(57)【要約】【課題】半導体装置の信頼性の向上を図る。【解決手段】融点が異なる２つの半田層（第１半田層２ａ、第２半田層２ｂ）を貼り合わせて２層半田箔（半田箔２）を形成し、この２層半田箔のうち融点が低い半田層をウエハ側にして２層半田箔と半導体ウエハを貼り合わせてステージ上に配置し、２層半田箔と半導体ウエハを、異なる融点の間の温度で加熱・加圧する。これにより、融点が低いウエハ側の半田層のみが溶融して接着材となるため、２層半田箔（半田箔２）を半導体ウエハに貼り付けることができ、さらにダイシングを行って取得した半田箔付きの半導体チップ１を用いて２つの半田層のそれぞれの融点よりも高い温度でダイボンディングを行うことで、２つの半田層が溶融して成る半田材を介して半導体チップ１をダイボンディングできる。【選択図】図１５
2014050871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）主面および前記主面と反対側の裏面を有し、前記主面に複数の半導体素子が形成された半導体ウエハを準備する工程と、
（ｂ）第１半田層と、前記第１半田層に積層された第２半田層とから成る半田箔を準備する工程と、
（ｃ）前記半導体ウエハの前記裏面側に前記半田箔を重ね合わせて、加熱可能な第１ステージ上に配置する工程と、
（ｄ）重ね合わせた前記半導体ウエハと前記半田箔を、前記第１ステージと前記第１ステージに対向して配置された第２ステージとにより加圧および加熱して、前記半導体ウエハと前記半田箔を貼り付ける工程と、
を有し、
前記第２半田層の融点は前記第１半田層の融点より低く、前記（ｃ）工程では、前記第２半田層を前記半導体ウエハ側に配置して前記半導体ウエハと前記半田箔を前記第１ステージ上に配置し、
前記（ｄ）工程では、前記第１半田層の融点と前記第２半田層の融点の間の第１温度で前記半田箔を加熱する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体ウエハの前記裏面は電極である半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２半田層の厚さは、前記半田箔の厚さの５０％以下である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２半田層の厚さは、前記半田箔の厚さの１０〜４０％である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１半田層と前記第２半田層の融点の差は、２０℃以上である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、真空雰囲気で前記加圧および前記加熱を行う半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、水素還元雰囲気で前記加圧および前記加熱を行う半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程では、前記半導体ウエハの主面より広い面積で予備切断された前記半田箔を準備し、前記半導体ウエハの前記裏面側に前記予備切断された前記半田箔を重ね合わせる半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程の後、さらに、
（ｅ）前記半導体ウエハを複数の半導体チップに個片化する工程と、
（ｆ）前記複数の半導体チップの中から１つの半導体チップをピックアップし、前記半導体チップを前記半田箔を介して薄い板状部材上に配置する工程と、
（ｇ）前記第１半田層の融点より高い第２温度で前記半田箔を加熱して、前記半田箔が溶融されて成る半田材を介して前記半導体チップを前記板状部材に接合する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、例えばダイボンド材として半田材を用いた半導体装置の組み立てに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子と接合するサブマウント基板において、半田層に組成分布を設け、基板の表面側（半導体素子と接合する側）の融点を裏面側の融点よりも低くした構造が、例えば特開２００６−２８６９４５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
また、半導体装置の製造方法において、半導体ウエハとこの半導体ウエハの裏面のメタル部側に配置されたはんだ材とを真空圧着装置のステージ上に用意し、さらに真空圧着装置の金型部を閉じて真空引きを行い、真空引きの終了後に前記はんだ材の融点以下の温度で圧着を行う工程が、例えば特開２００１−１７６８９０号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８６９４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７６８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置において、半導体チップの裏面を電極として用いる場合、ダイボンド材として導電材である半田材が採用されるものがある。
【０００６】
例えばリードフレームを用いて組み立てられるフレームタイプの上記半導体装置において、半導体チップをダイパッドに接着させる際は、まず、ワイヤ状あるいはリボン状の半田を適量繰り出して、予め半田の融点より高い温度に加熱したダイパッド（板状部材）上に塗布し、塗り広げた半田の上に半導体チップを載せる手法が使われている。
【０００７】
しかしながらこの手法は、半田の塗布量や塗布位置のばらつき、半田内の気泡（ボイド）、半田がダイパッドからはみ出る、さらには半導体チップの四隅で半田厚がばらついて、ダイボンディング後の半導体チップが傾く等の不具合が発生しやすい。
【０００８】
これらの不具合を解決する手段として、半導体ウエハの段階でその裏面に半田を事前にコーティングする手法が考案されている。
【０００９】
この事前コーティング手法の一つに、半導体ウエハの裏面に半田箔を貼り付ける手法が知られている。
【００１０】
この手法を用いたのが、特許文献２（特開２００１−１７６８９０号公報）に開示された半導体装置の製造方法である。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載された手法で、半田箔を半導体ウエハの裏面に均一に貼り付けることは困難であるとともに、貼り付け後剥れてしまったり、ダイシング時に剥れて半導体チップが飛び散ったり、さらにダイシングブレードが破損することが考えられる。
【００１２】
すなわち、特許文献２の手法は、半田材の融点以下の温度で半田材を半導体ウエハに圧着するものであり、この場合、半田箔の温度をその融点以上に上げると、半田が固形から液状となることで、半田の粘度が大幅に下がって半導体ウエハの外に流れ出たり、また流れ出なくとも半田箔全体が大きく軟化する。
【００１３】
その結果、半導体ウエハと半田箔を圧着させる熱板の平行度の精度が悪くなったりする。さらに、上記平行板と半導体ウエハの間に介在させる緩衝材の弾性により、半田箔の厚みがばらついてしまう現象が発生する。これらの現象の発生を、特許文献２は、半田材の融点以下の温度で半田材を半導体ウエハに圧着することで抑制するというものである。
【００１４】
ところが、融点以下で圧着させるためには、固体のままの半田箔を半導体ウエハの裏面に相当の圧力を掛けて圧着する必要があり、半導体ウエハの破損につながりやすい。
【００１５】
さらに、上下の熱板（平行板）の平行度、凹凸、また半導体ウエハの厚み、半田の厚みにばらつきがあると、半田箔と半導体ウエハとの面圧がウエハ内でばらつき、面圧が弱いところでは、うまく半田箔が圧着されずに剥れが発生する。逆に強すぎる部位では、半導体ウエハに局部的に大きな圧力が加わり、半導体ウエハの破損やパターンへダメージが発生してしまう。
【００１６】
また、半田が溶けてウエハ裏面のメタル層と合金層を形成するわけではなく、単なる圧着状態のため、接合力を上げる事は難しい。その結果、ダイシング等の外力が加わると半田箔が容易に剥れてしまい、チップ飛散やチップ飛散に起因するダイシングブレードの破損に繋がることがある。
【００１７】
本願において開示される実施の形態の目的は、半導体装置の組み立てにおいて半導体ウエハに半田箔を均一に貼り付けることができる技術を提供することにある。
【００１８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
一実施の形態の半導体装置の製造方法は、第１半田層と上記第１半田層に積層された第２半田層とから成る半田箔を、半導体ウエハの裏面側に重ね合わせてステージ上に配置し、上記第１半田層の融点と上記第２半田層の融点の間の温度で上記半田箔を加熱する。さらに、上記第２半田層の融点は上記第１半田層の融点より低く、上記第２半田層を上記半導体ウエハ側に配置して上記半田箔を加熱する。
【発明の効果】
【００２０】
一実施の形態によれば、例えば半導体ウエハに半田箔を均一に貼り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態の半導体装置の構造の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した構造の一例を示す断面図である。
【図３】図１の半導体装置の組み立て手順の一例を示すフロー図である。
【図４】図１の半導体装置の組み立てで用いられる２層半田箔の構造の一例を示す部分断面図である。
【図５】図４に示す２層半田箔の半導体チップとの接合状態の一例を示す部分断面図である。
【図６】図４に示す２層半田箔の組成の一例を示す組成図である。
【図７】図６の２層半田箔の貼り付け条件の一例を示すウエハ−半田箔温度相関図である。
【図８】図４に示す２層半田箔の組成の変形例を示す組成図である。
【図９】図８の２層半田箔の貼り付け条件の変形例を示すウエハ−半田箔温度相関図である。
【図１０】実施の形態の２層半田箔の製造方法の一例を示す側面図である。
【図１１】図３の組み立て手順（一部）の一例を示すプロセスフロー図である。
【図１２】図３の組み立て手順（一部）の一例を示すプロセスフロー図である。
【図１３】図３の組み立て手順（一部）の一例を示すプロセスフロー図である。
【図１４】図３の組み立て手順（一部）の一例を示すプロセスフロー図である。
【図１５】図３の組み立て手順におけるダイボンディング工程の一例を示す断面図である。
【図１６】図３の組み立て手順における半田箔貼り付け工程の一例を示すプロセスフロー図である。
【図１７】実施の形態の半田箔貼り付け工程における加熱・加圧方法の一例を示す斜視図である。
【図１８】図１７の加圧方法の一例を示す断面図である。
【図１９】実施の形態の半田箔貼り付け工程の一例を示す概念図である。
【図２０】実施の形態の半田箔貼り付け工程の一例を示す概念図である。
【図２１】実施の形態の半田箔貼り付け工程のタイムチャートの一例を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２３】
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
【００２４】
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
【００２５】
また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２６】
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。
【００２７】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２８】
（実施の形態）
図１は実施の形態の半導体装置の構造の一例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した構造の一例を示す断面図である。
【００２９】
図１、図２に示す本実施の形態の半導体装置は、後述する図１２に示すリードフレーム３を用いて組み立てられるフレームタイプの半導体パッケージ（リード品）であり、本実施の形態では、上記半導体装置の一例として、樹脂封止型のＳＯＰ（Small Outline Package）８を取り上げ、このＳＯＰ８の構造とその製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図１、図２を用いてＳＯＰ８の構造について説明すると、半導体素子（半導体集積回路）１ｄが形成された半導体チップ１と、半導体チップ１の周囲に放射状に配置された複数のインナリード３ｂと、インナリード３ｂと一体に形成された複数のアウタリード３ｃと、半導体チップ１とインナリード３ｂとを電気的に接続する複数のワイヤ７とを有している。
【００３１】
すなわち、図２に示すように、半導体チップ１の表面（主面）１ａの周縁部に形成された複数の電極パッド１ｃと、これらの電極パッド１ｃに対応する複数のインナリード３ｂとが複数のワイヤ７によってそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
さらに、ＳＯＰ８は、半田材からなるダイボンド材２ｃを介して半導体チップ１が固定されるチップ搭載部であるダイパッド（アイランド、タブともいう）３ａと、樹脂封止によって封止用樹脂等から形成され、かつ半導体チップ１とダイパッド３ａと複数のワイヤ７と複数のインナリード３ｂを封止する封止体４とを有している。
【００３３】
また、ＳＯＰ８であるため、複数のインナリード３ｂそれぞれと一体に形成された複数のアウタリード３ｃは、図１に示すように封止体４の側面から外部に向かって相反する２方向に突出しており、各アウタリード３ｃは、図２に示すようにガルウィング状に曲げ成形されている。
【００３４】
なお、ＳＯＰ８はワイヤボンディングタイプであるため、半導体チップ１は、その主面（表面）１ａを上方に向けた状態で、ダイパッド３ａの上面３ａａ上にフェイスアップ実装されている。
【００３５】
すなわち、ダイパッド３ａの上面３ａａと半導体チップ１の裏面１ｂとがダイボンド材（半田材）２ｃを介して接合されている。なお、ＳＯＰ８では、半導体チップ１の裏面１ｂは電極１ｅ（例えば、グランドや電源等の電極）であるため、裏面１ｂと接続されるダイボンド材２ｃとして、導電材である半田材を採用している。
【００３６】
また、半導体チップ１の表面１ａに形成された複数の電極パッド１ｃは、それぞれワイヤ７を介してインナリード３ｂと電気的に接続されており、これによって、半導体チップ１と、インナリード３ｂおよび外部端子となるアウタリード３ｃとが電気的に接続されている。
【００３７】
つまり、複数のワイヤ７のそれぞれの一端は、半導体チップ１の電極パッド１ｃに電気的に接続されており、一方、複数のワイヤ７のそれぞれの他端は、それぞれのワイヤ７に対応するインナリード３ｂに電気的に接続されている。
【００３８】
なお、複数のワイヤ７は、例えば、金（Ａｕ）ワイヤや銅（Ｃｕ）ワイヤである。
【００３９】
また、インナリード３ｂ、アウタリード３ｃおよびダイパッド３ａは、例えば銅合金や鉄−ニッケル合金等から成る薄板状の部材によって形成され、さらに封止体４は、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂等から成り、樹脂封止工程で形成されたものである。したがって、封止体４は、インナリード３ｂやダイパッド３ａおよびダイボンド材２ｃ、さらに半導体チップ１および複数のワイヤ７を封止している。
【００４０】
次に、本実施の形態の半導体装置（ＳＯＰ８）の組み立て手順を、図３に示す製造フロー図に沿って説明する。
【００４１】
図３は図１の半導体装置の組み立て手順の一例を示すフロー図、図４は図１の半導体装置の組み立てで用いられる２層半田箔の構造の一例を示す部分断面図、図５は図４に示す２層半田箔の半導体チップとの接合状態の一例を示す部分断面図、図６は図４に示す２層半田箔の組成の一例を示す組成図、図７は図６の２層半田箔の貼り付け条件の一例を示すウエハ−半田箔温度相関図である。また、図８は図４に示す２層半田箔の組成の変形例を示す組成図、図９は図８の２層半田箔の貼り付け条件の変形例を示すウエハ−半田箔温度相関図、図１０は実施の形態の２層半田箔の製造方法の一例を示す側面図である。
【００４２】
まず、図３のステップＳ１に示す半田箔貼り付けを行う。ここで、本実施の形態の上記ＳＯＰ８は、ダイパッド３ａに半導体チップ１を固定するダイボンド材２ｃとして、半田材が用いられたものであり、溶融前（ダイボンディング前）の上記半田材（ダイボンド材２ｃ）が、図４に示すような２層構造の半田箔（２層半田箔）２となっている。
【００４３】
すなわち、図５に示すような２層構造の半田箔２が裏面１ｂに貼り付けられた半導体チップ１を取得して（形成して）、この半導体チップ１をダイボンディングしてＳＯＰ８を組み立てるものである。
【００４４】
さらに、本実施の形態のＳＯＰ８では、後述する図１１に示すように、半導体ウエハ１１の段階でその裏面１１ｂに２層構造の半田箔２を貼り付け、その後、ダイシングを行って、２層構造の半田箔２が裏面１ｂに貼り付けられた半導体チップ１を取得して組み立てを行うものである。
【００４５】
ここで、本実施の形態でダイボンド材２ｃとして用いられる２層構造の半田箔２について説明する。
【００４６】
図４に示すように２層構造の半田箔２は、メイン層となる第１半田層２ａと、コート層となる第２半田層２ｂとから構成される。第１半田層２ａは、図５に示す半導体チップ１を接着するダイボンディング用の半田であり、したがって、チップ接着用として要求される特性を有した半田層である。一方、第２半田層２ｂは、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂに溶着可能な特性を有した半田層である。
【００４７】
本実施の形態の半田箔２では、第２半田層２ｂの融点（固相点）は、第１半田層２ａの融点（固相点）より低く、第２半田層２ｂの融点（固相点）＜第１半田層２ａの融点（固相点）の関係となっている。
【００４８】
そこで、２層構造の半田箔２を半導体ウエハ１１の裏面１１ｂに貼り付ける際には、半導体ウエハ１１側に融点が低い第２半田層２ｂを配置し、この状態で第２半田層２ｂの融点と第１半田層２ａの融点の間の高さの第１温度で加熱することで、この第１温度より融点が低い第２半田層２ｂのみが溶融し、この第２半田層２ｂを接着材として半田箔２を半導体ウエハ１１に貼り付けることができる。
【００４９】
すなわち、異なる融点（固相点）の２種類の半田箔材（第１半田層２ａと第２半田層２ｂ）を貼り合わせて圧延して形成した半田箔２を使用し、２層のうちの低融点側の第２半田層２ｂを半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ側に配置し、第１半田層２ａの融点と第２半田層２ｂの融点の間の高さの温度（第１温度）で加圧することで半導体ウエハ１１に半田箔２を接着する。
【００５０】
これにより、融点が低い方の第２半田層２ｂが接着材となって、図５に示すように半田箔２を半導体チップ１（半導体ウエハ１１）に貼り付けることができる。さらに、後述するダイボンディング工程では、２層構造の半田箔２が貼り付けられた半導体ウエハ１１からダイシングを行って取得した半導体チップ１を用い、後述する図１５に示すように、ダイパッド３ａ上に２層構造の半田箔２を介して半導体チップ１を配置した後、第１半田層２ａの融点より高い第２温度で半田箔２を溶融することで、ダイパッド３ａに半導体チップ１を固定する。
【００５１】
ここで、図６は、第１半田層２ａと第２半田層２ｂのそれぞれの組成と融点（固相点）の一例を示すものであり、この組み合わせの場合、第１半田層２ａの融点が２９９℃であり、第２半田層２ｂの融点が２５０℃である。
【００５２】
図７は、図６のそれぞれの半田から成る半田箔２を半導体ウエハ１１に接着させた際の接着状態（○、△、×）を温度ごとに評価したものであり、２６０〜２９５℃の範囲で接着状態良好（○）という結果が得られた。したがって、図６に示す半田層の組み合わせから成る半田箔２の場合には、半導体ウエハ１１への接着条件の温度範囲を２６０〜２９５℃の範囲に設定すればよい。
【００５３】
つまり、第１半田層２ａと第２半田層２ｂの融点の差が大きければ半導体ウエハ１１への接着条件（加熱条件）の温度範囲の幅も大きくできる。
【００５４】
ただし、第１半田層２ａと第２半田層２ｂの融点の温度差が大き過ぎる（組成の違いが大きい）と、ダイボンディング時に第１半田層２ａと第２半田層２ｂが再溶融して混ざり合った際に、組成の混合が均一になり難く、所謂偏析が起きたり、あるいは融点の変化が大きくなってしまうことがある。したがって、第１半田層２ａと第２半田層２ｂの融点の温度差は大き過ぎない方が好ましい。
【００５５】
そこで、図８は、融点（固相点）２９９℃の第１半田層２ａと、融点（固相点）２７５℃の第２半田層２ｂとで、融点の温度差が２４℃の場合を取り上げた例であり、図９に示すように、２７５〜２９９℃の範囲において、半導体ウエハ１１への接着条件（加熱条件）の温度範囲として、マージンも含めて２９０±５℃（２８５〜２９５℃、Ａ部斜線領域）を設定することができる。なお、温度の条件幅として、±５℃を確保できていれば、量産性に対して問題なしと判断できる。
【００５６】
したがって、図８に示す第１半田層２ａと第２半田層２ｂから成る半田箔２の場合には、半導体ウエハ１１への接着条件の温度範囲を２９０±５℃とすることが好ましい。
【００５７】
なお、半田箔２を半導体ウエハ１１に接着する際に用いられる熱圧着装置の熱板の温度ばらつき（±５℃程度）とマージンを考慮すると、第１半田層２ａと第２半田層２ｂの融点の差（温度差）は、少なくとも２０℃以上であることが望ましい。さらに本実施の形態の半田箔２では、図７および図９の結果より、第２半田層２ｂの融点が第１半田層２ａの融点より２４、２５℃程度低い組み合わせの場合が最適である。
【００５８】
また、図４に示す半田箔２の厚さ（Ｔ１）は、例えば５０μｍである。これは、第１半田層２ａと第２半田層２ｂを重ね合わせて圧延して半田箔２を形成する際に所望の厚さにするものであり、圧延時に５０μｍとするものである。本実施の形態では、チップダイボンド時の厚さと同じ５０μｍとしている。
【００５９】
なお、２種類の半田箔材の厚さの割合は、重ね合わせ前の厚さの比率で確定される。本実施の形態の半田箔２では、その半田箔２の厚さ（Ｔ１）に対し、第２半田層２ｂの厚さ（Ｔ２）を１０〜６０％まで評価し、その結果、１０〜４０％程度が最適との結果を得た。例えば半田箔２の厚さ（Ｔ１）がＴ１＝５０μｍの場合、第２半田層２ｂの厚さ（Ｔ２）は、Ｔ２＝５〜２０μｍが最適となる。
【００６０】
ただし、条件等によって２種類の半田の最適な厚さの比率は異なるため、圧着後の均一な厚さを確保するためには、第２半田層２ｂの厚さ（Ｔ２）が半田箔２の厚さ（Ｔ１）の５０％以下、好ましくは半田箔２の厚さ（Ｔ１）の１０〜４０％である。
【００６１】
また、図１０は、２種類の半田箔材の貼り合わせ方法の一例を示すものであり、第１リール５から引き出した半田箔材である第１半田層２ａと、第２リール６から引き出した半田箔材である第２半田層２ｂとを複数のローラ１０によって貼り合わせ、および圧延して半田箔２を形成し、最後に巻き取りリール９に巻き取る。
【００６２】
これにより、半田箔２の形成完了となる。
【００６３】
その後、図１１のステップＳ１（図３のステップＳ１）の半田箔貼り付けを行う。すなわち、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂへの半田箔２の貼り付けを行う。
【００６４】
ここでは、まず、主面１１ａおよびこの主面１１ａと反対側の裏面１１ｂを有し、かつ主面１１ａに複数の半導体素子１ｄ（図２参照）が形成された半導体ウエハ１１を準備する。本実施の形態で用いられる半導体ウエハ１１の裏面１１ｂは、例えばグランドや電源等の電極１ｅ（図５参照）となっている。
【００６５】
一方、第１半田層２ａと、この第１半田層２ａに積層された第２半田層２ｂとから成る半田箔２を準備する。その際、第２半田層２ｂの融点は第１半田層２ａの融点より低い。例えば、半導体ウエハ１１との接着材の役目を成す第２半田層２ｂの融点（固相点）は、２７５℃であり、ダイボンディング時に接着材となる第１半田層２ａの融点（固相点）は、２９９℃である。
【００６６】
その後、図１７および図１８に示すように、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ側に半田箔２を重ね合わせて、加熱可能な下熱板（第１ステージ）１７上に半導体ウエハ１１と半田箔２とを配置する。その際、図１８に示すように第２半田層２ｂを半導体ウエハ１１側に配置して半田箔２を下熱板１７上に搭載する。
【００６７】
なお、下熱板１７上に半導体ウエハ１１と半田箔２を重ねて配置する方法としては、図１７に示すように、予めウエハサイズと同サイズに円形に切断した半田箔２を準備し、この半田箔２と半導体ウエハ１１とを下熱板１７上に別々に重ねて配置してもよい。あるいは、図１６に示すように、半田箔２を予めウエハサイズより大きめにカットしておき、その後、半田箔２を半導体ウエハ１１に貼り合わせてから同サイズに切断し、この状態の半導体ウエハ１１を下熱板１７上に配置してもよい。
【００６８】
ここで、図１６に示す予め半田箔２をウエハサイズより大きめにカットしておく方法について説明する。すなわち、予め半導体ウエハ１１の主面１１ａより広い面積で予備切断された半田箔２を準備し、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ（図１８参照）に上記予備切断された半田箔２を重ね合わせる。この時、まず、図１６のステップＳ１−１の半田箔引き出しに示すように、巻き取り治具（または図１０の巻き取りリール９）１２に巻き取られた半田箔２を引き出し、半導体ウエハ１１の主面１１ａより広い面積で予め半田箔２を予備切断（プリカット）する。すなわち、巻き取り治具１２から引き出した半田箔２を、予めウエハサイズより大きめにカット（切断）しておく。
【００６９】
その後、ステップＳ１−２の半田箔配置のように、上記予備切断された半田箔２上に半導体ウエハ１１を配置する。この時、図１８に示すように、第２半田層２ｂが半導体ウエハ１１側に位置するように半田箔２を配置する。
【００７０】
その後、ステップＳ１−３の半田箔貼り合わせのように、表裏を反転させた後、半導体ウエハ１１に半田箔２を貼り合わせる。
【００７１】
その後、ステップＳ１−４の半田箔カットのように、ローラカッター１３等で半田箔２の不用部分を切断除去する。これにより、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ側に半田箔２が貼り合わされた状態となる。
【００７２】
なお、ステップＳ１−３で半導体ウエハ１１の裏面１１ｂに半田箔２を配置した際に、半田箔２上から小さな圧力を印加する程度で、ローラカッター１３等を使用することなく、半田箔２の不用部分を容易に剥がして除去することも可能である。
【００７３】
このように、半田箔２を予めウエハサイズより大きめに切断してから、半導体ウエハ１１に貼り合わせ、その後、ウエハと同サイズに切断することにより、貼り合わせ時の半田箔２と半導体ウエハ１１の位置決めを容易に行うことができる。また、ローラカッター１３等の切断用治具を用いることなく、半田箔２の切り代（不用部分）を容易に剥がし取ることもできる。ただし、ローラカッター１３等を用いて切断を行ってもよいことは言うまでもない。
【００７４】
なお、図１７および図１８に示すように、下熱板（第１ステージ）１７と上熱板（第２ステージ）１８との間には、緩衝材１５や押し板１６が配置されている。本実施の形態においては、図１８に示すように、下熱板１７上にステンレス鋼等から成る押し板１６が配置され、その上（半田箔２の下方）に下側の緩衝材１５が配置され、一方、半導体ウエハ１１の上方に上側の緩衝材１５が配置されている。
【００７５】
すなわち、半導体ウエハ１１と半田箔２は、下側の緩衝材１５と上側の緩衝材１５によって挟まれた状態で上下から加圧される。なお、緩衝材１５は、例えばポリイミドテープ等である。
【００７６】
このように、半導体ウエハ１１と半田箔２が緩衝材１５によって挟まれた状態で加圧されることにより、半導体ウエハ１１と半田箔２とに傷が付くことを低減または防止できる。
【００７７】
次に、半導体ウエハ１１と半田箔２に対して加熱・圧着を行う図１９に示す熱圧着装置１４について説明する。
【００７８】
熱圧着装置１４は、内部で熱圧着処理が行われるチャンバ１９と、チャンバ１９を支持する装置架台２１と、チャンバ１９に連通して設けられ、かつチャンバ１９内を真空排気する真空ポンプ２０と、チャンバ１９内に設けられ、かつワーク（例えば半導体ウエハ１１）が配置される下熱板１７および上熱板１８とを備えている。
【００７９】
また、チャンバ１９は、一対を成す下チャンバ１９ａおよび上チャンバ１９ｂから成り、下チャンバ１９ａと上チャンバ１９ｂが開閉自在に設けられている。これにより、ワークの搬入・取り出しを行う際には開いた状態とし、熱圧着処理を行う際には閉じて処理室を形成可能になっている。
【００８０】
さらに、下チャンバ１９ａと上チャンバ１９ｂが閉じて密閉空間を形成した状態で、真空ポンプ２０によって真空排気を行うことでチャンバ１９内に真空雰囲気を形成することができる。
【００８１】
また、チャンバ１９内に対向して設けられた一対の下熱板１７および上熱板１８によって、下熱板１７上に配置されたワークを加熱および加圧（熱圧着）可能な構造となっている。
【００８２】
次に、熱圧着装置１４を用いた半田箔２の加熱・圧着方法について説明する。
【００８３】
まず、図１９のＳ１−５に示すワークセットを行う。ワークセット工程では、上チャンバ１９ｂを上昇させてチャンバ１９を開状態とする。
【００８４】
この状態で、重ね合わせた半導体ウエハ１１と半田箔２（図１８参照）を下チャンバ１９ａ内に設けられた下熱板１７上に配置する。本実施の形態では、図１８に示すように、下熱板１７上に設けられた押し板１６の上の緩衝材１５上に、半田箔２が貼り合わされた半導体ウエハ１１を配置する。
【００８５】
その後、図１９および図２１に示すように、上チャンバ１９ｂを下降させ、これにより、下チャンバ１９ａと上チャンバ１９ｂを閉じてチャンバ１９の密閉状態を形成するとともに、真空ポンプ２０によってチャンバ１９内の減圧（脱気、真空排気）を開始する。すなわち、図１９のステップＳ１−６の脱気を開始する。
【００８６】
この減圧により、チャンバ１９内の圧力が１０００Ｐａ以下となるように減圧する。
【００８７】
つまり、図２１に示すように減圧はチャンバ１９内の圧力（真空度）が１０００Ｐａより小さくなるまで続け、１０００Ｐａを完全に下回ったらその時点の圧力を維持してチャンバ１９内に真空雰囲気を形成し、この真空雰囲気で加圧および加熱を行う。
【００８８】
ここでは減圧によってチャンバ１９内の圧力が１０００Ｐａに到達した時点から所定の真空待機時間（Ｔ３）を経た後、加圧動作を行う。つまり、図１８および図２０のステップＳ１−７に示す加圧を行う。
【００８９】
本加圧工程では、半導体ウエハ１１と半田箔２を、下熱板１７とこの下熱板１７に対向して配置された上熱板１８とによって加圧および加熱することで、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ側に半田箔２を貼り付ける（接着する）。
【００９０】
その際、図１８に示すように、上熱板１８の加圧面には緩衝材１５が配置されており、したがって、加圧時には半導体ウエハ１１上にも緩衝材１５が配置された状態となり、半導体ウエハ１１と半田箔２が、その上側と下側で緩衝材１５によって挟まれた状態で加圧が行われる。
【００９１】
これにより、加圧時に、半導体ウエハ１１と半田箔２とに傷が付くことを低減または防止できる。
【００９２】
また、本加圧工程では、第１半田層２ａと第２半田層２ｂとから成る半田箔２において、第１半田層２ａの融点と第２半田層２ｂの融点の間の高さの第１温度で半田箔２と半導体ウエハ１１を加熱する。
【００９３】
例えば、図８に示す融点（固相点）２９９℃の第１半田層２ａと、融点（固相点）２７５℃の第２半田層２ｂからなる半田箔２を採用した場合、半田箔２の半導体ウエハ１１への接着条件の温度範囲を２９０±５℃とすることが好ましく、この範囲の温度（第１温度）で下熱板１７と上熱板１８とから加熱を行う。
【００９４】
これにより、２９０±５℃の範囲の第１温度で加熱すると、２９０±５℃より融点が低い第２半田層２ｂは溶融して接着材（半導体ウエハ１１に半田箔２を貼り付ける際の接着材）となるが、２９０±５℃より融点が高い第１半田層２ａは溶融することなくそのまま残る。
【００９５】
この状態で図２１に示す所定の加圧時間（Ｔ４）の加圧を行い、さらに加熱を行う。
【００９６】
所定の加圧時間（Ｔ４）の経過後、熱圧着装置１４において下熱板１７と上熱板１８による加圧を停止して減圧にするとともに、真空ポンプ２０によるチャンバ１９内の脱気（真空排気）を停止する（真空ブレイク、大気開放）。
【００９７】
以上により、溶融した第２半田層２ｂを接着材として、図１１に示すように、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂに第２半田層２ｂを介して第１半田層２ａ（半田箔２）を貼り付ける（接着する）ことができる。
【００９８】
その後、図２１に示すように上チャンバ１９ｂを上昇させ、図２０のステップＳ１−８に示すワーク取り出しを行って、加圧・加熱工程を完了する。
【００９９】
なお、本加圧工程では、熱圧着装置１４のチャンバ１９内の雰囲気を水素還元雰囲気として加圧および加熱を行ってもよい。すなわち、チャンバ１９内の脱気は行わず、その代わりとして、例えば窒素９０％＋水素１０％の雰囲気（水素還元雰囲気）をチャンバ１９内に形成し、この雰囲気で半田箔２の半導体ウエハ１１への接着（熱圧着）を行うものである。
【０１００】
このように水素還元雰囲気で半田箔２の加圧・加熱を行うことにより、半田層の酸化膜を除去することができ、第１半田層２ａと第２半田層２ｂのそれぞれの濡れ性を向上させることができる。
【０１０１】
これにより、半田箔２と半導体ウエハ１１の接着の安定化を図ることができる。
【０１０２】
半田箔貼り付け工程終了後、図３のステップＳ２のダイシングテープ貼り付けを行う。ここでは、図１１のステップＳ２に示すダイシングテープ貼り付けを行う。つまり、半導体ウエハ１１の裏面１１ｂ側の半田箔２の下面にダイシングテープ２２を貼り付ける。
【０１０３】
その後、図３のステップＳ３および図１１のステップＳ３に示すダイシングを行う。ダイシング工程では、半導体ウエハ１１を複数の半導体チップ１に個片化する。その際、ダイシングテープ２２によって半導体ウエハ１１を支持した状態で、ダイシングブレード２３を走行させて半導体ウエハ１１を複数の半導体チップ１に個片化する。
【０１０４】
その後、図３のステップＳ２１および図１２のステップＳ２１に示すリードフレーム準備を行う。ここでは、図１２に示すようなダイパッド（板状部材）３ａや複数のインナリード３ｂおよびアウタリード３ｃを備えたリードフレーム３を準備する。
【０１０５】
その後、図３のステップＳ４および図１２のステップＳ４に示すダイボンディングを行う。本実施の形態のダイボンディング工程では、まず、ダイシング済み（図１１のステップＳ３）のダイシングテープ２２上の複数の半導体チップ１の中から１つの半導体チップ１をピックアップし、図１５のステップＳ４−１に示すダイボンディング用の半導体チップ１を準備する。なお、半導体チップ１の裏面１ｂは、例えばグランドや電源等の電極１ｅとなっている。
【０１０６】
その後、図１５のステップＳ４−２に示すダイボンディング（チップ搭載）を行う。ここでは、半田箔２が裏面１ｂに貼り付けられた半導体チップ１を、半田箔２を介してダイパッド（薄い板状部材）３ａ上に配置する。
【０１０７】
この時、ダイパッド３ａは第１半田層２ａの融点（２９９℃）より高い第２温度で加熱されている。この第２温度は、ダイボンディング温度であり、例えば３６０℃である。
【０１０８】
これにより、図１５のステップ４−３の半田溶融に示すように、ダイパッド３ａ上の半田箔２（第１半田層２ａ）を加熱して、半田箔２が溶融されて成るダイボンド材（半田材）２ｃを介して半導体チップ１をダイパッド（板状部材）３ａに接合する。その際、半田箔２の第１半田層２ａの融点は２９９℃であり、第２半田層２ｂの融点は２７５℃であるため、ダイボンド温度（第２温度）３６０℃によって、両半田材（第１半田層２ａと第２半田層２ｂ）とも溶融し、両半田層が混ざり合う。
【０１０９】
その結果、組成も均一化され、混ざり合った後の半田材の融点は、第１半田層２ａの融点と第２半田層２ｂの融点の間の高さの温度となる。
【０１１０】
このようにダイボンディング温度（第２温度）：３６０℃で加熱することにより、第１半田層２ａと第２半田層２ｂが溶融して組成が混ざり合い、ダイボンド材２ｃとなって半導体チップ１をダイパッド３ａに接合することができる。なお、半導体チップ１の裏面１ｂが、グランドや電源等の電極１ｅとなっている場合であっても、ダイボンド材２ｃが導電性の半田材であるため、チップ裏面の電極１ｅとダイパッド３ａをダイボンド材２ｃを介して電気的に接続することができ、グランドや電源の安定化を図ることができる。
【０１１１】
なお、図６に示す組成の第１半田層２ａと第２半田層２ｂとからなる半田箔２を採用した場合であっても図８に示す半田材の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
ダイボンディング完了後、図３のステップＳ５および図１３のステップＳ５に示すワイヤボンディングを行う。ここでは、半導体チップ１の電極パッド１ｃ（図２参照）と、これに対応するインナリード３ｂとをワイヤ７によって電気的に接続する。
【０１１３】
ワイヤボンディング完了後、図３のステップＳ６および図１３のステップＳ６に示す樹脂封入を行う。すなわち、半導体チップ１、ダイパッド３ａ、複数のインナリード３ｂおよびワイヤ７を封止用樹脂によって封入し、封止体４を形成する。
【０１１４】
樹脂封入完了後、図３のステップＳ７に示すポストキュアを行う。すなわち、樹脂封入工程で形成した封止体４を熱処理して硬化させる。
【０１１５】
ポストキュア完了後、図３のステップＳ８に示すバリ取り・外装めっきを行う。すなわち、樹脂封入工程等で形成されたレジンバリ等を除去するとともに、アウタリード３ｃ等に対して外装めっきを施す。
【０１１６】
バリ取り・外装めっき完了後、図３のステップＳ９および図１４のステップＳ９に示す個片分離を行う。すなわち、リードフレーム３から複数のアウタリード３ｃのそれぞれを切断・分離するとともに、各アウタリード３ｃの曲げ成形を行う。本実施の形態では、各アウタリード３ｃをガルウィング状に曲げ成形する。
【０１１７】
個片分離後、図３のステップＳ１０に示す特性選別を行う。すなわち、組み立てられたＳＯＰ８に対して電気的特性検査を行い、良品・不良品の判別を行う。
【０１１８】
特性選別後、良品と判定されたＳＯＰ８に対してステップＳ１１の捺印を行う。ここでは、例えば封止体４の表面に製品の型番等の情報をマーク（捺印）する。
【０１１９】
捺印後、図３のステップＳ１２に示すテーピングを行い、さらにステップＳ１３に示す梱包・出荷を行う。
【０１２０】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、融点が異なる２つの半田層（第１半田層２ａ、第２半田層２ｂ）を貼り合わせて２層半田箔（半田箔２）を形成し、この２層半田箔のうち融点が低い第２半田層２ｂをウエハ側にして上記２層半田箔と半導体ウエハ１１を貼り合わせてステージ（下熱板１７、第１ステージ）上に配置し、２層半田箔（半田箔２）と半導体ウエハ１１を加圧する。そして、異なる上記融点の間の温度（第１温度）で加熱することで、融点が低いウエハ側の第２半田層２ｂのみが溶融して接着材となるため、２層半田箔（半田箔２）を半導体ウエハ１１に貼り付けることができる。
【０１２１】
これにより、溶融していない融点が高い第１半田層２ａが半田形状を保持するため、半導体ウエハ１１の面全体に対して半田箔２を均一に貼り付けることができる。
【０１２２】
その結果、半田材（半田箔２から成る）を介してダイパッド（板状部材）３ａ上に半導体チップ１を搭載（ダイボンディング）した際に、半導体チップ１が傾いて搭載されることを抑制することができる。
【０１２３】
また、溶融していない融点が高い第１半田層２ａが半田形状を保持して、半導体ウエハ１１の面全体に対して均一に半田箔２を貼り付けることができ、したがって、加圧時の半導体ウエハ１１と半田箔２の面圧のばらつきを抑制することができる。さらに、半導体ウエハ１１の損傷の抑制化を図ることができるとともに、ウエハパターンへのダメージの発生を抑制することができる。
【０１２４】
また、融点が低い第１半田層２ａを溶融して接着材として用いるため、半導体ウエハ１１に２層半田箔（半田箔２）を高い接合力で貼り付けることができる。
【０１２５】
これにより、ダイシング等で外力が加わっても容易に剥がれることはなく、チップ飛散やチップ飛散に起因するダイシングブレード２３の破損を抑制することができる。
【０１２６】
また、ダイボンディング時にダイパッド３ａ上に半田材を塗布するのではなく、予め半導体ウエハ１１に半田箔２を貼り付け、その後、ダイシングによって半田箔２が貼り付けられた半導体チップ１を取得してからダイボンディングを行う方法であるため、ダイボンディング工程における半田の流れ出しおよび半田のボイドの発生等を抑制することができる。
【０１２７】
さらに、半田のマウント状態の安定化を図ることができるため、半導体装置の組み立ての品質のばらつきを低減することができ、半導体装置の品質の向上化を図ることができる。
【０１２８】
また、ダイボンディング時には、第１半田層２ａの融点と第２半田層２ｂの融点より高い温度（第２温度）で加熱して２つの半田層を溶融させてダイボンド材（半田材）２ｃとすることにより、ダイボンド温度の設定・管理が容易であり、容易にダイボンディングの管理ができる工法を確立することができる。
【０１２９】
また、ダイボンディングの品質を向上させることができるため、ダイボンディングの出来栄えのばらつきの少ない工法を確立することができる。
【０１３０】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３１】
例えば、上記実施の形態では、半導体装置の一例としてＳＯＰを取り上げて説明したが、上記半導体装置は、ダイボンド材として、融点が異なる２種類の半田層から成る半田箔を用い、予めウエハ段階で半田箔を貼り付けてからダイシングして２層半田箔付きの半導体チップを取得し、かつダイボンディングを行って組み立てられる半導体装置であれば、他の半導体装置であってもよい。すなわち、ＳＯＰ以外のディスクリート品であってもよく、さらにＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package) やＱＦＰ（Quad Flat Package）等の半導体装置であってもよい。
【０１３２】
また、上記半導体装置は、リード品以外の基板品等であってもよく、例えばＢＧＡ（Ball Grid Array)やＬＧＡ（Land Grid Array)等であってもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１  半導体チップ
１ａ  表面（主面）
１ｂ  裏面
１ｃ  電極パッド
１ｄ  半導体素子
１ｅ  電極
２  半田箔
２ａ  第１半田層
２ｂ  第２半田層
２ｃ  ダイボンド材（半田材）
３  リードフレーム
３ａ  ダイパッド（板状部材）
３ａａ  上面
３ｂ  インナリード
３ｃ  アウタリード
４  封止体
５  第１リール
６  第２リール
７  ワイヤ
８  ＳＯＰ（半導体装置）
９  巻き取りリール
１０  ローラ
１１  半導体ウエハ
１１ａ  主面
１１ｂ  裏面
１２  巻き取り治具（巻き取りリール）
１３  ローラカッター
１４  熱圧着装置
１５  緩衝材
１６  押し板
１７  下熱板（第１ステージ）
１８  上熱板（第２ステージ）
１９  チャンバ
１９ａ  下チャンバ
１９ｂ  上チャンバ
２０  真空ポンプ
２１  装置架台
２２  ダイシングテープ
２３  ダイシングブレード
【図１】
2014050871.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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