５】
すなわち、一方の主面に金属電極を備える半導体デバイスと、導電性樹脂層を介して、前記半導体デバイスの前記金属電極に電気的に接続される金属部材とを備える半導体装置であって、前記導電性樹脂層は、熱硬化性樹脂と前記熱硬化性樹脂中に分散配置される金属粒子および気泡とを備え、前記導電性樹脂層中の金属成分含有比率は７５〜９８ｗｔ％であり、前記気泡は、球体換算した場合の直径が０．１〜５μｍの範囲であり、前記熱硬化性樹脂中における前記気泡を前記導電性樹脂層の断面積１０μｍ２当りに３〜２００個存在するように配置するものである。
【発明の効果】
【００３６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３７】
すなわち、導電性性樹脂の弾性を低減することができるので、Ｐｂフリーの導電性接着層を備える半導体装置において、半導体装置の信頼性、特に温度サイクル寿命を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
＜半導体装置の構造＞
まず、図１を用いて本実施の形態１の半導体装置の構造について説明する。図１は本実施の形態１の半導体装置を示す断面図である。
【００４０】
図１において、本実施の形態１の半導体装置１００は、半導体チップ（半導体デバイス）１がレジンなどの封止樹脂（封止体）２に封止された構造となっている。半導体チップ１は例えば、Ｓｉ（シリコン）チップであり、その平面の寸法は、４×５ｍｍで、その厚さは０．２６ｍｍである。
【００４１】
半導体チップ１の上側に位置する第１主面には、電極端子３が形成されている。電極端子３は半導体チップ１の外部接続端子となっており、第１主面上に複数（図１では２個）形成されている。また、電極端子３は、例えばＡｕ（金）などのワイヤ（金属細線）４を介して封止樹脂２から導出されるリード５に電気的に接続されている。
【００４２】
このリード５は例えばＣｕ（銅）などの金属材料であり、一方の端部を含む一部が封止樹脂２内に封止され、その他の部分は封止樹脂２の外に導出されている。リード５は半導体装置１００の外部接続端子となる。
【００４３】
また、半導体チップ１の第１主面と反対側（裏面側）に位置する第２主面には、半導体チップ１の裏面電極（第１金属部材、金属電極）６が形成されている。
【００４４】
この裏面電極６は、半導体チップ１の第１主面側から順に、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕの膜が積層された構造となっており、最表面層はＡｕとなっている。
【００４５】
また、半導体チップ１は、リードフレームのダイパッド（第２金属部材）７上に固着されている。ダイパッド７は、半導体チップ１の裏面電極６と互いに対向する状態で配置されている。
【００４６】
ダイパッド７は例えばＣｕで構成されており、半導体チップ１を搭載する面には、下層から順にＮｉ、Ａｇのめっき膜が積層された金属めっき層８が形成されている。ダイパッド部の厚さは、例えば、１．２ｍｍ、金属めっき層８の厚さは例えば５μｍである。
【００４７】
また、半導体チップ１の裏面電極６とダイパッド７とは導電性樹脂１０を介して電気的に接続されている。詳しくは、導電性樹脂１０およびダイパッド７の表面に形成された金属めっき層８とを介して電気的に接続されている。また、導電性樹脂１０は裏面電極６とダイパッド７とを物理的に接着する接着材としての機能も有している。
【００４８】
＜導電性樹脂による接続構造＞
次に、図２および図３を用いて、図１に示した裏面電極６とダイパッド７との接続構造について説明する。図２は図１に示す裏面電極６とダイパッド７との接続部のうち、一点鎖線Ａで囲った領域を拡大して示す拡大断面図、図３は図２に示すＡｇ粒子１個を拡大した拡大断面図である。
【００４９】
図２において、導電性樹脂１０はベース樹脂となる熱硬化性樹脂１１を有している。この熱硬化性樹脂１１は、所定の温度まで加熱すると硬化する特性を有している。このような特性を有する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などがあるが、本実施の形態１ではエポキシ樹脂を用いた。
【００５０】
熱硬化性樹脂１１中には、Ａｇ（銀）粒子（金属粒子、第１金属粒子）１２と、Ａｇ粒子１２よりも大きさが小さいＡｇ微粒子（金属微粒子、第２金属粒子）１３が分散配置された構造となっている。Ａｇ粒子１２の形状は鱗片状であり、平均粒子径（長手方向の長さの平均値）は１０μｍとなっている。
【００５１】
Ａｇ微粒子１３は、加熱硬化前の導電性樹脂１０である導電性樹脂ペーストに予め配合された、例えばネオデカン酸銀などの有機銀化合物から解離したＡｇ成分（金属成分）が凝集、成長した金属微粒子である。
【００５２】
また、Ａｇ粒子１２の表面には、前記した有機銀化合物から解離したＡｇ成分がＡｇ粒子１２の表面に融着して成長したＡｇ層（金属突起層）１４がＡｇ粒子１２の表面を覆うように融着している。
【００５３】
導電性樹脂１０は、金属成分として、Ａｇ粒子１２、Ａｇ微粒子１３、Ａｇ層１４を含んでいる。導電性樹脂１０の電気伝導特性、あるいは放熱性を向上させるため、導電性樹脂１０中に占めるこれら金属成分の割合は高く設定してある。例えば、８５ｗｔ％となっている。また、導電性樹脂１０中に含まれる金属成分の内、Ａｇ粒子１２が占める割合は８０ｗｔ％となっている。
【００５４】
また、熱硬化性樹脂１１中には、複数の気泡１５が分散配置されている。気泡１５は、主として前記した有機銀化合物から解離したガス成分が熱硬化性樹脂１１中に閉じこめられたものである。気泡１５のサイズはＡｇ粒子１２よりも小さく、球体換算した時の直径が５μｍ以下となっている。
【００５５】
また、気泡１５は、熱硬化性樹脂１１中の特定の箇所に集中して配置されている訳ではなく、図２に示すようにＡｇ粒子１２やＡｇ微粒子１３の間の隙間に分散して配置されている。気泡１５の分散の程度は、導電性樹脂１０の任意の領域で、１０μｍ２の断面を観察した場合に、どの断面を観察しても気泡１５が３個以上確認できる程度に分散している。
【００５６】
図２に示す導電性樹脂１０を観察した所、数μｍサイズ（球体換算した時の直径）の気泡１５が、任意の１０μｍ２の断面当りに３個以上確認され、サブμｍサイズ（球体換算した時の直径）の気泡１５は数十個程度確認された。
【００５７】
任意の１０μｍ２の断面当りに分散配置される気泡１５の数は、３個以上あれば良いが、過剰に多くなりすぎない程度とすることが好ましい。気泡１５の数が過剰に大きくなり過ぎると気泡１５同士が結合して、５μｍを超えるサイズになる可能性がある。
【００５８】
本発明者が検討した所、任意の１０μｍ２の断面当りに分散配置される気泡１５の数が２００個以内であれば、全ての気泡１５のサイズを安定して５μｍ以下とすることができる。
【００５９】
なお、断面観察を行うための試料の作成方法は、イオンビーム、あるいはイオン照射で半導体装置１００の任意の箇所を切断加工して導電性樹脂１０の断面を露出させ、その後イオントリミングにより露出面の表面を僅かにエッチング処理する方法を採用した。この方法により、微小なサイズの気泡１５も観察することが可能となる。
【００６０】
半導体装置１００は、導電性樹脂１０中に５μｍ以下のサイズの微小な気泡１５を分散して配置することにより、導電性樹脂１０に剪断歪が加わった場合であっても、気泡１５が変形して剪断歪を吸収することができる。
【００６１】
つまり、電気伝導特性、あるいは放熱性を向上させるため、導電性樹脂１０中に占めるこれら金属成分の割合を高くしても、導電性樹脂１０全体としての弾性率を低減することができる。
【００６２】
このため、導電性樹脂１０と、裏面電極６あるいはダイパッド７との接着界面に大きな応力が発生する現象を抑制することができる。また、熱硬化性樹脂１１と、Ａｇ粒子１２との接着界面に大きな応力が発生する現象を抑制することができる。
【００６３】
すなわち、図１に示す半導体装置１００に温度サイクル負荷がかかったとしても、導電性樹脂１０に応力に起因する亀裂が発生する現象を抑制することができるので、半導体装置１００の製品寿命を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、図１に示す半導体チップ１をダイパッド７に実装する工程で、導電性樹脂１０の硬化処理温度から室温に冷却した場合であっても、冷却時に導電性樹脂１０に加わる歪を気泡１５が吸収するので、残留応力を小さくすることができる。
【００６５】
このため、導電性樹脂１０と、裏面電極６あるいはダイパッド７との初期接着強度（硬化処理温度から室温に冷却した後の接着強度）を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、図３に示すようにＡｇ粒子１２の表面に形成されるＡｇ層１４はＡｇ粒子１２の表面に微細な複数の突起を形成するように形成される。すなわち、Ａｇ粒子１２の表面は図３に示すようにこの微細な凹凸が形成された状態となる。
【００６７】
Ａｇ層１４は、Ａｇ粒子１２の表面を覆う有機銀化合物から解離したＡｇ成分が、加熱されることによってＡｇ粒子１２の表面に融着して成長した金属層である。このＡｇ成分は等方的に成長する訳ではなく、異方的に成長する。このため、Ａｇ粒子１２の表面は図３に示すようにこの微細な凹凸が形成された状態となる。
【００６８】
図２に示すＡｇ粒子１２の表面に微細な凹凸が形成されると、Ａｇ粒子１２と熱硬化性樹脂１１との接触面積が増加するこのためＡｇ粒子１２と熱硬化性樹脂１１との接続強度を向上させることができる。
【００６９】
半導体装置１００は、Ａｇ粒子１２の表面にＡｇ層１４を形成することにより、Ａｇ粒子１２と熱硬化性樹脂１１との接続強度を向上させることができるので、裏面電極６とダイパッド７との接続信頼性を向上することが可能となる。また、半導体装置１００に温度サイクル負荷を加えた場合でも、所定値以上の接続信頼性を確保することができるので、製品寿命を向上させることが可能となる。
【００７０】
ところで、導電性樹脂１０中に、球体換算した時の直径が例えば１０μｍを超えるような大きなボイドが形成されている場合、前記した金属成分の導電経路が遮断されるので、導電性樹脂１０の導電性特性が低下する。また、Ａｇ粒子１２などの金属成分が互いに接触することにより形成される導電経路は、熱伝達経路ともなっているため、大きなボイドが形成された場合、導電性樹脂１０の放熱性も低下する。
【００７１】
しかし、本実施の形態１の導電性樹脂１０は、導電性樹脂１０中に占める金属成分の割合は、８５ｗｔ％と非常に高い割合を占めている。言い換えれば、導電性樹脂１０は、導電性樹脂１０内に発生する歪を緩和する気泡１５を備えているため、導電性樹脂１０中に占める金属成分の割合を高めることができる。
【００７２】
導電性樹脂１０中に占める金属成分の割合を高めることにより、この金属成分が互いに接触し、多数の電気あるいは熱の伝達経路を確保することができる。
【００７３】
また、導電性樹脂１０に存在する気泡１５は、５μｍ以下と小さいサイズの気泡であり、金属成分が互いに接触して形成された伝達経路の隙間に配置できる大きさである。
【００７４】
このため、導電性樹脂１０は気泡１５が存在することによる放熱性あるいは電気伝導特性の低下を抑制ないしは防止することができる。
【００７５】
また、熱硬化性樹脂１１には、Ａｇ粒子１２に加えて有機銀化合物から解離したＡｇ成分（金属成分）が凝集、成長したＡｇ微粒子（第２金属粒子）１３も分散配置されている。
【００７６】
このＡｇ微粒子１３は、Ａｇ粒子１２の間、あるいはＡｇ粒子１２と裏面電極６、金属めっき層８との隙間に入り込み、Ａｇ粒子１２、裏面電極６または金属めっき層８と接触する。
【００７７】
このため、単にＡｇ粒子１２の配合割合を増加させた場合と比較して、金属成分が互いに接触して形成される伝達経路を多くすることができる。
【００７８】
また、Ａｇ層１４あるいはＡｇ微粒子１３は、熱硬化性樹脂１１を加熱硬化させる際に有機銀化合物から生成される。このとき、熱硬化性樹脂１１を硬化させるための加熱温度により、Ａｇ層１４あるいはＡｇ微粒子１３の一部が低温焼結され、Ａｇ粒子１２、裏面電極６、あるいはダイパッド７表面の金属めっき層８に金属的に結合された状態で融着する。
【００７９】
つまり、Ａｇ粒子１２同士、あるいはＡｇ粒子１２と裏面電極６、ダイパッド７とはＡｇ層１４およびＡｇ微粒子１３を介して金属的に結合された状態となる。このため、Ａｇ層１４およびＡｇ微粒子１３は、導電性樹脂１０に確保された電気や熱の伝達経路の強度を向上させる役割を果たす。
【００８０】
したがって、導電性樹脂１０は、金属成分として、単にＡｇ粒子１２のみを有する導電性樹脂と比較して、導電特性、放熱性を向上させることが可能となる。
【００８１】
本実施の形態１の半導体装置１００は、一般に導電性樹脂の電気伝導特性、放熱性、あるいは接着強度を低下させる原因と考えられていたボイドのサイズを５μｍ以下と小さい気泡（微小ボイド）１５とした。
【００８２】
また、導電性樹脂１０の任意の断面１０μｍ２当りに３個以上存在するようにこの気泡１５を分散配置することにより、導電性樹脂１０の接続信頼性、特に、温度サイクル負荷をかけた場合の接続信頼性を向上させることができる。
【００８３】
また、導電性樹脂の接続信頼性を向上させることにより、導電性樹脂中に含まれる金属成分の含有比率を高めることができるので、電気あるいは熱の伝達特性を向上させることができる。
【００８４】
＜導電性樹脂の製造方法＞
次に、図４および図５を用いて導電性樹脂１０の硬化前の状態である導電性樹脂ペースト２０の製造方法について説明する。
【００８５】
図４は、本実施の形態１の導電性樹脂ペースト２０の製造工程を示す説明図、図５は図４の各製造工程中のＡｇ粒子の状態を模式的に示す要部断面図である。
【００８６】
（ａ）まず、浸漬工程では、Ａｇ粒子１２を準備して、有機銀化合物溶液１６に浸漬する。Ａｇ粒子１２は鱗片形状で、長径の最大粒子径が４０μｍ以下、平均粒子径が５〜１５μｍの材料を用いている。
【００８７】
また、有機銀化合物は分解温度（解離温度）が２５０℃以下の低有機分子系の化合物で、ネオデカン酸銀や各種カルボン酸銀、オクチル酸銀などがある。有機銀化合物溶液１６は、この有機銀化合物をトルエン等の有機溶媒中に溶解したものである。
【００８８】
Ａｇ粒子１２の浸漬方法は、例えば図５（ａ）に示すように、有機銀化合物溶液１６が入った容器１７にＡｇ粒子１２を投入して浸漬する。Ａｇ粒子１２を浸漬している間、Ａｇ粒子１２および有機銀化合物溶液１６を攪拌することが好ましい。攪拌することにより、Ａｇ粒子１２の表面に均一に有機銀化合物溶液１６を付着させることができる。
【００８９】
（ｂ）次に、乾燥工程では、表面に有機銀化合物溶液１６が付着したＡｇ粒子１２を取り出し、トルエンなどの有機溶媒成分を揮発させて乾燥処理を施す。乾燥処理を行うことにより、図５（ｂ）に示す有機銀化合物（有機金属化合物）１８がＡｇ粒子１２の周囲に付着した状態で結晶化し、隣接するＡｇ粒子１２を有機銀化合物１８が接着した状態の凝集体が得られる。
【００９０】
この乾燥工程での乾燥手段は、真空乾燥あるいは６０℃以下の熱風乾燥で採用することができるが、Ａｇ粒子１２に超音波振動を加えながら乾燥させることが好ましい。
【００９１】
Ａｇ粒子１２に超音波振動を加えながら乾燥させることにより、Ａｇ粒子１２同士の過度の凝集を抑制することができる。
【００９２】
（ｃ）次に、混練工程では、前記（ｂ）工程で得られた凝集体と、熱硬化性樹脂１１とを乳鉢やボールミル等の混練装置に投入し、凝集体を粉砕しながら熱硬化性樹脂１１とＡｇ粒子１２とが均質になるように混錬する。
【００９３】
熱硬化性樹脂１１としては、代表的樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などがあるが、ここではエポキシ樹脂を用いた。
【００９４】
混練方法は、材料を磨り潰すように混ぜる方式で、例えば、図５（ｃ）に示すように凝集したＡｇ粒子１２を分離しつつ、均一分散させている。また、Ａｇ粒子１２に付着した有機銀化合物１８の一部は、この混練工程でＡｇ粒子１２から剥離して有機銀化合物塊（有機金属化合物塊）１９となる。
【００９５】
この混練工程によって、表面を覆うように有機銀化合物１８が付着したＡｇ粒子１２と、有機銀化合物塊１９とが熱硬化性樹脂１１中に分散した状態のペーストが得られる。
【００９６】
（ｄ）次に、硬化剤投入工程で、前記（ｃ）工程で得られたペーストに硬化剤を投入してさらに混練を続ける。硬化剤は、熱硬化性樹脂材料によって選択するべきもので、酸無水系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、アミン系硬化剤、フェノール樹脂などを用いることができる。
【００９７】
この硬化剤投入工程で、ペースト中に硬化剤を混合すると、硬化剤はペースト中に分散し、図２に示した導電性樹脂１０が加熱硬化する前の状態のペースト、すなわち、導電性樹脂ペースト（図４参照）が得られる。
【００９８】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、図１〜図５を用いて図１に示した半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００９９】
（ａ）まず、図１に示す半導体チップ１を準備する。この段階では、半導体チップ１には既に電極端子３および裏面電極６が形成されている。電極端子３および裏面電極６は、半導体チップ１がウエハと呼ばれる平面略円形の半導体薄板であり、個片化される前に既に形成されている。
【０１００】
（ｂ）次に、半導体チップ１を図１に示すダイパッド７に実装する。この段階では、ダイパッド７の半導体チップ１を搭載する面には、下層から順にＮｉ、Ａｇのめっき膜が積層された金属めっき層８が形成されている。
【０１０１】
また、この段階ではダイパッド７はリードフレームと呼ばれる銅条の一部であり、このリードフレームには複数のダイパッド７と複数のリード５とが一体構造で連結されている。
【０１０２】
この実装工程では、まず、ダイパッド７上の金属めっき層８が形成された領域に、前述の導電性樹脂ペースト（図４参照）を塗布する。次に、この導電性樹脂ペースト２０の上に半導体チップ１を置き、ダイパッド７方向に押し付ける。
【０１０３】
次に、半導体チップ１が載った状態で、導電性樹脂ペースト２０を加熱して熱硬化性樹脂１１（図５（ｃ）参照）を加熱硬化させる。
【０１０４】
この加熱硬化処理工程では、加熱温度を複数段階に分けて段階的に昇温させる加熱方法を採ることが好ましい。さらにいうと、加熱温度を３段階以上に分けて順に昇温させることが好ましい。その理由を以下に説明する。
【０１０５】
まず第１段階では、有機銀化合物１８（図５（ｃ）参照）の解離温度より低い温度で保持する。本実施の形態１では、例えば８０℃の温度で３０分間保持した。このように、有機銀化合物１８の解離温度より低い温度で保持することにより、導電性樹脂ペースト２０中に残留している有機溶媒などの残留成分など揮発性の高い成分を先に揮発させることができる。この第１段階では熱硬化性樹脂１１はまだ硬化していないため、揮発したガスは導電性樹脂ペースト２０の外部に蒸散する。
【０１０６】
この第１段階で、導電性樹脂ペースト２０の成分の一部が蒸散するので、導電性樹脂ペースト２０に含まれる金属成分の含有率は上昇する。例えば、加熱前の導電性樹脂ペースト２０に含まれる金属成分の含有率が９５ｗｔ％であった場合、加熱硬化後の導電性樹脂１０（図２参照）に含まれる金属成分の含有比率は９８ｗｔ％となる。
【０１０７】
また、例えば、加熱前の導電性樹脂ペースト２０に含まれる金属成分の含有率が７０ｗｔ％であった場合、加熱硬化後の導電性樹脂１０（図２参照）に含まれる金属成分の含有比率は７５ｗｔ％となる。
【０１０８】
次に第２段階では、有機銀化合物１８の解離温度より高く、熱硬化性樹脂１１の硬化温度よりも低い温度で保持する。本実施の形態１では、例えば１５０℃の温度で３０分間保持した。
【０１０９】
この第２段階の温度を有機銀化合物１８の解離温度より高くすることにより、有機銀化合物１８および有機銀化合物塊１９は解離が進行し、解離ガスが発生するとともに、図２に示したＡｇ層１４およびＡｇ微粒子１３が形成される。
【０１１０】
ここで、熱硬化性樹脂１１は、硬化開始温度に達すると、徐々に硬化（仮硬化と呼ばれる）が始まり、所定の硬化温度に達して所定時間が経過すると、硬化が完了（本硬化と呼ばれる）する。
【０１１１】
この第２段階の温度は、熱硬化性樹脂１１が完全に硬化する温度よりも低いが、硬化開始温度より高い温度となっている。このため、第２段階の温度は、熱硬化性樹脂１１の硬化処理温度（本硬化する温度）よりも低い温度ではあるが、熱硬化性樹脂１１は硬化を開始しているので、熱硬化性樹脂１１の粘度は、第１段階の時と比較して高くなっている。
【０１１２】
つまり、この第２段階では、有機銀化合物１８の解離温度より高い温度で保持することにより発生した解離ガスが導電性樹脂ペースト２０の外部に蒸散し難い状態となっている。また、熱硬化性樹脂１１の粘度が高いため、解離ガス同士が結合して成長する現象を抑制することができる。
【０１１３】
この第２段階では、有機銀化合物１８から解離ガスを十分に発生させ、発生したガスが導電性樹脂ペースト２０の外部に蒸散し難い状態となっているため、導電性樹脂ペースト２０内に気泡１５を形成することができる。
【０１１４】
また、熱硬化性樹脂１１の粘度が高いため、気泡１５同士が結合して成長する現象を抑制することができるので、気泡１５のサイズが例えば１０μｍを超えるような大きさになることを防止することができる。
【０１１５】
また、気泡１５となる解離ガスの発生源は、有機銀化合物１８および有機銀化合物塊１９であり、これらは予め熱硬化性樹脂１１中に分散するように配置されている。このため、この解離ガスが閉じこめられて形成される気泡１５は、熱硬化性樹脂１１中に分散するように配置されることとなる。すなわち、図２を用いて説明したように、導電性樹脂１０の任意の断面１０μｍ２当りに３個以上の気泡１５が存在する状態で配置することが可能となる。
【０１１６】
また、この第２段階での保持温度を熱硬化性樹脂１１の硬化処理温度（本硬化する温度）よりも高くした場合、熱硬化性樹脂１１の本硬化後に発生した解離ガスは、発生した地点に留まることとなる。このため、硬化後の熱硬化性樹脂１１に応力が発生する可能性がある。
【０１１７】
しかし、本実施の形態１では、熱硬化性樹脂１１が本硬化する前に、十分に解離ガスを発生させるため、硬化後の熱硬化性樹脂１１に応力が発生する現象を防止することができる。
【０１１８】
次に第３段階では、熱硬化性樹脂１１の硬化処理温度で保持する。本実施の形態１では、例えば２３０℃の温度で９０分間保持した。この第３段階で、熱硬化性樹脂１１が硬化（本硬化）し、図２に示した導電性樹脂１０が得られる。
【０１１９】
この第３段階では、図２に示したＡｇ層１４あるいはＡｇ微粒子１３の一部が低温焼結され、Ａｇ粒子１２、裏面電極６、あるいはダイパッド７表面の金属めっき層８に金属的に結合された状態で融着する。
【０１２０】
熱硬化性樹脂１１が十分に硬化した後、室温まで冷却する。この時、熱硬化性樹脂１１中に残留応力が残っている場合、熱硬化性樹脂１１中に亀裂などの欠陥が生じる場合がある。
【０１２１】
しかし、本実施の形態１では、気泡１５（図２参照）が変形することにより、半導体チップ１（図２参照）とダイパッド７（図２参照）との熱膨張率差に起因する歪を吸収するので、残留応力を低減することができる。すなわち、熱硬化性樹脂１１中に発生する亀裂などの欠陥を防止することができる。
【０１２２】
（ｃ）次に、半導体チップ１の電極端子３と対応するリード５とをそれぞれ電気的に接続する。
【０１２３】
（ｄ）次に、図１に示すように半導体チップ１を封止樹脂２により封止する。この工程では、ダイパッド７およびワイヤ４も半導体チップ１とともに封止する。
【０１２４】
（ｅ）次に、樹脂封止された半導体チップ１をリードフレームから切り離す。この工程では、リード５も半導体チップ１とともにリードフレームから切り離される。この時、リード５の封止樹脂２から露出している箇所が、例えば図１に示すような所定の形状に形成され、図１に示す半導体装置１００が得られる。
【０１２５】
＜導電性樹脂の組成の検討＞
次に図６を用いて、導電性樹脂１０の組成について本発明者らが検討した結果について説明する。図６は導電性樹脂の組成が異なるペーストを使って接続構造体を作成し、各種評価を行った結果を示す説明図である。
【０１２６】
本発明者らは、図６に示すように、それぞれ組成の異なる（ａ）〜（ｆ）の６種類の導電性樹脂の試料を作成した。試料（ａ）、（ｂ）、（ｆ）は本実施の形態１の比較例となる導電性樹脂、試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は本実施の形態１の導電性樹脂である。
【０１２７】
この（ａ）〜（ｆ）の６種類の試料を用いて、トランジスタが形成された半導体チップの裏面電極とＣｕの金属部材を接続した接続構造体（Ｓｉ／Ｃｕ）と半導体チップの裏面電極同士を接続した接続構造体（Ｓｉ／Ｓｉ）を作成し、それぞれ、初期接着強度（硬化処理温度から室温に冷却した後の接着強度）を測定した。また、トランジスタが形成された半導体チップとＣｕの金属部材を接続した接続構造体（Ｓｉ／Ｃｕ）については初期放熱特性（硬化処理温度から室温に冷却した後の放熱特性）、温度（Ｔ）サイクル信頼性について測定を行った。
【０１２８】
初期接着強度の評価は、各接続構造体について引張試験を行い、破断強度を評価の対象とした。
【０１２９】
また、初期放熱特性の評価は、半導体チップに形成されたトランジスタのドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間に一定時間、電圧をかけ、初期電圧と一定時間経過後の電圧の差（ΔＶＤＳ）を評価対象とした。導電性樹脂の放熱特性が低い場合、このΔＶＤＳが大きくなる。また、導電性樹脂の放熱特性は、導電性樹脂に含まれる金属成分の接触状況に支配されるので、ΔＶＤＳを評価することにより金属成分の接触状況に支配される電気伝導特性も放熱特性と同様に評価することができる。
【０１３０】
また、温度サイクル信頼性の評価は以下の手順で行った。まず、前処理として各接続構造体を温度８５℃、湿度８５％の環境下に１６８時間保持（吸湿処理）し、その後室温（２５℃程度）から２６０℃までの加熱（リフロー処理）を３回繰り返す。前処理終了後、各接続構造体のΔＶＤＳを測定し、ΔＶＤＳが所定の値以下となっている接続構造体については、−５５℃から１５０℃までの温度サイクル負荷を１００〜５００回加え、ΔＶＤＳの評価を行った。
【０１３１】
図６において、本実施の形態１の比較例である試料（ａ）、（ｂ）はいずれも図５（ｂ）に示す有機銀化合物１８を加えておらず、Ａｇ粒子１２の配合量を変えている。
【０１３２】
試料（ａ）、（ｂ）のように、有機銀化合物１８を加えていない導電性樹脂では、Ｓｉ／Ｃｕの接続構造体とＳｉ／Ｓｉの接続構造体とで初期接着強度に大きな差がある。すなわち、熱膨張率差が大きい接続構造体（Ｓｉ／Ｃｕ）は熱膨張率差が小さい接続構造体（Ｓｉ／Ｓｉ）よりも初期接着強度が小さい。この初期接着強度の差は、各接続構造体の導電性樹脂の残留応力の差に起因していると推測される。
【０１３３】
また、初期放熱性はＡｇ粒子１２の配合量が多い試料（ａ）の方が高い。また、温度サイクル信頼性は、試料（ａ）、（ｂ）とも前処理終了時点で、ΔＶＤＳが所定の値以下となっており、信頼性は得られていない。なお、図示していないが、前処理終了後のＳｉ／Ｃｕの接続構造体の引張試験を行った所、接着強度は０．５ＭＰａであった。
【０１３４】
次に、本実施の形態１の試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、いずれも有機銀化合物１８を加えており、Ａｇ粒子１２と有機銀化合物１８の配合量を変えている。
【０１３５】
試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、Ｓｉ／Ｃｕの接続構造体とＳｉ／Ｓｉの接続構造体との初期接着強度の差が小さくいずれも１０ＭＰａ以上の値を示している。接続構造体の導電性樹脂の残留応力が大きい場合、引張試験時の破断強度が小さく測定されるため、この試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）では熱膨張率差が大きいＳｉ／Ｃｕの接続構造体に適用した場合でも残留応力が小さくなっていると推測される。
【０１３６】
また、初期放熱特性は、導電性樹脂に含まれる金属成分が７６ｗｔ％である試料（ｃ）の初期放熱特性が試料（ｄ）、（ｅ）と比較して低いが、金属成分が８０ｗｔ％以上含まれる試料（ｄ）、（ｅ）はいずれも高い放熱特性が得られた。
【０１３７】
また、温度サイクル信頼性は、試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は−５５℃から１５０℃までの温度サイクル負荷を１００回かけてもΔＶＤＳは所定の値以上にはならず、高い信頼性が得られることが判った。特に、試料（ｄ）は温度サイクル負荷を５００回かけてもΔＶＤＳは所定の値以下であった。また、試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）について温度サイクル負荷を５００回かけた後に引張試験を行ったが、いずれも接着強度の低下は認められなかった。この点からも試料（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は高い信頼性が得られることが判った。
【０１３８】
次に、本実施の形態１の比較例である試料（ｆ）は有機銀化合物１８をＡｇ粒子１２の配合量よりも多く加えている。試料（ｆ）は他の試料と比較して初期接着強度が低い。熱膨張率差が小さいＳｉ／Ｓｉの接続構造体でも６ＭＰａと低い値であった。この試料（ｆ）を用いた接続構造体の断面を観察した所、導電性樹脂中には、例えばサイズが１μｍを超える大きいボイドが多数形成されていた。この結果から、有機銀化合物１８をＡｇ粒子１２よりも多く配合すると、解離ガスの発生量が多くなりすぎるため、図２に示す気泡１５が過剰に大きくなる可能性があることが判った。
【０１３９】
以上の検討結果から、図２に示す本実施の形態１の導電性樹脂１０の組成として好ましい条件は以下である。
【０１４０】
第１に、導電性樹脂１０に含まれる金属成分は７５ｗｔ％以上とする。所定の放熱特性および電気伝導特性を確保するためである。特に、金属成分の含有比率を８０ｗｔ％以上とすると、特に高い放熱特性および電気伝導特性が得られる。
【０１４１】
第２に、導電性樹脂１０となる導電性樹脂ペースト２０には、有機銀化合物（有機金属化合物）１８を加える。初期接着強度を確保するとともに、温度サイクル信頼性を確保するためである。特に、有機銀化合物１８を加えると、熱膨張率差が大きい部材同士を接続する構造体であっても１０ＭＰａ以上の初期接続強度を確保することができる。
【０１４２】
第３に、Ａｇ粒子１２は、有機銀化合物１８よりも多く配合する。初期接着強度を確保するとともに、温度サイクル信頼性を確保するためである。
【０１４３】
第４に、Ａｇ粒子１２と有機銀化合物１８中の金属成分の重量比率は１：１〜７５：１の範囲で選択する。初期接着強度を確保するとともに、温度サイクル信頼性を確保するためである。
【０１４４】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、導電性樹脂で接続する金属部材の表面に凹凸を形成した半導体装置について説明する。図７は本実施の形態２の半導体装置のダイパッドに半導体チップが接続された状態を示す要部拡大断面図である。本実施の形態２の半導体装置はダイパッドの表面と裏面電極の表面の構造を除いて前記実施の形態１で説明した半導体装置と同様であるため、半導体装置の全体構造については図示を省略した。
【０１４５】
なお、図７に示す導電性樹脂１０は、前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０と同様の構造を有している。すなわち、図７では図示を省略したが、導電性樹脂１０には図２に示すＡｇ粒子１２、Ａｇ微粒子１３、およびＡｇ粒子１２の表面を覆うように形成されたＡｇ層１４が分散配置されている。
【０１４６】
本実施の形態２の半導体装置２００と、前記実施の形態１の半導体装置１００との相違点は、半導体チップ１の裏面電極６およびダイパッド７の表面に形成された凹凸を有する貴金属層が追加されている点である。
【０１４７】
図７において、裏面電極６のダイパッド７と対向する面には、表面に凹凸が形成されたＡｇコート層（貴金属層）２１が形成されている。このＡｇコート層２１は例えば以下の製造方法により形成されている。
【０１４８】
まず、半導体チップ１が個片化される前のウエハ段階で、裏面電極６を形成する。次に、有機保護皮膜を形成したＡｇのナノ粒子をトルエンなどの有機溶媒に分散した液、あるいは有機銀化合物を有機溶媒に溶かした液をスピンナーで裏面電極６に塗布する。次に、この液が塗布された裏面電極６をウエハとともに大気中で２００〜３５０℃に加熱処理して形成する。
【０１４９】
このように形成したＡｇコート層２１は、表面に凹凸が形成された状態となる。半導体装置２００は裏面電極６の表面に凹凸を形成したＡｇコート層２１を備えることにより、導電性樹脂１０との接触面積が増加する。
【０１５０】
また、半導体装置２００はダイパッド７の表面（裏面電極６と対向する面）にも表面に凹凸が形成されたＡｇコート層（貴金属層）２２が形成されている。このＡｇコート層２２は例えば以下の製造方法により形成されている。
【０１５１】
まず、リードフレーム成型後にディスペンサーでＣｕのダイパッド上にのみナノＡｇ粒子や有機銀化合物や酸化銀粒子を分散あるいは溶解した銀含有溶媒液を塗布する。次にリードフレームを大気中あるいは不活性ガス雰囲気中で１５０〜３００℃に加熱処理し、さらに水素を含む還元雰囲気中で２００〜３５０℃に加熱処理して形成している。
【０１５２】
半導体装置２００は、リードフレームの表面上に凹凸が形成されたＡｇコート層２２を形成することにより、導電性樹脂１０との接触面積が増加する。
【０１５３】
このように、導電性樹脂１０と、裏面電極６あるいはダイパッド７との接触面積を増加させることにより、導電性樹脂１０の接続界面の接続強度を向上させることが可能となる。すなわち、半導体装置２００は半導体装置１００と比較して導電性樹脂１０と、裏面電極６あるいはダイパッド７との接続信頼性を向上させることができる。このため、前記実施の形態１で説明した効果に加えて、さらに温度サイクル信頼性を向上することができる。
【０１５４】
ここで、本実施の形態１では、裏面電極６とダイパッド７との接続材料である導電性樹脂１０の材料として前記実施の形態１で説明した導電性樹脂ペースト２０（図４参照）を用いた。
【０１５５】
しかし、導電性樹脂ペースト２０の構成はこれに限定されない。例えば、図５（ｂ）に示した有機銀化合物１８を加えず、代わりに熱硬化性樹脂１１中にナノＡｇ粒子を分散させ、このナノＡｇ粒子の表面を、熱硬化性樹脂１１の本硬化温度よりも僅かに低い温度（例えば２００℃）で分解、揮発する有機保護膜でコートした導電性樹脂ペーストを用いても良い。
【０１５６】
このような導電性樹脂ペーストを用いても、図２に示したように球体換算した時の直径が５μｍ以下の気泡１５が分散して配置（導電性樹脂１０の任意の領域で、１０μｍ２の断面を観察した場合に、どの断面を観察しても気泡１５が３個以上確認できる程度）されていれば、気泡１５が全く形成されていない半導体装置よりは温度サイクル信頼性を向上することができる。
【０１５７】
ただし、Ａｇ粒子１２の表面にＡｇ層１４は形成されないため、半導体装置１００と比較すると接着強度は低下する可能性がある。また、安定して５μｍの気泡１５を分散配置するためには、前記実施の形態１で説明した導電性樹脂ペースト２０を用いることが好ましい。
【０１５８】
（実施の形態３）
図８は本実施の形態３の半導体装置のダイパッドに半導体チップが接続された状態を示す要部拡大断面図、図９は図８に示す一点鎖線Ｂで囲った領域の拡大断面図、図１０は図９に示す一点鎖線Ｃで囲った領域の拡大断面図、図１１は図９に示す一点鎖線Ｄで囲った領域の拡大断面図である。本実施の形態３の半導体装置はダイパッドの表面と裏面電極の表面の構造を除いて前記実施の形態１で説明した半導体装置と同様であるため、半導体装置の全体構造については図示を省略した。
【０１５９】
なお、図８に示す導電性樹脂１０は、前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０と同様の構造を有している。すなわち、図８では図示を省略したが、導電性樹脂１０には図２に示すＡｇ粒子１２、Ａｇ微粒子１３、およびＡｇ粒子１２の表面を覆うように形成されたＡｇ層１４が分散配置されている。
【０１６０】
本実施の形態３の半導体装置３００と、前記実施の形態２の半導体装置２００との相違点は、半導体チップ１の裏面電極６およびダイパッド７の表面に形成された貴金属層の構造である。
【０１６１】
図８において、裏面電極６のダイパッド７と対向する面には、Ａｇコート層（貴金属層）３１が形成されている。また、ダイパッド７の表面（裏面電極６と対向する面）にも表面にはＡｇコート層（貴金属層）３２が形成されている。
【０１６２】
図９に示すように、Ａｇコート層３１、３２の表面は平坦ではない。Ａｇコート層３１、３２それぞれの拡大断面図である図１０および図１１に示すようにその表面には複数の孔部３３を備えている。つまり、Ａｇコート層３１、３２はポーラスな構造となっている。
【０１６３】
また、Ａｇコート層３１、３２は、ナノＡｇ粒子３４が焼結された貴金属層である。また、Ａｇコート層３１、３２は、それぞれ裏面電極６、ダイパッド７に金属結合により融着している。
【０１６４】
このＡｇコート層３１、３２は、裏面電極６とダイパッド７とを導電性樹脂１０で接続する前に予め形成されている。
【０１６５】
このため、前記実施の形態１で説明した半導体装置１００の製造工程において、導電性樹脂ペースト２０（図４参照）を図１１に示すＡｇコート層３２に塗布すると、硬化前の熱硬化性樹脂１１がＡｇコート層３２の孔部３３に埋め込まれる。
【０１６６】
また、半導体チップ１（図８参照）を押し付けると熱硬化性樹脂１１が図１０に示すＡｇコート層３１に埋め込まれる。
【０１６７】
その後、熱硬化性樹脂１１を硬化させることにより、熱硬化性樹脂１１は孔部３３に埋め込まれた状態で硬化する。
【０１６８】
ここで、図１０に示すように、Ａｇコート層３１の孔部３３は、裏面電極６から導電性樹脂１０に向かう方向（第１の方向）に沿って、順に開口部（第１の開口部）３３Ａ、開口部（第２の開口部）３３Ｂを備えている。
【０１６９】
また、図１１に示すように、Ａｇコート層３２の孔部３３は、ダイパッド７から導電性樹脂１０に向かう方向（第１の方向）に沿って、順に開口部（第１の開口部）３３Ａ、開口部（第２の開口部）３３Ｂを備えている。
【０１７０】
また、図１０および図１１に示す開口部３３Ａの一部は、Ａｇコート層３１、３２の一部である迫り出し部３５によって覆われている。迫り出し部３５は開口部３３Ｂ側に形成されている。
【０１７１】
迫り出し部３５を形成することにより、孔部３３に浸入した状態で硬化した熱硬化性樹脂１１がアンカーのようにＡｇコート層３１、３２に埋まった状態となる。このため、熱硬化性樹脂１１のアンカー効果により、図９に示す導電性樹脂１０と裏面電極６あるいはダイパッド７との接続界面の強度を単に導電性樹脂１０との接触面積を増やした場合と比較してさらに向上させることが可能となる。
【０１７２】
すなわち、半導体装置３００は前記実施の形態２の半導体装置２００と比較して導電性樹脂１０と、裏面電極６あるいはダイパッド７との接続信頼性を向上させることができる。このため、前記実施の形態２で説明した効果に加えて、さらに温度サイクル信頼性を向上することができる。
【０１７３】
Ａｇコート層３１、３２は例えば以下のような方法で形成することができる。まず、裏面電極６あるいはダイパッド７の表面に、貴金属（本実施の形態３ではＡｇ）ナノ粒子を分散させた例えば揮発性の溶媒やペーストを塗布する。ナノ粒子の平均粒子径は１〜５０ｎｍとしてある。
【０１７４】
次に、この溶媒、またはペーストを塗布した裏面電極６あるいはダイパッド７を２００〜５００℃の範囲の加熱温度で焼成する。この焼成工程を行うと、溶媒、またはペーストに分散された貴金属ナノ粒子の表面に予め形成されていた保護膜が焼成により消失した段階でナノ粒子同士の融合が始まる。
【０１７５】
また、裏面電極６あるいはダイパッド７の表面と物理的に接触していた貴金属ナノ粒子は裏面電極６あるいはダイパッド７の表面と融合を始める。焼成処理温度の上昇や時間の経過と共に融合が進展して粒子の成長が進み、裏面電極６あるいはダイパッド７の表面と貴金属ナノ粒子が融合した領域の面積が拡大する。
【０１７６】
ここで、焼成処理を行う際には、積極的な加圧処理を行う訳ではないので、焼成処理温度の上昇や時間の経過と共に貴金属ナノ粒子同士の融合が進んでも、Ａｇコート層３１、３２が緻密化することはない。
【０１７７】
このため、焼成後のＡｇコート層３１、３２の表面は、図１０および図１１に示すように、開口部３３Ａ、開口部３３Ｂを備え、開口部３３Ａを覆う迫り出し部３５が形成された孔部３３が複数形成されたポーラスな状態となる。
【０１７８】
また、焼成処理後のＡｇコート層３１、３２は下地である裏面電極６あるいはダイパッド７の表面との接続界面は部分的に金属接合した状態となる。
【０１７９】
また、Ａｇコート層３１、３２を形成する方法はこの方法に限定されない。別の方法として例えば、貴金属ナノ粒子を分散させた揮発性の溶媒やペーストに代えてサブμｍ以下に微細化した酸化銀粒子とネオデカン酸銀などの有機銀化合物を混合した有機溶媒液を用いることもできる。
【０１８０】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、前記実施の形態１〜３で説明した接続構造をトランジスタパッケージに適用した実施形態について説明する。図１２は、本実施の形態４の半導体装置を示す平面図、図１３は図１２に示す半導体装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【０１８１】
図１２および図１３において、本実施の形態４の半導体装置４００は、半導体チップ（半導体デバイス）４１がレジンなどの封止樹脂（封止体）４２に封止された構造となっている。半導体チップ４１は例えば、Ｓｉ（シリコン）チップであり、チップ内にトランジスタが形成されている。
【０１８２】
また、半導体チップ４１の第２主面（裏面）側にはＡｌ（アルミニウム）、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ（バナジウム）のうち１種以上の金属が積層され、最表面がＡｕあるいはＡｇとなっている複数層構造の裏面電極４３（図１３参照）が形成されている。この裏面電極４３はトランジスタのドレイン電極となっている。
【０１８３】
半導体チップ４１の第１主面（回路形成面）側には例えばＡｌ（アルミニウム）膜からなるソース電極（主電極）４４とゲート電極（制御電極）４５が形成されている。ソース電極４４とゲート電極４５はＡｌ膜の表面にＮｉ、Ａｕなどのめっき膜を積層した構造としても良い。
【０１８４】
ソース電極４４とゲート電極４５は、封止樹脂４２から導出されるソースリード（主電極用リード）４６、ゲートリード（制御電極用リード）４７にそれぞれ電気的に接続されている。ソースリード４６、ゲートリード４７は半導体装置４００の外部接続端子であり、例えば基材となるＣｕの板に酸化防止用のＮｉなどの金属膜が形成された構造となっている。
【０１８５】
ソース電極４４とソースリード４６との電気的接続、およびゲート電極４５とゲートリード４７との電気的接続にはそれぞれ、ワイヤ（金属細線）４８、４９が用いられている。ワイヤ４８、４９はたとえば、ＡｌあるいはＡｕなどで構成されるワイヤである。
【０１８６】
また、リードフレームのダイパッド５０からは、半導体装置４００の外部接続端子であるドレインリード５１が導出されている。ドレインリード５１はダイパッド５０からソースリード４６およびゲートリード４７の方向に延在している。このダイパッド５０およびドレインリード５１も基材となるＣｕの板に酸化防止用のＮｉなどの金属膜が形成された構造となっている。
【０１８７】
ダイパッド５０の半導体チップ搭載領域には、最表面が例えばＡｇなどの貴金属めっき膜である金属めっき層５２が形成されている。半導体チップ４１は、ダイパッド５０上の金属めっき層５２が形成された領域に前記実施の形態１〜３で説明した導電性樹脂１０を介して接着されている。
【０１８８】
ここで、図１２および図１３では図示を省略したが、導電性樹脂１０には図２に示すＡｇ粒子１２、Ａｇ微粒子１３、およびＡｇ粒子１２の表面を覆うように形成されたＡｇ層１４が分散配置されている。
【０１８９】
このため、半導体チップ４１の裏面電極４３は、導電性樹脂１０を介してダイパッド５０に電気的に接続されている。ダイパッド５０はドレインリード５１と電気的に接続されているので、裏面電極４３はドレインリード５１と電気的に接続されている。
【０１９０】
本実施の形態４の半導体装置４００はドレイン電極となる裏面電極４３とダイパッド５０とを接続する接続材料として前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０を用いているので、Ｐｂフリーのトランジスタパッケージとすることができる。また、温度サイクル信頼性が高いトランジスタパッケージを提供することができる。また、このトランジスタパッケージは高温高湿度の環境下でも所定の性能特性を発揮することができる。
【０１９１】
また、半導体装置４００の裏面電極４３の表面には前記実施の形態２で説明したＡｇコート層２１、または前記実施の形態３で説明したＡｇコート層３１が形成されている。また、金属めっき層５２の表面には、前記実施の形態２で説明したＡｇコート層２２、または前記実施の形態３で説明したＡｇコート層３２が形成されている。
【０１９２】
このため、導電性樹脂１０と裏面電極４３あるいはダイパッド５０との接続界面の接着強度をさらに向上させることが可能となる。
【０１９３】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、前記実施の形態１〜３で説明した接続構造を、回路主面側に形成された電極と金属リードとの電気的接続に適用した実施形態について説明する。図１４は、本実施の形態５の半導体装置を示す平面図、図１５は図１４に示す半導体装置のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【０１９４】
図１４および図１５において、本実施の形態５の半導体装置５００と、前記実施の形態４で説明した半導体装置４００との相違点は、ソース電極４４とソースリード４６との電気的接続、およびゲート電極４５とゲートリード４７との電気的接続にそれぞれ、帯状の金属部材である金属リード６１、６２が用いられている点である。
【０１９５】
金属リード６１、６２は、例えば帯状に形成したＣｕを基材とする金属部材であり、表面には例えば、Ｎｉ、Ａｇなどの金属めっき層６３が下層から積層されている。
【０１９６】
半導体装置５００は、裏面電極４３とダイパッド５０との接続材料として、前記実施の形態４で説明した半導体装置４００と同様に導電性樹脂１０を用いている。また、ソース電極４４と金属リード６１の接続、およびゲート電極４５と金属リード６２との接続についても接続材料として前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０を用いている。
【０１９７】
ソース電極４４やゲート電極４５など、半導体チップ４１の回路形成主面側に形成された電極の接続材料には、一般に導電性樹脂は採用されず、Ｓｎ−Ｐｂはんだ、あるいは前記実施の形態４で説明した半導体装置４００のようにワイヤによる接続が採用されていた。これは、導電性樹脂の接続信頼性、特に温度サイクル負荷をかけた時の電気的接続信頼性が十分に得られなかったためである。
【０１９８】
しかし、半導体装置５００は接続材料として前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０を用いることにより、接続信頼性（温度サイクル負荷をかけた時の電気的接続信頼性を含む）を向上することができるので、回路形成主面側に形成された電極の接続材料として導電性樹脂１０を用いることが出来る。
【０１９９】
また、半導体装置５００は、ソースリード４６と金属リード６１の接続、およびゲートリード４７と金属リード６２との接続についても接続材料として前記実施の形態１で説明した導電性樹脂１０を用いている。
【０２００】
すなわち、パッケージ内部（封止体内部）の金属部材同士の電気的接続箇所には、すべて導電性樹脂１０による接続構造を採用している。
【０２０１】
このため、パッケージ内部の金属部材同士を電気的に接続する工程を１回で行うことができるので、製造工程を簡略化し、製造効率を大幅に向上させることが可能となる。
【０２０２】
また、接続工程での加熱温度を２５０℃以下とすることができる。このため、導電性樹脂１０に加わる熱応力をさらに軽減することができる。また、製造工程における消費エネルギーを軽減することにより、パッケージの製造コストを低減するとともに、環境への負荷を低減することもできる。
【０２０３】
また、ソース電極４４やゲート電極４５などを広い面積で電気的に接続することができるので、半導体チップ４１が動作する際のオン抵抗を低減することができる。すなわち、半導体装置５００の内部損失を低減し、低消費電力のトランジスタパッケージとすることができる。
【０２０４】
次に半導体装置５００のその他の特徴について説明する。
【０２０５】
図１５において、ドレインリード５１としても機能するダイパッド５０とソースリード４６とゲートリード４７（図１４参照）は同一平面に配置されている。また、ドレインリード５１（ダイパッド５０）、ソースリード４６、ゲートリード４７の裏面は封止樹脂４２から露出している。このため、放熱性を向上させることができる。
【０２０６】
また、ダイパッド５０の半導体チップ４１を搭載する領域には、また、図１４に示すソースリード４６とゲートリード４７の一方の面には、ダイパッド５０の半導体チップ搭載領域に形成された金属めっき層５２と同様の構造を有する金属めっき層６４が形成されている。接触抵抗を低減するためである。
【０２０７】
また、封止樹脂４２とリードフレームのダイパッド５０、ソースリード４６あるいはゲートリード４７の接着強度を確保するため、樹脂がオーバーハングしたような形状になるようリードフレームに面取り加工部６５，６６を施している。
【０２０８】
また、導電性樹脂１０を介して接続される各金属部材（裏面電極４３、ダイパッド５０、ソース電極４４、ゲート電極４５、金属リード６１、６２、ソースリード４６、ゲートリード４７）の接続界面には前記実施の形態２で説明したＡｇコート層２１、２２、または前記実施の形態３で説明したＡｇコート層３１、３２が形成されている。このため、各接続界面の接着強度をさらに向上させることが可能となる。
【０２０９】
以上、本発明者によってなされた発明を発明に実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の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々変更可能である。
【０２１０】
例えば、半導体装置４００あるいは半導体装置５００において、Ａｇコート層２１、２２、またはＡｇコート層３１、３２を形成しない構造としてもよい。
【０２１１】
この場合、接続界面の接着強度は低下するが、製造工程を簡略化することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２１２】
本発明は、半導体装置、特に一対の導電性部材を電気的に接続しつつ固着させた接続構造を有する半導体装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体装置の構造を示す断面図である。
【図３】図２に示すＡｇ粒子１個を拡大した拡大断面図である。
【図４】本実施の形態１の導電性樹脂ペーストの製造工程を示す説明図である。
【図５】図４の各製造工程中のＡｇ粒子の状態を模式的に示す要部断面図である。
【図６】導電性樹脂の組成が異なるペーストを使って接続構造体を作成し、各種評価を行った結果を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２の半導体装置のダイパッドに半導体チップが接続された状態を示す要部拡大断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３の半導体装置のダイパッドに半導体チップが接続された状態を示す要部拡大断面図である。
【図９】図８に示す一点鎖線Ｂで囲った領域の拡大断面図である。
【図１０】図９に示す一点鎖線Ｃで囲った領域の拡大断面図である。
【図１１】図９に示す一点鎖線Ｄで囲った領域の拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４である半導体装置の構造を示す平面図である。
【図１３】図１３に示す半導体装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態５である半導体装置の構造を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す半導体装置のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【０２１４】
１  半導体チップ（半導体デバイス）
２  封止樹脂（封止体）
３  電極端子
４  ワイヤ（金属細線）
５  リード（外部接続端子）
６  裏面電極（第１金属部材、金属電極）
７  ダイパッド（第２金属部材）
８  金属めっき層
１０  導電性樹脂
１１  熱硬化性樹脂
１２  Ａｇ粒子（金属粒子）
１３  Ａｇ微粒子
１４  Ａｇ層（金属突起層）
１５  気泡
１６  有機銀化合物溶液
１７  容器
１８  有機銀化合物（有機金属化合物）
１９  有機銀化合物塊（有機金属化合物塊）
２０  導電性樹脂ペースト
２１、２２  Ａｇコート層（貴金属層）
３１、３２  Ａｇコート層（貴金属層）
３３  孔部
３３Ａ  開口部（第１の開口部）
３３Ｂ  開口部（第２の開口部）
３４  Ａｇナノ粒子
３５  迫り出し部
４１  半導体チップ（半導体デバイス）
４２  封止樹脂（封止体）
４３  裏面電極（ドレイン電極）
４４  ソース電極（主電極）
４５  ゲート電極（制御電極）
４６  ソースリード（主電極用リード）
４７  ゲートリード（制御電極用リード）
４８、４９  ワイヤ（金属細線）
５０  ダイパッド
５１  ドレインリード（裏面電極用リード）
５２  金属めっき層
６１、６２  金属リード
６３、６４  金属めっき層
６５、６６  面取り加工部
１００、２００、３００、４００、５００  半導体装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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