(57)【要約】【課題】繰り返しの温度変化に対するはんだ接合層のクラック耐性が高い実装構造を提供する。【解決手段】半導体チップの一主面に形成された金属電極と、金属板との間をはんだ層で接合した半導体装置であって、前記はんだ層には前記金属電極から前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面が酸化膜で覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの一主面に形成された金属電極と、金属板との間をはんだ層で接合した半導体装置であって、
前記はんだ層には前記金属電極から前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、
前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面が酸化膜で覆われている、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記はんだ層はＺｎ−Ａｌ系合金からなる、ことを特徴とする前記請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記はんだ層内の前記複数の細隙が、少なくとも部分的には互いに並走し縞状をなす、ことを特徴とする前記請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記はんだ層内の前記複数の細隙は、少なくとも部分的には縦横に交差し網目状をなす、ことを特徴とする前記請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記はんだ層内の前記複数の細隙は、少なくとも前記半導体チップの外周付近においては略回廊状をなす、ことを特徴とする前記請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記はんだ層内の前記複数の細隙間の間隔は、前記半導体チップの中央付近よりも、外周付近の方が狭い、ことを特徴とする前記請求項３乃至請求項５のうちの１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
一主面に金属電極を有する半導体チップと金属板とを接合するはんだ層に、前記半導体チップから前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面に酸化膜を有する構成の半導体装置の製造方法であって、
前記金属板の表面に、ブロック状のはんだを複数並べて仮接合する仮接合工程と、
前記ブロック状のはんだの表面を酸化する酸化工程と、
前記ブロック状のはんだと前記半導体チップの前記金属電極を接触させた状態で、前記ブロック状のはんだの融点以上に加熱した後、冷却して全体を接合せしめる本接合工程と、
を少なくとも含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
一主面に金属電極を有する半導体チップと金属板とを接合するはんだ層に、前記半導体チップから前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面に酸化膜を有する構成の半導体装置の製造方法であって、
前記金属板の表面に板はんだを乗せて仮接合する仮接合工程と、
固定された前記板はんだに前記細隙を加工する成形工程と、
前記成形した板はんだの表面を酸化する酸化工程と、
前記成形した板はんだと前記半導体チップの前記金属電極を接触させた状態で、前記成形した板はんだの融点以上に加熱した後、冷却して全体を接合せしめる本接合工程と、
を少なくとも含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体チップの一主面に形成された金属電極と金属板とを接合するはんだ層に、前記半導体チップから前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面に酸化膜を有する構成の半導体装置の製造方法であって、
前記金属板の表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く性質にする改質処理工程と、
前記金属板の表面に板はんだを乗せて仮接合する仮接合工程と、
前記板はんだを溶融せしめ、前記金属板の前記改質処理を施していない領域にはんだの島を形成し、冷却して固化させる島形成工程と、
成形した前記はんだの島の表面を酸化する酸化工程と、
前記はんだの島と前記半導体チップの前記金属電極を接触させた状態で、前記はんだの島を再び融点以上に加熱した後、冷却して全体を接合せしめる本接合工程と、
を少なくとも含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記金属板の表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く性質にする改質処理工程を含む、
ことを特徴とする前記請求項７又は請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体チップの前記金属電極表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く処理を施す金属電極改質処理工程を含む、
ことを特徴とする前記請求項７乃至請求項９のうちの１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記改質処理工程ならびに前記金属電極改質処理工程が、金属表面を局所的に酸化せしめる処理である、
ことを特徴とする前記請求項９乃至請求項１１のうちの１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記改質処理工程ならびに前記金属電極改質処理工程が、前記金属電極の表面もしくは前記金属板の表面に予め形成された、溶融はんだに濡れ性のよい表面金属の一部を除去する処理である、
ことを特徴とする前記請求項９乃至請求項１１のうちの１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記改質処理工程ならびに前記金属電極改質処理工程が、溶融はんだを弾く酸化膜を局所的に堆積せしめる処理である、
ことを特徴とする前記請求項９乃至請求項１１のうちの１つに記載の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、半導体チップを金属板にはんだ接合した構造において、繰り返しの温度変化に対する該はんだ部のクラック耐性を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
おもに電力用に多用される縦型半導体チップは、裏面全面に一方の主電極を兼ねた金属膜をもち、これを外部配線となる金属板に、はんだ層を介して接合して用いられる。さらにこの構造は然るべき放熱器に接続される。このような実装構造は、駆動による半導体チップ自体の発熱や雰囲気温度の変化等により繰り返しの温度変化を経験する。すると、半導体チップと金属板の熱膨張係数差により、これらを接合するはんだ層には繰り返し剪断応力が印加される。やがて応力が最も集中するチップ角部近傍のはんだ層表面にクラックが生じ、温度変化が繰り返されるにつれて内部に進展してゆき、半導体チップの電気抵抗や熱抵抗が上昇する。そこで実用上は、電気抵抗や熱抵抗が然るべき値まで上昇した時点をもって、この接合構造の寿命と定義し、使用を終える。なお、寿命は、繰り返される温度差や繰り返し回数によって変化する。
【０００３】
このようなクラックの発生あるいは進展を抑制することを意図して、例えば特許文献１に開示されているような、絶縁基板上の金属製ランド部にはんだ材料を介して半導体チップを接合する際に、半導体チップの底面に予めその周縁部を切欠くことにより、はんだ接続部に接続強化空間を形成した半導体チップの固定構造が知られている。また、例えば特許文献２には、半導体チップと金属製の支持部材との間に、Ｚｎ−Ａｌ系合金層の内部に複数のＡｌ系相を備えた接続材料を介在させてはんだ接合することで、熱衝撃による応力緩衝機能を付与した半導体装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７７１７８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、はんだ接合を形成するための前処理として、半導体チップの裏面の切削加工が必要となる。このような加工をするためには別途、高度な技術開発を必要とし、さらに工程追加による製造時間と製造コストの増加を伴う。一方、特許文献２に開示された構成では、はんだ基材の間に追加的にＡｌ系相の金属片を内包させた板はんだを用いるため、接続材料の製造自体に高度な技術を要し、またコストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するために考案されたもので、半導体チップへの切削加工や特殊なはんだ材に頼ることなく、繰り返しの温度変化に対するはんだ接合層のクラック耐性が高い実装構造を提供するものである。
【０００７】
すなわち、本発明による解決手段としては、たとえば、半導体チップの一主面（ここでは裏面）に形成された金属電極と、金属板との間をはんだ層で接合した半導体装置であって、前記はんだ層には前記金属電極から前記金属板へ至る方向に延在する細隙を複数有し、前記細隙を介して対向する前記はんだ層の両側面が酸化膜で覆われている構成とする。なお、前記細隙は複数あって、少なくとも部分的には互いに並走して縞状をなしてもよいし、縦横に交差して網目状をなしてもよいし、あるいは少なくとも前記半導体チップの外周付近においては略回廊状をなしていてもよい。
【０００８】
かかる構成によれば、繰り返しの熱変化と、前記半導体チップと前記金属板との熱膨張係数差により、前記はんだ層に歪が生じても、前記細隙にて分離された前記はんだ層が比較的柔軟に変形することができるのでクラックが生じにくく、たとえ一部のはんだブロックにクラックが生じたとしても前記細隙の存在により、隣接するはんだ層にはクラックが及ばず、前記半導体チップの電気抵抗や熱抵抗が最小限の変化で保たれる。なお、これは請求項１、３、４、５に対応する。
【０００９】
さらに、上記複数の細隙の間隔が、前記半導体チップの中央付近よりも、外周付近の方が狭い、構成とする。このようにすると、外周付近では細隙の間に挟まれた前記はんだのブロックの縦横のアスペクト比が高くなる。一方、前記半導体チップと前記金属板との熱膨張係数差によって前記はんだ層に生じる変位は、前記半導体チップ中央付近よりも外周付近の方が大きくなる。しかし、その領域にて、はんだのブロックの縦横のアスペクト比が高ければ、はんだブロック自体にかかる歪は抑制されクラックを生じにくくなる。なお、これは請求項６に対応する。
【００１０】
また、前記はんだ層をＺｎ−Ａｌ系合金にて構成してもよい。この合金は高温はんだとして知られており、また表面が空気に触れただけで強固な酸化皮膜を形成するため、比較的容易に本発明の構造を具現化できる。なお、これは請求項２に対応する。
【００１１】
また、本発明による半導体装置は、前記金属板の表面にあらかじめ成形したブロック状はんだを並べて仮接合する仮接合工程と、露出している前記はんだ表面を酸化する酸化工程と、その上に前記半導体チップの前記金属電極を接触させた状態で、前記ブロック状のはんだの融点以上に加熱した後、冷却して全体を接合せしめる本接合工程と、を含む製造方法によって実現できる。これは請求項７に対応する。
【００１２】
または、板はんだを乗せて仮接合してから、細隙を形成すべく前記板はんだを加工する成形工程を実施し、それから前記酸化工程ならびに前記本接合を実施してもよい。これは請求項８に対応する。
【００１３】
なお、これらの製造方法の場合、前記半導体チップの前記金属電極表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く性質にする改質処理工程を施すと、さらに細隙の分離が確実になり、応力緩和の効果が増す。これは請求項９に対応する。
【００１４】
また、別の製造方法としては、前記金属板の表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く性質にする改質処理工程と、前記金属板の表面に板はんだを乗せて仮接合する仮接合工程と、前記板はんだを溶融せしめて、前記金属板の前記改質処理を施していない領域にはんだの島を形成し、冷却して固化させる島形成工程と、前記はんだの島の表面を酸化する酸化工程と、前記はんだの島の上に前記半導体チップの前記金属電極を接触させた状態で、前記はんだの島の融点以上に加熱して溶融はんだを前記金属電極に濡れさせた後、冷却し、全体を接合せしめる本接合工程とを含む製造方法としてもよい。このようにすると細隙が自己整合的に簡便に実現できる。これは請求項１０に対応する。
【００１５】
さらに、上記の製造方法全体にあって、前記半導体チップに形成された前記金属電極の表面にあって前記細隙を形成すべき領域を、溶融はんだを弾く改質処理を施すと、さらに細隙の分離が確実になり、応力緩和の効果が増す。これは請求項１１に対応する。
【００１６】
なお、前記溶融はんだを弾く改質処理ならびに前記金属電極改質処理とは、金属表面を局所的に酸化せしめる処理や、溶融はんだに濡れ性のよい表面金属を除去する処理や、逆に溶融はんだを弾く酸化膜を局所的に堆積せしめる処理である。これは請求項１２、１３、１４に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体装置の接合構造を説明する断面図である。
【図２】図１における接合状況の変形例を説明する断面図である。
【図３】本発明の作用を説明する断面図である。
【図４】図１に関連して適用されるはんだ層の具体的形状を説明する斜視図である。
【図５】本発明第１の実施形態による半導体装置の変形例を説明する断面図である。
【図６】図５に関連して適用されるはんだ層の具体的形状の変形例を説明する斜視図である。
【図７】図１に示す半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】図１に示す半導体装置の別の製造方法を説明する断面図である。
【図９】図１に示す半導体装置の、さらに別の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】図５に関連して加工例を説明する板はんだの上面図である。
【図１１】図１に示す半導体装置の、さらに別の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】図１１に示す製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態による半導体装置について、図１乃至図６を使って説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体装置１００の構造を説明する断面図である。図中、１３０は半導体チップであり、その裏面には裏面金属膜１３２が形成されている。１１０は半導体チップ１３０が接続する配線となる金属板で、基体は一般に銅やアルミニウムである。なお、使用するはんだによっては、接合性を高めるため金属板１１０の表面に、使用するはんだと濡れ性のよい金属メッキ（図示せず）を形成しておく。１２０は、金属板１１０と裏面金属膜１３２とを接合するはんだ層であり、細隙１２４によって複数のはんだブロック１２２に分割されている。各はんだブロック１２２の側面には酸化膜１２３ａがある。ここで、はんだ層１２０は表面に酸化皮膜を形成しやすい金属を含む合金はんだであれば何でもよい。代表例はＺｎやＳｎなどを含む合金である。とくにＺｎ−Ａｌ系合金はんだは表面の酸化皮膜が強固であることで知られていて、本発明においては特に効果が高い。
【００２０】
ところで、後述の製造方法でも説明するが、細隙は必ずしも図１のように金属板１１０や半導体チップ１３０の裏面金属１３２に接しているとは限らない。すなわち、図２（ａ）のように細隙１２４に面した金属板１１０の表面がはんだに濡れてしまうこともあれば、図示はしないが逆に半導体チップの裏面金属１３２の表面がすべてはんだに濡れてしまうこともある。また、図２（ｂ）のように前記の両方が同時に起こることもあれば、図２（ｃ）のように、まばらにこの事象が発生することもある。それでも、以下に説明する手順に沿って形成された細隙１２４がはんだ層１２０に内在していれば、はんだ層の一部でクラックが発生したとしても、その進展を抑制する効果がある。
【００２１】
次に、本発明による構造の作用を、図３を使って説明する。図３（ａ）は従来型の接合構造の断面図、図３（ｂ）は図１と同じ構造の断面図であるが、金属板１１０と半導体チップ１３０の熱膨張係数差を意識して描画したものである。半導体チップ１３０の裏面金属１３２と金属板１１０が融点以上の温度において溶融しているはんだ層１２０は合金化反応を起こす。この時点ではどの界面にも応力はない。が、一般に熱膨張係数は半導体チップ１３０より金属板１１０の方が大きいので、構造体の温度が融点以下になってはんだ層１２０が固化して接合が成立し、その後、たとえば室温まで下った時点では、金属板１１０の方が多く縮み、これによってはんだ層１２０は図３のように変形する。
【００２２】
このとき、図より明らかなように半導体チップ中央付近よりも、外周部付近にあるはんだブロックの方がより大きな剪断力を受ける。よって、繰り返しの温度変化を経験すると金属は加工硬化を起こして図３（ａ）の従来構造では、はんだ層１２０の端部、とくに図示しないが四角い半導体チップの角部にクラックを生じ、これが徐々に内側へ進展する。しかし、本発明によれば、図３（ｂ）のように細隙１２４と酸化膜１２３ａの存在によって、各はんだブロック１２２同士は隣接するはんだブロックからは影響を受けず、自身が接合する金属板１１０と半導体チップ１３０とからのみ剪断力を受ける。すなわち、隣接するはんだブロックにクラックが生じても、酸化膜に覆われた細隙１２４の存在により伝搬が生じない。ゆえに、本発明のような構造は繰り返しの温度変化に対して大幅に寿命を延ばすことができる。ここで寿命の定義は、はんだ層１２０にクラックが進展することによって、半導体チップ１３０の電気抵抗や熱抵抗が然るべき値（たとえば１０％）まで上昇した時点などと定めることが多い。
【００２３】
次に、上記のような効果をもたらす具体的な実施例を示す。図４（ａ）は、図１の断面図をもつ最も単純なはんだブロック１２２の斜視図である。ここでは理解を簡単にするために細隙１２４は実際より広く描かれている。この場合、最初にクラックを生じるのは両端のはんだブロックの、両先端であるが、クラックが入ったはんだブロック自体にあっても、半導体チップ１３０の角部から少し離れると応力は急速に減少するので、図中の両端のはんだブロックの中でも、クラックはあまり進展しない。
【００２４】
また、図４（ｂ）は細隙１２４が縦横に走って、はんだブロック１２２が柱状になったものである。このような構成であれば、クラックの進展は最小限にとどまる。
【００２５】
また、再び図３（ｂ）を見ると、半導体チップ１１０の外周付近でははんだブロック１２２が受ける応力は大きいが、中央付近では僅かである。よって、図５に示すように、中央付近には細隙１２４を設けず、はんだブロック１２２の幅を広くしておき、外周付近では細隙１２４の間隔を狭くして、はんだブロック１２２の幅を狭くしておく。このようにすれば、繰り返しの温度変化による、半導体チップ外周とくに角部で高まる剪断応力によって発生するクラックとその進展を抑えつつ、半導体チップ１３０から発した熱流の密度が高い中央付近の熱伝導率を高く保つことができる。
【００２６】
図６（ａ）は図４（ａ）の縞状はんだブロック構造において、また図６（ｂ）は図４（ｂ）の柱状はんだブロック構造においてそれぞれ、温度変化による剪断応力があまり掛からない半導体チップ１１０の中央付近にはんだブロックを大幅に幅広くしたものである。また、図６（ｃ）のように細隙１２４を回廊状に形成したものでも同じ効果が得られる。この構成では外周付近のはんだブロック１２２も図のような環状になる。なお、ここで細隙は温度変化により内部に閉じ込められた気体がはんだブロック等に影響を与えないよう、必ず外部と連絡している。よって、図６（ｄ）のようにはんだブロック１２２が途切れているものも、この範疇に含まれる。
【００２７】
次に、図７を用いて半導体装置１００の製造方法の一例を説明する。まず、図７（ａ）に示すように、金属板１１０の上に、あらかじめ成形しておいたはんだブロック１２２を配置する。はんだブロック１２２の成形方法としては、とくに図示はしないが、半導体チップ１３０とほぼ同サイズの板はんだに対して放電加工、高圧水切断、レーザー切断などを行う手法がある。個々のはんだブロック１２２には、その側面、下面及び上面にそれぞれ酸化皮膜１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが形成されている。これは空気に触れて自然に酸化したものでも、別途、積極的に形成した酸化膜でも構わない。これら複数のはんだブロック１２２を金属板１１０の上に配置する際は、半導体チップの電気的、熱的特性を損ねないように、なるべく隙間なく配置する。なお、この方法では、はんだブロック１２２同士の間の距離を部分的に広くすることなどが自由にできるため、はんだ層１２０内に他の構造物を介在させたい場合などに有効である。
【００２８】
また、複数のはんだブロック１２２をあらかじめ有機物からなるバインダーで１つに固めておいてから金属板１１０の上に配置しても構わない。その場合、バインダーははんだ層１２０が溶融する温度以下で完全に飛散するものを選ぶ。あるいは、図６（ａ）に示したように、はんだブロック１２２をひと続きの構造体として成形しておくことも作業効率上は有効である。
【００２９】
そして、配置したはんだブロック１２２の上から少し加圧すると共に超音波を印加するなどして下面の酸化皮膜１２３ｂならびに金属板１１０の表面に自然に形成された金属酸化膜を破砕して金属同士を接合させる。この際の接合は以下の工程で個々のはんだブロック１２２が位置ずれを起こさない程度に、仮設的に接合している程度でも構わない。また、この仮接合の方法は、はんだブロック１２２の側面に形成された酸化皮膜１２３ａが維持されるものであれば、溶接その他の接合技術を適用してもよい。
【００３０】
さらに、この状態から酸化皮膜１２２ａを強化する目的で、たとえば空気中など酸化雰囲気中で短時間だけ高温に晒すなどの酸化工程を挟んでも良い。特に、Ｚｎ−Ａｌ系合金はんだをはんだ層１２０として採用した場合は、空気中で上記の作業をすること自体が酸化工程と等価になる。なお、細隙１２４はこの酸化を均一に実現するため、その一端もしくは両端がはんだ層の側面にて外気と連通している構成とする。
【００３１】
続いて、図７（ｂ）に示すように、複数のはんだブロック１２２の上面に、半導体チップ１３０の裏面金属膜１３２を対面させ、半導体チップ１３０の上から少し加圧すると共に超音波を印加するなどして上面の酸化皮膜１２３ｃならびに裏面金属膜１３２の表面に自然に形成された金属酸化膜を破砕して金属同士を接合させる。この際の接合は以下の工程で半導体チップ１１０が個々のはんだブロック１２２と仮設的に接合している程度でも構わない（仮接合工程）。その後、はんだブロック１２２の融点以上に加熱することにより、はんだブロック１２０の溶融したはんだが金属板１１０ならびに半導体チップ１３０の裏面金属膜１３２と合金化反応を生じ、温度が融点以下になった時点で接合が成立して、室温付近に戻ったときには図１に示すような構造となり、強固な接合が完成する（本接合工程）。
【００３２】
また、半導体装置１００は図８のような方法でも実現できる。すなわち、図８（ａ）のように、将来、はんだ層１２０となる板はんだ１２１を金属板１１０の所定の場所に仮接合し、その後にはんだブロック１２２に成形する方法もある。たとえば、図８（ｂ）の場合は、板はんだ１２１を加工ヘッド１４０に付いたダイシングソーの歯１４１で切断する。あるいは、図示しないが別の加工ヘッド１４０からレーザー光線や電子ビームを出して、局所的にはんだを溶かして除去し、図８（ｂ）と同様の結果とすることもできる。
【００３３】
あるいは、図９（ａ）のように、Ｖ字の歯がついたポンチ１５０を板はんだ１２１の上から図９（ｂ）のように押圧するプレス加工を行うことにより、図９（ｃ）に示すようにはんだブロック１２２を成形することもできる。この場合、細隙１２２はＶ字型の空隙として残るが、Ｖ字が鋭角であれば半導体チップ１３０の電気的・熱的特性には影響しない。かかるプレス加工によれば、短時間で複数のはんだブロック１２２を形成することができるため、量産に適している。
【００３４】
ここで、図５にて説明したように、はんだブロック１２２の形状は、半導体チップの中央付近では幅広にして構わない場合には、あらかじめ板ハンダ１２１を加工してから用いる場合には図１０のような形状でもよい。図１０は、はんだ層１２０になる前駆体としての板はんだ１２１の上面図を示したものである。たとえば半導体チップ１３０が５ｍｍ角とした場合、同じ５ｍｍ角で厚みが２００μｍの板はんだ１２１を用意し、歯幅５０μｍのダイシングソーを使って、その角部のみに、図のように２５０μｍピッチの細隙１２４を形成する。この板はんだ１２１を使って完成させた構造を図中の線分Ａ−Ａをで切って見た様子が、図５に相当する。また、板はんだ１２１を金属板１１０に仮接合してからダイシングソーやレーザー構成や電子ビームやポンチで加工する場合、あるいは、板はんだ１２１単体でもダイシングソーで形成する溝を貫通させず、有限の厚みを残して成形する場合は図１０（ｂ）のような形状でもよい。
【００３５】
なお、上記図７もしくは図８を用いて説明した本発明の半導体装置１００の実現方法において、金属板側のはんだブロック１２２の分離を確実なものにするため、図１１に示すように将来、細隙を形成したい箇所に、あらかじめはんだを弾く処理を施すことができる。図１１中の領域２６０は、これから説明するような処理を施した局所領域を模式的に示したものである。このはんだを弾く処理とは、たとえば金属板１１０の所定の箇所に、化学処理にて酸化膜を形成しておく方法や、また、金属板１１０の表面に、使用するはんだと濡れ性のよい金属をメッキしてある場合には、将来、細隙を形成したい箇所の該メッキをレーザー光線や電子ビームによって焼き飛ばしておく方法などがある。あるいは、逆に将来、細隙を形成したい箇所に、はんだが濡れない無機酸化物を局所的に体積させておく方法もある。これは例えば、無機酸化物の細粒を含むペーストをスクリーン印刷して、加熱によりペーストの有機物を除去しておくなどの方法である。
【００３６】
なお、図８、図９においては、はじめに金属板１１０の上にはんだブロック１２２を形成するプロセスを開示したが、もちろん、半導体チップ１３０の金属電極１３２の上にはんだブロック１２２を形成してから、金属板１１０に接合する手順でもよい。
【００３７】
さらに、半導体装置１００は別の方法でも実現できる。たとえば、金属板１１０上に図１１のように、局所的にはんだを弾く処理を施した領域２６０を形成しておく。次に、あえて図示はしないが図７（ａ）や図８（ａ）のように、板はんだ１２１を乗せて、この段階で板はんだ１２１を一度溶融させる。すると図１２（ａ）のように、はんだは領域２６０を避けて、断面形状が略半球形の、はんだの島状領域１２５として固まる。ちなみに、図は説明のため、ややデフォルメして描いている。この後、前記はんだの島状領域１２５の表面酸化処理を施したのち、図１２（ｂ）のように、あらかじめ半導体チップ１３０の裏面金属膜１３２の表面にも同様のはんだを弾く処理を施した領域２６１を形成しておいて、はんだブロック１２２の上に乗せて加圧するなどして表面酸化膜を破りつつ、加熱して裏面金属膜１３２と接合させる。すると、自己整合的にはんだブロック１２２が成立し、図１の構造を得る。あるいは、途中の図示はしないが、はんだが溶融している途中ではんだブロック１２２の厚みを制御する工夫をほどこせば、はんだ固化時に図１２（ｃ）のように、側面形状を凹型にできる。この形状は、はんだバンプ等において応力に強い形状として知られている。
【００３８】
なお、上記のはんだブロック１２２の厚みを制御する工夫としては、たとえば、溶融はんだとは反応しない無機物からなるボールを金属板１１０と半導体チップ１３０の間に数個介在させるなどの方法である。すなわち、まず室温にて、図１２（ｂ）から半導体チップ１３０の裏面金属膜１３２をはんだの島状領域１２５に接触させる。この状態では、介在させたボールははんだの島状領域１２５より背が低いとする。次に、半導体チップ１３０の上からやや加圧しつつ、構造全体をはんだの融点以上の温度にすると、裏面金属膜１３２と接するはんだの島状領域１２５表面の酸化膜が壊れ、溶融はんだが裏面金属膜１３２側に濡れ広がる。これによって、金属板１１０と半導体チップ１３０の間の距離は縮まろうとするが、ここで適切なサイズの上記ボールを介在させてこの収縮を阻止すると、溶融はんだが裏面金属膜１３２側に濡れ広がることによって、はんだ体積が使われるので、固化した時点でのはんだブロック１２２の側面形状を凹型にすることが可能となる。
【００３９】
以上、本発明による半導体装置の具体的な実施形態及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲を逸脱することなく実施された構成は、すべて本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１００  半導体装置
１１０  金属基板
１２０  はんだ層
１２１  板はんだ
１２２  はんだブロック
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ  酸化皮膜
１２４  細隙
１２５  はんだの島状領域
１３０  半導体チップ
１３２  裏面金属膜
１４０  加工ヘッド
１４１  ダイシングソーの歯
１５０  ポンチ
２６０、２６１  はんだを弾く処理をした領域
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図６（ｄ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図９（ｃ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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