JP2022176744A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子に有機汚染が生じることを抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体素子１と、接合材３と、基板２とを備えている。接合材３は、半導体素子１を接合している。基板２は、基準面２１と、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかとを含んでいる。基準面２１は、実装領域１０を有している。実装領域１０には、接合材３によって半導体素子１が接合されている。凹部２２は、基準面２１から凹んでいる。凸部２３は、基準面２１から突出している。基板２の凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、実装領域１０から半導体素子１と接合材３との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。
【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

電力用の半導体装置には、スイッチング素子または整流素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオード等の半導体素子が搭載されている。電力用の半導体装置は、パワーモジュールと呼ばれることもある。電力用の半導体装置に用いられる半導体素子は、例えば、縦型半導体素子である。縦型半導体素子は、裏面電極と、表面電極とを有している。裏面電極の全面には、金属膜が形成されている。表面電極の一部には、金属膜が形成されている。縦型半導体素子は、縦型半導体素子に大電流を流すための配線構造を有している。具体的には、裏面電極は、基板電極に電気的に接続され、表面電極は、配線用の金属板によって外部端子に電気的に接続されている。

また、電力損失の低減の観点から、近年、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）のようなワイドギャップ半導体材料が用いられた半導体素子が開発されている。ワイドギャップ半導体材料が用いられた半導体素子は、高い耐熱性を有している。このため、ワイドギャップ半導体材料が用いられた半導体素子は、大電流が流れた高温状態において動作することができる。ワイドギャップ半導体材料が用いられた半導体素子の高い耐熱性が発揮されるためには、高い耐熱性を有する接合材が必要である。しかしながら、現状、鉛フリーかつ高い耐熱性を有するはんだ材は、見出されていない。このため、はんだ材に代わる焼結性金属接合材料が用いられた電力用半導体装置が検討されている。

焼結性金属接合材料は、接合前において、金属微粒子、有機溶剤および保護膜を含んでいる。保護膜は、金属微粒子を覆っている。焼結性金属接合材料は、金属微粒子がその金属の融点よりも低い温度において焼結される現象（拡散接合）を利用して、接合材（焼結性金属接合材料）と被接合材との間に接合を生じさせる。具体的には、接合材の金属微粒子は、拡散接合によって半導体素子の電極の金属膜および基板の表面に接合される。金属微粒子同士は、拡散接合によって接合される。拡散接合によって接合された金属微粒子の融点は、金属微粒子の本来の融点である。金属微粒子の本来の融点は、拡散接合時における加熱温度よりも高い。このため、焼結性金属接合材料である接合材は、拡散接合時における加熱温度よりも高い耐熱性を有している。

接合材として焼結性金属接合材料が用いられる場合、緩衝材が半導体素子、接合材および基板を加圧した状態で半導体素子、接合材および基板が加熱されることによって、半導体素子が接合材によって基板に接合される。

例えば、特開２００６－１５６５７４号公報（特許文献１）に記載の半導体装置（回路装置）は、半導体素子と、基板（導電パターン）と、接合材（固着材）とを含んでいる。

特開２００６－１５６５７４号公報

上記公報に記載の半導体装置の基板には、溝が設けられている。しかしながら、緩衝材を用いた接合材と基板との接合方法について記載されていない。このため、緩衝材と溝との関係も記載されていない。よって、仮に、焼結性金属接合材料が接合材として用いられ、かつ加圧される加圧領域に溝が配置された状態で半導体素子、基板および接合材が緩衝材によって加圧された場合、接合材の有機成分が加圧領域に残る。したがって、半導体素子に有機汚染が生じる。

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子に有機汚染が生じることを抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

本開示の半導体装置は、半導体素子と、接合材と、基板とを備えている。接合材は、半導体素子を接合している。基板は、基準面と、凹部および凸部の少なくともいずれかとを含んでいる。基準面は、実装領域を有している。実装領域には、接合材によって半導体素子が接合されている。凹部は、基準面から凹んでいる。凸部は、基準面から突出している。基板の凹部および凸部の少なくともいずれかは、実装領域から半導体素子と接合材との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。

本開示の半導体装置によれば、基板の凹部および凸部の少なくともいずれかは、実装領域から半導体素子と接合材との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。このため、緩衝材によって加圧されることで半導体素子が基板に接合される場合、接合材の有機成分を緩衝材と凹部との間または緩衝材と凸部との間から半導体装置の外に排出させることができる。よって、半導体素子に有機汚染が生じることを抑制することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の基板の構成を概略的に示す上面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る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。 実施の形態１に係る半導体装置の基板上に接合材が配置された状態を概略的に示す上面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の接合材上に半導体素子が配置された状態を概略的に示す上面図である。 図９のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置が緩衝材を介して加圧ヘッドによって加圧されている状態を概略的に示す上面図である。 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置が緩衝材を介して加圧ヘッドによって十分に加圧された状態を概略的に示す断面図である。 比較例に係る半導体装置の外観を概略的に示す拡大写真である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。 図１８のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。 図２０のＸＸＩ－ＸＸＩ線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の基板の構成を概略的に示す上面図である。 図２２のＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２２のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の基板上に接合材が配置された状態を概略的に示す上面図である。 図２５のＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の接合材上に半導体素子が配置された状態を概略的に示す上面図である。 図２７のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置が緩衝材を介して加圧ヘッドによって加圧されている状態を概略的に示す上面図である。 図２９のＸＸＸ－ＸＸＸ線に沿った断面図である。 図２９のＸＸＸＩ－ＸＸＸＩ線に沿った断面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１～図５を用いて、実施の形態１に係る半導体装置の構成を説明する。

図１に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００は、半導体素子１と、基板２と、接合材３とを含んでいる。

半導体素子１は、例えば、スイッチング素子または整流素子として構成されている。半導体素子１は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体素子１は、電力用の半導体素子であってもよい。電力用の半導体素子１は、パワー半導体素子と呼ばれることもある。半導体素子１の厚みは、例えば、２００μｍである。半導体素子１の短手方向の寸法は、例えば、５ｍｍである。半導体素子１の長手方向の寸法は、例えば、１０ｍｍである。

本実施の形態において、半導体素子１は、複数の素子部１１を含んでいる。半導体素子１は、例えば、４つの素子部１１を含んでいる。

基板２は、基準面２１と、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかとを含んでいる。本実施の形態において、基板２は、凹部２２と凸部２３の両方を含んでいる。基準面２１は、実装領域１０を有している。基準面２１は、外周端２Ｅを含んでいる。

図２に示されるように、凹部２２は、基準面２１から凹んでいる。凸部２３は、基準面２１から突出している。本実施の形態において、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、外周端２Ｅまで配置されている。凹部２２および凸部２３の両方は、外周端２Ｅまで配置されている。

図１および図２に示されるように、基板２の凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、実装領域１０から半導体素子１と接合材３との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。凹部２２および凸部２３の両方は、実装領域１０から半導体素子１と接合材３との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。なお、加圧領域とは、加圧の際に後述される緩衝材が接触する基板２の領域である。本実施の形態において、加圧領域は、後述されるレジスト層２６上に設けられている。加圧領域の面内方向の寸法は、レジスト層２６の面内方向の寸法よりも小さい。半導体装置１００の焼結接合および加圧は、詳細に後述される。

基板２は、例えば、レジスト層２６と、絶縁層２７と、金属層２８と、裏面金属層２９とを含んでいる。レジスト層２６、金属層２８、絶縁層２７および裏面金属層２９は、この順に積層されている。レジスト層２６は、金属層２８上に設けられている。レジスト層２６は、金属層２８に対して絶縁層２７とは反対側に配置されている。絶縁層２７は、金属層２８および裏面金属層２９に挟み込まれている。裏面金属層２９は、絶縁層２７に対して金属層２８とは反対側に配置されている。

絶縁層２７の材料は、例えば、セラミックスである。絶縁層２７は、平板形状を有している。金属層２８および裏面金属層２９の材料は、例えば、銅（Ｃｕ）である。金属層２８および裏面金属層２９は、例えば、ろう材によって絶縁層２７に貼り付けられている。裏面金属層２９は、平板形状を有している。

本実施の形態において、金属層２８には、基準面２１および凹部２２が設けられている。凹部２２は、例えば、機械的な切削加工によって設けられている。凹部２２は、金属層２８がエッチングされることで設けられていてもよい。凸部２３は、レジスト層２６によって構成されている。

レジスト層２６の厚みは、例えば、３０μｍである。絶縁層２７の厚みは、例えば、０．５４ｍｍである。金属層２８および裏面金属層２９の厚みは、例えば、０．８ｍｍである。凹部２２の幅（短手方向の寸法）は、例えば、０．５ｍｍである。凹部２２の深さは、例えば、０．５ｍｍである。なお、説明の便宜のため、図２では、レジスト層２６、絶縁層２７および裏面金属層２９の寸法比は、上記の寸法に基づいた寸法比と異なっている。

図１に示されるように、接合材３は、半導体素子１を接合している。接合材３は、半導体素子１を基準面２１の実装領域１０に接合している。すなわち、基準面２１の実装領域１０には、接合材３によって半導体素子１が接合されている。

接合材３は、例えば、焼結接合に用いられる接合材である。焼結接合では、接合材３が加熱および加圧される。接合材３は、焼結性金属接合材料である。接合材３は、例えば、銀（Ａｇ）シンター接合材料である。

図示されないが、より詳細には、接合材３は、接合前において、金属粒子と、保護膜と、有機溶剤とを含んでいる。金属粒子は、例えば、ナノサイズの銀（Ａｇ）粒子である。接合材３が銀（Ａｇ）シンター接合材料である場合、金属粒子の平均粒径は１００μｍ以下であることが望ましい。保護膜および有機溶剤は、有機成分を含んでいる。このため、接合材３は、接合前において、有機成分を含んでいる。保護膜は、金属粒子を覆うことで金属粒子を保護している。金属粒子および有機溶剤は、混合されている。このため、接合材３の塗布時において、接合材３は、ペースト状である。接合材３は、接合後において、保護膜および有機溶剤を含んでいなくてもよい。望ましくは、接合材３は、接合後において、保護膜および有機溶剤を含んでいない。すなわち、望ましくは、接合材３は、接合後において、有機成分を含んでいない。

次に、図３～図５を用いて、実施の形態１に係る半導体装置の基板２の構成を詳細に説明する。説明の便宜のため、図３～図５では、半導体素子１および接合材３は図示されていない。

図３に示されるように、本実施の形態において、基板２の実装領域１０は、複数の実装部１０１を含んでいる。実装領域１０は、例えば、４つの実装部１０１を含んでいる。複数の実装部１０１の数は、複数の素子部１１の数と同じである。凹部２２は、複数の溝部２２１を含んでいる。凹部２２は、例えば、８つの溝部２２１を含んでいる。実装部１０１の各々には、２つの溝部２２１がそれぞれ接続されていてもよい。２つの溝部２２１の各々は、実装部１０１の２辺の中心にそれぞれ接続されていてもよい。なお、１つの実装部１０１に対する溝部２２１の数は２つに限られず、接合材３から生じ得る有機成分に応じて適宜に決められてもよい。

図４および図５に示されるように、金属層２８の凹部２２は、レジスト層２６から露出している。凸部２３は、凹部２２を露出させるように配置されている。

次に、図６～図１３を用いて、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。
図６に示されるように、半導体装置１００の製造方法は、準備される工程Ｓ１０１と、接合される工程Ｓ１０２とを備えている。まず、準備される工程Ｓ１０１において、半導体素子１と、基板２と、接合材３とが準備される。

続いて、図７に示されるように、接合材３が基板２の実装領域１０に供給される。接合材３は、複数の実装部１０１の各々に供給される。

図８に示されるように、接合材３は、基板２の金属層２８に供給される。接合材３は、例えば、メタルマスクが用いられた印刷によって基板２に塗布されることで基板２に供給される。塗布時における接合材３の厚みは、例えば、１００μｍである。塗布時における接合材３の厚みは、例えば、半導体装置１００に要求される接合信頼性、熱抵抗および製造上のばらつき等に基づいて決定される。なお、塗布時における接合材３の厚みが増大するほど、接合材３に含まれる有機成分の絶対量も増大するため、有機汚染が生じやすい。

メタルマスクが用いられた印刷によって接合材３が供給される場合、塗布時における接合材３全体の質量に占める有機溶剤の質量の割合（質量％）は、例えば、１０％以上２０％以下である。有機溶剤の質量％が１０％以上２０％以下である場合、接合材３の塗布時において接合材３の厚みのばらつきが抑制され得る。

塗布時における接合材３が有機成分（有機溶剤および保護膜）を含んでいることによって、容易に接合材３が基板２に印刷（塗布）される。しかしながら、塗布後における接合材３が有機成分を含んでいる場合、有機成分によって有機汚染が生じることがある。また、半導体素子１と基板２との焼結接合が有機成分によって阻害されることがある。このため、塗布後における接合材３には、有機成分が残存していないことが望ましい。

具体的には、塗布後における接合材３に含まれる有機成分は、塗布時における接合材３に含まれる有機成分よりも少ないことが望ましい。塗布後における接合材３に含まれる有機成分は、例えば、塗布時における接合材３に含まれる有機成分よりも９５質量％以上少ない。塗布後における接合材３に有機成分が含まれていないことがさらに望ましい。

続いて、基板２および接合材３が加熱されることで接合材３が乾燥される。例えば、基板２および接合材３は、１３０℃で１２０分間加熱される。これにより、接合材３に含まれる有機成分が揮発され、取り除かれる。具体的には、接合材３に含まれる有機溶剤の９５質量％以上が取り除かれる。

続いて、図９および図１０に示されるように、接合材３の上に半導体素子１が搭載される。これにより、半導体素子１が位置決めされる。半導体素子１が基板２に搭載される。

続いて、接合される工程Ｓ１０２において、図１１および図１２に示されるように、半導体素子１、基板２および接合材３が緩衝材８によって加圧された状態で加熱されることで、半導体素子１が接合材３によって実装領域１０に接合される。緩衝材８は、基板２と向かい合っている。緩衝材８は、基板２とで半導体素子１および接合材３を挟み込んでいる。緩衝材８は、加圧ヘッド９によって加圧されている。半導体素子１、基板２および接合材３は、加圧ヘッド９によって加圧された緩衝材８によって加圧されている。

凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかが実装領域１０から緩衝材８によって加圧される加圧領域の外側まで伸びた状態で、半導体素子１が実装領域１０に焼結接合によって接合される。本実施の形態において、凹部２２および凸部２３の両方は、実装領域１０から外周端２Ｅまで伸びている。このため、凹部２２および凸部２３の両方が外周端２Ｅまで伸びた状態で、半導体素子１が実装領域１０に焼結接合によって接合される。

例えば、半導体素子１、接合材３および基板２は、加圧ヘッド９および緩衝材８によって２０ＭＰａに加圧された状態で、３００℃に加熱される。加圧される前の状態において、緩衝材８の厚みは、例えば、５００μｍである。半導体素子１が加圧によって傷つけられることが緩衝材８によって抑制される。緩衝材８の材料は、耐熱性および緩衝性の観点から、シリコンゴム、ポリイミドまたはフッ素系樹脂であることが望ましい。

加圧ヘッド９は、緩衝材８を加圧するように構成されている。本実施の形態において、加圧ヘッド９は、緩衝材８を介して４つの素子部１１を一括で加圧するように構成されている。具体的には、加圧ヘッド９は、４つの素子部１１よりも大きい面内方向の寸法を有している。

図１２および図１３に示されるように、緩衝材８は、加圧ヘッド９による加圧によって変形する。具体的には、緩衝材８は、加圧によって薄くなるように変形する。例えば、緩衝材８の厚みは、加圧によって加圧前の厚みである５００ｎｍよりも薄くなる。図１３の白抜き矢印は、隙間ＧＡ１を通って半導体装置１００の外に排出される有機成分３９の流れを示している。

本実施の形態では、金属層２８に凹部２２が設けられているため、金属層２８が凹部２２において緩衝材８から露出する。具体的には、凹部２２の底部は、緩衝材８と接触していない。このため、接合材３から揮発した有機成分は、凹部２２と緩衝材８との隙間ＧＡ１を通って半導体装置１００の外部に排出される。言い換えると、凹部２２は、有機成分の排出経路として構成されている。

緩衝材８の厚みは、半導体素子１の厚みおよび加圧された後の接合材３の厚みの和よりも大きい。望ましくは、凹部２２の基準面２１からの凹み量は、緩衝材８の厚みから半導体素子１の厚みおよび加圧された後の接合材３の厚みの和を引いた厚みよりも大きい。本実施の形態において、緩衝材８の厚みが５００μｍであり、半導体素子１の厚みが２００μｍであり、加圧された後の接合材３の厚みが５０μｍであるため、凹部２２の基準面２１からの凹み量は、２５０μｍ以上である。

一般に、緩衝材８は、金属層２８よりも大きい線膨張係数を有していることが多い。このため、焼結接合が完了した後に半導体素子１および金属層２８の上に緩衝材８が配置された状態で冷却されると、金属層２８よりも緩衝材８の収縮量の方が大きいことにより、金属層２８から緩衝材８が剥離する。これにより、半導体素子１と緩衝材８との間に空間が形成される。このため、後述されるように、仮に半導体素子１の周囲に有機成分の排出経路（凹部２２または凸部２３）が設けられていない場合には、上記の空間に有機成分が入り込むため、有機汚染が生じることがある。なお、金属層２８の中央部では、金属層２８と緩衝材８との線膨張係数の差の影響が出にくいため、有機汚染が生じることが抑制されている。

続いて、本実施の形態の作用効果を比較例と比較しながら説明する。
図１４は、比較例に係る半導体装置２００を斜めから撮影した写真である。図１４には、半導体素子１の角部、基板２の角部、接合材３および残存した有機成分３９が図示されている。比較例に係る半導体装置２００では、基板２に凹部２２（図１１参照）および凸部２３（図１１参照）が設けられていない。なお、比較例に係る半導体装置２００は、凹部２２（図１１参照）および凸部２３（図１１参照）を有していない点を除いて本実施の形態に係る半導体装置１００（図１１参照）と同一の構成および製造方法を有している。

基板２に凹部２２（図１１参照）または凸部２３（図１１参照）が設けられていない場合、加圧ヘッド９（図１１参照）によって変形した緩衝材８（図１１参照）は基板２に密着する。さらに、半導体素子１および接合材３の周囲が緩衝材８によって完全に囲われる。このため、有機溶剤および保護膜の揮発および分解によって発生した有機成分は、比較例に係る半導体装置２００の外部に排出されない。この場合、有機成分３９は、半導体素子１の周囲または半導体素子１上に残存する。残存した有機成分３９が比較例に係る半導体装置２００の冷却時に凝固することにより、有機汚染が生じる。

これに対して、本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図１に示されるように、基板２の凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、実装領域１０から半導体素子１と接合材３との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている。このため、図１３に示されるように、加圧領域における緩衝材８の加圧によって半導体素子１が基板２に接合される場合、緩衝材８と凹部２２との間に隙間ＧＡ１が形成される。よって、接合材３の有機成分３９を上記の隙間ＧＡ１から半導体装置１００の外に排出させることができる。したがって、半導体素子１に有機成分３９による有機汚染が生じることを抑制することができる。

図１３に示されるように、加圧時において、接合材３の有機成分３９を隙間ＧＡ１から半導体装置１００の外に排出させることができる。このため、接合材３は、加圧前において有機成分を含んでいてもよい。すなわち、加圧前における接合材３の乾燥工程において接合材３の有機成分が完全に除去されなくてもよい。よって、乾燥工程において有機成分が完全に除去される接合材３が用いられなくてもよい。したがって、半導体装置１００の設計時における接合材３の自由度を向上させることができる。これにより、具体的には、接合材３の粒径、粘性およびチキソ性等の自由度を向上させることができる。

図１に示されるように、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、外周端２Ｅまで配置されている。このため、有機成分を外周端２Ｅから半導体装置１００の外に排出させることができる。よって、半導体装置１００に有機成分による有機汚染が生じることをさらに抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法によれば、図１３に示されるように、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかが実装領域１０から緩衝材８によって加圧される加圧領域の外側まで伸びた状態で、半導体素子１が実装領域１０に焼結接合によって接合される。このため、緩衝材８による加圧によって半導体素子１が基板２に接合される場合、緩衝材８と凹部２２との間に隙間ＧＡ１が形成される。よって、接合材３の有機成分３９を上記の隙間ＧＡ１から半導体装置１００の外に排出させることができる。したがって、半導体装置１００に有機成分３９による有機汚染が生じることを抑制することができる。

図１３に示されるように、凹部２２の基準面２１からの凹み量は、緩衝材８の厚みから半導体素子１の厚みおよび加圧された後の接合材３の厚みの和を引いた厚みよりも大きい。このため、凹部２２が緩衝材８によって完全に埋められることを抑制することができる。よって、凹部２２を緩衝材８から露出させることができる。したがって、有機成分の凹部２２からの排出が緩衝材８によって妨げられることを抑制することができる。

実施の形態２．
次に、図１５および図１６を用いて、実施の形態２に係る半導体装置１００の構成を説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１５に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００の基板２は、基準面２１と、凸部２３とを含んでいる。図１６に示されるように、本実施の形態において、基板２は、凹部２２（図１参照）を含んでいない。基板２は、レジスト層２６と、金属層２８とを含んでいる。金属層２８には、基準面２１が設けられている。金属層２８には、凹部２２（図１参照）が設けられていない。金属層２８は、平板形状を有している。金属層２８の両面は、平坦である。

レジスト層２６は、金属層２８に重ねられている。凸部２３は、レジスト層２６によって構成されている。このため、凸部２３の厚みは、レジスト層２６の厚みと同じである。レジスト層２６の厚みは、例えば、１００μｍである。レジスト層２６を形成するレジストが金属層２８に塗布される際の印刷マスクパターンによって、レジスト層２６が金属層２８上に選択的に設けられている。

本実施の形態において、凸部２３は、複数の突出部２３１を含んでいる。複数の突出部２３１同士は、隙間ＧＡ２を空けて配置されている。隙間ＧＡ２は、基準面２１と凸部２３の側面との間に設けられている。隙間ＧＡ２は、実装領域１０から加圧領域の外側まで伸びている。本実施の形態において、隙間ＧＡ２は、実装領域１０から外周端２Ｅまで伸びている。有機成分は、基準面２１と凸部２３との間の隙間ＧＡ２から排出され得る。

凸部２３の天面の基準面２１からの高さ位置（隙間ＧＡ２の深さ）は、緩衝材８（図１２参照）の厚みから半導体素子１の凸部２３からの突出量を引いた値よりも大きいことが望ましい。この場合、凸部２３と基準面２１との隙間ＧＡ２が緩衝材８（図１２参照）によって埋まることが抑制される。

本実施の形態において、緩衝材８（図１２参照）の厚みは、例えば、２００μｍである。なお、緩衝材８（図１２参照）の厚みが低減された場合、緩衝材８（図１２参照）による緩衝能力が低減することがある。このため、緩衝材８（図１２参照）と加圧ヘッド９との間に挟み込まれるおそれのある異物の許容される大きさも小さい。よって、緩衝材８（図１２参照）と加圧ヘッド９（図１２参照）との間に挟み込まれるおそれのある異物を厳格に管理することが望ましい。

また、緩衝材８（図１２参照）の厚みが低減された場合、複数の素子部１１が緩衝材８（図１２参照）によって一緒に加圧される際に、次の問題が生じることがある。すなわち、複数の素子部１１同士の厚みの差、接合材３の厚みのばらつきおよび基板２の反り等によって、複数の素子部１１の各々に加わる圧力がばらつくことがある。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図１６に示されるように、凸部２３は、レジスト層２６によって構成されている。このため、レジスト層２６を形成する際に、レジストの塗布工程における印刷マスクパターンのみを変更することで、凸部２３を形成することができる。よって、半導体装置１００の製造コストを低減することができる。

図１６に示されるように、凸部２３は、レジスト層２６によって構成されている。このため、金属層２８に凹部２２（図１参照）を設ける必要がない。よって、平坦な金属層２８を用いることができる。したがって、金属層２８を加工する必要が低減されるため、半導体装置１００の製造コストを低減することができる。

実施の形態３．
次に、図１７を用いて、実施の形態３に係る半導体装置１００の構成を説明する。実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１７に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００では、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、加圧領域よりも外側かつ外周端２Ｅよりも内側まで伸びている。このため、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、基準面２１の外周端２Ｅに達していない。本実施の形態において、凹部２２は、加圧領域よりも外側かつ外周端２Ｅよりも内側まで伸びている。対向面２４は、平坦である。基板２の表面には、基準面２１、凹部２２および凸部２３が設けられている。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図１７に示されるように、凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、加圧領域よりも外側かつ外周端２Ｅよりも内側まで伸びている。このため、凹部２２および凸部２３のいずれかが外周端２Ｅまで伸びている場合よりも、基板２の裏面（対向面２４）と表面との形状の差を小さくすることができる。よって、基板２の裏面と表面との形状の差に起因する基板２への応力集中を抑制することができる。したがって、基板２の反りを抑制することができる。

凹部２２および凸部２３の少なくともいずれかは、加圧領域よりも外側かつ外周端２Ｅよりも内側まで伸びている。このため、凹部２２および凸部２３のいずれかが外周端２Ｅまで伸びている場合よりも、基板２の加工領域を小さくすることができる。よって、基板２の加工時間を短くできる。これにより、半導体装置１００の製造時間を短くすることができる。したがって、半導体装置１００の生産性が向上する。

実施の形態４．
次に、図１８および図１９を用いて、実施の形態４に係る半導体装置１００の構成を説明する。実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１８に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００の半導体素子１は、２つの素子部１１を含んでいる。素子部１１が２つの場合も素子部１１の数が４つの場合と同様の効果が得られる。金属層２８は、ヒートスプレッダとして構成されている。説明の便宜のため、図１８では、実装領域１０の外形が一点鎖線によって示されている。

図１９に示されるように、本実施の形態に係る基板２は、対向面２４を含んでいる。対向面２４は、基準面２１と対向している。凹部２２は、凹部２２および凸部２３（図１参照）の少なくともいずれかが伸びている方向に交差する断面において、基準面２１から対向面２４に向かって大きくなるように構成された幅を有している。本実施の形態では、凹部２２は、凹部２２が伸びている方向に交差する断面において、基準面２１から対向面２４に向かって大きくなるように構成された幅を有している。

凹部２２の深さは、例えば、２００μｍである。凹部２２の幅（短手方向の寸法）は、例えば、金属層２８の基準面２１の高さ位置において４００μｍである。例えば、凹部２２の幅（短手方向の寸法）は、凹部２２の底部において５００μｍである。

本実施の形態において、凹部２２は、プレス加工によって金属層２８に設けられている。実装領域１０（図１８参照）の周囲には、プレス加工によって図示されないディンプルが設けられていることが望ましい。ディンプルによって後工程における樹脂成型時の樹脂との密着性が向上する。凹部２２は、ディンプルを形成するためのプレス加工においてディンプルと一緒に形成されることが望ましい。この場合、凹部２２のみを形成するための追加工程が不要であるため、半導体装置１００の生産性が向上する。

半導体装置１００の製造工程において、例えば、１回目のプレスにおいて均一な幅を有する凹部２２が形成された後に、２回目のプレスが行われてもよい。２回目のプレスにおいて凹部２２の周囲がプレスされることで基準面２１から対向面２４に向かって大きくなるように構成された幅を有する凹部２２が形成されてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図１９に示されるように、凹部２２は、凹部２２および凸部２３（図１参照）の少なくともいずれかが伸びる方向に交差する断面において、基準面２１から対向面２４に向かって大きくなるように構成された幅を有している。このため、凹部２２の幅が一定である場合よりも、凹部２２の全てが緩衝材８（図１２参照）で満たされることは困難である。よって、有機成分の排出経路を確保しやすい。したがって、有機成分が半導体装置１００に残留することをさらに抑制することができる。

実施の形態５．
次に、図２０から図３１を用いて、実施の形態５に係る半導体装置１００の構成を説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図２０および図２１に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００の基板２は、金属層２８を含んでいる。金属層２８には、基準面２１および凸部２３が設けられている。金属層２８は、ヒートスプレッダとして構成されている。半導体装置１００は、例えば、６つの素子部１１を含んでいる。なお、説明の便宜のため、図２０、図２２、図２５および図２７では、実装領域１０の外形は一点鎖線によって図示されている。

図２２に示されるように、実装領域１０は、例えば、６つの実装部１０１を含んでいる。凸部２３の厚みは、例えば、２００μｍである。凸部２３の幅（短手方向の寸法）は、例えば、５００μｍである。本実施の形態において、基板２は、凹部２２（図１参照）を含んでいない。図２３および図２４に示されるように、基準面２１および凸部２３は、一体的に構成されている。なお、図２２～図２４では、説明の便宜のため、半導体素子１および接合材３が図示されていない。

本実施の形態において、凸部２３は、プレス加工によって金属層２８に設けられている。実装領域１０の周囲には、プレス加工による図示されないディンプルが設けられていることが望ましい。凸部２３は、ディンプルを形成するためのプレス加工においてディンプルと一緒に形成されることが望ましい。この場合、凸部２３のみを形成するための追加工程が不要であるため、半導体装置１００の生産性が向上する。

次に、図２５～図３１を用いて、実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を説明する。

準備される工程Ｓ１０１において、半導体素子１、基板２および接合材３が準備される。

続いて、図２５および図２６に示されるように、実装領域１０上に接合材３が配置される。接合材３の厚みは、凸部２３の厚みよりも大きい。続いて、図２７および図２８に示されるように、接合材３上に半導体素子１が配置される。これにより、半導体素子１が位置決めされる。

続いて、図２９に示されるように、接合される工程Ｓ１０２において、半導体素子１、接合材３および基板２が基板２と向かい合う緩衝材８によって加圧された状態で加熱されることで、半導体素子１が接合材３によって実装領域１０に接合される。なお、説明の便宜のため、図２９には加圧ヘッド９が図示されていない。凸部２３が実装領域１０から加圧領域の外側まで伸びた状態で、半導体素子１が実装領域１０に焼結接合によって接合される。

図３０に示されるように、半導体素子１および接合材３と緩衝材８との間には、隙間が設けられている。図３１に示されるように、凸部２３の側面と緩衝材との間には、隙間ＧＡ３が設けられている。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図２１に示されるように、基板２は、金属層２８を含んでいる。金属層２８には、基準面２１および凸部２３が設けられている。このため、金属層２８が緩衝材８によって加圧された際に、図３１に示されるように、凸部２３の側面と緩衝材８との間に隙間ＧＡ３を設けることができる。よって、接合材３の有機成分を隙間ＧＡ３から半導体装置１００の外に排出させることができる。したがって、半導体装置１００に有機成分による有機汚染が生じることを抑制することができる。

実施の形態６．
次に、図３２を用いて、実施の形態６に係る半導体装置１００の構成を説明する。実施の形態６は、特に説明しない限り、上記の実施の形態５と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態５と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図３２に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１００では、凸部２３は、凹部２２（図１参照）および凸部２３の少なくともいずれかが伸びている方向に交差する断面において、基準面２１から突出するにつれて大きくなるように構成された幅を有している。本実施の形態において、凸部２３は、凸部２３が伸びている方向に交差する断面において、基準面２１から突出するにつれて大きくなるように構成された幅を有している。凸部２３の側面と基準面２１との間には、空間ＳＰが設けられている。上記の空間ＳＰは、上面視において、凸部２３の下に設けられている。

本実施の形態において、凸部２３は、プレス加工によって金属層２８に設けられている。半導体素子１の周囲には、後工程における樹脂成型時の樹脂との密着性の向上のために、プレス加工による図示されないディンプルが設けられていることが望ましい。凸部２３は、ディンプルを形成するためのプレス加工においてディンプルと一緒に形成されることが望ましい。この場合、凸部２３のみを形成するための追加工程が不要であるため、半導体装置１００の生産性が向上する。

半導体装置１００の製造工程において、例えば、１回目のプレスにおいて均一な幅を有する凸部２３が形成された後に、２回目のプレスが行われてもよい。２回目のプレスにおいて凸部２３の天面がプレスされることで基準面２１から突出するにつれて大きくなるように構成された幅を有する凸部２３が形成されてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、図３２に示されるように、凸部２３は、凹部２２（図１参照）および凸部２３の少なくともいずれかが伸びている方向に交差する断面において、基準面２１から突出するにつれて大きくなるように構成された幅を有している。このため、凸部２３の側面と基準面２１との間に空間ＳＰを設けることができる。上記の空間ＳＰは、上面視において、凸部２３の下に設けられている。よって、緩衝材８によって凸部２３が凸部２３の上から加圧された場合に、上記の空間ＳＰが緩衝材８によって塞がれることが抑制されている。したがって、有機成分の排出経路を確保しやすい。これにより、有機成分が半導体装置１００に残留することをさらに抑制することができる。

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。本開示の範囲は上記した説明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すべての変更が含まれることが意図される。

１ 半導体素子、２ 基板、２Ｅ 外周端、３ 接合材、１０ 接合領域、２１ 基準面、２２ 凹部、２３ 凸部、２４ 対向面、２６ レジスト層、２８ 金属板、１００ 半導体装置。

Claims (9)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を接合する接合材と、
   前記接合材によって前記半導体素子が接合された実装領域を有する基準面と、前記基準面から凹んでいる凹部および前記基準面から突出している凸部の少なくともいずれかとを含む基板とを備え、
   前記基板の前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかは、前記実装領域から前記半導体素子と前記接合材との焼結接合時の加圧領域の外側まで伸びている、半導体装置。
2. 前記基準面は、外周端を含み、
   前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかは、前記外周端まで配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記基準面は、外周端を含み、
   前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかは、前記加圧領域よりも外側かつ前記外周端まで伸びている、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記基板は、前記基準面と対向する対向面を含み、
   前記凹部は、前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかが伸びている方向に交差する断面において、前記基準面から前記対向面に向かって大きくなるように構成された幅を有している、請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記凸部は、前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかが伸びている方向に交差する断面において、前記基準面から突出するにつれて大きくなるように構成された幅を有している、請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記基板は、金属層と、前記金属層に重ねられたレジスト層とを含み、
   前記金属層には、前記基準面が設けられており、
   前記凸部は、前記レジスト層によって構成されている、請求項１に記載の半導体装置。
7. 前記基板は、金属層を含んでおり、
   前記金属層には、前記基準面および前記凸部が設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
8. 半導体素子と、接合材と、前記半導体素子が前記接合材によって実装される実装領域を有する基準面よりも凹んだ凹部および前記基準面よりも突出した凸部の少なくともいずれかを含む基板とが準備される工程と、
   前記半導体素子、前記接合材および前記基板が前記基板と向かい合う緩衝材によって加圧された状態で加熱されることで、前記半導体素子が前記接合材によって前記実装領域に接合される工程とを備え、
   前記凹部および前記凸部の少なくともいずれかが前記実装領域から前記緩衝材によって加圧される加圧領域の外側まで伸びた状態で、前記半導体素子が前記実装領域に焼結接合によって接合される、半導体装置の製造方法。
9. 前記緩衝材の厚みは、前記半導体素子の厚みおよび加圧された後の前記接合材の厚みの和よりも大きく、
   前記凹部の前記基準面からの凹み量は、前記緩衝材の厚みから前記半導体素子の厚みおよび加圧された後の前記接合材の厚みの前記和を引いた厚みよりも大きい、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

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