JP2018110149A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に焼結性金属粒子を用いて半導体素子を接合する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which semiconductor elements are bonded using sinterable metal particles.
従来、焼結性金属粒子を含む接合材料を用いて半導体素子と回路基板とが焼結接合された半導体装置が知られている。焼結結合層は、はんだ層と比べて耐熱性および放熱性が高い。そのため、IGBTなど大電流が通電されて発熱量の大きい半導体素子の製造方法には、半導体素子と回路基板などとを焼結結合する工程が採用されている。 Conventionally, a semiconductor device in which a semiconductor element and a circuit board are sintered and bonded using a bonding material containing sinterable metal particles is known. The sintered bonding layer has higher heat resistance and heat dissipation than the solder layer. For this reason, a process for sintering a semiconductor element and a circuit board or the like is employed in a method for manufacturing a semiconductor element that generates a large amount of heat by passing a large current, such as an IGBT.
焼結性を有する金属粒子を含む接合材料を加熱することのみによっても、焼結接合は可能である。しかし、半導体装置の信頼性等の観点から、焼結接合は加熱と同時に加圧を行うことによって実施されるのが好ましい。 Sintering joining is possible only by heating the joining material containing the metal particle which has sinterability. However, from the viewpoint of the reliability of the semiconductor device and the like, the sintered joining is preferably performed by applying pressure simultaneously with heating.
特開2016−143685号公報には、半導体素子の裏面電極と回路基板とが第1の焼結金属層を介して接合され、半導体素子の表面電極と導電部材とが第2の焼結金属層を介して接合された半導体モジュールが開示されている。さらに、当該公報には、該半導体モジュールの製造方法として、半導体素子の裏面電極と回路基板とを金属粒子を含む接合材料を介して加熱加圧されて焼結接合した後、半導体素子の表面電極と導電板とを金属粒子を含む接合材料を介して加熱加圧されて焼結接合することが開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-143585, a back electrode of a semiconductor element and a circuit board are joined via a first sintered metal layer, and a front electrode of the semiconductor element and a conductive member are joined to a second sintered metal layer. A semiconductor module bonded via a connector is disclosed. Further, in this publication, as a method of manufacturing the semiconductor module, the back electrode of the semiconductor element and the circuit board are heated and pressed through a bonding material containing metal particles and sintered and bonded, and then the front electrode of the semiconductor element And a conductive plate are heated and pressed through a bonding material containing metal particles to be sintered and bonded.
しかしながら、半導体素子の裏面電極と回路基板とを焼結接合する場合、半導体素子の表面は直接的に加熱加圧される。直接的な加熱加圧は、半導体素子の破壊の要因となるダメージを半導体素子に与える可能性がある。 However, when the back electrode of the semiconductor element and the circuit board are joined by sintering, the surface of the semiconductor element is directly heated and pressurized. Direct heating and pressurization may cause damage to the semiconductor element that causes destruction of the semiconductor element.
一方で、半導体素子への直接的な加熱加圧を防ぐため、半導体素子の表面電極と導電部材との間に焼結金属層となるべき接合部材を配置し、かつ半導体素子の裏面電極と回路基板との間に焼結金属層となるべき接合部材を配置して、導電部材と回路基板との間を加熱加圧することも考えられる。 On the other hand, in order to prevent direct heating and pressurization to the semiconductor element, a bonding member to be a sintered metal layer is disposed between the surface electrode of the semiconductor element and the conductive member, and the back electrode and circuit of the semiconductor element are arranged. It is also conceivable to arrange a joining member to be a sintered metal layer between the substrate and heat and press between the conductive member and the circuit board.
しかしながら、2つの接合部材を介して積層された積層体を加熱加圧する場合、加熱加圧によって各接合部材を挟んで積層された部材間、すなわち半導体素子と導電部材間または半導体素子と回路基板間の位置ズレが生じ易いという問題があった。当該位置ズレは、焼結接合部の信頼性を低下させる要因となり得る。 However, when the laminated body laminated via two joining members is heated and pressed, between the members laminated by sandwiching each joining member by heating and pressing, that is, between the semiconductor element and the conductive member, or between the semiconductor element and the circuit board. There has been a problem that misalignment is likely to occur. The misalignment can be a factor that reduces the reliability of the sintered joint.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、焼結接合部の信頼性が高く、かつ加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A main object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a sintered joint has high reliability and damage to a semiconductor element due to pressurization is suppressed.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子、緩衝部材、および回路基板を準備する工程を備える。半導体素子は、第1面および第1面の反対側に位置する第2面を有し、第1面上に形成されている少なくとも1つの第1電極および第2面上に形成されている第2電極とを含む。本発明に係る半導体装置の製造方法は、粒径が100nm以下である焼結性金属粒子を含む第1接合部材および第2接合部材を準備する工程と、半導体素子の第1電極と緩衝部材との間に第1接合部材を配置し、半導体素子の第2電極と回路基板との間に第2接合部材とを配置して、緩衝部材、第1接合部材、半導体素子、第2接合部材および回路基板が順に積層された積層体を準備する工程と、第1接合部材および第2接合部材が焼結性金属粒子の焼結温度未満の第1温度にある積層体の緩衝部材と回路基板との間に第1圧力を印加する工程と、第1圧力を印加する工程の後に、第1接合部材および第2接合部材が焼結性金属粒子の焼結温度以上の第2温度にある積層体の緩衝部材と回路基板との間に第1圧力越えの第2圧力を印加して、第1接合部材から第1焼結性金属層を形成し、かつ第2接合部材から第2焼結性金属層を形成する工程とをさらに備える。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor element, a buffer member, and a circuit board. The semiconductor element has a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, and is formed on at least one first electrode formed on the first surface and the second surface. 2 electrodes. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing a first bonding member and a second bonding member including sinterable metal particles having a particle size of 100 nm or less, a first electrode of a semiconductor element, and a buffer member The first bonding member is disposed between the second electrode and the circuit board, and the buffer member, the first bonding member, the semiconductor element, the second bonding member, and the second bonding member are disposed between the second electrode of the semiconductor element and the circuit board. A step of preparing a laminate in which circuit boards are sequentially laminated, and a buffer member and a circuit board of the laminate in which the first joining member and the second joining member are at a first temperature lower than the sintering temperature of the sinterable metal particles, The laminated body in which the first joining member and the second joining member are at a second temperature equal to or higher than the sintering temperature of the sinterable metal particles after the step of applying the first pressure and the step of applying the first pressure. A second pressure exceeding the first pressure is applied between the buffer member and the circuit board, Further comprising from 1 junction member to form a first sintered metal layer, and a second joint member and forming a second sintered metal layer.
本発明によれば、焼結接合部の信頼性が高く、かつ加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reliability of a sintered joining part is high, and the semiconductor device with which the damage to the semiconductor element by pressurization is suppressed can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。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返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
実施の形態1.
<半導体装置の構成>
図1および図2を参照して、半導体装置100について説明する。半導体装置100は、複数の半導体素子1、複数の第1焼結金属層2、複数の第2焼結金属層3、リードフレーム4、および回路付絶縁基板5(回路基板)を主に備える。
<Configuration of semiconductor device>
The
複数の半導体素子1の各々は、任意の半導体素子であればよいが、例えばパワー半導体素子であり、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transitor)である。半導体素子1は、第1面1Aと、第1面1Aと反対側に位置する第2面1Bとを有している。半導体素子1の第1面1Aの少なくとも一部上には、第1電極(図示しない)が形成されている。第1電極の少なくとも一部は、第1焼結金属層2を介してリードフレーム4と接合されている。半導体素子1の第2面1Bの少なくとも一部上には、第2電極(図示しない)が形成されている。第2電極の少なくとも一部は、第2焼結金属層3を介して回路付絶縁基板5と接合されている。半導体素子1は高温動作可能である。半導体素子1を構成する材料は、任意の材料であればよいが、例えば炭化ケイ素(SiC)である。電極を構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、例えばアルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、および金(Au)のうちの少なくとも1つを含む。
Each of the plurality of
複数の第1焼結金属層2の各々は、1つの半導体素子1の上記第1電極とリードフレーム4との間を電気的に接続している。第1面1Aを平面視したときに、第1焼結金属層2の平面形状は任意の形状であればよいが例えば矩形状である。第1焼結金属層2の厚みは、例えば30μm以上50μm以下である。
Each of the plurality of first sintered
複数の第2焼結金属層3の各々は、1つの半導体素子1の上記第2電極と回路付絶縁基板5の第1導体51との間を電気的に接続している。第2面1Bを平面視したときに、第2焼結金属層3の平面形状は任意の形状であればよいが例えば矩形状である。第2焼結金属層3の厚みは、例えば30μm以上50μm以下である。
Each of the plurality of second
第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の各々は焼結体からなる。第1焼結金属層2および第2焼結金属層3を構成する材料は、焼結性金属であり、例えば銀(Ag)またはCuを含む。焼結性金属とは、その粉末体がその融点よりも低い温度で加熱されたときに焼結体を形成し得る金属である。第1焼結金属層2および第2焼結金属層3は、例えばAgまたはCuなどの焼結性金属粒子が分散されたペースト状の混練物であってシート状に成形された第1接合部材22および第2接合部材23(図4参照。詳細は後述する)が加熱および加圧されて得られた焼結体である。
Each of the first sintered
リードフレーム4は、複数の第1焼結金属層2の各々を介して複数の半導体素子1の各第1電極と電気的に接続されている。リードフレーム4は、第1面1Aを平面視したときに、第1焼結金属層2と重なる第1領域と、第1焼結金属層2と重ならない第2領域とを有している。リードフレーム4を構成する材料は、例えばCuおよびAlの少なくともいずれかを含む。リードフレーム4は、例えばCu合金またはAl合金からなっていてもよい。
The
回路付絶縁基板5は、第1導体51、第2導体52、および絶縁セラミックス板53を含む。絶縁セラミックス板53は、第1導体51および第2導体52に挟まれている。第1導体51は、半導体素子1を搭載している。第1導体51は、第2焼結金属層3を介して半導体素子1の上記第2電極と電気的に接続されている。第1導体51において半導体素子1と接合されている面と反対側に位置する面は絶縁セラミックス板53と接合されている。絶縁セラミックス板53において第1導体51と接合されている面と反対側に位置する面は第2導体52と接合されている。第1導体51および第2導体52を構成する材料は、導電性を有し、高い熱伝導率を有する任意の材料とすればよいが、たとえば銅(Cu)またはアルミニウム(Al)である。絶縁セラミックス板53を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ高い熱伝導性を有する任意の材料であればよいが、たとえば窒化珪素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)、およびアルミナ(Al2O3)の少なくともいずれか一つを含む材料である。
The insulating substrate with
半導体装置100は、例えば複数の半導体素子1を備えている。複数の半導体素子1の各第1電極は、1つの第1焼結金属層2を介してリードフレーム4と接合されている。複数の半導体素子1の各第2電極は、1つの第1焼結金属層2を介して回路付絶縁基板5と接合されている。言い換えると、1つのリードフレーム4は、複数の第1焼結金属層2の各々を介して複数の半導体素子1の各々の第1電極と接合されている。1つの回路付絶縁基板5は、複数の第2焼結金属層3の各々を介して複数の半導体素子1の各々の第2電極と接合されている。
The
<半導体装置の製造方法>
次に、図1〜図4を参照して、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
はじめに、複数の半導体素子1、リードフレーム4、および回路付絶縁基板5を準備する(工程(S10))。複数の半導体素子1の各々は、第1面1Aおよび第1面1Aの反対側に位置する第2面1Bを有し、第1面1A上に形成されている第1電極および第2面1B上に形成されている少なくとも1つの第2電極とを含む。リードフレーム4は、複数の半導体素子1の各第1電極と第1焼結金属層2を介して接合されるべき部分を含む。回路付絶縁基板5は第1導体51を含む。第1導体51は半導体素子1の第2電極と第2焼結金属層3を介して接合されるべき部分を含む。
First, a plurality of
次に、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材23を準備する(工程(S20))。第1接合部材22および第2接合部材23の各々は、第1有機高分子により被覆された焼結性金属粒子と、溶媒とを含む。焼結性金属粒子の粒径は100nm以下である。焼結性金属粒子は、焼結性を有する任意の金属で構成されていればよく、例えばAgまたはCuで構成されている。焼結性金属粒子の焼結温度は、例えば200℃以上500℃以下である。第1接合部材22および第2接合部材23において、焼結性金属粒子は焼結されていない。第1有機高分子を構成する材料は、例えばアミン系有機材料を含む。溶媒を構成する材料は、例えばアルコール系、グリコール系、およびグリコールエーテル系を含む有機材料混合物を含む。第1接合部材22および第2接合部材23の各々は、第1有機高分子を含んでいることにより、粘性を有している。第1接合部材22および第2接合部材23は、例えばシート状に成形されている。第1接合部材22および第2接合部材23は、例えば以下のようにして準備される。
Next, a plurality of first joining
まず、第1有機高分子よりも分子量の小さい第2有機高分子により被覆された焼結性金属粒子を含む第3接合部材および第4接合部材を準備する(工程(S21))。第3接合部材および第4接合部材の各々は、第2有機高分子により被覆された焼結性金属粒子と、溶媒とを含む。焼結性金属粒子の粒径は100nm以下である。第2有機高分子により被覆された焼結性金属粒子は、任意の方法により準備され得る。当該準備する方法の好適な一例として、有機溶媒中で焼結金属粒子を撹拌させる方法が挙げられる。第2有機高分子を構成する材料は、例えばアミン系有機材料を含む。第2有機高分子の分子量は、例えば100以上400以下である。溶媒を構成する材料は、例えばアルコール系、グリコール系、およびグリコールエーテル系を含む有機材料混合物を含む。 First, a third joining member and a fourth joining member including sinterable metal particles coated with a second organic polymer having a molecular weight smaller than that of the first organic polymer are prepared (step (S21)). Each of the third bonding member and the fourth bonding member includes sinterable metal particles coated with the second organic polymer and a solvent. The particle size of the sinterable metal particles is 100 nm or less. The sinterable metal particles coated with the second organic polymer can be prepared by any method. As a suitable example of the preparation method, there is a method of stirring sintered metal particles in an organic solvent. The material constituting the second organic polymer includes, for example, an amine organic material. The molecular weight of the second organic polymer is, for example, 100 or more and 400 or less. The material constituting the solvent includes, for example, an organic material mixture including an alcohol type, a glycol type, and a glycol ether type.
第3接合部材および第4接合部材の各々において、第2有機高分子により被覆された焼結性金属粒子は溶媒中に分散されている。第3接合部材および第4接合部材の各々は、例えばシート状に成形されている。シート状に成形された第3接合部材および第4接合部材の各々の厚みは、例えば130μm以上150μm以下である。シート状に成形された第3接合部材および第4接合部材は、第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の形状および寸法に応じて、任意の形状および任意の寸法に再成形され得る。第3接合部材および第4接合部材の各々の粘度は、例えば10Pa・s以上60Pa・s以下である。
In each of the third bonding member and the fourth bonding member, the sinterable metal particles coated with the second organic polymer are dispersed in a solvent. Each of the third joining member and the fourth joining member is formed into a sheet shape, for example. The thickness of each of the third joining member and the fourth joining member formed into a sheet shape is, for example, 130 μm or more and 150 μm or less. The third joining member and the fourth joining member formed into a sheet shape are reshaped into any shape and any size according to the shape and size of the first
次に、第3接合部材および第4接合部材を焼結温度未満の第3温度に加熱して、第1接合部材22および第2接合部材23を形成する(工程(S22))。第3接合部材および第4接合部材が焼結温度未満の第3温度に加熱されることにより、第3接合部材および第4接合部材中の溶媒が蒸発する。さらに、第3接合部材および第4接合部材が焼結温度未満の第3温度に加熱され、かつ冷却されることにより、第3接合部材および第4接合部材中の第2有機高分子の少なくとも一部が第1有機高分子に変換される。本工程(S22)は、例えば大気雰囲気下で実施される。このようにして、上記粘性を有する第1接合部材22および第2接合部材23が準備される。
Next, the third bonding member and the fourth bonding member are heated to a third temperature lower than the sintering temperature to form the
第3温度は、第3接合部材および第4接合部材中の溶媒が蒸発し得る温度であるとともに、第2有機高分子の少なくとも一部を第1有機高分子に変化させ得る温度である。第3温度での加熱時間(第3加熱時間)は、第3接合部材および第4接合部材中の溶媒が所定量以上蒸発するために要する時間である。第3温度および第3温度での加熱時間(第3加熱時間)の各々は任意に設定され得るが、第3加熱時間は例えば30分以上90分以下であるのが好ましく、このときの第3温度は例えば120℃以上150℃以下である。 The third temperature is a temperature at which the solvent in the third bonding member and the fourth bonding member can evaporate, and is a temperature at which at least a part of the second organic polymer can be changed to the first organic polymer. The heating time at the third temperature (third heating time) is a time required for the solvent in the third bonding member and the fourth bonding member to evaporate a predetermined amount or more. Each of the third temperature and the heating time at the third temperature (third heating time) can be arbitrarily set, but the third heating time is preferably, for example, not less than 30 minutes and not more than 90 minutes. The temperature is, for example, 120 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
本工程(S22)での上記加熱は、任意の方法により実施され得るが、例えば大気リフロー炉による加熱、またはオーブンによる加熱である。 Although the said heating in this process (S22) may be implemented by arbitrary methods, it is the heating by an atmospheric reflow furnace, or the heating by oven, for example.
次に、リードフレーム4、複数の第1接合部材22、複数の半導体素子1、複数の第2接合部材23および回路付絶縁基板5が順に積層された積層体を準備する(工程(S30))。複数の半導体素子1の各第1電極とリードフレーム4とは、1つの第1接合部材22を挟んで配置される。複数の半導体素子1の各第2電極と回路付絶縁基板5の第1導体51とは、1つの第2接合部材23を挟んで配置される。
Next, a laminate in which the
次に、リードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第1圧力を印加する(工程(S40))。図4に示されるように、まず、積層体は、リードフレーム4の第1接合部材22と接触している面とは反対側に位置する面が第1加圧部材110と接触され、回路付絶縁基板5の第2接合部材23と接触している面とは反対側に位置する面が第2加圧部材120と接触される。本工程(S40)での第1加圧部材110および第2加圧部材120の温度は、第1接合部材22および第2接合部材23の焼結性金属粒子の焼結温度未満の第1温度である。次に、積層体は、第1加圧部材110および第2加圧部材120によって第1面1Aに交差する方向、好ましくは第1面1Aに垂直な方向に第1圧力が第1加圧時間印加される。これにより、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材は同時に加圧される。本工程(S40)は、例えば大気雰囲気下で実施される。
Next, a first pressure is applied between the
第1圧力は例えば5MPa以下であり、好ましくは4MPa以上である。積層体を第1圧力で加圧する第1加圧時間は例えば3秒以上5秒以下である。上記第1温度は、室温以上245℃未満であり、好ましくは120℃以上160℃以下である。 The first pressure is, for example, 5 MPa or less, preferably 4 MPa or more. The 1st pressurization time which pressurizes a layered product by the 1st pressure is 3 seconds or more and 5 seconds or less, for example. The first temperature is not less than room temperature and less than 245 ° C., preferably not less than 120 ° C. and not more than 160 ° C.
図4を参照して、第1加圧部材110および第2加圧部材120は、例えばコレットおよびステージであってもよい。積層体は、第1加圧部材110としてのコレットと第2加圧部材120としてのステージとを備える加熱押圧装置において、ステージ上に配置される。回路付絶縁基板5の第2導体52は、第2接合部材23と接している面とは反対側に位置する面がステージと接触される。リードフレーム4は、第1接合部材22と接している面とは反対側に位置する面がコレットと接触される。コレットおよびステージは、例えば個別に温度が設定され得る。コレットの温度は、例えば150℃以上160℃以下である。ステージの温度は、例えば130℃以上140℃以下である。当該温度に保持されたコレットおよびステージは、積層体を上記第1圧力で上記第1荷重時間加圧する。このとき、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材23は第1温度に加熱される。
Referring to FIG. 4, the
本工程(S40)では、積層体に第1圧力を印加する前に、半導体素子1とリードフレーム4との間、および半導体素子1と回路付絶縁基板5との間の第1面1Aに沿った方向におけるアライメントが実施されるのが好ましい。
In this step (S40), before applying the first pressure to the stacked body, along the
次に、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材23を焼結させる(工程(S50))。本工程(S50)は、先の工程(S40)と連続して実施され得る。本工程(S50)では、上記積層体の第1接合部材22および第2接合部材23は焼結温度以上の第2温度に加熱され、かつリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に上記第1圧力越えの第2圧力が印加される。本工程(S50)での積層体に対する加熱および加圧は、リードフレーム4の第1接合部材22と接触している面とは反対側に位置する面に接触される第1加圧部材110、および回路付絶縁基板5の第2接合部材23と接触している面とは反対側に位置する面に接触される第2加圧部材120により実施され得る。
Next, the plurality of first joining
本工程(S50)は、例えば、第1接合部材22および第2接合部材23が焼結温度未満の温度にある上記積層体のリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第2圧力が印加される第1工程と、第2圧力が印加された状態で第1接合部材22および第2接合部材23を上記焼結温度以上の第2温度にまで加熱する第2工程と、第1接合部材22および第2接合部材23が焼結温度以上の第2温度にある上記積層体のリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第2圧力が印加される第3工程とを含む。第1工程、第2工程、および第3工程は、連続して実施される。第2工程および第3工程において、第1接合部材22および第2接合部材23への加熱は、上記積層体に第2圧力を印加している第1加圧部材110および第2加圧部材120によって実施され得る。
In this step (S50), for example, the second pressure is applied between the
また、本工程(S50)は、例えば、圧力が印加されていない積層体の第1接合部材22および第2接合部材23を上記焼結温度以上の第2温度にまで加熱する第4工程と、第1接合部材22および第2接合部材23が焼結温度以上の第2温度にある上記積層体のリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第2圧力が印加される第5工程とを含んでいてもよい。第4工程および第5工程は、連続して実施される。第4工程および第5工程において、第1接合部材22および第2接合部材23への加熱は、上記積層体に第2圧力を印加可能な第1加圧部材110および第2加圧部材120によって実施され得る。
Moreover, this process (S50), for example, the 4th process of heating the
第2温度は焼結温度以上であればよいが、例えば245℃以上275℃以下である。第2圧力は例えば20MPa以上40MPa以下である。第2圧力で加圧される時間(第2加圧時間)は例えば60秒以上120秒以下である。 Although 2nd temperature should just be more than sintering temperature, it is 245 degreeC or more and 275 degrees C or less, for example. The second pressure is, for example, 20 MPa or more and 40 MPa or less. The time for pressurization with the second pressure (second pressurization time) is, for example, 60 seconds or more and 120 seconds or less.
これにより、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材は同時に加熱および加圧され、第1焼結金属層2および第2焼結金属層3が同時に形成される。本工程(S50)は、例えば大気雰囲気下で実施される。
Thereby, the plurality of first joining
本工程(S50)においても、積層体は図4に示される加熱加圧装置により加熱および加圧され得る。第1加圧部材110としてのコレットの温度は、例えば255℃以上275℃以下である。第2加圧部材120としてのステージの温度は、例えば245℃以上265℃以下である。当該温度に保持されたコレットおよびステージは、積層体のリードフレーム4および回路付絶縁基板5の第2導体に接触すると同時に、積層体を上記第2圧力で上記第2処理時間加圧する。これにより、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材23は、加圧されながら焼結温度以上に加熱される。
Also in this process (S50), a laminated body can be heated and pressurized with the heating-pressing apparatus shown by FIG. The temperature of the collet as the
<作用効果>
実施の形態1に係る半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子1、緩衝部材、および回路付絶縁基板5を準備する工程(S10)と、粒径が100nm以下である焼結性金属粒子と、第1有機高分子とを含む、第1接合部材22および第2接合部材23を準備する工程(S20)と、リードフレーム4、第1接合部材22、半導体素子、第2接合部材23および回路付絶縁基板5が順に積層された積層体を準備する工程(S30)と、リードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第1圧力を印加する工程(S40)と、焼結金属粒子を焼結させて第1焼結金属層2および第2焼結金属層3を形成する工程(S50)とを備える。工程(S30)では、半導体素子の第1電極とリードフレーム4との間に第1接合部材22が、半導体素子の第2電極と回路付絶縁基板5との間に第2接合部材23が配置される。工程(S50)では、第1接合部材22および第2接合部材23は、焼結温度以上の第2温度に加熱されかつ第1圧力越えの第2圧力が印加される。第2圧力は、リードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に印加される。
<Effect>
The method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes a step (S10) of preparing a plurality of
このようにすれば、工程(S50)では、第1接合部材22および第2接合部材23を介して、半導体素子1、リードフレーム4および回路付絶縁基板5を一括して焼結接合することができる。工程(S50)では、第2圧力がリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に印加される。そのため、半導体素子1と第1加圧部材110との間に配置されている第1接合部材22およびリードフレーム4と、半導体素子1と第2加圧部材120との間に配置されている第2接合部材23および回路付絶縁基板5とは、半導体素子1に対する緩衝材として作用し得る。その結果、上記半導体装置の製造方法によれば、工程(S50)で比較的強い第2圧力が積層体に印加されても、半導体素子1の破壊および半導体素子1の信頼性を低下させるようなダメージが半導体素子1に加えられることが防止されている。なお、第1接合部材22、第2接合部材23、リードフレーム4および回路付絶縁基板5による緩衝作用の程度はこれらの厚みおよび材料などに応じて適宜設定され得る。また、半導体素子1は加圧部材により直接押圧されないため、直接押圧される場合と比べて異物の付着が防止されている。
In this way, in the step (S50), the
さらに、工程(S50)では、20MPa以上40MPa以下と、従来の半導体装置の製造方法の焼結結合工程と比べて比較的強い第2圧力が第1接合部材22および第2接合部材23に印加された状態で、焼結性金属粒子が焼結される。そのため、工程(S50)により形成される第1焼結金属層2および第2焼結金属層3は、数MPaの圧力が印加された状態で焼結された焼結金属層と比べて、信頼性が高い。
Furthermore, in the step (S50), a relatively strong second pressure is applied to the first joining
さらに、工程(S40)では、積層体のリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に第1圧力が印加されることにより、半導体素子1とリードフレーム4とが第1接合部材22により接続されるとともに、半導体素子1と回路付絶縁基板5とが第2接合部材23により接続される。工程(S20)で分子量が比較的大きい第1有機高分子を含む第1接合部材22および第2接合部材23を準備しておくことで、工程(S40)では、第1接合部材22の粘性によって、第1接合部材22を介して接続された半導体素子1とリードフレーム4との間の第1面1Aに沿った方向における相対的な位置関係が保持され得る。同様に、第2接合部材23の粘性によって、第2接合部材23を介して接続された半導体素子1と回路付絶縁基板5との間の第1面1Aに沿った方向における相対的な位置関係が保持され得る。そのため、工程(S40)において第1圧力を印加する前にこれらの相対的な位置を適切に調整しておくことで、工程(S50)では、半導体素子1とリードフレーム4との間および半導体素子1と回路付絶縁基板5との間の位置ズレを抑制でき、適切な位置に配置された半導体素子1、リードフレーム4、および回路付絶縁基板5を焼結結合することができる。そのため、実施の形態1に係る半導体装置では、上記工程(S40)を備えない半導体装置の製造方法により製造された半導体装置と比べて、焼結接合部の信頼性が高い。
Further, in the step (S40), the
好ましくは、上記半導体装置の製造方法において、第1接合部材22および第2接合部材23を準備する工程(S20)では、第1有機高分子よりも分子量の小さい第2有機高分子により被覆された焼結性金属粒子を含む第3接合部材および第4接合部材を準備する工程(S21)と、第3接合部材および第4接合部材を焼結温度未満の第3温度に加熱して第2有機高分子の少なくとも一部を第1有機高分子とし、第1接合部材22および第2接合部材23を形成する工程(S22)とを含む。
Preferably, in the method of manufacturing the semiconductor device, in the step of preparing the
このようにすれば、任意の方法により準備された第3接合部材および第4接合部材を用いて、所定の分子量を有する第1有機高分子を含む第1接合部材22および第2接合部材23を容易に作製することができる。
If it does in this way, the
好ましくは、上記半導体装置の製造方法において、第1圧力を印加する工程(S40)では、第1接合部材22および第2接合部材23を焼結温度未満の第1温度に加熱する。このようにすれば、工程(S40)において第1接合部材22および第2接合部材23が第1温度に加熱されない場合と比べて、仮付け時の密着性が向上するため、焼結時の位置ズレを防止することができる。
Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of applying the first pressure (S40), the
好ましくは、上記半導体装置の製造方法において、第1温度は155℃以下、第1圧力は4MPa以上5MPa以下、第2温度は245℃以上275℃以下、第2圧力は20MPa以上40MPa以下である。 Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the first temperature is 155 ° C. or lower, the first pressure is 4 MPa or higher and 5 MPa or lower, the second temperature is 245 ° C. or higher and 275 ° C. or lower, and the second pressure is 20 MPa or higher and 40 MPa or lower.
第1温度が155℃以下であることにより、工程(S40)において焼結性金属粒子を焼結させることなく仮付け時の密着性を向上させて焼結時の位置ズレを防止することができる。 When the first temperature is 155 ° C. or lower, it is possible to improve the adhesion at the time of temporary attachment without sintering the sinterable metal particles in the step (S40) and to prevent misalignment at the time of sintering. .
第1圧力が4MPa以上であることにより、工程(S40)において第1接合部材22を介して接続された半導体素子1とリードフレーム4との間の第1面1Aに沿った方向における相対的な位置関係、および第2接合部材23を介して接続された半導体素子1と回路付絶縁基板5との間の第1面1Aに沿った方向における相対的な位置関係を適切に保持し得る。第1圧力が5MPa超えであると第1接合部材22および第2接合部材23を介した金属間焼結が開始されるが、第1圧力が適切な金属間焼結の実現のために必要とされる圧力値に満たない場合には、金属粒子間の隙間が埋めきれず、接合部は空隙を多く含んだ状態となる。また、工程(S40)を行わずに工程(S50)を行う場合、すなわち第1圧力として適切な金属間焼結の実現のために必要とされる圧力値を印加してしまう場合には、工程(S50)における加圧途中で上記位置ズレが発生する可能性がある。これに対し、工程(S40)において5MPa以下の第1圧力で加圧された後に工程(S50)が実施されることにより、半導体素子1とリードフレーム4との間および半導体素子1と回路付絶縁基板5との間の位置ズレを抑制でき、適切な位置に配置された半導体素子1、リードフレーム4、および回路付絶縁基板5を焼結結合することができる。
When the first pressure is 4 MPa or more, the relative pressure in the direction along the
第2温度が245℃以上であることにより、第1接合部材22および第2接合部材23の焼結性金属粒子を焼結させることができる。第2温度を275℃以下とすることにより、第2温度を275℃超えとする場合と比べて、積層体を構成する各部材に対し加熱による影響、例えば構成材料の変質など、を抑制することができる。
When the second temperature is 245 ° C. or higher, the sinterable metal particles of the first joining
第2圧力が20MPa以上であることにより、工程(S50)により形成される第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の信頼性は十分に高められる。なお、上述のように、第2圧力はリードフレーム4と回路付絶縁基板5との間に印加され、このとき第1接合部材22およびリードフレーム4が緩衝材として作用する。これにより、第2圧力が20MPa以上40MPa以下であっても、加圧による半導体素子1へのダメージは抑制されている。
When the second pressure is 20 MPa or more, the reliability of the first
好ましくは、上記半導体装置の製造方法において、焼結金属層を形成する工程(S50)では、第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の各々の厚みが30μm以上50μm以下とされる。
Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of forming a sintered metal layer (S50), each of the first
第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の各々の厚みが30μm以上であることにより、該厚みが30μm未満である場合と比べて、第1焼結金属層2および第2焼結金属層3は、上記垂直な方向への圧力に対する緩衝材として効果的に作用し得る。
Since the thickness of each of the first
第1焼結金属層2および第2焼結金属層3の各々の厚みが50μm以下であることにより、該厚みが50μm超えである場合と比べて、第1焼結金属層2および第2焼結金属層の熱膨張を抑制することができる。そのため、半導体素子1の発熱に伴い半導体素子1と第1焼結金属層2および第2焼結金属層3との接合界面に印加される熱応力を低減することができ、該熱応力により該接合界面が破壊されるリスクを低減することができる。
When the thickness of each of the first
上記半導体装置の製造方法において、緩衝部材はリードフレーム4を有する。リードフレーム4は、複数の半導体素子1の各第1電極と第1焼結金属層2を介して接合されるべき部分を含む。そのため、工程(S30)において複数の半導体素子1の各々とリードフレーム4とが1つの第1接合部材22を挟んで配置された積層体が準備され、該積層体に対し工程(S40)および工程(S50)が実施されることにより、複数の半導体素子1の各々は、1つの第1焼結金属層2を介してリードフレーム4に同時に接合され得る。
In the semiconductor device manufacturing method, the buffer member has the
なお、第1焼結金属層2は、少なくとも1以上の第1接合部材22により構成されていればよい。同様に、第2焼結金属層3は、少なくとも1以上の第2接合部材23により構成されていればよい。
In addition, the 1st sintered
実施の形態2.
<半導体装置の構成>
次に、図5および図6を参照して、実施の形態2に係る半導体装置101について説明する。実施の形態2に係る半導体装置101は、実施の形態1に係る半導体装置100と基本的に同様の構成を備えるが、緩衝部材としてリードフレームに代えて複数の板状部材6を備え、さらに配線部材としてリードフレームに代えて複数のワイヤ7を備える点で異なる。複数の板状部材6の各々は、リードフレーム4(図1および図2参照)と基本的に同様の構成を備えるが、1つの第1焼結金属層2を介して1つの半導体素子1の第1電極のみと電気的に接続されている点で異なる。
<Configuration of semiconductor device>
Next, the
複数の板状部材6の各々は、第1面1Aを平面視したときに、第1焼結金属層2と重なる第3領域のみを有し、第1焼結金属層2と重ならない領域を有していない。板状部材6を構成する材料は、例えばCuおよびAlの少なくともいずれかを含む。板状部材6は、例えばCu合金またはAl合金からなっていてもよい。
Each of the plurality of plate-
<半導体装置の製造方法>
次に、図7を参照して、実施の形態2に係る半導体装置101の製造方法について説明する。実施の形態2に係る半導体装置101の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法と基本的に同様の構成を備えるが、リードフレーム4に代えて複数の板状部材6が準備される点、および第1焼結金属層2および第2焼結金属層3を形成する工程(S50)の後に、工程(S50)により得られた接合体の板状部材6に配線部材としてのワイヤ7をボンディングする工程(S60)をさらに備えている点で異なる。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the
上記工程(S10)では、複数の半導体素子1、複数の板状部材6、および回路付絶縁基板5が準備される。
In the step (S10), a plurality of
上記工程(S30)では、複数の板状部材6、複数の第1接合部材22、複数の半導体素子1、複数の第2接合部材23および回路付絶縁基板5が順に積層された積層体が準備される。複数の半導体素子1の各第1電極と複数の板状部材6の各々とは、1つの第1接合部材22を挟んで配置される。
In the step (S30), a laminate is prepared in which a plurality of plate-
上記工程(S40)および工程(S50)では、複数の板状部材6と回路付絶縁基板5との間に第1圧力および第2圧力が印加される。第1加圧部材110は、複数の板状部材6の各々の第1接合部材22と接触している面とは反対側に位置する面に接触される。工程(S50)において、複数の第1接合部材22および複数の第2接合部材23の温度が焼結温度以上に加熱され、かつ複数の板状部材6と回路付絶縁基板5との間に第2圧力が印加されることにより、第1接合部材22から第1焼結金属層2が、第2接合部材23から第2焼結金属層3が形成される。これにより複数の半導体素子1の各第1電極と複数の板状部材6の各々とは、1つの第1焼結金属層2を介して接合される。複数の半導体素子1の各第2電極と回路付絶縁基板5とは、1つの第2焼結金属層3を介して接合される。
In the step (S40) and the step (S50), the first pressure and the second pressure are applied between the plurality of plate-
ワイヤボンディングを行う工程(S60)では、複数の半導体素子1の各第1電極と複数の各第1焼結金属層2を介して接合された複数の板状部材6に対してワイヤボンディングが行われる。ワイヤボンディングは、所定の方法により保持された上記接合体の複数の板状部材6に対して行われる。これにより、複数の板状部材6間がワイヤ7により電気的に接続される。
In the wire bonding step (S60), wire bonding is performed on the plurality of plate-
<作用効果>
実施の形態2に係る半導体装置101の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法と基本的に同様の構成を備えている。そのため、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法と同様の効果を奏することができる。
<Effect>
The manufacturing method of the
さらに、上記工程(S60)を備えていることにより、複数の板状部材6のうち任意の板状部材6間をワイヤ7により電気的に接続することができる。このとき、ワイヤボンディングされる板状部材6には、ワイヤボンディングにより圧力および超音波振動などが印加される。一方、半導体素子1には、当該圧力および超音波振動などは直接印加されず、板状部材6および第1焼結金属層2を介して印加される。そのため、半導体素子の第1電極に直接ワイヤが接合されている半導体装置と比べて、半導体装置101は、加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている。
Furthermore, by providing the step (S60), any plate-
さらに、上述のように、上記工程(S40)および上記工程(S50)において半導体素子1への加圧によるダメージが抑制されている。つまり、上記工程(S60)では、それまでの工程において加圧によるダメージが抑制されている半導体素子1に対して、ワイヤボンディングによる圧力および超音波振動などが間接的に印加される。そのため、回路付絶縁基板と焼結結合された半導体素子の第1電極に直接ワイヤが接合されている半導体装置と比べて、半導体装置101は、加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている。これにより、半導体装置101では、板状部材6とワイヤ7との接合部の信頼性を十分に確保し得るように、ワイヤボンディング条件を設定し得る。そのため、半導体装置101は、回路付絶縁基板と焼結結合された半導体素子の第1電極に直接ワイヤが接合されている半導体装置と比べて、信頼性が向上されている。
Further, as described above, damage to the
なお、半導体装置101では、複数の半導体素子1の各第1面1Aと回路付絶縁基板5との間の上記垂直な方向における距離が異なっていてもよい。半導体装置101では、各板状部材6の第1焼結金属層2と接合されている面とは反対側に位置する上面と回路付絶縁基板5との間の上記垂直な方向における距離が異なっていてもよい。
In the
この場合、半導体装置101の製造方法において上記工程(S40)および上記工程(S50)では、例えば図8に示されるように複数の板状部材6の各々と回路付絶縁基板5との間で個別に第1圧力および第2圧力が印加される。このとき、第1加圧部材110は1つの板状部材6の上記上面に接触される。また、例えば複数の板状部材6のうち、上記上面と回路付絶縁基板5との間の上記距離の等しい少なくとも1以上の板状部材6と回路付絶縁基板5との間で第1圧力および第2圧力が印加されてもよい。このとき、第1加圧部材110は各板状部材6の上記上面と回路付絶縁基板5との間の上記距離の等しい少なくとも1以上の板状部材6に接触される。このようにしても、上記半導体装置101の製造方法と同様の効果を奏することができる。
In this case, in the manufacturing method of the
実施の形態3.
<半導体装置の構成>
次に、図9および図10を参照して、実施の形態3に係る半導体装置102について説明する。実施の形態3に係る半導体装置102は、実施の形態1に係る半導体装置100と基本的に同様の構成を備えるが、緩衝部材としてリードフレームに代えて複数の板状部材6を備え、さらに配線部材としてリードフレームに代えて複数のリボン8を備える点で異なる。つまり、実施の形態3に係る半導体装置102は、実施の形態2に係る半導体装置101と基本的に同様の構成を備えるが、配線部材としてワイヤ7に代えてリボン8を備える点で異なる。
<Configuration of semiconductor device>
Next, the
複数の板状部材6の各々は、第1面1Aを平面視したときに、第1焼結金属層2と重なる第3領域のみを有し、第1焼結金属層2と重ならない領域を有していない。板状部材6を構成する材料は、例えばCuおよびAlの少なくともいずれかを含む。板状部材6は、例えばCu合金またはAl合金からなっていてもよい。
Each of the plurality of plate-
<半導体装置の製造方法>
次に、図11を参照して、実施の形態3に係る半導体装置102の製造方法について説明する。実施の形態3に係る半導体装置102の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法と基本的に同様の構成を備えるが、リードフレーム4に代えて複数の板状部材6が準備される点、および第1焼結金属層2および第2焼結金属層3を形成する工程(S50)の後に、工程(S50)により得られた接合体の板状部材6にリボンボンディングを行う工程(S70)をさらに備えている点で異なる。つまり、実施の形態3に係る半導体装置102の製造方法は、実施の形態2に係る半導体装置101の製造方法と基本的に同様の構成を備えるが、ワイヤボンディングを行う工程に代えてリボンボンディングを行う工程(S70)を備える点で異なる。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the
リボンボンディングを行う工程(S70)では、複数の半導体素子1の各第1電極と複数の各第1焼結金属層2を介して接合された複数の板状部材6に対してリボンボンディングが行われる。リボンボンディングは、所定の方法により保持された上記接合体の複数の板状部材6に対して行われる。これにより、複数の板状部材6間がリボン8により電気的に接続される。
In the ribbon bonding step (S70), ribbon bonding is performed on the plurality of plate-
<作用効果>
実施の形態3に係る半導体装置102の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と基本的に同様の構成を備えている。そのため、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法と同様の効果を奏することができる。
<Effect>
The method for manufacturing the
さらに、上記工程(S70)を備えていることにより、複数の板状部材6のうち任意の板状部材6間をリボン8により電気的に接続することができる。このとき、リボンボンディングされる板状部材6には、リボンボンディングにより圧力および超音波振動などが印加される。一方、半導体素子1には、当該圧力および超音波振動などは直接印加されず、板状部材6および第1焼結金属層2を介して印加される。そのため、半導体素子の第1電極に直接リボンが接合されている半導体装置と比べて、半導体装置102は、加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている。
Furthermore, by providing the step (S70), any plate-
さらに、上述のように、上記工程(S40)および上記工程(S50)において半導体素子1への加圧によるダメージが抑制されている。つまり、上記工程(S70)では、それまでの工程において加圧によるダメージが抑制されている半導体素子1に対して、リボンボンディングによる圧力および超音波振動などが間接的に印加される。そのため、回路付絶縁基板と焼結結合された半導体素子の第1電極に直接リボンが接合されている半導体装置と比べて、半導体装置102は、加圧による半導体素子へのダメージが抑制されている。これにより、半導体装置102では、板状部材6とリボン8との接合部の信頼性を十分に確保し得るように、リボンボンディング条件を設定し得る。そのため、半導体装置102は、回路付絶縁基板と焼結結合された半導体素子の第1電極に直接リボンが接合されている半導体装置と比べて、信頼性が向上されている。
Further, as described above, damage to the
実施の形態4.
<半導体モジュールの構成>
次に、図12を参照して、実施の形態4に係る半導体モジュール200について説明する。半導体モジュール200は、半導体装置100,101,102の少なくともいずれかを備える。図12は、半導体装置101を備える半導体モジュール200の断面図である。
<Configuration of semiconductor module>
Next, a
図12に示されるように、回路付絶縁基板5の第2導体52は、放熱部9とはんだ10を介して接合されている。回路付絶縁基板5は、絶縁セラミックス板53において第2導体52と接合されている面とは反対側に位置する面上に接合されている、第1導体51および第3導体54を有している。第1導体51は、複数の第2焼結金属層3の各々を介して複数の半導体素子1の各第2電極と接合されている。第3導体54は、第1面1Aに沿った方向において第1導体51と間隔を隔てて配置されている。第3導体54は、外部電極端子11とはんだ12を介して接合されている。半導体装置101は、放熱部9および放熱部9に接続された蓋部13の内側に形成される空間内に配置されている。当該空間には、封止体14が充填されている。つまり、半導体装置101は、封止体14により封止されている。蓋部13には、外部電極端子11を挿通するための貫通孔が形成されている。外部電極端子11の一部は、蓋部13の外部に配置されている。放熱部9を構成する材料は、封止体14を構成する材料よりも熱伝導率が高く、例えばCuまたはAlなどである。外部電極端子11を構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよく、例えばCuまたはAlなどである。蓋部13を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよく、例えば樹脂である。封止体14を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよく、例えばシリコーンゲルである。
As shown in FIG. 12, the
<作用効果>
半導体モジュール200は、上述した半導体装置101を備えているため、信頼性が高い。同様に、半導体モジュール200は、上述した半導体装置100または半導体装置102を備えている場合であっても、信頼性が高い。
<Effect>
Since the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体素子、1A 第1面、1B 第2面、2 第1焼結金属層、3 第2焼結金属層、4 リードフレーム、5 回路付絶縁基板、6 板状部材、7 ワイヤ、8 リボン、9 放熱部、10,12 はんだ、11 外部電極端子、13 蓋部、14 封止体、22 第1接合部材、23 第2接合部材、51 第1導体、52 第2導体、53 絶縁セラミックス板、54 第3導体、100,101,102 半導体装置、110 第1加圧部材、120 第2加圧部材、200 半導体モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体素子は、第1面および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、前記第1面上に形成されている少なくとも1つの第1電極および前記第2面上に形成されている第2電極とを含み、
粒径が100nm以下である焼結性金属粒子を含む第1接合部材および第2接合部材を準備する工程と、
前記半導体素子の前記第1電極と前記緩衝部材との間に前記第1接合部材を配置し、前記半導体素子の前記第2電極と前記回路基板との間に前記第2接合部材とを配置して、前記緩衝部材、前記第1接合部材、前記半導体素子、前記第2接合部材および前記回路基板が順に積層された積層体を準備する工程と、
前記第1接合部材および前記第2接合部材が前記焼結性金属粒子の焼結温度未満の第1温度にある前記積層体の前記緩衝部材と前記回路基板との間に第1圧力を印加する工程と、
前記第1圧力を印加する工程の後に、前記第1接合部材および前記第2接合部材が前記焼結性金属粒子の焼結温度以上の第2温度にある前記積層体の前記緩衝部材と前記回路基板との間に前記第1圧力越えの第2圧力を印加して、前記第1接合部材から第1焼結性金属層を形成し、かつ前記第2接合部材から第2焼結性金属層を形成する工程とをさらに備える、半導体装置の製造方法。 A step of preparing a semiconductor element, a buffer member, and a circuit board;
The semiconductor element has a first surface and a second surface located opposite to the first surface, and is formed on at least one first electrode formed on the first surface and the second surface. A second electrode being
Preparing a first joining member and a second joining member including sinterable metal particles having a particle size of 100 nm or less;
The first bonding member is disposed between the first electrode of the semiconductor element and the buffer member, and the second bonding member is disposed between the second electrode of the semiconductor element and the circuit board. Preparing a laminate in which the buffer member, the first joining member, the semiconductor element, the second joining member, and the circuit board are sequentially laminated;
A first pressure is applied between the buffer member and the circuit board of the laminate in which the first joining member and the second joining member are at a first temperature lower than the sintering temperature of the sinterable metal particles. Process,
After the step of applying the first pressure, the buffer member and the circuit of the laminate in which the first joining member and the second joining member are at a second temperature equal to or higher than the sintering temperature of the sinterable metal particles. A second pressure exceeding the first pressure is applied to the substrate to form a first sinterable metal layer from the first joint member, and a second sinterable metal layer from the second joint member And a step of forming a semiconductor device.
前記第1接合部材および前記第2接合部材を準備する工程では、
前記第1有機高分子よりも分子量の小さい第2有機高分子により被覆された前記焼結性金属粒子を含む第3接合部材および第4接合部材を準備する工程と、
前記第3接合部材および前記第4接合部材を前記焼結温度未満の第3温度に加熱して前記第2有機高分子の少なくとも一部を前記第1有機高分子に変換する工程とを含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The first joining member and the second joining member include a first organic polymer,
In the step of preparing the first joining member and the second joining member,
Preparing a third joining member and a fourth joining member including the sinterable metal particles coated with a second organic polymer having a molecular weight smaller than that of the first organic polymer;
Heating the third joining member and the fourth joining member to a third temperature lower than the sintering temperature to convert at least a part of the second organic polymer into the first organic polymer, A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第2温度は245℃以上275℃以下であり、前記第2圧力は20MPa以上30MPa以下の圧力である、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 The first temperature is 135 ° C. or more and 155 ° C. or less, the first pressure is 4 MPa or more and 5 MPa or less,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second temperature is 245 ° C. or more and 275 ° C. or less, and the second pressure is a pressure of 20 MPa or more and 30 MPa or less.
前記焼結金属層を形成する工程の後に、前記板状部材に配線部材をボンディングする工程をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The buffer member has a plate-like member,
The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 1-4 further equipped with the process of bonding a wiring member to the said plate-shaped member after the process of forming the said sintered metal layer.
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