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公開番号2023072092
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-24
出願番号2020029070
出願日2020-02-25
発明の名称半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/36 20060101AFI20230517BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】装置の放熱性を向上させつつ、当該装置の製造時において基材と導電層との接合界面に発生する熱応力を低減することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】厚さ方向zを向く主面12Aを有する基材11と、主面12Aに対向し、かつ金属元素を組成に含む第1接合層151と、第1接合層151を介して主面12Aに接合され、かつ金属元素を組成に含む導電層21と、厚さ方向zにおいて導電層21に対して基材11とは反対側に位置するとともに、導電層21に接合された半導体素子40と、備え、基材11は、基層13と、基層13を覆い、かつ主面12Aを含む第1被覆層141と、を有し、基層13は、炭素をその組成に含み、第1被覆層141は、炭素および金属元素をその組成に含む。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
厚さ方向を向く主面を有する基材と、
前記主面に対向し、かつ金属元素を組成に含む第１接合層と、
前記第１接合層を介して前記主面に接合され、かつ金属元素を組成に含む導電層と、
前記厚さ方向において前記導電層に対して前記基材とは反対側に位置するとともに、前記導電層に接合された半導体素子と、備え、
前記基材は、基層と、前記基層を覆い、かつ前記主面を含む第１被覆層と、を有し、
前記基層は、炭素をその組成に含み、
前記第１被覆層は、炭素および金属元素をその組成に含むことを特徴とする、半導体装置。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記第１接合層のビッカース硬さは、前記導電層のビッカース硬さよりも小である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１被覆層は、金属炭化物を含む材料からなる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１接合層の融点は、２００℃以上３００℃以下である、請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１接合層は、錫をその組成に含む、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基層は、複数の層状結晶が積層された多層構造をなし、
前記複数の層状結晶の各々の面内方向は、前記厚さ方向を含む、請求項２ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記基層は、グラファイトを含む材料からなる、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記基材は、前記厚さ方向において前記主面とは反対側を向く裏面と、前記基層を覆い、かつ前記裏面を含む第２被覆層と、を有し、
前記第２被覆層は、前記第１被覆層と同一の材料からなる、請求項６または７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記裏面に対向する第２接合層と、
前記第２接合層を介して前記裏面に接合された支持層と、をさらに備え、
前記第２接合層は、前記第１接合層と同一の材料からなり、
前記支持層は、金属元素をその組成に含む、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２接合層のビッカース硬さは、前記支持層のビッカース硬さよりも小である、請求項９に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と、当該基材に接合された導電層と、当該導電層に接合された半導体素子とを備える半導体装置に関し、当該基材の組成に炭素を含む半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子（スイッチング素子）を搭載した半導体装置が広く知られている。当該半導体装置は、主に電力変換のために利用される。当該半導体装置に搭載される半導体素子は、その駆動時に比較的高い温度の熱を発する。このため、当該半導体装置においては、放熱性を向上させることが求められる。
【０００３】
特許文献１には、放熱性を向上させた半導体装置の一例が開示されている。当該半導体装置は、基材（特許文献１では炭素繊維－金属複合材５）と、当該基材に接合された導電層（特許文献１では金属回路板）と、当該導電層に接合された半導体素子とを備える。当該基材は、その組成に炭素を含む。これにより、当該基材の厚さ方向の熱伝導率を、銅またはアルミニウムを材料とする基材の熱伝導率よりも大とすることができるため、当該半導体装置の放熱性の向上が可能となる。
【０００４】
特許文献１に開示されている半導体装置においては、基材と導電層との接合にろう材が用いられている。当該ろう材は、たとえばＡｇ－Ｃｕ－Ｉｎ系といった合金を含む材料からなる。当該ろう材を介して基材と導電層との接合を行う際は、６５０℃以上８００℃以下の高温条件下で行うことが必要である。このため、基材と導電層との接合界面には、これらの部材の線膨張係数の相違に起因した熱応力が発生する。当該熱応力の一部は、残留応力として基材と導電層との接合界面に蓄積されたままとなる。このため、当該熱応力が比較的大であると、当該半導体装置の使用時において基材と導電層との接合状態が悪化することがある。このような状態となると、当該半導体装置の放熱性の低下が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－４６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、装置の放熱性を向上させつつ、当該装置の製造時において基材と導電層との接合界面に発生する熱応力を低減することが可能な半導体装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によって提供される半導体装置は、厚さ方向を向く主面を有する基材と、前記主面に対向し、かつ金属元素を組成に含む第１接合層と、前記第１接合層を介して前記主面に接合され、かつ金属元素を組成に含む導電層と、前記厚さ方向において前記導電層に対して前記基材とは反対側に位置するとともに、前記導電層に接合された半導体素子と、備え、前記基材は、基層と、前記基層を覆い、かつ前記主面を含む第１被覆層と、を有し、前記基層は、炭素をその組成に含み、前記第１被覆層は、炭素および金属元素をその組成に含むことを特徴としている。
【０００８】
本発明の実施において好ましくは、前記第１接合層のビッカース硬さは、前記導電層のビッカース硬さよりも小である。
【０００９】
本発明の実施において好ましくは、前記第１被覆層は、金属炭化物を含む材料からなる。
【００１０】
本発明の実施において好ましくは、前記第１接合層の融点は、２００℃以上３００℃以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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