(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面電極に超音波振動にて接合した第１はんだ及び第２はんだを有する半導体素子と、上記第１はんだを収容する凹部を有する金属板とを、上記第１はんだの一部を上記凹部に収容して配置する工程と、
配置後、上記第２はんだを溶融させ上記半導体素子と上記金属板とをはんだ接合する工程と、を備え、
上記第１はんだは、上記第２はんだの固相線より高い固相線を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
裏面電極に超音波振動にて接合した第１はんだを有する半導体素子と、上記第１はんだを収容する凹部及び超音波振動にて接合した第２はんだを有する金属板とを、上記第１はんだの一部を上記凹部に収容して配置する工程と、
配置後、上記第２はんだを溶融させ上記半導体素子と上記金属板とをはんだ接合する工程と、
を備え、
上記第１はんだは、上記第２はんだの固相線より高い固相線を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記第１はんだは、裏面電極の４箇所以上に接合される、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記半導体素子と上記金属板とをはんだ接合する工程は、第２はんだの固相線以上の温度、かつ、第１はんだの固相線以下の温度で行う、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
裏面電極を有する半導体素子と、
上記裏面電極に超音波振動にて接合される第１はんだと、
上記裏面電極に対向して配置され、上記第１はんだの一部を収容する凹部を有する金属板と、
上記裏面電極又は上記金属板に超音波振動にて接合され、溶融して上記半導体素子と上記金属板とをはんだ接合する第２はんだと、を備え、
上記第１はんだは、上記第２はんだの固相線より高い固相線を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばパワーモジュール等の半導体装置及びその製造方法に関し、特には半導体素子を電極にはんだ接合する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法では、一般的に、半導体素子の裏面電極を電極にはんだ付けする工程と、半導体素子の表面電極を第１導体にはんだ接合する工程と、半導体素子のゲート電極を第２導体に金属ワイヤを用いて接合する工程と、半導体装置を樹脂で封止する工程とを備えている。
特に、半導体素子の裏面電極を電極にはんだ付けする工程では、はんだ付用治具を用いて、電極及び半導体素子の位置決めを行い、リフロー炉にてはんだを加熱溶融し、凝固することにより、半導体素子と電極とをはんだ付けしていた。
【０００３】
また、例えば特許文献１には、以下のような半導体装置の製造方法が開示されている。即ち、カーボン製の治具本体における第一保持部の上面中央部に設けられた凹部に電極を収容し、第二保持部の中央部に設けられた第二開口部に半導体素子及びはんだを収容し、リフロー炉に搬入してはんだ付温度に加熱する。半導体素子を収容した第二保持部の三辺には、熱伸張型位置決部材が収容されており、リフロー炉での加熱により、三つの位置決部材の脚部が第二開口部の内側にはみ出して、つまり伸長して、半導体素子の外周の三辺にそれぞれ当接する。これによって半導体素子が、第二保持部の内周と位置決部材との間で位置決めされる。この状態ではんだを溶融させ、はんだ付けを行う。このようにして電極と半導体素子とを位置精度良くはんだ付けを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の半導体装置製造方法では、はんだ付け用治具を要することから、はんだ付け用治具に電極、はんだ及び半導体素子を配置する工程、並びに、はんだ付け後、半導体素子がはんだ付けされた電極（半導体装置）をはんだ付け用治具から取り出すという工程が生じる。その結果、半導体装置の製造工程が増加し、製造コストが増加するという問題点があった。また、はんだ付け用治具内に配置したはんだは保持されていないため、はんだ付け工程前及びはんだ付け工程時に、はんだが位置ズレするという問題点もあった。さらに、はんだ付け用治具が正常に機能するよう、はんだ付け用治具の洗浄及び状態を確認する必要もあった。
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、半導体素子の裏面電極に関するはんだ付け工程においてはんだ付け用治具を要しない、半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置の製造方法は、裏面電極に超音波振動にて接合した第１はんだ及び第２はんだを有する半導体素子と、上記第１はんだを収容する凹部を有する金属板とを、上記第１はんだの一部を上記凹部に収容して配置する工程と、配置後、上記第２はんだを溶融させ上記半導体素子と上記金属板とをはんだ接合する工程と、を備え、上記第１はんだは、上記第２はんだの固相線より高い固相線を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における半導体装置の製造方法によれば、金属板の凹部に半導体素子の第１はんだの一部を収容して半導体素子と金属板とを第２はんだにて接合することから、はんだ付け用治具を用いることなく、半導体素子の位置決めを行うことができ半導体素子を位置ズレすること無くはんだ付けできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体装置のはんだ付け工程前の概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置のはんだ付け工程後の略略断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程において、第１はんだを超音波振動にて半導体素子に接合する工程を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す半導体装置の製造工程において、第２はんだを超音波振動にて半導体素子に接合する工程を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）から（ｆ）は、図１に示す半導体装置の製造工程において、第１はんだを超音波振動にて半導体素子に接合する工程を説明するための図である。
【図７】図１に示す半導体装置において、第１はんだを超音波振動にて接合した工程後の半導体素子の裏面電極の平面図である。
【図８】（ａ）から（ｆ）は、図１に示す半導体装置の製造工程において、第２はんだを超音波振動にて半導体素子に接合する工程を説明するための図である。
【図９】図１に示す半導体装置において、第２はんだを超音波振動にて接合した工程後の半導体素子の裏面電極の平面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す半導体装置において、金属板に凹部を形成する方法を説明するための図である。
【図１１】図１０にて示す方法にて形成した凹部の概略拡大断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す半導体装置の製造工程において、半導体素子を金属板上に配置する工程を説明するための図である。
【図１３】（ａ）から（ｄ）は、図１に示す半導体装置の製造工程において、はんだ付けする工程を説明するための図である。
【図１４】図１に示す半導体装置において、（ａ）及び（ｂ）は金属板に凹部を形成する変形例１を説明する図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、この方法で形成した凹部を有する金属板への半導体素子のはんだ付け前後の半導体装置を示す図である。
【図１５】図１に示す半導体装置において、（ａ）及び（ｂ）は金属板に凹部を形成する変形例２を説明する図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、この方法で形成した凹部を有する金属板への半導体素子のはんだ付け前後の半導体装置を示す図である。
【図１６】図１に示す半導体装置において、（ａ）及び（ｂ）は金属板に凹部を形成する変形例３を説明する図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、この方法で形成した凹部を有する金属板への半導体素子のはんだ付け前後の半導体装置を示す図である。
【図１７】図１に示す半導体装置の製造工程において、（ａ）から（ｆ）は、変形例４による、第１はんだを超音波振動にて接合する工程を説明する図である。
【図１８】図１に示す半導体装置の製造工程において、（ａ）から（ｆ）は、変形例５による、第２はんだを超音波振動にて接合する工程を説明する図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を説明する図であり、（ａ）は、第２はんだの斜視図であり、（ｂ）から（ｅ）は、第２はんだを超音波振動にて金属板に接合する工程を説明するための図である。
【図２０】図１９に示す製造工程において、（ａ）及び（ｂ）は、第２はんだを有する金属板に半導体素子を配置する工程を説明するための図である。
【図２１】（ａ）から（ｇ）は、本発明の実施の形態３における半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図２２】図２１に示す製造工程にてはんだを形成した半導体ウエハをダイシングした後の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態である半導体装置及びその製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１１】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における半導体装置製造方法によって製造される半導体装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施の形態１における半導体装置１のはんだ付け工程前の概略断面図であり、図２は半導体装置１のはんだ付け工程後の概略断面図である。
本実施の形態１における半導体装置１０１は、半導体素子２と、第１はんだ４と、第２はんだ６と、金属板８とを備えている。
半導体素子２は、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体ウエハに、種々の半導体素子又は半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体ウエハの裏面研削を行い、ダイシングなどによって当該半導体ウエハを各半導体素子２に分離したものである。本実施の形態１では、半導体素子２は、IGBTあるいはMOSFET、ダイオードとして構成可能であり、例えば、SiあるいはSiCで構成されている。また、半導体素子２の上面には表面電極（不図示）が、下面には裏面電極３が構成されており、上記表面電極及び裏面電極３は、金属膜であり、例えばAl/Ti/Ni/Au膜あるいはAlSi/Ti/Ni/Au膜で形成されている。
【００１２】
半導体素子２の裏面電極３には、複数の第１はんだ４及び複数の第２はんだ６が超音波振動にて接合され固定されている。この第１はんだ４及び第２はんだ６は、樽型形状を有しており、その高さ方向における一端側が裏面電極３に接合されている。裏面電極３に接合されていない他端側には、それぞれ第１はんだ４の突起部５が、及び第２はんだ６の突起部７が形成されている。尚、第１はんだ４及び第２はんだ６の高さ方向とは、これらを接合した半導体素子２の厚み方向に一致又は略一致する方向である。
【００１３】
第１はんだ４の直径Ｒ１が第２はんだ６の直径Ｒ２よりも大きいように、第１はんだ４及び第２はんだ６は形成されている。また、第１はんだ４は、その固相線が第２はんだ６の固相線よりも高いはんだで構成されている。例えば第１はんだ４は、合金組成がSn-5Sb (固相線：240℃、液相線243℃)、あるいはSn-10Sb(固相線：245℃、液相線266℃)であり、第２はんだ６は、合金組成が、Sn-3.0Ag-0.5Cu(固相線：217℃、液相線：220℃)、あるいはSn-0.75Cu(固相線：227℃、液相線：229℃)である。
本実施の形態１では、上述のように第１はんだ４及び第２はんだ６は、共にボール状の樽型形状であるが、この形状に限定されず、例えば直方体あるいは立方体であっても良い。
【００１４】
金属板８は、良好な電気伝導率、及び高い熱伝導率を有する金属、例えば銅又は銅合金で構成されており、例えば電極あるいは放熱板に相当する部材である。また金属板８には、複数個の凹部９が形成されている。それぞれの凹部９には、半導体素子２における各第１はんだ４の突起部５側が収容される。図示するように、凹部９は、高さ方向において第１はんだ４の全てを収容せず一部のみを収容する。よって各凹部９は、各第１はんだ４の一部を収容可能なように例えば円柱形状を有している。
このような収容動作により、金属板８に対する半導体素子２の位置決めが可能となる。
【００１５】
後述の製造方法説明で詳しく述べるが、上述のように第１はんだ４と第２はんだ６との固相線の温度差によって、第２はんだ６が溶融するとき、第１はんだ４はスペーサー的な役割を果たし、半導体素子２と金属板８とは第２はんだ６によってはんだ付けされる。このとき、第２はんだ６は、裏面電極３の全面及び金属板８、さらに金属板８の凹部９内に濡れ広がっている。また、第１はんだ４は、第２はんだ６内に収容され、第２はんだ６は第１はんだ４に濡れ広がっている。
図２に示すように、本実施の形態１の半導体装置１０１は、はんだ付け工程後には、半導体素子２と、第１はんだ４と、第２はんだ６と、金属板８とで構成される。
【００１６】
次に、本実施の形態１における半導体装置１０１の製造方法について、図３を参照して説明する。ここで図３は当該製造方法の全体動作を示すフローチャートである。
最初に、半導体素子２の裏面電極３への第１はんだ４及び第２はんだ６の形成動作について、図４から図９を参照して説明する。ここで、図４は半導体素子２への第１はんだ４の形成動作を示すフローチャートであり、図５は半導体素子２への第２はんだ６の形成動作を示すフローチャートであり、図６は図４のフローに対応した、製造装置動作の概略を示す図であり、図８は図５のフローに対応した、製造装置動作の概略を示す図である。
【００１７】
まず、図３のステップＳ１では、半導体素子２の裏面電極３に第１はんだ４を形成し、接合する。この第１はんだ４の形成、接合動作について、図４及び図６を参照して以下に説明する。
図４のステップＳ１１では、図６の（ａ）に示すように、製造装置におけるステージ１０に半導体素子２を、裏面電極３を上にした状態で固定する。ステージ１０への半導体素子２の固定は、後述の超音波振動１４が裏面電極３に対して第１はんだ４及び第２はんだ６に確実に印加されるために行われ、例えば、ステージ１０に接続した吸引装置１０Ａによる半導体素子２の吸引によって行う。
次に、図４のステップＳ１２では、図６の（ｂ）に示すように、製造装置におけるコレット１１により、吸引口１１ａを介して第１はんだ４を吸引保持する。コレット１１には駆動装置１２が接続されており、この駆動装置１２によって、吸引動作、並びに、後述の、移動動作、荷重印加動作、及び超音波振動動作の各動作が行われる。
【００１８】
次に、図４のステップＳ１３では、図６の（ｃ）に示すように、駆動装置１２によってコレット１１に保持された第１はんだ４を半導体素子２の裏面電極３の所定位置に配置する。
次に、図４のステップＳ１４では、図６の（ｄ）に示すように、コレット１１に保持され裏面電極３の所定位置に配置された第１はんだ４に対して、コレット１１の駆動装置１２によって、垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。本実施の形態１では、一例として、荷重１３は４０Ｎ、超音波振動１４は４０ｋＨｚを使用したが、これらに限定されず、第１はんだ４の合金組成、大きさ及び形状に依存して設定することができる。
【００１９】
次に、図４のステップＳ１５では、図６の（ｅ）に示すように、コレット１１で第１はんだ４を吸引した状態で、コレット１１を半導体素子２とは反対側である上方へ引き上げ、コレット１１を第１はんだ４から離脱させる。その際、第１はんだ４に第１はんだ４の突起部５が形成される。コレット１１の離脱を第１はんだ４を吸引した状態で行うことにより、第１はんだ４と裏面電極３との接合が不十分な場合には、コレット１１の吸引口に第１はんだ４が吸引された状態で残留する。このようにすることにより、第１はんだ４の接合状態の良否を判定することができる。
【００２０】
以上のようにして、裏面電極３の規定位置に規定の複数個の第１はんだ４を接合する。本実施の形態１では、例えば図７に示すように、方形状の裏面電極３の四隅部分にそれぞれ１個ずつ計４個の第１はんだ４を接合したが、第１はんだ４の個数はこれに限定されず、３個以上であればよい。３個以上とすることで、スペーサーとしての作用に加えて半導体素子２の傾きを防止することもできる。
また、裏面電極３に対する第１はんだ４の接合強度は、本実施の形態１では、例えば５Ｎ程度である。このように第１はんだ４を接合することによって、裏面電極３の金属膜を損傷することなく第１はんだ４を裏面電極３に固定することができる。
【００２１】
続いて、図３のステップＳ２において、上記半導体素子２を上記ステージ１０に固定したまま、裏面電極３に第２はんだ６を接合する。以下では、図５及び図８を参照して第２はんだ６の形成、接合動作を説明する。尚、図５のステップＳ２１及び図８の（ａ）は、既に説明済の内容でありここでの説明は省略する。
図５のステップＳ２２では、図８の（ｂ）に示すように、コレット１１により、吸引口１１ａを介して第２はんだ６を吸引保持する。
次に、図５のステップＳ２３では、図８の（ｃ）に示すように、コレット１１にて吸引保持した第２はんだ６を半導体素子２の裏面電極３の規定位置に配置する。
【００２２】
次に、図５のステップＳ２４では、図８の（ｄ）に示すように、コレット１１に保持され裏面電極３の所定位置に配置された第２はんだ６に対して、コレット１１の駆動装置１２によって、垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。本実施の形態１では、一例として、荷重１３は４０Ｎ、超音波振動１４は４０ｋＨｚを使用したが、これらに限定されず、第２はんだ６の合金組成、大きさ及び形状に依存して設定する。
次に、図５のステップＳ２５では、図８の（ｅ）に示すように、コレット１１で第２はんだ６を吸引した状態で、コレット１１を半導体素子２とは反対側である上方へ引き上げ、コレット１１を第２はんだ６から離脱させる。その際、第２はんだ６に突起部７が形成される。コレット１１の離脱を第２はんだ６を吸引した状態で行うことにより、上述の第１はんだ４の場合と同様に、裏面電極３への第２はんだ６の接合状態の良否を判定することができる。
以上の動作を繰り返すことで、裏面電極３の規定箇所に規定数の第２はんだ６を接合することができる。本実施の形態１では、例えば図９に示すように、４５個の第２はんだ６を裏面電極３に接合した。
【００２３】
引き続いて、図３のステップＳ３では、金属板８に凹部９を形成する。この形成動作について、図１０及び図１１を参照して説明する。
まず、金属板８を準備する。金属板８は予め規定形状及び大きさに加工されている。
次に、金属板８に凹部９を形成する。本実施の形態１における凹部９の形成方法は、例えばフライス加工により行うが、これに限定されず、以下に説明する形状を有する凹部９を形成可能な方法であれば良い。上記フライス加工では、フライス盤に、第１はんだ４の直径に等しい、直径がＲ１であるツール１７を装着する。ツール１７には、例えばエンドミルあるいは正面フライスを用いる。
次に、ツール１７を回転させながら、金属板８の規定位置にツール１７を押し当てる。ツール１７の押し当て形成する深さ１６は、第１はんだ４の直径Ｒ１から第２はんだ６の直径Ｒ２を減算した値である。ツール１７を深さ１６まで押し当てた後、ツール１７を引き上げる。
以上のようにすることで、金属板８に凹部９が形成される。
【００２４】
このようにして形成される凹部９は円柱状であり、図１１に示すように、円柱の直径つまり凹部９の開口径１５がＲ１(第１はんだ４の直径)で、上記円柱の高さつまり凹部９の深さ１６が「Ｒ１−Ｒ２」となるように、凹部９は加工されている。そのため、凹部９は、第１はんだ４を収容可能であり、かつ、第１はんだ４の突起部５及び第２はんだ６の突起部７が金属板８に接触するように形成される。
尚、凹部９の開口径１５及び深さ１６は、上述に限定されず、第１はんだ４を収容可能で、かつ、第１はんだ４の突起部５及び第２はんだ６の突起部７が金属板８に接触するように形成されていれば良い。
【００２５】
次に、図３のステップＳ４における半導体素子２を金属板８上に配置する工程について、図１２を用いて説明する。
図１２の（ａ）に示すように、第１はんだ４及び第２はんだ６を形成した半導体素子２の裏面電極３を金属板８に対向させて、第１はんだ４が金属板８の凹部９内に入るように、半導体素子２と金属板８とを配置する。第１はんだ４の凹部９への収容により、金属板８と半導体素子２との位置決めがなされる。
【００２６】
次に、図３のステップＳ５における、上述のように配置した半導体素子２及び金属板８のはんだ付装置によるはんだ付け工程について、図１３を参照して説明する。
まず、図１３の（ａ）〜（ｄ）に示す、本実施の形態１で用いるはんだ付け装置２０について、簡単に説明する。
はんだ付け装置２０は、例えば、搬送装置２１と、予熱炉２２と、本加熱炉２３と、冷却炉２４とで構成されている。ここで、搬送装置２１は、モータなどの駆動装置２１ａに接続されており、はんだ付けされる構造体を搬送可能なように構成されている。尚、はんだ付けされる構造体として、第１はんだ４及び第２はんだ６を形成し第１はんだ４の一部を凹部９に収容した半導体素子２及び金属板８を有する半導体装置１０１が相当する。予熱炉２２は、予熱装置２２ａが接続されており、はんだ付けされる構造体の予熱を行う。また、予熱炉２２の炉内は、酸素還元雰囲気、例えば水素ガスあるいは蟻酸ガスなどで満たされている。本加熱炉２３は、加熱装置２３ａが接続されており、はんだ付けされる構造体におけるはんだを溶融可能に構成されている。冷却炉２４は、冷却装置２４ａが接続されており、はんだ付け後の構造体の冷却を行う。
【００２７】
次に、はんだ付け装置２０を用いた半導体装置１０１のはんだ付け工程について説明する。
半導体装置１０１を搬送装置２１上に配置し、搬送装置２１の駆動装置２１ａを動作させることにより、はんだ付装置２０の予熱炉２２に半導体装置１０１を搬入する。予熱炉２２に投入された半導体装置１０１は、予熱炉２２の予熱装置２２ａにより予熱温度に加熱され、予熱炉２２内の酸素還元雰囲気で、第１はんだ４、第２はんだ６、金属板８、及び半導体素子２の裏面電極３における酸化膜が除去される。
次に、半導体装置１０１は、搬送装置２１によって、予熱炉２２から本加熱炉２３に搬入される。本加熱炉２３では、加熱装置２３ａによって半導体装置１０１を，第２はんだ６の固相線以上かつ第１はんだ４の固相線未満の温度で加熱する。
【００２８】
このように、第２はんだ６の固相線以上かつ第１はんだ４の固相線未満の温度で半導体装置１０１を加熱することで、第２はんだ６は全て溶融するが、第１はんだ４は、一部溶融する可能性もあるが完全に溶融することはない。溶融した第２はんだ６は、裏面電極３、金属板８、金属板８の凹部９、及び第１はんだ４に濡れ広がる。第１はんだ４の一部は、第２はんだ６に溶解する場合もあるが、第１はんだ４が第２はんだ６中に全て溶解する前に、半導体装置１０１は冷却炉２４に投入される。従って、はんだ付け工程後においても、第１はんだ４はその高さを維持した状態で、第２はんだ６中に収容される。
【００２９】
次に、半導体装置１０１は、搬送装置２１によって本加熱炉２３から冷却炉２４に搬入される。冷却炉２４では、半導体装置１０１を第２はんだ６の固相線以下の温度に冷却し、第２はんだ６を凝固させる。
次に、半導体装置１０１は搬送装置２１によって冷却炉２４から搬出され、はんだ付け工程は終了する。
【００３０】
以上説明したようなはんだ付け工程によって半導体装置１０１を製造することにより、半導体素子２と金属板８との隙間は、第１はんだ４の直径Ｒ１から凹部９の深さ１６を減算した寸法に維持される。よって、第２はんだ６の厚みが一定になり、半導体素子２を水平に、つまり金属板８と平行に維持することができる。
【００３１】
また、以上説明したように半導体装置１０１を製造することで、第１はんだ４と凹部９との係合による位置決めによって、半導体素子２を位置決めするための治具を用いること無く、半導体装置２と金属板８とをはんだ付けすることができる。そのため、治具の準備、治具への部材の配置、はんだ付け後の治具からの取り外し、及び治具の管理は不要になり、製造工程を減少でき、生産性を向上させることができる。
【００３２】
以下には、上述した半導体装置１０１の製造方法における変形例について説明する。
＜変形例１＞
実施の形態１では、金属板８の凹部９は、ツール１７を取り付けたフライス盤によって円柱状に形成したが、図１４の（ｂ）に示すように円錐状の凹部９Ａに形成しても良い。円錐状の凹部９Ａを形成する手段としては、例えば図１４の（ａ）に示すように、ドリルビット２５をフライス盤に取り付け、ドリルビット２５の先端を金属板８に接触させることで行う。このようにして円錐状の凹部９Ａを形成することにより、凹部９Ａの壁面９１と金属板８の表面８１との角度が円柱状の場合に比して緩やかになる。その結果、第２はんだ６が凹部９Ａに濡れ広がり易くなり、はんだ付け性を向上させることができるという効果がある。
【００３３】
＜変形例２＞
また、金属板８の凹部９について、図１５の（ｂ）に示すように、半球状の凹部９Ｂに形成しても良い。半球状の凹部９Ｂを形成する手段として、例えば図１５の（ａ）に示すように、先端が球状であるツール２６をプレス機に取り付け、金属板８にプレスすることによって行う。このようにして半球状の凹部９Ｂを形成することにより、凹部形成に要する時間を、上述の円柱状及び円錐状の場合に比べて短くすることができ、生産性の向上を図ることができる。
【００３４】
＜変形例３＞
また上述の実施の形態１では、金属板８の凹部９を円柱状に形成し、凹部９に第１はんだ４を収容していたが、図１６の（ｂ）に示すように、第１はんだ４における突起部５のみを収容するような凹部９Ｃを形成してもよい。このような凹部９Ｃは、例えば図１６の（ａ）に示すように、第１はんだ４の突起部５の直径と同じ又は僅かに大きい直径を有するエンドミル２７をフライス盤に取り付け、金属板８を加工することで形成可能である。凹部９Ｃによれば、第１はんだ４の突起部５と凹部９Ｃとで半導体素子２の位置が決定されるため、上述の凹部９、９Ａ、９Ｂに比べて高精度に半導体素子２の位置決めが可能である。
【００３５】
＜変形例４＞
上述の実施の形態１では、コレット１１に形成された一つの吸引口１１ａで第１はんだ４を１個保持し、半導体素子２の裏面電極３に１個ずつ接合しているが、図１７の（ｂ）に示すように、複数の吸引口１１ａを形成したコレット１１−２を用いて複数の第１はんだ４を保持し、荷重１３及び超音波振動１４を印加して、複数の第１はんだ４を同時に裏面電極３に接合しても良い。尚、図１７の（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）は、それぞれ既に参照した図６の（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）にそれぞれ対応する。
当該変形例４では、４つの吸引口１１ａが形成されたコレット１１−２にて、まず、４つの第１はんだ４を吸引保持する（図１７の（ｂ））。次に、図１７の（ｃ）に示すように、コレット１１−２により吸引保持した各第１はんだ４を半導体素子２の裏面電極３の所定の位置に配置する。次に、図１７の（ｄ）に示すように、それぞれの第１はんだ４に垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。次に、図１７の（ｅ）に示すように、コレット１１−２で各第１はんだ４を吸引した状態で、コレット１１−２を上方に引き上げることにより、コレット１１−２と各第１はんだ４とが離れると共に、それぞれの第１はんだ４に突起部５が形成され、裏面電極３に４個の第１はんだ４が接合される（図１７の（ｆ））。
【００３６】
このように構成することで、半導体素子２の裏面電極３に複数個の第１はんだ４を同時に接合することができる。よって、第１はんだ４の接合工数が減少し、生産性を向上させることができる。
尚、ここでは、４個の吸引口１１ａを有するコレット１１−２を用いて、４個の第１はんだ４を同時に裏面電極３に接合したが、２又は３個、あるいは５個以上の吸引口１１ａを有するコレットを用いて、２又は３個、あるいは５個以上の第１はんだ４を同時に裏面電極３に接合しても良い。
【００３７】
＜変形例５＞
変形例４は第１はんだ４に関するものであったが、第２はんだ６に関しても同様の構成を採ることができる。即ち、図１８の（ｂ）に示すように、複数の吸引口１１ａを形成したコレット１１−２を用いて複数の第２はんだ６を保持し、荷重１３及び超音波振動１４を印加して、複数の第２はんだ６を同時に裏面電極３に接合しても良い。尚、図１８の（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）は、それぞれ既に参照した図８の（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）にそれぞれ対応する。
当該変形例５では、例えば、図１８の（ｂ）に示すように、まず５つの吸引口１１ａが形成されたコレット１１−２にて、５つの第２はんだ６を吸引保持する。次に、図１８の（ｃ）に示すように、コレット１１−２により吸引保持した各第２はんだ６を半導体素子２の裏面電極３の所定の位置に配置する。次に、図１８の（ｄ）に示すように、それぞれの第２はんだ６に垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。次に、図１８の（ｅ）に示すように、コレット１１−２で第２はんだ６を吸引したまま、コレット１１−２を上方に引き上げることにより、コレット１１−２と各第２はんだ６とが離れると共に、それぞれの第２はんだ６に突起部７が形成される。これにより図１８の（ｆ）に示すように、裏面電極３に５個の第２はんだ６が接合される。
このように構成することで、半導体素子２の裏面電極３に複数個の第２はんだ６を同時に接合することができる。よって、第２はんだ６の接合工数が減少し、生産性を向上させることがきる。
【００３８】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法について説明する。この実施の形態２による半導体装置の製造方法は、上述した実施の形態１と比べて、第２はんだは板状形状であり、半導体素子２の裏面電極３ではなく金属板８に形成する点で相違する。これらの相違点について、図１９及び図２０を参照して以下に詳しく説明する。尚、実施の形態１にて説明した部材及び工程と同一又は同様の部材及び工程については、ここでの説明を省略する。
【００３９】
まず本実施の形態２における第２はんだの形状について説明する。図１９の（ａ）に示すように、第２はんだ６１は板状に形成されており、その外枠の大きさは半導体素子２と同一であるが、その四隅部分を矩形状に切り欠いた１２角形を有する矩形形状である。また、第２はんだ６１の上面、つまり裏面電極３に接合される面は、平滑であり、第２はんだ６１の下面、つまり金属板８に接合される面は、複数の溝２８が設けてある。
【００４０】
次に、実施の形態２による半導体装置１０２の製造方法について、図１９の（ｂ）〜（ｅ）及び図２０を参照して説明する。ステージ１０には、実施の形態１において図１６を参照して説明した凹部９Ｃを形成した金属板８を配置し固定する。ステージ１０への金属板８の固定方法は、例えば、金属板８を吸引保持することによって行う。次に、コレット１１−２で第２はんだ６１の上面を吸引保持し、金属板８上に配置する。次に、第２はんだ６１に垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向に超音波振動１４を印加する。ここでは、例えば、荷重１３は５０Ｎ、超音波振動１４は４０ｋＨｚを使用したが、上述のとおり本条件に限定されず、第２はんだ６１の合金組成、大きさ、形状によって適宜設定すればよい。
【００４１】
次に、図２０の（ａ）に示すように、裏面電極３に第１はんだ４が超音波振動１４にて接合された半導体素子２を準備し、金属板８に固定した第２はんだ６１に対向させる。このとき、第１はんだ４は金属板８の凹部９Ｃに対向するように配置する。また、第２はんだ６１は、図１９の（ａ）に示すようにその四隅を切り欠いた形状であり、第１はんだ４は、この切欠部分に位置する。よって、図２０の（ｂ）に示すように、第２はんだ６１の切欠部分に対応して第１はんだ４が凹部９Ｃに配置される。
【００４２】
以上のように、第２はんだ６１を超音波接合にて金属板８に接合する工程を有する半導体装置１０２の製造方法により、第１はんだ４を接合する工程と、第２はんだ６１を接合する工程とを別プロセスで行うことができる。このため、既に説明した各製造方法に比して更に生産性を高めることができる。
また、はんだ付け工程において、第２はんだ６１の下面つまり金属板８に接する面には複数の溝２８が形成されているため、はんだ付け装置２０の予熱炉２２において、酸素還元ガスが溝２８内部に侵入する。その結果、第２はんだ６１と金属板８とが接する部分において、第２はんだ６１及び金属板８の酸化膜が除去され易くなり、はんだ付けの信頼性を確保することが可能となる。
【００４３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３による半導体装置の製造方法について説明する。この実施の形態３による半導体装置の製造方法は、上述した実施の形態１の場合と比べて、第１はんだ４を半導体素子２に接合する工程を、ダイシング前の半導体ウエハ２９の状態で行う点で相違する。この相違点について、図２１及び図２２を参照して以下に詳しく説明する。尚、実施の形態１にて説明した部材及び工程と同一又は同様の部材及び工程については、ここでの説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態３では、まず、図２１の（ａ）に示すように、半導体ウエハ２９を準備する。半導体ウエハ２９は、単結晶シリコンなどからなり、種々の半導体素子又は半導体集積回路を形成したものである。半導体ウエハ２９上の各半導体素子２は、上面には図示しない表面電極が、下面には裏面電極３が構成されている。上記表面電極及び裏面電極３は金属膜であり、例えばAl/Ti/Ni/Au膜あるいはAlSi/Ti/Ni/Au膜で形成されている。
【００４５】
次に、図２１の（ｂ）に示すように、半導体ウエハ２９の裏面電極３を上にして、半導体ウエハ２９をステージ１０に配置し、半導体ウエハ２９を固定する。この固定は、後述する超音波振動を第１はんだ４及び第２はんだ６に確実に印加するために行い、例えば、半導体ウエハ２９をステージ１０に吸引保持することによって行う。
【００４６】
次に、図２１の（ｃ）に示すように、コレット１１−２にて複数個の第１はんだ４を吸引保持し、半導体ウエハ２９上の裏面電極３の所定の位置に第１はんだ４を配置する。本実施の形態では、第１はんだ４はボール状を用いたが、直方体あるいは立方体であっても良い。
次に、図２１の（ｄ）に示すように、各第１はんだ４に垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。ここでは、例えば、荷重１３は４０Ｎ、超音波振動１４は４０ｋＨｚを使用したが、これに限定されず、第１はんだ４の合金組成、大きさ、形状によって適宜設定すればよい。
【００４７】
次に、コレット１１で各第１はんだ４を吸引したまま、コレット１１を上方に引き上げる。コレット１１を上方に引き上げることにより、コレット１１が第１はんだ４から離脱すると共に、第１はんだ４に突起部５が形成される。コレット１１を上方に引き上げる際に、コレット１１で第１はんだ４を吸引したまま行うことにより、第１はんだ４と裏面電極３との接合が不十分の場合には、コレット１１の吸引口１１ａに第１はんだ４が残留する。このようにすることにより、裏面電極３への第１はんだ４の接合状態の良否を判定することができる。
以上のようにして、裏面電極３の所定箇所に所定個数の第１はんだ４を接合する。
【００４８】
続いて、半導体ウエハ２９をステージ１０に固定した状態を維持し、半導体ウエハ２９の裏面電極３に第２はんだ６を超音波振動にて接合する。つまり、図２１の（ｅ）に示すように、まずコレット１１にて第２はんだ６を吸引保持し、半導体ウエハ２９上の裏面電極３の所定位置に第２はんだ６を配置する。本実施の形態では、第２はんだ６はボール状を用いたが、直方体あるいは立方体であっても良い。
次に、図２１の（ｆ）に示すように、第２はんだ６に垂直方向下向きの荷重１３を付加しながら水平方向の超音波振動１４を印加する。ここでは、例えば、荷重１３は４０Ｎ、超音波振動１４は４０ｋＨｚを使用したが、本条件に限定されず、第２はんだ６の合金組成、大きさ、形状に応じて適宜設定すればよい。
【００４９】
次に、コレット１１で第２はんだ６を吸引したまま、コレット１１を上方に引き上げる。コレット１１を上方に引き上げることにより、コレット１１が第２はんだ６から離脱すると共に、第２はんだ６に突起部７が形成される。コレット１１を上方に引き上げる際に、コレット１１で第２はんだ６を吸引したまま行うことにより、第２はんだ６と裏面電極３との接合が不十分である場合には、コレット１１の吸引口１１ａに第２はんだ６が残留する。このようにすることにより、裏面電極３への第２はんだ６の接合状態の良否を判定することができる。
以上のようにして、図２１の（ｇ）に示すように、半導体ウエハ２９の裏面電極３の所定箇所に所定個数の第２はんだ６を接合する。なお、本実施の形態では、半導体ウエハ２９の裏面電極３に第２はんだ６を１個ずつ超音波振動にて接合したが、コレット１１に複数の吸引口１１ａを形成し、複数の第２はんだ６を吸引保持し、同時に複数の第２はんだ６を超音波にて接合しても良い。
【００５０】
さらに、本実施の形態では、第２はんだ６を半導体ウエハ２９の裏面電極３に接合したが、実施の形態２で説明したように、凹部を形成した金属板８に接合しても良い。第２はんだ６を凹部が形成された金属板８に接合することにより、第１はんだ４を接合する工程と第２はんだ６を接合する工程とを別プロセスで行うことができ、生産性が向上する。
【００５１】
次に、上述のように第１はんだ４等を形成した半導体ウエハ２９について、図２２に示すように、第１はんだ４及び第２はんだ６を接合した半導体ウエハ２９をダイシングし、半導体ウエハ２９から半導体素子２を切り出す。以上のようにすることにより、第１はんだ４及び第２はんだ６が接合された半導体素子２を複数得ることができる。
このように、第１はんだ４及び第２はんだ６を複数の半導体素子２にまとめて接合することができるため、さらに生産性を向上させることができる。
【００５２】
以上説明した、実施の形態１、２及び３で説明した製造方法は、互いに組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００５３】
２  半導体素子、３  裏面電極、４  第１はんだ、６  第２はんだ、８  金属板、
９  凹部。
【図１】
0006012550.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006012550.tif 000006
【図６】
0006012550.tif 000007
【図７】
0006012550.tif 000008
【図８】
0006012550.tif 000009
【図９】
0006012550.tif 000010
【図１０】
0006012550.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0006012550.tif 000015
【図１５】
0006012550.tif 000016
【図１６】
0006012550.tif 000017
【図１７】
0006012550.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0006012550.tif 000020
【図２０】
0006012550.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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