特開 2024-120482 半導体装置および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120482

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】半導体装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20240829BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 C

H01L21/52 A

H01L23/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027304

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】390005175

【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅谷 慎二

(72)【発明者】

【氏名】高桑 真樹

(72)【発明者】

【氏名】上原 修治

(72)【発明者】

【氏名】大場 隆之

【テーマコード（参考）】

5F047

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F047AA03

5F047BA52

5F047BB16

5F136CC14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】金属ペーストパターンからの脱ガスを可能とする半導体装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ１３０を対象物１１０に接合した半導体装置１００の製造方法であって、半導体チップと対象物との間における、半導体チップおよび対象物を互いに接合すべき接合領域に、複数の金属ペーストパターンを互いの間における厚み方向の少なくとも一部に隙間を設けて形成することと、半導体チップおよび対象物に挟まれた複数の金属ペーストパターンを、互いの間に隙間１５０がある状態で焼結し、複数の焼結金属パターン１４５を形成して半導体チップおよび対象物を接合するすることと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップを対象物に接合した半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップと前記対象物との間における、前記半導体チップおよび前記対象物を互いに接合すべき接合領域に、複数の金属ペーストパターンを互いの間における厚み方向の少なくとも一部に隙間を設けて形成することと、
前記半導体チップおよび前記対象物に挟まれた前記複数の金属ペーストパターンを、互いの間に隙間がある状態で焼結して前記半導体チップおよび前記対象物を接合することと
を含む製造方法。

【請求項2】

前記複数の金属ペーストパターンのうちの少なくとも１つの金属ペーストパターンは、他の少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さい請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置しない他の金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さい請求項２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域における互いに対向する位置の２つ縁部に位置する２つの金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置しない他の金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さい請求項３に記載の製造方法。

【請求項5】

前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さい請求項２に記載の製造方法。

【請求項6】

複数の前記半導体チップを接合する前記対象物である金属板を準備し、
前記複数の金属ペーストパターンの形成において、前記金属板における前記複数の半導体チップのそれぞれと接合すべき複数の前記接合領域のそれぞれに、前記複数の金属ペーストパターンを互いの間に前記隙間を設けて形成し、
前記半導体チップおよび前記対象物の接合において、前記複数の半導体チップのそれぞれと前記金属板とに挟まれた前記複数の金属ペーストパターンを焼結して前記複数の半導体チップのそれぞれと前記金属板とを接合し、
前記複数の半導体チップが接合された金属板を前記複数の半導体チップの間で切断して複数の前記半導体装置を個片化する
請求項１に記載の製造方法。

【請求項7】

前記複数の半導体チップを、互いの間に間隔を設けて支持基板上に配置し、
前記半導体チップおよび前記対象物の接合において、前記支持基板上に配置された前記複数の半導体チップと前記金属板とを接合し、
前記金属板に接合された前記複数の半導体チップから前記支持基板を剥離する
請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

前記金属板に接合されるべき前記複数の半導体チップのうち周縁に位置する半導体チップを接合するための前記複数の金属ペーストパターンは、少なくとも１つの金属ペーストパターンが他の少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、接合する前記半導体チップおよび前記金属板に対する接触面積が小さい請求項６に記載の製造方法。

【請求項9】

前記対象物は、前記複数の金属ペーストパターンの間の前記隙間に対応する位置に、少なくとも１つの貫通孔を有する請求項１に記載の製造方法。

【請求項10】

前記対象物は、ベイパーチャンバーであり、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記ベイパーチャンバーの内部空間と隔離される請求項９に記載の製造方法。

【請求項11】

前記半導体チップは、チップ基板と前記チップ基板の一方の面に形成された回路パターンとを含み、
前記半導体チップにおける、前記チップ基板における前記回路パターンが形成された面とは反対側の面に前記対象物を接合する
請求項１に記載の製造方法。

【請求項12】

前記複数の金属ペーストパターンのそれぞれは、１０ｍｍ角以下のサイズで前記半導体チップおよび前記対象物に接する請求項１に記載の製造方法。

【請求項13】

前記複数の金属ペーストパターン同士の間の隙間は、前記複数の金属ペーストパターンのそれぞれの厚みの０．５倍以上１００倍以下である請求項１に記載の製造方法。

【請求項14】

半導体チップと、
前記半導体チップが接合される対象物と、
前記半導体チップを前記対象物に接合する接合部材と
を備え、
前記接合部材は、前記半導体チップと前記対象物との間における前記半導体チップおよび前記対象物を互いに接合すべき接合領域に、厚み方向の少なくとも一部に隙間を設けて配置された複数の焼結金属パターンを有する
半導体装置。

【請求項15】

前記複数の焼結金属パターンのうちの少なくとも１つの焼結金属パターンは、他の少なくとも１つの焼結金属パターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さい請求項１４に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記対象物は、前記複数の焼結金属パターンの間の前記隙間に対応する位置に、少なくとも１つの貫通孔を有する請求項１４に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「半導体素子１０１に対向する接合層１０４ａの周囲、並びに絶縁回路基板裏面側の周辺部に位置する接合層１０４ｂの空隙率が大きいので、絶縁回路基板と放熱基板１０５を接合するための熱処理時に、接合用金属ペーストからの揮発物が接合層の外部へ放出され易くなったり、接合層が還元性雰囲気に十分さらされ易くなったりする」こと（段落００２９）が記載されている。

【0003】

特許文献２には、「…基板２の表面に金属粒子含有ペーストを用いて、スクリーン印刷で接合材３を形成する。金属粒子含有ペーストとしては、例えばクックソンエレクトロニクス社製の焼結タイプのＡｇナノペースト（クックソンエレクトロニクス社製：ＳＰ２０００）を用いることができる」こと（段落００１２）が記載されている。

【0004】

特許文献３には、「リードフレーム（ＴＯ２４７）の半導体素子搭載面上に、厚さ２００μｍのステンレス板に６×６ｍｍ正方形の開口を有するメタルマスクを載せ、メタルスキージを用いたステンシル印刷により、工程ａで得た焼結用銅ペーストを塗布した」こと（段落００８７）が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１７－１３９３４５号公報
［特許文献２］ 特開２０１１－２１６７７２号公報
［特許文献３］ 特開２０２１－０１９０３８号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明の第１の態様においては、半導体チップを対象物に接合した半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップと前記対象物との間における、前記半導体チップおよび前記対象物を互いに接合すべき接合領域に、複数の金属ペーストパターンを互いの間における厚み方向の少なくとも一部に隙間を設けて形成することと、前記半導体チップおよび前記対象物に挟まれた前記複数の金属ペーストパターンを、互いの間に隙間がある状態で焼結して前記半導体チップおよび前記対象物を接合することとを含む製造方法を提供する。

【0006】

上記の半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターンのうちの少なくとも１つの金属ペーストパターンは、他の少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さくてよい。

【0007】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置しない他の金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さくてよい。

【0008】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域における互いに対向する位置の２つ縁部に位置する２つの金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置しない他の金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さくてよい。

【0009】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターンのうち、前記接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターンは、前記接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さくてよい。

【0010】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法は、複数の前記半導体チップを接合する前記対象物である金属板を準備し、前記複数の金属ペーストパターンの形成において、前記金属板における前記複数の半導体チップのそれぞれと接合すべき複数の前記接合領域のそれぞれに、前記複数の金属ペーストパターンを互いの間に前記隙間を設けて形成し、前記半導体チップおよび前記対象物の接合において、前記複数の半導体チップのそれぞれと前記金属板とに挟まれた前記複数の金属ペーストパターンを焼結して前記複数の半導体チップのそれぞれと前記金属板とを接合し、前記複数の半導体チップが接合された金属板を前記複数の半導体チップの間で切断して複数の前記半導体装置を個片化してよい。

【0011】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法は、前記複数の半導体チップを、互いの間に間隔を設けて支持基板上に配置し、前記半導体チップおよび前記対象物の接合において、前記支持基板上に配置された前記複数の半導体チップと前記金属板とを接合し、前記金属板に接合された前記複数の半導体チップから前記支持基板を剥離してよい。

【0012】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記金属板に接合されるべき前記複数の半導体チップのうち周縁に位置する半導体チップを接合するための前記複数の金属ペーストパターンは、少なくとも１つの金属ペーストパターンが他の少なくとも１つの金属ペーストパターンと比較して、接合する前記半導体チップおよび前記金属板に対する接触面積が小さくてよい。

【0013】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、対象物は、前記複数の金属ペーストパターンの間の前記隙間に対応する位置に、少なくとも１つの貫通孔を有してよい。

【0014】

上記の半導体装置の製造方法において、前記対象物は、ベイパーチャンバーであり、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記ベイパーチャンバーの内部空間と隔離されてよい。

【0015】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体チップは、チップ基板と前記チップ基板の一方の面に形成された回路パターンとを含み、前記半導体チップにおける、前記チップ基板における前記回路パターンが形成された面とは反対側の面に前記対象物を接合してよい。

【0016】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターンのそれぞれは、１０ｍｍ角以下のサイズで前記半導体チップおよび前記対象物に接してよい。

【0017】

上記のいずれかの半導体装置の製造方法において、前記複数の金属ペーストパターン同士の間の隙間は、前記複数の金属ペーストパターンのそれぞれの厚みの０．５倍以上１００倍以下でよい。

【0018】

本発明の第２の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップが接合される対象物と、前記半導体チップを前記対象物に接合する接合部材とを備え、前記接合部材は、前記半導体チップと前記対象物との間における前記半導体チップおよび前記対象物を互いに接合すべき接合領域に、厚み方向の少なくとも一部に隙間を設けて配置された複数の焼結金属パターンを有する。

【0019】

上記の半導体装置において、前記複数の焼結金属パターンのうちの少なくとも１つの焼結金属パターンは、他の少なくとも１つの焼結金属パターンと比較して、前記半導体チップおよび前記対象物に対する接触面積が小さくてよい。

【0020】

上記のいずれかの半導体装置において、前記対象物は、前記複数の焼結金属パターンの間の前記隙間に対応する位置に、少なくとも１つの貫通孔を有してよい。

【0021】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態に係る半導体装置１００の構成を示す。

【図2A】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における対象物１１０を準備する段階を示す。

【図2B】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における金属ペーストパターン２００を形成する段階を示す。

【図2C】図２Ｂにおける個々の半導体チップ１３０に対応して形成される本実施形態に係る複数の金属ペーストパターン２００の一例を示す。

【図3A】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０を準備する段階を示す。

【図3B】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０を支持基板３２０上に配置する段階を示す。

【図3C】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０が配置された後の支持基板３２０を示す。

【図4A】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における複数の半導体チップ１３０のそれぞれと対象物１１０とを仮固定する段階を示す。

【図4B】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０と対象物１１０とを接合する段階を示す。

【図4C】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における支持基板３２０を剥離する段階を示す。

【図4D】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体装置１００を個片化する段階を示す。

【図5】本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を示す。

【図6】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第１変形例を示す。

【図7】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第２変形例を示す。

【図8】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第３変形例を示す。

【図9】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第４変形例を示す。

【図10A】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、対象物１１０上にステンシル１０００を配置する段階を示す。

【図10B】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、対象物１１０上にステンシル１０００を用いて金属ペーストパターン２００を形成する段階を示す。

【図10C】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、ステンシル１０００を取り外す段階を示す。

【図11】ステンシル１０００の一例を示す。

【図12A】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、対象物１１０上に金属ペースト１０１０の層を配置する段階を示す。

【図12B】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、金属ペースト１０１０の層を形成した対象物１１０にインプリントマスク１２００を押し当てる段階を示す。

【図12C】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、インプリントマスク１２００を取り外す段階を示す。

【図13】本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第２変形例を示す。

【図14A】本実施形態の変形例に係る、貫通孔１４００を有する対象物１１０の一例を示す。

【図14B】本実施形態の変形例に係る、貫通孔１４００を有する対象物１１０に金属ペーストパターン２００を形成する工程を示す。

【図14C】本実施形態の変形例に係る、金属ペーストパターン２００が形成された対象物１１０を示す。

【図15A】本実施形態の変形例に係るベイパーチャンバー１５００の斜視図を示す。

【図15B】本実施形態の変形例に係るベイパーチャンバー１５００の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0024】

図１は、本実施形態に係る半導体装置１００の構成を示す。ここで、本図に示した半導体装置１００は、製造途中の形態であってよく、製品として出荷される形態であってもよい。半導体装置１００は、対象物１１０と、支持基板１２０と、１または複数の半導体チップ１３０と、接合部材１４０とを備える。

【0025】

対象物１１０は、半導体チップ１３０を接合する対象となる部品である。対象物１１０は、金属板または放熱器等であってよく、半導体チップ１３０を物理的に固定すること、または半導体チップ１３０を冷却すること等の目的で設けられる。対象物１１０は、銅またはその他の金属で形成されてよい。対象物１１０は、半導体チップ１３０等の半導体装置１００の各部品を搭載する部品搭載面（本図中上側の面）を有する。

【0026】

支持基板１２０は、１または複数の半導体チップ１３０を搭載する。支持基板１２０は、半導体チップ１３０等の半導体装置１００の各部品を搭載するチップ搭載面（本図下側の面）を有する。

【0027】

半導体チップ１３０は、チップ基板と、チップ基板の一方の面に形成された回路パターン１３２とを含む。半導体チップ１３０における回路パターン１３２が設けられた面の反対側の面は、回路パターン１３２に対して電気的に絶縁されてよい。

【0028】

接合部材１４０は、各半導体チップ１３０における回路パターン１３２が形成された面と反対側の面を対象物１１０に接合する。接合部材１４０は、各半導体チップ１３０について、半導体チップ１３０と対象物１１０との間における半導体チップ１３０および対象物１１０を互いに接合すべき接合領域に複数の焼結金属パターン１４５を有する。各焼結金属パターン１４５は、銅ペースト、銀ペーストまたはその他の金属ペーストを焼結することにより形成されてよい。

【0029】

複数の焼結金属パターン１４５は、隣り合う焼結金属パターン１４５同士の間において、厚み方向の少なくとも一部に隙間１５０を設けて配置される。複数の焼結金属パターン１４５は、隣り合う焼結金属パターン１４５同士の間において、厚み方向の全てに隙間１５０が設けられて複数の焼結金属パターン１４５同士の間が完全に分離されてよい。これに代えて、複数の焼結金属パターン１４５は、隣り合う焼結金属パターン１４５同士の間において、厚み方向の一部に隙間１５０を有するが厚み方向の残りの部分で互いにつながっていてもよい。

【0030】

図２Ａ～Ｂ、図３Ａ～Ｃ、および図４Ａ～Ｄは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を示す。半導体装置１００の製造方法は、図２Ａ～Ｂに示した対象物１１０上に金属ペーストパターン２００を形成する工程と、図３Ａ～Ｃに示した支持基板３２０上に半導体チップ１３０を配置する工程と、図４Ａ～Ｄに示した対象物１１０および半導体チップ１３０を金属ペーストパターン２００の焼結によって接合する工程とを備える。

【0031】

図２Ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における対象物１１０を準備する段階を示す。本図において、対象物１１０はウェハ形状の金属板である。本図の対象物１１０は、半導体装置１００の製造後に図１に示した対象物１１０となる。本工程において、対象物１１０の表面に存在する段差が後の工程で形成される金属ペーストパターン２００の厚みの１／１０以下となるよう、対象物１１０の表面処理を行ってよい。本工程において、表面酸化物除去処理等の対象物１１０の洗浄処理を行ってよい。

【0032】

図２Ｂは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における金属ペーストパターン２００を形成する段階を示す。本工程において、個々の半導体チップ１３０に対応して複数の金属ペーストパターン２００が形成される。各金属ペーストパターン２００は、銅ペースト、銀ペーストまたはその他の金属ペーストで形成されてよい。このような金属ペーストは、溶媒を含みうる。本工程においては、対象物１１０上に金属ペーストパターン２００を配置し、アニール処理によって溶媒の一部を気化することで後に半導体チップ１３０を接合可能な金属ペーストパターン２００を形成してよい。また、このとき対象物１１０表面に金属ペースト溶媒を塗布することで金属ペーストパターン２００との接合界面を改善する処理を行ってもよい。

【0033】

図２Ｃは、図２Ｂにおける個々の半導体チップ１３０に対応して形成される複数の金属ペーストパターン２００の一例を示す。図２Ｂにおいては、本図に示したように各半導体チップ１３０と対象物１１０との間における、各半導体チップ１３０および対象物１１０を互いに接合すべき接合領域に、複数の金属ペーストパターン２００を互いの間における厚み方向の少なくとも一部に隙間１５０を設けて形成する。

【0034】

本図において、各半導体チップ１３０に対応して形成される複数の金属ペーストパターン２００は、正方形の格子状に規則的に配置される。このように、複数の金属ペーストパターン２００は、正方形以外の格子状（三角格子、四角格子、六角格子等）等のように規則的に配列されてよい。これに代えて、複数の金属ペーストパターン２００は、不規則に配列されてもよい。

【0035】

個々の金属ペーストパターン２００は、正方形、長方形、三角形、六角形、円形、またはその他の任意の形状の薄膜であってよい。複数の金属ペーストパターン２００のそれぞれは、均一に焼結できるよう十分小さい面積、例えば１０ｍｍ角以下のサイズで半導体チップ１３０および対象物１１０に接してよい。複数の金属ペーストパターン２００は、半導体チップ１３０および対象物１１０との接触面積が同一であってよいし、異なってもよい。複数の金属ペーストパターン２００の厚みは、２０～１００μｍ、例えば３０μｍ前後であってよい。複数の金属ペーストパターン２００同士の間の隙間１５０は、複数の金属ペーストパターン２００のそれぞれの厚みの０．５倍以上１００倍以下であってよい。

【0036】

図３Ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０を準備する段階を示す。本図の例においては、複数の半導体チップ１３０は、フレーム３０２にフィルム３０４が固定されたフィルムフレーム３００上に、各半導体チップ１３０の回路パターン１３２が上側となる向きで互いに間隔を空けて配置される。これに代えて、複数の半導体チップ１３０はチップトレイに配列されて供給されてもよい。本工程において、フィルムフレーム３００上に配置された複数の個片化された半導体チップ１３０は、チップハンドラ装置のピッカー３１０等を用いて一つずつピックアップされて図３Ｂに示す工程に引き渡される。

【0037】

図３Ｂは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０を支持基板３２０上に配置する段階を示す。支持基板３２０は、ウェハ形状であっても、矩形形状であってもよい。図３Ａに示した工程によりピックアップされた各半導体チップ１３０は、本工程において、ピッカー３１０を用いて上下反転されて、支持基板３２０上に載置される。これにより、複数の半導体チップ１３０は、回路パターン１３２を支持基板３２０側に向けて支持基板３２０に仮止めされる。複数の半導体チップ１３０は、図２Ｂに示した金属ペーストパターン２００同士と同じ間隔で支持基板３２０上に配置される。

【0038】

図３Ｃは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０が配置された後の支持基板３２０を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示したように複数の半導体チップ１３０をフィルムフレーム３００から支持基板３２０へと再配列することにより、複数の半導体チップ１３０は、互いに間に間隔を設けて支持基板３２０上に配置される。

【0039】

図４Ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における複数の半導体チップ１３０のそれぞれと対象物１１０とを仮固定する段階を示す。本工程において、複数の金属ペーストパターン２００が配置された対象物１１０と、複数の半導体チップ１３０が配置された支持基板３２０とを、それぞれの半導体チップ１３０に対応する金属ペーストパターン２００が重なるように貼り合わせる。この時、半導体チップ１３０における回路パターン１３２が形成されていない面と、対象物１１０における金属ペーストパターン２００が形成された面とを貼り合わせる。

【0040】

図４Ｂは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体チップ１３０と対象物１１０とを接合する段階を示す。本工程において、複数の半導体チップ１３０および対象物１１０に挟まれた複数の金属ペーストパターン２００を、互いの間に隙間１５０がある状態で焼結することによって、支持基板３２０上に配置された複数の半導体チップ１３０と対象物１１０を接合する。各金属ペーストパターン２００に含まれる溶媒等は、焼結の過程で揮発して金属ペーストパターン２００間の隙間等を通って雰囲気中に抜けていく。複数の金属ペーストパターン２００は、焼結処理によって半導体チップ１３０および対象物１１０の間を接合する複数の焼結金属パターン１４５となる。

【0041】

図４Ｃは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における支持基板３２０を剥離する段階を示す。本工程において、対象物１１０に接合された複数の半導体チップ１３０から支持基板３２０を剥離する。

【0042】

図４Ｄは、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法における半導体装置１００を個片化する段階を示す。本工程において、複数の半導体チップ１３０が接合された対象物１１０を複数の半導体チップ１３０の間で切断して、複数の半導体装置１００を個片化する。複数の半導体チップ１３０と支持基板１２０との接合には、Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｗａｆｅｒ（ＣＯＷ）法において用いられる方法を用いてよい。

【0043】

図５は、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を示す。図２～４に示した、複数の半導体チップ１３０を対象物１１０に接合してから半導体装置１００を個片化する製造方法に代えて、本図においては、金属ペーストパターン２００を形成した対象物５００上に、１つの個片化した半導体チップ１３０を設置する。この後、半導体チップ１３０および対象物５００に挟まれた複数の金属ペーストパターン２００を、互いの間に隙間１５０がある状態で焼結して半導体チップ１３０および対象物５００を接合することで、半導体装置１００を得る。本図において、半導体チップ１３０における回路パターン１３２が形成されていない面と、対象物５００における金属ペーストパターン２００が形成された面が接合される。

【0044】

これらのように、金属ペーストパターン２００に隙間１５０を設けることによって、より多くの金属ペーストを用いてより大きな接合領域を接合させる場合でも、接合領域全体で金属ペーストパターン２００からの脱ガスが可能となる。したがって、より大きな半導体チップ１３０を半導体装置１００に搭載することが可能となる。

【0045】

図６は、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第１変形例を示す。図２Ｃにおいては、１つの半導体チップ１３０に対して設けられる複数の金属ペーストパターン２００は、互いに同一の面形状を有する。これに代えて、複数の金属ペーストパターン２００のうちの少なくとも１つの金属ペーストパターン６００は、他の少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比較して、半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さくてよい。

【0046】

本図においては、接合領域における互いに対向する位置の２つの縁部に位置する２つの金属ペーストパターン６００は、その他の金属ペーストパターン２００と比較して、半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さい。これにより、図４Ｂ等に示した焼結において、比較的小さい金属ペーストパターン６００は、比較的大きい他の金属ペーストパターン２００よりも早く焼結する。したがって、半導体チップ１３０に対する対象物１１０の重なり位置を少数の金属ペーストパターン６００によって早期に仮固定してから、他の金属ペーストパターン２００により半導体チップ１３０および対象物１１０を接合することができるので、半導体チップ１３０および対象物１１０に熱膨張率の差がある等によって焼結中に半導体チップ１３０および対象物１１０の間に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。

【0047】

本図の例においては、複数の金属ペーストパターン２００のうち、接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターン６００は、接合領域の縁部に位置しない他の金属ペーストパターン２００と比較して、半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さくなる。本図の例においては、金属ペーストパターン６００は接合領域における互いに対向に位置する２つの縁部のそれぞれ中央に１つずつ配置されるが、これに代わって金属ペーストパターン６００は接合領域における対角に１つずつ配置されてもよい。本図の例においては、金属ペーストパターン６００は２つあるが、２つよりも多くあってもよい。例えば、四角形の接合領域において、４つの金属ペーストパターン６００が各縁部の中央に１つずつ配置されてもよいし、各頂点に１つずつ配置されてもよい。

【0048】

このようにして製造された半導体装置１００においては、複数の金属ペーストパターン２００および６００を焼結した複数の焼結金属パターン１４５のうち少なくとも１つの焼結金属パターン１４５は、他の少なくとも１つの焼結金属パターン１４５と比較して、半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さくなる。

【0049】

図７は、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第２変形例を示す。図６に代えて、本図においては、接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン７００は、接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比較して、半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さい。これにより、図４Ｂ等に示した焼結において、比較的小さい金属ペーストパターン７００は、比較的大きい他の金属ペーストパターン２００よりも早く焼結する。したがって、半導体チップ１３０に対する対象物１１０の重なり位置を金属ペーストパターン７００によって早期に仮固定してから、他の金属ペーストパターン２００により半導体チップ１３０および対象物１１０を接合することができるので、半導体チップ１３０および対象物１１０に熱膨張率の差がある等によって焼結中に半導体チップ１３０および対象物１１０の間に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。

【0050】

図８は、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第３変形例を示す。本図において、接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン８００は、接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と焼結条件（温度、時間等）が異なるペーストから成る。例えば、接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン２００はＣｕペーストから成り、接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン８００はＡｇペーストから成ってよい。これに代えて、接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン２００と接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン８００は、互いに特性の異なるＣｕペーストを用いたものであってよい。図４Ｂ等に示した焼結において、接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン８００は、接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比べ、早く焼結してよい。これにより、半導体チップ１３０に対する対象物１１０の重なり位置を金属ペーストパターン８００によって早期に仮固定してから、他の金属ペーストパターン２００により半導体チップ１３０および対象物１１０を接合することができるので、半導体チップ１３０および対象物１１０に熱膨張率の差がある等によって焼結中に半導体チップ１３０および対象物１１０の間に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン２００と接合領域の中央部分に位置する金属ペーストパターン８００は、接合する半導体チップ１３０および対象物１１０との接触面積が実質的に同一であっても、異なっていてもよい。

【0051】

図９は、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の第４変形例を示す。本図において、接合領域における互いに対向する位置の２つの縁部に位置する２つの金属ペーストパターン９００は、その他の金属ペーストパターン２００と比較して、接合領域の縁部に位置する少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と焼結条件（温度、時間等）が異なるペーストから成る。例えば、接合領域の縁部に位置しない金属ペーストパターン２００はＣｕペーストから成り、接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン９００はＡｇペーストから成ってよい。これに代えて、接合領域の縁部に位置しない金属ペーストパターン２００と接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン９００は、互いに特性の異なるＣｕペーストを用いたものであってもよい。図４Ｂ等に示した焼結において、接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン９００は、接合領域の縁部に位置しない少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比べ、早く焼結してよい。これにより、半導体チップ１３０に対する対象物１１０の重なり位置を金属ペーストパターン９００によって早期に仮固定してから、他の金属ペーストパターン２００により半導体チップ１３０および対象物１１０を接合することができるので、半導体チップ１３０および対象物１１０に熱膨張率の差がある等によって焼結中に半導体チップ１３０および対象物１１０の間に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。接合領域の縁部に位置する金属ペーストパターン９００と接合領域の縁部に位置しない金属ペーストパターン２００は、接合する半導体チップ１３０および対象物１１０との接触面積が実質的に同一であっても、異なっていてもよい。

【0052】

また、本図の例においては、金属ペーストパターン９００は接合領域における互いに対向に位置する２つの縁部のそれぞれ中央に１つずつ配置されるが、これに代わって金属ペーストパターン９００は接合領域における対角に１つずつ配置されてもよい。本図の例においては、金属ペーストパターン９００は２つあるが、２つよりも多くあってもよい。例えば、四角形の接合領域において、４つの金属ペーストパターン９００が各縁部の中央に１つずつ配置されてもよいし、各頂点に１つずつ配置されてもよい。

【0053】

図６～９においては１つの接合領域内における位置に応じて金属ペーストパターン２００を変化させる変形例を示したが、これらに代えて、対象物１１０上の位置に応じて金属ペーストパターン２００を変化させてもよい。図２Ｂにおいて、対象物１１０に接合されるべき複数の半導体チップ１３０のうち周縁に位置する半導体チップ１３０を接合するための複数の金属ペーストパターン２００は、少なくとも１つの金属ペーストパターン２００が他の少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比較して、接合する半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さくてよい。この場合、周縁部に位置しない半導体チップ１３０と接合するための複数の金属ペーストパターン２００は、接合する半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が実質的に同一であってよい。

【0054】

図３～４においては複数の半導体チップ１３０のみを対象物１１０に接合する方法を示した。これに代えて、図３Ｂに示した支持基板３２０の周縁に、半導体チップ１３０の代わりに仮押さえ用のチップを配置してよい。仮押さえ用のチップは、シリコンで形成されてよい。後の工程で仮押さえ用チップと対象物１１０を接合する複数の金属ペーストパターン２００のうち少なくとも１つの金属ペーストパターン２００が、半導体チップ１３０と対象物１１０を接合する複数の金属ペーストパターン２００のうちの少なくとも１つの金属ペーストパターン２００と比較して、接合する仮押さえ用のチップもしくは半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が小さくてよい。この場合、半導体チップ１３０と接合するための複数の金属ペーストパターン２００は、接合する半導体チップ１３０および対象物１１０に対する接触面積が実質的に同一であってよい。

【0055】

図１０Ａ～１０Ｃは、図２Ｂの金属ペーストパターン２００を形成する段階等において、ステンシル１０００を用いて金属ペーストパターン２００を形成する方法を示す。図１０Ａは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、対象物１１０上にステンシル１０００を配置する段階を示す。本工程において、対象物１１０上にステンシル１０００を重ねて配置する。ステンシル１０００は、ステンレスおよびアルミニウム等の金属により形成されてよい。ステンシル１０００は、形成しようとする金属ペーストパターン２００の形状に応じた貫通孔を有する薄板である。ステンシル１０００は、形成しようとする金属ペーストパターン２００の厚みと同程度の厚みを有する。

【0056】

図１０Ｂは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、対象物１１０上にステンシル１０００を用いて金属ペーストパターン２００を形成する段階を示す。本工程において、ステンシル１０００が重ねられた対象物１１０の面上に金属ペースト１０１０を広げることにより、対象物１１０上に金属ペーストパターン２００を形成する。本工程において、金属ペースト１０１０をスキジーとしての薄板１０２０によって広げてよい。ここで、金属ペースト１０１０の消費量を抑えるために、金属ペースト１０１０は、最終的な金属ペーストパターン２００の塗布量に近い量を用いて上に広げてよい。

【0057】

図１０Ｃは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法において、ステンシル１０００を取り外す段階を示す。本工程において対象物１１０からステンシル１０００を取り外すことによって、対象物１１０上にステンシル１０００に応じた金属ペーストパターン２００が形成される。図４Ａ～Ｂに示す半導体チップ１３０と対象物１１０とを接合する工程の前に、金属ペーストパターン２００のプレベーク処理を行ってよい。プレベーク処理は、８０℃で１０分間行ってよい。

【0058】

図１１は、ステンシル１０００の一例を示す。本図において、ステンシル１０００は、対向する頂点間の距離が３．７ｍｍ程度の正六角形の貫通孔を１００μｍ程度の間隔で規則的に並べたハニカム構造を有する。ステンシル１０００は、２０～１００μｍの厚みであってよい。ステンシル１０００は、図１０Ｂにて示した薄板１０２０によって金属ペースト１０１０を広げる工程を滞りなく行うため、断面の面取りが行われてよい。

【0059】

図１２Ａ～１２Ｃは、図２Ｂの金属ペーストパターン２００を形成する段階等において、インプリントマスク１２００を用いて金属ペーストパターン２００を形成する方法を示す。図１２Ａは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、対象物１１０上に金属ペースト１０１０の層を配置する段階を示す。本工程において、対象物１１０の表面上に、金属ペースト１０１０が塗布等によって個々の金属ペーストパターン２００よりも広い面積で配置される。金属ペースト１０１０は、形成しようとする金属ペーストパターン２００の厚みよりも薄く形成されてよい。後の工程でインプリントマスク１２００を押し当てた際に、インプリントマスク１２００の凸部に位置する金属ペースト１０１０がインプリントマスク１２００の凹部に移動するため、形成される金属ペーストパターン２００の厚みは金属ペースト１０１０の厚みより大きくなるためである。

【0060】

図１２Ｂは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、金属ペースト１０１０の層を形成した対象物１１０にインプリントマスク１２００を押し当てる段階を示す。本工程において、対象物１１０における金属ペースト１０１０の層が配置された表面に、インプリントマスク１２００を押し当てる。インプリントマスク１２００は、ステンレスおよびアルミニウム等の金属により形成されてよい。インプリントマスク１２００は、形成したい金属ペーストパターン２００の形状に応じた凹凸を有する板である。

【0061】

図１２Ｃは、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第１変形例において、インプリントマスク１２００を取り外す段階を示す。本工程において、対象物１１０からインプリントマスク１２００を取り外すことによって、対象物１１０上にインプリントマスク１２００に応じた金属ペーストパターン２００が形成される。

【0062】

図１３は、本実施形態に係る金属ペーストパターン２００の形成方法の第２変形例を示す。本図において、対象物１１０上に配置された金属ペースト１０１０をけがき針１３００でけがくことによって互いの間に隙間１５０がある複数の領域に分割することによって、複数の金属ペーストパターン２００を形成する。

【0063】

なお、金属ペーストパターン２００の形成方法は、インクジェット技術によるダイレクト塗布としてもよい。この時、ステンシル１０００およびインプリントマスク１２００等を用いずに、対象物１１０上に金属ペーストパターン２００を直接形成する。

【0064】

図１４Ａは、本実施形態の変形例に係る、貫通孔１４００を有する対象物１１０の一例を示す。半導体装置１００は、本図に示した対象物１１０を用いて実現されてよい。本図に示した対象物１１０は、規則的または不規則に配置された複数の貫通孔１４００を有する。複数の貫通孔１４００のそれぞれは、対象物１１０上に形成されるべき金属ペーストパターン２００の隙間に対応する位置に設けられる。複数の貫通孔１４００のそれぞれのサイズは、後に形成される複数の金属ペーストパターン２００間の隙間１５０と同程度であってもよいし、隙間１５０より小さくてもよい。複数の貫通孔１４００のそれぞれは、実質的に同一のサイズであってよく、少なくとも１つが他の貫通孔１４００と異なるサイズを有してもよい。

【0065】

図１４Ｂは、本実施形態の変形例に係る、貫通孔１４００を有する対象物１１０に金属ペーストパターン２００を形成する工程を示す。本図において、金属ペーストパターン２００は、貫通孔１４００と重ならないように形成される。これにより、貫通孔１４００は、対象物１１０における、複数の金属ペーストパターン２００の間の隙間１５０に対応する位置に設けられることになる。

【0066】

図１４Ｃは、本実施形態の変形例に係る、金属ペーストパターン２００が形成された対象物１１０を示す。このような対象物１１０に金属ペーストパターン２００を介して半導体チップ１３０を重ねて図４Ｂに示したように焼結処理を行うと、加熱によって複数の金属ペーストパターン２００から発生するガスの少なくとも一部は、貫通孔１４００を通って対象物１１０における半導体チップ１３０とは反対側の面から抜けていくので効率良く脱ガスを行うことができる。なお、焼結処理後の対象物１１０は、複数の焼結金属パターン１４５の間の隙間１５０に対応する位置に、少なくとも１つの貫通孔１４００を有する。

【0067】

図１５Ａは、本実施形態の変形例に係るベイパーチャンバー１５００の斜視図を示す。半導体装置１００は、図１に示したような板状の対象物１１０に代えて、ベイパーチャンバー１５００を対象物１１０として用いてよい。ベイパーチャンバー１５００は、銅またはアルミニウムなどの熱伝導性が比較的高い材料で形成されてよい。ベイパーチャンバー１５００は、中空構造を有し、内部に冷却液を有する。ベイパーチャンバー１５００の内部は真空であってよい。ベイパーチャンバー１５００は、内壁に溝を有してよい。ベイパーチャンバー１５００は、少なくとも１つの貫通孔１４００を有する。本図において、貫通孔１４００は１００μｍ以下であってよい。なお、ベイパーチャンバー１５００を対象物１１０として用いる場合、半導体装置１００の製造において必要となる加熱工程の後に、ベイパーチャンバー１５００の内部に冷却液を注入し、ベイパーチャンバー１５００を密封することで、加熱工程でベイパーチャンバー１５００が破裂することを防ぐことができる。

【0068】

図１５Ｂは、本実施形態の変形例に係るベイパーチャンバー１５００の断面図を示す。本図は、図１５Ａの点線で裁断した場合の断面図である。本図のように、少なくとも１つの貫通孔１４００はベイパーチャンバー１５００の内部空間と隔離される。このような少なくとも１つの貫通孔１４００を設けることによって、ベイパーチャンバー１５００の気密性を保ちながら、半導体チップ１３０を接合する際に貫通孔１４００を通じて脱ガスを行うことができる。

【0069】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0070】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0071】

１００ 半導体装置、１１０ 対象物、１２０ 支持基板、１３０ 半導体チップ、１３２ 回路パターン、１４０ 接合部材、１４５ 焼結金属パターン、１５０ 隙間、２００ 金属ペーストパターン、３００ フィルムフレーム、３０２ フレーム、３０４ フィルム、３１０ ピッカー、３２０ 支持基板、５００ 対象物、６００ 金属ペーストパターン、７００ 金属ペーストパターン、８００ 金属ペーストパターン、９００ 金属ペーストパターン、１０００ ステンシル、１０１０ 金属ペースト、１０２０ 薄板、１２００ インプリントマスク、１３００ けがき針、１４００ 貫通孔、１５００ ベイパーチャンバー

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15A】

【図15B】