特開 2024-171819 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171819

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20241205BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20241205BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20241205BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 F

H01L25/04 C

H01L23/48 P

H01L23/48 G

H01L23/30 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089062

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 聡

(72)【発明者】

【氏名】新開 次郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 弘

【テーマコード（参考）】

4M109

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109EA02

4M109EB12

4M109EB13

4M109EC09

(57)【要約】

【課題】より高い温度での使用時においても金属材と封止材との間の剥離を抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第１主面を有する金属材と、前記第１主面の上に設けられた半導体チップと、前記半導体チップの周囲で前記第１主面の上の複数箇所に設けられた複数の第１焼結体と、前記金属材、前記半導体チップおよび前記第１焼結体を封止する封止材と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面を有する金属材と、
前記第１主面の上に設けられた半導体チップと、
前記半導体チップの周囲で前記第１主面の上の複数箇所に設けられた複数の第１焼結体と、
前記金属材、前記半導体チップおよび前記第１焼結体を封止する封止材と、
を有する、半導体装置。

【請求項2】

前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、
前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、
前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の間および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の間とには隙間が存在し、
前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の中心同士の間の距離および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の中心同士の間の距離は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、
前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、
複数の前記第１焼結体は、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向に周期的に配置されており、
前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向での前記第１焼結体の周期は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１焼結体の高さは、１０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１焼結体の表面の平均算術粗さＲａは、１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体チップは、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第２主面と反対の第３主面と、を有し、
前記第３主面の複数箇所に設けられた複数の第２焼結体を有する、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記半導体チップは、前記第３主面を構成する主電極を有する、請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記半導体チップは、
主電極と、
前記主電極に接合され、前記第３主面を構成する緩衝板と、
を有する、請求項６に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記封止材は、隣り合う前記第１焼結体の間にあるフィラーを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記複数の第１焼結体は、
第１高さの複数の第３焼結体と、
前記第１高さより高い第２高さの複数の第４焼結体と、
を有し、
前記第１主面に垂直な方向からの平面視で、前記第４焼結体の個数密度が前記第３焼結体の個数密度よりも低い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記複数の第１焼結体は、
第１空孔率の複数の第５焼結体と、
前記第１空孔率よりも高い第２空孔率の第６焼結体と、
を有し、
前記第６焼結体は、前記第５焼結体よりも前記半導体チップから離れて配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第１焼結体の空孔率は、１０％以上５０％以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項13】

第１主面を有する金属材と、
前記第１主面の上に設けられ、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第２主面と反対の第３主面と、を有する半導体チップと、
前記第３主面の複数箇所に設けられた複数の第２焼結体と、
前記金属材、前記半導体チップおよび前記第２焼結体を封止する封止材と、
を有する、半導体装置。

【請求項14】

前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、
前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、
前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の間および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の間とには隙間が存在し、
前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の中心同士の間の距離および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の中心同士の間の距離は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である、請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、
前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、
複数の前記第２焼結体は、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向に周期的に配置されており、
前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向での前記第２焼結体の周期は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である、請求項１３に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュールに好適な半導体装置の例として、ダイパッドに搭載された半導体チップが封止材により封止された半導体装置が知られている。また、ダイパッドと封止材との密着性の向上を目的とした半導体装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２０６４８２号公報

【特許文献2】特開２０１９－１０６４８９号公報

【特許文献3】特開２０１１－２０８２７１号公報

【特許文献4】特開平１０－１９９９０５号公報

【特許文献5】特開平８－０４６１１６号公報

【特許文献6】特開平１０－２３７６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、より高温で使用可能な半導体装置に対する要請が高まっている。しかしながら、従来の半導体装置では、より高い温度での使用時にダイパッド等の金属材と封止材との間の剥離が生じるおそれがある。

【0005】

本開示は、より高い温度での使用時においても金属材と封止材との間の剥離を抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の半導体装置は、第１主面を有する金属材と、前記第１主面の上に設けられた半導体チップと、前記半導体チップの周囲で前記第１主面の上の複数箇所に設けられた複数の第１焼結体と、前記金属材、前記半導体チップおよび前記第１焼結体を封止する封止材と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、より高い温度での使用時においても金属材と封止材との間の剥離を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図6】図６は、第４実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図7】図７は、第４実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図8】図８は、第５実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図9】図９は、第５実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図10】図１０は、第６実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図11】図１１は、第６実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る半導体装置は、第１主面を有する金属材と、前記第１主面の上に設けられた半導体チップと、前記半導体チップの周囲で前記第１主面の上の複数箇所に設けられた複数の第１焼結体と、前記金属材、前記半導体チップおよび前記第１焼結体を封止する封止材と、を有する。

【0012】

封止材は第１主面だけでなく、複数の第１焼結体の各々の表面にも接触する。このため、強いアンカー効果が得られ、より高い温度での使用時においても金属材と封止材との間の剥離を抑制できる。

【0013】

封止材は半導体チップを外部環境に直接曝されないようにする機能を有する。外部環境の雰囲気に存在する酸化性ガスおよび腐食性ガスは半導体装置を含む電子機器全般に悪影響を及ぼし、短寿命化の原因となる。酸化性ガスの例として、水蒸気が挙げられる。腐食性ガスの例として、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）及びハロゲンが挙げられる。封止材は、これらの外部環境の雰囲気に存在する物質の半導体チップへの侵入を防止する。これに対し、封止材と金属材との間に剥離が発生すると、半導体チップと外部環境とを結ぶ経路が発生する。更に、剥離が生じた部分（剥離部）に水分が侵入した場合、高温下では水分が水蒸気化して体積が増加し、低温下では水分が凝集して体積が減少するというプロセスが繰り返されると、剥離が加速度的に進行するポップコーン現象が発生することもある。このような剥離部の拡大により、半導体チップが外部環境に直接曝されるようになり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。従って、封止材と金属材および半導体チップとの間の剥離の抑制は、ディスクリートであっても、モジュールであっても、半導体装置の高温下での動作と高い信頼性を実現するための鍵の一つである。

【0014】

封止材と金属材または半導体チップとの間の剥離の有無は、光学式顕微鏡または電子顕微鏡を用いた半導体装置の断面観察により直接的に確認できる。この他にも、超音波顕微鏡を用いて、界面での音波の伝搬の仕方（位相差）を非破壊で観察することにより、剥離の有無を確認することも可能である。

【0015】

〔２〕 〔１〕において、前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の間および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の間とには隙間が存在し、前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の中心同士の間の距離および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第１焼結体の中心同士の間の距離は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下であってもよい。この場合、強いアンカー効果を得やすい。

【0016】

〔３〕 〔１〕において、
前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、複数の前記第１焼結体は、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向に周期的に配置されており、前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向での前記第１焼結体の周期は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下であってもよい。この場合、強いアンカー効果を得やすい。

【0017】

〔４〕 〔１〕から〔３〕のいずれかにおいて、前記第１焼結体の高さは、１０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。この場合、強いアンカー効果を得やすい。

【0018】

〔５〕 〔１〕から〔４〕のいずれかにおいて、前記第１焼結体の表面の平均算術粗さＲａは、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。この場合、より強いアンカー効果を得やすい。

【0019】

〔６〕 〔１〕から〔５〕のいずれかにおいて、前記半導体チップは、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第２主面と反対の第３主面と、を有し、前記第３主面の複数箇所に設けられた複数の第２焼結体を有してもよい。封止材は複数の第２焼結体の各々の表面にも接触するため、より強いアンカー効果を得やすい。

【0020】

〔７〕 〔６〕において、前記半導体チップは、前記第３主面を構成する主電極を有してもよい。この場合、主電極の上に第２焼結体が設けられ、主電極と封止材との間での剥離を抑制しやすい。

【0021】

〔８〕 〔６〕において、前記半導体チップは、主電極と、前記主電極に接合され、前記第３主面を構成する緩衝板と、を有してもよい。この場合、緩衝板の上に第２焼結体が設けられ、緩衝板と封止材との間での剥離を抑制しやすい。また、緩衝板が設けられることで、ワイヤボンディングの際の半導体チップへのダメージを抑制できる。

【0022】

〔９〕 〔１〕から〔８〕のいずれかにおいて、前記封止材は、隣り合う前記第１焼結体の間にあるフィラーを含んでもよい。この場合、フィラーの密度が、封止材の隣り合う第１焼結体間の部分と第１焼結体から離れた部分との間で同等となる。このため、金属材と封止材との間の剥離を抑制しやすい。

【0023】

〔１０〕 〔１〕から〔９〕のいずれかにおいて、前記複数の第１焼結体は、第１高さの複数の第３焼結体と、前記第１高さより高い第２高さの複数の第４焼結体と、を有し、前記第１主面に垂直な方向からの平面視で、前記第４焼結体の個数密度が前記第３焼結体の個数密度よりも低くてもよい。この場合、より高温での動作温度での剥離の発生を抑制できる。また、動作温度の最低温度と最高温度の幅がより大きい動作条件での使用時でも、使用することが可能となる。この効果により、苛酷な動作環境下への適用が可能となるととに、標準的な動作環境下でもより高い信頼性が実現可能となる。

【0024】

〔１１〕 〔１〕から〔１０〕のいずれかにおいて、前記複数の第１焼結体は、第１空孔率の複数の第５焼結体と、前記第１空孔率よりも高い第２空孔率の第６焼結体と、を有し、前記第６焼結体は、前記第５焼結体よりも前記半導体チップから離れて配置されていてもよい。この場合、第６焼結体が第５焼結体よりも変形しやすい。また、金属材と封止材との間の熱変形の量の差は半導体チップから離れるほど大きくなる。従って、熱変形の量の差が大きくなる部分に変形しやすい第６焼結体があることになる。このため、金属材と封止材との間に作用する熱応力を、変形しやすい第６焼結体により緩和できる。

【0025】

〔１２〕 〔１〕から〔１１〕のいずれかにおいて、前記第１焼結体の空孔率は、１０％以上５０％以下であってもよい。この場合、金属材と封止材との間に作用する熱応力を、第１焼結体により緩和しやすい。

【0026】

〔１３〕 本開示の他の一態様に係る半導体装置は、第１主面を有する金属材と、前記第１主面の上に設けられ、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第２主面と反対の第３主面と、を有する半導体チップと、前記第３主面の複数箇所に設けられた複数の第２焼結体と、前記金属材、前記半導体チップおよび前記第２焼結体を封止する封止材と、を有する。

【0027】

封止材は第１主面だけでなく、複数の第２焼結体の各々の表面にも接触する。このため、強いアンカー効果が得られ、より高い温度での使用時においても金属材と封止材との間の剥離を抑制できる。

【0028】

〔１４〕 〔１３〕において、前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の間および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の間とには隙間が存在し、前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の中心同士の間の距離および前記第２辺に平行な方向で隣り合う前記第２焼結体の中心同士の間の距離は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下であってもよい。この場合、強いアンカー効果を得やすい。

【0029】

〔１５〕 〔１３〕において、前記半導体チップは、第１辺と、前記第１辺に垂直な第２辺とを備えた長方形状の平面形状を有し、前記第１辺の長さは前記第２辺の長さと同等ないし前記第２辺の長さ以上であり、複数の前記第２焼結体は、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向に周期的に配置されており、前記第１辺の長さをＬとしたとき、前記第１辺に平行な方向および前記第２辺に平行な方向での前記第２焼結体の周期は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下であってもよい。この場合、強いアンカー効果を得やすい。

【0030】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本明細書および図面において、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向およびＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ平面とし、Ｙ１－Ｙ２方向およびＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ平面とし、Ｚ１－Ｚ２方向およびＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ平面とする。便宜上、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。また、本開示において平面視とは、Ｚ１側から対象物を見ることをいう。

【0031】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。第１実施形態は、半導体装置に関する。図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図２は、第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。

【0032】

図１および図２に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１は、主として、ダイパッド１０と、トランジスタ２０と、封止材３０と、ゲート端子４０と、ソース端子５０と、ドレイン端子６０と、複数の焼結体７１とを有する。半導体装置１は、更に、ワイヤ８４および８５を有する。図１では、封止材３０を透視している。

【0033】

ダイパッド１０、ゲート端子４０、ソース端子５０およびドレイン端子６０は、それぞれ、例えば、銅（Ｃｕ）基材と、銅基材の表面に形成されためっき層とを有する。めっき層は、例えばニッケル（Ｎｉ）めっき層または錫（Ｓｎ）めっき層である。

【0034】

ダイパッド１０は、主面１０Ａと、主面１０Ａとは反対の主面１０Ｂとを有する。主面１０Ａは主面１０ＢのＺ１側にある。主面１０Ａおよび１０ＢはＸＹ平面に平行な面である。ダイパッド１０の平面形状は長方形状である。ドレイン端子６０はダイパッド１０と一体に形成され、ダイパッド１０からＹ２側に延びる。ゲート端子４０はドレイン端子６０のＸ２側にあり、ドレイン端子６０と平行に延びる。ソース端子５０はドレイン端子６０のＸ１側にあり、ドレイン端子６０と平行に延びる。ダイパッド１０は金属材の一例である。主面１０Ａは第１主面の一例である。

【0035】

トランジスタ２０は、主として、炭化珪素基板２１と、ゲート電極２４と、ソース電極２５と、ドレイン電極２６とを有する。トランジスタ２０は、主面２０Ａと、主面２０Ａとは反対の主面２０Ｂと有する。主面２０Ｂはダイパッド１０の主面１０Ａに対向する。例えば、主面２０Ａは、長辺の長さが７ｍｍ、短辺の長さが４ｍｍの長方形状の平面形状を有し、トランジスタ２０の厚さは１５０μｍ以上５００μｍである。主面２０Ｂは第２主面の一例であり、主面２０Ａは第３主面の一例である。

【0036】

ゲート電極２４およびソース電極２５は炭化珪素基板２１のＺ１側の面に設けられている。ゲート電極２４およびソース電極２５は主面２０Ａを構成する。ドレイン電極２６は炭化珪素基板のＺ２側の面に設けられている。ドレイン電極２６は主面２０Ｂを構成する。ゲート電極２４およびソース電極２５は、例えばアルミニウム（Ａｌ）層を含む。ゲート電極２４およびソース電極２５がアルミニウム層に代えて、アルミニウム－シリコン合金（Ａｌ－Ｓｉ合金）、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金等のアルミニウム合金層を含んでいてもよい。ドレイン電極２６は、オーミック層と、オーミック層の上に設けられた接合層とを有する。オーミック層は、例えばニッケルまたはニッケル合金を含む。ニッケルまたはニッケル合金は炭化珪素との間に良好な接触抵抗を有する。接合層はニッケル層を含む。接合層が、ニッケル層の上に設けられた金層または銀層を更に有していてもよい。ソース電極２５は主電極の一例である。

【0037】

トランジスタ２０はダイパッド１０の主面１０Ａに設けられている。ドレイン電極２６は、銀焼結体または銅焼結体等の接合材２７を用いてダイパッド１０に接合されている。接合材２７の厚さは、例えば５０μｍ以上１００μｍ以下である。ドレイン電極２６が接合層を有することで、ドレイン電極２６とダイパッド１０との間に良好な接合性が得られる。

【0038】

ワイヤ８４はゲート電極２４とゲート端子４０とを接続する。ワイヤ８５はソース電極２５とソース端子５０とを接続する。ワイヤ８５が複数あってもよい。

【0039】

複数の焼結体７１はトランジスタ２０の周囲で主面１０Ａの複数箇所に設けられている。焼結体７１は、例えば銅焼結体である。焼結体７１の高さ、すなわち、Ｚ軸方向の寸法は、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。焼結体７１は、例えば直径が２００μｍ以上５００μｍ以下の円形状の平面形状を有する。焼結体７１は、例えば２００μｍ５００μｍ以下の周期（ピッチ）で主面１０Ａに格子状に配置されている。焼結体７１の空孔率は、例えば１０％以上５０％以下である。焼結体７１は第１焼結体の一例である。

【0040】

封止材３０は、ダイパッド１０と、トランジスタ２０と、ワイヤ８４および８５と、ゲート端子４０の一部と、ソース端子５０の一部と、ドレイン端子６０の一部とを封止する。ゲート端子４０、ソース端子５０およびドレイン端子６０の封止材３０に覆われていない部分が封止材３０からＹ２側に延びる。封止材３０は、基部３１と、基部３１中に分散したフィラー３２とを含む。例えば、基部３１の材料はエポキシ樹脂等の樹脂であり、フィラー３２の材料はシリカおよびアルミナ等の無機材料である。フィラー３２の直径は、例えば数μｍ以上数十μｍ以下であり、隣り合う２つの焼結体７１の間の距離よりも小さい。一部のフィラー３２は、隣り合う２つの焼結体７１の間にある。フィラー３２が隣り合う２つの焼結体７１の間にある場合、フィラー３２の密度が、封止材３０の焼結体７１の隙間内の部分と焼結体７１から離れた部分との間で同等となる。このため、ダイパッド１０と封止材３０との間の剥離を抑制しやすい。

【0041】

第１実施形態に係る半導体装置１では、封止材３０はダイパッド１０の主面１０Ａだけでなく、複数の焼結体７１の各々の表面にも接触する。このため、強いアンカー効果が得られ、より高い温度での使用時においてもダイパッド１０と封止材３０との間の剥離を抑制できる。

【0042】

また、一般に焼結体は高温になるほどヤング率が低下する性質を有する。これに対し、銅を一例として挙げると、一般に広く用いられているバルク材では、ヤング率の温度依存性を有しない。このため、高温下で封止材３０とダイパッド１０との間に作用する熱応力が焼結体７１により緩和される。特に焼結体７１の空孔率が１０％以上５０％以下であることで、熱応力を緩和しやすい。焼結体７１の空孔率は１５％以上４５％以下であってもよく、２０％以上３０％以下であってもよい。

【0043】

Ｘ１－Ｘ２方向で隣り合う焼結体７１の間およびＹ１－Ｙ２方向で隣り合う焼結体７１の間には隙間が存在する。例えば、トランジスタ２０が長方形状の平面形状を有し、その長辺の長さをＬとしたとき、Ｘ１－Ｘ２方向で隣り合う焼結体７１の中心同士の間の距離（中心間距離）Ｌ１は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である。Ｙ１－Ｙ２方向で隣り合う焼結体７１の中心間距離Ｌ２も、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である。中心間距離Ｌ１またはＬ２がＬ／２０未満では、焼結体７１が過剰に密になり、封止材３０が隣り合う焼結体７１の間に入り込まなくなるおそれがある。中心間距離Ｌ１またはＬ２がＬ／４超では、焼結体７１が過剰に疎になり、アンカー効果を得にくくなるおそれがある。中心間距離Ｌ１およびＬ２はＬ／１０以上Ｌ／５以下であってもよい。複数の焼結体７１がＸ１－Ｘ２方向およびＹ１－Ｙ２方向に周期的に配置されている場合、焼結体７１のＸ１－Ｘ２方向での周期は中心間距離Ｌ１と等しく、焼結体７１のＹ１－Ｙ２方向での周期は中心間距離Ｌ２と等しい。複数の焼結体７１が周期的に配置されていない場合、中心間距離Ｌ１の平均値をＸ１－Ｘ２方向での焼結体７１の周期とみなしてもよく、中心間距離Ｌ２の平均値をＹ１－Ｙ２方向での焼結体７１の周期とみなしてもよい。トランジスタ２０の平面形状における長辺は第１辺の一例であり、短辺は第２辺の一例である。トランジスタ２０の平面形状が正方形状である場合、互いに直交する２辺の一方が第１辺の一例であり、他方が第２辺の一例である。

【0044】

焼結体７１の高さが１０μｍ以上５００μｍ以下であることで、強いアンカー効果を得やすい。焼結体７１の高さが５０μｍ以上４００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。

【0045】

焼結体７１に粗面化処理が行われていてもよく、焼結体７１の表面の平均算術粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。焼結体７１の表面の平均算術粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であることで、強いアンカー効果を得やすい。焼結体７１の表面の平均算術粗さＲａが２μｍ以上９μｍ以下であってもよく、３μｍ以上８μｍ以下であってもよい。粗面化処理としては、例えば粗化ニッケルめっき処理およびウェットエッチングが挙げられる。主面１０Ａにも粗面化処理が行われていてよい。

【0046】

一部のフィラー３２が隣り合う２つの焼結体７１の間にあることで、強いアンカー効果を得やすい。

【0047】

焼結体７１の形成では、例えば、焼結体７１を形成しようとする部分に開口部が形成されたメタルマスクを用いて銅ペーストを主面１０Ａに塗布し、その後に銅ペーストの焼結を行う。銅ペーストの塗布をディスペンス法により行ってもよい。すなわち、焼結体７１を形成しようとする部分に、ノズルを用いて銅ペーストを点状に直接塗布してもよい。

【0048】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として、ソース電極の上にも焼結体が設けられている点で第１実施形態と相違する。図３は、第２実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図４は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。図３では、封止材３０を透視している。

【0049】

図３および図４に示すように、第２実施形態に係る半導体装置２は、ソース電極２５の上面の複数箇所に設けられた複数の焼結体７２を有する。すなわち、複数の焼結体７２はトランジスタ２０の主面２０Ａの複数箇所に設けられている。焼結体７２は、例えば銅焼結体である。焼結体７２の高さ、すなわち、Ｚ軸方向の寸法は、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。焼結体７２は、例えば直径が２００μｍ以上５００μｍ以下の円形状の平面形状を有する。焼結体７２は、例えば２００μｍ５００μｍ以下の周期で主面２０Ａに格子状に配置されている。焼結体７２の空孔率は、例えば１０％以上５０％以下である。一部のフィラー３２が、隣り合う２つの焼結体７２の間にある。焼結体７２は第２焼結体の一例である。

【0050】

第２実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0051】

第２実施形態によっても第１実施形態と同じ効果が得られる。また、複数の焼結体７２が設けられていることで、ダイパッド１０と封止材３０との間の剥離を更に抑制しやすい。特に焼結体７２の空孔率が１０％以上５０％以下であることで、熱応力を緩和しやすい。焼結体７２の空孔率は１５％以上４５％以下であってもよく、２０％以上３０％以下であってもよい。

【0052】

焼結体７２の高さが１０μｍ以上５００μｍ以下であることで、強いアンカー効果を得やすい。焼結体７２の高さが５０μｍ以上４００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。

【0053】

焼結体７２に粗面化処理が行われていてもよく、焼結体７２の表面の平均算術粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。焼結体７２の表面の平均算術粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であることで、強いアンカー効果を得やすい。焼結体７２の表面の平均算術粗さＲａが２μｍ以上９μｍ以下であってもよく、３μｍ以上８μｍ以下であってもよい。

【0054】

一部のフィラー３２が隣り合う２つの焼結体７２の間にあることで、強いアンカー効果を得やすい。

【0055】

焼結体７２の形成では、例えば、焼結体７２を形成しようとする部分に開口部が形成されたメタルマスクを用いて銅ペーストを主面２０Ａに塗布し、その後に銅ペーストの焼結を行う。焼結体７２を焼結体７１と同時に形成してもよく、焼結体７１とは別に形成してもよい。

【0056】

Ｘ１－Ｘ２方向で隣り合う焼結体７２の間およびＹ１－Ｙ２方向で隣り合う焼結体７２の間には隙間が存在する。例えば、Ｘ１－Ｘ２方向で隣り合う焼結体７２の中心間距離Ｌ３は、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である。Ｙ１－Ｙ２方向で隣り合う焼結体７２の中心間距離Ｌ４も、Ｌ／２０以上Ｌ／４以下である。中心間距離Ｌ３またはＬ４がＬ／２０未満では、焼結体７２が過剰に密になり、封止材３０が隣り合う焼結体７２の間に入り込まなくなるおそれがある。中心間距離Ｌ３またはＬ４がＬ／４超では、焼結体７２が過剰に疎になり、アンカー効果を得にくくなるおそれがある。中心間距離Ｌ３およびＬ４はＬ／１０以上Ｌ／５以下であってもよい。複数の焼結体７２がＸ１－Ｘ２方向およびＹ１－Ｙ２方向に周期的に配置されている場合、焼結体７２のＸ１－Ｘ２方向での周期は中心間距離Ｌ３と等しく、焼結体７２のＹ１－Ｙ２方向での周期は中心間距離Ｌ４と等しい。複数の焼結体７２が周期的に配置されていない場合、中心間距離Ｌ３の平均値をＸ１－Ｘ２方向での焼結体７２の周期とみなしてもよく、中心間距離Ｌ４の平均値をＹ１－Ｙ２方向での焼結体７２の周期とみなしてもよい。

【0057】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として、トランジスタの構成の点で第２実施形態と相違する。図５は、第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【0058】

図５に示すように、第３実施形態に係る半導体装置３では、トランジスタ２０が緩衝板２２を有する。緩衝板２２はソース電極２５の上に設けられている。緩衝板２２は、銀焼結体または銅焼結体等の接合材２３を用いてソース電極２５に接合されている。緩衝板２２は、例えば、鉄－ニッケル合金層と、この鉄－ニッケル合金層を間に挟む２つの銅層とを有する。緩衝板２２が鉄－ニッケル合金板であってもよい。緩衝板２２は主面２０Ａを構成する。そして、複数の焼結体７２は、ソース電極２５の上面に代えて緩衝板２２の上面の複数箇所に設けられている。ワイヤ８５は、複数の焼結体７２が設けられた緩衝板２２とソース端子５０とを接続する。

【0059】

第３実施形態の他の構成は第２実施形態と同じである。

【0060】

第３実施形態によっても第２実施形態と同じ効果が得られる。緩衝板２２が設けられているため、ワイヤ８５の接合の際のトランジスタ２０へのダメージを抑制できる。

【0061】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は、主として、ダイパッド１０の上に焼結体が設けられていない点で第２実施形態と相違する。図６は、第４実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図７は、第４実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図に相当する。図６では、封止材３０を透視している。

【0062】

図６および図７に示すように、第４実施形態に係る半導体装置４では、ダイパッド１０の上に焼結体７１が設けられていない。

【0063】

第４実施形態の他の構成は第２実施形態と同じである。

【0064】

第４実施形態に係る半導体装置４では、封止材３０はダイパッド１０の主面１０Ａだけでなく、複数の焼結体７２の各々の表面にも接触する。このため、強いアンカー効果が得られ、より高い温度での使用時においてもダイパッド１０と封止材３０との間の剥離を抑制できる。

【0065】

また、一般に焼結体は高温になるほどヤング率が低下する性質を有する。このため、高温下で封止材３０とダイパッド１０との間に作用する熱応力が焼結体７２により緩和される。これに対し、銅のバルク材はヤング率の温度依存性を有しない。

【0066】

第４実施形態に緩衝板２２が設けられていてもよい。

【0067】

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、主として、焼結体７１の構成の点で第１実施形態と相違する。図８は、第５実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図９は、第５実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図９は、図８中のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図に相当する。図８では、封止材３０を透視している。

【0068】

図８および図９に示すように、第５実施形態に係る半導体装置５では、複数の焼結体７１が、複数の焼結体７３と、複数の焼結体７４とを有する。焼結体７３および７４は、例えば銅焼結体である。焼結体７４は焼結体７３よりも高い。また、主面１０Ａに垂直な方向からの平面視で、焼結体７４の個数密度は焼結体７３の個数密度よりも低い。つまり、主面１０Ａの単位面積あたりの焼結体７４の個数が焼結体７３の個数よりも少ない。焼結体７３および７４は、例えば直径が２００μｍ以上５００μｍ以下の円形状の平面形状を有する。焼結体７３および７４の空孔率は、例えば１０％以上５０％以下である。焼結体７３の高さ、すなわち、Ｚ軸方向の寸法は、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下である。焼結体７４の高さ、すなわち、Ｚ軸方向の寸法は、例えば２００μｍ以上５００μｍ以下である。焼結体７４は、例えば７００μｍ１０００μｍ以下の周期で主面１０Ａに格子状に配置されている。焼結体７３は、例えば、焼結体７４とあわせて２００μｍ５００μｍ以下の周期で主面１０Ａに格子状に配置されている。焼結体７３は第３焼結体の一例である。焼結体７４は第４焼結体の一例である。焼結体７３の高さは第１高さの一例である。焼結体７４の高さは第２高さの一例である。

【0069】

第５実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0070】

第５実施形態によっても第１実施形態と同じ効果が得られる。

【0071】

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、主として、焼結体７１の構成の点で第１実施形態と相違する。図１０は、第６実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図１１は、第６実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図１１は、図１０中のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する。図１０では、封止材３０を透視している。

【0072】

図１０および図１１に示すように、第６実施形態に係る半導体装置６では、複数の焼結体７１が、複数の焼結体７５と、複数の焼結体７６とを有する。焼結体７５および７６は、例えば銅焼結体である。焼結体７６の空孔率は焼結体７５の空孔率よりも高い。また、焼結体７６は焼結体７５よりもトランジスタ２０から離れて配置されている。焼結体７５および７６の高さ、すなわち、Ｚ軸方向の寸法は、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。焼結体７５および７６は、例えば直径が２００μｍ以上５００μｍ以下の円形状の平面形状を有する。焼結体７５および７６は、例えば２００μｍ５００μｍ以下の周期で主面１０Ａに格子状に配置されている。焼結体７５の空孔率は、例えば１０％以上３０％以下である。焼結体７６の空孔率は、例えば３０％以上５０％以下である。焼結体７５は第５焼結体の一例である。焼結体７６は第６焼結体の一例である。焼結体７５の空孔率は第１空孔率の一例である。焼結体７６の空孔率は第２空孔率の一例である。

【0073】

第６実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0074】

第６実施形態によっても第１実施形態と同じ効果が得られる。また、ダイパッド１０と封止材３０との間の熱変形の量の差はトランジスタ２０から離れるほど大きくなる。従って、熱変形の量の差が大きくなる部分に、空孔率が高く変形しやすい焼結体７６があることになる。このため、ダイパッド１０と封止材３０との間に作用する熱応力を、変形しやすい焼結体７６により緩和できる。

【0075】

第５実施形態および第６実施形態に、焼結体７２が設けられていてもよく、緩衝板２２が設けられていてもよい。

【0076】

焼結体の空孔率は、緩衝板の断面を電子顕微鏡により観察し、当該断面の面積に対する空孔の合計の面積の割合で定義される。断面観察に際しては、通常、試料の断面を機械的に研磨するが、その際に空孔を閉塞させないなどの細心の注意をはらう。機械的に研磨した後に表面のダメージをスパッタ法により除去したり、電子顕微鏡での観察時に電子線の加速電圧を高くして表面層の影響を排除したりすることで、空孔率をより正確に求めやすい。

【0077】

本開示において、半導体チップはトランジスタに限定されず、ショットキーバリアダイオード等のダイオードであってもよい。トランジスタは、電界効果トランジスタであってもよく、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであってもよい。また、本開示はディスクリート型の半導体装置だけでなく、絶縁基板の表面に形成された導電パターン（金属材）の上に複数の半導体チップが実装され、封止材により封止されたパワーモジュール（半導体装置）等にも適用できる。

【0078】

以上、実施形態について詳述したが、本開示は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0079】

１、２、３、４、５、６ 半導体装置
１０ ダイパッド（金属材）
１０Ａ 主面（第１主面）
１０Ｂ 主面
２０ トランジスタ
２０Ａ 主面（第３主面）
２０Ｂ 主面（第２主面）
２１ 炭化珪素基板
２２ 緩衝板
２３、２７ 接合材
２４ ゲート電極
２５ ソース電極（主電極）
２６ ドレイン電極
３０ 封止材
３１ 基部
３２ フィラー
４０ ゲート端子
５０ ソース端子
６０ ドレイン端子
７１ 焼結体（第１焼結体）
７２ 焼結体（第２焼結体）
７３ 焼結体（第３焼結体）
７４ 焼結体（第４焼結体）
７５ 焼結体（第５焼結体）
７６ 焼結体（第６焼結体）
８４、８５ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】