特許 7261936 接合方法、接合半導体装置及び半導体部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】接合方法、接合半導体装置及び半導体部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20230413BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20230413BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230413BHJP

   H01L 25/065 20230101ALI20230413BHJP

   B23K 20/10 20060101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 D

H01L25/04 C

H01L25/08 Y

B23K20/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022510862

(86)(22)【出願日】2021-10-29

(86)【国際出願番号】 JP2021040126

(87)【国際公開番号】W WO2022092291

(87)【国際公開日】2022-05-05

【審査請求日】2022-02-17

(31)【優先権主張番号】P 2020183148

(32)【優先日】2020-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520273980

【氏名又は名称】佐藤 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100136180

【弁理士】

【氏名又は名称】羽立 章二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 茂

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０７１１３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０３２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３３２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１６９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３５０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３８１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０３０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５０５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／５８

Ｈ０１Ｌ ２１／４８

Ｈ０１Ｌ ２１／６０－２１／６０７

Ｈ０１Ｌ ２３／１２－２３／１５

Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／４０

Ｈ０１Ｌ ２３／４８－２３／５０

Ｈ０１Ｌ ２５／００－２５／１８

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

Ｈ０５Ｋ ３／３２－ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体部材に第１金属部材及び第２金属部材を接合して接合半導体装置を作成する接合方法であって、
前記半導体部材は、半導体チップであり、
前記半導体チップは、ＳｉＣチップ又はＳｉチップであり、
接合装置が、音エネルギーを利用して、前記半導体チップの異なる面に前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合して前記接合半導体装置を作成する接合ステップを含み、
接合ステップにおいて、前記接合装置は、前記半導体チップと前記第１金属部材との間に第１接合部材を挟み、前記半導体チップと前記第２金属部材との間に第２接合部材を挟んで、前記音エネルギーを利用して前記半導体チップに前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合し、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、前記音エネルギーを利用した複数材料間の接合に用いられる接合部材であり、
前記接合半導体装置において、
前記第１接合部材と前記半導体チップ自体との間は通電せず、
前記第２接合部材と前記半導体チップ自体との間は通電せず、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材との間は前記半導体チップを経由して通電する、接合方法。

【請求項2】

前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、前記音エネルギーを利用した複数材料間の接合に用いられる金属である、請求項１記載の接合方法。

【請求項3】

前記第１接合部材は、アルミ及び／又は銅であり、
前記第２接合部材は、アルミ及び／又は銅である、請求項１又は２に記載の接合方法。

【請求項4】

前記半導体チップは、前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合する面とは異なる場所に電極を備え、
前記電極は、前記接合半導体装置において前記半導体チップを経由して前記第１金属部材と通電する、請求項１から３のいずれかに記載の接合方法。

【請求項5】

前記半導体部材は、複数の半導体チップを含み、
前記複数の半導体チップは、第１半導体チップと、第２半導体チップを含み、
前記半導体チップは、ＳｉＣチップ又はＳｉチップであり、
前記接合ステップにおいて、接合装置は、音エネルギーを利用して、
前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとを、直接に又はこれらの間に他の一つ又は複数の半導体チップがある状態で接合し、
前記第１半導体チップと前記第１金属部材との間に第１接合部材を挟んだ状態で、前記第１半導体チップに前記第１金属部材を接合し、
前記第２半導体チップと前記第２金属部材との間に第２接合部材を挟んだ状態で、前記第２半導体チップに前記第２金属部材を接合して前記接合半導体装置を作成し、
前記接合半導体装置において、前記第１金属部材及び前記第２金属部材との間は、前記半導体部材を経由して通電するものである、請求項１記載の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合方法、接合半導体装置及び半導体部材に関し、特に、半導体部材に第１金属部材及び第２金属部材を接合して接合半導体装置を作成する接合方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

出願人は、例えば特許文献１及び２に記載されているように、接合材を利用して、音エネルギーによりセラミックス部材などと金属部材とを接合する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０３９１６９号公報

【文献】特開２０１９－０５８９１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、これらは、一つの面を接合するものであった。

【0005】

よって、本発明は、音エネルギーを利用して、半導体部材に、複数の金属部材を接合する接合方法等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願発明の第１の側面は、半導体部材に第１金属部材及び第２金属部材を接合して接合半導体装置を作成する接合方法であって、前記半導体部材は、少なくとも第１面及び第２面を有し、接合装置が、音エネルギーを利用して前記半導体部材の前記第１面及び前記第２面に、それぞれ、前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合して接合半導体装置を作成する接合ステップを含む。

【0007】

本願発明の第２の側面は、第１の側面の接合方法であって、前記接合ステップにおいて、接合装置が、音エネルギーを利用して前記半導体部材の前記第１面及び前記第２面にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材により前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合して、接合後の前記第１接合部材及び／又は前記第１金属部材と接合後の前記第２接合部材及び／又は前記第２金属部材との間が通電する接合半導体装置を作成する。

【0008】

本願発明の第３の側面は、第１又は第２の側面の接合方法であって、前記半導体部材は、一つの半導体チップを含み、又は、前記半導体部材は、前記第１面とも前記第２面とも異なる面で接合された複数の半導体チップを含み、前記複数の半導体チップは、前記接合ステップにおいて接合され、若しくは、前記接合ステップとは異なる処理によって接合されるものである。

【0009】

本願発明の第４の側面は、第１から第３のいずれかの側面の接合方法であって、前記接合半導体装置において、前記半導体部材は電極を有する半導体チップを含み、前記電極は、前記第１金属部材、前記第２金属部材、前記第１金属部材を接合するための第１接合部材、及び、前記第２金属部材を接合するための第２接合部材の少なくとも一部と通電する。

【0010】

本願発明の第５の側面は、第１から第４のいずれかの側面の接合方法であって、前記半導体部材が含む半導体チップは、ＳｉＣチップ及び／又はＳｉチップであり、前記第１金属部材を接合するための第１接合部材及び前記第２金属部材を接合するための第２接合部材は、アルミ及び／又は銅である。

【0011】

本願発明の第６の側面は、第１から第５のいずれかの側面の接合方法であって、前記半導体部材は、複数存在し、前記接合ステップにおいて、接合装置は、前記各半導体部材の前記第１面に前記第１金属部材を接合する処理及び／又は前記各半導体部材の前記第２面に前記第２金属部材を接合する処理を一括して行う。

【0012】

本願発明の第７の側面は、第６の側面の接合方法であって、複数の前記半導体部材の少なくとも一部において、接合後の前記第１金属部材を接合するための第１接合部材と接合後の前記第２金属部材を接合するための第２接合部材との間で通電する。

【0013】

本願発明の第８の側面は、第１から第７のいずれかの側面の接合方法であって、前記接合ステップにおいて、接合装置は、音エネルギーを利用して、第２半導体部材が有する第４面及び第３面に、それぞれ、第３金属部材及び前記第２金属部材を接合する。

【0014】

本願発明の第９の側面は、半導体部材と、第１金属部材と、第２金属部材を備える接合半導体装置であって、前記半導体部材の第１面と前記第１金属部材とが第１接合部材によって接合し、前記半導体部材の第２面と前記第２金属部材とが第２接合部材によって接合し、前記第１接合部材と、前記第２接合部材との間が通電する。

【0015】

本願発明の第１０の側面は、第９の側面の接合半導体装置であって、前記半導体部材は、一つの半導体チップを含み、又は、前記半導体部材は、前記第１面とも前記第２面とも異なる面で接合された複数の半導体チップを含む。

【0016】

本願発明の第１１の側面は、第９又は第１０の側面の接合半導体装置であって、前記半導体部材は、複数存在し、複数の前記半導体部材の少なくとも一部は、接合後の前記第１面の第１接合部材と接合後の前記第２面の第２接合部材との間が通電する。

【0017】

本願発明の第１２の側面は、第９から第１１のいずれかの側面の接合半導体装置であって、第２半導体部材と、第３金属部材を備え、前記第２半導体部材の第３面と前記第２金属部材とが接合し、前記第２半導体部材の第４面と前記第３金属部材とが接合する。

【0018】

本願発明の第１３の側面は、第１面と第２面を有する半導体部材であって、前記第１面及び前記第２面には、それぞれ、接合処理のための第１接合部材及び第２接合部材が存在し、前記第１接合部材と、前記第２接合部材との間が通電する。

【0019】

なお、本願発明の接合ステップにおいて、第１面の接合処理と第２面の接合処理は、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。第１面、第２面、第３面及び第４面の接合処理も、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。

【発明の効果】

【0020】

本願発明の各観点によれば、接合部材を利用して、音エネルギー（例えば、音波振動（２０ｋＨｚ未満）、超音波振動（２０ｋＨｚ以上））により半導体部材の複数の面に複数の金属部材を接合することができる。特に、音エネルギーを利用することによって、例えば、異なる面での接合部材間などでの通電を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本願発明の実施の形態に係る接合半導体装置を作成する工程を説明するための図である。

【図2】図１の接合半導体装置について通電テストを行った具体例を説明するための図である。

【図3】本願発明の実施の形態に係る複数の階層を備える接合半導体装置の例を示す図である。

【図4】本願発明の実施の形態に係る複数の階層を備える接合半導体装置の他の例を示す図である。

【図5】図４の接合半導体装置について具体的に説明するための図である。

【図6】発明者が実際に作成した接合半導体装置を示す図である。

【図7】発明者が実際に作成した他の接合半導体装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例】

【0023】

図１は、本願発明の実施の形態に係る接合半導体装置を作成する工程を説明するための図である。

【0024】

図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、第１金属部材１は、例えば、ヒートシンクのためのものであり、放熱・吸熱を目的とした金属部材である。例えば、Ｎｉめっき銅板、銅板、アルミニウム板などである。

【0025】

図１（ｃ）及び（ｄ）を参照して、第１接合部材を利用して、第１金属部材１の上に、一つ又は複数の半導体部材３を接合する。半導体部材３は、半導体チップを含むものであり、例えば、Ｓｉチップ、ＳｉＣチップである。第１接合部材は、例えばアルミシートである。半導体部材３と第１金属部材１との間に第１接合部材を挟んだ３次元構造の異種材料間音波接合を行う。半導体部材３と第１金属部材１は、大気中常温の環境で音エネルギーのみで原子が励起されてジョイントする。図１（ｃ）及び（ｄ）では、４つの半導体部材３₁、３₂、３₃及び３₄を、マルチ材料間の溶解拡散接合で一括接合する。（以下では、符号の添え字は、省略する場合がある。）なお、第１接合部材は、複数の半導体部材３に同じものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。

【0026】

接合処理は、例えば、特許文献１及び２などに記載の音エネルギーを利用した接合装置によって実現することができる。具体的には、図１（ｅ）を参照して、接合装置６は、加圧部７並びに共振部８及び振動子９を備える。第１金属部材１と半導体部材３との間に第１接合部材を介在させ、加圧部７が上下方向から加圧して、共振部８が、音波振動及び／又は超音波振動を利用した振動子９の振動に共振して横方向に振動することにより、接合処理を実現することができる。このとき、ＳｉＣチップやＳｉチップに直接ホーンや受け治具が接触して破壊するおそれがある場合には、レジンなどの弾性体を用いる。

【0027】

図１（ｆ）及び（ｇ）を参照して、接合装置は、第２金属部材５を、第２接合部材を利用して半導体部材３に接続する。半導体部材３は、下及び上に、第１金属部材１及び第２金属部材５が両面接合する。なお、第２接合部材は、複数の半導体部材に同じものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。この接合処理は、半導体部材３と第１金属部材１との接合処理が行われた状態で、さらに行われるものである。発明者は、図１（ｅ）と同様にして、第２金属部材５と半導体部材３との間に第２接合部材を介在させて音エネルギーによる接合処理を行うことにより実現できることを確認した。

【0028】

図１では、半導体部材３の上下に位置する第１面及び第２面に対してそれぞれ第１金属部材１及び第２金属部材５を両面接合する処理を、上下別に行うことを説明した。発明者は、半導体部材３と第１金属部材１との間に第１接合部材を介在させ、半導体部材３と第２金属部材５との間に第２接合部材を介在させた状態で、接合装置が音エネルギーによる接合処理を行うことにより、半導体部材３の上下両面の接合処理ができることを確認した。一度に行うことにより、ＳｉＣチップやＳｉチップに直接ホーンや受け治具が接触せずに破壊しないため、レジンなどの弾性体が不要となる。このように、半導体部材３と第１金属部材１の接合処理と、半導体部材３と第２金属部材５との接合処理とは、別々に行ってもよく、一度に行ってもよい。

【0029】

図２を参照して、通電テストを行った具体例を説明する。

【0030】

図２（ａ）を参照して、比較のために行った通電テストを説明する。半導体部材１３₁及び１３₂は、ＳｉＣチップである。接合部材１５₁及び１５₂は、アルミシートである。金属部材１１は、ＮｉめっきＣｕ板（Ni plated Cu plate）である。半導体部材１３₁及び１３₂の上面には、アルミスパッタ層１７₁及び１７₂が形成されている。接合部材１５₁とアルミスパッタ層１７₁及び金属部材１１との間には、半導体部材１３₁が存在する。この場合、アルミスパッタ層１７₁と金属部材１１との間は、通電しなかった。

【0031】

図２（ｂ）を参照して、通電テストを行った具体例のアプリケーション構造を説明する。第１金属部材２１及び第２金属部材２５は、ＮｉめっきＣｕ板である。２つの半導体部材２３₁及び２３₂は、ＳｉＣチップである。半導体部材２３₁は、第１アルミシート２７₁及び第２アルミシート２９₁を利用して、それぞれ、下及び上に、第１金属部材２１及び第２金属部材２５が両面接合されている。半導体部材２３₂は、第１アルミシート２７₂及び第２アルミシート２９₂を利用して、それぞれ、下及び上に、第１金属部材２１及び第２金属部材２５が両面接合されている。

【0032】

図２（ｃ）は、第２金属部材２５を剥がして行った通電テストの結果を示す。第２アルミシート２９₁及び２９₂の一部である上面アルミシート３１₁及び３１₂は、それぞれ、半導体部材２３₁及び２３₂に接合したままである。第２アルミシート２９₁及び２９₂の残部３３₁及び３３₂は、第２金属部材２５に接合したままである。

【0033】

通電テストを行ったところ、半導体部材２３₁と上面アルミシート３１₁との間、半導体部材２３₁と第１アルミシート２７₁との間、及び、半導体部材２３₁と半導体部材２３₂との間は、通電しなかった。他方、上面アルミシート３１₁と第１アルミシート２７₁との間は、図２（ａ）の場合とは異なり通電した。同様に、上面アルミシート３１₁と第１金属部材２１との間及び上面アルミシート３１₁と上面アルミシート３１₂との間は、通電した。

【0034】

このように、ＳｉＣチップの異なる面である第１面及び第２面のそれぞれに対して、無垢のアルミシートを利用して音エネルギーにより第１金属部材及び第２金属部材を接合することにより、第１面のアルミシートと第２面のアルミシートとの間にはＳｉＣチップが存在するにもかかわらず、通電が検出された。Ｓｉチップであっても、無垢のアルミシートを利用して音エネルギーで複数の金属部材と接合することにより同様の通電結果が得られた。

【0035】

接合部材と半導体部材の材料の組み合わせによっては、アルミシートの場合と同様に音エネルギーを利用した接合を行っても、半導体部材を介した通電が得られない場合も考えられる。例えば、発明者の現時点での実験では、ＳｉチップでもＳｉＣチップでも、無垢のアルミシートを利用した場合には、接合性も導電性も確認できている。また、銅シートでも、接合性及び導電性が認められた。他方、白金シートは、接合性がよいが、現時点では導電性は確認されていない。ただし、発明者のこの実験は、白金を使用した場合に、導電性を否定するものではないことに留意されたい。例えば、複数のＳｉＣチップに対して、一部のＳｉＣチップについてはアルミシートを利用し、他のＳｉＣチップについては白金シートを利用して同様に接合処理を行うことにより、アルミシートを利用したＳｉＣチップでは導電性を得、白金シートを利用したＳｉＣチップでは導電性を得ないような接合処理を実現することができることを示している。スパッタ層を利用したり音エネルギーなどの接合条件を変えたりすることにより、同様に、複数のＳｉＣチップの一部では導電性を得、残りのＳｉＣチップでは導電性を得ないようなことも可能である。

【0036】

このように、例えば、複数の半導体部材が存在する場合に、第１金属部材及び／第２金属部材を剥がした状態での第１接合部材と第２接合部材との間で、すべての半導体部材において通電するようにしてもよく、すべての半導体部材において通電しないようにしてもよく、一部の半導体部材において通電して他の半導体部材において通電しないようにしてもよい。

【0037】

図３は、複数の階層を備える接合半導体装置の例を示す。図３では、半導体部材１０８₁は半導体チップ１０３₁及び１０４₁を含み、半導体部材１０８₂は半導体チップ１０３₂及び１０４₂を含む。図３では、各半導体部材において複数の半導体チップが上下に存在している。

【0038】

半導体部材１０８₁において下に位置する半導体チップ１０３₁は、その下面に、第１接合部材１０９₁を介して第１金属部材１０１が接合している。半導体部材１０８₁において上に位置する半導体チップ１０４₁は、その上面に、第２接合部材１１３₁を介して第２金属部材１０７が接合している。半導体チップ１０３₁の上面と半導体チップ１０４₁の下面は、第３接合部材１１１₁を介して接合している。

【0039】

半導体部材１０８₂において下に位置する半導体チップ１０３₂は、その下面に、第１接合部材１０９₂を介して第１金属部材１０１が接合している。半導体部材１０８₂において上に位置する半導体チップ１０４₂は、その上面に、第２接合部材１１３₂を介して第２金属部材１０７が接合している。半導体チップ１０３₂の上面と半導体チップ１０４₂の下面は、第３接合部材１１１₂を介して接合している。

【0040】

半導体チップ１０３₁、１０４₁、１０３₂及び１０４₂の各面の接合処理は、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。

【0041】

半導体チップ１０４₁には、電極１０５₁及び１０５₃が形成されている。半導体チップ１０４₂には、電極１０５₂及び１０５₄が形成されている。

【0042】

実験では、半導体チップ１０３₁、１０３₂、１０４₁及び１０４₂としてＳｉＣチップを利用した。

【0043】

最初の実験は、第１金属部材１０１及び第２金属部材１０７がＮｉめっき銅板であり、第１接合部材１０９、第２接合部材１１３、第３接合部材１１１がアルミシートであり、電極１０５がアルミ電極である場合である。図３（ｃ）及び（ｄ）は、実際に作成したものの断面図及びその拡大図である。この場合、第１金属部材１０１と第２金属部材１０７との間、第１金属部材１０１と電極１０５₁との間、第２金属部材１０７と電極１０５₁との間及び電極１０５₃と電極１０５₂との間では通電を確認した。他方、半導体チップ１０３₁と第１金属部材１０１との間、半導体チップ１０３₁と第２金属部材１０７との間、半導体チップ１０３₁と電極１０５₁との間、半導体チップ１０３₁と１０３₂の間では、通電を確認できなかった。

【0044】

次の実験は、第１金属部材１０１及び第２金属部材１０７がアルミ板であり、第１接合部材１０９、第２接合部材１１３、第３接合部材１１１がアルミシートであり、電極１０５がアルミ電極である場合である。この場合も、同様に、第１金属部材１０１と第２金属部材１０７との間、第１金属部材１０１と電極１０５₁との間、第２金属部材１０７と電極１０５₁との間及び電極１０５₃と電極１０５₂との間では通電を確認した。他方、半導体チップ１０３₁と第１金属部材１０１との間、半導体チップ１０３₁と第２金属部材１０７との間、半導体チップ１０３₁と電極１０５₁との間、半導体チップ１０３₁と１０３₂の間では、通電を確認できなかった。

【0045】

このように、半導体チップ自体は通電しなくても、半導体チップに電極を設けることにより通電を得ることができる。

【0046】

図４は、複数の階層を備える接合半導体装置の他の例を示す。例えば、図１（ｆ）及び（ｇ）では、第１金属部材１に接合した状態の半導体部材３に対して、第２金属部材５を接合している。同様の接合処理によって、第２金属部材５に対して、さらに半導体部材を接合して、さらに金属部材を接合させることにより、複数の階層を備える接合半導体装置を作成することができる。

【0047】

図４（ａ）を参照して、第１金属部材４１は、放熱・吸熱を目的とした部材である。例えば、Ｎｉめっき銅板、銅板などである。

【0048】

図４（ｂ）を参照して、第１接合部材を利用して、第１金属部材４１の上に、一つ又は複数の半導体部材４３を接合する。半導体部材４３は、例えば、ＳｉＣチップ、Ｓｉチップである。第１接合部材は、例えばアルミシートである。半導体部材４３と第１金属部材４１との間に第１接合部材を挟んだ３次元構造の異種材料間音波接合を行う。半導体部材４３と第１金属部材４１は、大気中常温の環境で音エネルギーのみで原子が励起されてジョイントする。図４（ｂ）では、４つの半導体部材４３₁、４３₂、４３₃及び４３₄を、マルチ材料間の溶解拡散接合で一括接合する。なお、第１接合部材は、複数の半導体部材に共通のものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。

【0049】

図４（ｃ）を参照して、第２金属部材４５を、第２接合部材を利用して半導体部材４３に接続する。半導体部材４３は、上下に、第１金属部材４１及び第２金属部材４５が両面接合する。なお、第２接合部材は、複数の半導体部材に共通のものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。

【0050】

図４（ｄ）を参照して、第３接合部材を利用して、第２金属部材４５の上に、一つ又は複数の半導体部材４７を接合する。半導体部材４７は、例えば、ＳｉＣチップ、Ｓｉチップなどである。第３接合部材は、例えばアルミシートである。半導体部材４７と第２金属部材４５との間に第３接合部材を挟んだ３次元構造の異種材料間音波接合を行う。半導体部材４７と第２金属部材４５は、大気中常温の環境で音エネルギーのみで原子が励起されてジョイントする。図４（ｄ）では、４つの半導体部材４７₁、４７₂、４７₃及び４７₄を、マルチ材料間の溶解拡散接合で一括接合する。なお、第３接合部材は、複数の半導体部材に共通のものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。

【0051】

図４（ｅ）を参照して、第３金属部材４９を、第４接合部材を利用して半導体部材４７に接続する。半導体部材４７は、上下に、第２金属部材４５及び第３金属部材４９が両面接合する。なお、第４接合部材は、複数の半導体部材に共通のものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。

【0052】

図５を参照して、具体的に説明する。

【0053】

図５（ａ）を参照して、第１金属部材５１、第２金属部材５５及び第３金属部材５９は、例えば、Ｃｕ板、ＮｉめっきＣｕ板などである。半導体部材５３₁及び５３₂並びに５７₁及び５７₂は、例えば、Ｓｉチップ、ＳｉＣチップなどである。

【0054】

半導体部材５３₁は、第１接合部材６１₁及び第２接合部材６３₁を利用して、それぞれ、下及び上に、第１金属部材５１及び第２金属部材５５が両面接合されている。半導体部材５３₂は、第１接合部材６１₂及び第２接合部材６３₂を利用して、それぞれ、下及び上に、第１金属部材５１及び第２金属部材５５が両面接合されている。

【0055】

半導体部材５７₁は、第３接合部材６５₁及び第４接合部材６７₁を利用して、それぞれ、下及び上に、第２金属部材５５及び第３金属部材５９が両面接合されている。半導体部材５７₂は、第３接合部材６５₂及び第４接合部材６７₂を利用して、それぞれ、下及び上に、第２金属部材５５及び第３金属部材５９が両面接合されている。

【0056】

半導体部材５３₁、５３₂、５７₁及び５７₂は、全部が通電しないように接合されていてもよく、全部が通電するように接合されていてもよく、一部が通電して残部は通電しないように接合されていてもよい。

【0057】

図５（ｂ）を参照して、従来は、線７１₁にあるように、必要な精度で半導体部材をカットできなかった。そのため、設計に不要な制限が生じ、さらに、前処理及び後処理が必要になっていた。それに対し、発明者により高精度なカッターが実現でき（特願２０２０－１２５４７４参照）、線７１₂にあるように半導体部材を含めてカットできるようになった。これにより、前処理及び後処理の一部又は全部を省略して、シンプルな工程によって接合半導体装置を作成することができることとなった。

【0058】

図６及び図７は、発明者が実際に作成した接合半導体装置を示す。

【0059】

図６（ａ）は、ＳｉＣチップの上下にＮｉめっき銅板のヒートシンクを両面接合した両面ダイボンドの内部構造のイメージを示す。４個のＳｉＣチップ（SiC Chip）１６１が、２面のＮｉめっき銅板（Nickel-plated copper plate）１６３及び１６５の間に両面ダイボンドされたＳｉＣパッケージである。

【0060】

図６（ｂ）は、音波接合による両面ダイボンド後のものである。図６（ｃ）は、音波両面接合の断面の観察例である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）の接合部の拡大である。異種材料を重ねた「３ＤＢ（3D structure sound bonding）＆ＤＭＢ（Different Materials Bonding）」接合が実現されている。ＳｉＣチップ１７１とＮｉめっき銅板（ヒートシンク）（Nickel-plated copper plate (Joint marked surface)）１６７及び１６９の間にアルミシート１７３及び１７５を挟み、ＳｉＣチップ１７１の両面接合を実現する。音エネルギーのみで接合でき、接着剤や金属ペーストの加熱が不要である。ヒートショックテスト（―５０～６００℃）をクリアし、各チップの水平押し接合強度は５００Ｎ以上であった。これは、大気中常温接合で実現でき、接合のエネルギー源は電気とエアーのみであり、デスクトップ接合である。

【0061】

図７（ａ）は、ＳｉＣチップの上下に銅板のヒートシンクを両面接合した両面ダイボンドの内部構造のイメージを示す。４個のＳｉＣチップ（SiC Chip）１８１が、２面の銅板（Copper plate）１８３及び１８５の間に両面ダイボンドされたＳｉＣパッケージである。

【0062】

図７（ｂ）は、音波接合による一面のダイボンド後のものである。アルミシート１９１を用いて４つのＳｉＣチップ１８７が銅板１８９に接合されている。ＳｉＣチップは、一辺が５．０ｍｍの正方形で、厚さｔ＝０．３５ｍｍである。アルミシートは、厚さｔ＝１００μｍである。銅板は、２０ｍｍ×３０ｍｍの長方形であり、厚さｔ＝２ｍｍである。図７（ｂ）の状態に対して、銅板１９３を重ねて接合する。図７（ｃ）は、音波接合による両面ダイボンド後のものである。

【0063】

図７（ｄ）は、音波両面接合の断面の観察例である。図７（ｅ）は、図７（ｄ）の接合部の拡大である。ＳｉＣチップ１８７と銅板１８９及び１９３の間にアルミシート１９１及び１９５を挟み、ＳｉＣチップ１８７の両面接合を実現する。３Ｄ構造の異種材料間音波接合であり、大気中常温の環境で音エネルギーのみで原子が励起されジョイントされる複数材料間の溶解拡散接合である。ヒートショックテスト（―５０～６００℃）をクリアし、各チップの水平押し接合強度は５００Ｎ以上であった。

【符号の説明】

【0064】

１，２１，４１，５１，８１，１０１ 第１金属部材、３，１３，２３，４３，４７，５３，５７，１０８ 半導体部材、５，２５，４５，５５，８５，１０７ 第２金属部材、６ 接合装置、７ 加圧部、８ 共振部、９ 振動子、１１ 金属部材、１５ 接合部材、１７，８９ アルミスパッタ層、２７ 第１アルミシート、２９ 第２アルミシート、３１ 上面アルミシート、３３ 残部、４９，５９ 第３金属部材、６１ 第１接合部材、６３ 第２接合部材、６５ 第３接合部材、６７ 第４接合部材、７１ 線、８３，１６１，１７１，１８１，１８７ ＳｉＣチップ、８７ チタンスパッタ層、９１，９３ アルミシート、１０３，１０４ 半導体チップ、１０５ 電極、１０９ 第１接合部材、１１１ 第３接合部材、１１３ 第２接合部材、１６３，１６５，１６７，１６９ Ｎｉめっき銅板、１７３，１７５，１９１，１９５ アルミシート、１８３，１８５，１８９，１９３ 銅板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】