JP2011254048A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の接合面の全体に、溶融したはんだを確実に接触させ、半導体素子の端部にてはんだ引けの発生を防止する。
【解決手段】はんだ３０を、ヒートシンク２０側から、Ｐｂフリーはんだよりなる低温はんだ層３１、低温はんだ層３１よりも融点の高いＰｂフリーはんだよりなり且つ半導体素子１０との接合面が平坦面である高温はんだ層３２が積層されてなるものとし、はんだ付けのときには、高温はんだ層３２の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層３２は固体状態としつつ、低温はんだ層３１を、その全体が溶融した状態とする第１の溶融工程を行い、その後、高温はんだ層３２の接合面上に半導体素子２０を搭載し、続いて、低温はんだ層３１とともに高温はんだ層３２も溶融させてはんだ付けを行う第２の溶融工程を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を基板上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法に関する。

従来より、この種の半導体装置の一般的な製造方法は、次のとおりである（たとえば、特許文献１参照）。ヒートシンクや配線基板などの基板上に、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだよりなるはんだを搭載し、そのはんだを溶融させて迎えはんだを形成する。その後、迎えはんだ上に、シリコンよりなる矩形板状の半導体素子を搭載し、さらに、迎えはんだをリフローさせて、はんだ付けを行う。こうして、半導体装置ができあがる。

特開平３−２３０８６４号公報

しかしながら、従来の場合、Ｐｂを含むＳｎ−Ｐｂはんだ等と異なり、Ｐｂフリーはんだの濡れ性は悪く、半導体素子の接合面全体に濡れ広がりにくい。そのため、基板と半導体素子間のはんだが、半導体素子の端部、特に４つの角部に存在しない現象、いわゆる、はんだ引け現象が発生する。

たとえば、半導体素子の角部にワイヤボンディングパッドが設けられている場合に、この角部ではんだ引けが発生したとき、当該角部の下は、はんだで支持されておらず、中空ボンディングとなり、半導体素子のダメージやワイヤボンディング強度低下等の懸念がある。また、はんだ引けが発生することは、不濡れ面積が増大していることであり、熱抵抗の増大、ひいては半導体素子の温度上昇等も懸念される。

本発明者は、従来の製造方法に基づいて試作を行い、このはんだ引けについて検討を行った。図６は、この本発明者の行った試作としての半導体装置の製造方法を示す工程図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の上面図である。

ここでは、典型的な迎えはんだの方法として、ＰｂフリーはんだよりなるはんだＪ３０としてＳｕ−０．７％Ｃｕ−０．０６％Ｎｉはんだ、基板として接合面に図示しないＮｉめっき（厚さ２．５〜５．５μｍ程度）を施したＭｏまたはＣｕよりなるヒートシンク２０を用いた。

そして、ヒートシンク２０の上にはんだ箔状態のはんだＪ３０を載せ（図６（ａ）参照）、水素リフローを行って迎えはんだとしてのはんだＪ３０を形成し（図６（ｂ）参照）、次に、このはんだＪ３０の上に半導体素子１０を載せ、再度水素リフローを行うことにより、ヒートシンク２０と半導体素子１０とを接続して半導体装置を形成した（図６（ｃ）、（ｄ）参照）。

ここで、図６（ｂ）に示されるように、迎えはんだ形成工程において、はんだＪ３０が溶融すると、はんだＪ３０の表面張力の強さにより、はんだＪ３０が縮まり、リフロー終了時の迎えはんだとしてのはんだＪ３０の形状は、その中央が高く、端部が低い山形状となる。

そのため、その上に半導体素子１０を載せると、図６（ｂ）に示されるように、はんだＪ３０の中央のみが半導体素子１０の接合面と接するが、はんだＪ３０の端部は半導体素子１０の接合面と接触しないことになる。

その後の再度の水素リフローによって、はんだＪ３０は半導体素子１０に押されて、半導体素子１０の端部近傍まではんだ厚が均一化するものの、半導体素子１０の端部下のはんだＪ３０は低く、図６（ｃ）、（ｄ）に示されるように、半導体素子１０に接触せずに、はんだ引けが発生するのである。このはんだ引けは、特に半導体素子１０の角部１１で顕著となる。

ここで、単純には、はんだ量を多くするため、はんだＪ３０の面積つまりはんだ箔の面積を大きくすることが考えられる。

しかし、この場合、完成した半導体装置をさらに、別の基板等にはんだ付けするとき等に、ヒートシンク２０と半導体素子１０間のはんだＪ３０が再溶融して、ヒートシンク２０上の半導体素子１０がはんだＪ３０上を移動、回転することで、位置が変わってしまう恐れがある。はんだＪ３０の面積が大きいと、その分、半導体素子１０の位置ずれの距離も大きくなってしまうから、はんだＪ３０の面積を大きくすることは好ましくないと言える。

いずれにせよ、従来では、迎えはんだを行うはんだ付け方法において、半導体素子の接合面の全体に、溶融したはんだを確実に接触させる方法は無かった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子を基板上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法において、半導体素子の接合面の全体に、溶融したはんだを確実に接触させ、半導体素子の端部にてはんだ引けの発生を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、はんだ（３０）を、基板（２０）側から、Ｐｂフリーはんだよりなる低温はんだ層（３１）、低温はんだ層（３１）よりも融点の高いＰｂフリーはんだよりなり且つ半導体素子（１０）との接合面が平坦面である高温はんだ層（３２）が積層されてなるものとし、はんだ付けのときには、高温はんだ層（３２）の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層（３２）は固体状態としつつ、低温はんだ層（３１）を、その全体が溶融した状態とする第１の溶融工程を行い、その後、高温はんだ層（３２）の接合面上に半導体素子（２０）を搭載し、続いて、低温はんだ層（３１）とともに高温はんだ層（３２）も溶融させてはんだ付けを行う第２の溶融工程を行うことを特徴とする。

それによれば、第１の溶融工程では、基板（２０）側の低温はんだ層（３１）が溶融するが、その上の高温はんだ層（３２）は半導体素子（１０）との接合面の平坦性を維持するように固体状態とされているから、半導体素子（１０）の搭載時には、はんだ（３０）の上面は平坦性を確保している。また、低温はんだ層（３１）は、高温はんだ層（３２）との濡れ性は十分であるから、高温はんだ層（３２）の全体に濡れ拡がっている。

そして、この状態で半導体素子（１０）をはんだ（３０）上に搭載すれば、平坦なはんだ（３０）の上面、すなわち高温はんだ層（３２）の平坦な接合面に対して半導体素子（１０）の接合面の全体を接触させることができ、さらに、この状態で第２の溶融工程を行うから、溶融したはんだ（３０）が半導体素子（１０）の接合面の全体に濡れ拡がった状態が実現される。

よって、本発明によれば、半導体素子（１０）の接合面の全体に、溶融したはんだ（３０）を確実に接触させ、半導体素子（１０）の端部にてはんだ引けの発生を防止することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、はんだ（３０）においては、高温はんだ層（３２）の方が低温はんだ層（３１）よりも厚いものとすることを特徴とする。

それによれば、高温はんだ層（３２）の厚さを確保できるから、第１の溶融工程において、低温はんだ層（３１）が溶融状態となっても高温はんだ層（３２）の接合面の平坦性を確保しやすく、また、第１の溶融工程において高温はんだ層（３２）の一部が溶融しても高温はんだ層（３２）の接合面の平坦性を確保しやすい。

さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、はんだ（３０）を、基板（２０）側から、低温はんだ層（３１）、高温はんだ層（３２）が積層されてなるものとしつつ、さらに、高温はんだ層（３２）の接合面上に、高温はんだ層（３２）よりも融点の低いＰｂフリーはんだよりなり且つ低温はんだ層（３１）よりも薄い第２の低温はんだ層（３３）が積層されたものとし、第１の溶融工程では、第２の低温はんだ層（３３）も、その全体が溶融した状態とし、その後、第２の低温はんだ層（３３）を介して、高温はんだ層（３２）の接合面上に半導体素子（１０）を搭載し、続く第２の溶融工程では、低温はんだ層（３１）、高温はんだ層（３２）および第２の低温はんだ層（３３）のすべてを溶融させて、はんだ付けを行うことを特徴とする。

それによれば、第１の溶融工程では、第２の低温はんだ層（３３）は溶融状態となるが、最も薄い層であるから、高温はんだ層（３２）の接合面の平坦性を損なうようなことは、極力回避される。そして、第２の溶融工程では、高温はんだ層（３２）の接合面と半導体素子（１０）とが、先に溶融する第２の低温はんだ層（３３）を介して接合されるから、高温はんだ層（３２）の平坦な接合面と半導体素子（１０）との密着性が向上する。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、はんだ（３０）は、半導体素子（１０）に対応した矩形板状をなすとともに、半導体素子（１０）の角部（１１）に対応するはんだ（３０）の角部には、はんだ（３０）の辺よりも外側にはみ出すようにはんだ（３０）の一部を拡張した部分である拡張部（３０ａ）が設けられたものとすることを特徴とする。

それによれば、はんだ（３０）のうち半導体素子（１０）の角部（１１）に位置する部分のはんだ（３０）の量を局所的に増加させることができるから、半導体素子（１０）の角部（１１）におけるはんだ引けの発生防止の点で好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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一例である。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 従来の一般的なはんだ付け方法によるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。 第１実施形態におけるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明者の行った試作としての半導体装置の製造方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を断面的に示す工程図である。ここで、図１において（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の順に工程を進めて最終的に（ｅ）に示される半導体装置を完成させるものであり、また（ｂ）は（ａ）中のＡ部拡大図、（ｄ）は（ｃ）中のＢ部拡大図である。

本実施形態の半導体装置は、図１（ｅ）に示されるように、シリコンよりなる矩形板状の半導体素子１０を、基板２０上にＰｂフリーはんだよりなるはんだ３０を介してはんだ付けしてなる。ここで、半導体素子１０および基板２０の平面形状は、たとえば上記図６（ｄ）に示されるものと同様のものにできる。

具体的に、半導体素子１０としては、一般的な半導体プロセスにより形成されたシリコン半導体よりなるＩＣチップやパワー素子などが挙げられ、また、基板２０としては、ヒートシンク、リードフレーム、配線基板などが挙げられるが、ここでは、ＭｏやＣｕなどからなるヒートシンク２０である。

また、この半導体素子１０におけるはんだ３０と接合される面である接合面（図１（ｅ）中の下面）の全体、および、ヒートシンク２０におけるはんだ３０と接合される面である接合面（図１（ｅ）中の上面）の全体には、図示しないはんだ付け用の金属層が形成されている。この金属層は典型的には、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜などである。

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。本製造方法は、半導体素子１０をヒートシンク２０上にＰｂフリーはんだよりなるはんだ３０を介してはんだ付けするはんだ付け工程を備えるものである。

本実施形態では、上述したように、半導体素子１０の接合面の全体、および、ヒートシンク２０の接合面の全体に、図示しないＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜などのはんだ付け用の金属層が形成されており、これら接合面は、はんだ３０と接触しさえすれば、はんだの濡れ性は良いものである。

まず、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、ヒートシンク２０の接合面上に、はんだ３０を搭載する。このとき、はんだ３０は、ヒートシンク２０側から、Ｐｂフリーはんだよりなる低温はんだ層３１、低温はんだ層３１よりも融点の高いＰｂフリーはんだよりなる高温はんだ層３２が積層されてなるものとする。

また、高温はんだ層３２は、その半導体素子１０との接合面（図１（ａ）、（ｂ）中の上面）が平坦面である。また、これら２層のはんだ層３１、３２は、その平面形状が同一サイズ・同一形状の矩形である。

具体的には、これら２層３１、３２は半導体素子１０よりもわずかに大きな矩形であり、半導体素子１０とはんだ３０とを重ねたときに、半導体素子１０の外郭の全周からはんだ３０が若干（たとえば０．１ｍｍ程度）はみだすような大きさとする。また、これら２層３１、３２は同じ厚さでもよいし、異なる厚さでもよいが、好ましくは、高温はんだ層３２の方が低温はんだ層３１よりも厚いものとすることが望ましい。

このような積層構造のはんだ３０は、次のようにして形成される。まず、低温はんだ層３１、高温はんだ層３２となる組成の異なる２種類のはんだ箔を用意する。ここで、複数の金属成分を有するはんだの場合、複数種の金属粒子を所定の組成で混ぜ、これを圧延し箔を作製する。

そして、これら２種類の箔を接触させて、当該両箔者の溶融温度未満で加熱することで、両箔中の成分の一部（たとえばＳｎなど）同士が金属拡散し、それにより両箔が接合されて積層構造のはんだ３０ができあがる。

なお、はんだ箔表面に酸化膜が形成されると、上記金属拡散できない場合があるので、たとえば水素＋窒素中で当該作製を行い、酸素を混ぜないことが必要である。また、本積層構造のはんだ３０は、高温側のはんだ箔を作製し、この箔の片面を低温側のはんだ浴中に浸漬することで作製してもよい。

これら、低温はんだ層３１、高温はんだ層３２の一具体例をあげると、低温はんだ層３１としては、共晶点を融点：２２７℃とするＳｎ−０．７％Ｃｕ箔が挙げられ、高温はんだ層３２としては、共晶点を融点：３１０℃とするＳｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉ箔が挙げられる。

また、はんだ３０全体の厚さは従来の一般的なはんだと同様の厚さとするが、たとえば、本実施形態の上記一具体例におけるはんだ３０の厚さが８０μｍの場合、低温はんだ層３１となるＳｎ−０．７％Ｃｕ箔の厚さは３０μｍ程度、高温はんだ層３２となるＳｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉ箔の厚さは５０μｍ程度とする。

こうして、２層構造のはんだ３０をヒートシンク２０の接合面上に配置して、はんだ付けを行うが、まず、図１（ｃ）、（ｄ）に示される第１の溶融工程を行う。この第１の溶融工程では、高温はんだ層３２の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層３２は固体状態としつつ、低温はんだ層３１を、その全体が溶融した状態とする。

この第１の溶融工程について、具体的に述べると、はんだ３０を搭載したヒートシンク２０を、オーブン等に入れて、雰囲気温度を低温はんだ層３１の融点以上、且つ高温はんだ層３２の融点未満の温度とする。上記した一具体例に基づけば、たとえば２５０℃で水素リフローする。

そうすると、低温はんだ層３１であるＳｎ−０．７％Ｃｕは溶融し、ヒートシンク２０の接合面上に濡れる。一方、高温はんだ層３２であるＳｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉは２５０℃では溶融せず、固相状態である。溶融したＳｎ−０．７％Ｃｕは、Ｓｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉにも濡れるため、Ｓｎ−０．７％Ｃｕの厚みは変わらない。

つまり、低温はんだ層３１であるＳｎ−０．７％Ｃｕは、高温はんだ層３２であるＳｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉとヒートシンク２０とに十分に濡れることで、これら両者２０、３２により上下から拘束され、従来のような山状にはならない。そのため、温度が下がり凝固したＳｎ−０．７％Ｃｕのはんだ引けは実質的に無くなる。

その後、はんだ３０の上面すなわち高温はんだ層３２の接合面上に半導体素子２０を搭載する半導体素子搭載工程を行う。このとき、高温はんだ層３２の接合面は平坦面とされているので、半導体素子１０の接合面は、角部１１も含めてその全体が高温はんだ層３２の接合面に接触した状態となる。

続いて、低温はんだ層３１とともに高温はんだ層３２も溶融させてはんだ付けを行う第２の溶融工程を行う。つまり、第２の溶融工程では、半導体素子１０とヒートシンク２０との間の２層３１、３２の両方をリフローさせる。

この第２の溶融工程について、具体的に述べると、半導体素子１０およびはんだ３０を搭載したヒートシンク２０を、オーブン等に入れて、雰囲気温度を高温はんだ層３２の融点以上の温度とする。上記した一具体例に基づけば、たとえば３４０℃で水素リフローする。

そうすると、２層３１、３２の両方すなわち、はんだ３０全体が溶融し、その後、冷却により固化し、はんだ付けが完了する。はんだ３０はヒートシンク２０、半導体素子１０の接合面の全体に接して溶融したため、はんだ引けは発生せず、図１（ｅ）に示されるように、良好なフィレットが形成される。

こうして、本実施形態の半導体装置ができあがる。なお、完成後のはんだ３０は、上記低温はんだ層３１、高温はんだ層３２の各成分が一体に混合した合金として構成されたものである。

このように、本実施形態の製造方法によれば、第１の溶融工程では、ヒートシンク２０側の低温はんだ層３１が溶融するが、その上の高温はんだ層３２は半導体素子１０との接合面の平坦性を維持するように固体状態とされているから、半導体素子１０の搭載時には、はんだ３０の上面は平坦性を確保している。また、低温はんだ層３１は、高温はんだ層３２との十分な濡れにより、高温はんだ層３２の全体に濡れ拡がっている。

そして、この状態で半導体素子１０をはんだ３０上に搭載するので、高温はんだ層３２の平坦な接合面に対して半導体素子１０の接合面の全体を接触させることができ、さらに、この状態で第２の溶融工程を行うから、溶融したはんだ３０が半導体素子１０の接合面の全体に濡れ拡がった状態が実現される。

よって、本実施形態によれば、半導体素子１０の接合面の全体に、溶融したはんだ３０を確実に接触させ、矩形状の半導体素子１０の４つの角部１１を含む端部にてはんだ引けの発生を防止することができる。

また、上述したが、本実施形態の製造方法においては、はんだ３０において、高温はんだ層３２の方が低温はんだ層３１よりも厚いものとすることが望ましい。それによれば、高温はんだ層３２の厚さを確保できるから、第１の溶融工程において、低温はんだ層３１が溶融状態となっても高温はんだ層３２の接合面の平坦性を確保しやすく、また、高温はんだ層３２の一部が溶融したとしても高温はんだ層３２の接合面の平坦性を確保しやすいという利点がある。

そのため、上述の一具体例に示したように、Ｓｎ−０．７％Ｃｕ箔は３０μｍ程度、Ｓｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉ箔は５０μｍ程度とすることで、Ｓｎ−０．７％Ｃｕ箔の溶融時において、Ｓｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉ箔がＳｎ−０．７％Ｃｕを拘束し、且つ平面形状を保つようにしている。

また、本実施形態の製造方法によれば、はんだボイドについても有利な点がある。図２は、従来の一般的な迎えはんだを用いたはんだ付け方法によるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。

従来の迎えはんだ方法を適用したとき、ヒートシンク２０の接合面上にて、部分的にはんだ３０が濡れない箇所がある場合、そこに半導体素子１０を塔載すると、そこがボイドＫとなる（図２参照）。

特に、図２に示されるように、はんだ３０が濡れない箇所が、はんだ３０の中央部（山状のはんだ３０の頂上部近傍）にある場合、半導体素子１０塔載後のリフローにおいて、はんだ３０が潰れると同時に、はんだ３０と半導体素子１０とで囲まれた気体がボイドＫとなり、潰れる。半導体素子１０が真上にあるため、ボイドＫは外部に逃げることができず、横に広がるため、ボイドＫは大きいものとなってしまう。

一方、図３は、本実施形態におけるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図であり、（ａ）、（ｂ）は半導体素子搭載工程を示し、（ｃ）、（ｄ）は第２の溶融工程の終了後の状態を示す。なお、図３において、（ｂ）は（ａ）中のＣ部拡大図、（ｄ）は（ｃ）中のＤ部拡大図である。本実施形態においては、第１の溶融工程で溶融するのは、低温はんだ層３１であり、高温はんだ層３２は固体状態である。

つまり、本実施形態においては、ボイドＫが発生するのは、はんだ３０の厚さ方向において低温はんだ層３１の部分であり、従来のようなはんだ３０の厚さ方向の全体に渡るボイドではないから、従来に比べてボイドＫのサイズは小さいものとなる。このように、本実施形態では、はんだボイドのサイズを小さくできるという利点がある。

なお、本実施形態の製造方法に用いるはんだ３０としては、上記した一具体例に示した低温はんだ層３１をＳｎ−０．７％Ｃｕ、高温はんだ層３２をＳｎ−４．５％Ｃｕ−２％Ｎｉ箔とする組み合わせに限定するものではなく、他の組み合わせでもよい。

たとえば低温はんだ層３１としては相図上、共晶点が融点であるものとして、Ｓｎ−３．５％Ａｇ、Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、Ｓｎ−０．７％Ｃｕ−０．０６％Ｎｉ、Ｓｎ−８％Ｚｎなどが挙げられ、共晶点ではない点が融点であるものとして１００％Ｓｎ（融点：２３２℃）などが挙げられる。

一方、高温はんだ層３２としては、相図上、共晶点が融点であるものとしてＳｎ−６％Ｃｕ−３％Ｎｉ、Ｚｎ−５％Ａｌなどが挙げられ、共晶点ではない点が融点であるものとしてＳｎ−２％Ｃｏ、Ｓｎ−１〜２％Ｇｅ、Ｓｎ−２〜３％Ｍｎ、Ｓｎ−３０〜５０％Ａｕ、Ｓｎ−１０〜２０％Ａｇ、Ｓｎ−１７〜２５％Ｓｂなどが挙げられる。

なお、はんだとしては、共晶点が融点である組成のものは、共晶温度で固相から液相に変化するため、本実施形態のはんだ接合にとってより良好である。つまり、低温はんだ層３１、高温はんだ層３２ともに共晶点が融点であるものを用いることが好ましい。

また、共晶点が融点ではない組成のものは、融点から固相と液相が混合した固液混合状態を経て固化する。そのため、たとえば、高温はんだ層３２がそのようなものである場合、第１の溶融工程において、低温はんだ層３１の融点以上且つ高温はんだ層３２の融点未満の温度としても、高温はんだ層３２のはんだ中の一部（たとえばＳｎ）が溶融することがある。

しかし、低温はんだ層３１のリフロー温度で高温はんだ層３２中の成分が溶融する量は少なく、高温はんだ層３２の接合面すなわちはんだ３０の上面の平坦性を維持するように高温はんだ層３２の大部分は固体状態とされるため、問題ない。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を断面的に示す工程図である。ここで、図４において（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の順に工程を進めて最終的に（ｅ）に示される半導体装置を完成させるものであり、また（ｂ）は（ａ）中のＥ部拡大図、（ｄ）は（ｃ）中のＦ部拡大図である。

上記第１実施形態において製造方法に用いるはんだ３０が２層構造であったのに対して、本実施形態では、当該はんだ３０を３層構造としたところが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、ヒートシンク２０の接合面上に、はんだ３０を搭載する。このとき、本実施形態では、はんだ３０は、ヒートシンク２０側から、低温はんだ層３１、高温はんだ層３２が積層されてなるものとしつつ、さらに、高温はんだ層３２の接合面上に、第２の低温はんだ層３３が積層された３層積層構造とする。以下、ヒートシンク２０側の低温はんだ層３１を第１の低温はんだ層３１とする。

ここで、第２の低温はんだ層３３は、高温はんだ層３２よりも融点の低いＰｂフリーはんだよりなり且つ第１の低温はんだ層３１よりも薄いものである。具体的には、第２の低温はんだ層３３は、上記第１実施形態に示した第１の低温はんだ層３１に用いられるはんだ材料の中から選択することができる。また、第１の低温はんだ層３１と第２の低温はんだ層３３とは同一材料でもよいし、異種材料でもよい。

また、第１の低温はんだ層３１、高温はんだ層３２の各厚さを上記第１実施形態に示した一具体例の厚さとした場合、第２の低温はんだ層３３の厚さは、たとえば１０μｍ以下程度とする。このような３層のはんだ３０は、上記２層３１、３２のはんだの場合と同様に、金属拡散などにより作製することができる。

そして、はんだ３０の配置後に、本製造方法においても、図４（ｃ）、（ｄ）に示される第１の溶融工程を行う。この第１の溶融工程では、高温はんだ層３２の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層３２は固体状態としつつ、第１の低温はんだ層３１および第２の低温はんだ層３３の両方を、その全体が溶融した状態とする。

このとき、はんだ３０の最上部の溶融した第２の低温はんだ層３３は山状を呈するが、その厚さが薄いため、非常になだらかなものとなるから、高温はんだ層３２の接合面の平坦性を行うことは極力防止される。

その後、半導体素子搭載工程を行うが、ここでは、第２の低温はんだ層３３を介して、高温はんだ層３２の接合面上に半導体素子１０を搭載する。そして、第２の溶融工程を行うが、ここでは、３層３１〜３３のすべての溶融温度以上に加熱することで、当該３層３１〜３３のすべてを溶融させて、はんだ付けを行う
このとき、半導体素子１０と高温はんだ層３２の両接合面の間には、第２の低温はんだ層３３が存在するものの、上述したように、その山形状は非常になだらかであるから、半導体素子１０の接合面の全体が第２の低温はんだ層３３と接触する。

そのため、本製造方法によっても、図４（ｅ）に示されるように、半導体素子１０の接合面の全体に、溶融したはんだ３０を確実に接触させ、半導体素子１０の端部にてはんだ引けの発生を防止した接合がなされ、半導体装置を完成させることができる。

このように、本実施形態の製造方法によれば、第１の溶融工程では、第２の低温はんだ層３３は溶融状態となるが、最も薄い層であるから、高温はんだ層３２の接合面の平坦性を損なうようなことは、極力回避される。

そして、第２の溶融工程では、高温はんだ層３２の接合面と半導体素子１０とが、先に溶融する第２の低温はんだ層３３を介して接合されるから、高温はんだ層３２の平坦な接合面と半導体素子１０との密着性が向上する。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を平面的に示す工程図である。本実施形態は、上記第１実施形態において、はんだ３０の平面形状を変更したものであり、矩形板状のはんだ３０の４つの角部の外部にはんだを広げることで、当該４つの角部におけるはんだ引け防止するようにしたところが相違するものである。

本実施形態の製造方法でも、図５（ａ）に示されるように、ヒートシンク２０の接合面上に、はんだ３０を搭載する。このとき、はんだ３０は、上記第１実施形態と同様に、半導体素子１０に対応した矩形板状をなすものであるが、本実施形態では、さらに、半導体素子１０の角部１１に対応するはんだ３０の角部に拡張部３０ａが設けられたものとしている。

この拡張部３０ａは、はんだ３０の当該角部において、はんだ３０の辺よりも外側にはみ出すようにはんだ３０の一部を拡張した部分である。ここでは、拡張部３０ａは矩形状に出っ張った形状であるが、はんだ３０の辺よりも外側に突出すれば、これに限定されるものではなく、たとえば円形状に出っ張ったものでもよい。

そして、このはんだ３０の配置後に、本製造方法においても、図５（ｂ）に示される第１の溶融工程を行う。この第１の溶融工程は上記第１実施形態と同様に行えばよい。その後、半導体素子搭載工程を行い、続いて、第２の溶融工程を上記同様に行えば、図５（ｃ）に示されるように、本実施形態の半導体装置ができあがる。

本実施形態の製造方法によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、拡張部３０のによって、はんだ３０のうち半導体素子１０の角部１１に位置する部分のはんだ３０の量を局所的に増加させることができるから、半導体素子１０の角部１１におけるはんだ引けの発生防止の点で、より好ましい効果を発揮できる。

なお、本実施形態は、はんだ３０の一部を拡張部３０ａとすればよいものであるから、上記第１実施形態以外にも、上記第２実施形態のような３層構造のはんだ３０に対しても組み合わせて適用できることはもちろんである。

１０ 半導体素子
１１ 半導体素子の角部
２０ 基板としてのヒートシンク
３０ はんだ
３０ａ 拡張部
３１ 低温はんだ層
３２ 高温はんだ層
３３ 第２の低温はんだ層

Claims (4)

1. シリコンよりなる矩形板状の半導体素子（１０）を、基板（２０）上にＰｂフリーはんだよりなるはんだ（３０）を介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法において、
   前記はんだ（３０）を、前記基板（２０）側から、Ｐｂフリーはんだよりなる低温はんだ層（３１）、前記低温はんだ層（３１）よりも融点の高いＰｂフリーはんだよりなり且つ前記半導体素子（１０）との接合面が平坦面である高温はんだ層（３２）が積層されてなるものとし、
   前記はんだ付けのときには、前記高温はんだ層（３２）の前記接合面の平坦性を維持するように前記高温はんだ層（３２）は固体状態としつつ、前記低温はんだ層（３１）を、その全体が溶融した状態とする第１の溶融工程を行い、
   その後、前記高温はんだ層（３２）の前記接合面上に前記半導体素子（２０）を搭載し、
   続いて、前記低温はんだ層（３１）とともに前記高温はんだ層（３２）も溶融させてはんだ付けを行う第２の溶融工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記はんだ（３０）においては、前記高温はんだ層（３２）の方が前記低温はんだ層（３１）よりも厚いものとす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。
3. 前記はんだ（３０）を、前記基板（２０）側から、前記低温はんだ層（３１）、前記高温はんだ層（３２）が積層されてなるものとしつつ、さらに、前記高温はんだ層（３２）の前記接合面上に、前記高温はんだ層（３２）よりも融点の低いＰｂフリーはんだよりなり且つ前記低温はんだ層（３１）よりも薄い第２の低温はんだ層（３３）が積層されたものとし、
   前記第１の溶融工程では、前記第２の低温はんだ層（３３）も、その全体が溶融した状態とし、
   その後、前記第２の低温はんだ層（３３）を介して、前記高温はんだ層（３２）の前記接合面上に前記半導体素子（１０）を搭載し、
   続く前記第２の溶融工程では、前記低温はんだ層（３１）、前記高温はんだ層（３２）および前記第２の低温はんだ層（３３）のすべてを溶融させて、はんだ付けを行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記はんだ（３０）は、前記半導体素子（１０）に対応した矩形板状をなすとともに、前記半導体素子（１０）の角部（１１）に対応する前記はんだ（３０）の角部には、前記はんだ（３０）の辺よりも外側にはみ出すように前記はんだ（３０）の一部を拡張した部分である拡張部（３０ａ）が設けられたものとすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

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