半導(dǎo)體裝置、電力轉(zhuǎn)換裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置、電力轉(zhuǎn)換裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往,已知有導(dǎo)電部件和零件通過接合層接合在一起的半導(dǎo)體裝置。例如在日本特開2012-009703號公報(bào)中公開了這樣的半導(dǎo)體裝置。
[0003]在上述日本特開2012-009703號公報(bào)中,公開了一種半導(dǎo)體裝置,其具有:基板,其具有導(dǎo)電圖案;半導(dǎo)體元件,其配置在基板的導(dǎo)電圖案上;以及接合層,其配置在基板的導(dǎo)電圖案與半導(dǎo)體元件之間,將導(dǎo)電圖案和半導(dǎo)體元件接合在一起。該半導(dǎo)體裝置的接合層在縱向截面上具有三層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)圖案。另外,三層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)圖案中的最上層的燒結(jié)圖案與半導(dǎo)體元件的整個背面接合,最下層的燒結(jié)圖案與基板的導(dǎo)電圖案接合。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-009703號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]可是,在上述日本特開2012-009703號公報(bào)所公開的半導(dǎo)體裝置中存在這樣的問題:由于構(gòu)成接合層的3層燒結(jié)圖案中的最上層與半導(dǎo)體元件的包括背面的內(nèi)側(cè)以及外周部附近的整個面接合,因此,在最上層的燒結(jié)圖案的空隙率較大的情況下,粒子間的接合力較弱,因此,在施加有熱應(yīng)力的情況下,存在最上層的燒結(jié)圖案剝離或在燒結(jié)圖案上產(chǎn)生裂縫(龜裂)的情況。另外,存在這樣的問題:在最上層的燒結(jié)圖案的空隙率較小的情況下,當(dāng)由于零件與接合層之間的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時,與空隙率較大的情況相比,熱應(yīng)力不容易被緩和,因此,存在與燒結(jié)圖案結(jié)合的半導(dǎo)體元件被破壞的情況。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的,本發(fā)明的I個目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置、電力轉(zhuǎn)換裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法,其能夠抑制零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫的產(chǎn)生,并且能夠抑制在因零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時零件被破壞的情況。
[0010]用于解決問題的手段
[0011]第I方面的半導(dǎo)體裝置具備:導(dǎo)電部件;半導(dǎo)體裝置用零件,其配置在導(dǎo)電部件上;以及接合層,其配置在導(dǎo)電部件與半導(dǎo)體裝置用零件之間,將導(dǎo)電部件和半導(dǎo)體裝置用零件接合,接合層包括:第I接合層,其在俯視時配置得比半導(dǎo)體裝置用零件的外緣靠內(nèi)側(cè);和第2接合層,其配置在第I接合層的外側(cè),且具有比第I接合層小的空隙率。
[0012]在第I方面的半導(dǎo)體裝置中,通過設(shè)置接合層,外側(cè)通過具有比第I接合層小的空隙率的第2接合層接合,因此,通過離子間的結(jié)合力較強(qiáng)的具有小空隙率的第2接合層,能夠抑制半導(dǎo)體裝置用零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫(龜裂),其中,所述接合層包括在俯視時配置得比半導(dǎo)體裝置用零件的外緣靠內(nèi)側(cè)的第I接合層、和配置在第I接合層的外側(cè)且具有比第I接合層小的空隙率的第2接合層。另外,利用具有比第2接合層大的空隙率的第I接合層對半導(dǎo)體裝置用零件的內(nèi)側(cè)進(jìn)行接合,由此,在由于半導(dǎo)體裝置用零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時,通過具有較大空隙率的第I接合層緩和熱應(yīng)力,因此,能夠抑制半導(dǎo)體裝置用零件被破壞。由此,能夠抑制半導(dǎo)體裝置用零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫,并且,能夠抑制在由于零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時零件被破壞的情況。
[0013]第2方面的電力轉(zhuǎn)換裝置具備:導(dǎo)電部件;電力轉(zhuǎn)換裝置用零件,其配置在導(dǎo)電部件上;以及接合層,其配置在導(dǎo)電部件與電力轉(zhuǎn)換裝置用零件之間,將導(dǎo)電部件和電力轉(zhuǎn)換裝置用零件接合,接合層包括:第I接合層,其在俯視時配置得比電力轉(zhuǎn)換裝置用零件的外緣靠內(nèi)側(cè);和第2接合層,其配置在第I接合層的外側(cè),且具有比第I接合層小的空隙率。
[0014]在第2方面的電力轉(zhuǎn)換裝置中,通過設(shè)置接合層,外側(cè)通過具有比第I接合層小的空隙率的第2接合層接合,因此,通過離子間的結(jié)合力較強(qiáng)的具有小空隙率的第2接合層,能夠抑制電力轉(zhuǎn)換裝置用零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫(龜裂),其中,所述接合層包括在俯視時配置得比電力轉(zhuǎn)換裝置用零件的外緣靠內(nèi)側(cè)的第I接合層、和配置在第I接合層的外側(cè)且具有比第I接合層小的空隙率的第2接合層。另外,利用具有比第2接合層大的空隙率的第I接合層對電力轉(zhuǎn)換裝置用零件的內(nèi)側(cè)進(jìn)行接合,由此,在由于電力轉(zhuǎn)換裝置用零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時,通過具有較大空隙率的第I接合層緩和熱應(yīng)力,因此,能夠抑制電力轉(zhuǎn)換裝置用零件被破壞。由此,可提供這樣的電力轉(zhuǎn)換裝置:能夠抑制零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫,并且,能夠抑制在由于零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時零件被破壞的情況。
[0015]第3方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法包含:在導(dǎo)電部件上形成第I金屬膏層的工序;以覆蓋第I金屬膏層的方式配置半導(dǎo)體裝置用零件的工序;通過對第I金屬膏層進(jìn)行熱處理來形成將導(dǎo)電部件與半導(dǎo)體裝置用零件接合的第I接合層的工序;在半導(dǎo)體裝置用零件的端部附近形成第2金屬膏層的工序,該第2金屬膏層包含平均粒徑比第I金屬膏層的平均粒徑小的金屬粒子;以及通過對第2金屬膏層進(jìn)行熱處理來形成第2接合層的工序,該第2接合層將導(dǎo)電部件和半導(dǎo)體裝置用零件的端部附近接合,并且具有比第I接合層小的空隙率。
[0016]在第3方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法中,通過設(shè)置形成第2接合層的工序,半導(dǎo)體裝置用零件的外側(cè)通過具有比第I接合層小的空隙率的第2接合層接合,因此,能夠利用離子間的結(jié)合力強(qiáng)的具有小空隙率的第2接合層來抑制半導(dǎo)體裝置用零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫(龜裂)的發(fā)生,其中,該第2接合層使導(dǎo)電部件與半導(dǎo)體裝置用零件的端部附近接合,并具有比第I接合層小的空隙率。另外,利用具有比第2接合層大的空隙率的第I接合層對半導(dǎo)體裝置用零件的內(nèi)側(cè)進(jìn)行接合,由此,在由于半導(dǎo)體裝置用零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時,通過具有大的空隙率的第I接合層緩和熱應(yīng)力,因此,能夠抑制半導(dǎo)體裝置用零件被破壞。由此,能夠提供這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法:能夠抑制零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫的產(chǎn)生,并且能夠抑制在因零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時零件被破壞的情況。
[0017]發(fā)明效果
[0018]如上所述,能夠抑制零件的外周部附近的接合層的剝離和裂縫的產(chǎn)生,并且能夠抑制在因零件與接合層的熱膨脹率之差而施加有熱應(yīng)力時零件被破壞的情況。
【附圖說明】
[0019]圖1是一個實(shí)施方式的3相逆變裝置的電路圖。
[0020]圖2是示出配置在一個實(shí)施方式的導(dǎo)電部件上的半導(dǎo)體元件的俯視圖。
[0021]圖3是沿圖2中的200-200線的剖視圖。
[0022]圖4是示出一個實(shí)施方式的3相逆變裝置的接合層的一例的SEM圖像。
[0023]圖5是用于說明在一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片上形成圖案電極的工序的剖視圖。
[0024]圖6是用于說明在一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片上形成大致V字形狀的槽部的工序的剖視圖。
[0025]圖7是用于說明在一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片上形成金屬層的工序的剖視圖。
[0026]圖8是用于說明一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片的切割工序的剖視圖。
[0027]圖9是示出一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的圖。
[0028]圖10是用于說明形成一個實(shí)施方式的第I金屬膏層的工序的剖視圖。
[0029]圖11是用于說明將半導(dǎo)體元件配置在一個實(shí)施方式的第I金屬膏層上的工序的剖視圖。
[0030]圖12是用于說明形成一個實(shí)施方式的第I接合層的工序的剖視圖。
[0031]圖13是用于說明形成一個實(shí)施方式的第2金屬膏層的工序的剖視圖。
[0032]圖14是示出配置在第I變形例的導(dǎo)電部件上的半導(dǎo)體元件的俯視圖。
[0033]圖15是示出配置在第2變形例的導(dǎo)電部件上的柱狀電極的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下,基于附圖對實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0035]首先,參照圖1,對第I實(shí)施方式的具有功率模塊100a、10b和10c的3相逆變裝置100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。功率模塊10a?10c和3相逆變裝置100是“半導(dǎo)體裝置”和“電力轉(zhuǎn)換裝置”的一例。
[0036]如圖1所示,3相逆變裝置100是將分別進(jìn)行U相、V相和W相的電力轉(zhuǎn)換的3個功率模塊100a、100b和10c并聯(lián)地電連接而構(gòu)成的。
[0037]功率模塊100a、10b和10c構(gòu)成為分別將從直流電源