JPH06163612A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子と支持体を接合させる三層半田の
熱処理する際の溶融半田の厚さを均一にする。 【構成】 高融点材料からなる第１の半田３ａの両面
に、第１の半田３ａよりも低融点の材料からなる第２の
半田３ｂが配設された三層半田３を、半導体素子１とこ
れを載置する支持体２の間に挟み、三層半田３におもり
５で圧力を付加し、加熱及び熱処理によって第２の半田
３ｂのみを溶融させて半導体素子１と支持体２を接合さ
せる。 【効果】 三層半田の高融点化に必要な熱処理時間を短
縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子とこれを
載置する支持体とを熱処理によって接合する際の半導体
装置の製造方法及び製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特願平３−４８３２号に
開示されたものと同様な従来の半導体装置の構造及び製
造過程を示す断面図である。

【０００３】図５において、１は半導体素子、２は半導
体素子を載置する支持体、例えばダイパット、３はこれ
ら半導体素子１とダイパット２とを接合するための三層
半田であって、例えば組成が９５Ｐｂ−５Ｓｎで厚みが
５０μｍの高融点（３０５℃）半田（第１の半田）３ａ
及びこの高融点半田３ａの上下両面にメッキ、又は蒸
着、スパッタ等により形成され、例えば組成がＰｂ−６
３Ｓｎで厚みが１０μｍの共晶半田（第２の半田）３ｂ
から成る。

【０００４】４は載置されたダイパット２を加熱するた
めのヒートブロックであり、但しこれは半導体装置の一
部ではない。

【０００５】このような半導体装置では、半導体素子１
とダイパット２とを三層半田３を介して重ね合せ、還元
性雰囲気中で共晶半田３ｂの融点１８３℃以上でかつ高
融点半田３ａの融点３０５℃以下の温度、例えば２００
℃にヒートブロック４で加熱し、共晶半田３ｂのみを溶
融させて半導体素子１とダイパット２を接合する。

【０００６】その後、上述した温度２００℃に保持する
ことによって共晶半田３ｂと高融点半田３ａとの間でＰ
ｂとＳｎとが相互拡散を起こし、図６のＰｂ−Ｓｎ系状
態図からわかるように、共晶半田３ｂ中のＳｎ濃度が約
１８％以下、即ちＰｂ濃度が約８２％以上になると凝固
する。

【０００７】さらに、Ｓｎ濃度の低下に伴い、固相線温
度直下の温度に上昇させると、Ｓｎの拡散速度は更に加
速される。図６に示すように最終的には高融点半田３ａ
と共晶半田３ｂとの半田の組成が同じになり、最初の状
態の共晶半田３ｂよりも三層半田３の融点が高くなる。

【０００８】このため、高融点半田３ａが溶融されない
ことによる半導体素子１とダイパット２の間隔を一定に
保持するいわゆる間隔保持の効果に加えて、接合時の加
熱温度２００℃より高い耐熱性を有する半導体装置を得
ることができる。

【０００９】半導体素子１とダイパット２を接合した
後、ヒートブロック４から半導体装置を取り上げ、半導
体素子１上の電極（図示しない）と外部リード（図示し
ない）とを金線（図示しない）で接続するワイヤボンド
工程、半導体装置を封止するモールド樹脂封止工程等の
諸工程を経て、半導体装置を完成させている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
半導体装置では、三層半田３の共晶半田３ｂを溶融する
ための加熱時、及びその後ＰｂとＳｎとが相互拡散を行
う熱処理中は、半導体素子１，ダイパット２間に何ら応
力は作用しなく、半導体素子１は溶融した共晶半田３ｂ
上に浮かんだ状態となっている。

【００１１】このため実際は、溶融した共晶半田３ｂは
流動し、半導体素子１側とダイパット２側の共晶半田３
ｂの厚みにバラツキが生じ、結果として、どちらか一方
の共晶半田３ｂの厚みが厚くなる。

【００１２】三層半田３の融点は、共晶半田３ｂと高融
点半田３ａの厚みによって制御される三層半田全体のＰ
ｂとＳｎの組成比によって決定されるため、三層半田３
の融点は、共晶半田３ｂと高融点半田３ａの厚みによっ
て制御されるといえる。

【００１３】このため、三層半田３の高融点化の際に共
晶半田３ｂの厚みが厚く、しかも厚みにバラツキが生じ
ていると、必要な熱処理時間も図７の実測値と良く相関
がとれたシミュレーション結果からわかるように、バラ
ツクのみならず、長時間の熱処理が必要であるという問
題点があった。

【００１４】因に、三層半田３に設けられている共晶半
田３ｂの厚みが１０μｍであれば、加熱、溶融後の共晶
半田３ｂの半導体素子１側とダイパット２側の厚みの差
が１０μｍ程度生じ、例えば、半導体素子側共晶半田厚
５μｍに対し、ダイパット側共晶半田厚１５μｍであっ
た。このため、熱処理時間は共晶半田厚の厚い側に制御
され、本来予想していた熱処理時間よりも数時間余分に
必要となっていた。（図７参照）

【００１５】また、共晶半田３ｂの厚さを例えば１０μ
ｍとしてＰｂとＳｎとの相互拡散を行う熱処理用の炉の
温度を或る温度に設定していると、上述の如く共晶半田
３ｂの厚みの差にバラツキが生じた場合には１５μｍの
ダイパット側共晶半田は、その後のワイヤボンド工程等
における温度が上記炉内設定温度より高いと、熱処理段
階で熱処理時間不足により十分に凝固していないので、
溶融して半導体素子１がダイパット側共晶半田上に浮か
んでワイヤボンディング出来なくなる等の問題点があっ
た。

【００１６】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、三層半田を熱処理する際の溶融
半田の厚さを薄く均一にすることにより、三層半田の高
融点化に必要な熱処理時間を短縮することができると共
に後工程での処理にも支障を来たすことのない半導体装
置の製造方法及び製造装置を提供することを目的として
いる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造方法は、高融点材料からなる第１の半田の両面に、
該第１の半田よりも低融点の材料からなる第２の半田が
配設された三層半田を、半導体素子と該半導体素子を載
置する支持体の間に挟み、前記三層半田に圧力を付加
し、加熱及び熱処理によって前記第２の半田のみを溶融
させて前記半導体素子と支持体を接合させるようにした
ものである。

【００１８】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、半導体素子と該半導体素子を載置する支持体との間
に挟まれた三層半田に圧力を付加する加圧手段を備えた
ものである。

【００１９】

【作用】この発明の半導体装置の製造方法においては、
半導体素子と支持体の間に挟まれた三層半田を加熱、熱
処理する際に、三層半田に圧力を付加しているので、溶
融された半田の厚さを薄く均一にすることができ、三層
半田の高融点化に必要な熱処理時間を短縮することがで
き、しかも後工程も支障なく行うことができる。

【００２０】この発明の半導体装置の製造装置において
は、加圧手段で加熱熱処理の際に三層半田に圧力を加え
る。これにより、簡単な構成で三層半田の高融点化に必
要な熱処理時間を短縮することができ、しかも後工程も
支障なく行うことができる。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例について説明す
る。図１は、この発明の一実施例を示す断面図である。

【００２２】図１において、１，２，３，３ａ，３ｂ，
４は、従来例と同じ半導体素子、ダイパット、三層半
田、高融点半田（第１の半田）、共晶半田（第２の半
田）、ヒートブロックである。５は半導体素子１上に置
かれた加重用のおもりである。

【００２３】このように半導体素子１とダイパット２と
の間の三層半田に圧力を与える、つまり加重して従来と
同様な熱処理を行うことにより、半導体素子１とダイパ
ット２を接合するに過剰な共晶半田３ｂは側面に排出さ
れ、全体の共晶半田厚が減少し、この結果加熱、溶融後
の共晶半田３ｂの半導体素子１側とダイパット２側の厚
みの差は約２μｍ以内に収束した。例えば、実験による
と半導体素子側共晶半田厚６μｍに対し、ダイパット側
共晶半田厚４μｍであった。

【００２４】このように本実施例では共晶半田厚を減少
させ、厚みをほぼ均一にすることによって、熱処理時間
を数時間短縮することができる。また、共晶半田厚をほ
ぼ均一に出来るので、従来のごとく熱処理段階で熱処理
時間不足により炉内設定温度に達しないで十分に凝固さ
れないということがなくなり、従ってその後のワイヤボ
ンド工程においても溶融して半導体素子１がその溶融し
た共晶半田上に浮かんでワイヤボンディングが出来なく
なる等の不都合もなくなる。

【００２５】実施例２．図２はこの発明の他の実施例を
示す断面図である。実施例１では、加圧手段として、半
導体素子１上に直接おもりを置いたが、図２に示す様な
加重機能を持った治具６を使用してもよい。

【００２６】図２において、６ａは治具６の下面に取り
付けられた半導体素子１とダイパット２との間を加重す
るためのバネ、６ｂはバネ６ａに取り付けられ、半導体
素子１表面に接融して加重を均一化させるための平板で
ある。

【００２７】このように本実施例においても、治具６に
よって加重された半導体装置を加熱、熱処理することに
よって、実施例１と同様な効果を得ることができる。

【００２８】実施例３．図３は、この発明の他の実施例
を示す断面図である。図３において、７は雰囲気炉本
体、８は炉から噴出される雰囲気ガス、９は加重用シリ
コンゴム、１０はベルトコンベアである。ベルトコンベ
ア１０上に半導体装置をある決められた間隔に並べ炉内
へ送りこむ。

【００２９】炉内では半導体装置に各々に対応するべ
く、炉内ベルトコンベア１０上にシリコンゴム９等で出
来た凸状の加重用物体が設けられており、それによって
半導体素子１とダイパット２との間を加重することがで
きる。又、その加重程度は凸状の形状を変更することに
よっても可能である。

【００３０】このように本実施例でも、半導体装置製造
に必要な熱処理時間を数時間短縮することができると共
に、後工程に何等支障をきたすことなく熱処理を流れ作
業で効率よく行うことができる。

【００３１】実施例４．図４はこの発明の他の実施例を
示す断面図である。実施例３の半導体装置製造装置に代
り、図４のような炉１１を用いてもよい。図４におい
て、１２は炉内加圧用ガス注入バルブである。炉１１内
にガスを注入することによって炉内圧力を上げ、それに
よって半導体素子１とダイパット２との間に加重するこ
とが出来る。

【００３２】このように本実施例においても、上記各実
施例と同様に、熱処理時間を短縮することができると共
に、後工程に何等支障をきたすことがない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置の
製造方法によれば、高融点材料からなる第１の半田の両
面に、該第１の半田よりも低融点の材料からなる第２の
半田が配設された三層半田を、半導体素子と該半導体素
子を載置する支持体の間に挟み、前記三層半田に圧力を
付加し、加熱及び熱処理によって前記第２の半田のみを
溶融させて前記半導体素子と支持体を接合させるように
したので、熱処理する際の溶融半田の厚さを薄く均一に
でき、三層半田の高融点化に必要な熱処理時間を短縮す
ることができると共に、後工程に何等支障をきたすこと
がないという効果がある。

【００３４】また、この発明の半導体装置の製造装置に
よれば、半導体素子とこれを載置する支持体の間に挟ま
れた三層半田に圧力を付加する加圧手段を備えたので、
簡単な構成で、後工程に何等支障をきたすことなく三層
半田の高融点化に必要な熱処理時間を短縮することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図５】従来の半導体装置の製造装置を示す断面図であ
る。

【図６】三層半田の凝固過程を説明するための状態図で
ある。

【図７】共晶半田の厚みと熱処理時間の関係のシミュレ
ーション結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ ダイパット ３ 三層半田 ３ａ 高融点半田（第１の半田） ３ｂ 共晶半田（第２の半田） ４ ヒートブロック ５ 加重用のおもり ６ 治具 ６ａ バネ ６ｂ 平板 ７ 炉 ９ 加重用シリコンゴム １１ 炉 １２ 炉内加圧用ガス注入バルブ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】このように本実施例では共晶半田厚を減少
させ、厚みをほぼ均一にすることによって、熱処理時間
を数時間短縮することができる。また、共晶半田厚をほ
ぼ均一に出来るので、従来のごとく熱処理段階で熱処理
時間不足により三層半田全体の融点上昇が十分でないと
いうことがなくなり、従ってその後のワイヤボンド工程
においても溶融して半導体素子１がその溶融した共晶半
田上に浮かんでワイヤボンディングが出来なくなる等の
不都合もなくなる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高融点材料からなる第１の半田の両面
   に、該第１の半田よりも低融点の材料からなる第２の半
   田が配設された三層半田を、半導体素子と該半導体素子
   を載置する支持体の間に挟み、前記三層半田に圧力を付
   加し、 加熱及び熱処理によって前記第２の半田のみを溶融させ
   て前記半導体素子と支持体を接合させるようにしたこと
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体素子と該半導体素子を載置する支
   持体との間に挟まれた三層半田を加熱及び熱処理して前
   記半導体素子と支持体とを接合させる半導体装置の製造
   装置において、 前記三層半田に圧力を付加する加圧手段を備えたことを
   特徴とする半導体装置の製造装置。