(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧接した状態で使用される圧接型半導体の製造方法であって、
複数の半導体素子（２）の電極パターンが表面に形成された半導体ウェハ（２００）と、２枚の絶縁基板（３００）とを用意する工程と、
前記半導体ウェハ（２００）の両面に前記絶縁基板（３００）を接合する工程と、
前記接合工程の後、前記半導体ウェハ（２００）と前記絶縁基板（３００）とを前記半導体素子単位に切断する工程とを備えることを特徴とする圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁基板（３００）には、前記電極パターンに対応するように電極部材（４〜６）が形成されており、
前記接合工程において、前記電極パターンと前記電極部材との位置を合わせて、前記半導体ウェハ（２００）の両面に前記絶縁基板（３００）を接合することを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電力を制御する半導体素子を圧接した状態で使用する圧接型半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体素子（半導体チップ）は、大電流を制御する素子であるため、自己発熱が大きい。このため、このような半導体素子を有する半導体装置では、一般に、半導体素子の両面より放熱させる構造となっており、半導体素子の両側面から絶縁基板で挟んで、これをヒートシンク（放熱板）で両側から圧接するように構成されている。このような圧接構造においては、半導体素子を挟む２枚の絶縁基板は互いに平行になるようにする必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウェハから予め分割形成された半導体素子（１０ｍｍ角前後）と絶縁基板とをはんだ付けによって接合する場合を考えると、はんだ付け時のはんだ高さがばらつくことにより、半導体素子を挟む２枚の絶縁基板の両端面の平行を確保することは容易ではない。
【０００４】
これら２枚の絶縁基板が傾いて接合された場合には、圧接時に機械的応力が局部に集中することとなり、圧接荷重（約１００ｋｇ／ｃｍ2程度）が局部的に集中し、その結果半導体素子が破壊されてしまうことが考えられる。また、放熱性についても、絶縁基板とヒートシンクとが面接触しないことにより局部放熱となる。その結果、圧接による面放熱の効果を生かすことができず、熱抵抗が増加して半導体素子が温度上昇してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、圧接型半導体装置の製造方法において、半導体素子を挟む２枚の絶縁基板の平行度を確保できる製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の半導体素子の電極パターンが表面に形成された半導体ウェハ（２００）と、２枚の絶縁基板（３００）とを用意する工程と、半導体ウェハ（２００）の両面に絶縁基板（３００）を接合する工程と、接合工程の後、半導体ウェハ（２００）と絶縁基板（３００）とを半導体素子単位に切断する工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このように、半導体ウェハ（２００）とこれに対応する絶縁基板（３００）とを接合した後、個々の半導体素子の大きさに切断することにより、半導体ウェハを個々の半導体素子に切断した後に半導体素子と絶縁基板とを接合する場合に比較して大きな平面同士を接合することになるので、容易に絶縁基板の両端面の平行度を確保することが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、絶縁基板（３００）には、電極パターンに対応するように電極部材（４〜６）が形成されており、接合工程において、電極パターンと電極部材との位置を合わせて、半導体ウェハ（２００）の両面に絶縁基板（３００）を接合することを特徴としている。
【０００９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した実施形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態の圧接型半導体装置１の断面図である。
【００１１】
本実施形態における圧接型半導体装置１は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワーＭＯＳＦＥＴ等の大電流を制御する半導体素子２と、半導体素子２の両面に配置された絶縁性材料からなる絶縁基板３とから構成される。本実施形態では半導体素子２としてＩＧＢＴチップ、絶縁基板３として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いている。また、図１中破線で示すように、半導体装置１はヒートシンク（放熱板）１０によって両面から圧接されるように構成されている。
【００１２】
半導体素子２の表裏面は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる電極パターン（図示せず）が形成された主電極面として構成されている。本実施形態におけるＩＧＢＴチップ２の等価回路は、例えば図２に示すようにコレクタＣ、エミッタＥ、ゲートＧ、電流検出用端子Ｉｓ、感温のためのダイオード端子であるアノードＡおよびカソードＫからなる。本実施形態では、半導体素子２の表面側（図１中上側）にエミッタ、ゲート、電流検出用端子、アノードおよびカソードといった電極パターンが形成されており、裏面側（図１中下側）にはコレクタが形成されている。これら電極パターン上には、はんだ付けのためにＴｉ等のバリヤメタルが電極パターンに合わせて形成されている。
【００１３】
図３は、半導体素子２の表面側に接合される絶縁基板３の接合面側を示している。図３に示すように、絶縁基板３には、半導体素子２上のエミッタ電極、ゲート電極等に対応するように、Ｃｕ等の導体がパターニングされ、電極部材４、５を形成しており、同様に半導体素子２の裏面側に接合される絶縁基板３にはコレクタ電極に対応する電極部材６が形成されている。半導体素子２上の電極パターンおよび絶縁基板３上の電極部材４〜６とは、はんだによって接合されている。
【００１４】
以下、上記構成の圧接型半導体装置１の製造方法を図４〜図６に基づいて説明する。図４は接合前の半導体ウェハの平面図であり、図５（ａ）は接合前の絶縁基板の平面図であり、図５（ｂ）は表面側の絶縁部材３００の拡大図であり、図６は半導体装置１の製造工程を示す工程図である。なお、図４、図５（ａ）では、電極の図示を省略している。
【００１５】
まず、複数の半導体素子２の電極パターンが各チップ領域に形成された例えば４〜６インチの半導体ウェハ２００（図４）と、ウェハ２００上の電極パターンに対応するように電極部材４〜６が各チップ領域に対応するように配置された２枚の絶縁基板３００（図５（ａ））を用意する（図６（ａ））。図４、図５（ａ）に示すように、半導体ウェハ２００および絶縁基板３００には図中上下左右方向にスクライブライン（ダイシングライン）領域７が設定されている。
【００１６】
表面側（図６中上側）に配置する絶縁基板３００は、図３に示したパターンで電極部材４、５が形成されており（図５（ｂ））、裏面側（図６中下側）に配置する絶縁基板３００は、全面に電極部材６が形成されている。図５（ｂ）において、表面側の絶縁基板３００では、複数の電極部材４はそれぞれ図中左隣の電極部材５と図中上下方向のスクライブライン領域７で予め分離して形成されている。絶縁基板３００上の電極部材４〜６上には、予めはんだを印刷法等により形成しておく。
【００１７】
次に、半導体ウェハ２００に形成された電極パターンおよび絶縁基板３００に形成された電極部材４〜６の位置合わせを行い、半導体ウェハ２００と絶縁基板３００を接合する（図６（ｂ））。半導体ウェハ２００に形成された電極パターンおよび絶縁基板２００に形成された電極部材４〜６の位置合わせは、半透明であるＡｌＮ基板３００の電極部材が形成されていない部分から、半導体ウェハ２００に形成されているスクライブライン領域７等を照明した状態で確認しながら行う。
【００１８】
次に、水素リフロー又は窒素リフローを行い、例えば３８０℃程度の温度で１５分間加熱し、はんだ接合にて所定の接合領域を確保する。
【００１９】
次に、半導体ウェハ２００と絶縁基板３００を、ブレード１１、１２、１３を用いて個々の半導体装置１の大きさに切断する。まず、第１のスクライブにより、表面側（図６中上側）および裏面側（図６中下側）からブレード１１、１２により絶縁基板３００を切断除去する（図６（ｃ））。第１スクライブで絶縁基板３００を除去することにより、表面側では隣り合う半導体装置１のエミッタ電極４やゲート電極５等を露出させ、裏面側ではコレクタ電極６を露出させることになる。
【００２０】
次に第２のスクライブを行い、半導体ウェハ２００をブレード１３によってスクライブライン７に従い半導体素子２の大きさに切断する（図６（ｄ））。このとき、上記のように表面側では、各電極部材４はそれぞれ図中左隣の電極部材５と予め分離されているので、切断時のブレード１３の負担を軽減することができる。また、裏面側の電極部材６は半導体ウェハ２００と同時にブレード１３によって切断される。なお、本実施形態では、第２スクライブのみ、図４、図５中上下左右方向の２方向に行うようにしている。
【００２１】
以上の工程によって、複数の半導体装置１を得ることができる。
【００２２】
上記第１スクライブによって除去する絶縁基板の幅は、外部電極を接続するために必要な幅であり、本実施形態では端から電極部材４〜６が０．２〜０．３ｍｍ程度露出するように構成している。コクレタ電極およびエミッタ電極には１００Ａ程度の電流を流すので、これらの電極にはＩＧＢＴ素子の１辺（１０ｍｍ前後）を使用する。
【００２３】
図７は本実施形態の外部電極に接続された半導体装置１の概略構成を示す断面図であり、図８は図７の半導体装置１を表面側からみた概略構成を示す平面図である。外部電極８と電極部材４〜６との接合は、溶接、溶着あるいははんだ付けによって行う。外部電極８のうち、エミッタ電極とコレクタ電極に接続されるものはＩＧＢＴモジュール等の電極取り出し用のバスバー９にネジ止め等にて固定する。このとき、これらの外部電極８には、応力緩和のための曲げ部を形成し、ネジ止め等の力が局部集中しないように構成されている。
【００２４】
以上、本実施形態のように、圧接型半導体装置１を製造する際に、ウェハの状態の半導体２００とこれに対応する絶縁基板３００とを接合し、その後個々の半導体装置１の大きさに切断することにより、半導体素子２の両側に接合された絶縁基板３の両端面の平行度を容易に確保することが可能となる。これにより、絶縁基板３の両端面が、ヒートシンク１０に密接した構造となり、ヒートシンク１０によって両側から圧接されても機械的応力が局部に集中することなく、また、良好な熱拡散性も確保される。
【００２５】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態を図９〜図１１に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して圧接型半導体装置１の電極の構成が異なるものである。第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００２６】
図９は本第２実施形態の圧接型半導体装置１の概略構成を示す断面図を示しており、半導体装置１は図９中右側にエミッタ電極等が、図９中左側にコレクタ電極が突出するように構成されている。
【００２７】
図１０は半導体素子１の表面側（図９中上側）の絶縁基板３の接合面における電極配置側を示しており、絶縁基板３には、半導体素子２上のエミッタ電極、ゲート電極に対応するように、Ｃｕ等の導体がパターニングされ、電極部材４、５を形成している。本第２実施形態では感温のためのダイオード素子であるアノードＡ等は省略されている。
【００２８】
以下、図１１に基づいて第２実施形態の圧接型半導体装置１の製造工程を説明する。
【００２９】
上記第１実施形態と同様に、複数の半導体素子２の電極パターンが各チップ領域に形成された例えば４〜６インチの半導体ウェハ２００と、ウェハ２００上の電極パターンに対応するように電極部材４〜６が各チップ領域に対応するように配置された２枚の絶縁基板３００を用意し（図１１（ａ））、半導体ウェハ２００および絶縁基板３００の位置合わせを行い、半導体ウェハ２００と絶縁基板３００を接合する（図１１（ｂ））。次に、水素リフロー又は窒素リフローを行い、はんだ接合にて所定の接合領域を確保する。
【００３０】
次に、半導体ウェハ２００と絶縁基板３００を、ブレード１１〜１４を用いて個々の半導体装置１の大きさに切断する。まず、第１のスクライブにより、表面側（図１１中上側）および裏面側（図１１中下側）からブレード１１、１２により半導体ウェハ２００および絶縁基板３００を個々の半導体装置１の大きさに切断する（図１１（ｃ））。次に第２のスクライブを行い、半導体ウェハ２００をブレード１３、１４によって表面側および裏面側から絶縁基板３を切断除去し電極４〜６を露出させる（図１１（ｄ））。
【００３１】
以上の工程によって、複数の半導体装置１を得ることができる。
【００３２】
以上の第２実施形態の構成によっても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（他の実施形態）
なお、本発明を適用した圧接型半導体装置におけるエミッタ、コレクタ等の電極の構成は、上記実施形態で説明したものに限られず、任意に構成することができる。この場合、個々の半導体装置に切断する工程におけるスクライブ方法も、電極の構成に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、表面側の絶縁基板３００は、各電極部材４がそれぞれ図５（ｂ）中左隣の電極部材５とスクライブライン７で予め分離して形成されるように構成したが、電極部材４と左隣の電極部材５とが一体となるように形成して、上記切断工程（図６（ｄ）、図１１（ｃ））で、ブレード１３により半導体ウェハ２００と同時に切断するように構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、裏面側（図６中下側）の絶縁基板３００には全面に電極部材６を形成するように構成したが、絶縁基板３００の全面ではなく各チップの大きさに対応するように電極部材６を形成するように、すなわち、予めスクライブライン７にあたる部分には電極部材６を形成しないように構成することで、上記切断工程（図６（ｄ）、図１１（ｃ））においてブレード１３の負担を軽減することができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、絶縁基板として窒化アルミニウム基板を用いたが、これに限らず、例えばＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）構造のシリコン基板を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の圧接型半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置の回路図である。
【図３】図１の半導体装置の絶縁基板の平面図である。
【図４】接合前の半導体ウェハ平面図である。
【図５】接合前の絶縁基板の平面図である。
【図６】半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図７】半導体装置を外部電極に接続した状態を示す断面図である。
【図８】半導体装置を外部電極に接続した状態を示す平面図である。
【図９】第２実施形態の圧接型半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】図９の半導体装置の絶縁基板の平面図である。
【図１１】第２実施形態の圧接型半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１…圧接型半導体装置、２…半導体素子、３…絶縁基板、４〜６…電極部材、２００…半導体ウェハ、３００…絶縁基板。
【図１】
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【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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