半导体装置的制作方法

本公开涉及使用于各种电子设备的半导体装置。

背景技术：

以下，使用附图对以往的半导体装置进行说明。图5是示出以往的半导体装置的结构的侧视图，在底板1隔着绝缘层2设置有散热片3。在底板1的上表面设置有绝缘体4、绝缘体5。另外，散热片3位于绝缘层2的下方。在绝缘体4的上方设置有汇流条6。进而，在汇流条6的上方安装有半导体元件7。此外，在半导体元件7的上表面连接汇流条8的一个端部。而且，汇流条8从与半导体元件7的接合部分延伸，汇流条8的另一个端部(端部9)向绝缘体5密接配置。汇流条8的端部9与汇流条6的端部10承担作为向外部的连接端子的功能。

另外，作为与本申请的公开相关联的在先技术文献，例如，已知有专利文献1。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007s243157号公报

技术实现要素：

本公开的半导体装置具有：作为导电体的金属层；半导体元件，安装在所述金属层的第一面；第一连接端子，设置在所述半导体元件；第二连接端子，设置在所述半导体元件；第三连接端子，设置在所述半导体元件；第一汇流条，与所述第一连接端子接合；以及第二汇流条，与所述第二连接端子接合。所述半导体元件的第一面与所述金属层的所述第一面接合，在所述半导体元件的第二面配置所述第一连接端子、所述第二连接端子以及所述第三连接端子，所述第一汇流条的一端与所述第一连接端子接合，所述第一汇流条的另一端是输出部，所述第二汇流条的一端与所述第二连接端子接合，所述第二汇流条的另一端与所述金属层接合，所述半导体元件的所述第一面与所述第二汇流条是相同电位。

附图说明

图1是示出本公开的实施方式1中的半导体装置的结构的侧视图。

图2是示出本公开的实施方式1中的半导体装置的结构的俯视图。

图3是示出本公开的实施方式2中的半导体装置的结构的侧视图。

图4是示出本公开的实施方式3中的半导体装置的结构的另一个侧视图。

图5是以往的半导体装置的侧视图。

具体实施方式

在对本公开的实施方式进行说明之前，对以往的半导体装置中的问题进行简单说明。

在参照图5说明的以往的半导体装置中，由于半导体元件7动作而产生的热经由汇流条6和绝缘体4或经由汇流条8和绝缘体5传递到底板1。然而，从半导体元件7向底板1的传热性由于存在绝缘体4、绝缘体5而下降。其结果是，在以往的半导体装置中，具有半导体元件7的散热有可能变得不充分这样的课题。

以下，使用附图对本公开的实施方式进行说明。

另外，在本公开中为了使说明容易理解，使用“上表面”、“下表面”、“上方”、“下方”等表示方向的术语进行说明，但是关于“上表面”、“下表面”、“上方”、“下方”等表示方向的术语，只是表示相对的位置关系，并不限定于此。

(实施方式1)

图1是示出本公开的实施方式1中的半导体装置的结构的侧视图。半导体装置11具有金属层14、半导体元件15、汇流条16以及汇流条17。

金属层14是导电体，在金属层14的上表面安装有半导体元件15。将金属层14的安装有半导体元件15的面表示为安装面14c。在半导体元件15的上表面15c设置有连接端子18、连接端子19、连接端子20。连接端子18与汇流条16的一端16a连接，连接端子19与汇流条17的一端17a连接。

汇流条16的另一端16b是输出部21，汇流条17的另一端17b与金属层14接合。半导体元件15的安装面15d(半导体元件15安装到金属层14的面)与汇流条17是相同电位。

根据以上的结构，在半导体元件15中，在与安装面15d相反侧的上表面15c产生的热(特别是，在连接端子18、连接端子19产生的热)仅经由传热性高的导体通过汇流条16和输出部21向半导体装置11的外部或与半导体元件15另外配置的其它器件(未图示)传递。此外，在半导体元件15的上表面15c产生的热仅经由传热性高的导体通过汇流条17向金属层14传递。而且，半导体元件15的安装面15d与汇流条17被设为相同电位。因此，半导体元件15的安装面15d与金属层14无需电绝缘。半导体元件15的安装面15d和汇流条17与金属层14的接合部17j能够靠近配置。

其结果是，汇流条17能够以短的形状构成，能够降低汇流条17的热阻。半导体元件15的特别是在连接端子19产生的热高效地向金属层14传递，半导体元件15的散热性提高。

另外，半导体元件15不限于绝缘栅双极型晶体管(igbt(insulatedgatebipolartransistor))、mos型场效应型晶体管(mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管))、栅极注入型晶体管(git(gateinjectiontransistor))或硅半导体。也可以使用氮化镓半导体(gan半导体)或碳化硅半导体(sic半导体)等。

以下，对半导体装置11进行详细说明。图2是示出本公开的实施方式中的半导体装置的结构的俯视图。

连接端子18、连接端子19、连接端子20集中设置在半导体元件15的上表面(图1中的上方侧)。此外，半导体元件15通过接合部15j安装在金属层14的一个面(安装面14c)。接合部15j是薄的焊料的层。连接端子18通过接合部18j与汇流条16的一端16a连接，连接端子19通过接合部19j与汇流条17的一端17a连接。汇流条17的另一端17b通过接合部17j与金属层14接合。接合部17j、18j、19j由焊料构成。而且，半导体元件15与汇流条17经由接合部15j、金属层14、以及接合部17j电连接，半导体元件15与汇流条17成为相同电位。

即，本公开的半导体装置11具有作为导电体的金属层14、安装在金属层14的安装面14c的半导体元件15、设置在半导体元件15的连接端子18、19、20、与连接端子18接合的汇流条16、以及与连接端子19接合的汇流条17。而且，半导体元件15的第一面(安装面15d)与金属层14接合，在半导体元件15的第二面(上表面15c)配置有连接端子18、19、20。汇流条16的一端16a与连接端子18接合，汇流条16的另一端16b是输出部。汇流条17的一端17a与连接端子19接合，汇流条17的另一端17b与金属层14接合。而且，半导体元件15的第一面(安装面15d)与汇流条17是相同电位。

另外，半导体元件15与金属层14经由接合部15j接合。汇流条16与连接端子18经由接合部18j接合。汇流条17与连接端子19经由接合部19j接合。汇流条17与金属层14经由接合部17j接合。

换言之，大致相当于发热的区域的连接端子19经由接合部19j、汇流条17以及接合部17j与金属层14电耦合以及热耦合。由接合部19j、汇流条17以及接合部17j构成的传热路径a(在图1用箭头示出)在不经由绝缘物的情况下将金属层14与连接端子19进行结合。一般来说，绝缘物的导热率低，若在传热路径存在绝缘物，则传热路径的热阻会增大。传热路径a仅由导热率高的金属构成。因此，从连接端子19经由汇流条17向金属层14的传热性好，在半导体元件15产生的热高效地通过传热路径a向金属层14和散热体12(参照图3)传递。

此外，连接端子19经由半导体元件15的基板22和接合部15j与金属层14热耦合。基板22与汇流条17相比较，虽然每单位体积的热阻高，但是设置得比汇流条17薄。因此，由基板22和接合部15j构成的传热路径b的热阻也低。因此，从连接端子19经由基板22的向金属层14的传热性好，在半导体元件15产生的热高效地通过传热路径b向金属层14传递。

另一方面，连接端子18经由接合部18j与汇流条16的一端16a连接。如前所述，汇流条16的另一端16b相当于输出部21，连接到半导体装置11的外部或与半导体元件15另外配置的其它器件(未图示)。因此，在半导体元件15产生的热还经由输出部21向半导体元件15的外部释放。

在此，特别是，在半导体装置11以电力控制为目的的情况下，不仅连接端子18、连接端子19中发热增大，而且汇流条16以及汇流条17中的发热也会由于大电流而增大。而且，发热集中在半导体元件15的上表面15c。

与此对应地，如上所述，在半导体装置11存在经由汇流条17进行传热的传热路径a和经由半导体元件15的基板22进行传热的传热路径b。虽然传热路径a与传热路径b相比较具有长的距离，但是全部由金属构成，每单位体积的热阻小，作为传热路径a整体的热阻也小。传热路径b具有不是金属的区域，因此每单位体积的热阻大，但是与传热路径a相比以短的距离构成，因此作为传热路径b整体的热阻小。

通过上述结构，从半导体元件15释放的热以及在汇流条17中产生的热传递到金属层14的区域分散为半导体元件15的安装面15d对置的区域和汇流条17的另一端17b对置的区域。即，半导体元件15中的用于散热的面积扩大，实质上等同于双面冷却，从而散热效率提高。因而，不易产生与半导体元件15的温度上升相伴的应力集中于接合部15j、接合部17j的状况。

此外，在本实施方式中，汇流条17的另一端17b与半导体元件15的安装面15d设为相同电位。换言之，接合部15j与接合部17j通过金属层14电连接。因此，接合部15j与接合部17j能够靠近配置，汇流条17的另一端17b与半导体元件15的安装面15d能够增强热耦合。其结果是，如上所述，在本公开的半导体装置11中，半导体元件15中的用于散热的面积扩大，成为实质上等同于双面冷却的结构。因而，在半导体装置11中，散热效率提高，且温度上升不会偏向于接合部15j和接合部17j中的任一方。进而，因为接合部15j和接合部17j能够靠近配置，所以能够进行半导体装置11的小型化、低面积化。

当然，因为在半导体元件15中发出的热被分散到金属层14中的接合部15j和接合部17j，所以可抑制接合部15j以及接合部17j中的接合可靠性的劣化。关于接合可靠性，根据热被分散这一点，在汇流条16的一端16a的接合部18j中同样可抑制劣化。

在此，金属层14只要是导电性的材质即可，但是优选为导电性和传热性均良好的铜。此外，金属层14也可以由多种金属形成，并在表面实施了镀覆。

在此，可以由氮化镓系晶体管构成半导体元件15。使用了氮化镓系晶体管的半导体元件15具有基板22和氮化物半导体层23。基板22通过接合部15j接合到金属层14。氮化物半导体层23位于基板22的上方，在基板22的下方配置金属层14。

基板22例如可以使用硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板、石墨基板、氧化镓基板、氮化物半导体基板等。特别是，优选使用硅基板。

而且，连接端子18可以设为漏极端子，连接端子19可以设为源极端子，连接端子20可以设为栅极端子。在半导体元件15为氮化镓系晶体管的情况下，如图1所示，漏极端子(连接端子18)、源极端子(连接端子19)、栅极端子(连接端子20)配置在具有大致5～10μm的厚度的氮化物半导体层23的上表面(半导体元件15的上表面15c)。

在氮化镓系晶体管动作时，氮化物半导体层23发热。因此，半导体元件15的上表面15c中的发热变得显著。因此，汇流条16连接到连接端子19，汇流条17连接到连接端子19，向金属层14和半导体元件15的外部进行传热。通过该结构，来自半导体元件15的散热效率提高。

此外，在半导体元件15的氮化物半导体层23中产生的热还经由具有大致200～300μm的厚度的基板22以及接合部15j传递到金属层14。因此，如前面说明的那样，在本公开的半导体装置11中，半导体元件15中的用于散热的面积扩大，实质上等同于双面冷却，从而散热效率提高。

进而，通过使用氮化镓系晶体管，从而形成横向晶体管。因而，能够通过汇流条17容易地使作为基板22的硅基板部和源极端子(连接端子19)为导通状态，能够设为相同电位。即，能够防止栅极端子(连接端子20)的附近处的电场集中。其结果是，可抑制在漏极端子(连接端子18)与源极端子(连接端子19)之间产生大的电位差之后漏极端子与源极端子之间的导通电阻值增大的电流崩塌现象。换言之，可得到后场板效应(backfieldplateeffect)。由此，半导体装置11的动作可靠性提高。

在此，汇流条17的另一端17b经由接合部17j与金属层14连接，半导体元件15经由接合部15j与金属层14连接。而且，该金属层14也可以是形成了给定的布线图案的引线框。

例如，设在连接端子20连接了控制部(未图示)，控制部与连接端子18、连接端子19热绝缘以及电绝缘，且用于对半导体元件15的控制。此时，也可以在形成了给定的布线图案的引线框(金属层14)的一部分安装控制部(未图示)。此时，接合部17j与接合部15j也靠近配置，使得进行电耦合以及热耦合。

通过该结构，连接端子20与控制部(未图示)能够靠近地配置。因此，能够将半导体装置11小型化。此外，因为连接端子20与控制部(未图示)靠近地配置，所以对连接端子20和控制部(未图示)进行连接的控制用导体26变短。因此，对连接端子20和控制部(未图示)进行连接的控制用导体26即使在控制部(未图示)的控制的频率高的情况下也不易受到噪声的影响，且不易向外部辐射噪声。

其结果是，半导体装置11能够包含半导体元件15在内将许多的器件高密度化地进行安装，且动作可靠性提高。

此时，引线框(金属层14)也只要是导电性的材质即可，但是优选为导电性和传热性均良好的铜。此外，金属层14可以由多种金属形成，并在表面实施了镀覆。

进而，可以使汇流条17的通电方向上的截面积大于汇流条16。由此，关于与从半导体元件15发出的热的热传导相关的热阻，汇流条17比汇流条16更小。

使用图2对使汇流条17的通电方向上的截面积大于汇流条16的结构的一个例子进行说明。例如，如图2所示，在俯视下，与汇流条16相比，汇流条17的导电方向上的宽度更宽。在图2所示的半导体装置11中，汇流条17的通电方向上的截面积大于汇流条16。

另外，通过改变厚度方向上的大小，从而汇流条17与汇流条16相比能够更加改变通电方向上的截面积。

在此，因为汇流条16的另一端16b相当于输出部21，因此虽然在此未图示，但是与其它器件连接。此时，通过在使汇流条17的通电方向上的截面积形成得比汇流条16大的基础上与连接端子19和金属层14连接，从而从半导体元件15发出的热的大部分从汇流条17向金属层14传导。因而，可抑制由于大的热量从半导体元件15传递到外部的器件而造成的不良影响。在上述中，通电方向上的截面积成为汇流条16以及汇流条17中的比较对象。关于此，也可以使汇流条17的热传导方向上的截面积大于汇流条16。

此外，从半导体元件15发出的热的大部分从形成得比汇流条16短的汇流条17向金属层14传导。因而，从半导体元件15向半导体元件15的外部的传热特性、以及作为半导体装置11整体的散热特性提高。

(实施方式2)

接着，使用图3对本公开的实施方式2进行说明。

图3是示出本公开的实施方式2中的半导体装置的结构的侧视图。

图3所示的实施方式2的半导体装置11在参照图1进行说明的实施方式1的半导体装置11追加构成了绝缘层13和散热体12。另外，对于与图1所示的半导体装置11同样的结构，标注同一附图标记，有时省略说明。

设置有绝缘层13，使得半导体元件15的安装面15d与绝缘层13的上表面13c相接。进而，设置有散热体12，使得与绝缘层13的下表面13d相接。通过这样的结构，从半导体元件15以及汇流条17向金属层14传递的热高效地向半导体装置11的外部进行散热。

一般来说，绝缘物的导热率低，若在传热路径存在绝缘物，则传热路径的热阻会增大。传热路径a仅由导热率高的金属构成。因此，从连接端子19经由汇流条17向金属层14的传热性好，在半导体元件15中产生的热高效地向金属层14以及散热体12传递。

(实施方式3)

接着，使用图4对本公开的实施方式3进行说明。

图4是示出本公开的实施方式3中的半导体装置的结构的侧视图。

在图4所示的实施方式3的半导体装置11与图3所示的半导体装置11的结构上的不同点仅在于汇流条17。对于其它结构，标注与实施方式2相同的附图标记，有时省略说明。

在图1所示的半导体装置11以及图2所示的半导体装置11中，汇流条17通过使由铜等形成的单个板状或棒状的导体弯曲而形成为钩形。

如图4所示，实施方式3的半导体装置11的汇流条17包括水平汇流条24和垂直汇流条25。水平汇流条24与垂直汇流条25通过接合部17jj连接。水平汇流条24和垂直汇流条25可以形成为呈大致直线状延伸的棒状、板状、柱状或块状。

换言之，连接分别呈直线状延伸的多个导体(水平汇流条24以及垂直汇流条25)来形成汇流条17。

另外，虽然水平汇流条24在图4中在水平方向上延伸且一端17a朝向连接端子19弯曲，但是即使像水平汇流条24那样具有弯曲部，也包含在呈直线状延伸的结构中。

如上所述，在形成汇流条17时，无需进行弯曲。因此，水平汇流条24和垂直汇流条25能够选择任意的截面积，特别是，容易增大截面积。进而，包括水平汇流条24和垂直汇流条25的汇流条17内部不包含与弯曲相伴的应力。因此，即使汇流条17从半导体元件15受热，也不会为了释放应力而变形。因而，接合部17j、17jj、19j不易受到机械应力。作为其结果，接合部17j、17jj、19j能够维持电可靠性、热可靠性、以及机械可靠性。

此外，水平汇流条24和垂直汇流条25无需在通电方向、热传导方向上具有相同的截面积。在水平汇流条24或垂直汇流条25中的任一方中，可以增大或减小截面积。只要通过水平汇流条24或垂直汇流条25中的任一者来调节基于汇流条17的来自半导体元件15的传热特性和从半导体元件15向金属层14的传热特性的平衡即可。因此，能够容易地调整与来自半导体元件15的散热相关的特性。

另外，本公开中的所谓“接合”，包括经由焊料等接合部进行接合的情况。例如，即使在半导体元件15与金属层14通过焊料等接合部15j进行安装而半导体元件15与金属层14未直接相接的情况下，半导体元件15与金属层14也被接合。

根据本公开，在配置于半导体元件15中的与安装面15d相反的面(上表面15c)的电极(连接端子18、连接端子19或连接端子20)产生的热通过半导体元件15以及汇流条17向与半导体元件15的安装面15d相接的金属层14传递。此外，因为半导体元件15的安装部分(安装面15d)与汇流条17被设为相同电位，所以半导体元件15的安装部分(安装面15d)与汇流条17无需被电绝缘。因而，半导体元件15的安装部分和汇流条17与金属层14的接合部分能够靠近配置。其结果是，汇流条17能够以短的形状形成，能够降低热阻。因而，在半导体元件的电极(连接端子18、连接端子19、或连接端子20)产生的热高效地向金属层14传递，半导体元件的散热性提高。

产业上的可利用性

本公开的半导体装置具有如下效果，即，具有高效的散热性，在各种电子设备中是有用的。

附图标记说明

1底板

2绝缘层

3散热片

4、5绝缘体

7半导体元件

6、8、16、17汇流条

9、10端部

11半导体装置

12散热体

13绝缘层

13c上表面

13d下表面

14金属层

14c安装面

15半导体元件

15c上表面

15d安装面

15j、16j、17j、17jj、18j、19j接合部

16a、17a一端

16b、17b另一端

18、19、20连接端子

21输出部

22基板

23氮化物半导体层

24水平汇流条

25垂直汇流条

a、b传热路径。