(57)【要約】【課題】半導体チップの焼結接合を経る半導体装置製造方法において、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適した手法を提供する。【解決手段】本製造方法は、例えば、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハＷから、複数の半導体チップ１１を含む半導体ウエハ分割体１０を形成する工程と、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハ分割体１０に対して焼結接合用シート２０を貼り合わせる工程と、焼結接合用シート２０由来の焼結接合用材料層２１を伴う半導体チップ１１を例えばダイシングテープＴ１からピックアップする工程と、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１をその焼結接合用材料層２１を介して基板に仮固定する工程と、仮固定された半導体チップ１１と基板の間に介在する焼結接合用材料層２１から加熱過程を経て焼結層を形成して当該半導体チップ１１を基板に接合する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハから、複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する分割工程と、
導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む焼結接合用シートを、前記ダイシングテープ上の前記半導体ウエハ分割体に対して前記ダイシングテープとは反対の側から貼り合わせて、前記半導体チップのそれぞれへの、前記焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の転写を行う、貼合せ工程と、
前記半導体チップをこれに密着している焼結接合用材料層とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得るピックアップ工程と、
前記焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する工程と、
仮固定された前記半導体チップおよび前記基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む半導体装置製造方法。
【請求項２】
前記分割工程では、前記半導体ウエハに対するブレードダイシングによって前記半導体ウエハ分割体を形成する、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
【請求項３】
前記分割工程と前記貼合せ工程との間に、前記半導体ウエハ分割体を保持する前記ダイシングテープを一旦エキスパンドする工程を更に含む、請求項１または２に記載の半導体装置製造方法。
【請求項４】
前記貼合せ工程と前記ピックアップ工程との間に、前記半導体ウエハ分割体を保持する前記ダイシングテープを一旦エキスパンドするエキスパンド工程を更に含む、請求項１または２に記載の半導体装置製造方法。
【請求項５】
前記分割工程では、ダイシングテープ上に保持された状態にある前記半導体ウエハ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域を形成した後、当該半導体ウエハを保持する前記ダイシングテープのエキスパンドにより当該半導体ウエハを割断して、前記半導体ウエハ分割体を形成する、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
【請求項６】
前記ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップを前記ダイシングテープからピックアップする、請求項１から５のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項７】
前記貼合せ工程と前記ピックアップ工程との間に、前記焼結接合用シート付き半導体ウエハ分割体における焼結接合用シート側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からの前記ダイシングテープの剥離とを行う工程を含み、
前記ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップを前記ウエハ加工用テープからピックアップする、請求項１から３、および５のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項８】
前記エキスパンド工程と前記ピックアップ工程との間に、前記焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む前記半導体ウエハ分割体における焼結接合用材料層側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からの前記ダイシングテープの剥離とを行う工程を含み、
前記ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップを前記ウエハ加工用テープからピックアップする、請求項４に記載の半導体装置製造方法。
【請求項９】
ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域を形成する工程と、
導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む焼結接合用シートを、前記ダイシングテープ上の前記半導体ウエハに対して前記ダイシングテープとは反対の側から貼り付わせる工程と、
前記半導体ウエハを保持する前記ダイシングテープをエキスパンドすることにより、当該半導体ウエハを前記焼結接合用シートとともに割断して、当該焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する割断工程と、
前記半導体チップをこれに密着している焼結接合用材料層とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得るピックアップ工程と、
前記焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する工程と、
仮固定された前記半導体チップおよび前記基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む半導体装置製造方法。
【請求項１０】
導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む焼結接合用シートを、ダイシングテープ上に保持されている半導体ウエハに対して前記ダイシングテープとは反対の側から貼り付わせる工程と、
前記ダイシングテープ上の前記半導体ウエハを前記焼結接合用シートとともに個片化して、当該焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する個片化工程と、
前記半導体チップをこれに密着している焼結接合用材料層とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得るピックアップ工程と、
前記焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する工程と、
仮固定された前記半導体チップおよび前記基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む半導体装置製造方法。
【請求項１１】
前記個片化工程では、前記半導体ウエハおよびその上の前記焼結接合用シートに対するブレードダイシングによって前記半導体ウエハ分割体を形成する、請求項１０に記載の半導体装置製造方法。
【請求項１２】
前記個片化工程では、前記ダイシングテープ上に保持された状態にある前記半導体ウエハ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域を形成した後、当該半導体ウエハを保持する前記ダイシングテープのエキスパンドにより当該半導体ウエハおよびその上の前記焼結接合用シートを割断して、前記半導体ウエハ分割体を形成する、請求項１０に記載の半導体装置製造方法。
【請求項１３】
前記ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップを前記ダイシングテープからピックアップする、請求項９から１２のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項１４】
前記ピックアップ工程の前に、前記焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む前記半導体ウエハ分割体における焼結接合用材料層側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からの前記ダイシングテープの剥離とを行う工程を含み、
前記ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップを前記ウエハ加工用テープからピックアップする、請求項９から１２のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項１５】
前記焼結層の厚さは、当該焼結層の平均厚さの６０〜１４０％の範囲内にある、請求項１から１４のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項１６】
前記焼結層の平均厚さは５〜２００μｍである、請求項１から１５のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項１７】
前記焼結性粒子は、銀、銅、酸化銀、および酸化銅からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１から１６のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項１８】
前記半導体装置はパワー半導体装置である、請求項１から１７のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるパワー半導体装置などの半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、リードフレームや絶縁回路基板など支持基板に対し、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつダイボンディングするための手法として、支持基板とチップとの間にＡｕ-Ｓｉ共晶合金層を形成して接合状態を実現する手法や、接合材としてハンダや導電性粒子含有樹脂を利用する手法が、知られている。
【０００３】
一方、電力の供給制御を担うパワー半導体装置の普及が近年では顕著である。パワー半導体装置は、動作時の通電量が大きいことに起因して発熱量が大きい場合が多い。そのため、パワー半導体装置の製造においては、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつ支持基板にダイボンディングする手法について、高温動作時にも信頼性の高い接合状態を実現可能であることが求められる。半導体材料としてＳｉＣやＧａＮが採用されて高温動作化の図られたパワー半導体装置においては特に、そのような要求が強い。そして、そのような要求に応えるべく、電気的接続を伴うダイボンディング手法として、焼結性粒子と溶剤等を含有する焼結接合用の組成物を使用する技術が提案されている。
【０００４】
焼結性粒子含有の焼結接合用材料が用いられて行われるダイボンディングでは、まず、支持基板のチップ接合予定箇所に対して半導体チップが焼結接合用材料を介して所定の温度・荷重条件で載置される。その後、支持基板とその上の半導体チップとの間において焼結接合用材料中の溶剤の揮発などが生じ且つ焼結性粒子間で焼結が進行するように、所定の温度・加圧条件での加熱工程が行われる。これにより、支持基板と半導体チップとの間に焼結層が形成されて、支持基板に対して半導体チップが電気的に接続されつつ機械的に接合されることとなる。このような技術は、例えば下記の特許文献１,２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６５７２８号
【特許文献２】特開２０１３−０３９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
焼結接合によるダイボンディングがなされる半導体装置製造過程において、複数の半導体チップに焼結接合用材料を一括的に供給するために、例えば次のような過程を経ることが提案されている。まず、片面に粘着面を有する加工用テープないしその粘着面の上に複数の半導体チップが配列される。次に、プラスチックフィルム表面に焼結接合用材料層を伴うシート体の当該材料層の側が、加工用テープ上の半導体チップアレイに対して押圧されつつ貼り合わせられる。次に、焼結接合用材料層において半導体チップに圧着された箇所を当該半導体チップ上に残しつつ、当該シート体の剥離が行われる。当該シート体の貼り合わせとその後の剥離により、シート体から各半導体チップへの焼結接合用材料の転写が行われることとなる。このような手法によると、複数の半導体チップに焼結接合用材料を一括的に供給することが可能である。しかしながら、このような手法では、焼結接合用材料のロスが比較的に大きい。その理由は次のとおりである。
【０００７】
加工用テープ上への半導体チップの配列は、チップの欠けを招きかねないチップどうしの接触が配列作業中に生ずるのを回避するために例えば、隣り合うチップ間の離隔距離が十分に確保されつつ行われる。その離隔距離は８００〜２０００μｍ程度である。すなわち、配列作業後の加工用テープ上の半導体チップアレイにおける半導体チップ間には有意な空隙がある。そのため、焼結接合用材料の供給のための上述のシート体においては、半導体チップアレイへの貼り合わせ時に各半導体チップに対して圧着される焼結接合用材料層の各箇所（焼結接合用材料層の一部）が、半導体チップに転写されることとなる。貼り合わせ時に焼結接合用材料層において半導体チップ間の空隙に臨む箇所は、半導体チップに転写されない。焼結接合用材料層にて半導体チップに転写されない箇所はロスとなる。加工用テープ上に配列される半導体チップ間の空隙が大きいほど、このロスは増大する傾向にある。
【０００８】
本発明は、以上のような事情のもとで考え出されたものであって、その目的は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適した、半導体チップ焼結接合箇所を備える半導体装置の製造方法を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面により提供される半導体装置製造方法は、以下のような分割工程、貼合せ工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を少なくとも含む。本方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するのに適する。
【００１０】
分割工程では、ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハから、複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する。本工程では、半導体ウエハに対するブレードダイシングによって半導体ウエハ分割体を形成することができる（第１手法）。或いは、本工程では、ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハに対するステルスダイシングの後、当該半導体ウエハを保持するダイシングテープを一旦エキスパンドすることによって当該半導体ウエハを割断して、半導体ウエハ分割体を形成することもできる（第２手法）。ステルスダイシングでは、半導体ウエハ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域が形成される。ステルスダイシングを経た半導体ウエハは、それを保持するダイシングテープのエキスパンドによって脆弱化領域に沿って割断され得る状態をとる。これら第１手法や第２手法を経て形成される半導体ウエハ分割体の半導体チップ間距離は１０〜５００μｍ程度である。
【００１１】
貼合せ工程では、導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む焼結接合用シートを、ダイシングテープ上の半導体ウエハ分割体に対してダイシングテープとは反対の側から貼り合わせる。これにより、半導体チップのそれぞれに対し、焼結接合用シート由来の焼結接合用材料を圧着させて焼結接合用材料層の転写を行う。
【００１２】
ピックアップ工程では、半導体チップをこれに密着している焼結接合用材料層とともにピックアップして、焼結接合用材料層付き半導体チップを得る。ピックアップ工程では、例えばダイシングテープから、焼結接合用材料層付き半導体チップをピックアップする。或いは、上述の貼合せ工程とピックアップ工程との間に、焼結接合用シート付き半導体ウエハ分割体における焼結接合用シート側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からのダイシングテープの剥離とを行う工程が実施される場合、ピックアップ工程では、ウエハ加工用テープから焼結接合用材料層付き半導体チップをピックアップする。
【００１３】
仮固定工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に対して圧着して仮固定する。
【００１４】
焼結接合工程では、仮固定された半導体チップと基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを基板に対して焼結接合する。
【００１５】
本半導体装置製造方法において、その貼合せ工程では、上述のように、ダイシングテープ上の半導体ウエハ分割体（個片化済みの複数の半導体チップが含まれる）に対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シートが貼り合わせられる。このような構成は、複数の半導体チップのそれぞれへの焼結接合用材料の供給、即ち、複数の半導体チップのそれぞれへの焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００１６】
加えて、本半導体装置製造方法では、その分割工程にてダイシングテープ上に形成される半導体ウエハ分割体（即ち、ダイシングテープに保持されている状態でのチップへの個片化を経た半導体ウエハ）のチップ間距離は、上述のように１０〜５００μｍ程度と短い。貼合せ工程では、このような半導体ウエハ分割体に対して焼結接合用シートが貼り合わせられる（焼結接合用シートは、半導体ウエハからの個片化を経た後に加工用テープ上に配列された、チップ間に比較的大きな空隙を伴う複数の半導体チップに対して貼り合わされるのではない）。したがって、本半導体装置製造方法は、複数の半導体チップのそれぞれへの焼結接合用材料の一括的な供給にあたり、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００１７】
以上のように、本発明の第１の側面に係る本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【００１８】
本方法は、好ましくは、分割工程と貼合せ工程との間に、半導体ウエハ分割体を保持するダイシングテープを一旦エキスパンドする工程を更に含む。このような構成は、ピックアップ工程において各半導体チップを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００１９】
本方法は、好ましくは、貼合せ工程とピックアップ工程との間に、半導体ウエハ分割体を保持するダイシングテープを一旦エキスパンドするエキスパンド工程を更に含む。このような構成は、ピックアップ工程前に焼結接合用シートを割断してピックアップ工程において各半導体チップを適切にピックアップするうえで好ましい。また、このようなエキスパンド工程とピックアップ工程との間に、焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体における焼結接合用材料層側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からのダイシングテープの剥離とを行う工程が実施される場合、ピックアップ工程では、ウエハ加工用テープから焼結接合用材料層付き半導体チップをピックアップする。
【００２０】
本発明の第２の側面により提供される半導体装置製造方法は、次のようなステルスダイシング工程、貼合せ工程、割断工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。ステルスダイシング工程では、ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハ内において、複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域を形成する。貼合せ工程では、導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む焼結接合用シートを、ダイシングテープ上の半導体ウエハに対してダイシングテープとは反対の側から貼り合わせる。割断工程では、半導体ウエハを保持するダイシングテープをエキスパンドすることにより、当該半導体ウエハを焼結接合用シートとともに割断して、当該焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する。ピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをダイシングテープからピックアップする。或いは、上述の割断工程とピックアップ工程との間に、焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体における焼結接合用材料層側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からのダイシングテープの剥離とを行う工程が実施される場合、ピックアップ工程では、ウエハ加工用テープから焼結接合用材料層付き半導体チップをピックアップする。仮固定工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する。焼結接合工程では、仮固定された半導体チップおよび基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを基板に焼結接合する。
【００２１】
本発明の第２の側面に係る半導体装置製造方法において、その貼合せ工程では、上述のように、ダイシングテープ上でのステルスダイシング後の半導体ウエハに対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シートが貼り合わせられる。このような構成は、半導体ウエハにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００２２】
加えて、本発明の第２の側面に係る半導体装置製造方法の貼合せ工程では、チップへの個片化を経ていない半導体ウエハ（即ち、チップ間空隙を伴わない半導体ウエハ）に対して、焼結接合用シートが貼り合わせられる。このような貼合せ工程では、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シートは、半導体ウエハに貼り合わせられる領域において当該ウエハに対して全面的に圧着されうる。したがって、本半導体装置製造方法は、その過程で得られる複数の半導体チップに供給される焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００２３】
以上のように、本発明の第２の側面に係る本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【００２４】
本発明の第３の側面により提供される半導体装置製造方法は、次のような貼合せ工程、個片化工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。貼合せ工程では、ダイシングテープ上に保持されている半導体ウエハに対してダイシングテープとは反対の側から焼結接合用シートを貼り付わせる。この焼結接合用シートは、導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含む。個片化工程では、ダイシングテープ上の半導体ウエハを焼結接合用シートとともに個片化して、当該焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体を形成する。この個片化工程では、半導体ウエハおよびその上の焼結接合用シートに対するブレードダイシングによって半導体ウエハ分割体を形成することができる。或いは、個片化工程では、ダイシングテープ上に保持された状態にある半導体ウエハ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域を形成した後、当該半導体ウエハを保持するダイシングテープのエキスパンドにより当該半導体ウエハおよびその上の焼結接合用シートを割断して、半導体ウエハ分割体を形成することができる。ピックアップ工程では、半導体チップをこれに密着している焼結接合用材料層とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得る。このピックアップ工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをダイシングテープからピックアップする。或いは、上述の個片化工程とピックアップ工程との間に、焼結接合用シート由来の焼結接合用材料層の密着している複数の半導体チップを含む半導体ウエハ分割体における焼結接合用材料層側に対するウエハ加工用テープの貼り合わせと、当該半導体ウエハ分割体からのダイシングテープの剥離とを行う工程が実施される場合、ピックアップ工程では、ウエハ加工用テープから焼結接合用材料層付き半導体チップをピックアップする。仮固定工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する。焼結接合工程では、仮固定された半導体チップおよび基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを基板に焼結接合する。
【００２５】
本発明の第３の側面に係る半導体装置製造方法において、その貼合せ工程では、上述のように、ダイシングテープ上の半導体ウエハに対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シートが貼り合わせられる。このような構成は、半導体ウエハにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００２６】
加えて、本発明の第３の側面に係る半導体装置製造方法の貼合せ工程では、チップへの個片化を経ていない半導体ウエハ（即ち、チップ間空隙を伴わない半導体ウエハ）に対して、焼結接合用シートが貼り合わせられる。このような貼合せ工程では、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シートは、半導体ウエハに貼り合わせられる領域において当該ウエハに対して全面的に圧着されうる。したがって、本半導体装置製造方法は、その過程で得られる複数の半導体チップに供給される焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００２７】
以上のように、本発明の第３の側面に係る本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【００２８】
本発明の第１から第３の側面において、焼結接合工程にて形成される焼結層の厚さは、当該焼結層の平均厚さの好ましくは６０〜１４０％の範囲内、より好ましくは８０〜１２０％の範囲内、より好ましくは９０〜１１０％の範囲内にある。焼結層の厚さが均一なほど、焼結層において高い接合信頼性を得やすい。また、焼結接合工程にて形成される焼結層の平均厚さは、好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜１５０μｍである。このような構成は、焼結層において熱ストレスに起因する内部応力を緩和して十分な熱衝撃信頼性を確保するとともに、焼結接合に関するコスト、ひいては半導体装置の製造コストを抑制するうえで、好ましい。
【００２９】
本発明の第１から第３の側面において使用される焼結接合用シート中の焼結性粒子は、好ましくは、銀、銅、酸化銀、および酸化銅からなる群より選択される少なくとも一種を含む。このような構成は、焼結接合される基板と半導体チップとの間に強固な焼結層を形成するうえで好適である。また、焼結接合用シート中のバインダー成分は、好ましくは熱分解性の高分子バインダーである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図２】図１に示す工程の後に続く工程を表す。
【図３】図２に示す工程の後に続く工程を表す。
【図４】図３に示す工程の後に続く工程を表す。
【図５】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図６】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図７】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図８】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図９】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図１０】図９に示す工程の後に続く工程を表す。
【図１１】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図１２】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図１３】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１から図４は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法を表す。本実施形態の半導体装置製造方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するための方法であって、以下のような分割工程、貼合せ工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。
【００３２】
分割工程では、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ダイシングテープＴ１上に保持された状態にある半導体ウエハＷから、ブレードダイシングにより、半導体ウエハ分割体１０が形成される。
【００３３】
ダイシングテープＴ１は、例えば基材と粘着剤層との積層構造を有し、粘着剤層のなす粘着面Ｔ１ａを片面に有する。半導体ウエハＷは、半導体素子が作り込まれている側の素子形成面とこれとは反対の裏面を有する。裏面には、外部電極としての平面電極（図示略）が形成されている。半導体ウエハＷのウエハ本体をなすための構成材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）など、パワー半導体装置用の半導体材料が挙げられる。半導体ウエハＷの厚さは例えば２０〜１０００μｍである。
【００３４】
本工程では、具体的には先ず、半導体ウエハＷの素子形成面（図中下面）側にダイシングテープＴ１の粘着面Ｔ１ａが貼り合わされる。ダイシングテープＴ１の粘着面Ｔ１ａの周縁部には、リングフレームＲが貼り付けられる。リングフレームＲは、ダイシングテープＴ１に貼り付けられた状態において、ダイシング装置（図示略）の備える搬送アームなど搬送機構がワーク搬送時に機械的に当接する部材である。
【００３５】
本工程では、次に、ダイシングテープＴ１の粘着面Ｔ１ａ上に半導体ウエハＷが保持されている状態で、ダイシング装置の備える回転ブレード（図示略）が駆動されて、半導体ウエハＷに対する切削加工が進められる。この切削加工は、回転ブレードおよび半導体ウエハＷに向けて流水が供給し続けられる中で、切断予定ラインに沿って進められる。図１（ｂ）では、ダイシング用の回転ブレードによって形成される切削溝Ｇを模式的に太線で表す。切削溝Ｇの切り込み深さは、ダイシングテープＴ１内に至ってもよい。このような分割工程を経ることによって、ダイシングテープＴ１上において、半導体ウエハＷのチップへの個片化が行われて、複数の半導体チップ１１を含む半導体ウエハ分割体１０が形成される。このようにして形成される半導体ウエハ分割体１０の半導体チップ１１間の距離は、例えば１０〜５００μｍである。
【００３６】
本実施形態では、次に、図１（ｃ）に示すように、半導体ウエハ分割体１０に焼結接合用シート２０が貼り合わせられる（貼合せ工程）。焼結接合用シート２０は、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含む組成物のシート体であり、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハ分割体１０ないしその裏面に対してダイシングテープＴ１とは反対の側から貼り合わせられる。貼り合わせのための押圧手段としては、例えば圧着ロールが挙げられる。貼合せ温度は例えば室温から２００℃までの範囲にあり、貼合せのための荷重は例えば０.０１〜１０ＭＰａである。本工程において、半導体ウエハ分割体１０における半導体チップ１１のそれぞれに対し、焼結接合用シート２０由来の焼結接合用材料を圧着させて焼結接合用材料層２１の転写を一括的に行うことができる。
【００３７】
焼結接合用シート２０は、接合対象物間を焼結接合するのに使用するためのものであって、上述のように、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含む組成物のシート体である。
【００３８】
焼結接合用シート２０中の焼結性粒子は、導電性金属元素を含有して焼結可能な粒子である。導電性金属元素としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、およびニッケルが挙げられる。このような焼結性粒子の構成材料としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、ニッケル、および、これらの群から選択される二種以上の金属の合金が挙げられる。焼結性粒子の構成材料としては、酸化銀や、酸化銅、酸化パラジウム、酸化スズなどの金属酸化物も挙げられる。また、焼結性粒子は、コアシェル構造を有する粒子であってもよい。例えば、焼結性粒子は、銅を主成分とするコアと、金や銀などを主成分とし且つコアを被覆するシェルとを有する、コアシェル構造の粒子であってもよい。本実施形態において、焼結性粒子は、好ましくは銀粒子、銅粒子、酸化銀粒子、および酸化銅粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含む。形成される焼結層において高い導電性および高い熱伝導性を実現するという観点からは、焼結性粒子としては銀粒子および銅粒子が好ましい。加えて耐酸化性の観点からは、銀粒子は扱いやすくて好ましい。例えば、銀めっき付銅基板への半導体チップの焼結接合において、焼結性粒子として銅粒子を含む焼結材を用いる場合には、窒素雰囲気下など不活性環境下で焼結プロセスを行う必要があるものの、銀粒子が焼結性粒子をなす焼結材を用いる場合には、空気雰囲気下であっても適切に焼結プロセスを実行することが可能である。
【００３９】
用いられる焼結性粒子の平均粒径は、焼結性粒子について低い焼結温度を実現するなどして良好な焼結性を確保するという観点からは、好ましくは２０００ｎｍ以下、より好ましくは８００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。焼結接合用シート２０ないしそれを形成するための組成物における焼結性粒子について良好な分散性を実現するという観点からは、焼結性粒子の平均粒径は、好ましくは１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上である。焼結性粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して行う観察によって計測することが可能である。
【００４０】
焼結接合用シート２０における焼結性粒子の含有割合は、信頼性の高い焼結接合を実現するという観点からは、好ましくは６０〜９９質量％、より好ましくは６５〜９８質量％、より好ましくは７０〜９７質量％、より好ましくは７０〜９５質量％である。
【００４１】
焼結接合用シート２０中のバインダー成分は、本実施形態では、熱分解性高分子バインダーと低沸点バインダーとを少なくとも含み、可塑剤など他の成分を更に含んでもよい。熱分解性高分子バインダーは、焼結接合用の高温加熱過程で熱分解され得るバインダー成分であり、当該加熱過程前までにおいて、焼結接合用シート２０のシート形状の保持に寄与する要素である。本実施形態では、シート形状保持機能を担保するという観点から、熱分解性高分子バインダーは常温（２３℃）で固形の材料である。そのような熱分解性高分子バインダーとしては、例えば、ポリカーボネート樹脂およびアクリル樹脂を挙げることができる。
【００４２】
熱分解性高分子バインダーとしてのポリカーボネート樹脂としては、例えば、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間にベンゼン環など芳香族化合物を含まずに脂肪族鎖からなる脂肪族ポリカーボネート、および、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間に芳香族化合物を含む芳香族ポリカーボネートが挙げられる。脂肪族ポリカーボネートとしては、例えば、ポリエチレンカーボネートおよびポリプロピレンカーボネートが挙げられる。芳香族ポリカーボネートとしては、主鎖にビスフェノールＡ構造を含むポリカーボネートが挙げられる。
【００４３】
熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂としては、例えば、炭素数４〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を有するアクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルの重合体が挙げられる。以下では、「(メタ)アクリル」をもって「アクリル」および／または「メタクリル」を表し、「(メタ)アクリレート」をもって「アクリレート」および／または「メタクリレート」を表す。熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂をなすための(メタ)アクリル酸エステルのアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ-ブチル基、ｔ-ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、へプチル基、シクロヘキシル基、２-エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、およびオクタデシル基が挙げられる。
【００４４】
熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂は、上記(メタ)アクリル酸エステル以外の他のモノマーに由来するモノマーユニットを含む重合体であってもよい。そのような他のモノマーとしては、例えば、カルボキシ基含有モノマー、酸無水物モノマー、ヒドロキシ基含有モノマー、スルホン酸基含有モノマー、およびリン酸基含有モノマーが挙げられる。具体的に、カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、およびクロトン酸が挙げられる。酸無水物モノマーとしては、例えば、無水マレイン酸や無水イタコン酸が挙げられる。ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸４-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸６-ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸８-ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸１０-ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸１２-ヒドロキシラウリル、および、(メタ)アクリル酸４-(ヒドロキシメチル)シクロヘキシルメチルが挙げられる。スルホン酸基含有モノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２-(メタ)アクリルアミド-２-メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸、スルホプロピル(メタ)アクリレート、および(メタ)アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸が挙げられる。リン酸基含有モノマーとしては、例えば２-ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートが挙げられる。
【００４５】
熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、好ましくは１００００以上である。熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定してポリスチレン換算により算出される値とする。
【００４６】
焼結接合用シート２０における熱分解性高分子バインダーの含有割合は、上述のシート形状保持機能を適切に発揮させるという観点からは、好ましくは０.５〜１０質量％、より好ましくは０.８〜８質量％、より好ましくは１〜６質量％である。
【００４７】
焼結接合用シート２０中の低沸点バインダーは、動的粘弾性測定装置（商品名「ＨＡＡＫＥ ＭＡＲＳ III」，Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ社製）を使用して測定される２３℃での粘度が１×１０5Ｐａ・ｓ以下を示す液状または半液状であるものとする。本粘度測定においては、治具として２０ｍｍφのパラレルプレートを使用し、プレート間ギャップを１００μｍとし、回転せん断におけるせん断速度を１ｓ-1とする。
【００４８】
上述の低沸点バインダーとしては、例えば、テルペンアルコール類、テルペンアルコール類を除くアルコール類、アルキレングリコールアルキルエーテル類、および、アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類が、挙げられる。テルペンアルコール類としては、例えば、イソボルニルシクロヘキサノール、シトロネロール、ゲラニオール、ネロール、カルベオール、およびα-テルピネオールが挙げられる。テルペンアルコール類を除くアルコール類としては、例えば、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、１-デカノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、および２,４-ジエチル-１,５ペンタンジオールが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類としては、例えば、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、およびトリプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類としては、例えば、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、およびジプロピレングリコールメチルエーテルアセテートが挙げられる。焼結接合用シート２０中の成分として、一種類の低沸点バインダーを用いてもよいし、二種類以上の低沸点バインダーを用いてもよい。焼結接合用シート２０中の低沸点バインダーとしては、常温での安定性という観点からは、テルペンアルコール類が好ましく、イソボルニルシクロヘキサノールがより好ましい。
【００４９】
焼結接合用シート２０の２３℃での厚さは、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、且つ、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。また、焼結接合用シート２０ないしこれをなす焼結接合用組成物の７０℃での粘度は、例えば５×１０3〜１×１０7Ｐａ・ｓであり、好ましくは１×１０4〜１×１０6Ｐａ・ｓである。
【００５０】
焼結接合用シート２０は、例えば、上述の各成分を溶剤中にて混合してワニスを調製し、基材としてのセパレータの上に当該ワニスを塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥させることによって、作製することができる。ワニス調製用の溶剤としては有機溶剤やアルコール溶剤を用いることができる。
【００５１】
本実施形態では、貼合せ工程の後、図１（ｄ）に示すような反転工程が行われる。本工程では、具体的には、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハ分割体１０すなわちワークに対する、粘着面Ｔ２ａを有するウエハ加工用テープＴ２の貼り合わせと、当該ワークからのダイシングテープＴ１の剥離とが行われる。加工用テープＴ２の粘着面Ｔ２ａの粘着力は、加工用テープＴ１の粘着面Ｔ１ａの粘着力と同等またはそれ以上である。本工程では、例えば、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハ分割体１０における焼結接合用シート２０の側にウエハ加工用テープＴ２がその粘着面Ｔ２ａ側で貼り合わされた後、当該半導体ウエハ分割体１０からダイシングテープＴ１が剥離される。
【００５２】
本半導体装置製造方法では、次に、図２（ａ）に示すように、半導体チップ１１をこれに密着している焼結接合用材料層２１とともにウエハ加工用テープＴ２からピックアップして、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１を得る（ピックアップ工程）。本工程では、具体的には、ピックアップ対象の焼結接合用材料層付き半導体チップ１１について、ウエハ加工用テープＴ２の図中下側においてピックアップ機構のピン部材３３を上昇させてウエハ加工用テープＴ２を介して突き上げた後、当該半導体チップ１１を吸着コレットＣによって吸着保持する。このような吸着コレットＣの吸着保持作用を利用して、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１のピックアップを行うことができる。後記のピックアップ工程においても同様である。
【００５３】
次に、図３（ａ）に示すように、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１をその焼結接合用材料層２１を介して支持基板Ｓに対して圧着して仮固定する（仮固定工程）。具体的には、例えばチップマウンターを使用して、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１をその焼結接合用材料層２１を介して支持基板Ｓに対して押圧して仮固定する。支持基板Ｓとしては、例えば、銅配線など配線を表面に伴う絶縁回路基板、および、リードフレームが挙げられる。支持基板Ｓにおけるチップ搭載箇所は、銅配線やリードフレームなどの素地表面であってもよいし、素地表面上に形成されためっき膜の表面であってもよい。当該めっき膜としては、例えば、金めっき膜、銀めっき膜、ニッケルめっき膜、パラジウムめっき膜、および白金めっき膜が挙げられる。本工程において、仮固定用の温度条件は、例えば室温から３００℃までの範囲にあり、押圧に係る荷重は例えば０.０１〜５０ＭＰａであり、接合時間は例えば０.０１〜３００秒間である。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、仮固定された半導体チップ１１と基板Ｓの間に介在する焼結接合用材料層２１から、加熱過程を経て焼結層２２を形成して、半導体チップ１１を支持基板Ｓに対して焼結接合する（焼結接合工程）。具体的には、所定の高温加熱過程を経ることによって、支持基板Ｓと半導体チップ１１との間において、焼結接合用材料層２１中の低沸点バインダーを揮発させ、熱分解性高分子バインダーを熱分解させて揮散させ、そして、焼結性粒子の導電性金属を焼結させる。これにより、支持基板Ｓと各半導体チップ１１との間に焼結層２２が形成されて、支持基板Ｓに対して半導体チップ１１が支持基板Ｓ側との電気的接続がとられつつ接合されることとなる。本工程において、焼結接合の温度条件は、例えば１５０〜４００℃の範囲にあり、好ましくは２５０〜３５０℃の範囲にある。焼結接合のための圧力は、例えば６０ＭＰａ以下であり、好ましくは４０ＭＰａ以下である。また、焼結接合の接合時間は、例えば０.３〜３００分間であり、好ましくは０.５〜２４０分間である。例えばこれら条件の範囲内において、焼結接合工程を実施するための温度プロファイルや圧力プロファイルが適宜に設定される。以上のような焼結接合工程は、加熱と加圧とを同時に行える装置を使用して行うことができる。そのような装置としては、例えばフリップチップボンダーおよび平行平板プレス機が挙げられる。また、焼結接合に関与する金属の酸化防止の観点からは、本工程は、窒素雰囲気下、減圧下、または還元ガス雰囲気下で行われるのが好ましい。
【００５５】
焼結接合工程にて形成される焼結層２２の厚さは、本実施形態では、焼結層２２の平均厚さの好ましくは６０〜１４０％の範囲内、より好ましくは８０〜１２０％の範囲内、より好ましくは９０〜１１０％の範囲内にある。焼結層２２の厚さが均一なほど、焼結層２２において高い接合信頼性を得やすい。また、焼結層２２の平均厚さは、好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜１５０μｍである。このような構成は、焼結層２２において熱ストレスに起因する内部応力を緩和して十分な熱衝撃信頼性を確保するとともに、焼結接合に関するコスト、ひいては半導体装置の製造コストを抑制するうえで、好ましい。
【００５６】
本半導体装置製造方法においては、次に、図４（ａ）に示すように、半導体チップ１１の端子部（図示略）と支持基板Ｓの有する端子部（図示略）とを必要に応じてボンディングワイヤーＷを介して電気的に接続する（ワイヤーボンディング工程）。半導体チップ１１の端子部や支持基板Ｓの端子部とボンディングワイヤーＷとの結線は、例えば、加熱を伴う超音波溶接によって実現される。ボンディングワイヤーＷとしては、例えば金線、アルミニウム線、または銅線を用いることができる。ワイヤーボンディングにおけるワイヤー加熱温度は、例えば８０〜２５０℃であり、好ましくは８０〜２２０℃である。また、その加熱時間は数秒〜数分間である。
【００５７】
次に、図４（ｂ）に示すように、支持基板Ｓ上の半導体チップ１１やボンディングワイヤーＷを保護するための封止樹脂Ｍを形成する（封止工程）。本工程では、例えば、金型を使用して行うトランスファーモールド技術によって封止樹脂Ｍが形成される。封止樹脂Ｍの構成材料としては、例えばエポキシ系樹脂を用いることができる。本工程において、封止樹脂Ｍを形成するための加熱温度は例えば１６５〜１８５℃であり、加熱時間は例えば６０秒〜数分間である。本封止工程で封止樹脂Ｍの硬化が充分には進行しない場合には、本工程の後に封止樹脂Ｍを完全に硬化させるための後硬化工程が行われる。
【００５８】
以上のようにして、半導体チップの焼結接合箇所を備える半導体装置を製造することができる。
【００５９】
本半導体装置製造方法では、図１（ｄ）を参照して上述した反転工程と図２（ａ）を参照して上述したピックアップ工程の代わりに、次のようなピックアップ工程とその後の反転工程を行ってもよい。
【００６０】
図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程、即ち、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハ分割体１０に対して焼結接合用シート２０を貼り合わせる工程の後、図５（ａ）に示すように、半導体チップ１１をこれに密着している焼結接合用材料層２１とともにダイシングテープＴ１からピックアップして、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１を得る（ピックアップ工程）。このピックアップ工程では、使用される吸着コレットＣは、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１の焼結接合用材料層２１側への吸着作用により当該半導体チップ１１を保持する。次に、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１をピックアップした吸着コレットＣから、図５（ｂ）に示すように、別の吸着コレットＣ'へと当該半導体チップ１１を受け渡す。吸着コレットＣ'は、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１のチップ側への吸着作用により当該半導体チップ１１を保持する。この焼結接合用材料層付き半導体チップ１１は、図３（ａ）を参照して上述したような仮固定工程に供されることとなる。
【００６１】
本半導体装置製造方法では、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して上述した分割工程と図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程との間において、図６に示すように、半導体ウエハ分割体１０を保持するダイシングテープＴ１を一旦エキスパンドする工程を行ってもよい。
【００６２】
本エキスパンド工程では、エキスパンド装置が使用され、まず、図６（ａ）に示すように、半導体ウエハ分割体１０とリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴うダイシングテープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図６（ｂ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、ダイシングテープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、半導体ウエハ分割体１０の貼り合わされたダイシングテープＴ１が、半導体ウエハ分割体１０の径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。エキスパンド時の温度条件は例えば−２０〜７０℃である。この後、図６（ｃ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、ダイシングテープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。エキスパンドの後、ダイシングテープＴ１における半導体ウエハ分割体保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後に半導体チップ１１間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。
【００６３】
本半導体装置製造方法では、図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程と図１（ｄ）を参照して上述した反転工程との間に、図７に示すようなエキスパンド工程を行ってもよい。また、図５を参照して上述した工程を経る場合には、図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程と図５（ａ）を参照して上述したピックアップ工程との間に、図７に示すようなエキスパンド工程を行ってもよい。
【００６４】
本エキスパンド工程では、エキスパンド装置が使用され、まず、図７（ａ）に示すように、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハ分割体１０とリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴うダイシングテープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図７（ｂ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、ダイシングテープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、半導体ウエハ分割体１０の貼り合わされたダイシングテープＴ１が、半導体ウエハ分割体１０の径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。エキスパンド時の温度条件は、例えば−２０〜７０℃である。この後、図７（ｃ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、ダイシングテープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。エキスパンドの後、ダイシングテープＴ１における半導体ウエハ分割体保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後に半導体チップ１１間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。以上のようなエキスパンド工程を経ることにより、ピックアップ工程前に、ピックアップ対象である半導体チップ１１の間において十分な離隔距離を確保することが可能となり、従って、ピックアップ工程を適切に行うことが可能となる。
【００６５】
本半導体装置製造方法では、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して上述した分割工程の代わりに、図８に示すような分割工程を行ってもよい。
【００６６】
本分割工程では、まず、図８（ａ）に示すように、ダイシングテープＴ１上に保持された状態にある半導体ウエハＷに対するステルスダイシングを経て、半導体ウエハＷ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域Ｆを形成する。
【００６７】
ステルスダイシングでは、半導体ウエハＷの内部に集光点の合わせられたレーザー光が例えばダイシングテープＴ１とは反対の側から、半導体ウエハＷに対してその分割予定ラインに沿って照射され、多光子吸収によるアブレーションに因って半導体ウエハＷ内に脆弱化領域Ｆが形成される。半導体ウエハにおいてレーザー光照射によって分割予定ライン上に脆弱化領域Ｆを形成する方法については、例えば特開２００２−１９２３７０号公報に詳述されているところ、本実施形態におけるレーザー光照射条件は、例えば以下の条件の範囲内で適宜に調整される。
【００６８】
＜レーザー光照射条件＞
（Ａ）レーザー光
レーザー光源              半導体レーザー励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
波長                      １０６４ｎｍ
レーザー光スポット断面積  ３.１４×１０-8ｃｍ2
発振形態                  Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数            １００ｋＨｚ以下
パルス幅                  １μｓ以下
出力                      １ｍＪ以下
レーザー光品質            ＴＥＭ００
偏光特性                  直線偏光
（Ｂ）集光用レンズ
倍率                                １００倍以下
ＮＡ                                ０.５５
レーザー光波長に対する透過率        １００％以下
（Ｃ）半導体基板が載置される載置台の移動速度  ２８０ｍｍ／秒以下
【００６９】
このようなステルスダイシングの前または後には、半導体ウエハＷはその裏面側に対する研削加工によって薄化されてもよい。ステルスダイシングを経た半導体ウエハＷは、それを保持するダイシングテープＴ１のエキスパンドによって脆弱化領域Ｆに沿って割断され得る状態をとる。
【００７０】
本分割工程では、次に、図８（ｂ）に示すように、ステルスダイシングを経た半導体ウエハＷとリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴うダイシングテープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、ステルスダイシングを経た半導体ウエハＷを保持するダイシングテープＴ１を一旦エキスパンドすることによって半導体ウエハＷを割断する。具体的には、まず、図８（ｃ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、ダイシングテープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、半導体ウエハＷの貼り合わされたダイシングテープＴ１が、半導体ウエハＷの径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。エキスパンド時の温度条件は、例えば−２０〜７０℃である。このようなエキスパンドにより、半導体ウエハＷにおける脆弱化領域Ｆにクラックが形成されて半導体チップ１１への個片化が生じる。この後、図８（ｄ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、ダイシングテープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。エキスパンドの後、ダイシングテープＴ１における半導体ウエハ分割体保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後に半導体チップ１１間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。
【００７１】
このような分割工程によっても、ダイシングテープＴ１上において半導体ウエハ分割体１０を形成することができる。このようにして形成される半導体ウエハ分割体１０の半導体チップ１１間の距離は、例えば１０〜５００μｍである。形成される半導体ウエハ分割体１０は、図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程に供されることとなる。
【００７２】
以上のような半導体装置製造方法において、図１（ｃ）を参照して上述した貼合せ工程では、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハ分割体１０（個片化済みの複数の半導体チップ１１が含まれる）に対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。このような構成は、複数の半導体チップ１１のそれぞれへの焼結接合用材料の供給、即ち、複数の半導体チップ１１のそれぞれへの焼結接合用材料層２１の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００７３】
加えて、本半導体装置製造方法では、その分割工程にてダイシングテープＴ１上に形成される半導体ウエハ分割体１０（即ち、ダイシングテープＴ１に保持されている状態でのチップへの個片化を経た半導体ウエハＷ）のチップ間距離は、上述のように例えば１０〜５００μｍである。このチップ間距離は、例えば半導体チップ厚さよりも小さい値をとり、短い。貼合せ工程では、このような半導体ウエハ分割体１０に対して焼結接合用シート２０が貼り合わせられる（焼結接合用シート２０は、半導体ウエハＷからの個片化を経た後に所定の加工用テープ上に配列された、チップ間に比較的大きな空隙を伴う複数の半導体チップに対して貼り合わされるのではない）。したがって、本半導体装置製造方法は、複数の半導体チップ１１のそれぞれへの焼結接合用材料の一括的な供給にあたり、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００７４】
以上のように、本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップ１１への焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適する。
【００７５】
図９および図１０は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法を表す。本実施形態の半導体装置製造方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するための方法であって、以下のようなステルスダイシング工程、貼合せ工程、割断工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。
【００７６】
ステルスダイシング工程では、まず、図９（ａ）に示すように、ダイシングテープＴ１上に保持された状態にある半導体ウエハＷに対するステルスダイシングを経て、半導体ウエハＷ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域Ｆを形成する。このようなステルスダイシングの前または後には、半導体ウエハＷはその裏面（本実施形態では図中上面）側に対する研削加工によって薄化されてもよい。ステルスダイシングを経た半導体ウエハＷは、それを保持するダイシングテープＴ１のエキスパンドによって脆弱化領域Ｆに沿って割断され得る状態をとる。半導体ウエハＷに対するステルスダイシングの具体的な態様や条件については、図８（ａ）を参照して上述したのと同様である。
【００７７】
本実施形態では、次に、図９（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷに焼結接合用シート２０が貼り合わせられる（貼合せ工程）。焼結接合用シート２０は、上述のように導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含む組成物のシート体であり、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハＷないしその裏面に対してダイシングテープＴ１とは反対の側から貼り合わせられる。貼り合わせのための押圧手段としては、例えば圧着ロールが挙げられる。貼合せ温度は例えば室温から２００℃の範囲にあり、貼合せのための荷重は例えば０.０１〜１０ＭＰａである。本工程において、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うことができる。
【００７８】
次に、図１０に示すように割断工程が行われる。本工程では、エキスパンド装置が使用され、まず、図１０（ａ）に示すように、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハＷとリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴うダイシングテープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図１０（ｂ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、ダイシングテープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、半導体ウエハＷの貼り合わされたダイシングテープＴ１が、半導体ウエハＷの径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。エキスパンド時の温度条件は、例えば−２０〜７０℃である。このようなエキスパンドにより、半導体ウエハＷにおける脆弱化領域Ｆにクラックが形成されて半導体チップ１１への個片化が生じる。この後、図１０（ｃ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、ダイシングテープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。以上のように、本割断工程では、半導体ウエハＷを保持するダイシングテープＴ１を一旦エキスパンドすることによって、半導体ウエハＷをその上の焼結接合用シート２０とともに割断して、焼結接合用シート２０由来の焼結接合用材料層２１の密着している複数の半導体チップ１１を含む半導体ウエハ分割体１０を形成することができる。上述のエキスパンドの後、ダイシングテープＴ１における半導体ウエハ分割体保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後に半導体チップ１１間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。
【００７９】
本実施形態では、上述の割断工程の後、他の実施形態に関して図１（ｄ）を参照して上述した反転工程、図２を参照して上述したピックアップ工程、図３（ａ）を参照して上述した仮固定工程、図３（ｂ）を参照して上述した焼結接合工程、図４（ａ）を参照して上述したワイヤーボンディング工程、および、図４（ｂ）を参照して上述した封止工程が行われる。また、本実施形態では、他の実施形態に関して図１（ｄ）を参照して上述した反転工程と図２を参照して上述したピックアップ工程の代わりに、図５（ａ）を参照して上述したピックアップ工程と図５（ｂ）を参照して上述した反転工程とを行ってもよい。
【００８０】
以上のようにして、半導体チップの焼結接合箇所を備える半導体装置を製造することができる。
【００８１】
本実施形態の半導体装置製造方法において、図９（ｂ）を参照して上述した貼合せ工程では、ダイシングテープＴ１上でのステルスダイシング後の半導体ウエハＷに対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。このような構成は、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層２１の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００８２】
加えて、本実施形態における貼合せ工程では、チップへの個片化を経ていない半導体ウエハＷ（即ち、チップ間空隙を伴わない半導体ウエハＷ）に対して、焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。このような貼合せ工程では、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シート２０は、半導体ウエハＷに貼り合わせられる領域において当該ウエハに対して全面的に圧着されうる。したがって、本半導体装置製造方法は、その過程で得られる複数の半導体チップ１１に供給される焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００８３】
以上のように、本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップ１１への焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適する。
【００８４】
図１１は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法の一部の工程を表す。本実施形態の半導体装置製造方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するための方法であって、以下のような貼合せ工程、個片化工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。
【００８５】
貼合せ工程では、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ダイシングテープＴ１の粘着面Ｔ１ａ上に保持されている半導体ウエハＷに対し、焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。焼結接合用シート２０は、上述のように導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含む組成物のシート体であり、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハＷないしその裏面に対してダイシングテープＴ１とは反対の側から貼り合わせられる。貼り合わせのための押圧手段としては、例えば圧着ロールが挙げられる。貼合せ温度は例えば室温から２００℃の範囲にあり、貼合せのための荷重は例えば０.０１〜１０ＭＰａである。本工程において、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うことができる。また、本工程の前に、半導体ウエハＷはその裏面（本実施形態では図中上面）側に対する研削加工によって薄化されてもよい。
【００８６】
次に、図１１（ｃ）に示すように個片化工程が行われる。具体的には、焼結接合用シート２０を伴う半導体ウエハＷがダイシングテープＴ１の粘着面Ｔ１ａ上に保持されている状態で、ダイシング装置の備える回転ブレード（図示略）が駆動されて、半導体ウエハＷおよびその上の焼結接合用シート２０に対する切削加工が進められる。この切削加工は、回転ブレードおよび半導体ウエハＷに向けて流水が供給し続けられる中で、切断予定ラインに沿って進められる。図１１（ｃ）では、ダイシング用の回転ブレードによって形成される切削溝Ｇを模式的に太線で表す。切削溝Ｇの切り込み深さは、ダイシングテープＴ１内に至ってもよい。このような個片化工程を経ることによって、ダイシングテープＴ１上において、焼結接合用シート２０由来の焼結接合用材料層２１の密着している複数の半導体チップ１１を含む半導体ウエハ分割体１０が形成される。
【００８７】
本実施形態では、貼合せ工程の後、図１１（ｄ）に示すような反転工程が行われる。本工程では、具体的には、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハ分割体１０すなわちワークに対する、粘着面Ｔ２ａを有するウエハ加工用テープＴ２の貼り合わせと、当該ワークからのダイシングテープＴ１の剥離とが行われる。加工用テープＴ２の粘着面Ｔ２ａの粘着力は、加工用テープＴ１の粘着面Ｔ１ａの粘着力と同等またはそれ以上である。本工程では、例えば、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハ分割体１０における焼結接合用シート２０の側にウエハ加工用テープＴ２がその粘着面Ｔ２ａ側で貼り合わされた後、当該半導体ウエハ分割体１０からダイシングテープＴ１が剥離される。
【００８８】
本実施形態では、上述の個片化工程の後、他の実施形態に関して図２を参照して上述したピックアップ工程、図３（ａ）を参照して上述した仮固定工程、図３（ｂ）を参照して上述した焼結接合工程、図４（ａ）を参照して上述したワイヤーボンディング工程、および、図４（ｂ）を参照して上述した封止工程が行われる。
【００８９】
本実施形態では、図１１（ｄ）を参照して上述した反転工程と図２に示されるピックアップ工程の代わりに、次のようなピックアップ工程とその後の反転工程を行ってもよい。
【００９０】
まず、図１１（ｃ）を参照して上述した個片化工程の後、図１２（ａ）に示すように、半導体チップ１１をこれに密着している焼結接合用材料層２１とともにダイシングテープＴ１からピックアップして、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１を得る（ピックアップ工程）。このピックアップ工程では、使用される吸着コレットＣは、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１の焼結接合用材料層２１側への吸着作用により当該半導体チップ１１を保持する。次に、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１をピックアップした吸着コレットＣから、図１２（ｂ）に示すように、別の吸着コレットＣ'へと当該半導体チップ１１を受け渡す。吸着コレットＣ'は、焼結接合用材料層付き半導体チップ１１のチップ側への吸着作用により当該半導体チップ１１を保持する。この焼結接合用材料層付き半導体チップ１１は、図３（ａ）を参照して上述したような仮固定工程に供されることとなる。
【００９１】
本実施形態では、図１１（ｃ）を参照して上述したブレードダイシングによる個片化工程の代わりに、ステルスダイシングを経る次のような個片化工程を行ってもよい。
【００９２】
まず、図１３（ａ）に示すように、ダイシングテープＴ１上に保持された状態にある半導体ウエハＷに対するステルスダイシングを経て、半導体ウエハＷ内において複数の半導体チップへの割断用の脆弱化領域Ｆを形成する。ステルスダイシングを経た半導体ウエハＷは、それを保持するダイシングテープＴ１のエキスパンドによって脆弱化領域Ｆに沿って割断され得る状態をとる。半導体ウエハＷに対するステルスダイシングの具体的な態様や条件については、図８（ａ）を参照して上述したのと同様である。
【００９３】
次に、図１３（ｂ）に示すように、焼結接合用シート２０付き半導体ウエハＷとリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴うダイシングテープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図１３（ｃ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、ダイシングテープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、半導体ウエハＷの貼り合わされたダイシングテープＴ１が、半導体ウエハＷの径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。エキスパンド時の温度条件は、例えば−２０〜７０℃である。このようなエキスパンドにより、半導体ウエハＷにおける脆弱化領域Ｆにクラックが形成されて半導体チップ１１への個片化が生じる。この後、図１３（ｄ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、ダイシングテープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。以上のように、本個片化工程では、半導体ウエハＷを保持するダイシングテープＴ１を一旦エキスパンドすることによって、半導体ウエハＷをその上の焼結接合用シート２０とともに割断して、焼結接合用シート２０由来の焼結接合用材料層２１の密着している複数の半導体チップ１１を含む半導体ウエハ分割体１０を形成することができる。上述のエキスパンドの後、ダイシングテープＴ１における半導体ウエハ分割体保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後に半導体チップ１１間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。
【００９４】
以上のようにして、半導体チップの焼結接合箇所を備える半導体装置を製造することができる。
【００９５】
本実施形態の半導体装置製造方法において、図１１（ｂ）を参照して上述した貼合せ工程では、上述のように、ダイシングテープＴ１上の半導体ウエハＷに対して、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。このような構成は、半導体ウエハＷにおいて半導体チップ１１に個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料の供給、即ち、半導体ウエハＷにおいて半導体チップに個片化されることとなる各箇所への焼結接合用材料層の転写形成を、一括して効率よく行うのに適する。
【００９６】
加えて、本半導体装置製造方法の上述の貼合せ工程では、チップへの個片化を経ていない半導体ウエハＷ（即ち、チップ間空隙を伴わない半導体ウエハＷ）に対して、焼結接合用シート２０が貼り合わせられる。このような貼合せ工程では、焼結接合用材料の供給のための焼結接合用シート２０は、半導体ウエハＷに貼り合わせられる領域において当該ウエハに対して全面的に圧着されうる。したがって、本半導体装置製造方法は、その過程で得られる複数の半導体チップ１１に供給される焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００９７】
以上のように、本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップ１１への焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【符号の説明】
【００９８】
Ｗ    半導体ウエハ
Ｇ    切削溝
Ｆ    脆弱化領域
１０  半導体ウエハ分割体
１１  半導体チップ
２０  焼結接合用シート
２１  焼結接合用材料層
２２  焼結層
Ｔ１  ダイシングテープ
Ｔ２  ウエハ加工用テープ
Ｓ    支持基板（基板）
【図１】
2019195035.tif 000003
【図２】
2019195035.tif 000004
【図３】
2019195035.tif 000005
【図４】
2019195035.tif 000006
【図５】
2019195035.tif 000007
【図６】
2019195035.tif 000008
【図７】
2019195035.tif 000009
【図８】
2019195035.tif 000010
【図９】
2019195035.tif 000011
【図１０】
2019195035.tif 000012
【図１１】
2019195035.tif 000013
【図１２】
2019195035.tif 000014
【図１３】
2019195035.tif 000015