(57)【要約】【課題】ガスの発生がきわめて多量な導電性接着剤を用いて半導体素子の接続を行う場合においても、半導体素子の裏面に溝加工などの加工を不要とし、接続層内部にガスがトラップされることにより形成される接続欠陥としてのボイドの発生を抑制することである。【解決手段】半導体素子１と基材２との接続面に沿った方向に加速度を、基材２、接続層７および半導体素子１に対して加えながら接続を行なうという工程を導入することにより、接続の過程でガスを効率よく接続層の外部に放散することができる。【選択図】図２
2009164203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する基材を準備する工程と、
前記基材の前記主表面上に流動性を有する接続層を介して半導体素子を接続する工程とを備え、
前記半導体素子を接続する工程において、前記半導体素子と基材との接続面に沿った方向に加速度を前記基材、接続層および半導体素子に対して加えながら接続を行なうことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体素子を接続する工程において、前記加速度として重力を利用して接続を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体素子を接続する工程において、前記加速度として、前記接続面に交差する軸を中心とした回転台座上での回転動作による遠心力を利用して接続を行なうステップを備えることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記接続層は金属粉と結合材との混合体であり、
前記金属粉の焼結または前記結合材の硬化によって前記接続層を固化する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属粉は、銀、金、銅もしくはそれらを含む金属で構成することを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属粉は、少なくとも一部の粒径が０.１μｍ以下であることを特徴とする、請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記接続層を形成するペースト中における前記金属粉の存在比率が５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体素子を接続する工程に先立って、前記半導体素子において前記基材と対向する主表面および前記基材において前記半導体素子と対向する主表面の少なくともいずれか一方の面上に、連続した空隙が存在する空隙層を形成する工程をさらに備え、
前記半導体素子を接続する工程では、前記基材と前記半導体素子とが前記空隙層および前記接続層を介して接続される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記空隙層を、平均粒径１μｍの銀粉と平均粒径０．１μｍの銀粉を揮発性溶剤と混合したペーストを焼結することにより形成する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、より特定的には実装時の加熱により接続層に発生し、半導体装置の動作特性に影響を与えうる接続欠陥の発生を抑制する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ＲｏＨＳ指令に対応して、電子機器の基板実装における鉛フリー化が進展している。高耐熱性が要求されるために鉛含有はんだの使用が継続されている、半導体パッケージ組立における内部接続用の金属材料にも、鉛フリー化が求められつつある。
【０００３】
しかし、基板実装時の加熱に対する耐熱性を持ち、かつ半導体素子の特性を損なわない４００℃未満の温度で接合が可能な鉛フリー金属材料は、現時点では見出されていない。半導体素子を、それを固定するための基材に搭載する際には、一般に金属として銀を含むペースト（銀ペースト）等の導電性接着剤がボンディング材料として用いられている。
【０００４】
上述の例では、銀ペースト等の導電性接着剤を用いて、半導体素子を固定するための基材に半導体素子をダイボンディングする。その方法は、基材の一方の主表面上に銀ペースト等の導電性接着剤を塗布した後、塗布した導電性接着剤の上層側に固定させたい半導体素子を重ね、導電性接着剤中の溶剤を加熱によって気化させて除去することにより接続するといったものである。
【０００５】
接着時の加熱により銀ペースト中に含まれる溶剤が気化するために多量のガス（アウトガス）が発生する。このアウトガスが、接続層内部に貯留すると大きな接続欠陥であるボイドを生じる。そのため、実装させたい半導体素子と接続層との接着面積が大幅に減少する結果、接着強度を低下させる可能性がある。また、ボイドが大きくなると、ボイド部分には電流や熱が流れることができないため、局所的に電気抵抗や熱抵抗が高まることになる。その結果、ボイドの上部や周辺部分において半導体素子の温度が上昇してしまう可能性がある。
【０００６】
この問題を解決するために、半導体素子の、基材と固定させる際に接着させる一方の接続面に溝加工を施す。すると、この溝が、接続層の溶剤を気化させて除去する際に発生するアウトガスの放散通路として機能するため、アウトガスが接続層内部に貯留するのを防ぎ、接続欠陥の発生量を低減するといった手法がある。この手法は、たとえば特開平０６−３１４７１８号公報「半導体集積回路ペレット」に記載されている。
【特許文献１】特開平０６−３１４７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、銀ペーストを鉛フリーの半導体接続材料の候補にすると、電気抵抗率が高いため、やはり発熱が大きくなる問題や、電気特性の低下を招く可能性がある問題を抱えている。そこで、銀ナノ粒子を応用した接続技術が開発され始めている。しかし、これに対して上述の、半導体素子の接続面に溝加工を施して加熱時に発生するアウトガスを放出する方法を採用しようとしても、放出しきれないという問題がある。これは以下の理由によると考えられる。すなわち、一般的な銀ペーストの場合、接続層を形成する接着剤の役割を持つ銀ペースト中の溶剤の比率は５０ｖｏｌ％程度であるため、アウトガスの放出も比較的容易に行なえる。ところが、金属ナノ粒子を含むペーストの場合は、金属成分の存在比率が１０ｖｏｌ％程度と少なく、ペースト成分のほとんどがガス化して放散される。このため、半導体素子の接続面に部分的に施した溝のみでは十分なガス放散経路を確保できない。このことにより、発生したガスを除去しきれず、接続層内部に接続欠陥としてのボイドとして残存してしまうのである。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものである。その目的は、半導体素子と基材との接続を行なう場合において、接続層内部にトラップされて形成される接続欠陥としてのボイドの発生を抑制する、半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、主表面を有する基材を準備する工程と、基材の主表面上に流動性を有する接続層を介して半導体素子を接続する工程とを備える。また、上述の半導体素子を接続する工程において、半導体素子と上述の基材との接続面に沿った方向に加速度を基材、接続層および半導体素子に対して加えながら接続を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明における、半導体素子と基材との接続面に沿った方向に加速度を基材、接続層および半導体素子に対して加えながら接続を行なうといった半導体装置の製造方法によれば、以下の効果が期待できる。まず、アウトガスの発生が極めて多量なペーストである導電性接着剤を用いて半導体素子の接続を行なう場合においても、半導体素子の裏面に溝加工などの加工が不要である。また、接続層内部にアウトガスがトラップされることにより形成される、接続欠陥としてのボイドなどの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。また図２は、本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法は、半導体素子１を基材２に接続する工程において、加速度としてたとえば重力を利用して接続を行なうことを特徴とする。以上より、本発明の実施の形態においては、半導体素子１と基材２と、工程完了後に接続層７となる部分とからなる系全体を、半導体素子１および基材２の主表面が重力方向に沿った方向を向くように、縦に設置する構造としている。たとえば、接続面が重力の方向に対して平行となるように、つまり接続面が鉛直の方向を向くように配置すれば良い。なお、ここで接続面とは、半導体素子１と基材２とにおいて互いに対向する表面のうち少なくとも一方の面をいう。
【００１３】
本発明の実施の形態１における半導体装置においては、上述の接続層７は、金属粉と結合材との混合体である。上述の半導体装置の製造方法は、金属粉の焼結または結合材の硬化によって接続層７を固化する工程をさらに備えている。上述の工程は、いずれも溶剤からガスを発生させる工程なので、本発明のガスを放出する方法が有効と考えられる。
【００１４】
図１において、下向きの矢印は重力の方向を示している。また、図１においては、基材２に接続層としてのペースト６を介して半導体素子１が接続される工程を示している。ペースト６は、たとえば揮発性溶剤を含み、平均粒径１μｍの銀の粉と平均粒径０.１μｍの銀の粉との混合粉で構成された銀ペーストである。図１に半導体装置の固定前の構造１００ａとして示すように、基材２にペースト６を介して半導体素子１を配置した状態で、基材２および半導体素子１の対向する表面（接続面）を矢印で示す重力の方向に沿った方向に配置する。そして、この状態で、後述するようにペースト６を固化する工程（接続工程）を実施する。
【００１５】
この接続工程を実施するときに、ペースト６を構成する溶剤などからアウトガスが発生するが、後述するように、当該アウトガスは比重がペースト６を構成する他の材料（銀の粉や溶剤）より小さいため、重力の方向と反対方向（図１の矢印の向きと反対方向）にアウトガス（あるいは当該アウトガスに起因する気泡）は移動する。このため、接続工程が完了した時点では、図２に示すようにペースト６が固化することにより形成された接続層７において、重力方向と反対方向側の端部（図２の上方端部）に、上記アウトガスに起因する空隙８が配置される。つまり、接続層７のほとんどの領域では、上記空隙８は形成されていない。なお、基材２と半導体素子１とを良好に接続させるためには、上述のペースト６を構成する金属粉として、銀の代わりに金、銅もしくはそれらを含む金属を使用しても良い。
【００１６】
また、上述の銀、金、銅のいずれかにより構成される金属粉は、少なくとも一部の平均粒径が０．１μｍ以下であり、かつ、接続層７を形成するペースト６中における金属粉の存在比率が５ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下と、従来より小さい割合で構成することを特徴とする。また、金属粉の寸法が０．１μｍ以下になると、低温焼成が可能となるといった効果を生むことができる。すなわち、ミクロンオーダーの一般的なサイズの金属粉を用いる場合の融点よりも低い温度にて金属粉が溶融するようになる特別な現象が起こる。
【００１７】
半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)やＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタなどの集積回路である。また、基材２は、たとえば半導体素子と基板とを機械的に接続する役割を果たすリードフレームや、セラミック基板、樹脂のプリント基板などである。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図３および上述の図１および図２を用いて説明する。
【００１９】
まず、ペーストの準備工程（Ｓ１１）を実施する。具体的にはたとえば、平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉の混合粉を揮発性溶剤と混合してペースト６を準備する。次にこのペーストの基材への供給工程（Ｓ１２）を実施する。具体的にはペースト６を、基材２の一方の主表面上に供給する。なお、ここで半導体素子１の基材２と対向する表面上にペースト６を供給しても良い。そして次に、半導体素子と基材との重ね合わせ工程（Ｓ１３）、すなわち動作させたい半導体素子１を、上述のペースト６を供給した主表面上に重ね合わせる工程を実施する。続いて系全体を立てる工程（Ｓ１４）を実施する。これは具体的にはペースト６を介した、半導体素子１と基材２との接続面が、図１に示すように、重力方向に沿った方向を向くように系全体を立てた状態に配置する工程を行なう。最後に加熱による接続工程（Ｓ１５）を行なう。これは系全体を立てた状態が保たれたまま加熱してペースト６に含まれる溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させ、接続層７を形成するものである。なお、系全体を立てた状態を保つために、たとえば立てた系全体を固定させるための治具をセットするなどの対応をとる。以上の工程により、図２における１００ｂに示すような構成の半導体装置の製造が完了する。
【００２０】
加熱接続時に溶剤の揮発によりペースト６から発生したアウトガスは、焼結が進行する銀の成分に比べて遥かに軽量であるため、重力という加速度の作用している系においては、重力と反対の方向に容易に移動する。その結果、銀の粉の焼結が完了した段階では、ほとんどのアウトガスが接続層７の上端から排除されるため、アウトガスが接続欠陥として接続層７の内部に残留ガスとして残留する不具合の発生を抑制することができる。図２に示すように、極微量小規模の残留ガスが、接続層７の上端部近傍に残存して小規模の空隙８を形成する可能性はあるが、この残存した小規模の空隙８が上述の、半導体素子１と基材２との接続強度を大幅に低下させたり、電気抵抗や熱抵抗を大幅に増加させるなどの接続欠陥の原因となる可能性は小さい。このようにして、接続層７に接続欠陥のほとんどない半導体装置の組立が可能となる。
【００２１】
ところで、ここで従来の技術について記載することにする。図１７を参照して、従来の技術により製造された半導体装置は、基材２と、当該基材２上に接続層３を介して固定された半導体素子１とを備える。ここで、接続が完了した後、接続層３の内部に接続欠陥としてのボイド４が貯留することが問題なのである。この問題に対して、従来より、技術的な改良が施されている。図１８は、従来の改良技術により製造された半導体装置の概略図で、接続欠陥を捕捉する溝加工が接続面に施されている状態を示す概略図である。この改良技術においては、半導体素子５と基材２とを接続層３を介して接続させる工程において発生する、接続欠陥としてのボイド４を、半導体素子５の、基材２と対向する表面上に施された溝加工によって効率よく放散しようとする。上述の従来の改良技術による半導体装置の製造方法においては、接続層３を形成するペースト中の金属成分の存在比率が５０ｖｏｌ％程度の場合には比較的容易にアウトガスの放出を行なうことができる。しかし、上述のペースト中の金属成分の存在比率が５０ｖｏｌ％より小さく、代わりにペースト中の溶剤成分の存在比率が高くなる場合にはペースト成分のほとんどがガス化して放散される。このため、半導体素子５の接続面に施した溝がアウトガスで埋まってしまい、ガス放散経路が絶たれてしまうという問題が起こりうる。その点、本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を用いることにより、接続層３内部にアウトガスがトラップされることにより形成される、接続欠陥としてのボイド４などの発生の可能性を小さくすることができる。
【００２２】
ここでは、銀の粉を焼結させて接続層７を形成する場合について述べたが、これに限るものではなく、上述のとおり、金や銅の粉の場合でも同様の効果を得ることができる。また、金属粉の平均粒径についても上述の数値に限るものではないことは言うまでもない。
【００２３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を表した概略図である。本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子１を接続する工程において、加速度として、接続面に交差する軸１１を中心とした回転台座９上での回転動作１２による遠心力を利用して接続を行なうことを特徴とする。
【００２４】
上述の、半導体素子１を接続する工程において遠心力といった加速度を利用することにより、接続工程完了後に接続層７（図２参照）を形成するペースト６（図１参照）に含まれる溶剤が元で発生したアウトガスは、加速度を加えた方向と反対の方向に容易に移動し、接続層７の端部から放出される。このため、接続の後に接続層７の内部に接続欠陥としてのボイドが残留する可能性を小さくすることができる。以下、図４を参照して、本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法をさらに詳細に説明する。
【００２５】
図４に示すように、本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法では、軸１１を中心として矢印１２に示す方向に回転可能な回転台座９を用いる。回転台座９の平面形状は任意の形状とすることができるが、好ましくは円形状である。回転台座９の主表面における中央部には、軸１１が設置されている。軸１１は回転台座９の主表面に垂直な方向に延びるように配置されている。軸１１は、図示しないモータなどの駆動源に接続され、回転可能になっている。すなわち、回転台座９は軸１１を介して伝えられる駆動源からの駆動力により回転可能になっている。回転台座９の主表面には、図１に示した基材２上にペースト６を介して半導体素子１が配置された構造体が設置されている。図４では、当該構造体の基材２の下面（ペースト６が接続された表面と反対側の面）が回転台座９の主表面に接触している。当該構造体は、治具１０により回転台座９に固定されている。治具１０は、構造体において軸１１と対向する側と反対側（回転台座９の外周側）に位置し、構造体において回転台座９の外周側に面する側面および回転台座９の主表面と対向する面と反対側の頂面と接触する。
【００２６】
上述の実施の形態１は、接続層７（図２参照）に発生するアウトガスを除去する加速度として、図１に示すように重力を利用しているが、重力を利用する場合、接続の過程で半導体素子１と基材２の位置が互いにずれないように保持する治具が存在しないため、これを保持することが難しい。その点、本実施の形態２のように、回転による遠心力を利用すれば、半導体装置の構成物が移動しないように固定する治具１０が、半導体装置の構成物を保持する役割を果たす。このため、半導体素子１と基材２との重ね合わせが容易になり、両者の位置関係が狂う可能性が小さくなる。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図５および上述の図４を用いて説明する。
【００２８】
まず、ペーストの準備工程（Ｓ２１）を実施する。具体的にはたとえば、平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉の混合粉を揮発性溶剤と混合してペースト６を準備する。次にこのペーストの基材への供給工程（Ｓ２２）を実施する。具体的にはペースト６を、基材２の一方の主表面上に供給する。なお、ここで半導体素子１の基材２と対向する表面上にペースト６を供給しても良い。そして、回転治具にセットする工程（Ｓ２３）を実施する。すなわち、動作させたい半導体素子１を、上述のペースト６を供給した主表面上に重ね合わせ、基材２を回転台座９の上方の主面の上に治具１０で固定する。その後、回転台座を作用させる工程（Ｓ２４）を行なう。具体的には図４に示すように、軸１１を矢印１２の方向に回転させることによって回転台座９を作用させる。回転させることにより、組み立てようとする半導体装置の構成物の接続面に平行な方向に遠心力を作用させることができる。この遠心力が、上述の実施の形態１でいう、重力に相当する。このように、回転させて遠心力を作用させた状態で、最後に系全体の加熱による接続工程（Ｓ２５）を行なう。この加熱の過程にて上述の本実施の形態１と同様に、溶剤の揮発によりペースト６からアウトガスが発生する。
【００２９】
このアウトガスは、焼結が進行する銀の成分に比べて遥かに軽量であるため、慣性力の作用により、遠心力と反対の方向に容易に移動する。その結果、銀の粉の焼結が完了した段階では、ほとんどのアウトガスが接続層７（図２参照）の端部から排除されるため、アウトガスが接続欠陥として接続層７の内部に残留する不具合の発生を抑制することができる。以下は実施の形態１と同様に、極微量小規模の残留ガスが、接続層の端部近傍に残存して小規模の空隙８（図２参照）を形成する可能性はあるが、この残存した小規模の空隙８が上述の、半導体素子１と基材２との接続強度を大幅に低下させたり、電気抵抗や熱抵抗を大幅に増加させるなどの接続欠陥の原因となる可能性はほとんどない。このようにして、接続層７に接続欠陥のほとんどない半導体装置の組立が可能となる。
【００３０】
実施の形態１と同様に、ここでは、銀の粉を焼結させて接続層７を形成する場合について述べたが、これに限るものではなく、請求項にも記したとおり、金や銅の粉の場合でも同様の効果が得られる。また、金属粉の平均粒径についても上述の数値に限るものではないことは言うまでもない。
【００３１】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。また、図７は、本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。本発明の実施の形態３における製造方法では実施の形態１と同様に、図６に半導体装置の固定前の構造１００ａとして示すように、半導体素子１と基材２との接続面が重力方向に沿った方向を向くように系全体を設置することにより、重力を利用して接続層７のアウトガスを重力と反対方向に移動させて排除しようとしている。ただし実施の形態３の製造方法では、基材２の一方の主表面上に連続した空隙が存在する空隙層１３を形成し、連続した空隙が存在する空隙層１３の、基材２と反対側の主表面上に、工程完了後に接続層となるペースト６を供給する点において、実施の形態１とは異なる。
【００３２】
上述の連続した空隙は、その幅が最大１０μｍ程度のもので、連続した空隙が存在する空隙層１３とはたとえば、平均粒径が１μｍの銀の粉と平均粒径が０．１μｍの銀の粉とを焼結させて生成した、厚さが１０μｍの接続層である。この層の内部には、接続層の端部まで連続した空隙が多数存在することになる。上述のような、連続した空隙が存在する空隙層１３を、予め基材２の一方の主表面上に形成させておく。上述の連続した空隙は、実装時の加熱により発生したアウトガスを通過させて空隙層１３の外部に放出させることのできるダクトの役割を果たす。このような製造方法を用いることにより、次に述べるような効果が考えられる。すなわち、仮に接続面に平行な方向に加速度を作用させながら接続を行なう際に発生したアウトガスが加速度と反対の方向に移動する前に金属粉の焼結が進行しても、アウトガスは上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の内部の空隙を通路として移動できる。その結果、空隙層１３の外部にアウトガスを放出させることが可能となる。
【００３３】
なお上述の、連続した空隙が存在する空隙層１３を形成する際、被接続部材をペースト６に接着させた状態で焼結する場合と、ペースト６の主表面のうち片方を開放した状態にて焼結する場合とでは、連続した空隙が存在する空隙層１３のミクロな構造が異なる可能性がある。これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、片方が開放されている場合にはこの空隙層１３の主面上には障害物が存在しないため、ペースト中に含まれる溶剤を揮発させる際に発生したアウトガスは空隙層１３の上方に自由に放散される。これに対し、空隙層１３の主表面上に被接続部材などの障害物が存在する場合には、上述の溶剤を揮発させる際に発生するアウトガスが接続層の内部に残留する可能性を残しているためである。
【００３４】
図８は、本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図９は、基材の一方の主表面上に、連続した空隙が存在する空隙層を形成させるためにペーストを供給した状態を示す概略図である。また、図１０は、基材の一方の主表面上に、連続した空隙が存在する空隙層を形成させる系を加熱した状態を示す概略図である。続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図７、図８、図９および図１０を用いて説明する。
【００３５】
まず、上述のとおり、予め基材２の一方の主表面上に、連続した空隙が存在する空隙層１３を形成しておく。その方法としてはまず、ペーストの準備工程（Ｓ３１）を行なう。具体的にはたとえば、平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉の混合粉を揮発性溶剤と混合したペースト６を準備する。次にこのペーストの基材への供給工程（Ｓ３２）を実施する。具体的にはペースト６を、図９に示すように基材２の一方の主表面上に供給する。そのうえで、加熱による連続した空隙が存在する接続層の形成（Ｓ３３）を行なう。これは図１０に示すように、加熱して溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させることにより、上述のペースト６を空隙層１３とさせる。この空隙層１３の主表面上には障害物が存在しないため、溶剤を揮発させる際に発生したガスは空隙層１３の上方に自由に放散される。この結果、この空隙層１３にはガスが放散された軌跡として、連続した空隙が形成されることになる。なお、上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の厚みは１０μｍ程度が望ましい。
【００３６】
続いてペーストの空隙層表面上への供給工程（Ｓ３４）を行なう。これは具体的には、上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の、基材２と反対側の主表面上に、たとえば、先に準備した平均粒径１μｍの銀の粉と平均粒径０．１μｍの銀の粉との混合粉を揮発性溶剤と混合したペースト６を供給する。なお、ここで半導体素子１の基材２と対向する表面上にペースト６を供給しても良い。次に、半導体素子と基材との重ね合わせ工程（Ｓ３５）に進む。これは上述のペースト６を供給した面の上に半導体素子１を重ね合わせるという工程である。続いて系全体を立てる工程（Ｓ３６）を実施する。すなわち、ペースト６を介した、半導体素子１と基材２との接続面が重力方向に沿った方向を向くように系全体を立てた状態に配置する。系全体を立てた状態が保たれたまま、最後に加熱による接続工程（Ｓ３７）を行なう。これは系全体を立てた状態が保たれたまま加熱してペースト６に含まれる溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させ、接続層７を形成するものである。以上の工程により、図７における１００ｂに示すような構成の半導体装置の製造が完了する。
【００３７】
このとき、上述の実施の形態１および実施の形態２と同様に、加熱接続時に溶剤の揮発によりペースト６から発生したアウトガスは、焼結が進行する銀の成分に比べて遥かに軽量である。このため、重力の作用している系においては、重力と反対の方向に容易に移動する。しかし、仮にアウトガスが移動する前に銀の粉の焼結が進行しても、アウトガスは上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の内部の空隙を通路として移動できる。その結果、接続層７の外部にアウトガスを放出させることが可能となり、銀の粉の焼結が完了した段階では、ほとんどのアウトガスが接続層７から排除される。このようにして、接続層７に接続欠陥のほとんどない半導体装置の組立が実現できる。
【００３８】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。また、図１２は、本発明の実施の形態４における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。本実施の形態４における半導体装置は、図１１に半導体装置の固定前の構造１００ａとして示すように、基本的には実施の形態３における半導体装置と同様の構成を備えている。しかし、図１２に半導体装置の構成１００ｂとして示すように連続した空隙が存在する空隙層１３が、接続層７の一方の主表面上と、同じく接続層７の他方の主表面上の両方の面上に存在する構成となっている点においてのみ、実施の形態３と異なる。
【００３９】
本実施の形態４における半導体装置の製造方法は、基本的には実施の形態３における半導体装置の製造方法と同様のステップを備えている。しかし、連続した空隙が存在する空隙層１３を、半導体素子１の一方の主表面上と、基材２の一方の主表面上との両方に予め形成させておくステップが存在する点においてのみ、実施の形態３と異なる。
【００４０】
図１３は、本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図１３および上述の図１１および図１２を用いて説明する。
【００４１】
まず、上述のとおり、予め半導体素子１の一方の主表面上および、基材２の一方の主表面上とに、連続した空隙が存在する空隙層１３を形成しておく。その方法としてはまず、ペーストの準備工程（Ｓ４１）を行なう。具体的にはたとえば、平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉の混合粉を揮発性溶剤と混合したペースト６を準備する。続いてペーストの半導体素子への供給工程（Ｓ４２ａ）、ペーストの基材への供給工程（Ｓ４２ｂ）を行なう。すなわち先に準備したペースト６を、半導体素子１の一方の主表面上および基材２の一方の主表面上に供給する。そのうえで、上述の工程（Ｓ４２ａ）および工程（Ｓ４２ｂ）にて供給したペースト６から、加熱による半導体素子への連続した空隙が存在する空隙層の形成工程（Ｓ４３ａ）および加熱による基材への連続した空隙が存在する空隙層の形成工程（Ｓ４３ｂ）を実施する。すなわち、図１１に示すように、加熱して溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させることにより、上述のペースト６を空隙層１３とさせる。この空隙層１３の主表面上には障害物が存在しないため、溶剤を揮発させる際に発生したアウトガスは空隙層１３の上方に自由に放散される。この結果、この空隙層１３にはアウトガスが放散された軌跡として、連続した空隙が形成されることになる。なお、上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の厚みは１０μｍ程度が望ましい。次に、基材へ再びペーストを供給する工程（Ｓ４４ｂ）を行なう。具体的には先に準備したペースト６を、基材２の連続した空隙が存在する空隙層１３の、基材２と反対側の主表面上に供給する。なお、図１３においては、基材２にペースト６を供給しているが、これは半導体素子１に供給しても良い。次に、半導体素子と基材との重ね合わせ工程（Ｓ４５）に進む。すなわち、半導体素子１の連続した空隙が存在する空隙層１３と、上述の基材２に供給したペースト６とを接着させ、系全体を重ね合わせる。続いて系全体を立てる工程（Ｓ４６）を実施する。すなわち、ペースト６を介した、半導体素子１と基材２との接続面が重力方向に沿った方向を向くように系全体を立てた状態に配置する。系全体を立てた状態が保たれたまま、最後に加熱による接続工程（Ｓ４７）を行なう。これは系全体を立てた状態が保たれたまま加熱してペースト６に含まれる溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させ、接続層７を形成するものである。以上の工程により、図１２における１００ｂに示すような構成の半導体装置の製造が完了する。
【００４２】
上述の実施の形態３と同様に、加熱接続時に溶剤の揮発によりペースト６から発生したガスは、焼結が進行する銀の成分に比べて遥かに軽量であるため、重力の作用している系においては、重力と反対の方向に容易に移動する。しかし、仮にアウトガスが移動する前に銀の粉の焼結が進行しても、アウトガスは上述の連続した空隙が存在する空隙層１３の内部の空隙を通路として移動できる。その結果、接続層７の外部にアウトガスを放出させることが可能となり、銀の粉の焼結が完了した段階では、ほとんどのアウトガスが接続層７から排除される。ただし、本実施の形態４においては、連続した空隙が存在する空隙層１３が、接続層７の一方の主表面側と他方の主表面側の両側に配置されているため、連続した空隙が存在する空隙層１３が、接続層７の一方の主表面側のみに配置されている実施の形態３の構成に比べ、より効率よく、接続層７内で発生したアウトガスを除去することができる。
【００４３】
（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。また、図１５は、本発明の実施の形態５における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。本実施の形態５における半導体装置は、図１４に半導体装置の固定前の構造１００ａとして示すように、基本的には実施の形態４における半導体装置と同様の構成を備えている。しかし、図１５に示すように連続した空隙が存在する空隙層１３が、２つの接続層７のうち一方の接続層７の一方の主表面と、他方の接続層７の一方の主表面とに挟まれるように存在する構成となっている点においてのみ、実施の形態４と異なる。
【００４４】
本実施の形態５における半導体装置の製造方法は、基本的には実施の形態４における半導体装置の製造方法と同様のステップを備えている。しかし、連続した空隙が存在する空隙層１３を、予め別の場所で準備しておき、半導体素子１の一方の主表面上と、基材２の一方の主表面上との両方に供給したペースト６を用いて上述の連続した空隙が存在する空隙層１３を挟む形となる構成に組立てるステップが存在する。この点においてのみ、実施の形態４と異なる。
【００４５】
図１６は、本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図１６および上述の図１４および図１５を用いて説明する。
【００４６】
まず、ペーストの準備工程（Ｓ５１）を実施する。具体的にはたとえば、平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉の混合粉を揮発性溶剤と混合したペースト６を準備する。続いて、連続した空隙が存在する空隙層の形成（Ｓ５２）を行なう。これは、先に別の場所で予め準備したペースト６を焼結させることにより、連続した空隙が存在する空隙層１３を形成する。上述の連続した空隙が存在する空隙層１３は、厚みが１０μｍ程度であることが望ましい。このため、仮の基板の一方の主表面上にペースト６を供給したものを焼成し、これを所望の寸法にカットすることにより形成する。続いてペーストの半導体素子への供給工程（Ｓ５３ａ）、ペーストの基材への供給工程（Ｓ５３ｂ）を行なう。すなわち先に準備したペースト６を、半導体素子１の一方の主表面上および基材２の一方の主表面上に供給する。以上の工程を終えたところで、半導体素子と素材と空隙層との重ね合わせ工程（Ｓ５４）を行なう。すなわち、上述のペースト６を介して、上述の半導体素子１と基材２の両方に、連続した空隙が存在する空隙層１３が挟まれる形となるように、これらを接着させ重ね合わせる。続いて系全体を立てる工程（Ｓ５５）を実施する。すなわち、ペースト６を介した、半導体素子１と基材２との接続面が重力方向に沿った方向を向くように系全体を立てた状態に配置する。系全体を立てた状態が保たれたまま、最後に加熱による接続工程（Ｓ５６）を行なう。これは系全体を立てた状態が保たれたまま加熱してペースト６に含まれる溶剤を揮発させて銀の粉を焼結させ、接続層７を形成するものである。以上の工程により、図１５における１００ｂに示すような構成の半導体装置の製造が完了する。
【００４７】
なお、本実施の形態５において形成する連続した空隙が存在する空隙層１３として、上述のとおり平均粒径１μｍの銀の粉および平均粒径０．１μｍの銀の粉とを混合させて準備したペーストを焼結させた部材を用いても良いが、他に以下のような部材を用いることもできる。本実施の形態の場合、連続した空隙が存在する空隙層１３は、半導体素子１や基材２の主表面上に形成させるわけではなく、別の場所で独立に準備する。したがって、連続した空隙が存在する空隙層でさえあれば、その形成方法は上述の方法に限るものではなく、スポンジのように金属中に連続した空隙を形成できる方法であれば良い。すなわち、たとえば金属ワイヤをメッシュ状に編み合わせたシートを圧延するなどの方法で結合して製造しても良い。以上の点においても、実施の形態３および実施の形態４とは異なる。
【００４８】
実施の形態３、４、５においても、先の実施の形態１および２と同様に、本実施の形態の説明においては銀の粉を焼結させて接続層７を形成する場合について述べたが、これに限るものではなく、請求項にも記したとおり、金や銅の粉の場合でも同様の効果が得られる。さらに、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属粉であれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、金属粉の平均粒径についても上述の数値に限るものではないことは言うまでもない。すなわち、本発明の全ての実施の形態に対しては、銀、金、銅あるいは上述の貴金属を組成に含む金属粉を用いると、上記以外の金属を含む金属粉を用いた場合より安定した接続を得ることができる。
【００４９】
また、実施の形態３、４、５において、本実施の形態の説明においては半導体素子１を基材２に接続する工程において、加速度としてたとえば重力を利用して接続を行なう方法について述べたが、半導体素子１を接続する工程において、加速度として、接続面に交差する軸１１（図４参照）を中心とした回転台座９上での回転動作１２による遠心力を利用して接続を行なう方法を利用しても良い。
【００５０】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法は、半導体装置の実装技術の改善に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を表した概略図である。
【図５】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】基材の一方の主表面上に、連続した空隙が存在する空隙層を形成させるためにペーストを供給した状態を示す概略図である。
【図１０】基材の一方の主表面上に、連続した空隙が存在する空隙層を形成させる系を加熱した状態を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態５における半導体装置の配置を示すための、接続工程完了前の状態を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における半導体装置の構成を示すための、接続工程完了後の状態を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】従来の技術により組立てた半導体装置の概略図で、接続層に接続欠陥が多数発生した状態を示す概略図である。
【図１８】従来の改良技術により組立てた半導体装置の概略図で、接続欠陥を捕捉する溝加工が接続面に施されている状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体素子、２  基材、３  従来技術による接続層、４  接続欠陥としてのボイド、５  従来技術により一方の主表面上に溝加工を施した半導体素子、６  ペースト、７  接続層、８  残存した小規模の空隙、９  組み立てようとする半導体装置の構成物を固定する回転台座、１０  半導体装置の構成物が回転台座９上を移動しないように固定する治具、１１  半導体装置の構成物を固定した回転台座９を回転させる軸、１２  軸１１の回転方向を表す矢印、１３  連続した空隙が存在する空隙層、１００ａ  半導体装置の固定前の構造を示す概略図、１００ｂ  半導体装置の構成を示す概略図。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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