[发明专利]复合材料、散热器及半导体装置

说明书

本发明的复合材料包含多个金刚石颗粒、铜以及选自硅、铬、钴、镍、钼、钛、钒、铌、钽、钨及铝中的至少一种的第一元素，上述第一元素相对于上述铜和上述第一元素的合计质量的含有率为50ppm以上且2000ppm以下。

技术领域

本发明涉及复合材料、散热器及半导体装置。本申请要求基于在2020年4月9日提交的日本特愿2020-070227号的日本专利申请的优先权。该日本专利申请中记载的全部记载内容通过参考被本说明书引用。

背景技术

近年来，随着半导体装置的大功率化、高集成化，需要散热器具有更高的导热率。作为散热器的材料之一迄今使用具有高导热率的铜(Cu)。但是，铜虽然具有高导热率，但是与作为代表性的半导体的Si、InP、GaAs相比，热膨胀系数的值大。因此，在将铜与半导体元件接合的情况下，在从接合时的加热温度冷却至室温的过程中，或者随着使用时的热循环，在接合界面附近会产生大的热应力，因此存在无法使用的情况。

因此，迄今使用CuW、CuMo等材料，该材料通过将铜与钨、钼等热膨胀系数低的材料合金化而使热膨胀系数接近半导体。但是，由于除了铜以外的材料为低导热率，所以它们的合金的导热率也降低。

作为能够成为高导热率的散热器的材料，可举出金刚石。金刚石具有1000W/mK以上的高导热率。但是，与半导体元件相比，金刚石的热膨胀系数过小，无法匹配像GaAs这样的热膨胀系数较大的半导体元件。此外，由于金刚石的杨氏模量非常大，达到1050GPa，所以在与半导体元件硬焊时的冷却过程中、或者在使用时的热循环中，在散热器与半导体元件的界面附近产生大的热应力，因此存在无法使用的情况。

因此，作为散热器的材料，正在开发将金刚石与金属复合化的材料(以下也记作“复合材料”)。作为将金刚石与金属复合化的方法，可举出熔浸法、高温超高压烧结法。

熔浸法是指将金刚石颗粒与金属粉末的混合粉末一边加压一边使其熔融凝固来使金刚石颗粒与金属复合化的方法。

在日本特开2004-197153公报(专利文献1)中，作为通过熔浸法得到的复合材料，公开了一种金刚石-金属复合材料，其由金刚石颗粒、在金刚石颗粒的表面形成的反应层以及金属1构成，上述反应层将由选自4a、5a和6a族元素中的一种以上构成的金属2的碳化物作为主成分，上述金属1由选自Ag、Cu、Au、Al、Mg、Zn中的一种以上构成，在通过金属1形成的基质中，具有反应层的各金刚石颗粒被金属1隔开而分散。

高温超高压烧结法是指在高温超高压条件下将金刚石颗粒与金属粉末的混合粉末烧结来使金刚石颗粒与金属复合化的方法。

在日本特开2003-309316号公报(专利文献2)中，作为通过高温超高压烧结法得到的复合材料，公开了将金刚石颗粒作为主成分、剩余部分实质上由铜构成的烧结体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-197153公报；

专利文献2：日本特开2003-309316号公报。

发明内容

本发明的复合材料包含多个金刚石颗粒、铜以及选自硅、铬、钴、镍、钼、钛、钒、铌、钽、钨及铝中的至少一种的第一元素，上述第一元素相对于上述铜和上述第一元素的合计质量的含有率为50ppm以上且2000ppm以下。

本发明的散热器包含上述的复合材料和设置于上述复合材料的表面的至少一部分的金属镀层。

本发明的半导体装置具有上述散热器。

附图说明

图1为示出本发明的复合材料的TEM像的一个例子的图像。

图2为示出对图1的图像进行元素映射分析而得到的元素映射图的图像。