半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置利用烧结性接合材料，使半导体元件和基板之间的接合部的高温耐久性、品质以及可靠性提高。本发明专利技术的半导体装置制造方法的特征在于，具备以下工序：(a)准备绝缘性或导电性基板；(b)在基板(即，绝缘基板)主面的接合区域(3a)配置烧结性接合材料；(c)一边使半导体元件的用于接合的面即接合面与接合材料加压接触，一边对接合材料进行烧结，从而经由接合材料将基板(即，绝缘基板)和半导体元件接合，工序(b)中的接合区域在俯视观察时位于半导体元件的接合面(即，区域(3b))内侧，并且，在工序(c)后，接合材料在俯视观察时也没有向半导体元件的接合面外侧溢出。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及一种半导体装置及其制造方法，特别是涉及一种半导体元件的接合方法。
技术介绍
近些年，随着环境限制的增多，考虑到环境问题的电子仪器(即，实现了高品质、高效率、节能的电子仪器)的需求高涨。特别地，诸如工业设备、具备电动机的家电的驱动控制仪器、面向电动汽车以及混合动力汽车的车载控制仪器、铁道车辆控制仪器、太阳能发电的控制仪器等，要求与高功率相对应的电子仪器。并且，要求电子仪器在高负载环境下(高温度环境下)的动作的高效率化、低损耗化。所谓高温环境下，是指大于或等于150～175℃(例如200℃)的温度环境下。在高温环境下动作的半导体元件的开发不断进展。另外，作为封装特性，高密度电流化也正在发展。特别地，对于作为车载、铁道车辆控制仪器而使用的电子仪器，要求在高温度环境下的节能性能。至今为止，通常工作温度例如为小于或等于150℃，但今后，可以认为对于在大于或等于200℃的高温环境下使用的需求会增高。在大于或等于200℃的高温环境下，作为半导体元件，替代Si，SiC或GaN可以充分地应对。因此，在高温环境下的工作中，为了抑制开关损失并实现低损耗化以及高效率化，需要重新研究电子仪器的材料、构造。特别地，电子仪器所应用的半导体装置内部的接合部最容易劣化，因此，接合部的高品质、高可靠性、高寿命化的实现是较大的课题。因此，为了提高接合部的高温耐久性，取代焊料而使用烧结性的接合材料(例如，参照专利文献1)。在利用烧结性的接合材料使半导体元件与基板接合的情况下，通过在半导体元件背面和基板表面之间对接合材料一边加压一边加热，从而对接合材料进行烧结并接合。专利文献1：日本特开2004-107728号公报如上所述，在利用烧结性的接合材料进行接合时，在进行加热的基础上，例如在半导体元件背面和基板表面之间，对接合材料进行加压。由此，有时由于加压而使接合材料在溢出至半导体元件周围的状态下被烧结。溢出的接合材料在未被充分加压的情况下被烧结。在溢出状态下被烧结的接合材料，由于未如焊料那样形成倒角(fillet)形状而容易脱落。因此，在将半导体元件接合的工序之后的制造工序中，存在下述问题，即，溢出的接合材料因振动等脱落而成为短路等问题的原因。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决如上所述的课题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置及其制造方法，其利用烧结性的接合材料而将半导体元件和基板接合，使该接合部的高温耐久性、品质以及可靠性提高。本专利技术所涉及的半导体装置的制造方法的特征在于，具备以下工序：(a)准备绝缘性或者导电性的基板；(b)在基板的主面的接合区域中配置烧结性的接合材料；以及(c)通过一边使半导体元件的用于接合的面即接合面与接合材料加压接触，一边对接合材料进行烧结，从而经由接合材料将基板和半导体元件接合，工序(b)中的接合区域，在俯视观察时处于半导体元件的接合面内侧，在工序(c)之后，接合材料在俯视观察时也没有向半导体元件的接合面外侧溢出。另外，本专利技术所涉及的半导体装置的特征在于，具备：绝缘性或者导电性的基板；半导体元件，其与基板的表面接合；以及烧结性的接合材料，其将半导体元件的用于接合的面即接合面与基板接合，接合材料是一边使半导体元件的接合面与接合材料加压接触一边进行烧结而得到的，接合材料在俯视观察时没有向半导体元件的接合面外侧溢出。专利技术的效果根据本专利技术所涉及的半导体装置的制造方法，在将接合材料配置到基板上的工序中，通过将接合材料配置为在俯视观察时位于半导体元件的接合面内侧，从而能够对接合材料一边施加足够的压力一边进行加热。另外，在接合后，接合材料也没有向半导体元件的周围溢出，因此，在接合工序之后的工序或者半导体装置完成之后，不存在溢出的接合材料脱落的问题。因此，能够得到高品质、高可靠性的半导体装置。另外，根据本专利技术所涉及的半导体装置，由于烧结后的接合材料没有向半导体元件的周围溢出，因此不会因溢出的接合材料脱落而引起配线短路等。因此，能够提高半导体装置的品质以及可靠性。附图说明图1是包含实施方式1所涉及的半导体装置而成的半导体模块的剖面图。图2是用于说明实施方式1所涉及的半导体模块的制造方法的绝缘基板俯视图。图3是包含实施方式2所涉及的半导体装置而成的半导体模块的剖面图。图4是用于说明实施方式2所涉及的半导体模块的制造方法的绝缘基板俯视图。标号的说明1半导体元件，2接合材料，3绝缘基板，3a、5a接合区域，3b、5b区域，4散热板，5导电性基板，6绝缘金属层，7导线，8壳体，9电极，10封装材料，11控制基板，12粘接剂，13焊料。具体实施方式＜实施方式1＞＜结构＞图1示出应用于在高温环境下使用的电子仪器中的半导体模块的剖面图，该半导体模块包含本实施方式的半导体装置。本实施方式的半导体装置具备：作为绝缘性基板的绝缘基板3；半导体元件1，其与绝缘基板3接合；以及烧结性的接合材料2，其将绝缘基板3和半导体元件1接合。绝缘基板3经由焊料13或者烧结性的接合材料而被接合在散热板4上。绝缘基板3在表面具备电路图案。绝缘基板3表面的电路图案和半导体元件1的背面电极利用烧结性的接合材料2而接合。散热板4利用例如粘接剂12而固定至成为半导体模块的外轮廓的壳体8。壳体8将绝缘基板3、半导体元件1、导线7以及后述的控制基板11的周围包围。由树脂构成的壳体8与电极9一体成型。半导体元件1的顶面电极和电极9通过导线7而连接。另外，用于搭载驱动电路及保护电路的控制基板11经由电极9而与半导体元件1连接。并且，通过在壳体8内部注入封装材料10，从而将绝缘基板3、半导体元件1、导线7、控制基板11封装。以下，详述各结构要素。此外，以下所述的各结构要素的尺寸是一个例子，并不限定于所记载的尺寸。散热板4例如是一条边的长度为50～300mm、厚度为3～5mm、由Cu或Al或Al-SiC复合体构成的热容量较大的散热板。散热板4经由厚度为大约20～150μm的烧结性的接合材料、或者厚度为大约100～200μm的焊料13而与绝缘基板3接合。绝缘基板3由具有0.2～3mm的固定厚度的Al2O3、AlN、Si3N4、或者ZrAl2O3等形成。在绝缘基板3背面和散热板4被焊料13接合的情况下，在绝缘基板3背面形成厚度为2～10μm的Ni镀层。另外，在绝缘基板3的与散热板4相反侧的面(即，图1的上侧的面)形成有电路图案。在电路图案形成面形成了抗蚀剂。半导体元件1经由烧结性的接合材料2而与形成在绝缘基板3顶面的电路图案接合。半导体元件1例如是功率用半导体元件，是IGBT、MOSFET、二极管等处理大功率的半导体元件。半导体元件1例如为了与AC输出对应而形成了3相电路。此外，半导体元件1不限于Si制的IGBT、MOSFET、二极管，也可以是SiC或者GaN制。例如，在半导体元件1为IGBT的情况下，设置在半导体元件1的底面的背面电极是集电极电极，设置在半导体元件1的表面的顶面电极是发射极电极和栅极电极。在半导体元件1形成3相电路的情况下，半导体元件1(例如，二极管、IGBT、MOSFET)，对应于各相，与绝缘基板3上的电路图案通过铝制的导线7等而进行导线接合，在电子仪器内进行配线连接。壳体8由PPS、PBT、或者环氧树脂等树脂构成。电极9是与外部进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：(a)准备绝缘性或者导电性的基板；(b)在所述基板的主面的接合区域中配置烧结性的接合材料；以及(c)通过一边使半导体元件的用于接合的面即接合面与所述接合材料加压接触，一边对所述接合材料进行烧结，从而经由所述接合材料将所述基板和所述半导体元件接合，所述工序(b)中的所述接合区域，在俯视观察时处于所述半导体元件的接合面内侧，在所述工序(c)之后，所述接合材料在俯视观察时也没有向所述半导体元件的接合面外侧溢出。

【技术特征摘要】
2013.11.12 JP 2013-2338241.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：(a)准备半导体元件、导电性的基板；(b)在所述基板的主面的接合区域中配置烧结性的接合材料；以及(c)将所述半导体元件的背面电极作为用于接合的面即接合面，通过一边使所述接合面与所述接合材料加压接触，一边对所述接合材料进行烧结，从而经由所述接合材料将所述基板和所述半导体元件接合，所述工序(b)中的所述接合区域，在俯视观察时处于所述半导体元件的接合面内侧，在所述工序(c)之后，所述接合材料在俯视观察时位于所述半导体元件的接合面的内侧，所述基板的在俯视观察时与所述半导体元件重叠的区域是平坦的。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)之后，所述接合材料是以Ag、Cu、Pd、Au中的某一种为主要成分的导电性金属。3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，所述接合材料由直径大于或等于1nm而小于或等于10μm的金属颗粒构成。4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，所述接合材料为膏状。5.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，所述接合材料是通过印刷而配置的。6.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，所述接合材料是通过从射流器射出而配置的。7.根据权利要求4至6中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，所述接合区域为多个，在所述工序(c)中，所述半导体元件为多个，各所述半导体元件在各所述接合区域中分别接合。8.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)之后，烧结后的所述接合材料的厚度小于或等于1000μm。9.一种半导体装置，其特征在于，具备：导电性的基板；半导体元件，其具有用于接合的接合面即背面电极，所述接合面与所述基板的表面接合；以及接合材料，其将所述半导体元件的用于接合的面即接合面与所述基板烧结接合，所述基板的在俯视观察时与所述半导体元件的所述接合面重叠的区域是平坦的，所述接合材料在俯视观察时位于所述半导体元件的所述接合面的内侧。10.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：日野泰成，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP