[发明专利]接合体及半导体装置

说明书

本发明的接合体具备第一构件、第二构件、以及将第一构件与第二构件接合的烧结金属层，烧结金属层含有相对于第一构件或第二构件与烧结金属层的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。

技术领域

本发明涉及接合体及半导体装置。

背景技术

制造半导体装置时，为了使半导体元件与引线框等(支撑构件)接合，使用各种各样的接合材料。半导体装置中，在150℃以上的高温下工作的功率半导体、LSI等的接合中，作为接合材料使用高熔点铅钎料。近年，由于半导体元件的高容量化及省空间化，使其在175℃以上的高温下工作的要求有所提高，在高熔点铅钎料层形成的接合部处，耐热性及导热率不充分，难以确保连接可靠性。另一方面，随着RoHS管制强化，要求不含铅的接合材料。

至此之前，研究了使用除铅钎料以外的材料的半导体元件的接合。例如，下述专利文献1中提出了使银纳米粒子低温烧结、形成烧结银层的技术。已知这种烧结银对动力循环的连接可靠性高。

作为其他的材料，还提出了使铜粒子烧结、形成烧结铜层的技术。例如，下述专利文献2中作为用于将半导体元件与电极接合的接合材料，公开了含氧化铜粒子及还原剂的接合用铜糊料。另外，下述专利文献3中公开了含有铜纳米粒子与铜微米粒子或铜亚微米粒子或它们两者的接合材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4928639号

专利文献2：日本专利第5006081号

专利文献3：日本特开2014-167145号公报

非专利文献

非专利文献1：R.Khazaka,L.Mendizabal,D.Henry：J.ElecTron.Mater,43(7),2014,2459-2466

发明内容

发明要解决的技术问题

在半导体装置的高温工作时，将半导体元件接合的接合部的连接可靠性成为重要的课题。铜与银相比，具有较高的剪切弹性模量(铜：48GPa、银：30GPa)及较低的热膨胀率(铜：17μm/(m·K)、银：19μm/(m·K))。因此，上述专利文献2中记载的半导体装置及上述专利文献3中记载的电子构件等的连接可靠性有可能比上述专利文献1中记载的具有烧结银层的接合体更为优异。

但是，通过本发明者们的研究发现，当接合部为烧结金属层时，不仅构成金属的物性、烧结金属层自身的形态(morphology)也会影响到其连接可靠性。上述专利文献1～3中，烧结体层的形态与连接可靠性的关系还不清楚，特别是仍未实现可充分获得在包含高温条件的温度循环试验中的连接可靠性的烧结金属层。

本发明的目的在于提供具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也具有充分的连接可靠性的烧结金属层的接合体及半导体装置。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明者们进行了深入研究，结果发现由含有薄片状铜粒子的特定接合用铜糊料所形成的烧结金属层具备导热性及接合强度优异、即便是在包含高温条件的温度循环试验中也具有充分的连接可靠性的结构，基于该认知完成了本发明。

即，本发明提供一种接合体，其具备第一构件、第二构件、以及将第一构件与第二构件接合的烧结金属层，烧结金属层含有相对于第一构件或第二构件与烧结金属层的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。

需要说明的是，本说明书中，“薄片状”包含板状、鳞片状等平板状的形状。