JP2015046491A - ワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法、ならびにワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュール - Google Patents

ワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法、ならびにワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュール Download PDF

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semiconductor chip
semiconductor
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光彦 酒井
Mitsuhiko Sakai
光彦 酒井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、ワイドバンドギャップ半導体基板を準備する工程と、ワイドバンドギャップ半導体基板を複数の第１半導体チップ８０に分離する工程と、固定部材７０に対して複数の第１半導体チップ８０を固定する工程と、少なくとも第１半導体チップ８０が不活性液体９１に浸漬された状態で第１半導体チップ８０の耐圧を測定する工程と、第１半導体チップ８０の耐圧を測定する工程の後、固定部材７０を切断することにより、固定部材７０に対して第１半導体チップ８０が固定された複数の第２半導体チップを得る工程とを備えている。【選択図】図１３

Description

本発明は、ワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法、ならびにワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールに関する。
ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置において、耐圧は重要な特性のひとつである。そのため、半導体装置や半導体モジュールの製造方法においては、半導体基板上に複数の半導体素子を形成した後に個々の半導体素子に対して耐圧測定が実施される場合がある。
たとえば特開昭５９−３９４３号公報（以下、特許文献１という）では、半導体素子が形成された半導体基板の表面上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜を突き破るようにプローバーを電極に接触させてプローブテストを行う方法が開示されている。また、特開２００３−１００８１９号公報（以下、特許文献２という）では、半導体素子が形成された半導体基板を絶縁性の液体中に浸して耐圧測定する方法が開示されている。また、国際公開第２０１０／０２１０７０号（以下、特許文献３という）では、絶縁性の液体を半導体基板の表面にポッティングした後にプローブを電極に接触させて半導体素子の耐圧を測定する方法が開示されている。
特開昭５９−３９４３号公報 特開２００３−１００８１９号公報 国際公開第２０１０／０２１０７０号
上記特許文献１〜３のように従来では半導体基板の状態において個々の半導体素子に対して耐圧測定が行われ、その後ダイシング加工により当該半導体基板が個々の半導体素子に分離される。そして、分離された半導体素子がモジュール基板上に実装されて半導体モジュールが製造される。すなわち、従来では分離された個々の半導体素子に対して耐圧測定を行うことが困難であるため、分離前の半導体基板の状態において耐圧測定が行われていた。この場合、分離前（半導体基板の状態）の耐圧測定では不良が確認されなくても、個々の半導体素子が実装されたモジュールの検査において不良が発見される場合がある。このように不良チップがモジュールに実装されることにより、半導体モジュールの製造歩留まりが低下するという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法、および当該ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いた半導体モジュールの製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置、および当該ワイドバンドギャップ半導体装置を備えた半導体モジュールを提供することである。
本発明に従ったワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有し、上記一対の主面の各々の上に電極が形成されたワイドバンドギャップ半導体基板を準備する工程と、ワイドバンドギャップ半導体基板を複数の第１半導体チップに分離する工程と、導電性を有する固定部材に対して複数の第１半導体チップを固定する工程と、第１半導体チップを固定する工程の後、少なくとも第１半導体チップが不活性液体に浸漬された状態で第１半導体チップの耐圧を測定する工程と、第１半導体チップの耐圧を測定する工程の後、固定部材を切断することにより、固定部材に対して第１半導体チップが固定された複数の第２半導体チップを得る工程とを備えている。
本発明に従ったワイドバンドギャップ半導体装置は、互いに対向する一対の主面を有し、上記一対の主面の各々の上に電極が形成された第１半導体チップと、導電性を有する固定部材と、固定部材の一方の表面上に配置され、固定部材に対して第１半導体チップを固定する第１接合部材とを備えている。固定部材は、第１半導体チップよりも幅が大きくなっている。
本発明によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法、および当該ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いた半導体モジュールの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置、および当該ワイドバンドギャップ半導体装置を備えた半導体モジュールを提供することができる。
実施形態１に係る半導体モジュールの構造を示す概略断面図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の構造を示す概略断面図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置における第１半導体チップの構造を示す概略断面図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態１に係る半導体モジュールの製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１１）および（Ｓ１２）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１３）および（Ｓ１４）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１５）および（Ｓ１６）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１７）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ２０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ３０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ３０）を説明するための概略平面図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ４０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ５０）を説明するための概略図である。 実施形態１の変形例に係るワイドバンドギャップ半導体装置の構造を示す概略断面図である。 実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置の構造を示す概略断面図である。 実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ３００）を説明するための概略図である。 実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法における工程（Ｓ４１０）を説明するための概略図である。
[本願発明の実施形態の説明]
まず、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１） 本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有し、上記一対の主面の各々の上に電極が形成されたワイドバンドギャップ半導体基板を準備する工程と、ワイドバンドギャップ半導体基板を複数の第１半導体チップに分離する工程と、導電性を有する固定部材に対して複数の第１半導体チップを固定する工程と、第１半導体チップを固定する工程の後、少なくとも第１半導体チップが不活性液体に浸漬された状態で第１半導体チップの耐圧を測定する工程と、第１半導体チップの耐圧を測定する工程の後、固定部材を切断することにより、固定部材に対して第１半導体チップが固定された複数の第２半導体チップを得る工程とを備えている。
本発明者は、半導体基板の状態での耐圧測定では不良が確認されなかった場合でもモジュール検査において半導体素子（チップ）の不良が発見される原因について鋭意検討を行った。その結果、半導体基板の状態での耐圧測定後に個々のチップに分離する際にダイシング加工の不具合などにより不良チップが発生し、当該不良チップをモジュールに実装することで製造歩留まりが低下する場合があることを見出した。
上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法では、分離された第１半導体チップが固定部材に固定された状態で、不活性液体中において当該第１半導体チップの耐圧が測定される。そのため、チップ状態でも不活性液体中で容易に耐圧測定することができるとともに、チップに分離する際に発生し得る不良をモジュールへの当該チップの実装前に予め確認することができる。そして、良品であることが確認されたチップのみをモジュールに実装することにより、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることができる。したがって、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることができる。
ここで、「ワイドバンドギャップ半導体」とは、シリコン（Ｓｉ）よりもバンドギャップが大きい半導体であり、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびダイヤモンドなどが含まれる。
（２） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１半導体チップを固定する工程は、互いに対向する一対の表面を有し、上記一対の表面の各々の上に第１接合部材および第２接合部材が配置された固定部材を準備する工程と、固定部材に対して第１接合部材を介して第１半導体チップを固定する工程とを含んでいてもよい。
これにより、第１接合部材を用いて第１半導体チップを固定部材に対して容易に固定することができるとともに、第２接合部材を用いて第２半導体チップを別途準備されたモジュール基板に対して容易に固定することができる。また、第１接合部材および第２接合部材が予め配置された固定部材を用いることにより、製造効率をより向上させることができる。
（３） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１接合部材の構成材料は、第２接合部材の構成材料よりも融点が低くてもよい。
これにより、第１接合部材を溶融させて第１半導体チップを固定する際に第２接合部材が溶融することを抑制することができる。
（４） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１半導体チップを固定する工程は、一方の表面上に第１接合部材が配置された固定部材を準備する工程と、固定部材に対して第１接合部材を介して第１半導体チップを固定する工程とを含んでいてもよい。また、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、第１半導体チップの耐圧を測定する工程の後、第２半導体チップを得る工程の前に、上記一方の表面に対向する他方の表面上に第２接合部材を配置する工程をさらに備えていてもよい。
これにより、第１接合部材を用いて第１半導体チップを固定部材に対して容易に固定することができるとともに、第２接合部材を用いて第２半導体チップを別途準備されたモジュール基板に対して容易に固定することができる。また、耐圧測定工程の後に第２接合部材を配置することにより、当該第２接合部材を不活性液体中に浸漬させずに第２半導体チップを得ることができる。
（５） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１接合部材の構成材料は、第２接合部材の構成材料よりも融点が高くてもよい。
これにより、第２接合部材を用いて第２半導体チップをモジュール基板に固定する際に、より低温条件で第２接合部材を溶融させることができる。
（６） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１接合部材および第２接合部材は、銀を含む材料および金−錫合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。
上記材料は電気抵抗が低いため、上記材料を用いることで第２半導体チップが実装される半導体モジュールの電気特性をより向上させることができる。また、上記材料は熱伝導率が高いため、上記材料を用いることで第２半導体チップが実装された半導体モジュールの放熱性をより向上させることができる。
（７） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、固定部材は、銅、アルミニウム、銀および銅−タングステン合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。
上記材料は電気抵抗が低いため、上記材料を用いることで第２半導体チップが実装される半導体モジュールの電気特性をさらに向上させることができる。また、上記材料は熱伝導率が高いため、上記材料を用いることで第２半導体チップが実装された半導体モジュールの放熱性をさらに向上させることができる。
（８） 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法は、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて上記第２半導体チップを準備する工程と、モジュール基板を準備する工程と、上記第２半導体チップをモジュール基板上に実装する工程とを備えている。
上記半導体モジュールの製造方法では、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて第２半導体チップが準備されるため、不良チップがモジュールに実装されることを抑制することができる。したがって、上記半導体モジュールの製造方法によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることができる。
（９） 本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置は、互いに対向する一対の主面を有し、上記一対の主面の各々の上に電極が形成された第１半導体チップと、導電性を有する固定部材と、固定部材の一方の表面上に配置され、固定部材に対して第１半導体チップを固定する第１接合部材とを備えている。固定部材は、第１半導体チップよりも幅が大きくなっている。
上記ワイドバンドギャップ半導体装置は、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて製造されることにより、第１半導体チップよりも固定部材の幅が大きいという上記構成を有している。したがって、上記ワイドバンドギャップ半導体装置によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供することができる。
（１０） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、第１半導体チップは、炭化珪素または窒化ガリウムから構成されていてもよい。
代表的なワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素や窒化ガリウムは、上記第１半導体チップの構成材料として好適である。
（１１） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、固定部材の上記一方の表面に対向する他方の表面上には第２接合部材が配置されていてもよい。
これにより、上記ワイドバンドギャップ半導体装置を第２接合部材を介して別途準備されたモジュール基板に対して容易に固定することができる。
（１２） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、第１接合部材の構成材料は、第２接合部材の構成材料よりも融点が低くなっていてもよい。
これにより、第１接合部材を溶融させて第１半導体チップを固定部材に対して固定する際に、第２接合部材が溶融することを抑制することができる。
（１３） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、第１接合部材の構成材料は、第２接合部材の構成材料よりも融点が高くなっていてもよい。
これにより、第２接合部材を溶融させて上記ワイドバンドギャップ半導体装置をモジュール基板に固定する際に、より低温条件で第２接合部材を溶融させることができる。
（１４） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、第１接合部材および第２接合部材は、銀を含む材料および金−錫合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。
これにより、上記ワイドバンドギャップ半導体装置が実装された半導体モジュールの電気特性および放熱性をより向上させることができる。
（１５） 上記ワイドバンドギャップ半導体装置において、固定部材は、銅、アルミニウム、銀および銅−タングステン合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。
これにより、上記ワイドバンドギャップ半導体装置が実装された半導体モジュールの電気特性および放熱性をさらに向上させることができる。
（１６） 本実施形態に係る半導体モジュールは、上記ワイドバンドギャップ半導体装置と、上記ワイドバンドギャップ半導体装置が実装されるモジュール基板とを備えている。
上記半導体モジュールは、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能な上記ワイドバンドギャップ半導体装置を備えている。したがって、上記半導体モジュールによれば、製造歩留まりが向上した半導体モジュールを提供することができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施形態１）
（半導体モジュールの構造）
まず、本発明の一実施形態である実施形態１について説明する。図１を参照して、本実施形態に係る半導体モジュール１は、複数の炭化珪素半導体装置１０と、当該炭化珪素半導体装置１０が実装されるモジュール基板２と、端子３と、配線４とを主に備えている。炭化珪素半導体装置１０は、後述する本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置である。
モジュール基板２は、絶縁基板（図示しない）や金属からなるヒートシンクとしての放熱板（図示しない）などを含んでいる。炭化珪素半導体装置１０は、モジュール基板２の表面２Ａ上に配置されており、配線４により互いに接続されている。端子３は、配線４により炭化珪素半導体装置１０と接続されている。なお、半導体モジュール１は、樹脂（図示しない）などにより封止されていてもよい。
（炭化珪素半導体装置の構造）
次に、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置としての炭化珪素半導体装置１０の構造について説明する。図２を参照して、炭化珪素半導体装置１０は、第１半導体チップ８０と、固定部材７０と、第１ダイボンド材７１（第１接合部材）と、第２ダイボンド材７２（第２接合部材）とを主に備えている。
固定部材７０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）および銅−タングステン（ＣｕＷ）からなる群より選択される一の材料から構成されている。このように固定部材７０は金属材料から構成されているため、導電性を有している。
固定部材７０は、図２に示すように第１半導体チップ８０よりも幅が大きくなっている（Ｗ１＞Ｗ２）。固定部材７０の幅Ｗ１は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、２ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが好ましい。
第１ダイボンド材７１は、固定部材７０の一方の表面７０Ａ上に配置されている。第２ダイボンド材７２は、当該表面７０Ａに対向する他方の表面７０Ｂ上に配置されている。第１ダイボンド材７１の上（固定部材７０側とは反対側）には、第１半導体チップ８０が配置されている。すなわち、第１半導体チップ８０は、第１ダイボンド材７１により固定部材７０に対して固定されている。
第１および第２ダイボンド材７１，７２は、たとえば銀ペーストなどの銀（Ａｇ）を含む材料および金−錫（ＡｕＳｎ）合金からなる群より選択される一の材料から構成されている。そのため、第１および第２ダイボンド材７１，７２は、導電性を有している。また、第１および第２ダイボンド材７１，７２は、それぞれ融点が異なる材料から構成されている。本実施形態では、第１ダイボンド材７１の構成材料は、第２ダイボンド材の構成材料よりも融点が低くなっている。
（第１半導体チップの構造）
次に、第１半導体チップ８０の構造について詳細に説明する。図３を参照して、第１半導体チップ８０は、ベース基板１２と、エピタキシャル成長層１３と、ゲート酸化膜２０と、ゲート電極３０と、ソース電極４０と、ドレイン電極５０と、裏面パッド電極６０とを主に含んでいる。エピタキシャル成長層１３は、ドリフト領域１４と、ボディ領域１５と、ソース領域１６と、コンタクト領域１７とを主に有している。第１半導体チップ８０には、上記構造が複数形成されている。また、第１半導体チップ８０は、裏面パッド電極６０（主面１１Ｂ上に配置された電極）において第１ダイボンド材７１（図２参照）と接触していてもよいし、裏面パッド電極６０および当該裏面パッド電極６０により覆われていないベース基板１２において第１ダイボンド材７１（図２参照）と接触していてもよい。
ベース基板１２およびエピタキシャル成長層１３は、たとえば炭化珪素から構成されている。ドリフト領域１４は、窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含み、ベース基板１２の一方の主面上に形成されている。
ボディ領域１５は、アルミニウム（Ａｌ)や硼素（Ｂ）などのｐ型不純物を含み、主面１１Ａを含むようにエピタキシャル成長層１３内に形成されている。ソース領域１６は、リン（Ｐ）などのｎ型不純物を含み、主面１１Ａを含むようにボディ領域１５内に形成されている。コンタクト領域１７は、ボディ領域１５と同様にｐ型不純物を含み、ソース領域１６と隣接するようにボディ領域１５内に形成されている。
ゲート酸化膜２０は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなり、主面１１Ａを覆うように形成されている。ゲート電極３０は、たとえば不純物が添加されたポリシリコンやアルミニウムなどの導電体からなり、ゲート酸化膜２０上に形成されている。
ソース電極４０は、主面１１Ａ上においてソース領域１６およびコンタクト領域１７に接触するように形成されている。ソース電極４０は、ソース領域１６に対してオーミック接触することができる材料、たとえばＮｉｘＳｉｙ（ニッケルシリサイド）、ＴｉｘＳｉｙ（チタンシリサイド）、ＡｌｘＳｉｙ（アルミシリサイド）およびＴｉｘＡｌｙＳｉｚ（チタンアルミシリサイド）などからなり、ソース領域１６に対して電気的に接続されている（ｘ＞０，ｙ＞０，ｚ＞０）。
ドレイン電極５０は、主面１１Ａに対向する他方の主面１１Ｂ上に形成されている。ドレイン電極５０は、たとえばソース電極４０と同様の材料からなっている。裏面パッド電極６０は、たとえば金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などからなり、ドレイン電極５０上に形成されている。裏面パッド電極６０の厚みは、たとえば１μｍである。
（炭化珪素半導体装置および半導体モジュールの動作）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１０の動作について説明する。図３を参照して、まず、ゲート電極３０に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極４０とドレイン電極５０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１５とドリフト領域１４との間に形成されるｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極３０に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域１５のチャネル領域（ゲート電極３０下のボディ領域１５）に反転層が形成される。その結果、ソース領域１６とドリフト領域１４とが電気的に接続され、ソース電極４０とドレイン電極５０との間に電流が流れる。以上のようにして、炭化珪素半導体装置１０は動作する。また、半導体モジュール１は、個々の炭化珪素半導体装置１０の上記動作の組合わせにより動作する。
本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１０は、上述のような構成を有しており、また後述する本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて製造される。そのため、上記炭化珪素半導体装置１０は半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることが可能なものとなっている。また、本実施形態に係る半導体モジュール１は上記炭化珪素半導体装置１０を備えているため、製造歩留まりが向上したものとなっている。
上記本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置では、第１半導体チップ８０が炭化珪素から構成されていてもよいが、これに限定されるものではない。第１半導体チップ８０は、たとえば窒化ガリウムまたはダイヤモンドなどの他のワイドバンドギャップ半導体から構成されていてもよい。
上記炭化珪素半導体装置１０では、図２に示すように固定部材７０の一方の表面７０Ａに対向する他方の表面７０Ｂ上に第２ダイボンド材７２が配置されていてもよい。これにより、図１に示すように当該第２ダイボンド材を介して炭化珪素半導体装置１０をモジュール基板２に対して容易に固定することができる。
上記炭化珪素半導体装置１０では、上述のように第１ダイボンド材７１の構成材料が第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が低くなっていてもよい。これにより、当該第１ダイボンド材７１を溶融させて第１半導体チップ８０を固定部材７０に対して固定する際に、第２ダイボンド材７２が溶融することを抑制することができる。
上記炭化珪素半導体装置１０において、第１および第２ダイボンド材７１，７２は、上述のように銀を含む材料および金−錫合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。また、固定部材７０は、銅、アルミニウム、銀および銅−タングステンからなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。上記材料は電気抵抗が低く熱伝導率が高い材料であるため、上記材料を用いることにより上記炭化珪素半導体装置１０が実装された半導体モジュール１（図１参照）の電気特性および放熱性をより向上させることができる。
（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る半導体モジュールおよびワイドバンドギャップ半導体装置（炭化珪素半導体装置）の製造方法について説明する。本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ５０）が実施されることにより上記本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１０が製造される（図４参照）。また、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法では、工程（Ｓ６０）〜（Ｓ８０）が実施されることにより上記本実施形態に係る半導体モジュール１が製造される（図５参照）。
図４を参照して、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として、半導体基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、以下に説明する工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１７）が実施されることにより炭化珪素基板１１（ワイドバンドギャップ半導体基板）が準備される。
まず、工程（Ｓ１１）として、ベース基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１）では、図６を参照して、４Ｈ−ＳｉＣからなり導電型がｎ型であるベース基板１２が準備される。
次に、工程（Ｓ１２）として、エピタキシャル成長層形成工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、図６を参照して、ベース基板１２の表面１２Ａ上に導電型がｎ型であるエピタキシャル成長層１３が形成される。
次に、工程（Ｓ１３）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、図７を参照して、まず、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンがエピタキシャル成長層１３内に注入され、ボディ領域１５が形成される。次に、たとえばリン（Ｐ）イオンがエピタキシャル成長層１３内に注入され、ソース領域１６が形成される。次に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンがエピタキシャル成長層１３内に注入され、コンタクト領域１７が形成される。そして、エピタキシャル成長層１３においてボディ領域１５、ソース領域１６およびコンタクト領域１７のいずれも形成されない領域がドリフト領域１４となる。
次に、工程（Ｓ１４）として、活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ１４）では、図７を参照して、ベース基板１２を加熱することにより導入された不純物が活性化され、その結果不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。
次に、工程（Ｓ１５）として、ゲート酸化膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ１５）では、図８を参照して、たとえば酸素（Ｏ２）を含む雰囲気中においてベース基板１２を加熱することにより、二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなるゲート酸化膜２０が形成される。
次に、工程（Ｓ１６）として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ１６）では、図８を参照して、たとえばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ゲート酸化膜２０上に接触し、ポリシリコンからなるゲート電極３０が形成される。
次に、工程（Ｓ１７）として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ１７）では、図９を参照して、ゲート酸化膜２０の一部（ソース領域１６およびコンタクト領域１７上）がエッチングにより除去された後、主面１１Ａ上にソース電極４０が形成される。また、当該主面１１Ａに対向する他方の主面１１Ｂ上にドレイン電極５０が形成される。また、ドレイン電極５０上に裏面パッド電極６０がさらに形成される。さらに、その後層間絶縁膜（図示しない）やゲート電極３０と電気的に接続されたゲートパッド電極、およびソース電極４０と電気的に接続されたソース配線などが形成される。上記工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１７）が実施されることにより、互いに対向する一対の主面１１Ａ，１１Ｂの各々の上にソース電極４０およびドレイン電極５０が形成された炭化珪素基板１１（ワイドバンドギャップ半導体基板）が準備される。図１０に示すように、炭化珪素基板１１は、切断後に第１半導体チップ８０となる領域を複数含んでいる。
次に、工程（Ｓ２０）として、ダイシング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図１０を参照して、複数のゲートパッド電極３１およびソース配線４１を含み、第１半導体チップ８０となる領域が複数形成された炭化珪素基板１１に対して、図中破線に示すようにダイシング加工が施される。これにより、炭化珪素基板１１が複数の第１半導体チップ８０に分離される。
次に、工程（Ｓ３０）として、半導体チップ固定工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、以下に説明する工程（Ｓ３１）および（Ｓ３２）が実施されることにより、複数の第１半導体チップ８０が固定部材７０に対して固定される。
まず、工程（Ｓ３１）として、固定部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ３１）では、図１１を参照して、互いに対向する一対の表面７０Ａ，７０Ｂを有し、当該表面７０Ａ，７０Ｂの各々の上に第１ダイボンド材７１および第２ダイボンド材７２が配置された固定部材７０が準備される。第１および第２ダイボンド材７１，７２は、表面７０Ａ，７０Ｂのそれぞれに複数箇所配置されていてもよいし、当該表面７０Ａ，７０Ｂの全面に配置されていてもよい。
固定部材７０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）および銅−タングステン（ＣｕＷ）からなる群より選択される一の材料から構成されている。そのため、固定部材７０は導電性を有している。第１および第２ダイボンド材７１，７２は、たとえば銀ペーストなどの銀（Ａｇ）を含む材料および金−錫合金（ＡｕＳｎ）からなる群より選択される一の材料から構成されている。また、本実施形態においては第１ダイボンド材７１の構成材料は、第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が低くなっている。
次に、工程（Ｓ３２）として、チップ固定工程が実施される。この工程（Ｓ３２）では、図１１を参照して、まず、第１ダイボンド材７１の融点以上の温度で固定部材７０が加熱されることにより、当該第１ダイボンド材７１が溶融する。次に、溶融状態である第１ダイボンド材７１の上に第１半導体チップ８０が配置される（図１１中矢印に示す方向から第１半導体チップ８０が第１ダイボンド材７１に接触する）。その後、固定部材７０および第１半導体チップ８０が冷却される。これにより、図１１および図１２に示すように複数の第１半導体チップ８０が第１ダイボンド材７１を介して固定部材７０に対して固定される。
次に、工程（Ｓ４０）として、耐圧測定工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図１３を参照して、まずフロリナートなどの不活性液体９１が入れられたトレー９０が準備される。次に、第１半導体チップ８０が固定された固定部材７０がトレー９０内に配置される。これにより、図１３に示すように第１半導体チップ８０および固定部材７０の全体がフロリナート中に浸漬された状態とされる。次に、図１３に示すようにプローブ１００の針１０１，１０２を第１半導体チップ８０のゲートパッド電極およびソース配線の各々に接触させ、プローブ１００とステージ１１０との間に電圧が供給される。これにより、第１半導体チップ８０の耐圧が測定される。そして、上記耐圧測定が完了した後、固定部材７０がトレー９０から取り出される。
次に、工程（Ｓ５０）として、切断工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図１４を参照して、図中破線に示すように固定部材７０に対してダイシング加工が施され、当該固定部材７０が切断される。これにより、固定部材７０に対して第１半導体チップ８０が固定された複数の第２半導体チップ８１（炭化珪素半導体装置１０）が得られる（図２参照）。
この工程（Ｓ５０）では、図２に示すように一つの固定部材７０に対して一つの第１半導体チップ８０が固定された第２半導体チップ８１が得られてもよいが、これに限定されるものではない。図１５に示すように、一つの固定部材７０に対して複数の第１半導体チップ８０が並んで固定された第２半導体チップ８１Ａが得られるように、固定部材７０が切断されてもよい。
（半導体モジュールの製造方法）
次に、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法について説明する。図５を参照して、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法では、まず、工程（Ｓ６０）として、半導体チップ準備工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図２を参照して、上記本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて第２半導体チップ８１が準備される。また、この工程（Ｓ６０）と並んで工程（Ｓ７０）が実施され、モジュール基板２が別途準備される（図１参照）。
工程（Ｓ６０）および（Ｓ７０）が完了した後、工程（Ｓ８０）として、実装工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図１を参照して、モジュール基板２の表面２Ａ上に複数の第２半導体チップ８１（炭化珪素半導体装置１０）が配置される。そして、当該第２半導体チップ８１同士、および第２半導体チップ８１と端子３とが配線４により電気的に接続される。このようにして、モジュール基板２上に第２半導体チップ８１が実装された半導体モジュール１が得られる。
以上のように、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法では、分離された第１半導体チップ８０が固定部材７０に固定された状態において不活性液体９１中で当該第１半導体チップ８０の耐圧が測定される。そのため、チップ状態でも不活性液体９１中において容易に耐圧測定することができるとともに、工程（Ｓ２０）のダイシング加工により発生し得るチップ不良を工程（Ｓ８０）のモジュールへの実装の前に予め確認することができる。そして、良品であることが確認されたチップのみを工程（Ｓ８０）においてモジュールに実装することにより、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることができる。したがって、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体および半導体モジュールの製造方法によれば、半導体モジュールの製造歩留まりを向上させることができる。
上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、半導体チップ固定工程（Ｓ３０）は、上述のように互いに対向する一対の表面７０Ａ，７０Ｂを有し、当該一対の表面７０Ａ，７０Ｂの各々の上に第１および第２ダイボンド材７１，７２が配置された固定部材７０を準備する工程（Ｓ３１）と、固定部材７０に対して第１ダイボンド材７１を介して第１半導体チップ８０を固定する工程（Ｓ３２）とを含んでいてもよい。この場合、第１ダイボンド材７１の構成材料は、第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が低くなっていてもよい。
これにより、第１ダイボンド材７１を用いて第１半導体チップ８０を固定部材７０に対して容易に固定することができるとともに、第２ダイボンド材７２を用いて第２半導体チップ８１を別途準備されたモジュール基板２に対して容易に固定することができる。また、第１および第２ダイボンド材７１，７２が予め配置された固定部材７０を用いることで、製造効率をより向上させることができる。また、第１ダイボンド材７１を第２ダイボンド材７２よりも低融点の材料で構成することにより、第１ダイボンド材７１を溶融させて第１半導体チップ８０を固定する際に、第２ダイボンド材７２が溶融することを抑制することができる。
上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、第１および第２ダイボンド材７１，７２は、銀（Ａｇ）を含む材料および金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。また、固定部材７０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）および銅−タングステン（ＣｕＷ）合金からなる群より選択される一の材料から構成されていてもよい。上記材料は電気抵抗が低く熱伝導率が高いため、上記材料を用いることにより第２半導体チップ８１が実装された半導体モジュール１の電気特性および放熱性をより向上させることができる。
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態である実施形態２について説明する。実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールは、基本的には上記実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールと同様の構成を備え、同様に動作し、かつ同様の効果を奏する。また、実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法は、基本的には上記実施形態１に係るワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法と同様に実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置は、ダイボンド材の融点において上記実施形態１とは異なっている。また、実施形態２に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、固定部材に対してダイボンド材を配置する順序において上記実施形態１とは異なっている。
（炭化珪素半導体装置の構造）
図１６を参照して、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置としての炭化珪素半導体装置１０Ｂは、上記実施形態１の場合と同様に、第１半導体チップ８０と、表面７０Ａ，７０Ｂを有する固定部材７０と、第１および第２ダイボンド材７１，７２とを主に備えている。本実施形態では、第１ダイボンド材７１の構成材料が第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が高くなっている。
（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置（炭化珪素半導体装置）の製造方法について説明する。図１７を参照して、まず、上記実施形態１の工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）と同様の手順により工程（Ｓ１００）および（Ｓ２００）が実施される。これにより複数の第１半導体チップ８０が得られる（図１８参照）。
次に、工程（Ｓ３００）として、半導体チップ固定工程が実施される。この工程（Ｓ３００）では、以下に説明する工程（Ｓ３１０）および（Ｓ３２０）が実施されることにより、第１半導体チップ８０が固定部材７０に対して固定される。
まず、工程（Ｓ３１０）として、固定部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ３１０）では、図１８を参照して、一方の表面７０Ａ上に第１ダイボンド材７１が配置された固定部材７０が準備される。次に、工程（Ｓ３２０）として、チップ固定工程が実施される。この工程（Ｓ３２０）では、図１８を参照して、上記実施形態１の工程（Ｓ３２）と同様の手順により、第１半導体チップ８０が第１ダイボンド材７１を介して固定部材７０に対して固定される。
次に、工程（Ｓ４００）として、耐圧測定工程が実施される。この工程（Ｓ４００）では、上記実施形態１の工程（Ｓ４０）と同様の手順により第１半導体チップ８０の耐圧が測定される。
次に、工程（Ｓ４１０）として、ダイボンド材配置工程が実施される。この工程（Ｓ４１０）では、図１９を参照して、第１ダイボンド材７１が配置された表面７０Ａに対向する他方の表面７０Ｂ上に第２ダイボンド材７２が配置される。第２ダイボンド材７２は、任意の成膜方法により形成されてもよい。本実施形態では、第１ダイボンド材７１の構成材料は、第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が高くなっている（第２ダイボンド材７２の方が第１ダイボンド材７１よりも融点が低くなっている）。
次に、工程（Ｓ５００）として、切断工程が実施される。この工程（Ｓ５００）では、上記実施形態１の工程（Ｓ５０）と同様の手順により固定部材７０が切断されて第２半導体チップ８１Ｂ（炭化珪素半導体装置１０Ｂ）が得られる（図１６参照）。
以上のように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１０Ｂでは、第１ダイボンド材７１の構成材料が第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が高くなっている。すなわち、第２ダイボンド材７２は、第１ダイボンド材７１に比べてより低融点の材料から構成されている。そのため、第２ダイボンド材７２を溶融させて炭化珪素半導体装置１０Ｂをモジュール基板に固定する際に、より低温条件で第２ダイボンド材７２を溶融させることができる。
また、本実施形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法において、半導体チップ固定工程（Ｓ３００）は、一方の表面７０Ａ上に第１ダイボンド材７１が配置された固定部材７０を準備する工程（Ｓ３１０）と、固定部材７０に対して第１ダイボンド材７１を介して第１半導体チップ８０を固定する工程（Ｓ３２０）とを含んでいる。また、上記ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法は、耐圧測定工程（Ｓ４００）の後、切断工程（Ｓ５００）の前に、上記一方の表面７０Ａに対向する他方の表面７０Ｂ上に第２ダイボンド材７２を配置する工程をさらに備えている。そして、第１ダイボンド材７１の構成材料は、第２ダイボンド材７２の構成材料よりも融点が高くなっている。
これにより、上記実施形態１と同様に、第１ダイボンド材７１を用いて第１半導体チップ８０を固定部材７０に対して容易に固定することができるとともに、第２ダイボンド材７２を用いて第２半導体チップ８１Ｂを別途準備されたモジュール基板に対して容易に固定することができる。また、耐圧測定工程（Ｓ４００）の後に第２ダイボンド材７２を配置することで、当該第２ダイボンド材７２を不活性液体９１中に浸漬させずに第２半導体チップ８１Ｂを得ることができる。また、第２ダイボンド材７２を第１ダイボンド材７１よりも低融点の材料で構成することにより、第２半導体チップ８１Ｂをモジュール基板に固定する際に、より低温条件で第２ダイボンド材７２を溶融させることができる。
今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなく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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明のワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法、ならびにワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールは、半導体モジュールの製造歩留まりの向上が要求されるワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールの製造方法、ならびにワイドバンドギャップ半導体装置および半導体モジュールにおいて、特に有利に適用され得る。
１ 半導体モジュール
１０，１０Ｂ 炭化珪素半導体装置
２ モジュール基板
２Ａ，１２Ａ，７０Ａ，７０Ｂ 表面
３ 端子
４ 配線
１１ 炭化珪素基板
１１Ａ，１１Ｂ 主面
１２ ベース基板
１３ エピタキシャル成長層
１４ ドリフト領域
１５ ボディ領域
１６ ソース領域
１７ コンタクト領域
２０ ゲート酸化膜
３０ ゲート電極
３１ ゲートパッド電極
４０ ソース電極
４１ ソース配線
５０ ドレイン電極
６０ 裏面パッド電極
７０ 固定部材
７１ 第１ダイボンド材
７２ 第２ダイボンド材
８０ 第１半導体チップ
８１，８１Ａ，８１Ｂ 第２半導体チップ
９０ トレー
９１ 不活性液体
１００ プローブ
１０１，１０２ 針
１１０ ステージ
Ｗ１，Ｗ２ 幅

Claims (16)

  1. 互いに対向する一対の主面を有し、前記一対の主面の各々の上に電極が形成されたワイドバンドギャップ半導体基板を準備する工程と、
    前記ワイドバンドギャップ半導体基板を複数の第１半導体チップに分離する工程と、
    導電性を有する固定部材に対して複数の前記第１半導体チップを固定する工程と、
    前記第１半導体チップを固定する工程の後、少なくとも前記第１半導体チップが不活性液体に浸漬された状態で前記第１半導体チップの耐圧を測定する工程と、
    前記第１半導体チップの耐圧を測定する工程の後、前記固定部材を切断することにより、前記固定部材に対して前記第１半導体チップが固定された複数の第２半導体チップを得る工程とを備える、ワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  2. 前記第１半導体チップを固定する工程は、
    互いに対向する一対の表面を有し、前記一対の表面の各々の上に第１接合部材および第２接合部材が配置された前記固定部材を準備する工程と、
    前記固定部材に対して前記第１接合部材を介して前記第１半導体チップを固定する工程とを含む、請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  3. 前記第１接合部材の構成材料は、前記第２接合部材の構成材料よりも融点が低い、請求項２に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  4. 前記第１半導体チップを固定する工程は、
    一方の表面上に第１接合部材が配置された前記固定部材を準備する工程と、
    前記固定部材に対して前記第１接合部材を介して前記第１半導体チップを固定する工程とを含み、
    前記第１半導体チップの耐圧を測定する工程の後、前記第２半導体チップを得る工程の前に、前記一方の表面に対向する他方の表面上に第２接合部材を配置する工程をさらに備える、請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  5. 前記第１接合部材の構成材料は、前記第２接合部材の構成材料よりも融点が高い、請求項４に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  6. 前記第１接合部材および前記第２接合部材は、銀を含む材料および金−錫合金からなる群より選択される一の材料から構成される、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  7. 前記固定部材は、銅、アルミニウム、銀および銅−タングステン合金からなる群より選択される一の材料から構成される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法。
  8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置の製造方法を用いて前記第２半導体チップを準備する工程と、
    モジュール基板を準備する工程と、
    前記第２半導体チップを前記モジュール基板上に実装する工程とを備える、半導体モジュールの製造方法。
  9. 互いに対向する一対の主面を有し、前記一対の主面の各々の上に電極が形成された第１半導体チップと、
    導電性を有する固定部材と、
    前記固定部材の一方の表面上に配置され、前記固定部材に対して前記第１半導体チップを固定する第１接合部材とを備え、
    前記固定部材は、前記第１半導体チップよりも幅が大きい、ワイドバンドギャップ半導体装置。
  10. 前記第１半導体チップは、炭化珪素または窒化ガリウムから構成される、請求項９に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  11. 前記固定部材の前記一方の表面に対向する他方の表面上には第２接合部材が配置されている、請求項９または請求項１０に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  12. 前記第１接合部材の構成材料は、前記第２接合部材の構成材料よりも融点が低い、請求項１１に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  13. 前記第１接合部材の構成材料は、前記第２接合部材の構成材料よりも融点が高い、請求項１１に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  14. 前記第１接合部材および前記第２接合部材は、銀を含む材料および金−錫合金からなる群より選択される一の材料から構成される、請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  15. 前記固定部材は、銅、アルミニウム、銀および銅−タングステン合金からなる群より選択される一の材料から構成される、請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
  16. 請求項９〜請求項１５のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置と、
    前記ワイドバンドギャップ半導体装置が実装されるモジュール基板とを備える、半導体モジュール。
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