[发明专利]半导体装置和电力变换装置

说明书

提供一种半导体装置，其在将作为导电部件的金属板烧结接合在IGBT那样的具有栅极构造的半导体芯片上时，即使在烧结接合过程中进行加压，也难以在半导体芯片的栅极配线部产生过剩的应力，从而减少了特性不良。本发明的半导体装置的特征在于，具备以IGBT为代表的具有栅极构造的半导体芯片(105)，并具有在半导体芯片表面形成的第一栅极配线(206)和第二栅极配线(202)，并且具有以覆盖第一栅极配线的方式配置的发射极电极(205)和在发射极电极上方配置的烧结层，在半导体芯片表面，在包含发射极电极连接触点(506)以及栅极配线区域(503、504)的整个范围内连续存在至少包含发射极电极和烧结层而成的多层构造。

技术领域

本发明涉及一种在电子部件中的电气接合部(例如半导体元件与电路部件的接合部)的接合层中具有特征的半导体装置，特别是涉及一种具有烧结接合层的半导体装置以及使用该半导体装置的电力变换装置。

背景技术

半导体装置在系统LSI(大规模集成电路)、电力变换装置、混合动力汽车等的控制装置等广泛的领域中被使用。作为该半导体装置，例如在电子部件的电极端子与电路基板上的电路图案的电极端子的电气接合处使用包含铅的“焊锡”、“焊锡合金”曾经是主流。

但是，从保护地球环境的观点出发，严格限制铅的使用，正在开发在有限的范围内使用铅，或使用不含铅的材料进行半导体装置的电极等的接合。特别是关于“高温焊锡”，还没有找到作为其替代的有效材料。在半导体的安装中，使用“分层焊锡”是必不可少的，因此希望出现代替该“高温焊锡”的材料。

从这样的背景出发，以往提出了以下的接合技术：作为代替“高温焊锡”的材料，使用金属颗粒与有机化合物的复合材料作为接合材料来对电极进行接合。

例如，作为能够得到对于镍(以下记载为“镍”)或铜(以下记载为“Cu”)的电极来说优良的接合强度的接合技术，在专利文献1中记载了以下的方法：使用包含由氧化铜(CuO)颗粒与有机物构成的还原剂的接合材料，在还原气氛下进行接合。该方法是在加热还原时生成100nm以下的铜颗粒，将铜颗粒彼此烧结来进行接合的方法。在该文献中，还记载了作为将半导体芯片与金属板进行接合的接合材料，使用含有烧结性的银微颗粒的材料。

另外，在专利文献2中，作为提高配线连接的可靠性的技术，记载了以下的从应力缓冲的观点出发的解决方法，即使用具有配线部件与半导体芯片的中间的热膨胀系数的金属板来去除热膨胀系数差大的连接部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-244242号公报

专利文献2：日本特开2012-28674号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1记载的使用了氧化铜(CuO)颗粒的接合技术与现有的纳米颗粒接合相比，能够改善针对镍、Cu的接合性，能够期待作为镍电极或铜电极用接合材料。例如，能够经由铜烧结层构成的接合层将连接端子与电力变换装置的逆变器中使用的IGBT(绝缘栅双极晶体管)、续流二极管等功率半导体芯片的镍电极电连接。

将硅(以下记载为“Si”)、碳化硅(以下记载为“SiC”)构成的半导体芯片的主电极通过由铜或铝等构成的电线、条带等配线材料与其他芯片、电极连接。存在以下的问题，当半导体芯片的动作温度变高时，由于半导体芯片与配线材料存在热膨胀系数的差，在重复进行开关动作(通电的接通和切断的切换动作)的过程中，在接合部由于热疲劳而产生不良。

因此，作为提高配线连接的可靠性的技术，如专利文献2所记载的那样，提出了以下的从应力缓冲的观点出发的解决方法，即使用配线部件与半导体芯片的中间的热膨胀系数的金属板来去除热膨胀系数差大的连接部。