[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

半导体装置(1)具备：电极(22)，具有平坦部、和由凹部构成的非平坦部(6)；接合层(3)，设置于电极(22)的平坦部及非平坦部(6)上，由金属晶粒的烧结体构成；以及半导体元件(4)、(5)，隔着接合层(3)与电极(22)接合，接合层(3)具有被非平坦部(6)和半导体元件(4)、(5)夹住的第一区域(3a)、和被平坦部和半导体元件(4)、(5)夹住的第二区域(3b)，第一区域(3a)以及第二区域(3b)中的层厚大的一方的区域的金属晶粒的填充率小于层厚小的一方的区域的金属晶粒的填充率。通过本发明，基于金属晶粒的烧结体的接合层的可靠性变得良好。

技术领域

本发明涉及对半导体元件和电路基板进行电连接的半导体装置。

背景技术

对在马达的逆变器控制等中使用的电力变换用半导体装置，搭载有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极性晶体管)、MOSFET(Metal-oxcide-semiconductor Field-effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、二极管等纵向半导体元件。在这些半导体元件的表面以及背面上通过金属化形成有电极，在一般的半导体装置的情况下，半导体元件的背面侧的背面电极和电路基板经由焊料接合部连接。

对在电力变换用半导体装置中使用的接合材料，由于处于半导体元件的发热量增大的倾向，所以期望高耐热性能。然而，在现状下未发现无铅并且具有高耐热性能的焊料材料，作为代替焊料接合的接合材料技术，研究将利用金属粒子的烧结现象的烧结接合技术应用于电力变换用半导体装置。在烧结接合技术中使用的烧结接合材料包括金属粒子和有机成分。烧结接合技术是指，利用通过在烧结接合材料中包含的金属粒子的烧结现象形成的多孔质形状的接合层进行与被接合部件的接合的技术。

在以往的半导体装置中，使用包含Ag(银)纳米粒子的烧结接合材料，将半导体元件的背面电极接合到电路基板(参照例如专利文献1)。

另外，在其它以往的半导体装置中，通过在烧结接合材料中，以Ag纳米粒子为主成分，分散Cu(铜)或者Ni(镍)中的某一方、或者由Cu和Ni这两方构成的高硬度粒子，进行将半导体元件的背面电极接合到电路基板的情况下的接合层的高强度化(参照例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-214340号公报

专利文献2：日本特开2012-124497号公报

发明内容

在这样的专利文献1或者专利文献2记述的以往的半导体装置中，存在如下问题：在175～300℃这样的高温环境下使用时，由于通过低温和高温的反复而产生的电路基板的电极和接合层的热应力，有时在接合层中产生裂缝而得不到良好的接合可靠性。

本发明是为了解决如上述的问题而完成的，其目的在于提供一种即使在高温环境下使用具有用烧结接合材料形成的接合层的半导体装置，接合层的可靠性也良好的半导体装置以及半导体装置的制造方法。

本发明的半导体装置的特征在于具备：绝缘板；电极，设置于绝缘板上，具有平坦部和由凹部或者凸部构成的非平坦部；接合层，设置于电极的平坦部及非平坦部上，由金属晶粒的烧结体构成；以及半导体元件，隔着接合层与电极接合，接合层具有：第一区域，被非平坦部和半导体元件夹住；以及第二区域，被平坦部和半导体元件夹住，第一区域以及第二区域中的层厚大的一方的区域的金属晶粒的填充率小于第一区域以及第二区域中的层厚小的一方的区域的金属晶粒的填充率。

另外，本发明的半导体装置的制造方法具备：在接合到绝缘板并设置有凹部或者凸部的电极上，隔着包含金属纳米粒子的烧结接合材料，载置半导体元件的工序；以及对绝缘板和半导体元件一边进行加压一边进行加热，使烧结接合材料烧结，形成埋设凹形状部或者凸形状部的接合层，从而接合电极和半导体元件的工序。