TW201714256A - 接合體及半導體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明的接合體具備第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的燒結金屬層，燒結金屬層包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於第一構件或第二構件與燒結金屬層的界面而大致平行地配向，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

Description

接合體及半導體裝置

本發明是有關於一種接合體及半導體裝置。

於製造半導體裝置時，為了使半導體元件與引線框架等（支撐構件）接合而使用各種各樣的接合材。半導體裝置中，於以150℃以上的高溫進行動作的功率半導體、大規模積體電路（Large Scale Integrated circuit，LSI）等的接合時，亦一直使用高熔點鉛焊料作為接合材。近年來，因半導體元件的高容量化及省空間化，以175℃以上的高溫進行動作的要求高漲，包含高熔點鉛焊料層的接合部中耐熱性及導熱係數不充分，變得難以確保連接可靠性。另一方面，伴隨著危害性物質限制指令（Restriction of Hazardous Substances，RoHS）管制強化，而尋求不含有鉛的接合材。

迄今為止亦在研究使用鉛焊料以外的材料的半導體元件的接合。例如，下述專利文獻1中提出有使銀奈米粒子低溫燒結而形成燒結銀層的技術。已知此種燒結銀對於功率循環的連接可靠性高。

進而，作為其他材料，亦提出有使銅粒子燒結而形成燒結銅層的技術。例如，下述專利文獻2中，作為用以將半導體元件與電極接合的接合材而揭示有含有氧化二銅粒子及還原劑的接合用銅糊。另外，下述專利文獻3中揭示有含有銅奈米粒子以及銅微米粒子或銅次微米粒子、或者該兩者的接合材。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4928639號 [專利文獻2]日本專利第5006081號 [專利文獻3]日本專利特開2014-167145號公報 [非專利文獻]

[非專利文獻1] R. Khazaka, L. Mendizabal, D. Henry： 『電子材料期刊（J. ElecTron. Mater）』, 43(7), 2014, 2459-2466

[發明所欲解決之課題] 半導體裝置的高溫動作中，將半導體元件接合的接合部的連接可靠性為重要的課題。與銀相比，銅具有高的剪切彈性係數（銅：48 GPa、銀：30 GPa）及低的熱膨脹係數（銅：17 μm/（m·K）、銀：19 μm/（m·K））。因此，所述專利文獻2中記載的半導體裝置及所述專利文獻3中記載的電子零件等的連接可靠性可能比所述專利文獻1中記載的具有燒結銀層的接合體優異。

但是，根據本發明者等人的研究而判明：於接合部為燒結金屬層的情況下，不僅所構成的金屬的物性會對所述連接可靠性造成影響，而且燒結金屬層自身的形態（morphology）亦會對所述連接可靠性造成影響。所述專利文獻1～專利文獻3中並未明示燒結體層的形態與連接可靠性的關係，尤其尚未實現可充分滿足包含高溫條件的溫度循環試驗中的連接可靠性的燒結金屬層。

本發明的目的在於提供一種具備燒結金屬層的接合體及半導體裝置，所述燒結金屬層即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦具有充分的連接可靠性。 [解決課題之手段]

為了解決所述課題，本發明者等人進行了努力研究，結果發現由含有片狀的銅粒子的特定的接合用銅糊所形成的燒結金屬層的導熱性及接合強度優異，且具備即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦具有充分的連接可靠性的結構，並基於該見解而完成了本發明。

即，本發明提供一種接合體，其具備第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的燒結金屬層，燒結金屬層包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於第一構件或第二構件與燒結金屬層的界面而大致平行地配向，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

再者，本說明書中，所謂「片狀」包含板狀、鱗片狀等平板狀的形狀。

本發明的接合體藉由具備所述燒結金屬層，即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦可具有充分的連接可靠性。關於可獲得此種效果的理由，認為是：所述燒結金屬層藉由具有65體積%以上的銅的密實度而可獲得充分的導熱性與接合強度，並且藉由包含源自沿既定方向配向的片狀的銅粒子的結構而可獲得如下作用，即熱應力被分散以及即便燒結金屬層的一部分遭到破壞，所述破壞亦難以擴散等。

所述接合體中，第一構件及第二構件的至少一者於與燒結金屬層相接的面中亦可含有選自由銅、鎳、鈀、銀、金、鉑、鉛、錫及鈷所組成的群組中的至少一種金屬。該情況下，可進一步提高第一構件及第二構件的至少一者與燒結金屬層的接著性。

另外，本發明提供一種半導體裝置，其具備：第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的燒結金屬層，第一構件及第二構件的至少一者為半導體元件，燒結金屬層包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於第一構件或第二構件與燒結金屬層的界面而大致平行地配向，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

本發明的半導體裝置藉由具備所述燒結金屬層，能夠實現高溫動作性的提高，可成為能夠對應半導體元件的高容量化及省空間化者，所述燒結金屬層即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦可具有充分的連接可靠性。

所述半導體裝置中，晶片剪切強度（die shear strength）可為30 MPa以上。

另外，本發明提供一種半導體裝置，其具備：第一電極、與所述第一電極電性連接的半導體元件以及經由金屬配線而與半導體元件電性連接的第二電極，於半導體元件與所述金屬配線之間、以及所述金屬配線與所述第二電極之間具有含有銅的燒結金屬層。

本發明的半導體裝置藉由具備所述燒結金屬層，能夠實現高溫動作性的提高，可成為能夠對應半導體元件的高容量化及省空間化者，所述燒結金屬層即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦可具有充分的連接可靠性。

所述半導體裝置中亦可為，燒結金屬層與金屬配線相接，且包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於燒結金屬層與金屬配線的界面而大致平行地配向，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

另外，本發明提供一種半導體裝置，其具備：第一導熱構件、第二導熱構件以及配置於第一導熱構件及第二導熱構件之間的半導體元件，於第一導熱構件與半導體元件之間、以及半導體元件與第二導熱構件之間中的至少一方具有含有銅的燒結金屬層。

本發明的半導體裝置藉由具備所述燒結金屬層，能夠實現高溫動作性的提高，可成為能夠對應半導體元件的高容量化及省空間化者，所述燒結金屬層即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦可具有充分的連接可靠性。

所述半導體裝置中亦可為，燒結金屬層與第一導熱構件或第二導熱構件相接，且包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於第一導熱構件或第二導熱構件的界面而大致平行地配向，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。 [發明的效果]

根據本發明，可提供一種具備燒結金屬層的接合體及半導體裝置，所述燒結金屬層即便於包含高溫條件的溫度循環試驗中亦具有充分的連接可靠性。

以下，對用以實施本發明的形態（以下稱為「本實施形態」）進行詳細說明。本發明並不限定於以下的實施形態。

以下，一邊參照圖式一邊對較佳的實施形態進行詳細說明。再者，對圖式中相同或相當部分標註相同的符號，並省略重複的說明。另外，圖式的尺寸比率並不限於圖中所示的比率。

＜接合體＞ 本實施形態的接合體具備第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的燒結金屬層，燒結金屬層具有既定的配向結構，並且，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

圖1是表示本實施形態的接合體中的燒結金屬層的典型形態的一例的示意剖面圖。圖1所示的燒結金屬層包含：具有源自片狀的銅粒子的結構（以下有時亦稱為「片狀結構」）的燒結銅1、源自其他銅粒子的燒結銅2及空孔3。

圖2是表示本實施形態的接合體的一例的示意剖面圖。圖2所示的接合體100具備：第一構件5、第二構件6、將第一構件5與第二構件6接合的燒結金屬層4。

作為第一構件5及第二構件6，例如可列舉：絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）、二極體、肖特基勢壘二極體（Schottky-barrier diode）、金屬氧化物半導體-場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS-FET）、閘流體、邏輯、感測器、類比積體電路、發光二極體（Light-Emitting Diode，LED）、半導體雷射器、發信器等半導體元件，引線框架、貼附有金屬板的陶瓷基板（例如直接覆銅板（direct bonded copper，DBC））、LED封裝體等半導體元件搭載用基材，銅帶及金屬框架等金屬配線，金屬塊等塊體，端子等供電用構件，散熱板，水冷板等。

第一構件5及第二構件6亦可在與燒結金屬層4相接的面7a及面7b中含有金屬。作為金屬，例如可列舉：銅、鎳、銀、金、鈀、鉑、鉛、錫、鈷等。該些金屬可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。另外，與燒結體相接的面亦可為含有所述金屬的合金。作為合金中所使用的金屬，除了所述金屬以外，亦可列舉：鋅、錳、鋁、鈹、鈦、鉻、鐵、鉬等。作為在與燒結金屬層相接的面中含有金屬的構件，例如可列舉：具有各種金屬鍍敷的構件、線、具有金屬鍍敷的晶片、散熱器、貼附有金屬板的陶瓷基板、具有各種金屬鍍敷的引線框架或包含各種金屬的引線框架、銅板、銅箔。另外，於第二構件6為半導體元件的情況下，第一構件5亦可為金屬框架等金屬配線、金屬塊等具有導熱性及導電性的塊體等。

本實施形態的燒結金屬層的構成元素中去除輕元素後的元素中的銅元素的比例可為95質量%以上，亦可為97質量%以上，亦可為98質量%以上，亦可為100質量%。若燒結金屬層中的銅元素的比例為所述範圍內，則可抑制金屬間化合物的形成或向金屬銅晶界的異種元素的析出，構成燒結金屬層的金屬銅的性質容易變得牢固，從而容易獲得更進一步優異的連接可靠性。

去除輕元素後的元素中的銅元素的比例可藉由以下測定等來進行定量：燒結金屬層的掃描式電子顯微鏡-能量色散X射線光譜法（Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy（SEM-EDX））測定、感應耦合電漿-發射光譜術（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry（ICP-OES））測定、感應耦合電漿-質譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry（ICP-MS））測定等。

本實施形態的具有片狀結構的燒結銅可藉由將含有片狀的銅粒子的接合用銅糊燒結而形成。再者，所謂片狀包含板狀、鱗片狀等平板狀的形狀。作為片狀結構，長徑與厚度之比可為5以上。片狀結構的長徑的數量平均直徑可為2 μm以上，亦可為3 μm以上，亦可為4 μm以上。若片狀結構的形狀為該範圍內，則燒結金屬層中所含的片狀結構所帶來的增強效果提高，接合體成為接合強度及連接可靠性更進一步優異者。

片狀結構的長徑及厚度例如可根據接合體的SEM圖像來求出。以下，例示根據SEM圖像測定片狀結構的長徑與厚度的方法。以由環氧注型樹脂掩埋樣品整體的方式注入接合體，並加以硬化。在對經注型的樣品的欲觀察的剖面附近進行切斷，藉由研磨對剖面加以切削，並進行截面拋光（Cross-section Polish，CP）加工。利用SEM裝置以5000倍來觀察樣品的剖面。獲取接合體的剖面圖像（例如5000倍），於為稠密的連續部的直線狀、正方體狀、橢圓體狀的部分，將內包於該部分內的直線之中最大長度者設為長徑，將與其正交並內包於該部分的直線之中最大長度者設為厚度，此時，可將長徑的長度為1 μm以上且長徑/厚度之比為4以上者視為片狀結構，並利用具有測長功能的圖像處理軟體對片狀結構的長徑與厚度進行測長。關於該些的平均值，可藉由以隨機選擇的20點以上計算數量平均來獲得。

圖3是將圖1所示的具有片狀結構的燒結銅1放大的圖。如圖3所例示，片狀結構的長徑9被賦予為外接片狀結構的平行兩直線中以平行兩直線間距離成為最大的方式選擇的平行直線間的距離。片狀結構的厚度8被賦予為與賦予長徑的平行兩直線正交、且外接片狀結構的平行兩平面中，以平行兩平面間距離成為最大的方式選擇的平行兩平面間的距離。

作為圖像處理軟體，並無特別限定，例如可使用Microsoft PowerPoint（微軟（Microsoft）公司製造）、影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）。

所述源自相對於第一構件或第二構件與燒結金屬層的界面而大致平行地配向的片狀的銅粒子的結構的配向度可由配向秩序度S來表示。配向秩序度S可藉由式（1）算出。 S=1/2×（3＜cos² θ＞-1）···（1） 式中，θ表示界面與片狀結構所成的角度，＜cos² θ＞表示多個cos² θ的值的平均值。 配向秩序度S可為0.88以上且1.00以下，亦可為0.90以上且1.00以下，亦可為0.92以上且1.00以下。若配向秩序度S為此種範圍內，則燒結金屬層中所含的片狀結構相對於接合面而大致平行地配向，因此存在接合體的接合強度及連接可靠性提高的傾向。

配向秩序度S例如可根據接合體的SEM圖像來求出。以下，例示根據SEM圖像算出配向秩序度S的方法。藉由與片狀結構的長徑及厚度的測定同樣的方法，獲得接合體的SEM剖面圖。對於所得的剖面圖像，使用具有角度測定功能的圖像處理軟體來測定片狀結構的長徑與界面所成的角度。圖4是表示計量本實施形態的接合體的片狀結構相對於被接著面的角度θ的方法的示意剖面圖。如圖4所示，測定隨機選擇的50個以上的具有片狀結構的燒結銅1相對於晶片10的被接著面的角度θ，代入式（1），藉此可算出配向秩序度S。配向秩序度S取0至1的值，在完全配向狀態下為1，在完全無規狀態下為0。

作為圖像處理軟體，並無特別限定，例如可使用Microsoft PowerPoint（微軟（Microsoft）公司製造）、影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）。

片狀結構相對於結構體整體的含有比例可藉由後述實施例中記載的方法來算出。即，根據接合體的SEM圖像求出接合體的剖面積，根據藉由所述方法而測定的片狀結構的長徑與厚度求出片狀結構的剖面積，並以將該些合計所得的片狀結構的總剖面積除以接合體的剖面積，藉此可算出片狀結構相對於結構體整體的含有比例。本實施形態的接合體的藉由所述方法而求出的片狀結構相對於結構體整體的含有比例可為10%～40%，亦可為20%～30%。

以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量（體積比例）可設為65體積%以上。若燒結金屬層中的銅的含量為所述範圍內，則可抑制於燒結金屬層的內部形成大的空孔、或連結片狀結構的燒結銅變疏松。因此，若燒結金屬層中的銅的含量為所述範圍內，則可獲得充分的導熱性，並且構件與燒結金屬層的接合強度提高，接合體成為連接可靠性優異者。以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量可為67體積%以上，亦可為70體積%以上。以燒結金屬層的體積為基準，就製造製程的容易性的觀點而言，燒結金屬層中的銅的含量可為90體積%以下。

於已知構成燒結金屬層的材料的組成的情況下，例如可藉由以下順序來求出燒結金屬層中的銅的含量。首先，將燒結金屬層切取為正方體，利用遊標卡尺或外形形狀測定裝置來測定燒結金屬層的縱、橫的長度，並利用膜厚計測定厚度，藉此計算燒結金屬層的體積。根據所切取的燒結金屬層的體積、及利用精密天平而測定的燒結金屬層的重量，求出視密度M₁ （g/cm³ ）。使用所求出的M₁ 及銅的密度8.96 g/cm³ ，根據下述式（2）求出燒結金屬層中的銅的含量（體積%）。 燒結金屬層中的銅的含量（體積%）=[（M₁ ）/8.96]×100 ···（2）

接合體的接合強度可為10 MPa以上，亦可為15 MPa以上，亦可為20 MPa以上，亦可為30 MPa以上。接合強度可使用萬能型接合試驗機（4000系列，達格（DAGE）公司製造）等來測定。

就散熱性及高溫化下的連接可靠性的觀點而言，燒結金屬層的導熱係數可為100 W/（m·K）以上，亦可為120 W/（m·K）以上，亦可為150 W/（m·K）以上。導熱係數可根據燒結金屬層的熱擴散係數、比熱容量及密度來算出。例如，藉由雷射閃光法（LFA467，耐馳（NETZSCH）公司製造）來測定燒結金屬層的熱擴散係數，可根據該熱擴散係數、利用示差掃描熱量測定裝置（DSC8500，珀金埃爾默（PerkinElmer）公司製造）所得的比熱容量、以及以與所述相同的方式而求出的密度的積，算出25℃下的燒結金屬層的導熱係數[W/（m·K）]。

本實施形態的接合體（例如電子器件等）中，即便於因經接合的構件間的熱膨脹係數差而產生的熱應力作用於燒結金屬層（接合層）的情況下，亦可維持高的連接可靠性。推測其理由在於：即便產生熱應力，亦由片狀結構將應力分散，藉此難以引起應力集中，而且，即便多孔質的燒結銅的一部分破壞，亦由具有片狀結構的燒結銅使破壞停止，因此接合體的連接可靠性提高。另外，該燒結金屬層充分含有藉由金屬結合而相連的金屬銅而構成，因此表現出高的導熱係數，從而能夠在安裝發熱大的電子器件時迅速地散熱。進而，燒結金屬層藉由金屬結合而牢固地接合，因此對於含有所述金屬的構件可顯示出優異的接合強度。如此，本實施形態的燒結金屬層具有對於功率器件、邏輯、增幅器等發熱大的電子器件的接合而言非常有效的性質。應用其的接合體可容許更高的輸入功率，能夠以更高的動作溫度進行動作。

＜接合體的製造方法＞ 本實施形態的接合體例如可藉由以下的方法製造。作為接合體的製造方法，可列舉具備如下步驟的方法：準備依次積層有第一構件、並於該第一構件的自身的重量的作用方向側積層有接合用銅糊及第二構件的積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。

所述積層體例如可藉由如下方式來準備：於第二構件的必要部分設置接合用銅糊，繼而於接合用銅糊上配置第一構件。

作為將接合用銅糊設於第二構件的必要部分的方法，只要是堆積接合用銅糊的方法即可。作為此種方法，例如可使用：絲網印刷、轉印印刷、平版印刷、噴射印刷法、分配器、噴射分配器、針形分配器（needle dispenser）、缺角輪塗佈機、狹縫塗佈機、模塗機、凹版塗佈機（gravure coater）、狹縫塗佈、凸版印刷、凹版印刷、凹版印刷（gravure printing）、模版印刷（stencil printing）、軟微影（soft lithograph）、棒塗、敷料器（applicator）、粒子堆積法、噴霧塗佈機、旋轉塗佈機、浸漬塗佈機、電著塗裝等。接合用銅糊的厚度可為1 μm以上且1000 μm以下，亦可為10 μm以上且500 μm以下，亦可為50 μm以上且200 μm以下，亦可為10 μm以上且3000 μm以下，亦可為15 μm以上且500 μm以下，亦可為20 μm以上且300 μm以下，亦可為5 μm以上且500 μm以下，亦可為10 μm以上且250 μm以下，亦可為15 μm以上且150 μm以下。

就抑制燒結時的流動及孔隙的產生的觀點而言，亦可對設於第二構件上的接合用銅糊適宜地進行乾燥。乾燥時的氣體環境可為大氣中，也可為氮氣、惰性氣體等無氧環境中，亦可為氫氣、甲酸等還原環境中。乾燥方法可為常溫放置下的乾燥，亦可為加熱乾燥，亦可為減壓乾燥。加熱乾燥或減壓乾燥中例如可使用：加熱板、溫風乾燥機、溫風加熱爐、氮氣乾燥機、紅外線乾燥機、紅外線加熱爐、遠紅外線加熱爐、微波加熱裝置、雷射加熱裝置、電磁加熱裝置、加熱器加熱裝置、蒸汽加熱爐、熱板壓合裝置等。乾燥的溫度及時間可根據所使用的分散媒的種類及量來適宜地調整。作為乾燥的溫度及時間，例如可於50℃以上且180℃以下乾燥1分鐘以上且120分鐘以下。

作為於接合用銅糊上配置第一構件的方法，例如可列舉：晶片安裝器（chip mounter）、倒裝晶片接合器（flip chip bonder）、碳製或陶瓷製的定位夾具。再者，所述乾燥步驟亦可於配置第一構件的步驟之後進行。

藉由對積層體進行加熱處理，來進行接合用銅糊的燒結。燒結藉由加熱處理而進行。加熱處理中例如可使用：加熱板、溫風乾燥機、溫風加熱爐、氮氣乾燥機、紅外線乾燥機、紅外線加熱爐、遠紅外線加熱爐、微波加熱裝置、雷射加熱裝置、電磁加熱裝置、加熱器加熱裝置、蒸汽加熱爐等。

就抑制燒結體、第一構件及第二構件的氧化的觀點而言，燒結時的氣體環境可為無氧環境。就去除接合用銅糊的銅粒子的表面氧化物的觀點而言，燒結時的氣體環境可為還原環境。作為無氧環境，例如可列舉：氮氣、惰性氣體等無氧氣體的導入，或真空下。作為還原環境，例如可列舉：純氫氣中、以合成氣體為代表的氫氣及氮氣的混合氣體中、含有甲酸氣體的氮氣中、氫氣及惰性氣體的混合氣體中、含有甲酸氣體的惰性氣體中等。

就減少對第一構件及第二構件的熱損傷及提高良率的觀點而言，加熱處理時的到達最高溫度可為250℃以上且450℃以下，亦可為250℃以上且400℃以下，亦可為250℃以上且350℃以下。若到達最高溫度為200℃以上，則存在如下傾向：於到達最高溫度保持時間為60分鐘以下的情況下燒結充分進行。

就使分散媒全部揮發、且提高良率的觀點而言，到達最高溫度保持時間可為1分鐘以上且60分鐘以下，亦可為1分鐘以上且小於40分鐘，亦可為1分鐘以上且小於30分鐘。

接合時的壓力可設為燒結體中的銅的含量（堆積比例）以燒結體為基準而成為65體積%以上的條件。例如，藉由使用以下所記載的接合用銅糊，即便於將積層體燒結時不進行加壓，亦可形成所述本實施形態的燒結金屬層。於該情況下，在僅承受積層於接合用銅糊上的第一構件的自身的重量，或者除了第一構件的自身的重量以外亦承受0.01 MPa以下、較佳為0.005 MPa以下的壓力的狀態下，可獲得充分的接合強度。若燒結時所承受的壓力為所述範圍內，則不需要特別的加壓裝置，因此可不損及良率地更進一步減少孔隙、提昇接合強度及連接可靠性。作為使接合用銅糊承受0.01 MPa以下的壓力的方法，例如可列舉於第一構件上載置砝碼的方法等。

（接合用銅糊） 將本實施形態的接合體的製造方法中所使用的接合用銅糊的一例示於以下。

本實施形態的接合用銅糊為含有金屬粒子及分散媒的接合用銅糊，金屬粒子含有次微米銅粒子及片狀微米銅粒子。

（金屬粒子） 作為本實施形態的金屬粒子，可列舉：次微米銅粒子、片狀微米銅粒子、該些以外的銅粒子、其他金屬粒子等。

（次微米銅粒子） 作為次微米銅粒子，可列舉含有粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子者，例如可使用體積平均粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子。若次微米銅粒子的體積平均粒徑為0.12 μm以上，則容易獲得次微米銅粒子的合成成本的抑制、良好的分散性、表面處理劑的使用量的抑制等效果。若次微米銅粒子的體積平均粒徑為0.8 μm以下，則容易獲得次微米銅粒子的燒結性優異的效果。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，次微米銅粒子的體積平均粒徑亦可為0.15 μm以上且0.8 μm以下，亦可為0.15 μm以上且0.6 μm以下，亦可為0.2 μm以上且0.5 μm以下，亦可為0.3 μm以上且0.45 μm以下。

再者，本申請案說明書中所謂體積平均粒徑是指50%體積平均粒徑。在欲求出銅粒子的體積平均粒徑時，可藉由如下方法等求出：利用光散射法粒度分佈測定裝置（例如島津奈米粒子徑分佈測定裝置（SALD-7500奈米（nano），島津製作所股份有限公司製造）），對使用分散劑將成為原料的銅粒子、或自接合用銅糊中去除了揮發成分而成的乾燥銅粒子分散於分散媒中而成者進行測定。在使用光散射法粒度分佈測定裝置時，作為分散媒，可使用己烷、甲苯、α-萜品醇等。

次微米銅粒子可含有10質量%以上的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子。就接合用銅糊的燒結性的觀點而言，次微米銅粒子可含有20質量%以上的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子，可含有30質量%以上，可含有100質量%。若次微米銅粒子中的粒徑為0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含有比例為20質量%以上，則銅粒子的分散性進一步提高，從而可進一步抑制黏度的上昇、糊濃度的下降。

銅粒子的粒徑可藉由下述方法求出。銅粒子的粒徑例如可根據SEM圖像算出。利用刮勺（spatula）將銅粒子的粉末載置於SEM用的碳帶上，製成SEM用樣品。利用SEM裝置以5000倍來觀察該SEM用樣品。利用圖像處理軟體對外接該SEM圖像的銅粒子的四邊形進行繪圖，將其一邊設為所述粒子的粒徑。

以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量可為20質量%以上且90質量%以下，亦可為30質量%以上且90質量%以下，亦可為35質量%以上且85質量%以下，亦可為40質量%以上且80質量%以下。若次微米銅粒子的含量為所述範圍內，則容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。

以次微米銅粒子的質量及片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，次微米銅粒子的含量可為20質量%以上且90質量%以下。若次微米銅粒子的所述含量為20質量%以上，則可將片狀微米銅粒子之間充分地填充，容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。若次微米銅粒子的所述含量為90質量%以下，則可充分抑制將接合用銅糊燒結時的體積收縮，因此容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，以次微米銅粒子的質量及片狀微米銅粒子的質量的合計為基準，次微米銅粒子的含量亦可為30質量%以上且85質量%以下，亦可為35質量%以上且85質量%以下，亦可為40質量%以上且80質量%以下。

次微米銅粒子的形狀並無特別限定。作為次微米銅粒子的形狀，例如可列舉：球狀、塊狀、針狀、片狀、大致球狀及該些的凝聚體。就分散性及填充性的觀點而言，次微米銅粒子的形狀可為球狀、大致球狀、片狀，就燃燒性、分散性、與片狀微米粒子的混合性等觀點而言，可為球狀或大致球狀。

就分散性、填充性及與片狀微米粒子的混合性的觀點而言，次微米銅粒子的縱橫比可為5以下，亦可為3以下。本說明書中，所謂「縱橫比」表示粒子的長邊/厚度。粒子的長邊及厚度的測定例如可根據粒子的SEM圖像求出。

次微米銅粒子可經特定的表面處理劑處理。作為特定的表面處理劑，例如可列舉碳數8～16的有機酸。作為碳數8～16的有機酸，例如可列舉：辛酸、甲基庚酸、乙基己酸、丙基戊酸、壬酸、甲基辛酸、乙基庚酸、丙基己酸、癸酸、甲基壬酸、乙基辛酸、丙基庚酸、丁基己酸、十一酸、甲基癸酸、乙基壬酸、丙基辛酸、丁基庚酸、月桂酸、甲基十一酸、乙基癸酸、丙基壬酸、丁基辛酸、戊基庚酸、十三酸、甲基十二酸、乙基十一酸、丙基癸酸、丁基壬酸、戊基辛酸、肉豆蔻酸、甲基十三酸、乙基十二酸、丙基十一酸、丁基癸酸、戊基壬酸、己基辛酸、十五酸、甲基十四酸、乙基十三酸、丙基十二酸、丁基十一酸、戊基癸酸、己基壬酸、棕櫚酸、甲基十五酸、乙基十四酸、丙基十三酸、丁基十二酸、戊基十一酸、己基癸酸、庚基壬酸、甲基環己烷羧酸、乙基環己烷羧酸、丙基環己烷羧酸、丁基環己烷羧酸、戊基環己烷羧酸、己基環己烷羧酸、庚基環己烷羧酸、辛基環己烷羧酸、壬基環己烷羧酸等飽和脂肪酸；辛烯酸、壬烯酸、甲基壬烯酸、癸烯酸、十一碳烯酸、十二碳烯酸、十三碳烯酸、十四碳烯酸、肉豆蔻油酸、十五碳烯酸、十六碳烯酸、棕櫚油酸、十六碳-6-烯酸（sapienic acid）等不飽和脂肪酸；對苯二甲酸、均苯四甲酸、隣苯氧基苯甲酸、甲基苯甲酸、乙基苯甲酸、丙基苯甲酸、丁基苯甲酸、戊基苯甲酸、己基苯甲酸、庚基苯甲酸、辛基苯甲酸、壬基苯甲酸等芳香族羧酸。有機酸可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。藉由將此種有機酸與所述次微米銅粒子加以組合，而存在可兼具次微米銅粒子的分散性與燒結時的有機酸的脫離性的傾向。

表面處理劑的處理量可為在次微米銅粒子的表面附著一分子層～三分子層的量。該量可根據附著於次微米銅粒子的表面的分子層數（n）、次微米銅粒子的比表面積（A_p ）（單位m² /g）、表面處理劑的分子量（M_s ）（單位g/mol）、表面處理劑的最小被覆面積（S_S ）（單位m² /個）以及亞佛加厥數（N_A ）（6.02×10²³ 個）而算出。具體而言，表面處理劑的處理量可依據表面處理劑的處理量（質量%）=｛（n·A_p ·M_s ）/（S_S ·N_A +n·A_p ·M_s ）｝×100%的式子而算出。

次微米銅粒子的比表面積可藉由利用布厄特（Brunauer, Emmitt and Teller，BET）比表面積測定法對經乾燥的次微米銅粒子進行測定來算出。於表面處理劑為直鏈飽和脂肪酸的情況下，表面處理劑的最小被覆面積為2.05×10^-19 m² /1分子。於除此以外的表面處理劑的情況下，例如可藉由根據分子模型的計算、或「化學與教育」（上江田捷博、稻福純夫、森嚴，40（2），1992，p114-117）中記載的方法來測定。示出表面處理劑的定量方法的一例。表面處理劑可藉由自接合用銅糊中去除了分散媒的乾燥粉的熱脫附氣體·氣相層析質量分析計來鑒定，藉此可決定表面處理劑的碳數及分子量。表面處理劑的含碳量比例可藉由含碳量分析來進行分析。作為含碳量分析法，例如可列舉高頻感應加熱爐燃燒/紅外線吸收法。可根據經鑒定的表面處理劑的碳數、分子量及含碳量比例藉由所述式來算出表面處理劑量。

表面處理劑的所述處理量可為0.07質量%以上且2.1質量%以下，亦可為0.10質量%以上且1.6質量%以下，亦可為0.2質量%以上且1.1質量%以下。

作為次微米銅粒子，可使用市售品。作為市售的次微米銅粒子，例如可列舉：CH-0200（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.36 μm）、HT-14（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.41 μm）、CT-500（三井金屬礦業股份有限公司製造，體積平均粒徑0.72 μm）、Tn-Cu100（太陽日酸股份有限公司製造，體積平均粒徑0.12 μm）。

（片狀微米銅粒子） 作為片狀微米銅粒子，可列舉含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的銅粒子者，例如可使用平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的銅粒子。若片狀微米銅粒子的平均最大直徑及縱橫比為所述範圍內，則可充分減少將接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，片狀微米銅粒子的平均最大直徑亦可為1 μm以上且10 μm以下，亦可為3 μm以上且10 μm以下。片狀微米銅粒子的最大直徑及平均最大直徑的測定例如可根據粒子的SEM圖像求出，且作為後述片狀結構的長徑X及長徑的平均值Xav而求出。

片狀微米銅粒子可含有50質量%以上的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子。就接合體內的配向、增強效果、接合糊的填充性的觀點而言，片狀微米銅粒子可含有70質量%以上的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子，可含有80質量%以上，可含有100質量%。就抑制接合不良的觀點而言，片狀微米銅粒子例如較佳為不含最大直徑超過20 μm的粒子等超出接合厚度的尺寸的粒子。

例示根據SEM圖像算出片狀微米銅粒子的長徑X的方法。利用刮勺（spatula）將片狀微米銅粒子的粉末載置於SEM用的碳帶上，製成SEM用樣品。利用SEM裝置以5000倍來觀察該SEM用樣品。利用圖像處理軟體對外接SEM圖像的片狀微米銅粒子的長方形進行繪圖，將長方形的長邊設為所述粒子的長徑X。使用多個SEM圖像，對50個以上的片狀微米銅粒子進行該測定，算出長徑的平均值Xav。

片狀微米銅粒子的縱橫比可為4以上，亦可為6以上。若縱橫比為所述範圍內，則接合用銅糊內的片狀微米銅粒子相對於接合面而大致平行地配向，藉此可抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮，容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。

以金屬粒子的總質量為基準，片狀微米銅粒子的含量可為1質量%以上且90質量%以下，亦可為10質量%以上且70質量%以下，亦可為20質量%以上且50質量%以下。若片狀微米銅粒子的含量為所述範圍內，則容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。

以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量及片狀微米銅粒子的含量的合計可為80質量%以上。若次微米銅粒子的含量及微米銅粒子的含量的合計為所述範圍內，則容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。就更進一步發揮所述效果的觀點而言，以金屬粒子的總質量為基準，次微米銅粒子的含量及片狀微米銅粒子的含量的合計亦可為90質量%以上，亦可為95質量%以上，亦可為100質量%。

對於片狀微米銅粒子而言，表面處理劑的處理的有無並無特別限定。就分散穩定性及耐氧化性的觀點而言，片狀微米銅粒子可經表面處理劑處理。表面處理劑可在接合時被去除。作為此種表面處理劑，例如可列舉：棕櫚酸、硬脂酸、花生酸（arachidic acid）、油酸等脂肪族羧酸；對苯二甲酸、均苯四甲酸、隣苯氧基苯甲酸等芳香族羧酸；鯨蠟醇、硬脂醇、異冰片基環己醇、四乙二醇等脂肪族醇；對苯基苯酚等芳香族醇；辛基胺、十二烷基胺、硬脂基胺等烷基胺；硬脂腈、癸腈等脂肪族腈；烷基烷氧基矽烷等矽烷偶合劑；聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮、矽酮寡聚物等高分子處理材等。表面處理劑可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。

表面處理劑的處理量於粒子表面亦可為一分子層以上的量。此種表面處理劑的處理量根據片狀微米銅粒子的比表面積、表面處理劑的分子量及表面處理劑的最小被覆面積而變化。表面處理劑的處理量通常為0.001質量%以上。關於片狀微米銅粒子的比表面積、表面處理劑的分子量及表面處理劑的最小被覆面積，可藉由所述方法算出。

於僅由所述次微米銅粒子來製備接合用銅糊的情況下，伴隨分散媒的乾燥的體積收縮及燒結收縮大，因此在接合用銅糊的燒結時較被接著面更容易剝離，從而於半導體元件等的接合中難以獲得充分的晶片剪切強度及連接可靠性。藉由倂用次微米銅粒子與片狀微米銅粒子，使接合用銅糊燒結時的體積收縮得到抑制，容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。

本實施形態的接合用銅糊中，以最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子總量為基準，金屬粒子中所含的最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量較佳為50質量%以下，更佳為設為30質量%以下。藉由限制平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量，接合用銅糊內的片狀微米銅粒子容易相對於接合面而大致平行地配向，可更有效地抑制使接合用銅糊燒結時的體積收縮。藉此，容易形成所述本實施形態的燒結金屬層。就更容易獲得此種效果的方面而言，以最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子總量為基準，平均最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量亦可為20質量%以下，亦可為10質量%以下。

作為本實施形態的片狀微米銅粒子，可使用市售品。作為市售的片狀微米銅粒子，例如可列舉：MA-C025（三井金屬礦業股份有限公司製造，平均最大直徑4.1 μm）、3L3（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造，體積最大直徑7.3 μm）、1110F（三井金屬礦業股份有限公司製造，平均最大直徑5.8 μm）、2L3（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造，平均最大直徑9 μm）。

本實施形態的接合用銅糊中，作為所調配的微米銅粒子，可使用如下微米銅粒子：含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。於使用市售的片狀微米銅粒子的情況下，亦可選定如下者：含有最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比為4以上的片狀微米銅粒子，並且，以所述片狀微米銅粒子總量為基準，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下、縱橫比小於2的微米銅粒子的含量為50質量%以下，較佳為30質量%以下。

（銅粒子以外的其他金屬粒子） 作為金屬粒子，亦可含有所述次微米銅粒子及微米銅粒子以外的其他金屬粒子，例如亦可含有鎳、銀、金、鈀、鉑等的粒子。其他金屬粒子的體積平均粒徑可為0.01 μm以上且10 μm以下，亦可為0.01 μm以上且5 μm以下，亦可為0.05 μm以上且3 μm以下。於含有其他金屬粒子的情況下，就獲得充分的接合性的觀點而言，以金屬粒子的總質量為基準，其他金屬粒子的含量可小於20質量%，亦可為10質量%以下。亦可不含其他金屬粒子。其他金屬粒子的形狀並無特別限定。

藉由含有銅粒子以外的金屬粒子，可獲得固溶或分散有多種金屬的燒結金屬層，因此燒結金屬層的降伏應力（yield stress）、疲勞強度等機械特性得到改善，從而容易提高連接可靠性。另外，藉由添加多種金屬粒子，容易提高所形成的燒結金屬層對於特定的被接著體的接合強度及連接可靠性。

（分散媒） 分散媒並無特別限定，可為揮發性的分散媒。作為揮發性的分散媒，例如可列舉：戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、α-萜品醇、異冰片基環己醇（MTPH）等一元及多元醇類；乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇異丁醚、二乙二醇己醚、三乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁基甲基醚、二乙二醇異丙基甲基醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇丁基甲基醚、丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇二甲醚等醚類；乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯（dipropylene glycol methyl ether acetate，DPMA）、乳酸乙酯、乳酸丁酯、γ-丁內酯、碳酸伸丙酯等酯類；N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等酸醯胺；環己酮、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷等脂肪族烴；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴；具有碳數1～18的烷基的硫醇類；具有碳數5～7的環烷基的硫醇類。作為具有碳數1～18的烷基的硫醇類，例如可列舉：乙基硫醇、正丙基硫醇、異丙基硫醇、正丁基硫醇、異丁基硫醇、第三丁基硫醇、戊基硫醇、己基硫醇及十二烷基硫醇。作為具有碳數5～7的環烷基的硫醇類，例如可列舉：環戊基硫醇、環己基硫醇及環庚基硫醇。

以金屬粒子的總質量為100質量份，分散媒的含量可為5質量份～50質量份。若分散媒的含量為所述範圍內，則可將接合用銅糊調整為更適當的黏度，而且難以阻礙銅粒子的燒結。

（添加劑） 接合用銅糊中視需要亦可適宜地添加非離子系界面活性劑、氟系界面活性劑等濕潤性提昇劑；矽酮油等消泡劑；無機離子交換體等離子捕捉劑等。

（接合用銅糊的製備） 接合用銅糊可將所述次微米銅粒子、微米銅粒子、其他金屬粒子及任意的添加劑混合於分散媒中來製備。於混合各成分後，亦可進行攪拌處理。接合用銅糊可藉由分級操作來調整分散液的最大粒徑。

接合用銅糊亦可以如下方式製備：預先混合次微米銅粒子、表面處理劑、分散媒，並進行分散處理而製備次微米銅粒子的分散液，進而混合微米銅粒子、其他金屬粒子及任意的添加劑。藉由設為此種順序，次微米銅粒子的分散性提高而與微米銅粒子的混合性變佳，從而使接合用銅糊的性能進一步提高。對於次微米銅粒子的分散液，亦可藉由分級操作將凝聚物去除。

＜半導體裝置及半導體裝置的製造方法＞ 本實施形態的半導體裝置具備第一構件、第二構件以及將第一構件與第二構件接合的燒結金屬層，第一構件及第二構件的至少一者為半導體元件，燒結金屬層具有既定的配向結構，並且，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。

作為半導體元件，可列舉：包含二極體、整流器、閘流體、MOS閘極驅動器、功率開關、功率MOSFET、IGBT、肖特基二極體（Schottky diode）、快速回復二極體（fast recovery diode）等的功率模組，發信機，增幅器，LED模組等。作為半導體元件以外的構件，可列舉：引線框架、貼附有金屬板的陶瓷基板（例如DBC）、LED封裝體等半導體元件搭載用基材，銅帶、金屬塊、端子等供電用構件，散熱板，水冷板等。

本實施形態的燒結金屬層可與所述本實施形態的接合體中的燒結金屬層同樣地設置。

就以後的製程適合性、連接可靠性的觀點而言，本實施形態的半導體裝置的晶片剪切強度可為10 MPa以上，亦可為15 MPa以上，亦可為20 MPa以上，亦可為30 MPa以上。晶片剪切強度可使用萬能型接合試驗機（4000系列，達格（DAGE）公司製造）等來測定。

圖5是表示本實施形態的半導體裝置的一例的示意剖面圖。圖5所示的半導體裝置110包含：經由燒結金屬層4而連接於引線框架11a上的半導體元件14、以及對該些進行模壓的模壓樹脂13。半導體元件14經由線12而連接於引線框架11b。

作為本實施形態的半導體裝置，例如可列舉：包含二極體、整流器、閘流體、MOS閘極驅動器、功率開關、功率MOSFET、IGBT、肖特基二極體、快速回復二極體等的功率模組，發信機，增幅器，高亮度LED模組，感測器等。

本實施形態的半導體裝置可獲得高溫動作時的高連接可靠性、高導熱係數所帶來的散熱性的提高及高導電性，從而可較佳地用於使用高散熱半導體元件的半導體裝置、高溫環境下進行動作的半導體裝置等。

所述半導體裝置能夠以與所述接合體的製造方法相同的方式製造。即，可列舉具備如下步驟的方法：準備積層體，在承受第一構件的自身的重量、或者第一構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結，所述積層體依次積層有第一構件、並於該第一構件的自身的重量的作用方向側積層有接合用銅糊及第二構件，且第一構件及第二構件中的至少一者為半導體元件。

於第二構件為半導體元件的情況下，所述方法可減少將作為第一構件的金屬配線或塊體等接合於半導體元件時對半導體元件的損傷。以下，對在半導體元件上接合有金屬配線或塊體等構件的半導體裝置進行說明。

作為所述半導體裝置的一實施形態，可列舉如下半導體裝置：具備第一電極、與第一電極電性連接的半導體元件、以及經由金屬配線而與半導體元件電性連接的第二電極，於半導體元件與金屬配線之間、以及金屬配線與第二電極之間具有含有銅的燒結金屬層。

圖6是表示所述半導體裝置的一例的示意剖面圖。圖6所示的半導體裝置200具備：具有第一電極22及第二電極24的絕緣基板21、藉由燒結金屬層4而接合於第一電極22上的半導體元件23以及將半導體元件23與第二電極24電性連接的金屬配線25。金屬配線25與半導體元件23、以及金屬配線25與第二電極24分別藉由燒結金屬層4而接合。另外，半導體元件23經由線27而連接於第三電極26。半導體裝置200在絕緣基板21的與搭載有所述電極等的面相反側具備銅板28。半導體裝置200的所述結構體由絕緣體29密封。半導體裝置200於第一電極22上具有一個半導體元件23，但亦可具有兩個以上。於該情況下，存在多個的半導體元件23可分別藉由燒結金屬層4而與金屬配線25接合。

圖7是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖7所示的半導體裝置210於半導體元件23與金屬配線25之間設有塊體30，半導體元件23與塊體30、以及塊體30與金屬配線25分別藉由燒結金屬層4而接合，除此以外，具有與圖6所示的半導體裝置200同樣的構成。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖8是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖8所示的半導體裝置220於第一電極22上進而設有半導體元件23及塊體30以及將該些接合的燒結金屬層4，除此以外，具有與圖7所示的半導體裝置210同樣的構成。半導體裝置220於第一電極22上具有兩個半導體元件，但亦可具有三個以上。於該情況下，具有三個以上的半導體元件23亦分別隔著塊體30並藉由燒結金屬層4而與金屬配線25接合。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

作為絕緣基板21，例如可列舉：氧化鋁、氮化鋁、氮化矽等陶瓷，高導熱粒子/樹脂複合材、聚醯亞胺樹脂、聚馬來醯亞胺樹脂等。

作為構成第一電極22、第二電極24及第三電極26的金屬，例如可列舉：銅、鎳、銀、金、鈀、鉑、鉛、錫、鈷等。該些金屬可單獨使用一種，亦可將兩種以上組合使用。另外，電極亦可在與燒結金屬層4相接的面中具有含有所述金屬的合金。作為合金中所使用的金屬，除了所述金屬以外，亦可列舉：鋅、錳、鋁、鈹、鈦、鉻、鐵、鉬等。

作為金屬配件，可列舉具有帶狀、板狀、立方體狀、圓筒狀、L字狀、匚字狀、乁字狀等形狀的金屬框架等。作為金屬配線的材質，例如可列舉：銀、銅、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、鈮、或該些的合金。為了耐氧化及接著性，該些的金屬配線表面可藉由鍍敷、濺鍍等來塗佈鎳、銅、金、銀等。另外，金屬配線的寬度可為1 μm～30 μm，厚度可為20 μm～5 mm。

作為塊體，較佳為導熱性及導電性優異者，例如可使用：銀、銅、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、鈮、或該些的合金。為了耐氧化及接著性，於塊體表面亦可藉由鍍敷、濺鍍等來塗佈鎳、銅、金、銀等。藉由在半導體元件上設置塊體來進一步提高散熱性。可適宜地變更塊體的數量。

作為絕緣體29，例如可列舉：矽酮凝膠、聚馬來醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂等。

燒結金屬層4是將所述接合用銅糊燒結而成。該燒結金屬層4可與金屬配線25相接，且包含源自相對於與金屬配線25的界面而大致平行地配向的片狀的銅粒子的結構，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層4中的銅的含量為65體積%以上。另外，於燒結金屬層4與第一電極、第二電極、半導體元件、或塊體相接的情況下，燒結金屬層4亦可包含源自相對於與第一電極、第二電極、半導體元件、或塊體的界面而大致平行地配向的片狀的銅粒子的結構，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層4中的銅的含量為65體積%以上。

圖6～圖8所示的半導體裝置可用於大容量且要求高可靠性的功率模組中。

圖6～圖8所示的半導體裝置例如可藉由具備以下步驟的方法製造：準備具備第一電極及第二電極的絕緣基板，自第一電極側起依次在第一電極上設置接合用銅糊、半導體元件、視需要進而設置的接合用銅糊、塊體、接合用銅糊，於第二電極上設置接合用銅糊，並於半導體元件或塊體上的接合用銅糊及第二電極上的接合用銅糊上，以將該些接合用銅糊交聯的方式配置金屬配線的步驟；以及在承受各構件的自身的重量或者各構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結的步驟。

根據此種製造方法，可於不加壓的狀態下製造半導體裝置，因此可不使具有橋接部的金屬配線變形地進行接合，此外，即便於將面積小於半導體元件的構件接合於半導體元件上的情況下，亦可進一步減輕對半導體元件的損傷。

圖9是表示半導體裝置的又一例的示意剖面圖。圖9所示的半導體裝置300具備：第一電極22、藉由燒結金屬層4而接合於第一電極22上的半導體元件23、以及將半導體元件23與第二電極24電性連接的金屬配線25。金屬配線25與半導體元件23、以及金屬配線25與第二電極24分別藉由燒結金屬層4而接合。另外，半導體元件23經由線27而連接於第三電極26。半導體裝置300的所述結構體由密封材31密封。半導體裝置300於第一電極22上具有一個半導體元件23，但亦可具有兩個以上。於該情況下，存在多個的半導體元件23可分別藉由燒結金屬層4而與金屬配線25接合。

圖10是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖10所示的半導體裝置310於半導體元件23與金屬配線25之間設有塊體30，半導體元件23與塊體30、以及塊體30與金屬配線25分別藉由燒結金屬層4而接合，除此以外，具有與圖9所示的半導體裝置300同樣的構成。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖11是表示半導體裝置的另一例的示意剖面圖。圖11所示的半導體裝置320於第一電極22上進而設有半導體元件23及塊體30以及將該些接合的燒結金屬層4，除此以外，具有與圖10所示的半導體裝置310同樣的構成。半導體裝置320於第一電極22上具有兩個半導體元件，但亦可具有三個以上。於該情況下，存在三個以上的半導體元件23亦可分別隔著塊體30並藉由燒結金屬層4而與金屬配線25接合。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

圖9～圖11所示的第一電極22及第二電極24可為引線框架、銅板、銅·鉬燒結體等。

作為密封材31，例如可列舉耐熱性固體密封材、高導熱複合材等。

燒結金屬層4可與半導體裝置200～半導體裝置220中所說明者同樣地設置。

圖9～圖11所示的實施形態的半導體裝置藉由採用引線框架等作為第一電極及第二電極，可用於小型化的功率模組。此種半導體裝置可以與所述半導體裝置的製造方法相同的方式製造。

進而，對具有在半導體元件上接合有塊體的結構的半導體裝置的另一實施形態進行說明。

作為所述半導體裝置，可列舉如下半導體裝置：具備第一導熱構件、第二導熱構件以及配置於第一導熱構件及第二導熱構件之間的半導體元件，於第一導熱構件與半導體元件之間、以及半導體元件與第二導熱構件之間中的至少一者之間具有含有銅的燒結金屬層。

圖12是表示本實施形態的一例的示意剖面圖。圖12所示的半導體裝置400具備：第一導熱構件32、經由燒結金屬層4而接合於第一導熱構件32上的半導體元件23、經由燒結金屬層4而接合於半導體元件23上的塊體30、以及經由燒結金屬層4而接合於塊體30上的第二導熱構件33。半導體元件23經由線35而連接於電極34。半導體裝置400的第一導熱構件32與第二導熱構件之間由密封材31密封。半導體裝置400具有兩個半導體元件，但亦可具有一個或三個以上，亦可適宜地變更塊體的數量。再者，可適宜地變更塊體30的位置，例如亦可設於第一電極22與半導體元件23之間。

導熱構件一倂具有將自半導體元件23產生的熱放出至外部的功能、以及作為用以將半導體元件與外部電性連接的電極的功能。對於此種導熱構件，例如可使用銅、鋁、或該些的合金。

燒結金屬層4是將所述接合用銅糊燒結而成。該燒結金屬層4可與第一導熱構件32或第二導熱構件33相接，且包含源自相對於與第一導熱構件32或第二導熱構件33的界面而大致平行地配向的片狀的銅粒子的結構，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層4中的銅的含量為65體積%以上。另外，於燒結金屬層4與半導體元件或塊體相接的情況下，燒結金屬層4亦可包含源自相對於與半導體元件或塊體的界面而大致平行地配向的片狀的銅粒子的結構，以燒結金屬層的體積為基準，燒結金屬層4中的銅的含量為65體積%以上。

圖12所示的半導體裝置藉由在半導體元件的兩面側具備導熱構件，可具有散熱性優異的兩面冷卻結構。此種半導體裝置可藉由具備以下步驟的方法來製造：準備自第一導熱構件側起依次於第一導熱構件上積層有接合用銅糊、半導體元件、接合用銅糊、塊體、接合用銅糊、第二導熱構件的積層體，在承受各構件的自身的重量或者各構件的自身的重量及0.01 MPa以下的壓力的狀態下，對接合用銅糊進行燒結。再者，所述積層體亦可為以與所述相反的順序積層而成者。 [實施例]

以下，藉由實施例對本發明進一步進行具體說明。但是，本發明並不限定於以下的實施例。

＜測定條件＞ （1）晶片剪切強度的測定 於銅板（19×25×3 mm³ ）上載置金屬遮罩，所述金屬遮罩於厚度70 μm的不銹鋼板上具有3行3列的3 mm×3 mm正方形開口，使用金屬刮刀藉由模版印刷來塗佈接合用銅糊。於所塗佈的接合用銅糊上依次形成鈦、鎳，載置3×3 mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm），並利用鑷子輕輕按壓。將其安裝於管形爐（AVC股份有限公司製造），以1 L/min流通氬氣而將空氣置換為氬氣。其後，一邊以300 mL/min流通氫氣一邊昇溫10分鐘，以350℃、10分鐘的條件進行燒結處理，從而獲得藉由燒結金屬層將銅板與矽晶片接合而成的接合體。其後，將氬氣變換為0.3 L/min並進行冷卻，於50℃以下將接合體取出至空氣中。 接合體的接合強度藉由晶片剪切強度來評價。使用裝配有1 kN的測力器的萬能型接合試驗機（4000系列，達格（DAGE）公司製造），以測定速度500 μm/s、測定高度100 μm將矽晶片朝水平方向按壓，測定接合體的晶片剪切強度。將8個接合體的測定值的平均值設為晶片剪切強度。

（2）燒結金屬層中的銅的含量（體積比例） 於厚度1 mm的鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板上設置15×15 mm² 的開口。將該鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板載置於玻璃板上，將接合用銅糊填充至開口部，利用金屬刮刀將自開口溢出的接合用銅糊去除。將鐵氟龍（Teflon）（註冊商標）板剝離，並安裝於管形爐，一邊以0.3 L/min流通氬氣，一邊加熱至150℃並保持1小時，從而去除溶媒。在該狀態下，將氣體變換為氫氣300 mL/min，昇溫至350℃並進行60分鐘燒結處理，從而獲得燒結金屬層。其後，將氬氣變換為0.3 L/min並進行冷卻，於50℃以下將燒結金屬層取出至空氣中。將板狀的燒結金屬層自玻璃板剝離，利用砂紙（800號）進行研磨而以10×10 mm² 的尺寸獲得表面平坦的板狀樣品。測定板狀樣品的縱、橫、厚度的尺寸，並測定板狀樣品的重量。根據該些值算出板狀樣品的密度，進而依據下述式算出金屬銅的體積比例。 燒結金屬層中的銅的含量（體積%）=板狀樣品的密度（g/cm³ ）/8.96（g/cm³ ）×100（%）

（3）剖面形態觀察 利用樣品夾持器（樣品夾（Samplklip）I，標樂（Buehler）公司製造）將接合體固定於杯內，於周圍流入環氧注型樹脂（愛坡曼特（epomount），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）直至掩埋樣品整體為止，於真空乾燥器內靜置，進行一分鐘減壓而加以脫泡。其後，於室溫下靜置10小時，將環氧注型樹脂硬化而製備樣品。使用立發鋸•艾克賽爾（Refine Saw Excel）（立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）於矽晶片附近將樣品切斷。利用裝有耐水研磨紙（碳馬克紙（carbon Mac paper），立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）的研磨裝置（立發拋光機（Refine Polisher）HV，立發科技（Refine Tec）股份有限公司製造）使削切面露出至接合體的中央附近。對於經研磨的樣品，將多餘的環氧注型樹脂切除，並製成可利用離子研磨裝置進行加工的尺寸。以CP加工模式使用離子研磨裝置（IM4000，日立高新技術（Hitachi High-technologies）股份有限公司製造），以氬氣流量0.07 cm³ /min～0.1 cm³ /min、處理時間120分鐘的條件，對經尺寸加工的樣品進行剖面加工，從而製成SEM用樣品。利用SEM-EDX裝置（ESEM XL30，飛利浦（Philips）公司製造）以施加電壓15 kV來觀察該SEM用樣品的燒結金屬層剖面。

（4）配向秩序度的算出 利用影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）讀取「（3）剖面形態觀察」中所得的3000倍的SEM圖像。作為SEM圖像，使用映攝有基板或矽晶片與燒結金屬層的接合界面者。按下[T]鍵而顯示出ROI管理器（ROI Manager）視窗，選中顯示全部（Show All）的核取方塊（check box）。自主視窗選擇直線（Straight Line）。於為圖像上的稠密的連續部的直線狀、正方體狀、橢圓體狀的部分，將內包於該部分內的直線中最大長度者設為長徑，將與其正交而內包於該部分的直線中最大長度者設為厚度，此時將長徑的長度為1 μm以上且長徑/厚度之比為4以上者指定為片狀結構。藉由點擊→拖曳而自該片狀結構的剖面的一端至另一端畫線，按下[T]鍵而登錄至ROI管理器（ROI Manager）視窗。不重複地對畫面上的所有片狀結構反覆進行該操作。其中，並未選擇自畫面端伸出而圖像被切斷的片狀結構。接著，按下ROI管理器（ROI Manager）視窗內的測量（Measure）按鈕。所計量的角度顯示於結果（Results）視窗，故藉由[檔案（File）]→[另存為（Save As）]保存於檔案中。於與基板或矽晶片的接合界面相對於圖像而自水平偏移的情況下，以相同的方式計量其角度。利用Microsoft Excel讀取經保存的結果的檔案。於基板或矽晶片與燒結金屬層的界面相對於圖像而自水平偏移的情況下，自所測定的各角度減去接合界面的角度。針對各角度θ求出cos² θ，算出其平均值＜cos² θ＞，代入S=1/2×（3＜cos² θ＞-1）而算出配向秩序度S。 將S為0.83以上的情況設為「有」相對於構件與燒結金屬層的界面而大致平行地配向的片狀結構。

（5）片狀結構的長軸與厚度之比的算出 利用影像（Image）J（美國國立衛生研究所製造）讀取「剖面形態觀察」中所得的5000倍的SEM圖像。自主視窗選擇直線（Straight Line）。藉由點擊→拖曳而自圖像下部的比例（本例中為表示5 μm的比例）的一端至另一端畫線，自主視窗選擇[分析（Analyze）]→[設置比例（Set Scale）]，顯示出設置比例（Set Scale）視窗，於已知距離（Known Distance）：的方塊中輸入「5」，於長度單位（Unit of length）：的方塊中輸入「μm」，並點擊[OK]按鈕。按下[T]鍵而顯示出ROI管理器（ROI Manager）視窗，選中顯示全部（Show All）的核取方塊。藉由與（4）相同的方法來指定片狀結構，並藉由點擊→拖曳而自圖像上的片狀結構的剖面的一端至另一端畫線，按下[T]鍵而登錄至ROI管理器（ROI Manager）視窗。不重複地對畫面上的所有片狀結構反覆進行該操作。並未選擇自畫面端伸出而圖像被切斷的片狀結構。接著，按下ROI管理器（ROI Manager）視窗內的測量（Measure）按鈕。所計量的長度顯示於結果（Results）視窗，故藉由[檔案（File）]→[另存為（Save As）]保存於檔案中。以相同的方式計量圖像上的片狀結構的剖面的厚度方向的長度並保存於檔案中。利用Microsoft Excel讀出經保存的檔案，計算測長結果的平均值。如此，獲得片狀結構的長徑的平均值及片狀結構的厚度的平均值。進而，藉由將片狀結構的長徑的平均值除以板狀結構的厚度的平均值，獲得「片狀結構的長軸方向的數量平均長度與厚度方向的數量平均長度之比」。

（6）去除輕元素後的元素中的銅元素的比例 將「（3）剖面形態觀察」中所得的SEM用樣品安裝於SEM-EDX裝置，於工作距離10 mm以內、點（Spot）：4、施加電壓15 kV、5000倍的條件下以畫面整體成為燒結金屬層的方式設定視野，進行聚焦，並視需要進行恩尼格瑪（enigma）修正。啟動EDX的測定程式「EDX控制（EDX Control）」，按下累計按鈕而進行5分鐘累計。利用測定程式來對所得的光譜進行鑒定（自動）。此時，將輕元素（Li、Be、B、C、N、O）的波峰排除在檢測對象以外。進而，進行基線設定（自動）後，進行組成比的計算而對各成分的組成比加以定量，將銅的比例設為「去除輕元素後的元素中的銅元素的比例」。

（7）導熱係數 使用「（2）金屬銅的體積比例」中製作的板狀樣品，藉由雷射閃光法（LFA467，耐馳（NETZSCH）公司製造）來測定熱擴散係數。根據該熱擴散係數、利用示差掃描熱量測定裝置（DSC8500，珀金埃爾默（PerkinElmer）公司製造）所得的比熱容量、以及「（2）金屬銅的體積比例」中所求出的密度的積，算出25℃下的銀燒結體的導熱係數[W/（m·K）]。

（8）溫度循環連接可靠性試驗 以與「（1）晶片剪切強度」相同的方式，獲得利用燒結金屬層將銅板（19×25×3 mm³ ）與4×8 mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm）接合而成的接合體。於接合體上塗佈接著性提高材（HIMAL，日立化成股份有限公司製造）並進行乾燥後，利用固體密封材（CEL，日立化成股份有限公司製造）加以密封而獲得溫度循環用試驗片。將該溫度循環用試驗片安裝於溫度循環試驗機（TSA-72SE-W，愛斯佩克（Espec）股份有限公司製造），以低溫側：-40℃、15分鐘，室溫：2分鐘，高溫側：200℃、15分鐘，除霜循環：自動，循環數：1000循環的條件實施溫度循環連接可靠性試驗。使用超音波探傷裝置（因賽特（Insight）-300，因賽特（Insight）股份有限公司製造），獲得溫度循環連接可靠性試驗前後的燒結金屬層與基板或晶片的界面的接合狀態的超音波掃描顯微鏡（Scanning Acoustic Tomography，SAT）圖像，並調查有無剝離。將接合部的剝離面積小於20面積%的情況設為良好（○），將接合部的剝離面積為20面積%以上的情況設為不良（×）。

（9）接合體中的片狀結構的含有比例的測定 利用影像（Image）J讀取與（5）中所使用者相同的SEM圖像，選擇[影像（Image）]→[類型（Type）]→[紅綠藍顏色（RGB color）]。接著，藉由[影像（Image）]→[調整（Adjust）]→[顏色閾值（Color Threshold）]調出閾值顏色（Threshold Color）視窗，於閾值顏色（Threshold Color）視窗的亮度（Brightness）的圖表中，使亮度的下限對應於處於分佈曲線的暗色側的拐點，使上限位於明色側100%的位置。其後，按下閾值顏色（Threshold Color）視窗的[選擇（Select）]，選擇SEM圖像中的金屬燒結體部分。於該狀態下按下[分析（Analyze）]→[測量（Measure）]，而算出燒結體部分的剖面積。另一方面，對（5）中所特定的片狀結構的長徑及厚度進行乘法運算，並對該些進行合計，藉此算出片狀結構部分的剖面積。根據{（片狀結構部分的剖面積）/（燒結體部分的剖面積）}×100的式子，算出接合體整體中的片狀結構的含有比例（%）。

（實施例1） 將作為分散媒的α-萜品醇（和光純藥工業股份有限公司製造）5.2 g及異冰片基環己醇（MTPH，日本萜烯化學（Nippon Terpene Chemicals）股份有限公司製造）6.8 g、以及作為次微米銅粒子的CH-0200（三井金屬礦業股份有限公司製造，0.12 μm以上且0.8 μm以下的銅粒子的含量為95質量%）52.8 g於塑膠瓶中混合，利用超音波均質機（US-600，日本精機股份有限公司製造）以19.6 kHz、600 W進行1分鐘處理而獲得分散液。於該分散液中添加作為片狀微米銅粒子的MA-C025（三井金屬礦業股份有限公司製造，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量%）35.2 g，利用刮勺進行攪動直至乾燥粉消失為止。將塑膠瓶塞緊，使用自轉公轉型攪拌裝置（行星式真空攪拌機（Planetry Vacuum Mixer）ARV-310，新基（Thinky）股份有限公司）以2000 rpm攪拌2分鐘，並於減壓下以2000 rpm攪拌2分鐘而獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（實施例2及實施例3） 除了使用表1中記載的投入量以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該些接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（實施例4） 除了使用35.2 g的片狀微米銅粒子3L3（福田金屬箔粉股份有限公司製造，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量%）代替片狀微米銅粒子MA-C025來作為銅粒子以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（實施例5） 除了使用35.2 g的片狀微米銅粒子1110F（三井金屬礦業股份有限公司製造，最大直徑為1 μm以上且20 μm以下的銅粒子的含量為100質量%）代替片狀微米銅粒子MA-C025來作為銅粒子以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（實施例6） 使用與實施例4相同者作為接合用銅糊。使用該接合用銅糊與矽晶片（晶片厚度：600 μm）來製作接合體並進行「（1）晶片剪切強度的測定」，所述矽晶片依序形成有鈦、鎳、金，且3×3 mm² 的被接著面為金。另外，使用4×8 mm² 的被接著面為金的矽晶片（晶片厚度：600 μm）來進行「（8）溫度循環連接可靠性試驗」。

（實施例7） 使用與實施例4相同者作為接合用銅糊。使用該接合用銅糊與矽晶片（晶片厚度：600 μm）來製作接合體並進行「（1）晶片剪切強度的測定」，所述矽晶片依序形成有鈦、鎳、銀，且3×3 mm² 的被接著面為金。另外，使用4×8 mm² 的被接著面為銀的矽晶片（晶片厚度：600 μm）來進行「（8）溫度循環連接可靠性試驗」。

（比較例1） 除了使用35.2 g的類球狀粒子Cu-HWQ 3 μm（霧化粉（atomized powder），福田金屬箔粉股份有限公司製造）代替片狀微米銅粒子MA-C025來作為銅粒子以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（比較例2～比較例5） 除了設為表2中記載的組成以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該些接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（比較例6） 除了使用52.8 g的球狀銅粒子CS-10（50%體積平均粒徑為1 μm，三井金屬礦業股份有限公司製造）代替CH-0200來作為銅粒子以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（比較例7） 於實施例1的接合用銅糊中添加0.88 質量%的乙酸（0.88 g）而獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（比較例8） 除了使用26.4的氧化銅（II）粒子（合成品）及26.4 g的CH-0200代替CH-0200來作為銅粒子以外，以與實施例1相同的方式獲得接合用銅糊。使用該接合用銅糊來製備接合體，並進行各種測定及分析。

（比較例9） 將厚度100 μm的片狀（sheet-like）的高溫鉛焊料（93.5 Pb5Sn1.5Ag，千住金屬工業股份有限公司製造）切斷為3×3 mm² 的尺寸。於銅板（19×25×3 mm³ ）上載置具有3.5×3.5 mm² 的開口的碳製夾具，將經切斷的高溫鉛焊料與3×3 mm² 的被接著面為鎳的矽晶片（晶片厚度：600 μm）依序安裝於碳夾具的開口內。於氫氣烘箱內，在氫氣環境中、最高溫度350℃的條件下進行加熱，藉由高溫鉛焊料將銅板與矽晶片接合而獲得接合樣品。使用該接合樣品進行各種測定及分析。

（比較例10） 秤量作為銀粒子的LM1（特線工業（TOKUSEN KOGYO）股份有限公司製造）75 g與AgC239（福田金屬箔粉工業股份有限公司製造）25 g、作為分散媒的萜品醇（和光純藥工業股份有限公司製造）13.6 g以及作為添加劑的硬脂酸（新日本理化股份有限公司製造）1 g，並加以混合，使用擂潰機進行15分鐘混煉而製作接合用銀糊。將煅烧處理條件設為在空氣中於加熱至110℃的加熱板上保持10分鐘，並於加熱至200℃的加熱板上保持60分鐘，從而製作燒結銀接合樣品，並進行各種測定及分析。

將實施例及比較例中所製備的接合用糊的組成示於表1及表2。另外，將實施例及比較例的測定結果示於表3及表4。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

如實施例的結果所示，於燒結金屬層包含片狀結構、且燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上的情況下，接合體的導熱係數、晶片剪切強度及連接可靠性優異。圖13及圖14中表示實施例1及實施例4的接合體的SEM圖像。可知對於實施例的接合體而言，於銅的燒結體中，由源自銅粒子的燒結銅2將相對於晶片15或晶片16而大致平行地配向的多個具有片狀結構的燒結銅1的間隙緻密地掩埋。可認為：於實施例中，藉由燒結金屬層具有片狀結構而使應力集中得以分散，另外藉由銅粒子彼此牢固且緻密地結合而獲得晶片剪切強度優異的接合體。

另一方面，比較例的接合體的導熱係數、晶片剪切強度、或連接可靠性不優異。圖15～圖18中表示比較例3及比較例6～比較例8的接合體的SEM圖像。根據該些結果可認為，若燒結金屬層中的銅的含量低則空孔3變多，具有片狀結構的燒結銅1間的接合變弱，基板及晶片與燒結金屬層之間的接合變弱，從而接合體的導熱係數、晶片剪切強度、或連接可靠性下降。另外，如圖17及圖18所示，對於比較例7及比較例8的接合體而言，於燒結體中，具有片狀結構的燒結銅1並未相對於基板17或晶片而大致平行地配向，因此應力集中並未分散，可認為該情況亦是接合體的導熱係數、晶片剪切強度、或連接可靠性下降的原因。

使用高溫鉛焊料的比較例9中，雖然晶片剪切強度及連接可靠性良好，但導熱係數低。另外，使用連接用銀糊的比較例10中，雖然導熱係數及晶片剪切強度良好，但連接可靠性不優異。根據該些結果而表明，與使用現有的接合材的接合體相比，本申請案發明的接合體的導熱係數、晶片剪切強度及連接可靠性優異。

1‧‧‧具有片狀結構的燒結銅 2‧‧‧源自銅粒子的燒結銅 3‧‧‧空孔 4‧‧‧燒結金屬層 5‧‧‧第一構件 6‧‧‧第二構件 7a、7b‧‧‧面 8‧‧‧片狀結構的厚度 9‧‧‧片狀結構的長徑 10‧‧‧晶片 11a、11b‧‧‧引線框架 12、27、35‧‧‧線 13‧‧‧模壓樹脂 14‧‧‧半導體元件 15‧‧‧晶片（被接著面:金） 16‧‧‧晶片（被接著面:銀） 17‧‧‧基板 21‧‧‧絕緣基板 22‧‧‧第一電極 23‧‧‧半導體元件 24‧‧‧第二電極 25‧‧‧金屬配線 26‧‧‧第三電極 28‧‧‧銅板 29‧‧‧絕緣體 30‧‧‧塊體 31‧‧‧密封材 32‧‧‧第一導熱構件 33‧‧‧第二導熱構件 34‧‧‧電極 100‧‧‧接合體 110、200、210、220、300、310、320、400‧‧‧半導體裝置

圖1是表示本實施形態的接合體中的燒結金屬層的典型形態的一例的示意剖面圖。 圖2是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的接合體的一例的示意剖面圖。 圖3是圖1的放大圖，且為表示源自片狀的銅粒子的結構的長徑及厚度的測長方法的示意剖面圖。 圖4是表示計量本實施形態的接合體的源自片狀的銅粒子的結構的相對於被接著面的角度θ的方法的示意剖面圖。 圖5是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖6是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖7是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖8是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖9是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖10是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖11是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖12是表示使用本實施形態的接合用銅糊所製造的半導體裝置的一例的示意剖面圖。 圖13是表示實施例1的接合體的剖面的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）圖像。 圖14是表示實施例4的接合體的剖面的SEM圖像。 圖15是表示比較例3的接合體的剖面的SEM圖像。 圖16是表示比較例6的接合體的剖面的SEM圖像。 圖17是表示比較例7的接合體的剖面的SEM圖像。 圖18是表示比較例8的接合體的剖面的SEM圖像。

4‧‧‧燒結金屬層

11a、11b‧‧‧引線框架

12‧‧‧線

13‧‧‧模壓樹脂

14‧‧‧半導體元件

110‧‧‧半導體裝置

Claims (8)

1. 一種接合體，其具備：第一構件、第二構件以及將所述第一構件與所述第二構件接合的燒結金屬層，並且 所述燒結金屬層包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於所述第一構件或所述第二構件與所述燒結金屬層的界面而大致平行地配向， 以所述燒結金屬層的體積為基準，所述燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的接合體，其中所述第一構件及所述第二構件的至少一者於與所述燒結金屬層相接的面中含有選自由銅、鎳、銀、金及鈀所組成的群組中的至少一種金屬。
3. 一種半導體裝置，其具備：第一構件、第二構件以及將所述第一構件與所述第二構件接合的燒結金屬層，所述第一構件及所述第二構件的至少一者為半導體元件，並且 所述燒結金屬層包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於所述第一構件或所述第二構件與所述燒結金屬層的界面而大致平行地配向， 以所述燒結金屬層的體積為基準，所述燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體裝置，其中晶片剪切強度為30 MPa以上。
5. 一種半導體裝置，其具備：第一電極、與所述第一電極電性連接的半導體元件以及經由金屬配線而與所述半導體元件電性連接的第二電極，並且 於所述半導體元件與所述金屬配線之間、以及所述金屬配線與所述第二電極之間具有含有銅的燒結金屬層。
6. 如申請專利範圍第5項所述的半導體裝置，其中所述燒結金屬層與所述金屬配線相接，且包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於所述燒結金屬層與所述金屬配線的界面而大致平行地配向， 以所述燒結金屬層的體積為基準，所述燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。
7. 一種半導體裝置，其具備：第一導熱構件、第二導熱構件以及配置於所述第一導熱構件及所述第二導熱構件之間的半導體元件，並且 於所述第一導熱構件與所述半導體元件之間、以及所述半導體元件與所述第二導熱構件之間中的至少一方具有含有銅的燒結金屬層。
8. 如申請專利範圍第7項所述的半導體裝置，其中所述燒結金屬層與所述第一導熱構件或所述第二導熱構件相接，且包含源自片狀的銅粒子的結構，所述片狀的銅粒子相對於所述第一導熱構件或所述第二導熱構件的界面而大致平行地配向， 以所述燒結金屬層的體積為基準，所述燒結金屬層中的銅的含量為65體積%以上。