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公開番号2025041448
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148761
出願日2023-09-13
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人iX
主分類H01L 21/52 20060101AFI20250318BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】金属スペーサと、金属電極を有する半導体チップが焼結接合した半導体装置について金属電極が熱応力により破壊されることを抑制する。
【解決手段】一実施形態によると、半導体装置は、金属スペーサと、金属電極を有する半導体チップと、金属スペーサと、金属電極と、の間に配置される接合部と、を備える。接合部は、多孔質の金属焼結体で形成され、接合部は、金属焼結体に内包されず金属スペーサに形成される第1空隙、及び金属焼結体に内包された第2空隙を含むことで、接合部のヤング率を、金属スペーサ、及び金属電極のそれぞれのヤング率以下とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
金属スペーサと、
金属電極を有する半導体チップと、
前記金属スペーサと、前記金属電極と、の間に配置される接合部と、
を備え、
前記接合部は、多孔質の金属焼結体で形成されており、
前記金属焼結体は、前記金属焼結体に内包されずに形成される第１空隙、及び前記金属焼結体に内包された第２空隙を含み、
前記接合部のヤング率は、前記金属スペーサ、及び前記金属電極のそれぞれのヤング率より低い、
半導体装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記接合部のヤング率は、前記金属焼結体を形成する金属バルクのヤング率と、前記第１空隙、及び前記第２空隙の割合と、によって決定される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１空隙の割合ｘと、前記第２空隙の割合ｙと、が以下の式を満たし、
Ｅ
接合部
＝Ｅ
金属
（１－ｘ）（１－ｙ）≦Ｅ
電極
前記Ｅ
接合部
は、前記接合部のヤング率であり、
前記Ｅ
金属
は、前記金属焼結体を形成する金属バルクのヤング率であり、
前記Ｅ
電極
は、前記金属電極のヤング率である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合部の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫより高く、かつ、前記金属焼結体を形成する金属の熱伝導率と、前記第１空隙、及び前記第２空隙の割合と、によって決定される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１空隙の割合ｘと、前記第２空隙の割合ｙと、が以下式を満たし、
λ
接合部
＝λ
金属
（１－ｘ）（１－ｙ）≧２００
前記λ
接合部
は、前記接合部の熱伝導率であり、
前記λ
金属
は、前記金属焼結体を形成する金属バルクの熱伝導率である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記接合部に前記第１空隙が千鳥格子状に配置され、
さらに、前記接合部において、応力および熱が集中する領域では、前記第１空隙の割合が低減された、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１空隙は、上面視において、円形状または多角形状である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記接合部において、応力および熱が集中する領域では、前記第１空隙の寸法が小さくされた、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接合部は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔのいずれかの金属を含む、
請求項１に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
各部材の接続領域に、印刷によって接続用の金属焼結材を所定の印刷パターンで形成する部材接合方法であって、印刷パターンが、金属焼結材が塗布される領域と、金属焼結材が塗布されない領域と、からなる方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－０７９８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属スペーサと、金属電極を有する半導体チップと、を焼結接合した半導体装置が知られている。この種の半導体装置において、金属スペーサと、半導体チップと、を焼結接合する場合、金属スペーサの熱膨張率と、半導体チップの熱膨張率と、が異なることで熱応力が生じ、接合部と金属電極が変形する可能性がある。特に、金属電極と比較し、接合部のヤング率が大きい場合、半導体チップの金属電極に熱応力が集中し、変形し破壊するリスクがあることから、金属電極の変形の抑制が課題である。
【０００５】
本発明の実施形態は、金属スペーサと、金属焼結体を介して接続された金属スペーサと金属電極を有する半導体チップについて、熱応力発生時に半導体チップの金属電極の変形を抑制することができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、半導体装置は、金属スペーサと、金属電極を有する半導体チップと、前記金属スペーサと、前記金属電極と、の間に形成される接合部と、を備える。前記接合部は、多孔質の金属焼結体で形成され、前記金属焼結体は、前記金属焼結体に内包されずに形成される第１空隙、及び前記金属焼結体に内包された第２空隙を含むことで、前記接合部のヤング率を、前記金属スペーサ、及び前記金属電極のそれぞれのヤング率以下とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
半導体装置の構成の一例を示す断面図。
接合部に設けられの第一空隙の形状の一例を示す上面図。
図２のＡ－Ａ断面の一例を示す断面図。
図２，図３の領域Ｗを拡大した一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銀、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱応力を低減可能な空隙率の範囲の一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銀、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱抵抗の増大を抑制可能な空隙率の範囲の一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銀、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱応力を低減し、熱抵抗の増大を抑制可能な範囲の一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銅、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱応力を低減可能な空隙率の範囲の一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銅、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱抵抗の増大を抑制可能な空隙率の範囲の一例を示す図。
金属焼結材の母相金属を銅、半導体チップの金属電極をアルミニウムとした場合の、熱応力を低減し、熱抵抗の増大を抑制可能な範囲の一例を示す図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
接合部の第１空隙の形状の変形例を示す上面図。
六角形状の第１空隙が千鳥格子状に接合部に配置される場合の一例を示す上面図。
円形の接合部を千鳥格子状に形成した場合の一例を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、半導体装置１の構成の一例を示す断面図である。
図１に示すように、半導体装置１は、半導体チップ１１の上側に、金属電極部１２ａ、接合部１３ａ、及び金属スペーサ１４ａがこの順に設けられる。また、半導体チップ１１の下側に、金属電極部１２ｂ、接合部１３ｂ、及び金属スペーサ１４ｂがこの順に設けられる。金属電極部１２ａ，１２ｂ、接合部１３ａ，１３ｂ、及び金属スペーサ１４ａ，１４ｂは、それぞれ、同じ材料で構成される。
【００１０】
半導体装置１は、金属電極部１２ａ，１２ｂと、金属スペーサ１４ａ，１４ｂと、が接合部１３ａ，１３ｂを介してそれぞれ焼結結合される。
（【００１１】以降は省略されています）

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