JPH0357230A - 半導体基板と支持板とのロウ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体基板と支持板とをロウ付けする方法
に関するもので、特に、ロウ付けによる゛１コ導体基板
内部の電気的特性の低下の防止や、ロウ付け処理の効率
の向上を図るための改良に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、電力用などの半導体装置を製造するにあ
たっては、内部に半導体素子を形成した半導体基板を金
属製の支持板にロウ付けする処理が行われる。

第６Ａ図は、このロウ付け工程のために準備された組立
体の例を示している。この組立体１０は、電力用高耐圧
のダイオード素子が形成されたウエハ状態のシリコン基
板２を、この基板２の支持のために準備された金属製の
支持板４にロウ付けするための組立体である。シリコン
基仮２は、上記ダイオード素子を構成するｎ形Ｓｔ領域
２ａとｐ形Ｓｉ領域２ｂとを有している。

組立体１０は、支持板４の上に、ロウ材金属層としての
アルミニウム薄板３とシリコン基板２とをこの順序で載
置し、さらにその上におちり１を載置して構威されてい
る。

第７図は、この組立体１０を加熱炉内で加熱してシリコ
ン基阪２と支持板４とのロウ付けを行う際の、炉内温度
（したがって、実質的に組立体１０の温度）の時間変化
を示すグラフである。まず、最初の１００分間で、炉内
温度を初期温度（室ａ）Ｔ　から　６４０℃まで上昇さ
せる（区間Ｐｏ−Ｐ１ｏ）Ｒ この温度６４０℃は、シリコン基板２とアルミニウム薄
板３との界面におけるシリコンとアルミニウムとの共晶
型融解層への転移温度つまり共晶反応温度Ｔ＾−　５８
５℃よりも高い温度である。

その後、加熱炉内の温度を８４０℃で１０分間保持する
（区間Ｐ１ｏ−Ｐｌｌ）。したがって、この区間Ｐ１０
−Ｐ１１では、共晶反応がシリコン基板２とアルミニウ
ムＮ板３との界面からアルミニウム薄板３の全域にわた
って進行し、アルミニウム薄板３は融解状態のＡＩ−Ｓ
ｉ共品層となる。そして、このＡｆＩ−Ｓｉ共品層が支
持板４の表面を濡らすことにより、シリコン基板２と支
持板４とのロウ付けが行われる。

その後、第７図の区間Ｐ１１　　’１２において組立体
１０を自然伶却してＡＮ−Ｓｉ共品層を固化し、おもり
１を取除いて、ロウ付け処理が完了する。

第６Ｂ図はこのようにして支持板４にロウ付けされたシ
リコン基板２を示しており、支持板４とシリコン基板２
とは、Ａｉｌ−Ｓｉ共品層３ａによって固着されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、シリコン基板２の主面は可能な限り鏡面に近
い状態に加工されているが、現実には、生面の凹凸やそ
りを皆無とすることはできない。

アルミニウム薄板３にも同様のソリや凹凸が存在する。

このため、第６Ａ図の組立体１０においては、シリコン
基板２の下側の主面とアルミニウム薄板３とが、その全
面にわたって均一に接触していない。

すると、第７図の保持区間Ｐ１ｏ−Ｐｌ１においては、
シリコン基板２とアルミニウム薄板３とが接触している
部分からＡｆ−Ｓｉ共品反応が始まり、この接触部分で
の共晶反応が非接触部分に波及することにより、非接触
部分での共晶反応が開始されることになる。すなわち、
共晶反応の進行はシリコン基板２とアルミニウム薄板３
との界面全域にわたって不均一となる。それによって、
第６Ｂ図に示すように、ＡＩ−Ｓｔ共品層３ａとシリコ
ン基板２の界面５には、上記接触部分に対応してシリコ
ン基板２内へと大きく食込んだ部分５ａと、上記非接触
部分に対応して食込みの少ない部分５ｂとが混在するこ
とになる。

その結果、このロウ付けを通じて得られた半導体装置に
おいて次のような問題が生ずる。

（１）　　まず、ＡＮ−Ｓｔ共品層３ａとシリコン基板
２とでは、それらの結晶構造が互いに異なるため、シリ
コン基仮２のうち界面５に近い部分、？なわち第６Ｂ図
の例ではｐ形Ｓｉ領域２ｂの底面側部分に不均一な応力
が生ずる。それによって、ダイオード素子の電気的特性
が設計上の特性からずれるとともに、その構造的強度も
低下する。

（２）　　また、互いに電気的特性が異なるシリコン基
板２とＡｉｌ−Ｓｉ共晶層３ａとの界而５に凹凸が生ず
ることにより、このダイオード素子のｐｎ接合Ｊに逆方
向電圧を印加したとき、ｐｎ接合Ｊからｐ領域２ｂへと
店がる空乏層の分布が空間的に不均一となる。そして、
それによって食込み部分５ａの近傍で局所的な電界集中
が生じ、ダイオード素子が比較的低い電圧でブレークダ
ウンしてしまう。

さらに、上記のロウ付け方法では、次のような問題も生
ずる。

（３〉　　シリコン基板２とアルミニウム薄板３との非
接触部分における共晶反応が、接触部分での共晶反応の
波及という形で進行するため、保持区間Ｐｔｏ　　’ｉ
■での温度を比較的大きくとらなければ、アルミニウム
薄板３の全域にわたって八晶反応を行わせて、支持板４
への濡れ性を高めることができない。したがって、加熱
炉内の最高温度を高める必要があり、ダイオード素子へ
の熱的ストレスも大きくなる。

（４）　　共品反応が上記接触部分からのみ始まるため
、この接触部分から非接触部分への共晶反応の波及を速
めるためには、アルミニウム薄板３の各部の温度が十分
に高まっていなければならない。

したがって、加熱区間Ｐ　　　Ｐ　ｔｏでの温度立上げ
０ 速度を比較的遅くし、この区間Ｐ。−Ｐ１ｏにおいてア
ルミニウム薄板３の全体を熱的に活性化しておく必要が
ある。このため、上記従来方法では、ロウ付けのだめの
熱処理時間が全体として長くなってしまうという問題も
ある。

この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図
しており、ロウ付けによって半導体基阪のロウ付け部位
に不均一な応力分布が生ずることを防止できるロウ付け
方法を提供することを第１の目的とする。

第２の目的は、ロウ付けを通じて製造される半専体装置
において、ブレークダウン電圧などの電気的特性が低下
することのないロウ付け方法を提供することである。

また、第３の目的は、ロウ付けのための加熱シーケンス
において、必要とされる最高温度を下げ、それによって
半導体基板への熱的ストレスや加熱電力量を低下させる
ことである。

さらに、第４の目的は、ロウ付けのための熱処理時間の
短縮化を図ることである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の各目的を達或するため、この発明の第１の構或で
は、半導体基板の一主面を、前記半導体基板を支持する
ための支持板にロウ付けする方法において、（ａ）　　
前記半導体基板と前記支持板との間にロウ材金属層が挿
入された組立体を準備する工程と、　（ｂ）　　前記組
立体を、前記ロウ材金属層の再結晶温度よりも高く、か
つ前記ロウ材金属層のうち前記半導体基板に接触してい
る部分の融点よりも低い温度範囲内で選択された第１の
温度にまで加熱する工程と、（ｃ）　　前記組立体を、
前記第１の温度で所定時間保持する工程と、（ｄ）前記
組立体を、前記融点よりも高い第２の温度にまでさらに
加熱する工程と、（ｅ）　　前記組立体を、前記第２の
温度から、前記第１の温度よりも低い第３の温度にまで
冷却する工程とを備えている。

また、第２の構成では、　（ａ）　　ひとつのロウ材金
属を指定する工程と、　（ｂ）　　前記ロウ材金属が所
定の程度にまで軟化する軟化温度を知る工程と、（ｃ）
　　前記半導体基板と前記支持板との間に前紀ロウ材金
属よりなるロウ材金属層が挿入された組立体を準備する
工程と、（ｄ）　　前記組立体を、前記軟化温度よりも
高く、かつ前紀ロウ材金属層のうち前記半導体基板に接
触している部分の融点よりも低い温度範囲内で選択され
た第１の温度にまで加熱する工程と、（ｅ）　　前記組
立体を、前記第１の温度で所定時間保持する工程と、（
ｆ）前記組立体を、前記融点よりも高い第２の温度にま
でさらに加熱する工程と、　（ｇ）　　前記組立体を、
前記第２の温度から、前記第１の温度よりも低い第３の
温度にまで冷却する工程とを備える。

〔作用〕

第１の構或においては、工程（ｃ）において、ロウ材金
属層が軟化し、ロウ材金属層の表面が塑性変形して、そ
の全域が半導体基板の表面に接触するようになる。すな
わち、この工程（ｃ）では、ロウ材金属層の表面を半導
体基板の表面になしませるのである。「第１の温度」は
、ロウ材金属層の再結晶温度よりも高いため、ロウ材金
属層の剛度は低下しており、このような塑性変形が可能
となる。たたし、この第１の温度は、ロウ材金属層のう
ち半導体基板に接触している部分の融点（以下、「界面
部分融点」という。）よりは低いため、工程（ｃ）では
ロウ材金属層の融解は生じない。

工程（ｃ）の後に工程（ｄ）を実行することにより、上
記組立体の温度は界面部分融点よりも高い第２の温度へ
と加熱される。したがって、この工程（ｄ）においてロ
ウ材金属層の融解が始まるが、このときには半導体基板
とロウ材金属層とのそれぞれの表面が全域にわたって接
触している。このため、ロウ材金属層と半導体基板との
熱的…互作用とは空間的にほぼ均一に進行し、半導体基
板の中に、半導体元素を取込んだロウ材金属の層（たと
えば、金属／半導体共品層）が局所的に食込むことはな
い。また、半導体基板とロウ材金属層とは、既に十分に
なじんでいるため、上記組立体を高温下で長時間保持し
なくてもよい。

さらに、この工程（ｃ）によって半導体基板とロウ材金
属層とのなじませ処理が行われているため、組立体の温
度の立上げのための工程（ｂ）では、温度立上げ速度を
速めることができる。

この発明の第２の構威では、半導体基板とロウ材金属層
とのなじませ処理を行うための第１の温度の決定プロセ
スが、上記第１の構戊とは異なる観点から特定されてい
る。すなわち、種々のロウ月金属のうちのひとつを選択
したとき、そのロウ材金属が所定の程度にまで軟化する
温度を求め、それを参照して第１の温度を定める。この
軟化の程度は状況に応じて決定される。たとえば、組立
体におもりを付加しているときには、おもりの重さによ
ってロウ材金属層の塑性変形が促進されるため、おもり
の重さを考慮して軟化の程度を定めてもよい。また、こ
のような軟化温度を求めるにあたっては、ロウ材金属に
ついてあらかじめ得られている物性データを参照しても
よく、実験的にｉ１ＦＪ定してもよい。この第２の晴或
によって定められた第１の温度は、上記第１の構或によ
って定められた第１の温度と同一であってもよい。

〔実施例〕

第２Ａ図は、この発明の一実施例において使用される組
立体１０を示す図である。この組立体１０は、第６Ａ図
に示したものと実質的に同一の構造を有するが、その詳
細は次のようになっている。

組立体１０の最下部には、直径Ｄ４−７０＋ｎｎ，厚さ
Ｈ４＝３ｍｍのモリブデン板からなる支持板４が設けら
れている。なお、図示の便宜上、図面上においては組立
体１０の各部材の厚さがそれらの径よりも拡大されて描
かれている。

支持板４の上面には、直径Ｄ　３−　６９．５ｍｍ，厚
さＨ　３−０　．　０　３　開のアルミニウム薄板３が
載置されており、このアルミニウム薄ｔ！ｉ２３がロウ
材金属層である。さらに、アルミニウム薄板３の上面に
は、直径Ｄ　〜６９．５ｍｍ　（　＝　Ｄ　３　）　、
厚さＨ２−　０．６開２ のウエハ状態のシリコン基板２が載置される。シリコン
基板２にはｎ形Ｓｉ領域２ａとｐ形Ｓｉ領域２ｂとが形
成され、このシリコン基板２は電力用高耐圧ダイオード
素子を構成している。アルミニウム薄板３に接している
のはｐ形Ｓｉ領域２ｂすなわちアノード領域である。

シリコン基板の上側主面上には、ステンレス鋼からなる
おちり１が載置され、このおもり１の直径Ｄ，は６９＋
ｎｓ，重さは０　．　８　ｋｇである。なお、ここでは
、ｐ領域２ｂの下面つまりシリコン基板２の下側主面や
アルミニウム薄板３の上面に、第４Ａ図に拡大図として
示すように、そりや凹凸があるような場合を考える。し
たがってこれらの境界部６には、接触部６ａと非接触部
６ｂとが混在している。

第３図は、この組立体１０を加熱して半導体基板１０の
下側主面と支持板４とのロウ付けを行う際に使用される
加熱炉を示す図である。ロウ付け処理には、連続処理方
式の加熱炉とバッチ処理方式の加熱炉とのいずれも使用
できるが、第３図は前者を示しており、後者については
後で述べる。

加熱炉１００は、中空円筒状の石英管からなる加熱チュ
ーブ１０１を有している。加熱チューブ１．　０　１の
周囲には複数のヒータユニット１０２が配列されており
、これらのヒータユニット１０２のそれぞれは、パワー
ユニット１０４から電力ライン１０３を介して与えられ
る電力によって発熱する。加熱チューブ１０１の中には
Ｎ２などの不活性ガスが導入されている。

加熱チューブ１０１の中には、この加熱チューブ１０１
の長手方向Ｘに沿って定速度で移送されるコンベア１０
５が設けられている。そして、このコンベア１０５の上
に、組立体１０が配列載置される。したがって、コンベ
ア１０５の移送に伴って組立体１０のそれぞれは加熱チ
ューブ１０１の一端から導入され、その中で加熱された
後に、加熱チューブ１０１の他端から外部へと出ること
になる。

ヒータユニット１０２のそれぞれには、パワーユニット
１０４から独立に電力が供給され、そのそれぞれの電力
値は、加熱チューブ１０１内のＸ方向の空間的温度分布
が、後述する温度変化グラフ（第１図）と実質的に同一
となるように設定されている。したがって、ひとつの組
立体ｌＯに着１」すれば、その組立体１０が加熱チュー
ブ１０１内で受ける温度変化は、実質的に第１図のグラ
フで示されることになる。

次に、この第１図を参照して、この実施例におけるロウ
付け処理について詳述する。まず、区間Ｐ　一Ｐ２の８
０分間で組立体１０の温度を室温ＴＩ Ｒから第１の温度Ｔ，　−　５８０℃にまで上昇させる
。

そして、この第１の温度Ｔ１−　５８０℃を２０分間保
持する（区間Ｐ　　−Ｐ２）。この区間Ｐ，−Ｐ，，｛ は、アルミニウム薄板３とシリコン基Ｆｉ．２との界面
においてＡｊ！−Ｓｉ共晶反応を開始させる前に、アル
ミニウム薄板３の表面を塑性変形させ、それによってア
ルミニウム薄板３とシリコン基板２ととの間の局所的ギ
ャップを埋める目的で設けられた工程である。このよう
な目的に対応して、上記第１の温度Ｔ１は次のような基
準で選択されている。

アルミニウム薄板３は、アルミニウム塊の圧延などによ
って製造されるため、その製造プロセスにおいて加工硬
化を受けている。そして、その温度を上昇させていった
場合には、固有の再結晶温度で再結晶が始まり、この再
結晶温度を境としてその剛度は急激に減少して軟化する
。この再結晶温度Ｔｃは、実施例で使用されているアル
ミニウム薄板３の場合、Ｔｃ−２６４℃である。したか
って、上記第１の温度Ｔ１は、この再結晶温度Ｔ。

一２６４℃より高い温度の中から選択される。

一方、アルミニウム薄板３とシリコン基板２との共晶反
応温度ＴＡはＴＡ−　　５１１５℃である。この共品反
応温度Ｔ＾は、アルミニウム薄板３のうち、シリコン基
板２に接触している部分の融点すなわち界面部分融点に
相当する。そして、第１の温度Ｔ　はこの共晶反応温度
ＴＡよりも低い温度の中１ から選択される。

以上の２つの条件によって、第１の温度Ｔｔは、Ｔｃ＜
ＴＩ＜ＴＡ　　　　　　　　−（１）の温度範囲内で選
択されればよいことになる。また、一般に、温度が高く
なるほどロウ材金属層の軟度は高まるため、第１の温度
Ｔ１は、共晶反応温度ＴＡに近い方が望ましい。特に、
是板２を形威している半導体（実施例ではＳｉ）とロウ
材金属層３を形成している金属（ＡｆＩ）との共晶の融
点ＴＢ　（以下「共品融点」と言う。）を、第１の温度
Ｔ１として選択することが好ましい。既述した界面部分
融点つまり共晶反応温度ＴＡは、ロウ材金属層と半導体
基板とのマクロな接触界面での融点ないしは共品反応の
開始温度であるのに対し、上記共品融点ＴＩ３はミクロ
な共晶組織を形成している金属／半導体系の融点であっ
て、 ＴＩ３くＴＡ　　　　　　　　　　　・・・（２）の関
係にある。ＡＭ−Ｓｉ系の共晶融点Ｔｏは５７７℃であ
る。

したがって、この実施例のように、シリコン基板２とア
ルミニウム薄板３とを用いている場合には、第１の温度
Ｔ１は、 Ｔ　　（２６４℃）　＜Ｔ　　＜ＴＡ（５８５℃）　・
・・（３）Ｃ１ の範囲で選択され、好ましくは、 Ｔ　唖Ｔ　　（５７７℃）　＜　ＴＡ（５８５℃）　・
・・（４）ｉ　　　１３ のように還択される。この実施例における第１の温度Ｔ
，　−　５１１０℃が（３），（４）式のいずれをも満
足していることは容易に確認できる。

このようにして設定された第１の温度ＴＩ−５８０℃に
組立体１０の温度を保持することにより、アルミニウム
薄板３の表面はおもり１の重さなどによって塑性変形す
る。したがって、第４Ａ図の非接触部６ｂは変形したア
ルミニウムａ板３によって埋められ、第４Ｂ図に示すよ
うに、界面７の全域にわたって、ｐ形Ｓｉ領域２ｂとア
ルミニウム薄板３とが相互に接触した状態となる。

換言すれば、組立体１０を第１の温度Ｔ１で保持するこ
とにより、アルミニウム薄板３の上面は、十分にシリコ
ン基板２の下側主面になじむことになる。また、アルミ
ニウム薄板３と支持板４との間の界面も、アルミニウム
薄板３の下面の塑性変杉により、これらが全面的に接触
した状態となる。

さらに、この区間ｐ　　−ｐ，，では、アルミニウム１ 薄板３とｐ形Ｓ　ｉ　Ｍ域２ｂとの界面７を介して、シ
リコン原子とアルミニウム原子との…任交換、すなわち
表面拡散または粒界拡散が行われる。

第１図の次の区間Ｐ２−Ｐ３では、組立体１０の温度を
第１の温度Ｔ１−　５８０℃から、あらかじめ指定され
た第２の温度Ｔ２−　６１０℃へと上昇させる。この第
２の温度Ｔ２は、共晶反応温度ＴＡ一５８５℃よりも高
い温度である。したがって、組立体１０の温度が共晶反
応温度ＴＡ−　５１１５℃を超えた時点でアルミニウム
薄板３のうちシリコン基１１ｉ２２に接触している部分
が、シリコン原子を取込んだ状態で融解し、融解状態Ａ
ｌｌ−Ｓｉ共品層３ｂへの移行つまり共晶反応が開始さ
れる。それによって第４Ｃ図に示すように、界而７の近
傍がＡＲ−Ｓｉ共品層３ｂとなる。そして、この共晶反
応はアルミニウム薄板３の全域に波及し、組立体の温度
が第２の温度Ｔ２となる時点では、薄板３の全体が融解
状態のＡｉｌ−Ｓｉ共品層３ｂとなる。

また、このＡＭ−Ｓｉ共品層３ｂが支持板４の上面を濡
らすことにより、シリコン基板２と支持板４とのロウ付
けか行われる。

その後、第１図の区間Ｐ　　−Ｐ４において組立３ 体１０を室温ＴＩ？まで自然冷却することにより、ＡＭ
−Ｓｉ共品層３ｂは固相状態の共晶層となる。

そして、おもりｌを組立体１０から取除くことにより、
ロウ付け処理が完了する。

この実施例の特徴的効果は以下の通りである。

（１）　　まず、アルミニウム薄板３とシリコン基阪２
との共晶反応は、これらの表面が全面的に接触した状態
で行われるため、共晶反応は空間的にほぼ均一な分布で
進行する。したがって、ロウ付け後の組立体２０（第２
Ｂ図）において、ＡＮ−Ｓｉ共品層３ｂが局所的にｐ形
Ｓｉ領域２ｂへ食い込むことはない。その結果、シリコ
ン基板２内に局所的な応力が残ることはなく、ｐ形Ｓｔ
領域２ｂの電気的特性の累常や構造的強度の低下は生じ
ない。

（２）　　シリコン基仮２内へ局所的な食い込みが生じ
ないため、このダイオードに逆方向電圧を加えたときに
、空乏層はｐｎ接合面Ｊからｐ形Ｓｔ領域２ｂへと実質
的に一様に伸びる。このため、このダイオード素子では
、十分なブレークダウン電圧を確保できる。

（３）　　シリコン基板２とアルミニウム薄板３とが十
分に接触した状態で共晶反応を行わせるため、ロウ付け
処理における最高温度を比較的低くすることができる。

すなわち、従来法（第７図）で最高温度は６４０℃であ
るが、実施例では６ｌＯ℃である。共晶反応が速やかか
つ均一に進むため、このような比較的低い温度でも、支
持板４に対するＡＩ−Ｓｉ共品層３ｂの濡れ性は十分に
確保できる。

（４〉　　シリコン基板２とアルミニウム薄板３とを互
いになじませる工程は第１の温度Ｔ，で行われるため、
それ以前に長い時間をかけて組立体１０を徐々に加熱す
る必要はない。すなわち、第１図の区間Ｐ。−Ｐ１では
、第７図の区間Ｐ。−Ｐ１ｏとを比較して、温度の立上
り速度を速くすることができる。また、共晶反応温度Ｔ
Ａ以上で共晶反応か速やかに進むため、第２の温度Ｔ２
で組立体１０を長時間保持しておく必要はない。第１図
の例では、第２の温度到達後、ただちに冷却過程に入っ
ている。このため、ロウ付けのための熱処狸特間か全体
的に短くて住む。たとえば、第７図の従来同では熱処理
完了まで１７０分以上を要するが、第１図の実施例では
　１５０分未満てある。

したがって、この実施例では、組立体１０の加熱工程に
改良を加えるたけて従来技術における種々の問題を同時
に解決したロウ付けを行うことができる。

次に、この発明の変形同を列挙して説明する。

（１）　　ロウ材金属層の材質としては、アルミニウム
以外に種々の金属を利用できる。たたし、この明細書に
おいては、「金属」という用語を、単体金属と合金との
総称として用いる。特に、半導体基板と支持阪とのロウ
付けには高融点ロウ材金属を用いることが望ましく、ア
ルミニウム以外の例としてはＡｇ−Ｃｕロウや銀ロウ（
Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ）など種々のものがある。

ところで、任意に遭択されたロウ材金属は、半導体基板
を形或する半導体元素と共晶反応する金属元素（または
合金）であるとは限らない。それらの間に包晶反応など
が生ずる場合もある。したがって、一般には、温度ＴＡ
は共晶反応温度に限定されず、ロウ材金属層のうち半導
体基板に接触している部分が融解する界面部分融点とし
て定義される。

このような一般的概念下において、Ａｇ−Ｃｕロウや銀
ロウをロウ材金属として用いた場合の温度Ｔ　　，Ｔ　
　の例を第１表に示す。第１と第２のＡＣ 温度Ｔ，Ｔ２が既述した　（１）式に従って定めら１ れることは、アルミニウムの場合と同様である。

第１表 （２）　　既述したように、ロウ材金属層は、その再結
品温度Ｔ。で剛度が急激に減少するため、第１の温度Ｔ
　は再結晶温度Ｔｃより高い温度に設１ 定される。しかしながら、使用するロウ材金属層の再結
晶温度Ｔｃが測定されていない場合であっても、第１の
温度Ｔ１は次のようにして決定することができる。

まず、組立体１０のサンプルを準備し、第１の温度Ｔ１
を任意に定める。そして、その温度Ｔ１を採用しつつ第
１図と同様の加熱特性線に沿って組立体サンプルのロウ
付けを行う。それによって得られたダイオード素子のロ
ウ付け部分を解析し、第１の温度Ｔ１がロウ材金属層３
を軟化するのに十分な温度であったかどうかを’Ｉ’ｌ
＋定する。この解析は、ロウ付け部分の結晶組織を調べ
ることによって行ってもよく、ダイオード素子の電気的
特性を，１Ｐ１定することによって行ってもよい。

もし、基板２に食い込み部分が残っているようならば、
選択された第１の温度Ｔ１ては、ロウ相金属層３は必要
な程度にまで軟化していなかったことになる。そこで、
この場合には、新たな第１の温度Ｔ＋を、最初に選択さ
れた値よりも高い温度に設定し、その新たな第１の温度
ＴＩを用いつっ別の組立体サンプルのロウ付けを行う。

そして、やはリロウ付け部分の解析を行う。

上記のテストプロセスを繰返すことにより、第１の温度
Ｔ１として必要な下限値を知ることができる。そして、
半導体装置の製造ラインにおいては、この下限値よりも
高く、かつ界面部分融点Ｔえよりも低い温度を第１の温
度Ｔ１として設定する。

また、ロウ材金属層３の再結晶温度Ｔ。自身を数値とし
て知っていない場合でも、そのロウ材金属層３の軟化曲
線がわかっていれば、ロウ材金属層３の軟らかさが急激
に低下する温度を、第１の温度Ｔ１の下限値として採用
できる。

ところで、半導体基板２の直径は、使用するウエハの直
径によって変化する。したがって、基仮２の直径のひと
つの値に対して第１の温度Ｔ１の下限値を決定したとき
、その下限値が他の直径を持つ基板についても適用でき
るかどうかを判断しておくことが有益である。これにあ
たっては、おもり１によって基仮２とロウ材金属層３と
の間に如わる弔位而積あたりの力が同程度であれば、多
く場合、第１の温度の下限値は址阪２の各直径に冫・Ｉ
して共通であるという規１りを利用できる。たとえば、
第２Ａ図に示した組立体１０においては、おもり１によ
る単位面積あたりの力は、０．８　ｋｇ／　ｙｒ　・（
３４．８　ｍｎ）　”−　　２１．０　ｇ／ｃ−　　　
　　　　　　・・・（５）であるため、基板２の直径が
変わっても、　（５〉式の力またはそれ以上の力を加え
るようにおもり１の重さを変えれば、少なくとも、直径
６９．５ｍｌＭの基阪２と同程度の結果が得られる。た
とえば、おちり１の重さが２　ｋｇてあり、扶仮２の主
而の而積が３　４　ｃＪである場合を考えると、上記’
ｌ’位商積あたりの力は、 １８．７ｇ／ｃ−　　　　　　　　　　・・（６）であ
って、（５）式と同程度の力が基板２とロウ材金属層３
との界面に加わる。したがって、上記２つの場合には、
第１の温度Ｔ１として必要とされる温度の下限値は同一
としてよい。もっとも、第１図の例に示したように、第
１の温度Ｔ１を界面部分融点ＴＡに近い値としたときに
は、おもり１の重さによる下限値の変化を特に考慮しな
くとも、ほとんどの場合においてロウ材金属層３は十分
に軟化する。

このように、第１の温度ＴＩの下限値は再結晶温度Ｔ。

によって規定することが最も簡易であるが、所定の程度
にまでロウ材金属層３が軟化する温度をｆモ意の方法で
知りさえすれば、第１の温度Ｔ１の下限値を知ることが
できる。

（３）　　組立体１０の塩度が、第２の温度Ｔ２におい
て所定時間だけ保持されるように加熱制御を行ってもよ
い。第１図に示したように、このような保持を行われな
くても十分にロウ付けかできるが、第２の温度Ｔ２て組
立体１０を保持するような変形も、この発明の概念に含
まれる。

（４〉　　第５図は、バッチ方式の加熱炉２００を示す
図であり、このような加熱炉を用いてロウ付けを行う場
合にも、この発明は適用できる。この加熱炉２００は、
耐熱性の炉体２０１のまわりにヒータ２０２を設け、パ
ワーユニット２０４からの電力を電力ライン２０３を介
してヒータ２０２に与えることにより、ヒータ２０２を
発熱させる。

パワーユニット２０４の出力制御は、コントローラ２０
５によって行われる。また、炉体２０１の内部は図示し
ないパイプラインとバルブとを通じて、真空ポンプへと
連通している。

炉体２０１の内部には、組立体１０，１０８が積重ねら
れて収容されている。このうち、組立体１．　０　ａは
おもり１を有しておらず、最上部の組立体１０のみおも
りｌを合している。

この加熱炉２００では、第１図の加熱シーケンスを表現
したデータが、コントローラ２０５内部のメモリにあら
かじめストアされている。コントローラ２０５はこの加
熱特性に従った電力をパワーユニソト２０４に発生させ
、それによって組立体１０　　１０ａにおけるロウ付け
を行わせる。

この発明の主たる特徴は加熱シーケンスの改良にあるた
め、使用する加熱炉のタイプに制限はない。したがって
、この発明の汎用性は高い。

（５）　　電力用半導体装置を製造する場合には、支持
阪４の材質として、半導体基板２の材質の線膨張率に近
い線膨張率を持つ材質が選択される。

たとえば、第２Ａ図の例では、シリコンの線膨張率は３
．２Ｘ　１０　６Ｋ−１であり、支持板４を形成するモ
リブデンの線膨張率は４．２Ｘ　ＩＯ−６〜５．ＯＸＩ
．０”Ｋ−１である。それは、ロウ付け後の組立体１０
を冷却したときに、線膨張率の違いによって生ずる基板
２と支持板４との間の面内応力を極力小さくするためて
ある。この条件は特に、電力用半導体素子のようにンリ
コン基板２の主而の面積が大きいときに要請される。

しかしながら、この発明は電力用半導体装置に限らず、
種々の半導体装置の製造に適用可能である。このため、
この発明の実施において、支持阪４の材質を限定するち
のではない。また、半専体基板２に形成される亀子素子
も、ダイオードに限らず、トランジスタやサイリスタで
あってもよい。

個別素子および集積回路のいずれに対してもこの発明は
時用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発叩の第１および第２の溝戊
のいずれにおいても、半導体基阪と支持阪との間にロウ
伺金属層を揮大した構造を持つ組立体を第１の温度で所
定時間保持することによりロウ祠金属か融解する前にロ
ウ柑金属層と半導体長板とのそれそれの表面の全域を互
いになしませるようにしている。

このため、界面部分融点以上に組立体を加熱したとき、
ロウ材金属層と半導体基板との貼的相互作用は空間的に
ほほ均一に進行し、半導体基板の中に、半導体元素を取
込んたロウ材金属の喘が局部的に食込む二とはない。そ
の桔果、半導体基阪のロウ付け部位に不均一な応力分布
か生ずることを防止できる。

また、上記食込みを防止できるため、ロウ付けを通して
製造される半導体装置において、ブレークダウン電圧な
どの電気的特性を良好に維持できる。

さらに、第１の温度において半導体基板とロウ付け金属
とをなじませているため、第２の温度をあまり高くする
必要はない。このため、ロウ付けのための加熱シーケン
スにおいて必要とされる最高温度をＦげることか可能と
なり、それによって”ｌ′−導体基板への熱的ストレス
や加熱電力量が低下する。

また、半導体基板とロウ付け材金属とをなじませる処理
を設けているため、最初の加熱段階の温度立上げ速度を
速くすることができるとともに、第２の温度において組
立体を長時間保持する必要はないため、ロウ付けのため
の熱処理時ｍ１を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におＣナる紹立体の加熱シ
ーケンスを示すグラフ、第２Ａ図は実施例において使用
される組立体を示す断面図、第２Ｂ図は実施例における
ロウ付け後の紹立体を示す断面図、第３図は実施例にお
いて使用可能な加熱炉の例を示す図、第４Ａ図から第４
Ｃ図は、実施例の各段階におけるシリコン基板とアルミ
ニウム薄板との界面を示す拡大図、第５図は実施例にお
いて使用可能な加熱炉の他の例を示す図、第６Ａ図はロ
ウ付けの対象となる組立体の例を示す図、第６Ｂ図は従
来のロウ付け方法によって得られたロウ付け後の組立体
の図、第７図は従来のロウ付けノｊ法における組立体の
加ｈンーケンスを示すグラフである。 図において、１はおもり、２はシリコン基板（半導体基
板）、３はアルミニウム薄阪（ロウ材金属層）、４は支
持仮、１０は組立体、Ｔ１は第１の温度、Ｔ２は第２の
温度である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面を、前記半導体基板を支持す
   るための支持板にロウ付けする方法であって、 （ａ）前記半導体基板と前記支持板との間にロウ材金属
   層が挿入された組立体を準備する工程と、（ｂ）前記組
   立体を、前記ロウ材金属層の再結晶温度よりも高く、か
   つ前記ロウ材金属層のうち前記半導体基板に接触してい
   る部分の融点よりも低い温度範囲内で選択された第１の
   温度にまで加熱する工程と、 （ｃ）前記組立体を、前記第１の温度で所定時間保持す
   る工程と、 （ｄ）前記組立体を、前記融点よりも高い第２の温度に
   までさらに加熱する工程と、 （ｅ）前記組立体を、前記第２の温度から、前記第１の
   温度よりも低い第３の温度にまで冷却する工程とを備え
   る、半導体基板と支持板とのロウ付け方法。
2. （２）半導体基板の一主面を、前記半導体基板を支持す
   るための支持板にロウ付けする方法であって、 （ａ）ひとつのロウ材金属を指定する工程と、（ｂ）前
   記ロウ材金属が所定の程度にまで軟化する軟化温度を知
   る工程と、 （ｃ）前記半導体基板と前記支持板との間に前記ロウ材
   金属よりなるロウ材金属層が挿入された組立体を準備す
   る工程と、 （ｄ）前記組立体を、前記軟化温度よりも高く、かつ前
   記ロウ材金属層のうち前記半導体基板に接触している部
   分の融点よりも低い温度範囲内で選択された第１の温度
   にまで加熱する工程と、（ｅ）前記組立体を、前記第１
   の温度で所定時間保持する工程と、 （ｆ）前記組立体を、前記融点よりも高い第２の温度に
   までさらに加熱する工程と、 （ｇ）前記組立体を、前記第２の温度から、前記第１の
   温度よりも低い第３の温度にまで冷却する工程とを備え
   る、半導体基板と支持板とのロウ付け方法。