(57)【要約】【課題】  ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布する工程を簡略化し、かつ、ペースト状接着剤のはみ出しを抑制し歩留まりを向上させ、さらに熱伝導性及び接着信頼性に優れるダイボンド用多孔質層付き半導体素子、及びそれを用いた半導体装置の製造方法、半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体素子を形成したウェハ（半導体ウェハ）のダイボンディング面に銀及び／又は銅を含有し、炭素分が１．５質量％以下であるダイボンド用多孔質層を形成したダイボンド用多孔質層付き半導体ウェハを個片化したダイボンド用多孔質層付き半導体素子。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を形成したウェハ（半導体ウェハ）のダイボンディング面に銀及び／又は銅を含有し、炭素分が１．５質量％以下であるダイボンド用多孔質層を形成したダイボンド用多孔質層付き半導体ウェハを個片化したダイボンド用多孔質層付き半導体素子。
【請求項２】
前記、ダイボンド用多孔質層付き半導体素子のダイボンド用多孔質層の空孔率が１５〜６０体積％である請求項１に記載のダイボンド用多孔質層付き半導体素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のダイボンド用多孔質層付き半導体素子のダイボンド用多孔質層側を半導体素子搭載用支持部材との間に介在するよう配置し、これらを加熱加圧する接着工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法により得られる半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置におけるダイボンド用多孔質層の空孔率が３〜４０体積％である半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイボンド用多孔質層付き半導体素子、及びそれらを用いた半導体装置の製造方法と得られた半導体装置に関する。さらに詳しくはパワー半導体、ＬＳＩ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体素子をリードフレーム、セラミック配線板、ガラスエポキシ配線板、ポリイミド配線板等の半導体素子搭載用支持部材（基板）に接着するのに好適なダイボンド用多孔質層を有する半導体素子、並びにそれらを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム（半導体素子搭載用支持部材）とを接着させる方法としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の樹脂に銀粉等の充填剤を分散させたペースト状の接着剤（例えば、銀ペースト）を使用する方法がある。この方法では、ディスペンサー、印刷機、スタンピングマシン等を用いて、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布した後、半導体素子をダイボンドし、加熱硬化により接着させ半導体装置とする。
【０００３】
しかしながら、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布する工程では、半導体素子のサイズに応じて専用の印刷設備が必要であり製造コストが高くなるという課題がある。さらに、半導体素子のサイズが非常に小さい場合、適量のペースト状接着剤を均一に塗布することが困難であり半導体素子からペースト状接着剤がはみ出したり、半導体素子が大きい場合には、ペースト状接着剤が不足するなどにより十分な接着力を得ることができない、などの課題があった。
【０００４】
近年、半導体素子の高速化、高集積化が進むに伴い、半導体装置の動作安定性を確保するために、接着剤にも高放熱特性が求められている。
【０００５】
これまでにも高放熱特性に有効な熱伝導性の向上を目的とした接着剤が提案されている。例えば、下記特許文献１〜５には、熱伝導率の高い銀粒子が高充填されたダイボンディングペースト（特許文献１及び２）、特定の粒径を有する球状銀粉を含有する導電性接着剤（特許文献３）、ハンダ粒子を含有する接着剤のペースト（特許文献４）、特定の粒子径を有する金属粉及び特定の粒子径を有する金属超微粒子を含有する導電性接着剤（特許文献５）が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献６には、表面処理が施された非球状銀粒子と揮発性分散媒とからなるペースト状銀粒子組成物を１００℃以上、４００℃以下で加熱することにより銀粒子同士を焼結させて所定の熱伝導度を有する固形状銀にする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７３８１１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０２８３４号公報
【特許文献３】特開平１１−６６９５３号公報
【特許文献４】特開２００５−９３９９６号公報
【特許文献５】特開２００６−８３３７７号公報
【特許文献６】特許第４３５３３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献６に記載のペースト状銀粒子組成物は、銀粒子が金属結合を形成するため、他の手法よりも熱伝導率及び高温下での接着信頼性が優れるものと考えられる。しかし、このようなペースト状銀粒子組成物では、塗布時、乾燥時、半導体素子搭載時及び焼結時の流動による斑（むら）、及び、はみ出しが発生する課題や、乾燥時及び焼結時のボイド発生といった課題がある。
【０００９】
一方、ハンダをダイボンドに用いる場合、シート状のハンダを基板と半導体素子との間に介在させ、加熱溶融させることにより接着される。この手法では、ペーストに比べて工程の簡略化及び溶媒による斑やはみ出しやボイドの発生を抑制することができる。しかし、ハンダでは高温での接続信頼性に課題が生じる。なお、単にハンダに代えて高融点の金属を用いても、接着が困難になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、ペースト状接着剤をリードフレームのダイパッドに塗布する工程を簡略化し、かつ、ペースト状接着剤のはみ出しを抑制し歩留まりを向上させ、さらに熱伝導性及び接着信頼性に優れるダイボンド用多孔質層付き半導体素子、及びそれを用いた半導体装置の製造方法、半導体装置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】
【００１１】
本発明は、半導体素子を形成したウェハ（半導体ウェハ）のダイボンディング面に銀及び／又は銅を含有し、炭素分が１．５質量％以下であるダイボンド用多孔質層を形成したダイボンド用多孔質層付き半導体ウェハを個片化したダイボンド用多孔質層付き半導体素子に関する。
また、本発明は、前記ダイボンド用多孔質層付き半導体素子のダイボンド用多孔質層の空孔率が１５〜６０体積％であるダイボンド用多孔質層付き半導体素子に関する。
また、本発明は、前記ダイボンド用多孔質層付き半導体素子のダイボンド用多孔質層側を半導体素子搭載用支持部材との間に介在するよう配置し、これらを加熱加圧する接着工程を備える半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、前記半導体装置の製造方法により得られる半導体装置に関する。
さらに、本発明は、前記半導体装置におけるダイボンド用多孔質層の空孔率が３〜４０体積％である半導体装置に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱伝導性及び接着信頼性に優れ、半導体素子からペースト状接着剤のはみ出しが抑制され歩留まりが向上し、半導体素子とリードフレーム等の半導体素子搭載用支持部材との接合を簡便な工程で行うことができるダイボンド用多孔質層付き半導体素子及びそれを用いる半導体装置の製造方法、半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のダイボンド用多孔質層の断面ＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態のダイボンド用多孔質層付き半導体素子は、ダイシング前の半導体素子を形成したウェハ（半導体ウェハ）のダイボンディング面に、あらかじめ銀または銅からなる多孔質層（炭素分が１．５質量％以下）をダイボンド用多孔質層として形成し、その後、ダイシングにより個片化して得られる。
なお、このダイボンド用多孔質層は、形成時にダイボンディング面と金属結合により固着している。
【００１５】
ダイボンド用多孔質層の厚みは、被着体である半導体素子搭載用支持部材の表面粗さ及び接合後の接着信頼性に応じて適宜設定することができる。ダイボンド用多孔質層は熱圧着により、ダイボンド用多孔質層内の空孔が潰れることでダイボンド用多孔質層と被着体表面とが密着し、金属結合を形成する。そのため、ダイボンド用多孔質層の厚みは、ダイボンド用多孔質層が圧縮変形して、半導体素子及び半導体素子搭載用支持部材の表面凹凸を吸収して密着できる厚みが必要であり、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましい。上限は、３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは、１００μｍ以下である。
【００１６】
ダイボンド用多孔質層は、熱伝導率、延性、接着性の観点から、銀又は銅を主成分とする。銀と銅との合金であってもよい。銀、銅以外の金属性の成分が含まれると、熱伝導率の低下や表面に容易に除去できない酸化皮膜が生じて接合の妨げになるため好ましくない。そのためダイボンド用多孔質層に含まれる元素の内、水素、炭素、酸素を除く元素割合の内で、銀及び／又は銅が占める元素割合は、６０原子％以上が好ましく、７０原子％以上であることがより好ましく、８０原子％以上であることがさらに好ましい。
【００１７】
ダイボンド用多孔質層は、層内に空孔を含む銀及び／又は銅の連続体からなる多孔質層であることが好ましい。また、ダイボンド用多孔質層は、銀粒子及び／又は銅粒子の焼結体から構成されていることが好ましい。
【００１８】
本実施形態のダイボンド用多孔質層は、接着信頼性の観点から、空孔率が１５〜６０体積％であり、２０〜５５体積％であることがより好ましく、３０〜５０体積％であることがさらに好ましい。空孔率が上記範囲内であれば、ダイボンド用多孔質層が圧着時に空孔が変形することで被着体に追随し、充分に高い接着力を発現させることができるとともに、圧着後のダイボンド層の機械強度を十分確保することができる。
【００１９】
本実施形態のダイボンド用多孔質層は、炭素分が１．５質量％以下であり、１．０質量％以下であることが好ましい。炭素分を１．５質量％以下とすることにより、有機物等によって被着体とダイボンド用多孔質層との間の金属結合形成が阻害されることを防止することができ、さらには、高温下で分解ガスが発生して接着信頼性が悪化することを防止することができる。
上記炭素分は、誘導加熱燃焼赤外線吸収法によって測定できる。
【００２０】
本発明で用いる銀及び／又は銅を含有し、炭素分が１．５質量％以下であるダイボンド用多孔質層を形成するためペースト状組成物を用いるのが好ましく、揮発性の分散媒を用いてペースト状組成物の粘度を後述の好ましい範囲に調節する。例えば、銀又は銅粒子濃度の調整、粒子形状、特にアスペクト比と粒径との調整、イソボルニルシクロヘキサノールのような高粘度分散媒の使用とその量が挙げられる。
【００２１】
本実施形態に係るダイボンド用多孔質層は、銀粒子及び／又は銅粒子と、分散媒とが含まれる組成物をダイシング前の半導体ウェハ上に層状に形成し、加熱して得ることができる。
銀粒子は銀原子を含有する粒子であり、銀原子を９０質量％以上含有する粒子が好ましい。銀粒子は、金属銀以外に、酸化銀等の銀酸化物、銅や金等の他の貴金属又はそれらの酸化物を含有していてもよい。本実施形態においては、卑金属が含まれると粒子表面に除去しにくい酸化被膜が生成して焼結を妨げることから、銀粒子における貴金属の割合が８０原子％以上であることが好ましく、９０原子％以上であることがより好ましく、９５原子％以上であることがさらに好ましい。
【００２２】
銀粒子の形状としては、例えば、球状、塊状、針状、片状が挙げられる。銀粒子の一次粒子の体積平均粒径が０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２３】
銀粒子は表面処理剤で処理されていてもかまわない。ただし、表面処理剤はダイボンド用多孔質層の作製工程で除去され得るものが好ましい。このような表面処理剤としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸、テレフタル酸、ピロメリット酸、ｏ−フェノキシ安息香酸等の芳香族カルボン酸、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール、テトラエチレングリコール等の脂肪族アルコール、ｐ−フェニルフェノール等の芳香族アルコール、オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミン、ステアロニトリル、デカニトリル等の脂肪族ニトリル、アルキルアルコキシシラン等のシランカップリング剤、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シリコーンオリゴマー等の高分子処理材などが挙げられる。
【００２４】
銅粒子は銅原子を含有する粒子であり、銅原子を９０質量％以上含有する粒子が好ましい。銅粒子は、金属銅以外に、酸化銅（Ｉ）、酸化銅（ＩＩ）等の銅酸化物、銀や金等の他の貴金属又はそれらの酸化物を含有していてもよい。また、銅粒子表面を銀でコートしたコア・シェル粒子でもよい。本実施形態においては、卑金属が含まれると粒子表面に除去しにくい酸化被膜が生成して焼結を妨げることから、銅粒子における銅金属の割合が８０原子％以上であることが好ましく、９０原子％以上であることがより好ましく、９５原子％以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
銅粒子の形状としては、例えば、球状、塊状、針状、片状が挙げられる。銅粒子の一次粒子の体積平均粒径が０．０１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２６】
銅粒子は表面処理剤で処理されていてもかまわない。ただし、表面処理剤はダイボンド用多孔質層の作製工程で除去され得るものが好ましい。このような表面処理剤としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン酸、テレフタル酸、ピロメリット酸、ｏ−フェノキシ安息香酸等の芳香族カルボン酸、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール、テトラエチレングリコール等の脂肪族アルコール、ｐ−フェニルフェノール等の芳香族アルコール、オクチルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン等のアルキルアミン、ステアロニトリル、デカニトリル等の脂肪族ニトリル、アルキルアルコキシシラン等のシランカップリング剤、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シリコーンオリゴマー等の高分子処理材などが挙げられる。
【００２７】
ダイボンド用多孔質層における炭素分は、ペースト状組成物に配合する成分及び焼結条件を適宜選択することにより調節できる。具体的には、ペースト状組成物にバインダー樹脂を含有させないことが好ましい。また、ペースト状組成物に配合する分散媒は揮発性のものが好ましい。
例えば、分散媒として、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、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、α−テルピネオール、ボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ）等の一価及び多価アルコール類、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、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、トリ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、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、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、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ）、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ―ブチロラクトン、炭酸プロピレン等のエステル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等の酸アミド、シクロヘキサノン等の環状ケトン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、適当なメルカプタンは１〜１８炭素原子を含む、例えばエチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル及びドデシルメルカプタンのようなメルカプタン、あるいはシクロアルキルメルカプタンは５〜７炭素原子を含む、シクロペンチル、シクロヘキシル又はシクロヘプチルメルカプタンのようなメルカプタン類が挙げられる。
分散媒の配合量は、銀粒子及び／又は銅粒子１００質量部に対し、５〜５０質量部であることが好ましい。
上記組成物はペースト状であることが好ましい。ペースト状組成物は、塗布・成形性の観点から、２５℃におけるＣａｓｓｏｎ粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以上、１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、０．０５Ｐａ・ｓ以上、５Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。
【００２８】
ペースト状組成物には、粒子の分散性や焼結性の向上及びペーストの粘度の調整の観点から、少量の添加剤を加えてもよい。
上記添加剤としては、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、オレイン酸、リノール酸等の脂肪族カルボン酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸ジイソプロピル等の亜リン酸、ジヒドロキシナフトエ酸、ジヒドロキシ安息香酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸などを用いることができる。これらのうち、粒子の分散性や焼結性の向上及びペーストの粘度の調整の観点から、ステアリン酸が好ましい。
添加剤の配合量は、金属粒子１００質量部に対し、０．１〜５質量部であることが好ましい。
【００２９】
上記ペースト状組成物を層状に成形させる手法としては、半導体ウェハの被着面上に粒子を層状に堆積させられる手法であればよく、このような手法として、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ジェットプリンティング法、ディスペンサー、ジェットディスペンサ、カンマコータ、スリットコータ、ダイコータ、グラビアコータ、スリットコート、バーコート、アプリケータ、粒子堆積法、スプレーコータ、ディップコータ、電着塗装等を用いることができる。特に、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ジェットプリンティング法、ジェットディスペンサなどの印刷手法を用いた場合、ダイシング部分を避けて印刷することで、ダイボンド用多孔質層の欠けや、ダイシングブレードの磨耗を抑えることができることから好ましい。
【００３０】
半導体ウェハの被着面上に成形された層状のペースト状組成物は、流動及びボイド発生を抑制する観点から適宜乾燥させることができる。
上記の乾燥方法は、常温放置による乾燥、加熱乾燥又は減圧乾燥を用いることができる。加熱乾燥又は減圧乾燥には、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉、熱板プレス装置等を用いることができる。乾燥の温度及び時間は、使用した分散媒の種類及び量に合わせて適宜調整することが好ましく、例えば、５０〜１８０℃で１〜１２０分間乾燥させることが好ましい。
【００３１】
次に、半導体ウェハの被着面上に成形されたペースト状組成物に対して、加熱処理して焼結を行い多孔質化する。加熱処理には、ホットプレート、温風乾燥機、温風加熱炉、窒素乾燥機、赤外線乾燥機、赤外線加熱炉、遠赤外線加熱炉、マイクロ波加熱装置、レーザー加熱装置、電磁加熱装置、ヒーター加熱装置、蒸気加熱炉等を用いることができる。
上記の焼結の温度及び時間は、銀及び／又は銅粒子が焼結できる温度及び時間であればよく、例えば、２００〜３００℃で５分〜２時間加熱することが好ましい。
銅粒子の焼結には表面酸化膜の除去の観点から、還元雰囲気で焼結してもよい。また、半導体素子の被着面が銅あるいはニッケルの場合には、酸化皮膜を除去しダイボンド用多孔質層と被着面との接着をするため還元雰囲気で焼結してもよい。還元雰囲気としては、水素雰囲気、ギ酸を含む窒素雰囲気、原子状水素雰囲気が挙げられる。
【００３２】
こうして作製されたダイボンド用多孔質層は、被着体の金属表面から酸化皮膜を除去する目的で還元剤を含浸させてもよい。還元剤としては、フロログルシノール、レゾール等のフェノール化合物、亜リン酸ジイソプロピル、亜リン酸ジフェニル等の亜リン酸、ギ酸、ギ酸ステアリルアミン等のギ酸化合物、ジヒドロキシナフトエ酸、ジヒドロキシ安息香酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸、グルコース、ショ糖等の糖類、ジグリセリン、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール等のポリオール類、シュウ酸、グリオキシル酸などの有機酸が挙げられる。
【００３３】
ダイボンド用多孔質層付き半導体ウェハは、ダイシングテープに貼り合わせた上で、ダイシングブレード等の切断装置を用いて半導体ウェハのダイシングを行い個片化してダイボンド用多孔質層付き半導体素子を得る。
切断装置としては、ブレードあるいはレーザー切断装置を使用することができる。ダイサーとしては、例えば株式会社ディスコ製フルオートマチックダイシングソー６０００シリーズや、セミオートマチックダイシングソー３０００シリーズなどを使用できる。また、レーザー切断装置としては、例えば株式会社ディスコ製フルオートマチックレーザソー７０００シリーズなどを使用できる。
【００３４】
ダイシングされたダイボンド用多孔質層付き半導体素子は、ダイボンド用多孔質層が半導体素子搭載用支持部材の被着面に面するように配置し、加熱加圧することにより半導体素子と半導体素子搭載用支持部材を接合する。
【００３５】
加熱加圧は、熱圧着装置により行うことができる。熱圧着装置としては、熱板プレス装置、加熱ロールプレス等を用いてもよいし、重りを乗せて加圧しながら加熱処理を行ってもよい。
熱圧着時の温度は、接着力を十分に得る観点から、２２０℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましい。熱圧着温度の上限は、デバイスの耐熱温度によって設定され、通常３５０℃以下である。
【００３６】
熱圧着時の圧力は、接着性発現の観点から１ＭＰａ以上であることが好ましい。加圧しない場合にはダイボンド用多孔質層の変形によるダイボンド用多孔質層と被着体との密着性が得られにくくなり、十分な接着力が得られない傾向にある。一方、熱圧着圧力の上限値は、半導体素子搭載用支持部材及び半導体素子の破損を防止する観点から、３０ＭＰａ以下であることが好ましい。
ダイボンド用多孔質層付き半導体素子と半導体素子搭載用支持部材を熱圧着等により接着する工程を備えて形成された半導体素子は、半導体装置におけるダイボンド用多孔質層の空孔率が３〜４０体積％であることが好ましい。空孔率が３〜４０体積％となるように圧着圧力、圧着時間、圧着温度を調整することが好ましい。
【００３７】
熱圧着時の雰囲気は、被着面が非酸化性の材質である被着体と、ダイボンド用多孔質層が銀を含むものとの組み合わせであれば、空気中又は不活性ガス中で実施することが好ましい。不活性ガスとしては、酸素を含まない窒素又は希ガスが好ましい。
【００３８】
一方、被着面に酸化被膜が存在し比較的還元されやすい金属を有する被着体と、ダイボンド用多孔質層が銅を含むものとの組み合わせであれば、還元雰囲気で酸化被膜を除去しながら熱圧着を実施することができる。このような還元雰囲気としては、水素雰囲気又はギ酸を含む窒素雰囲気が挙げられる。この際、ホットワイヤ法、ＲＦプラズマ法又は表面波プラズマ法を用いて水素ガスを活性化して用いてもよい。また、還元雰囲気の替わりに還元剤をダイボンド用多孔質層に含浸させておき、不活性ガス中で熱圧着を行ってもよい。
【００３９】
熱圧着時の半導体素子搭載用支持部材、半導体素子へのダメージを減らす目的、又は圧力や温度の均一性を増す目的で、積層した半導体素子搭載用支持部材、半導体素子と熱板との間に保護シートを配してもよい。保護シートは熱圧着時の温度に耐え、接触する被着体よりやわらかい材質のものであればよい。このような材質としては、例えば、ポリイミド樹脂、フッ化樹脂、アルミニウム、銅、カーボンがある。
【００４０】
ダイボンド用多孔質層付き半導体素子を用いて得られる半導体装置は、ダイオード、整流器、サイリスタ、ＭＯＳゲートドライバ、パワースイッチ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ショットキーダイオード、ファーストリカバリダイオード等からなるパワーモジュール、発信器、増幅器、ＬＥＤモジュール等に用いることができる。得られるパワーモジュール、発信器、増幅器、ＬＥＤモジュールは、半導体素子搭載用支持部材と半導体素子との間に高接着性を有することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜ペースト状組成物の調製＞
表１に示した組成で下記（調整例）に示すようにペースト状組成物を得た。
表１中の各成分の記号は下記のものを意味する。
ＡｇＣ２３９：銀粒子（福田金属箔粉工業株式会社製、製品名「ＡｇＣ２３９」、体積平均粒径３．０μｍ）。
ステアリン酸：（新日本理化株式会社製、製品名「ステアリン酸」）。
ＤＰＭＡ：（株式会社ダイセル製、製品名「ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート」）。
ＭＴＰＨ：（日本テルペン化学株式会社製、製品名「ボルニルシクロヘキサノール」）。
【００４２】
（調製例）
分散媒としてボルニルシクロヘキサノール（ＭＴＰＨ、日本テルペン化学株式会社製）６．８３ｇ及びジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＤＰＭＡ、株式会社ダイセル製）６．８３ｇと、添加剤としてステアリン酸（新日本理化株式会社製）１．３５ｇとをポリ瓶に混合し、密栓し、５０℃の水浴で暖め、時々振り混ぜながら透明均一な溶液とした。この溶液に銀粒子としてＡｇＣ２３９を１３５ｇ添加し、スパチュラで乾燥粉がなくなるまでかき混ぜた。さらに、密栓をして自転公転型攪拌装置（Planetary  Vacuum  Mixer  ARV-310、株式会社シンキー製）を用いて、２０００回転／分（ｒｐｍ）で１分間撹拌してペースト状組成物１を得た。
【００４３】
（Ｃａｓｓｏｎ粘度の測定）
２０℃に設定した恒温水循環装置を接続した粘弾性測定装置（Ｐｈｙｓｉｃａ  ＭＣＲ−５０１、Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ社製）を用い、角度１°、直径５０ｍｍのコーン型測定冶具（ＣＰ５０−１）の装着、ゼロギャップの測定の順に行った。その後、測定位置を１ｍｍに設定し、モーターの調整を長時間調整の設定で実施した。測定位置を８０ｍｍに設定後、測定位置に測定冶具を上げ、ペースト状組成物が測定冶具からあふれる程度のペースト状組成物を測定装置に導入し、測定冶具を測定位置に下ろした際あふれたペースト状組成物をかきとった。測定は２５℃で、以下の２ステップを連続して行い、２ステップ目にせん断速度とせん断応力を記録した。
（ｉ）せん断速度０ｓ−１、６００秒、
（ｉｉ）せん断速度０〜１００ｓ−１、せん断速度増加率１００／６０ｓ−１／ｓｔｅｐ、測定間隔１秒、測定点数６０点。
得られたせん断速度とせん断応力の平方根を計算し、せん断速度の１／２乗に対するせん断応力の１／２乗から最小二乗法により近似される直線の傾きと切片を算出した。この傾きを二乗したものをＣａｓｓｏｎ粘度、切片を二乗したものをＣａｓｓｏｎ降伏値とした。
【００４４】
【表１】
2016054252.tif 000003
【００４５】
（ウェハ被着面へのダイボンド用多孔質層形成）
厚みが４００μｍで、チタン、ニッケル及び金がこの順でめっきされ、サイズ５インチのシリコンウェハに、ペースト状組成物をセットし、ＮＣＧ−ＦＬスプレーヘッドを装着したスプレーコータ（Ｃ−３Ｊ、ノードソン株式会社製）を用い、液圧６ｋＰａ、アトマイズ空気圧０．４ＭＰａ、ヘッドスピード１５ｍｍ／ｓ、ラインピッチ３ｍｍの条件で、ペースト状組成物をシリコンウェハの金めっき面に塗布した。その後、１１０℃に加熱したホットプレート上で１０分間加熱して乾燥した。この塗布、乾燥を１０回繰り返した。その後、２５０℃に加熱したホットプレート上で1時間加熱して、銀粒子を焼結し、ダイボンド用多孔質層をシリコンウェハに固着した。ダイボンド用多孔質層の膜厚をデジタルリニアゲージ（ＤＧ−５２５Ｈ、株式会社小野測器製）を用いて測定した結果、５８μｍであった。
【００４６】
（ダイボンド用多孔質層付きウェハのダイシング）
ダイボンド用多孔質層付きウェハをダイシングテープ（Ｔ−８０ＭＷ、電気化学工業株式会社製）にラミネートした。次に、ダイシング装置（３３５０、株式会社ディスコ製）を用い、ブレード回転数３００００回転／分（ｒｐｍ）、切削速度３０ｍｍ／s、チップサイズ５ｍｍ×５ｍｍの条件でダイシングした。その後、ダイシングテープからダイボンド用多孔質層付きウェハを剥離・個片化してダイボンド用多孔質層付きSiチップ（ダイボンド用多孔質層付き半導体素子）を得た。
【００４７】
（ダイボンド用多孔質層付き半導体素子と半導体素子搭載用支持部材（基板）の接合）
ダイボンド用多孔質層付きＳｉチップのダイボンド用多孔質層が、全面が銀メッキされた厚さ２ｍｍ、サイズ２５×２０ｍｍの銅板（半導体素子搭載用支持部材）に面するように配置し、その上に６×６ｍｍ２膨張黒鉛板を置いた状態で雰囲気制御加熱圧着装置（ＲＦ−１００Ｂ、アユミ工業株式会社製）を用いて、空気中１０ＭＰａ、３００℃、１０分間処理して接合サンプルを得た。
【００４８】
（ダイシェア試験）
ダイボンド用多孔質層付きＳｉチップと半導体素子搭載用支持部材の接着強度は、ダイシェア強度により評価した。接合体を、ＤＳ−１００ロードセルを装着した万能型ボンドテスタ（４０００シリーズ、デイジ・ジャパン株式会社製）を用い、測定スピード５ｍｍ／ｍｉｎ、測定高さ５０μｍでＳｉチップを水平方向に押し、ダイシェア強度を測定した。ダイシェア試験の結果、シェア強度３０ＭＰａでシリコンチップが破壊し、十分なダイボンド強度があると結論した。
【００４９】
（断面モルフォロジー観察）
接合サンプルをカップ内にサンプルクリップ（Ｓａｍｐｌｋｌｉｐ  Ｉ、Ｂｕｅｈｌｅｒ社製）で固定し、周囲にエポキシ注形樹脂（エポマウント、リファインテック株式会社製）をサンプル全体が埋まるまで流し込み、真空デシケータ内に静置し、１分間減圧して脱泡した。その後、室温（２５℃）下１０時間放置してエポキシ注形樹脂を硬化した。ダイヤモンド切断ホイール（１１−３０４、リファインテック株式会社製）をつけたリファインソー・ローを用い、注形したサンプルの観察したい断面付近で切断した。耐水研磨紙（カーボマックペーパー、リファインテック株式会社製）をつけた研磨装置（Ｒｅｆｉｎｅ  Ｐｏｌｉｓｈｅｒ  Ｈｖ、リファインテック株式会社製）で断面を削りシリコンチップにクラックの無い断面を出し、さらに余分な注形樹脂を削りＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工機にかけられるサイズに仕上げた。切削加工したサンプルをＣＰ加工機（ＩＭ４０００、株式会社日立製作所製）で加速電圧６ｋＶ、アルゴンガス流量０．０７〜０．１ｃｍ３／ｍｉｎ処理時間２時間の条件でクロスセクションポリッシングを行って断面加工を行った。断面にスパッタ装置（ＩＯＮ  ＳＰＵＴＴＥＲ、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて白金を１０ｎｍの厚みでスパッタしてＳＥＭ用のサンプルとした。このＳＥＭ用サンプルをＳＥＭ装置（ＴＭ−１０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）により、ダイボンド用多孔質層の断面を印加電圧１５ｋＶ、各種倍率で観察した。
上記方法に従い、加工断面を３０００倍で観察した結果、図１に示したＳＥＭ像が得られ、ダイボンド用多孔質層と銀めっき銅板（被着面Ａｇ）との界面および、ダイボンド用多孔質層とシリコンウエハ（被着面Ａｕ）との界面は隙間無く良好に接合されていた。
【００５０】
（ダイボンド用多孔質層の空孔率）
まず、厚みが４００μｍで、チタン、ニッケル及び金がこの順でめっきされ、サイズ５インチのシリコンウェハをダイシングテープ（Ｔ−８０ＭＷ、電気化学工業株式会社製）にラミネートした。次に、ダイシング装置（３３５０、株式会社ディスコ製）を用い、ブレード回転数３００００回転／分（ｒｐｍ）、切削速度３０ｍｍ／s、チップサイズ５ｍｍ×５ｍｍの条件でダイシングした。その後、ダイシングテープからウェハを剥離・個片化してSiチップ（半導体素子）を得た。
Siチップの厚みと質量を測定した。厚みは、膜厚計（ＩＤ−Ｃ１１２Ｃ、グラナイトコンパレータスタンド、レリーズ、株式会社ミツトヨ製）で測定を行い、質量は精密天秤で測定を行った。
次に、個片化したダイボンド用多孔質層付きSiチップの厚みと質量を測定した。
厚みは、膜厚計（ＩＤ−Ｃ１１２Ｃ、グラナイトコンパレータスタンド、レリーズ、株式会社ミツトヨ製）で測定を行い、質量は精密天秤で測定を行った。
個片化したダイボンド用多孔質層付きSiチップの厚みと、Siチップの厚みの差からダイボンド用多孔質層の膜厚を求め、ダイボンド用多孔質層の体積を計算した。
さらに、個片化したダイボンド用多孔質層付きSiチップの質量と、Siチップの質量の差からダイボンド用多孔質層の質量を求め、ダイボンド用多孔質層の見かけの密度Ｍ１（ｇ／ｃｍ３）を求めた。ダイボンド用多孔質層を構成する銀の密度１０．５（ｇ／ｃｍ３）とを用いて、下記式（１）から空孔率を求めた。
空孔率（体積％）＝［１−（Ｍ１）／（１０．５）］×１００      …（１）
測定の結果、ダイボンド用多孔質層の空孔率は、３８体積％であった。
【００５１】
（半導体装置のダイボンド用多孔質層の空孔率）
半導体装置のダイボンド用多孔質層の空孔率は、断面観察し、断面積に含まれる空孔の面積として評価できる。まず、断面加工方法としては集束イオンビーム加工、クロスセクションポリッシング加工が好ましい。次に断面観察は、ＳＩＭ、ＳＥＭあるいはＴＥＭにより観察できる。断面積に含まれる空孔の面積は、画像を印刷して切り抜き法で質量比として算出することができる。または、画像処理ソフトにより、空孔部を選択しドット数を計測し、断面部とのドット数の比から求めることが出来る。あるいは、断面部の画像に対して閾値を調整し、空孔部と緻密部を白／黒二値化し、断面部に占める空孔部の面積比から空孔率を算出することができる。
画像処理ソフトとしては、Adobe Photoshopシリーズ(アドビシステムズ株式会社製)、ペイントツールSAIシリーズ(株式会社SYSTEMAX)、GIMP（The GIMP Development Team.製）、Corel PaintShop Proシリーズ(コーレル・コーポレーション社製)、ImageJ（アメリカ国立衛生研究所製）などが挙げられる。
ここではImageJ(１．４７ｖ)を用いて、断面部のSEM画像に対して閾値を調整し、空孔部と緻密部を白／黒二値化し、空孔率を断面積に占める空孔部の面積比から算出する方法について例示する。
ImageJを起動し、空孔率を求めたい断面部のSEM画像を、File→Openから選択し開く。まず、Image→Adjust→Brightness/Contrastを選択し、BrightnessとContrastを調整し断面部のSEM像のダイボンド用多孔質層内の緻密部と空孔部をはっきりとさせる。
次に、断面部のSEM像からダイボンド用多孔質層のみをドラッグし選択する。そして、Edit→Cutを選択し画像を切り出し、File→New→Internal Clipboardから貼り付けることで、ダイボンド用多孔質層のみの断面SEM像が得られる。
次に、切り出したダイボンド用多孔質層のAnalyze→Measureを押すと、Resultsと表示されたウィンドウが新たに立ち上がる。１列目のAreaにダイボンド用多孔質層の断面積(M3)が算出される。
次に、 Image→Adjust→Color Thresholdの順で選択し二値化処理を行なう。Brightnessの項目中にあるThreshold color:B&Wを選択し、緻密部が選択されるようにしきい値を設定する。Selectを押し緻密部が選択されていることを確認し、そのままの状態でメニューバーからAnalyze→Measureを押すと２列目のAreaの欄にダイボンド用多孔質層の緻密部の断面積(M4)が算出される。
ダイボンド用多孔質層の空孔率を以下の計算式から求めた。
空孔率（体積％）＝｛１−（Ｍ４）／（Ｍ３）｝＊１００
測定の結果、ダイボンド用多孔質層の空孔率は、１３体積％であった。
【符号の説明】
【００５２】
１…Ｓｉチップ、２… 金めっき層、３…ダイボンド用多孔質層、４… 銀めっき層、
５… 銅板
【図１】
2016054252.tif 000004