JP3823974B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の両側を一対の金属体で挟んでなり、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置およびその製造方法に関する。

図１３に従来における半導体装置の一例を示す。図１３では、半導体装置の側面を透過して見たときにおける半導体装置の内部構造を示している。図１３に示すように、従来より、半導体素子１と、半導体素子１の裏面２側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体３と、半導体素子１の表面４側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体５と、半導体素子１の表面４と第２の金属体５との間に設けられた第３の金属体６と、半導体素子１、第１の金属体３および第２の金属体５を包み込むように封止するモールド樹脂７とを備えた半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

なお、図中の半導体装置は、２つの半導体素子１ａ、１ｂと２つの第３の金属体６ａ、６ｂとを有している。

第１の金属体３と半導体素子１は第１の接合材８により接合され、半導体素子１と第３の金属体６は第２の接合材９により接合され、第３の金属体６と第２の金属体５は第３の接合材１０により接合されている。また、第１〜第３の接合材８〜１０としては、例えば、半田が用いられている。

半導体素子１は、図示しないが、表面４の周辺部にボンディングパッドが設けられており、表面４の中央部に、ボンディングパッドとは異なる電極である主電極が設けられている。そして、ボンディングパッドは、図示しない端子とワイヤボンディングされ、主電極は、第３の金属体６を介して、第２の金属体５と電気的に接続されている。

第３の金属体６は、主電極と第２の金属体５とを電気的に導通させ、半導体素子１で発生した熱を第２の金属体５に放熱させるためのものである。このため、第３の金属体６は、一般に、半導体素子１の表面４に対して垂直な方向から見たときの大きさが、半導体素子１の主電極と同等もしくはそれよりも小さい。

また、半導体素子１の表面４に配置された第２の接合材９も、主電極からはみ出さないように、半導体素子１の表面４に対して垂直な方向から見たときの大きさが、半導体素子１の主電極と同等もしくはそれよりも小さくなっている。
特開２００１−１５６２２５号公報

上記した構造の半導体装置は、例えば、以下の方法により製造される。

まず、第１の金属体３と半導体素子１と第３の金属体６とを接合する工程を行う。すなわち、第１の金属体３の上に、半田箔（第１の接合材８）と、半導体素子１と、半田箔（第２の接合材９）と、第３の金属体６とを積層する（図１３参照）。その後、加熱装置（リフロー装置）によって、上記半田箔を溶融させることで、第１の金属体３と半導体素子１、半導体素子１と第３の金属体６を接合する。

そして、半導体素子１の図示しないボンディングパッドと端子とをワイヤボンディングする工程を行う。

次に、第３の金属体６に第２の金属体５を積層する工程を行う。すなわち、第３の金属体６の上に、半田箔（第３の接合材１０）と、第２の金属体５とを積層する。また、第１の金属体３と第２の金属体５との間であって、半導体素子１および第３の金属体６が配置されていない領域に保持治具（スペーサ）を配置する。

その後、第３の金属体６と第２の金属体５を接合する工程（最終的な全体の接合をする工程）を行う。すなわち、積層された第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を、加熱装置（リフロー装置）で加熱することで、全体の温度を半田の融点以上の温度とし、上記半田箔を溶融させる。このとき、第１の金属体３と第２の金属体５を押し合わせるように、第１の金属体３と第２の金属体５に対して、応力を加える。

そして、全体の温度を半田の融点以下の温度とすることで、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を接合する。その後、スペーサを取り外す。

続いて、接合された第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５をモールド樹脂７により封止する工程を行う。以上の方法により、上記した構造の半導体装置が製造される。

しかし、上記した製造方法では、半導体素子１の表面４に配置された半田９が、半導体素子１の主電極からはみ出ることで、半導体素子１の表面４と裏面２が短絡し、半導体素子１が動作不良となる場合が生じるという問題がある。また、上記した方法により製造された半導体装置では、製品寿命が短いものが存在するという問題がある。

そこで、本発明者らがこれらの問題を解決するために、原因を検討したところ、以下のことが原因であると推測される。

第３の金属体６の上に、半田箔と、第２の金属体５とを積層して、半田箔を溶融させることで、最終的に、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を接合する工程では、第１の金属体３と第２の金属体５との間に、スペーサを配置した状態で、それらを接合している。このため、第１の金属体３と第２の金属体５との間隔は、設定の大きさとなる。

しかし、第１の金属体３と第３の金属体６との間には、このようなスペーサが配置されていないため、第３の金属体６が自由に動いてしまう。すなわち、第３の金属体６が第１、第２の金属体５に対して垂直な方向に移動したり、第３の金属体６が第１の金属体３に対して傾いたりしてしまう。

ここで、図１４に接合時に第３の金属体６が動いた場合の第１の金属体３と第２の金属体５との間の様子を示す。

図１４の右側に示すように、第３の金属体６が第１の金属体３側に移動した場合、第３の金属体６と第１の金属体３との間隔３１が、図１３に示される設定間隔３２よりも小さくなる。この場合、半導体素子１と第３の金属体６との間の半田（第２の接合材）９が半導体素子１の主電極からはみ出す。そして、このはみ出した半田９がボンディングパッドまで到達すると、主電極とボンディングパッドとの間が短絡したり、隣り合うボンディングパッド同士間が短絡したりしてしまう。さらに、はみ出した半田が第１の金属体３まで到達すると、半導体素子１の表面４と裏面２とが短絡してしまう。このため、半導体素子１が動作不良となってしまう。

また、図１４の左側に示すように、第３の金属体６が第１の金属体３に対して、角度θ_１で傾いた場合、第３の金属体６の傾きθ１が半導体素子１の第１の金属体３に対する傾きθ_２と異なっていると、半田（第２の接合材）９の一端側の厚さ３３が、設定厚さ３２よりも薄くなり、他端側の厚さ３４が設定厚さ３２よりも厚くなってしまう。すなわち、半田（第２の接合材）９の一端側の厚さ３３と、他端側の厚さ３４とに差が生じてしまう。

ここで、一般に、半田は応力緩和層としての機能を有すると考えられている。このため、半田が薄い部分では、半田の量が少なく、例えば、第３の金属体６と半導体素子１との間での熱膨張係数の差によって生じる応力が緩和され難く、応力が集中すると推測される。

したがって、図１４の左側に示すように、半田（第２の接合材）９の一端側の薄い部分では、他端側の厚い部分と比較して、半導体素子１の主電極（積層）の中、主電極と半田との接合面、もしくは半田の中にクラックが発生しやすく、クラックの進行が加速しやすい。また、半導体素子１の主電極内や、主電極と半田との間で剥離が生じやすく、剥離の進行が加速しやすい。

なお、図１４の右側に示すように、第３の金属体６が第１の金属体３側に移動し、第３の金属体６と第１の金属体３との間隔が設定間隔よりも小さくなって、半田（第２の接合材）９の全体が薄くなった場合においても、同様である。

このため、半田（第２の接合材）９が、全体もしくは一部で、設定の厚さ３２よりも薄くなってしまった場合では、半導体装置の寿命が短くなってしまう。

本発明は、上記点に鑑み、最終的な接合時に第３の金属体６が自由に動くことに起因する半導体素子１の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供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に記載の発明では、第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、半導体素子（１）、第２の接合材（９）、第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および第２の金属体（５）を用意する工程と、第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、半導体素子（１）、第２の接合材（９）、第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および第２の金属体（５）を順に積層した状態とし、かつ、第１の金属体（３）と第２の金属体（５）との間であって、半導体素子（１）が配置された領域を除く領域に、第１の金属体（３）と第３の金属体（６）とを保持する保持治具（２１）を配置する工程とを有し、第３の金属体（６）を用意する工程では、積層した状態の第３の金属体（６）を、半導体素子（１）の表面（４）に対して略垂直な方向から見たとき、半導体素子（１）と対向し、半導体素子（１）と接合される第１の領域（１１）と、第３の金属体（６）の外周に位置し、半導体素子（１）からはみ出ている第２の領域（１２）とを備え、第１の領域（１１）が第２の領域（１２）よりも半導体素子（１）に向かって突出することで、第２の領域（１２）が第１の領域（１１）よりも薄くなっている形状の第３の金属体（６）を用意し、保持治具（２１）を配置する工程では、第１の領域（１１）から離れた位置で第３の金属体（６）の第２の領域（１２）を保持させるように、保持治具（２１）を配置することを第１の特徴としている。

本発明によれば、第１の金属体、半導体素子、第３の金属体、第２の金属体の最終的な接合時において、第３の金属体が自由に動くのを抑制することができる。そして、第３の金属体と第１の金属体との間隔が所定の大きさとなるように、かつ、これらの対向する面同士が平行となるように、保持治具を配置することで、第１の金属体と第３の金属体とを平行に保ち、第１の金属体と第３の金属体との間隔を所定の大きさに保つことができる。

これにより、この保持治具を用いない半導体装置の製造方法と比較して、最終的な接合時に第３の金属体が自由に動くことに起因する半導体素子の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる。

また、請求項１に記載の発明では、保持治具（２１）を配置する工程では、第１の領域（１１）から離れた位置で第３の金属体（６）の第２の領域（１２）を保持させるように、保持治具（２１）を配置することで、第３の金属体（６）の第１の領域（１１）と保持治具（２１）との間に、第２の接合材（９）が溶融して第１の領域（１１）から第２の領域（１２）に流れた場合に、第２の領域（１２）に第２の接合材（９）を溜めることができる空間が形成された状態とすることを第２の特徴としている。

最終的な接合をする工程で加熱をした際に、第２の接合材（例えば、半田）が、他の接合材よりも先に溶融された場合、第１の金属体と第２の金属体とに加えられる応力によって、半導体素子の上に配置された第２の接合材が、半導体素子から外側にはみ出すおそれがある。第２の接合材がはみ出して、第１の金属体まで到達すると、半導体素子の表裏面等が短絡してしまう。

そこで、上記したような第２の領域（１２）が第１の領域（１１）よりも薄くなっている形状の第３の金属体を用い、第１の領域（１１）から離れた位置で第３の金属体（６）の第２の領域（１２）を保持させるように、保持治具（２１）を配置することで、第３の金属体（６）の第１の領域（１１）と保持治具（２１）との間に、第２の接合材（９）が溶融して第１の領域（１１）から第２の領域（１２）に流れた場合に、第２の領域（１２）に第２の接合材（９）を溜めることができる空間が形成された状態とすることで、第２の接合材がはみ出すようなことがあっても、第２の接合材は、第３の金属体における半導体素子との接続面に隣接する側面と、第２の領域の表面とに沿って流れ、その側面と第２の領域の表面に留められる（付着する）。このため、半導体素子の表裏面等の短絡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、第３の金属体（６）として、半導体素子（１）と接合される面（６ｃ）に隣接する側面（６ｅ）と、側面（６ｅ）に設けられた凹部（１４）とを備える第３の金属体（６）を用い、第３の金属体（６）の凹部（１４）を、保持治具（２１）で保持させることを特徴としている。

また、請求項１、２に記載の発明に関しては、請求項３に示すように、１つの第１の金属体（３）と１つの第３の金属体（６）との間に複数の半導体素子（１ａ、１ｂ）を配置させることもできる。すなわち、１つの第３の金属体を、複数の半導体素子と接合させることもできる。

なお、上記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。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す。また、図２に、図１の半導体装置を矢印方向で見たときの図を示す。図２では、第２の金属体５、第３の接合材１０、モールド樹脂７を省略している。なお、図１は、半導体装置を図２中の矢印方向から見たときの図である。

本実施形態の半導体装置は、第３の金属体６の形状が、図１３に示した従来の半導体装置と異なるものであり、他の構造部は、図１３の半導体装置と同じである。したがって、図１、２において、図１３中の構造部と同様の構造部に、図１３中の構造部と同一の符号を付すことで、以下では、図１３中の構造部と同様の構造部についての詳細な説明を省略する。

この半導体装置は、図１、２に示すように、２つの半導体素子１を備えている。半導体素子１は、板状であり、その主表面の形状は、例えば、略四角形形状（図２では、正方形）であり、２つの半導体素子１のうち、一方の半導体素子１ａは、他方の半導体素子１ｂよりもチップ面積が大きくなっている。半導体素子１は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子である。

第３の金属体６は、図１、２に示すように、板状であり、その主表面の形状は略四角形（図２では、長方形）である。第３の金属体６は、図１、２に示すように、２つの半導体素子１ａ、１ｂを跨ぐ構造となっている。本実施形態では、第３の金属体６は１つであり、１つの第３の金属体６によって、２つの半導体素子１ａ、１ｂが覆われている。

また、第３の金属体６は、２つの半導体素子１ａ、１ｂと対向している第１の領域１１と、２つの半導体素子１ａ、１ｂと対向していない第２の領域１２とを有している。この第２の領域１２は、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面６ｃに対して垂直な方向から半導体素子１と第３の金属体３とを見たとき、半導体素子１と対向しておらず、半導体素子１からはみ出ている領域である。なお、この第２の領域１２が本発明の被保持部に相当する。

また、第３の金属体６は、半導体素子１に対向する面６ｃのうち、図１に示すように、２つの半導体素子１ａ、１ｂと接合されている領域が、半導体素子１に向かって突出している。

言い換えると、第１の金属体３は、半導体素子１と第２の接合材９を介して接合されている第１の領域（図２中で破線が斜めに引かれている領域）１１と、第１の領域１１を除く、半導体素子１と接合されていない第２の領域（図２中で実線のみ斜めに引かれている領域）１２とを有しており、第２の領域１２は、第１の領域１１よりも薄くなっている。なお、この薄いとは、半導体素子１の裏面２や表面４に対して垂直な方向（図１中の上下方向）において薄いことをいう。

第３の金属体６の第１の領域１１における半導体素子１に対向する面６ｃは、第２の接合材９を介して、半導体素子１ａや、半導体素子１ｂと接合されている。また、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する面６ｄの全ては、第３の接合材１０を介して、第２の金属体５と接合されている。

なお、第３の金属体６は、一般的な材料により構成されており、例えば、金メッキが施された銅により構成されている。また、第１の金属体３、第２の金属体５も、一般的な材料により構成されている。

次に、以上説明した構造の半導体装置の製造方法について説明する。図３に、本実施形態における半導体装置の製造工程の一部を示す。なお、図３は、図１に対応する図である。また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した製造方法と、基本的に同じであり、以下では、この製造方法と異なる点についてのみ説明する。

まず、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第１の接合材８、第２の接合材９を用意する。

そして、第１の金属体３と半導体素子１と第３の金属体６とを接合する工程では、第１の金属体３の上に、半田箔８と、半導体素子１と、半田箔９と、第３の金属体６とを積層する際に、第１の金属体３と第３の金属体６の間に第１の保持治具（スペーサ）２１を配置する。

このとき、第３の金属体６の第２の領域１２を、第１の保持治具２１で保持させるように、第１の保持治具２１を配置する。言い換えると、第３の金属体６のうち、大きな半導体素子１ａと接合される予定の第１の領域１１と、小さな半導体素子１ｂと接合される予定の第１の領域１１とを繋ぐ部分１２を保持するように、第１の保持治具２１を１つ配置する。本実施形態における第１の領域１１と、第２の領域１２が、それぞれ、本発明における第３の金属体の半導体素子と接合される接合予定領域と、接合予定領域と異なる領域に相当する。

なお、この第１の保持治具２１は、第１の金属体３に対向する面２１ａと、第３の金属体６に対向する面２１ｂとが平行であり、図１中の上下方向における高さ２１ｃが、完成された半導体装置における第１の金属体３と第３の金属体６との所定間隔３２（図１３参照）と同じ大きさとなっている。

続いて、このように第１の保持治具２１が配置された状態で、第１の金属体３と半導体素子１、半導体素子１と第３の金属体６を接合する。

また、第３の金属体６に第２の金属体５を積層する工程では、第１の保持治具２１が配置された状態で、第３の金属体６の上に、半田箔１０と、第２の金属体５とを積層する。これにより、第１の金属体３、第１の接合材８、半導体素子１、第２の接合材９、第３の金属体６、第３の接合材１０、第２の金属体５が順に積層された状態となる。

このとき、第１の金属体３と第２の金属体５との間に、図示しない第２の保持治具を配置する。この第２の保持治具は、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した保持治具（スペーサ）である。なお、第３の金属体６に第２の金属体５を積層する工程が、本発明の第１の金属体３、第１の接合材８、半導体素子１等を積層した状態とし、かつ、保持治具を配置する工程に相当する。

第３の金属体６と第２の金属体５を接合する工程（最終的な全体の接合をする工程）では、第１の保持治具２１と第２の保持治具とが配置された状態で、接合を行う。これにより、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５が接合される。その後、第１の保持治具２１と第２の保持治具とを取り外す。

次に、全体をモールド樹脂７により封止する工程を行う。このようにして、図１に示す半導体装置が完成する。

以上説明したように、本実施形態では、第２の領域１２を有する第３の金属体６を用いている。また、第１の金属体３と第３の金属体６の間であって、第３の金属体６の第２の領域１２を保持するように、第１の保持治具（スペーサ）２１を配置している。そして、第１の保持治具が配置された状態で、積層された第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を加熱し、圧力を加えることで、これら全体の最終的な接合を行っている。

これにより、第１の金属体３の半導体素子１と対向する面３ａと、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面６ｃとを平行に保ち、第１の金属体３と第３の金属体６との間隔を所定の間隔３２に保ちながら、最終的な接合を行うことができる。

この結果、本実施形態によれば、この第１の保持治具２１を用いない半導体装置の製造方法と比較して、最終的な接合時に第３の金属体６が自由に動くことに起因する半導体素子１の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる。

なお、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法では、第３の金属体６が移動することで、さらに、半導体素子１に応力が加わり、半導体素子１も移動したり、半導体素子１が傾いたりしていたと考えられる。このことも、第１の接合材８が薄くなる要因であり、半導体素子１の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を引き起こしていたと考えられる。

これに対して、本実施形態によれば、第３の金属体６と第１の金属体３とを平行とし、これらの間隔を一定に保つことができるので、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法と比較して、半導体素子１の移動や傾きを抑制することができる。このことからも、本実施形態によれば、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法と比較して、半導体素子１の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができると言える。

また、本実施形態では、１つの第１の金属体３と１つの第３の金属体６との間に、２つの半導体素子１ａ、１ｂを配置させている。すなわち、本実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂの両方を覆うことができる大きさの第３の金属体６を１つ用意し、この１つの第３の金属体６に２つの半導体素子１ａ、１ｂと接合させている。

図１３に示す半導体装置では、１つの半導体素子１に対して、１つの第３の金属体６が配置されていた。この場合、半導体装置の製造時において、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６を接合する工程や、最終的に全体を接合する工程では、第３の金属体６と半導体素子１との間で、ズレが生じないように、それぞれの第３の金属体６を、適切な位置に保持する必要があった。第３の金属体６を複数用いた場合では、そのうちの１つでも、位置ズレが生じてしまうと、半導体装置としては不良品として扱われるため、全てが第１の金属体３に対して、位置ズレが発生しないようにする必要があった。

これに対して、本実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂに対して、１つの第３の金属体６を接合しているため、１つの第３の金属体６のみを、適切な位置に保持すれば良い。また、第３の金属体６が１つであるため、第３の金属体６を２つ用いていた図１３に示す半導体装置と比較して、第３の金属体６の位置ズレが生じる要因を減らすことができるので、半導体装置の不良品の発生率を減少させることができる。

また、複数の第３の金属体６を用いた場合では、第３実施形態で説明するように、それぞれの第３の金属体６を保持するための第１の保持治具２１が必要である。これに対して、本実施形態では、１つの第３の金属体６のみを用いているので、必要な第１の保持治具２１の数を、複数の第３の金属体６を用いた場合と比較して、少なくすることができる。

また、本実施形態の第３の金属体６は、半導体素子１と接合されている第１の領域１１だけでなく、半導体素子１と接合されていない第２の領域１２を有しており、図１３に示す第３の金属体６よりも体積が大きい。このため、本実施形態の半導体装置では、図１３に示す半導体装置と比較して、半導体素子１で発生した熱の放熱性が高くなっている。

（第２実施形態）
図４、５に、本発明の第２実施形態における半導体装置を示す。図４、５は、図１、２にそれぞれ対応している。本実施形態は、第３の金属体６の外周に被保持部が設けられている点が、第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点のみ説明し、第１実施形態と同様の構造部については、図４、５において、図１、２と同一の符号を付すことで説明を省略する。

本実施形態では、図４、５に示すように、第３の金属体６は、外周の一部（図中の左右両端側）に鍔形状をした鍔形状部１２ａが設けられている。すなわち、第３の金属体６は、外周にも、第２の領域１２、１２ａ（図５中実線のみが斜めに引かれている領域）を有しており、この外周の第２の領域１２ａも、第１の領域１１よりも薄くなっている。なお、外周の第２の領域１２ａは、図４に示すように、第２の金属体５と対向する面６ｄが、第１の領域１１における第２の金属体５と対向する面６ｄと同じ高さとなっている。

さらに言い換えると、第１の金属体３の主表面は、図５に示すように、２つの半導体素子１ａ、１ｂの主表面よりも大きな面積であって、第１の金属体３の外周部は、半導体素子１と対向していない。そして、第３の金属体は、２つの半導体素子１ａ、１ｂと接合する第１の領域１１のみが、半導体素子１ａ、１ｂに向かって突出している形状となっている。

鍔形状部１２ａは、主表面の形状が四角形である第３の金属体６のうち、図５に示すように、対向する二組の辺のうち、一組の辺（図５中の左右両側の辺）に設けられている。

図６に、上記した構造の半導体装置の製造工程の一部を示す。本実施形態では、第３の金属体６に設けられている鍔形状部１２ａを、第１の保持治具２１で保持させる。このような状態で、最終的な全体の接合を行うこともできる。

本実施形態のように、第３の金属体６の外周部に鍔形状部１２ａを設けた場合においても第１実施形態と同様の効果を有しており、さらに以下の効果を有している。

最終的な接合をする工程で加熱をした際に、第２の接合材（半田）９が、他の接合材８、１０よりも先に溶融された場合、第１の金属体３と第２の金属体５とに加えられた応力によって、この第２の接合材９が、半導体素子１と第３の金属体６との接合部から、はみ出すおそれがある。この場合、第２の接合材９がはみ出して、第１の金属体３まで到達すると、半導体素子１の表裏面等が短絡してしまう。

そこで、上記したような鍔形状部１２ａを有する第３の金属体６を用いることで、第２の接合材９がはみ出すようなことがあっても、第２の接合材９は、第３の金属体６の第１の領域１１における半導体素子１との接続面１１ａに隣接する側面１１ｂと、鍔形状部１２ａとに沿って流れ、その側面１１ｂと鍔形状部１２ａとに付着し、留められる。このため、本実施形態によれば、半導体素子１の表裏面等の短絡を防止することができる。

なお、本実施形態では、鍔形状部１２ａを第３の金属体６の外周部のうち、一組の辺に相当する部位に設ける場合を例として説明したが、鍔形状部１２ａは、この部位に限らず、外周部の他の部位に設けたり、鍔形状部１２ａの数を適宜変更したりすることもできる。また、第３の金属体６の外周部の全域に鍔形状部１２ａを設けることもできる。すなわち、第３の金属体６の外周部のうち、少なくとも第１の保持治具２１を配置するのに必要な部位に、鍔形状部１２ａを設ければ良い。

図７に、本実施形態の変形例を示す。図７に示すように、第１の保持治具２１の形状を、例えば、第３の金属体６を保持する面と、第２の金属体５を保持する面とを有する形状とすることもできる。これにより、第１の金属体３と第２の金属体５との間隔と、第１の金属体３と第３の金属体６との間隔とを１つの第１の保持治具２１で設定することができる。

（第３実施形態）
図８、９に、本発明の第３実施形態における半導体装置を示す。図８、９は、図４、５にそれぞれ対応している。なお、図８、９では、図４、５と同様の構造部については、図４、５と同一の符号を付している。

本実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂに、それぞれ対応するように、２つの第３の金属体６を用いている。そして、それぞれの第３の金属体６は、第２実施形態と同様に、外周部に鍔形状部１２ａが設けられている。

図１０に、上記した構造の半導体装置の製造工程の一部を示す。本実施形態においても、第３の金属体６の鍔形状部１２ａを、第１の保持治具２１で保持した状態で、最終的な全体の接合を行う。なお、本実施形態の場合、それぞれの第３の金属体６と第１の金属体３との間隔を一定に保つ必要があるため、第２実施形態と比較して、必要な第１の保持治具２１の数が多い。

このように、２つの半導体素子１ａ、１ｂに、それぞれ１対１で対応するように、２つの第３の金属体６を用いた場合においても、本発明を適用できる。なお、本実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂに対して、２つの第３の金属体６を配置する場合を例として、説明したが、第３の金属体６の数は、用いられる半導体素子１の数に合わせて、適宜変更可能である。

（第４実施形態）
図１１に、本発明の第４実施形態における半導体装置を示す。図１１は、図３に対応している。なお、図１１では、図３と同様の構造部については、図３と同一の符号を付している。

第２、第３実施形態では、第３の金属体６の外周部に第２の領域１２（鍔形状部１２ａ）が設けられ、その外周部の第２の領域１２ａが、第１の領域１１よりも薄い第３の金属体６を用いていたが、本実施形態のように、外周部の第２の領域１２ａが、第１の領域１１と同じ厚さである第３の金属体６を用いることもできる。

ただし、単に、外周部の第２の領域１２ａを第１の領域１１と同じ厚さとした場合、接合時において、半田が第３の金属体６に沿って流れ、半田が半導体素子１上から外側に向かって広がってしまうおそれがある。

そこで、図１１に示すように、第１の領域１１と第２の領域１２との境界近傍に、溝１３を設けておく。これにより、かりに、半田が第３の金属体６に沿って流れたとしても、溝１３に半田が溜まるので、半田の広がりを抑制することができる。

（第５実施形態）
図１２に、本発明の第５実施形態における半導体装置を示す。図１２は、図３に対応している。なお、図１２では、図３と同様の構造部については、図３と同一の符号を付している。

第１〜第４実施形態では、第１の保持治具２１を、第１の金属体３と第３の金属体６との間に配置し、第１の金属体３と第３の金属体６とを第１の保持治具２１で保持させる場合を例として説明したが、本実施形態のように、第１の金属体３と第３の金属体６との間に、第１の保持治具２１を配置せずに、第１の金属体３と第３の金属体６との間隔を所定間隔３２に保持することができる。

本実施形態では、図１２に示すように、第１の金属体３として、第１の領域１１で半導体素子１と対向する（接合される）面６ｃと、その面６ｃに隣接する第１の領域１１の側面６ｅと、側面６ｅに設けられた凹部１４とを有する第３の金属体６を用いる。

また、第１の保持治具２１としては、凸部２４を有するものを用いる。そして、第１の保持治具２１の凸部２４を第３の金属体６の凹部１４にはめ、第１の金属体３と平行な面２１ａで第１の金属体３を保持する。このように、第１の保持治具２１を第１の金属体３と第２の金属体５との間に配置した状態で、最終的な全体の接合を行うこともできる。

（他の実施形態）
第１、第２、第４、第５実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂを用いる場合を例として説明したが、半導体素子１の数は２つに限らず、１つ、３つ、４つ等他の数でも良い。また、半導体素子１を３つ以上用いる場合では、全ての半導体素子１を１つの第３の金属体６に接合させたり、全ての半導体素子ではないが、複数の半導体素子１を１つの第１の金属体３に接合させたりすることができる。

後者の例としては、半導体素子１を３つ用いる場合、２つの半導体素子１を１つの第３の金属体６と接合させ、残りの１つの半導体素子１を他の第３の金属体６と接合させることもできる。すなわち、３つの半導体素子１に対して、２つの第３の金属体６を用いることもできる。

また、半導体素子１を４つ用いる場合では、２つの第３の金属体６を用い、それぞれの第３の金属体６に対して接合される半導体素子１の数の比を、２：２や、３：１とすることもできる。

本発明の第１実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 図１の半導体装置を図中の矢印方向で見たときの図である。 図１の半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の第１の例における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 図４の半導体装置を図中の矢印方向で見たときの図である。 図４の半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の第２の例における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 本発明の第３実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 図８の半導体装置を図中の矢印方向で見たときの図である。 図１０の半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第４実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 本発明の第５実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 従来における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す図である。 本発明が解決しようとする課題を説明するための図であり、図１３中の第３の金属体６等を示す図である。

符号の説明

１…半導体素子、３…第１の金属体、５…第２の金属体、６…第３の金属体、
７…モールド樹脂、８…第１の接合材、９…第２の接合材、１０…第３の接合材、
１１…第１の領域、１２…第２の領域、１２ａ…鍔形状部、１４…凹部、
２１…第１の保持治具、２４…凸部。

Claims (3)

1. 半導体素子（１）と、前記半導体素子（１）の裏面（２）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体（３）と、前記半導体素子（１）の表面（４）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体（５）と、前記半導体素子（１）の表面（４）と前記第２の金属体（５）との間に設けられた第３の金属体（６）と、前記半導体素子（１）、前記第１の金属体（３）、前記第２の金属体（５）、前記第３の金属体（６）を封止するモールド樹脂（７）とを備えた半導体装置の製造方法において、
   前記第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）を用意する工程と、
   前記第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）を順に積層した状態とし、かつ、前記第１の金属体（３）と前記第２の金属体（５）との間であって、前記半導体素子（１）が配置された領域を除く領域に、前記第１の金属体（３）と前記第３の金属体（６）とを保持する保持治具（２１）を配置する工程と、
   前記保持治具（２１）を配置した状態で、前記積層された状態の前記第１の金属体（３）、前記第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、前記第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、前記第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）に対して、加熱処理を施すことにより、前記第１の金属体（３）と前記半導体素子（１）、前記半導体素子（１）と前記第３の金属体（６）、前記第３の金属体（６）と前記第２の金属体（５）を、それぞれ接合する工程と、
   前記半導体素子（１）、前記第１の金属体（３）、前記第２の金属体（５）、前記第３の金属体（６）をモールド樹脂（７）で封止する工程とを有し、
   前記第３の金属体（６）を用意する工程では、前記積層した状態の前記第３の金属体（６）を、前記前記半導体素子（１）の前記表面（４）に対して略垂直な方向から見たとき、前記半導体素子（１）と対向し、前記半導体素子（１）と接合される第１の領域（１１）と、前記第３の金属体（６）の外周に位置し、前記半導体素子（１）からはみ出ている第２の領域（１２）とを備え、前記第１の領域（１１）が前記第２の領域（１２）よりも前記半導体素子（１）に向かって突出することで、前記第２の領域（１２）が前記第１の領域（１１）よりも薄くなっている形状の前記第３の金属体（６）を用意し、
   前記保持治具（２１）を配置する工程では、前記第１の領域（１１）から離れた位置で前記第３の金属体（６）の前記第２の領域（１２）を保持させるように、前記保持治具（２１）を配置することで、前記第３の金属体（６）の前記第１の領域（１１）と前記保持治具（２１）との間に、前記第２の接合材（９）が溶融して前記第１の領域（１１）から前記第２の領域（１２）に流れた場合に、前記第２の領域（１２）に前記第２の接合材（９）を溜めることができる空間が形成された状態とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 半導体素子（１）と、前記半導体素子（１）の裏面（２）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体（３）と、前記半導体素子（１）の表面（４）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体（５）と、前記半導体素子（１）の表面（４）と前記第２の金属体（５）との間に設けられた第３の金属体（６）と、前記半導体素子（１）、前記第１の金属体（３）、前記第２の金属体（５）、前記第３の金属体（６）を封止するモールド樹脂（７）とを備えた半導体装置の製造方法において、
   前記第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）を用意する工程と、
   前記第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）を順に積層した状態とし、かつ、前記第１の金属体（３）と前記第２の金属体（５）との間であって、前記半導体素子（１）が配置された領域を除く領域に、前記第１の金属体（３）と前記第３の金属体（６）とを保持する保持治具（２１）を配置する工程と、
   前記保持治具（２１）を配置した状態で、前記積層された状態の前記第１の金属体（３）、前記第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、前記第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、前記第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）に対して、加熱処理を施すことにより、前記第１の金属体（３）と前記半導体素子（１）、前記半導体素子（１）と前記第３の金属体（６）、前記第３の金属体（６）と前記第２の金属体（５）を、それぞれ接合する工程と、
   前記半導体素子（１）、前記第１の金属体（３）、前記第２の金属体（５）、前記第３の金属体（６）をモールド樹脂（７）で封止する工程とを有し、
   前記第３の金属体（６）を用意する工程では、前記半導体素子（１）と接合される面（６ｃ）と、前記半導体素子（１）と接合される面（６ｃ）に隣接する側面（６ｅ）と、前記側面（６ｅ）に設けられた凹部（１４）とを備える前記第３の金属体（６）を用意し、
   前記保持治具（２１）を配置する工程では、前記第３の金属体（６）の前記凹部（１４）を、前記保持治具（２１）で保持させるように、前記保持治具（２１）を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の金属体（３）、第１の接合材（８）、前記半導体素子（１）、第２の接合材（９）、前記第３の金属体（６）、第３の接合材（１０）および前記第２の金属体（５）を順に積層した状態とする工程では、
   １つの前記第１の金属体（３）と１つの前記第３の金属体（６）との間に複数の前記半導体素子（１ａ、１ｂ）を配置することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

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