(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、前記半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
前記半導体素子（１１，１２）の一面に、前記はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
前記はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、前記半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされ、
前記半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、前記はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
パッドを有する半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、前記半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
前記半導体素子（１１，１２）の前記パッドと前記金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
前記半導体素子（１１，１２）の一面において、前記パッドの形成範囲に留まる前記はんだ（１７ａ）の形状を制御するために、前記パッドの外周端に隣接する形で前記パッドを取り囲む環状のはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
前記はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、前記半導体素子（１１，１２）の一面をなす前記パッドの一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、前記はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子（１１，１２）の一面側に配置された第１放熱部材（１４）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記第１放熱部材（１４）との間に介在する前記金属部材（１６）と、前記第１放熱部材（１４）を接合するはんだ（１７ｂ）と、を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、前記半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、
前記半導体素子（１１，１２）の一面側に配置された第１放熱部材（１４）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記第１放熱部材（１４）との間に介在する前記金属部材（１６）と、前記第１放熱部材（１４）を接合するはんだ（１７ｂ）と、を備える半導体装置であって、
前記半導体素子（１１，１２）の一面に、前記はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
前記はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、前記半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、前記はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子（１１，１２）側のはんだ（１７ａ）と、前記第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が繋がって一体的なはんだ（１７）をなし、該はんだ（１７）が前記金属部材（１６）の側面に接していることを特徴とする請求項４〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子（１１，１２）の一面と反対の裏面側に配置され、前記半導体素子（１１，１２）と熱的に接続された第２放熱部材（１３）を備えることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子（１１，１２）には、該半導体素子（１１，１２）の厚さ方向に電流が流れる縦型素子が構成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
トランジスタが構成された前記半導体素子（１１）と、ダイオードが構成された前記半導体素子（１２）を少なくとも１組有することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記はんだ形状制御部材（２１）は、前記半導体素子（１１，１２）の一面側において最表面に位置する保護膜（２３）からなることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記はんだ形状制御部材（２１）は、前記半導体素子（１１，１２）とは別部材が、前記半導体素子（１１，１２）の一面に固定されてなることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、該半導体素子の一面上に配置された金属部材（１６）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
前記半導体素子（１１，１２）の一面に、前記はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
前記はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、前記半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度とされ、
前記半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、前記はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体素子（１１，１２）の一面側に配置された第１放熱部材（１４）と、
前記半導体素子（１１，１２）と前記第１放熱部材（１４）との間に介在する前記金属部材（１６）と、前記第１放熱部材（１４）を接合するはんだ（１７ｂ）と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体素子（１１，１２）側のはんだ（１７ａ）と、前記第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が、つながって一体的なはんだ（１７）をなし、該はんだ（１７）が前記金属部材（１６）の側面に接していることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体素子（１１，１２）の一面と反対の裏面側に配置され、前記半導体素子（１１，１２）と熱的に接続された第２放熱部材（１３）を備えることを特徴とする請求項１３〜１５いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体素子（１１，１２）には、該半導体素子（１１，１２）の厚さ方向に電流が流れる縦型素子が構成されていることを特徴とする請求項１３〜１６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
トランジスタが構成された前記半導体素子（１１）と、ダイオードが構成された前記半導体素子（１２）を少なくとも１組有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記はんだ形状制御部材（２１）は、前記半導体素子（１１，１２）の一面側において最表面に位置する保護膜（２３）からなることを特徴とする請求項１３〜１８いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記はんだ形状制御部材（２１）は、前記半導体素子（１１，１２）とは別部材が、前記半導体素子（１１，１２）の一面に固定されてなることを特徴とする請求項１３〜１８いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２１】
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、前記半導体素子（１１）と前記金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー工程において、前記半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するとともに、前記一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、前記内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、前記半導体素子（１１）のパッドと前記金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー工程では、前記パッドの形成範囲に留まるはんだ（１７ａ）の形状を制御するために、前記一面をなす前記パッドの一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するはんだ形状制御治具（２５）を、前記パッドの外周端に隣接する形で前記パッドを取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、前記半導体素子（１１）と前記金属部材（１６）をはんだ（１７ａ）を介して接続した後の工程として、前記半導体素子（１１）の一面側に配置した放熱部材（１４）と、該放熱部材（１４）と前記半導体素子（１１）の間に介在する前記金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー工程において、前記半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するはんだ形状制御治具（２５）を、前記内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記はんだ形状制御治具（２５）として、前記一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のものを用いることを特徴とする請求項２２又は請求項２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、前記半導体素子（１１）と前記金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー工程において、前記半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度の内周面（２５ａ）を有するとともに、前記一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、前記内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、前記半導体素子（１１）と前記金属部材（１６）とをはんだ（１７ａ）を介して接続した後の工程として、前記半導体素子（１１）の一面側に配置した放熱部材（１４）と、該放熱部材（１４）と前記半導体素子（１１）の間に介在する前記金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー工程において、前記半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度の内周面（２５ａ）を有するとともに、前記一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、前記内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴と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、半導体素子と、少なくとも金属を含み、半導体素子の一面側に配置される金属部材が、はんだを介して接続されてなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体素子と、少なくとも金属を含み、半導体素子の一面側に配置される金属部材が、はんだを介して接続されてなる半導体装置が知られている。特許文献１では、半導体素子が、金属部材としてのブロック体とはんだ接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、半導体素子と金属部材とがはんだ接合される構造においては、半導体素子と金属部材との線膨張係数の相違により熱応力が生じる。この熱応力は、はんだにクラックを生じさせたり、半導体素子にダメージを与えるため、極力小さくすることが好ましい。しかしながら、放熱性や電気伝導性などの観点から、金属部材の線膨張係数を半導体素子に近づけることで熱応力を低減するのは困難である。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、半導体素子と金属部材のはんだ接合部に生じる熱応力を低減することのできる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】
【０００６】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
半導体素子（１１，１２）の一面に、はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされ、
半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）とがはんだ（１７ａ）を介して接続されてなる半導体装置において、はんだ形状と熱応力との関係について鋭意検討を行った。その結果、はんだ（１７ａ）側面が半導体素子（１１，１２）の一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）を、少なくとも半導体素子（１１，１２）の一面から半導体素子（１１，１２）の厚さ方向一部の範囲において９０度未満とすると、９０度以上とする場合に較べて、熱応力を顕著に低減できることが明らかとなった。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいており、半導体素子（１１，１２）の一面に、はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）を設け、このはんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と半導体素子（１１，１２）の一面とのなすはんだ（１７ａ）側の角度（θ１）を９０度未満としている。これにより、半導体素子（１１，１２）の一面とはんだ（１７ａ）側面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度を、半導体素子（１１，１２）の一面からはんだ形状制御部材（２１）の厚さ分の範囲において９０度未満とすることができる。そして、半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）のはんだ接合部に生じる熱応力を、効果的に低減することができる。また、本発明者が確認したところ、はんだ形状制御部材（２１）によってはんだ形状が制御される部分の厚さ、すなわちはんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ未満では、厚いほど熱応力が低下し、０．４ｍｍ以上では熱応力がほぼ飽和状態（一定）となった。本発明では、この知見に基づき、はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）を０．４ｍｍ以上としているため、熱応力をより効果的に低減することができる。
【０００９】
上記目的を達成する為に請求項２に記載の発明は、
パッドを有する半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
半導体素子（１１，１２）のパッドと金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
半導体素子（１１，１２）の一面において、パッドの形成範囲に留まる前記はんだ（１７ａ）の形状を制御するために、パッドの外周端に隣接する形でパッドを取り囲む環状のはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、半導体素子（１１，１２）の一面をなすパッドの一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、請求項１に記載の発明同様、はんだ形状制御部材（２１）により、半導体素子（１１，１２）の一面とはんだ（１７ａ）側面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度を９０度未満とすることができる。したがって、半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）のはんだ接合部に生じる熱応力を、効果的に低減することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載のように、半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上とされたはんだ形状制御部材（２１）を採用すると良い。これによれば、請求項１に記載の発明同様、熱応力をより効果的に低減することができる。
【００１２】
上記した発明は、請求項４に記載のように、
半導体素子（１１，１２）の一面側に配置された第１放熱部材（１４）と、
半導体素子（１１，１２）と第１放熱部材（１４）のとの間に介在する金属部材（１６）と、第１放熱部材（１４）を接合するはんだ（１７ｂ）と、を備える構成において、より効果的である。
【００１３】
本発明によれば、半導体素子（１１，１２）の生じた熱を、金属部材（１６）を介して第１放熱部材（１４）に伝達し、第１放熱部材（１４）から外部に放熱することができる。
【００１４】
また、本発明の構成では、半導体素子（１１，１２）と第１放熱部材（１４）の間に金属部材（１６）が存在するため、金属部材（１６）と第１放熱部材（１４）との間のはんだ（１７ｂ）が、リフロー時において金属部材（１６）の側面を濡れ広がり、半導体素子（１１，１２）側に流れ込むことがある。特に、半導体装置の高さの公差ばらつきを吸収するため、金属部材（１６）と第１放熱部材（１４）との間に余裕をもって多めのはんだ（１７ｂ）を配置すると、リフロー時に半導体素子（１１，１２）側にはんだ（１７ｂ）が流れ込みやすくなる。このように、第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が半導体素子（１１）側に流れ込むと、半導体素子（１１）上のはんだ（１７ａ）が増加する。このため、はんだ（１７ａ）側面と半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度以上となりやすい。上記特許文献１（特開２００７−１０３９０９号公報）では、第１放熱部材に溝部を設けると共に、溝の内面及び金属部材（ブロック体）との対向面に金メッキ膜からなる濡れ性向上部材を設けることで、金属部材側面への濡れ広がりを抑制するようにしている。しかしながら、第１放熱部材への溝形成に加えて金メッキ処理も必要であり、製造コストが高くなる。
【００１５】
これに対し本発明では、半導体素子（１１，１２）の一面に上記はんだ形状制御部材（２１）を設ける。したがって、第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が流れ込んでも、半導体素子（１１，１２）の一面とはんだ（１７ａ）側面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度を、半導体素子（１１，１２）の一面からはんだ形状制御部材（２１）の厚さ分の範囲において９０度未満とすることができる。以上から、金属部材（１６）と第１放熱部材（１４）との間のはんだ（１７ｂ）が、金属部材（１６）の側面を濡れ広がって半導体素子（１１，１２）側に流れ込んでも、熱応力を低減することができる。また、熱応力を低減しつつ、製造コストを低減することもできる。
【００１６】
上記目的を達成する為に請求項５に記載の発明は、
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属材料を有してなり、半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、
半導体素子（１１，１２）の一面側に配置された第１放熱部材（１４）と、
半導体素子（１１，１２）と第１放熱部材（１４）との間に介在する金属部材（１６）と、第１放熱部材（１４）を接合するはんだ（１７ｂ）と、を備える半導体装置であって、
半導体素子（１１，１２）の一面に、はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、請求項１に記載の発明同様、はんだ形状制御部材（２１）により、はんだ（１７ａ）の角度を９０度未満にすることができる。したがって、半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）のはんだ接合部に生じる熱応力を、効果的に低減することができる。また、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏することができる。すなわち、半導体素子（１１，１２）の生じた熱を、第１放熱部材（１４）から外部に放熱することができる。また、金属部材（１６）と第１放熱部材（１４）との間のはんだ（１７ｂ）が、金属部材（１６）の側面を濡れ広がって半導体素子（１１，１２）側に流れ込んでも、熱応力を低減することができる。また、熱応力を低減しつつ、製造コストを低減することもできる。
【００１８】
請求項６に記載の発明の作用効果は、請求項３に記載の発明の作用効果と同じであるため、その記載を省略する。
【００１９】
請求項７に記載のように、半導体素子（１１，１２）側のはんだ（１７ａ）と、第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が、つながって一体的なはんだ（１７）をなし、該はんだ（１７）が金属部材（１６）の側面に接する構成において効果的である。このように、第１放熱部材（１４）側のはんだ（１７ｂ）が、リフロー時に金属部材（１６）の側面を濡れ広がって半導体素子（１１，１２）側のはんだ（１７ａ）に流れ込み、両はんだ（１７ａ，１７ｂ）がはんだ（１７）として一体化する場合でも、はんだ形状制御部材（２１）により、半導体素子（１１，１２）の一面とはんだ（１７ａ）側面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度を９０度未満とすることができる。
【００２０】
請求項８に記載のように、半導体素子（１１，１２）の一面と反対の裏面側に配置され、半導体素子（１１，１２）と熱的に接続された第２放熱部材（１３）を備える構成を採用しても良い。これによれば、半導体素子（１１，１２）の生じた熱を、半導体素子（１１，１２）の裏面側に放熱することができる。すなわち、放熱性を向上することができる。
【００２１】
請求項９に記載のように、半導体素子（１１，１２）には、該半導体素子（１１，１２）の厚さ方向に電流が流れる縦型素子が構成されても良い。具体的には、請求項１０に記載のように、トランジスタが構成された半導体素子（１１）と、ダイオードが構成された半導体素子（１２）を少なくとも１組有する構成を採用することができる。
【００２２】
請求項１１に記載のように、半導体素子（１１，１２）の一面側において最表面に位置する保護膜（２３）を、はんだ形状制御部材（２１）としても良い。これによれば、部品点数を削減することができる。また、半導体プロセスを用いて、位置精度良くはんだ形状制御部材（２１）を形成することができる。
【００２３】
一方、請求項１２に記載のように、半導体素子（１１，１２）とは別部材が、半導体素子（１１，１２）の一面に固定されてなるはんだ形状制御部材（２１）を採用することもできる。これによれば、はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）や内周面（２１ａ）形状の設定自由度を向上することができる。
【００２４】
次に、請求項１３に記載の発明は、
半導体素子（１１，１２）と、
少なくとも金属を含み、該半導体素子（１１，１２）の一面上に配置された金属部材（１６）と、
半導体素子（１１，１２）と金属部材（１６）を接合するはんだ（１７ａ）と、を備える半導体装置であって、
半導体素子（１１，１２）の一面に、はんだ（１７ａ）を取り囲むようにはんだ形状制御部材（２１）が設けられ、
はんだ形状制御部材（２１）の内周面（２１ａ）と、半導体素子（１１，１２）の一面とのはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度とされ、
半導体素子（１１，１２）の厚さ方向において、はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上とされていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１，３，６で示したはんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）による効果は、内周面（２１ａ）と半導体素子（１１，１２）の一面とのなすはんだ（１７ａ）側の角度（θ１）を９０度とした構成においても確認された。本発明では、この知見に基づき、はんだ形状制御部材（２１）の厚さ（ｔ１）を０．４ｍｍ以上としているため、角度（θ１）を９０度としながらも熱応力を低減することができる。
【００２６】
なお、請求項１４〜２０に記載の発明の作用効果は、請求項４，５，７〜１２に記載の発明の作用効果とそれぞれ同じであるのでその記載を省略する。
【００２７】
次に、請求項２１に記載の発明は、
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、半導体素子（１１）と金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
リフロー工程において、半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するとともに、前記一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同じであるのでその記載を省略する。
【００２８】
また、請求項２２に記載の発明は、
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、半導体素子（１１）のパッドと金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
リフロー工程では、パッドの形成範囲に留まるはんだ（１７ａ）の形状を制御するために、半導体素子（１１）の一面をなすパッドの一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するはんだ形状制御治具（２５）を、パッドの外周端に隣接する形でパッドを取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同じであるのでその記載を省略する。
【００２９】
また、請求項２３に記載の発明は、
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、半導体素子（１１）と金属部材（１６）とをはんだ（１７ａ）を介して接続した後の工程として、半導体素子（１１）の一面側に配置した放熱部材（１４）と、該放熱部材（１４）と半導体素子（１１）の間に介在する金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
リフロー工程において、半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度未満となる内周面（２５ａ）を有するはんだ形状制御治具（２５）を、内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明の作用効果と同じであるのでその記載を省略する。
【００３０】
請求項２４に記載の発明の作用効果は、請求項１，３，６に記載の発明の作用効果とそれぞれ同じであるのでその記載を省略する。
【００３１】
また、請求項２５に記載の発明は、
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、半導体素子（１１）と金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
リフロー工程において、半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度の内周面（２５ａ）を有するとともに、一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする。
【００３２】
本発明の作用効果は、請求項１３に記載の発明の作用効果と同じであるのでその記載を省略する。
【００３３】
また、請求項２６に記載の発明は、
半導体素子（１１）の一面側に、少なくとも金属を含む金属部材（１６）を配置し、半導体素子（１１）と金属部材（１６）とをはんだ（１７ａ）を介して接続した後の工程として、半導体素子（１１）の一面側に配置した放熱部材（１４）と、該放熱部材（１４）と半導体素子（１１）の間に介在する金属部材（１６）とをリフローによりはんだ接合するリフロー工程を備える半導体装置の製造方法であって、
リフロー工程において、半導体素子（１１）の一面に、該一面とはんだ（１７ａ）側でなす角度（θ１）が９０度の内周面（２５ａ）を有するとともに、一面からの厚さ（ｔ１）が０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具（２５）を、内周面（２５ａ）にてはんだ（１７ａ）を取り囲むように配置して、リフローを実施することを特徴とする。
【００３４】
本発明の作用効果は、請求項１３，１４に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。
【図２】はんだ形状制御部材の内周面と素子表面とのなす角度θ１を説明する図である。
【図３】角度θ１と素子表面に作用する垂直応力との関係を示す図である。
【図４】はんだ形状制御部材の厚さｔ１と、はんだ形状制御部材から溢れたはんだ部分と素子表面とのなす角度θ２を説明する図である。
【図５】厚さｔ１と素子表面に作用する垂直応力との関係を示す図である。
【図６】角度θ２による、厚さｔ１と素子表面に作用する垂直応力との関係を示す図である。
【図７】半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第５実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】第６実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は半導体ウェハを準備した状態示す平面図、（ｂ）は半導体ウェハをドライエッチングする工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す製造方法をチップ単位に拡大した断面図であり、（ａ）は半導体ウェハを準備した状態示す図、（ｂ）はドライエッチング工程を示す図、（ｃ）はドライエッチング後の状態を示す図である。
【図１４】第７実施形態に係る半導体装置の製造方法のうち、リフロー工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００３７】
（第１実施形態）
以下においては、半導体素子の厚さ方向を単に厚さ方向と示し、該厚さ方向に垂直な方向を単に垂直な方向と示す。また、平面形状とは、垂直方向に沿う平面形状を示すものとする。
【００３８】
図１（ａ），（ｂ）に示す半導体装置１０は、たとえば車両のインバータ回路に組み入れられ、負荷をＰＷＭ制御するための装置として適用される。この半導体装置１０は、シリコンなどの半導体基板に、周知の半導体プロセスによって素子が構成されてなる半導体素子（半導体チップ）を有している。
【００３９】
本実施形態では、半導体素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が構成された半導体素子１１と、転流ダイオード（ＦＷＤ）が構成された半導体素子１２を有している。これら１組の半導体素子１１，１２は、ともに厚さ方向に電流が流れるように所謂縦型構造を有しており、厚さ方向に対して垂直な両面に図示しない電極（パッド）を有している。
【００４０】
また、２つの半導体素子１１，１２は、図１（ａ）に示すようにともに平面矩形状とされ、図１（ｂ）に示すように、垂直方向において異なる位置であって厚さ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。
【００４１】
このように離間しつつ横並びに配置された半導体素子１１，１２は、厚さ方向において一対の放熱部材１３，１４により挟まれている。すなわち、放熱部材１３，１４の対向領域内に半導体素子１１，１２が位置している。
【００４２】
本実施形態では、放熱部材１４が特許請求の範囲に記載の第１放熱部材に相当し、放熱部材１３が特許請求の範囲に記載の第２放熱部材に相当する。これら放熱部材１３，１４は、半導体素子１１，１２の生じた熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たすとともに、半導体素子１１，１２の外部接続端子（電極）としての機能も果たす。放熱部材１３は、半導体素子１１のＩＧＢＴのコレクタ電極と半導体素子１２のＦＷＤのカソード電極を兼ねており、放熱部材１４は、半導体素子１１のＩＧＢＴのエミッタ電極と半導体素子１２のＦＷＤのアノード電極を兼ねている。
【００４３】
このような放熱部材１３，１４は、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。具体的には、銅合金やアルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、図１（ａ）に示すように、半導体素子１１，１２を間に挟む部分が、ほぼ平面矩形状となっている。なお、図１（ａ）に示す符号１３ａは、放熱部材１３のうち、後述するモールド樹脂２０の外部に引き出されたリード部であり、符号１４ａは、放熱部材１４のうち、後述するモールド樹脂２０の外部に引き出されたリード部である。
【００４４】
そして、放熱部材１３と半導体素子１１，１２との間には、はんだ１５がそれぞれ介在され、はんだ１５により半導体素子１１と放熱部材１４、半導体素子１２と放熱部材１４が、電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。
【００４５】
一方、放熱部材１４と半導体素子１１，１２との間には、後述するボンディングワイヤ１９の高さを確保するためのブロック体１６がそれぞれ配置されている。本実施形態において、ブロック体１６が特許請求の範囲に記載の金属部材に相当する。
【００４６】
このブロック体１６は、放熱部材１４と半導体素子１１，１２との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。具体的には、銅やモリブデンなどの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、ブロック体１６は、平面矩形のブロック状をなしており、垂直方向において、半導体素子１１のＩＧＢＴのエミッタパッド、半導体素子１２のＦＷＤのアノードパッドと位置が重なるように配置されている。また、ブロック体１６は、垂直方向における大きさが、半導体素子１１，１２や放熱部材１４よりも小さいものとなっている。
【００４７】
そして、半導体素子１１，１２と対応するブロック体１６との間には、はんだ１７ａがそれぞれ介在され、はんだ１７ａにより半導体素子１１と対応するブロック体１６、半導体素子１２と対応するブロック体１６が、電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。また、放熱部材１４と各ブロック体１６との間には、はんだ１７ｂがそれぞれ介在され、はんだ１７ｂにより放熱部材１４とブロック体１６が、電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。これらはんだ１７ａ，１７ｂは同一材料からなる。本実施形態では両はんだ１７ａ，１７ｂが繋がり、はんだ１７として一体化されている。また、はんだ１７がブロック体１６の側面に接触している。
【００４８】
また、放熱部材１３の周囲には、外部接続用端子として複数本のリード１８が設けられている。これらリード１８は、リードフレームからなるものである。本実施形態では、半導体素子１１のＩＧＢＴのゲートパッドと、金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ１９を介して電気的且つ機械的に接続されている。なお、半導体素子１１において、ゲートパッドは、ＩＧＢＴのエミッタパッドと同一面内であって、ブロック体１６と対抗しない部分に形成されている。したがって、半導体素子１１のブロック体１６側（放熱部材１４側）の面にボンディングワイヤ１９が接続されている。
【００４９】
そして、各放熱部材１３，１４の一部、放熱部材１３，１４の間に介在された半導体素子１１，１２、ブロック体１６、各リード１８の一部、及びボンディングワイヤ１９が、モールド樹脂２０にて封止されている。このモールド樹脂２０は、エポキシ系樹脂などからなる。また、金型内に樹脂を注入し、成形してなるものである。
【００５０】
また、放熱部材１３，１４の一部、具体的には、半導体素子１１，１２と対向する面と反対の面がモールド樹脂２０から露出されており、この露出面が所謂放熱面となっている。このように、本実施形態に係る半導体装置１０は、各半導体素子１１，１２の両面それぞれにて、放熱部材１３，１４を介した放熱を行うことができる両面放熱構造となっている。なお、リード１８の一部もモールド樹脂２０の外部に突出しており、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
【００５１】
さらに、本実施形態では、半導体素子１１，１２におけるブロック体１６側の面に、はんだ１７ａを取り囲むように、はんだ形状制御部材２１が設けられている。このはんだ形状制御部材２１は、少なくとも、はんだ１７ａなどのリフローに耐える耐熱性を備えた電気絶縁材料からなる。
【００５２】
本実施形態では、耐熱性を有する樹脂材料を用いて成形されたはんだ形状制御部材２１が、耐熱性接着剤により、半導体素子１１，１２の一面に貼着されている。すなわち、半導体素子１１，１２とは別部材のはんだ形状制御部材２１を採用している。このように、別部材のはんだ形状制御部材２１を採用すると、はんだ形状制御部材２１の厚さｔ１や内周面２１ａの形状の設定自由度を向上することができる。なお、平板状の樹脂シートに、ドリルやレーザ照射による穴あけなどの加工を施すことで、別部材のはんだ形状制御部材２１を形成することもできる。
【００５３】
このはんだ形状制御部材２１は、垂直方向において、各半導体素子１１，１２のはんだ付けされる部位の外周を取り囲むように、すなわち、はんだ付けされるパッド（エミッタパッド、アノードパッド）の外周端にほぼ隣接する形でパッドを取り囲むように環状に設けられている。本実施形態では、平面矩形の環状となっている。このため、リフロー時において、半導体素子１１の一面１１ａからはんだ形状制御部材２１の厚さ分の範囲については、はんだ１７ａの形状を制御（規整）することができる。
【００５４】
次に、本実施形態に係る特徴部分の構成及び効果について説明する。以下においては、半導体素子１１，１２のうち、半導体素子１１について例示する。しかしながら、半導体素子１２についても同様である。
【００５５】
１）本実施形態では、図２に示すように、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａと、半導体素子１１の一面１１ａとのはんだ１７ａ（１７）側でなす角度θ１が９０度未満となっている。この効果について以下に説明する。
【００５６】
図３は、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａと半導体素子１１の一面１１ａとのはんだ１７ａ側でなす角度θ１と、半導体素子１１の一面１１ａに作用する垂直応力との関係をシミュレーションした結果を示している。なお、上記垂直応力は、はんだ１７ａを介した半導体素子１１とブロック体１６などとの線膨張係数の相違に基づいて、半導体素子１１の一面１１ａに作用する熱応力のうち、厚さ方向（一面１１ａに垂直な方向）の成分を示すものである。また、はんだ１７ａは、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａ内の開口部分に満たされており、半導体素子１１の一面１１ａとはんだ１７ａ側面とのはんだ１７ａ側でなす角度は、上記角度θ１と等しいものとする。
【００５７】
このシミュレーションでは、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａを直線的な傾斜形状、すなわち、内周面２１ａの開口面積の変化量が、半導体素子１１の一面１１ａからはんだ形状制御部材２１の上面（ブロック体１６側の面）まで一定の形状としている。
【００５８】
また、半導体素子１１，１２はシリコンからなり、ヤング率１６９０００ＭＰａ、ポアソン比０．２、線膨張係数３．５ｐｐｍ／℃とした。放熱部材１３，１４及びブロック体１６は銅からなり、ヤング率１２２０００ＭＰａ、ポアソン比０．３、線膨張係数１７ｐｐｍ／℃とした。はんだ１５，１７ａ，１７ｂは、ヤング率５２２００ＭＰａ、ポアソン比０．３、線膨張係数２４ｐｐｍ／℃とした。モールド樹脂２０は、ヤング率１２４６０ＭＰａ、ポアソン比０．３、線膨張係数１４ｐｐｍ／℃とした。また、はんだ形状制御部材２１はポリアミドからなり、ヤング率１９６０ＭＰａ、ポアソン比０．３、線膨張係数５０ｐｐｍ／℃とした。
【００５９】
また、はんだ１５，１７ａ，１７ｂの厚さをともに１００μｍとし、はんだ形状制御部材２１が、はんだ１７ａの厚さと同じ厚さ（１００μｍ）を有するものとした。ここで、はんだ１７ａの厚さとは、半導体素子１１とブロック体１６との対向部分の厚さであり、はんだ１７ｂの厚さとは、半導体素子１２とブロック体１６との対向部分の厚さである。また、角度θ１を６０度、７５度、９０度、１３５度の４水準とし、それぞれにおいて上記パラメータから垂直応力を求めた。
【００６０】
図３に示すように、角度θ１が小さいほど垂直応力は小さい値となった。また、角度θ１が９０度以上においては、角度による垂直応力の変化量が大きい、すなわち傾きＡ１が大きいものとなっている。一方、θ１が９０度未満においては、９０度以上に較べて角度による垂直応力の変化量が小さく、すなわち傾きＡ２がＡ１に較べて小さいものとなっている。
【００６１】
したがって、角度θ１を９０度未満とすると、半導体素子１１と、該半導体素子１１にはんだ１７ａを介して接合される部材（少なくともブロック体１６）との線膨張係数の相違により生じる熱応力を、効果的に低減することができる。
【００６２】
また、上記したように、θ１を９０度未満とすると、９０度以上に較べて角度による垂直応力の変化量が小さいので、角度θ１のばらつきによる垂直応力（熱応力）のばらつきを低減することもできる。
【００６３】
２）本実施形態では、半導体素子１１と放熱部材１４（第１放熱部材）の間に、ブロック体１６（金属部材）が配置されるとともに、放熱部材１４とブロック体１６がはんだ１７ｂにより接続される構造の半導体装置１０において、１）の構成が適用されている。この効果について説明する。
【００６４】
上記構成では、ブロック体１６と放熱部材１４の間のはんだ１７ｂが、リフロー時においてブロック体１６の側面を濡れ広がり、半導体素子１１（はんだ１７ａ）側に流れ込むことがある。また、上記した半導体装置１０では、半導体装置１０における高さの公差ばらつきを吸収するため、ブロック体１６と放熱部材１４との間に余裕をもって多めのはんだ１７ｂが配置される。このため、放熱部材１４側のはんだ１７ｂがリフロー時に半導体素子１１側に流れ込みやすい。
【００６５】
このように、はんだ１７ｂが半導体素子１１側に流れ込むと、半導体素子１１上のはんだ１７ａが増加することとなる。このとき、はんだ１７ａは、半導体素子１１の一面１１ａにおいてパッドの形成範囲に留まるものの、一面１１ａの上方においては、パッドの形成範囲よりも外側に広がることとなる。その結果、はんだ１７ａ側面（フィレット部分）と半導体素子１１の一面１１ａとのはんだ１７ａ側でなす角度が９０度以上の大きい角度となる。すなわち、熱応力が大きくなる。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、半導体素子１１の一面１１ａにはんだ形状制御部材２１を設けているので、放熱部材１４側のはんだ１７ｂが流れ込んでも、一面１１ａとはんだ１７ａ側面とのはんだ１７ａ側でなす角度を、一面１１ａからはんだ形状制御部材２１の厚さ分の範囲において９０度未満とすることができる。すなわち、熱応力を低減することができる。
【００６７】
また、半導体素子１１側へのはんだ１７ｂの流れ込みを抑制するために、従来のように放熱部材１４の半導体素子対向面に溝を形成したり、金メッキ処理をする必要はないので、熱応力を低減しつつ、製造コストを低減することもできる。
【００６８】
３）本実施形態では、はんだ形状制御部材２１の厚さｔ１が０．４ｍｍ以上となっている。この効果について説明する。
【００６９】
ここで、図４に示すように、厚さ方向に沿うはんだ形状制御部材２１の厚さ、換言すれば半導体素子１１の一面１１ａからはんだ形状制御部材２１の上面（ブロック体１６側の面）までの高さ、をｔ１とする。また、はんだ形状制御部材２１から溢れたはんだ１７ａ（１７）の部分と半導体素子１１の一面１１ａとのはんだ１７ａ（１７）側でなす角度をθ２とする。その上で、厚さｔ１と上記した垂直応力との関係についてシミュレーションを行った。
【００７０】
図５，図６は、はんだ形状制御部材２１の上面よりも上方（ブロック体１６側）にはんだ１７ａ（１７）が位置する場合のシミュレーション結果を示している。例えば図５，図６において厚さｔ１が０．２ｍｍの場合、はんだ１７ａ（１７）のうち、半導体素子１１の一面１１ａから高さ０．２ｍｍの位置までの部分がはんだ形状制御部材２１により形状制御され、０．２ｍｍを超える部分が形状制御されていないことを示している。
【００７１】
図５では、角度θ２を１３５度に固定し、はんだ１７ａのうち、半導体素子１１の一面１１ａとブロック体１６の間に位置する部分（一面１１ａとブロック体１６の対向距離）の厚さが１００μｍ，４００μｍの２水準について、厚さｔ１と垂直応力の関係を示している。一方、図６では、はんだ１７ａのうち、半導体素子１１の一面１１ａとブロック体１６の間に位置する部分の厚さを１００μｍに固定し、角度θ２が１０５度、１２０度、１３５度、１５０度の４水準について、厚さｔ１と垂直応力の関係を示している。なお、図５及び図６では、角度θ１が９０度のデータを示しているが、９０度未満の場合も、同様の傾向を示した。それ以外のシミュレーション条件は、図３と同じである。
【００７２】
図５に示すように、半導体素子１１の一面１１ａとブロック体１６の対向領域に位置するはんだ１７ａの厚さによらず、はんだ形状制御部材２１の厚さｔ１が０．４ｍｍ未満では、厚さｔ１が厚いほど垂直応力が小さくなり、０．４ｍｍ以上では垂直応力がほぼ飽和状態（一定）となった。
【００７３】
また、図６に示すように、角度θ２によらず、はんだ形状制御部材２１の厚さｔ１が０．４ｍｍ未満では、厚さｔ１が厚いほど垂直応力が小さくなり、０．４ｍｍ以上では垂直応力がほぼ飽和状態（一定）となった。
【００７４】
したがって、はんだ形状制御部材２１の厚さを０．４ｍｍ以上とすると、垂直応力（熱応力）をより効果的に低減することができる。
【００７５】
次に、本実施形態に係る半導体装置１０の製造方法について簡単に説明する。
【００７６】
先ず、はんだ形状制御部材２１が一面に貼着された半導体素子１１，１２を準備し、放熱部材１３の一面（内面）上に、はんだ１５（はんだ箔）を介して、半導体素子１１，１２を搭載する。次いで、この半導体素子１１，１２の上に、はんだ１７ａ（はんだ箔）を介して、ブロック体１６をそれぞれ搭載する。
【００７７】
そして、この積層状態で、はんだ１５，１７ａをリフローさせることにより、半導体素子１１，１２と放熱部材１３とをはんだ１５を介して接続し、半導体素子１１，１２とブロック体１６とをはんだ１７ａを介して接続する。
【００７８】
このとき、本実施形態では、上記したはんだ形状制御部材２１により、半導体素子１１，１２のはんだ１７ａの形状が制御される。したがって、熱応力を効果的に低減することができる。
【００７９】
次いで、リード１８（リードフレーム）と半導体素子１１のゲートパッドとをワイヤ２０により接続する。なお、ここまでの工程は、上記例に限定されない。例えばブロック体１６を積層する前に、半導体素子１１，１２と放熱部材１３とをはんだ接合した状態でワイヤボンディングを実施し、その後、ブロック体１６の積層とはんだ接合を行っても良い。
【００８０】
次に、ブロック体１６における半導体素子１１，１２と反対の面と、放熱部材１４の間にはんだ１７ｂを配置する。なお、はんだ１７ｂは、ブロック体１６及び放熱部材１４のいずれの面上に配置しても良い。
【００８１】
このとき、半導体装置１０における高さの公差ばらつきをはんだ１７ｂにて吸収するために、余裕をもって多めのはんだ１７ｂを配置する。なお、半導体素子１１，１２側に、公差ばらつき吸収のための余剰のはんだ１５，１７ａを設けることは、半導体素子１１，１２表面へのはんだ１５，１７ａの回り込みによる付着などの不具合が起こるため好ましくない。
【００８２】
そして、放熱部材１４を下にしてはんだ１７ｂのリフローを行うとともに、上記積層体に荷重を加えて、半導体装置１０の高さを所定の高さとなるようにする。このとき、余剰のはんだ１７ｂをブロック体１６と放熱部材１４の間に供給しているため、ブロック体１６と放熱部材１４との間のはんだ１７ｂは不足せず、確実な接続を行うことができる。
【００８３】
なお、上記荷重の印加などにより、垂直方向に押し出されたはんだ１７ｂが、ブロック体１６の側面を濡れ広がり、図１（ｂ）に示すように、半導体素子１１,１２側に流れ込むことも考えられる。しかしながら、本実施形態では、はんだ形状制御部材２１により、半導体素子１１，１２の少なくとも表面付近のはんだ１７ａ（１７）の形状が制御される。したがって、熱応力を効果的に低減することができる。以上により、半導体装置１０を得ることができる。
【００８４】
（変形例）
上記実施形態では、半導体装置１０が、半導体素子として２つの半導体素子１１，１２を有する例を示した。しかしながら、半導体素子の個数は特に限定されるものではない。例えば図７に示すように、１つの半導体素子１１のみを有する構成を採用することもできる。図７に示す例では、１つの半導体素子１１（半導体チップ）に、ＩＧＢＴとＦＷＤが構成されている。すなわち、半導体素子１１には、ＦＷＤがＩＧＢＴに内蔵された逆導通型半導体素子（ＲＣ−ＩＧＢＴ）が構成されている。
【００８５】
本実施形態では、半導体素子１１，１２におけるブロック体１６側（放熱部材１４側）の表面に、はんだ形状制御部材２１が設けられる例を示した。しかしながら、半導体素子１１，１２における放熱部材１３側の表面に、はんだ形状制御部材２１を設けても良い。この構成においては、上記１），３）の構成を適用することができる。この場合、放熱部材１３が特許請求の範囲に記載の金属部材に相当することとなる。
【００８６】
本実施形態では、半導体素子１１と半導体素子１２を１組有する例を示した。しかしながら、一対の放熱部材１３,１４の間に、複数組の半導体素子１１，１２が配置された構成を採用することもできる。
【００８７】
本実施形態では、放熱部材１４側のはんだ１７ｂが、リフロー時にブロック体１６の側面を濡れ広がり、図１（ｂ）に示すように、半導体素子１１,１２側に流れ込み、半導体素子１１，１２側のはんだ１７ａと繋がって、はんだ１７として一体化する例を示した。しかしながら、放熱部材１４側のはんだ１７ｂが半導体素子１１,１２側に流れ込んで半導体素子１１,１２側のはんだ１７ａの量が増加しつつ、半導体素子１１，１２側のはんだ１７ａと放熱部材１４側のはんだ１７ｂが繋がっていない構造の半導体装置１０にも好適である。このような半導体装置１０としては、例えばはんだ１７ａのフィレットがブロック体１６の側面にわたって形成されるものの、はんだ１７ａ，１７ｂが繋がっていない構造のものがある。
【００８８】
（第２実施形態）
図８に示す半導体装置１０は、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａと、半導体素子１１，１２の一面とのはんだ１７ａ（１７）側でなす角度θ１が９０度とされ、且つ、はんだ形状制御部材２１の厚さｔ１が０．４ｍｍ以上となっていることを特徴とする。それ以外の点は、第１実施形態と同じである。
【００８９】
上記１）で示したように、角度θ１を９０度未満としたほうが、９０度以上とする構成に較べて、熱応力を低減することができる。しかしながら、角度θ１が９０度においても、図５，６で示したように、厚さｔ１が０．４ｍｍ未満では厚いほど垂直応力が小さくなり、０．４ｍｍ以上では垂直応力がほぼ飽和状態（一定）となった。
【００９０】
したがって、本実施形態に係る半導体装置１０によれば、垂直応力（熱応力）を低減することができる。
【００９１】
また、図８に示す半導体装置１０は、第１実施形態で示した２）の構成を有するので、同等の効果を奏することができる。
【００９２】
（第３実施形態）
図９に示す半導体装置１０は、半導体素子１１と、少なくとも金属を含み、半導体素子１１の一面上に配置された金属部材１６と、半導体素子１１と金属部材１６を接合するはんだ１７ａと、はんだ形状制御部材２１を備えている。そして、はんだ形状制御部材２１が、第１実施形態の１）に示す構成、第２実施形態に示す構成、第１実施形態の１）,３）に示す構成のいずれかとなっている。したがって、はんだ１７ａをリフローする際に、はんだ１７ａの形状をはんだ形状制御部材２１にて規整することができる。すなわち、上記した各構成と同等の効果を奏することができる。
【００９３】
なお、本実施形態の半導体素子１１に構成される素子としては、ＩＧＢＴに限定されるものではない。また、縦型素子に限定されるものでもない。また、本実施形態に係る半導体装置１０では、放熱部材１４が存在しないため、金属部材１６は上記実施形態に示したブロック体ではない。例えば、金属部材１６として、放熱部材、外部接続用端子としてのリード、また放熱部材と外部接続用端子の両方を兼ねるものなどを採用することができる。
【００９４】
（第４実施形態）
図１０に示す半導体装置１０は、半導体素子１１と、該半導体素子１１の一面に対向配置された放熱部材１４（第１放熱部材）と、半導体素子１１と放熱部材１４の間に介在されたブロック体１６（金属部材）と、はんだ形状制御部材２１を備えている。また、半導体素子１１と金属部材１６がはんだ１７ａにより接続され、金属部材１６と放熱部材１４がはんだ１７ｂにより接続されている。すなわち、第１実施形態に示した構成に対し、放熱部材１３（第２放熱部材）とはんだ１５を無くした構成となっている。
【００９５】
このような半導体装置１０は、半導体素子１１と金属部材１６をはんだ接合した後、放熱部材１４を下として、放熱部材１４と金属部材１６の接合を行うことで形成される。
【００９６】
そして、はんだ形状制御部材２１が、第１実施形態の１），２）に示す構成、第１実施形態の１），２），３）に示す構成、第２実施形態に示す構成のいずれかとなっている。このため、上記構成と同等の効果を奏することができる。
【００９７】
（第５実施形態）
図１１に示す半導体装置１０は、半導体素子１１と、該半導体素子１１の一面上に配置され、はんだ１７ａを介して接続された金属部材１６と、半導体素子１１の一面と反対の裏面側に配置され、半導体素子１１と熱的に接続された放熱部材１３（第２放熱部材）と、はんだ形状制御部材２１を備えている。すなわち、第１実施形態に示した構成に対し、放熱部材１４（第１放熱部材）とはんだ１７ｂを無くした構成となっている。
【００９８】
そして、はんだ形状制御部材２１が、第１実施形態の１）に示す構成、第１実施形態の１），３）に示す構成、第２実施形態に示す構成のいずれかとなっている。このため、上記構成と同等の効果を奏することができる。
【００９９】
なお、図１１に示す例では、第１実施形態同様、放熱部材１３が半導体素子１１にはんだ１５を介して接続されている。また、第３実施形態に示す半導体装置１０同様、半導体素子１１に構成される素子としては、ＩＧＢＴに限定されるものではない。また、縦型素子に限定されるものでもない。また、本実施形態に係る半導体装置１０では、放熱部材１４が存在しないため、金属部材１６は上記実施形態に示したブロック体ではない。例えば、金属部材１６として、放熱部材、外部接続用端子としてのリード、また放熱部材と外部接続用端子の両方を兼ねるものなどを採用することができる。また、放熱部材１３は、少なくとも放熱機能を有していれば良い。
【０１００】
（第６実施形態）
上記実施形態では、はんだ形状制御部材２１が、半導体素子１１（半導体素子１２）と別部材を、半導体素子１１の一面に固定してなる例を示した。これに対し、本実施形態では、半導体素子１１の一面側において最表面に位置する保護膜２３を、はんだ形状制御部材２１とする点を特徴とする。これによれば、部品点数を削減することができる。また、半導体プロセスを用いて、位置精度良くはんだ形状制御部材２１を形成することができる。
【０１０１】
このようなはんだ形状制御部材２１は、例えば以下に示す方法にて形成することができる。図１２は、半導体装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は半導体ウェハ２２を準備した状態示す平面図、（ｂ）は半導体ウェハ２２をドライエッチングする工程を示す断面図である。図１３は、便宜上、図１２に示す製造方法をチップ単位に拡大した断面図であり、（ａ）は半導体ウェハを準備した状態示す図、（ｂ）はドライエッチング工程を示す図、（ｃ）はドライエッチング後の状態を示す図である。
【０１０２】
先ず、半導体ウェハ２２を準備する。この半導体ウェハ２２には、図１２（ａ）に示すように、半導体素子１１がチップ単位毎に複数個形成されている。なお、各半導体素子１１は、スクライブ領域、すなわちカットされる部位であるダイシングラインＤＬによって区画されている。この状態で、半導体ウェハ２２は、図１３（ａ）に示すように、その最表層としてポリイミドなどからなる保護膜２３を有している。
【０１０３】
次に、図１３（ａ）に示すように、保護膜２３の表面に、レジストなどからなり、所定形状にパターニングされたマスク２４を形成する。ここで、マスク２４の開口部の輪郭（内周面）は、平面矩形環状のはんだ形状制御部材２１を形成すべく、平面矩形状となっている。また、開口部は、半導体素子１１に構成される素子のパッド（例えばエミッタパッド）に対応して設けられる。
【０１０４】
そして、マスク２４を介して保護膜２３をドライエッチングする。このとき、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、エッチャントの進行方向（異方性エッチングの方向）に対して半導体ウェハ２２（半導体素子１１）の表面を垂直とするのではなく傾けて配置し、エッチングを行う。これにより、マスク２４の開口部に対応する保護膜２３の部分がエッチングされて保護膜２３に開口部が形成される。このとき、保護膜２３の内周面（開口部壁面）のうち、マスク２４の矩形内周面のうちの下方に位置する一辺に対応する内周面のみが、上記した角度θ１が９０度未満となる逆テーパ状の内周面２３ａとなる。
【０１０５】
そして、マスク２４の矩形内周面の４辺を順次下方位置とし、それぞれの状態でエッチングを行う。すなわち４回エッチングを行う。これにより、保護膜２３において、平面矩形状の開口部を規定する矩形内周面の全てが、はんだ形状制御部材２１の内周面２１ａに対応した逆テーパ状の内周面２３ａとなる。
【０１０６】
このように内周面２３ａを形成した後、マスク２４を除去し、上記したダイシングラインＤＬにて半導体ウェハ２２を、チップ単にダイシングカットすることで、一面にはんだ形状制御部材２１が配置された半導体素子１１を得ることができる。
【０１０７】
（第７実施形態）
上記実施形態では、半導体素子１１（半導体素子１２）の一面に設けたはんだ形状制御部材２１により、はんだ１７ａの形状を制御（規整）する例を示した。これに対し、本実施形態では、リフロー工程において、はんだ形状制御治具２５を用いることにより、はんだ１７ａ（１７）の形状を制御する点を特徴とする。このため、得られる半導体装置は、はんだ形状制御部材２１を有さないものとなる。
【０１０８】
図１４（ａ），（ｂ）に示す例では、半導体素子１１の一面１１ａに配置した状態で、該一面１１ａとはんだ１７ａ側でなす角度θ１（図示略）が９０度未満となるような内周面２５ａを有するはんだ形状制御治具２５を用いる。このはんだ形状制御治具２５は、リフローに耐えうる耐熱性を有した材料からなる。本実施形態では、カーボン系の材料を用いて構成されている。
【０１０９】
また、はんだ形状制御治具２５が、半導体素子１１の側面に接して配置される側面部２５ｂと、該側面部２５ｂから垂直方向に延び、半導体素子１１の一面１１ａに接して配置される上面部２５ｃを有している。そして、上面部２５ｃの端部が内周面２５ａとなっている。これら側面部２５ｂ及び上面部２５ｃは、一体成形されても良いし、別部材として構成され、組み付けることで一体化されてはんだ形状制御治具２５をなしても良い。
【０１１０】
そして、このはんだ形状制御治具２５を、内周面２５ａにてはんだ１７ａ（半導体素子１１に構成された素子の電極パッド）を取り囲むように半導体素子１１の一面１１ａに配置し、リフローを行う。このため、第１実施形態の１）で示した構成と同等の効果を奏することができる。
【０１１１】
なお、図１４に示す構成において、はんだ形状制御治具２５のうち、半導体素子１１の一面１１ａ上に位置する上面部２５ｃの厚さｔ１（図示略）を０．４ｍｍ以上とすると、第１実施形態の３）で示した構成と同等の効果を奏することができる。
【０１１２】
また、半導体素子１１の一面１１ａに配置した状態で、該一面１１ａとはんだ１７ａ側でなす角度θ１が９０度となる内周面２５ａを有し、且つ、一面１１ａからの厚さが０．４ｍｍ以上のはんだ形状制御治具２５を用いても良い。これによれば、第２実施形態に示した構成と同等の効果を奏することができる。
【０１１３】
なお、上記した各はんだ形状制御治具２５は、上記各実施形態に示した構成の半導体装置１０の形成に適用することができる。
【０１１４】
特に、第１実施形態（図１（ｂ）参照）、第２実施形態（図８参照）、第４実施形態（図１０参照）に記載のように、放熱部材１４をさらに備える半導体装置１０の形成において、ブロック体１６と放熱部材１４をリフローはんだ付けする際に上記はんだ形状制御治具２５を用いると良い。これによれば、第１実施形態の２）で示した構成と同等の効果を奏することができる。
【０１１５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０・・・半導体装置
１１，１２・・・半導体素子
１３・・・放熱部材（第２放熱部材）
１４・・・放熱部材（第１放熱部材）
１５，１７ａ，１７ｂ・・・はんだ
１６・・・ブロック体，金属部材
２１・・・はんだ形状制御部材
２１ａ・・・内周面
【図１】
0005732880.tif 000002
【図２】
0005732880.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005732880.tif 000006
【図６】
0005732880.tif 000007
【図７】
0005732880.tif 000008
【図８】
0005732880.tif 000009
【図９】
0005732880.tif 000010
【図１０】
0005732880.tif 000011
【図１１】
0005732880.tif 000012
【図１２】
0005732880.tif 000013
【図１３】
0005732880.tif 000014
【図１４】
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