特許 7355709 接合治具および半導体装置の製造方法

(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】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】接合治具および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20230926BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 F

H01L21/52 C

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020093801

(22)【出願日】2020-05-29

(65)【公開番号】P2021190540

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000233273

【氏名又は名称】株式会社 日立パワーデバイス

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山崎 真尚

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 高彰

(72)【発明者】

【氏名】池田 靖

(72)【発明者】

【氏名】串間 宇幸

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２１６７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４３８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－８６４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２６６０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－２９７２０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２３／４０

Ｈ０５Ｋ １３／０４

Ｈ０５Ｋ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

天板と、
その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、
平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１薄板、第２薄板、第３薄板および第４薄板と、
その側面が前記第１薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第１支持部材と、
その側面が前記第２薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第２支持部材と、
その側面が前記第３薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第３支持部材と、
その側面が前記第４薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第４支持部材と、
を備えた、接合治具。

【請求項2】

請求項１に記載の接合治具において、
前記第１薄板および前記第２薄板は、平面視における第１方向において互いに向き合い、
前記第３薄板および前記第４薄板は、平面視で前記第１方向と交差する第２方向において互いに向き合い、
前記第１支持部材および前記第２支持部材は、前記第２方向に延在し、
前記第３支持部材および前記第４支持部材は、前記第１方向に延在している、接合治具。

【請求項3】

請求項２に記載の接合治具において、
前記第１薄板と前記第３薄板とが近接する箇所において、その上端部が前記天板に取り付けられた第５薄板と、
前記第２薄板と前記第３薄板とが近接する箇所において、その上端部が前記天板に取り付けられた第６薄板と、
前記第３薄板と前記第４薄板とが近接する箇所において、その上端部が前記天板に取り付けられた第７薄板と、
前記第１薄板と前記第４薄板とが近接する箇所において、その上端部が前記天板に取り付けられた第８薄板と、
その側面が前記第５薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第５支持部材と、
その側面が前記第６薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第６支持部材と、
その側面が前記第７薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第７支持部材と、
その側面が前記第８薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第８支持部材と、
を更に備え、
前記第５薄板の向きは、前記第１薄板の向きおよび前記第３薄板の向きと異なり、
前記第６薄板の向きは、前記第２薄板の向きおよび前記第３薄板の向きと異なり、
前記第７薄板の向きは、前記第３薄板の向きおよび前記第４薄板の向きと異なり、
前記第８薄板の向きは、前記第１薄板の向きおよび前記第４薄板の向きと異なる、接合治具。

【請求項4】

請求項３に記載の接合治具において、
前記第５支持部材、前記第６支持部材、前記第７支持部材および前記第８支持部材は、それぞれ、前記第１方向に延在する第１円柱体と、前記第２方向に延在する第２円柱体とが結合された結合円柱体である、接合治具。

【請求項5】

請求項１に記載の接合治具において、
前記第１薄板、前記第２薄板、前記第３薄板および前記第４薄板の各々の前記下端部は、前記第１薄板、前記第２薄板、前記第３薄板および前記第４薄板の各々の前記上端部よりも、前記加圧部材の近くに位置している、接合治具。

【請求項6】

請求項１に記載の接合治具において、
断面視において、前記天板から前記第１支持部材の中心、前記第２支持部材の中心、前記第３支持部材の中心または前記第４支持部材の中心までの距離は、前記天板から前記加圧部材の下端部までの距離よりも大きい、接合治具。

【請求項7】

天板と、
その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、
平面視において前記加圧部材を囲む支持部材と、
を備え、
半導体チップの焼結接合時において、前記半導体チップの４つの側面を前記支持部材に密着させた状態で、前記加圧部材によって前記半導体チップの上面を加圧可能である、接合治具。

【請求項8】

天板と、
その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、
平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１薄板、第２薄板、第３薄板および第４薄板と、
その側面が前記第１薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第１支持部材と、
その側面が前記第２薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第２支持部材と、
その側面が前記第３薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第３支持部材と、
その側面が前記第４薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第４支持部材と、
を備えた接合治具を用いた半導体装置の製造方法であって、
（ａ）上面と、前記上面と反対側の下面と、平面視における第１方向において互いに向き合う第１側面および第２側面と、平面視で前記第１方向と交差する第２方向において互いに向き合う第３側面および第４側面と、を有する半導体チップを用意する工程、
（ｂ）配線基板上に焼結材を設ける工程、
（ｃ）前記半導体チップの前記下面が前記焼結材に接触するように、前記焼結材上に前記半導体チップを搭載する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程後、平面視において前記加圧部材が前記半導体チップに重なるように、前記半導体チップの上方に前記接合治具を配置する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１支持部材を前記第１側面および前記配線基板に密着させ、前記第２支持部材を前記第２側面および前記配線基板に密着させ、前記第３支持部材を前記第３側面および前記配線基板に密着させ、前記第４支持部材を前記第４側面および前記配線基板に密着させる工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけ、前記半導体チップの前記上面を前記加圧部材によって加圧しながら、前記焼結材を加熱することで、少なくとも前記半導体チップの前記下面と前記配線基板との間に焼結層を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程において、前記焼結層は、前記下面からはみ出し、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面または前記第４側面の一部または全部にも形成され、
前記下面からはみ出した前記焼結層の断面は、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面または前記第４側面から離れるに連れて前記焼結層の厚さが小さくなるように、裾広がりのテーパ形状を成す、半導体装置の製造方法。

【請求項10】

請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程において、前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材および前記第４支持部材の各々の側面のうち、最下端部となる第１の四半円点と、前記加圧部材側に位置する第２の四半円点とを含む曲面が、それぞれ、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面の直上に位置する、半導体装置の製造方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、
（ｅ１）前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材および前記第４支持部材の各々の前記曲面を、前記半導体チップに接触させる工程、
（ｅ２）前記（ｅ１）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけることで、前記第１薄板を撓ませながら前記第１支持部材を前記第１側面に密着させ、前記第２薄板を撓ませながら前記第２支持部材を前記第２側面に密着させ、前記第３薄板を撓ませながら前記第３支持部材を前記第３側面に密着させ、前記第４薄板を撓ませながら前記第４支持部材を前記第４側面に密着させる工程、
（ｅ３）前記（ｅ２）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけることで、前記第１薄板を撓ませながら前記第１支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第２薄板を撓ませながら前記第２支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第３薄板を撓ませながら前記第３支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第４薄板を撓ませながら前記第４支持部材を前記配線基板に密着させる工程、
を含む、半導体装置の製造方法。

【請求項12】

請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１薄板、前記第２薄板、前記第３薄板および前記第４薄板の各々の前記下端部は、前記第１薄板、前記第２薄板、前記第３薄板および前記第４薄板の各々の前記上端部よりも、前記加圧部材の近くに位置し、
前記（ｄ）工程において、記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材および前記第４支持部材は、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面の直上から離れた場所に位置している、半導体装置の製造方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、
（ｅ４）前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第２支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第３支持部材を前記配線基板に密着させ、前記第４支持部材を前記配線基板に密着させる工程、
（ｅ５）前記（ｅ４）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけることで、前記第１薄板を撓ませながら前記第１支持部材を前記第１側面に密着させ、前記第２薄板を撓ませながら前記第２支持部材を前記第２側面に密着させ、前記第３薄板を撓ませながら前記第３支持部材を前記第３側面に密着させ、前記第４薄板を撓ませながら前記第４支持部材を前記第４側面に密着させる工程、
を含む、半導体装置の製造方法。

【請求項14】

請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材および前記第４支持部材の各々の断面視における半径は、前記焼結層の厚さよりも大きく、前記焼結層の厚さおよび前記半導体チップの厚さの合計よりも小さい、半導体装置の製造方法。

【請求項15】

請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材および前記第４支持部材は、それぞれ、前記（ｆ）工程における前記焼結材の加熱によって融解しない材料によって構成されている、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合治具および半導体装置の製造方法に関し、例えば、焼結接合に利用される接合治具、および、その接合治具を用いた半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子が開発されている。ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、従来のＳｉ－ＭＯＳＦＥＴよりも素子抵抗が小さく、高速スイッチングが可能であり、電鉄および電気自動車などにおける低損失化に大きく貢献できる。また、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴよりも高温環境において動作可能である。

【0003】

一方で、半導体チップを配線基板などに搭載する際、半導体チップと配線基板との接合には、従来、はんだ接合が用いられていた。しかし、はんだ接合は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴに要求される高温環境での動作に対応できない場合がある。そこで、高温環境への対応が可能になるように、焼結接合の適用が推進されている。

【0004】

焼結接合では、接合時に加圧が必要な場合があり、この加圧によって焼結材が接合面で押し広げられる。しかし、焼結材が接合面に対して十分に広がらず、放熱性が低下するという問題がある。一方で、焼結材が広がりすぎて、焼結材が半導体チップの外側へはみ出し、半導体チップと配線基板とが短絡するという問題がある。

【0005】

例えば、特許文献１には、半導体チップが緩挿可能な開口部と、開口部よりも大きい断面積を有する接合材逃がし部と、を有する接合治具が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１－２１６７７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

焼結接合における加圧工程において、焼結材の押し広げに関連した不良としては、焼結材の広がり不足による放熱性の低下と、焼結材のはみ出しによる短絡とが挙げられる。

【0008】

焼結材のはみ出しによる短絡については、主に二つの形態が考えられる。一つ目の形態は、はみ出した焼結材が半導体チップの上面にまで這い上がることによる短絡である。二つ目の形態は、はみ出した焼結材に十分な加圧が為されず、焼結密度が低下し、焼結材が脱落することによる短絡である。

【0009】

上述の特許文献1における接合治具では、はみ出した焼結材の脱落に起因する短絡は防止できるが、半導体チップの周辺部に隙間が生じる。それ故、焼結材が、上記隙間を介して半導体チップの上面へ這い上がる恐れがある。

【0010】

従って、配線基板および半導体チップを備えた半導体装置では、焼結接合によって配線基板上に半導体チップを搭載させる際に、上述のような短絡を抑制することが求められる。すなわち、半導体装置の信頼性を向上させる技術が求められ、それを実現可能な接合治具の開発が求められる。

【0011】

その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0013】

一実施の形態における接合治具は、天板と、その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１薄板、第２薄板、第３薄板および第４薄板と、その側面が前記第１薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第１支持部材と、その側面が前記第２薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第２支持部材と、その側面が前記第３薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第３支持部材と、その側面が前記第４薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第４支持部材と、を備える。

【0014】

また、一実施の形態における接合治具は、天板と、その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、平面視において前記加圧部材を囲む支持部材と、を備える。ここで、半導体チップの焼結接合時において、前記半導体チップの４つの側面を前記支持部材に密着させた状態で、前記加圧部材によって前記半導体チップの上面を加圧可能である。

【0015】

また、一実施の形態における半導体装置の製造方法は、天板と、その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１薄板、第２薄板、第３薄板および第４薄板と、その側面が前記第１薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第１支持部材と、その側面が前記第２薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第２支持部材と、その側面が前記第３薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第３支持部材と、その側面が前記第４薄板の下端部に取り付けられた円柱状の第４支持部材と、を備えた接合治具を用いて行われる。また、半導体装置の製造方法は、（ａ）上面と、前記上面と反対側の下面と、平面視における第１方向において互いに向き合う第１側面および第２側面と、平面視で前記第１方向と交差する第２方向において互いに向き合う第３側面および第４側面と、を有する半導体チップを用意する工程、（ｂ）配線基板上に焼結材を設ける工程、（ｃ）前記半導体チップの前記下面が前記焼結材に接触するように、前記焼結材上に前記半導体チップを搭載する工程、（ｄ）前記（ｃ）工程後、平面視において前記加圧部材が前記半導体チップに重なるように、前記半導体チップの上方に前記接合治具を配置する工程、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１支持部材を前記第１側面および前記配線基板に密着させ、前記第２支持部材を前記第２側面および前記配線基板に密着させ、前記第３支持部材を前記第３側面および前記配線基板に密着させ、前記第４支持部材を前記第４側面および前記配線基板に密着させる工程、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけ、前記半導体チップの前記上面を前記加圧部材によって加圧しながら、前記焼結材を加熱することで、少なくとも前記半導体チップの前記下面と前記配線基板との間に焼結層を形成する工程、を有する。

【発明の効果】

【0016】

一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、それを実現可能な接合治具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態１における接合治具および半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図2】実施の形態１における接合治具を示す平面図である。

【図3】図１に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図4】実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す平面図である。

【図5】図４に続く半導体装置の製造方法を示す平面図である。

【図6】実施の形態２における接合治具を示す要部平面図である。

【図7】実施の形態３における接合治具および半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図8】図７に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図9】実施の形態３の変形例における接合治具および半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図10】実施の形態４における接合治具および半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図11】図１０に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0019】

また、実施の形態を説明する図面では、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングが付されている場合もあるし、断面図であってもハッチングが省略されている場合もある。

【0020】

また、実施の形態において説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに交差（直交）ている。本願では、Ｚ方向は、ある構造体の上下方向、高さ方向または厚さ方向として説明されている。また、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面は平面を成し、Ｚ方向に対して垂直な平面である。例えば、本願において「平面視」と表現した場合、それは、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面をＺ方向から見ることを意味する。

【0021】

（実施の形態１）
＜接合治具１００の構成＞
図１および図２を用いて、実施の形態１における接合治具１００について説明する。接合治具１００は、主に、上述のような、はみ出した焼結材（焼結層）の脱落または這い上がりによる短絡を抑制するために使用される。

【0022】

図１および図２に示されるように、接合治具１００は、天板１、加圧部材２、薄板３１～３４および支持部材４１～４４を備える。

【0023】

加圧部材２の上端部、および、薄板３１～３４の各々の上端部は、天板１に取り付けられている。平面視において、薄板３１～３４は、天板１を囲み、それぞれ天板１の四方に設けられている。

【0024】

支持部材４１～４４の各々は、円柱状を成し、支持部材４１～４４の各々の側面は、薄板３１～３４の各々の下端部に取り付けられている。なお、本願における円柱状は、真円柱状である場合も含むし、楕円柱状である場合も含む。すなわち、支持部材４１～４４延在方向に対して垂直な断面視において、支持部材４１～４４の各々の形状は、真円でもよいし、楕円でもよい。

【0025】

また、図１に示されるように、実施の形態１では、断面視において、薄板３１～３４は、天板１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に取り付けられている。また、支持部材４１～４４は、それぞれ加圧部材２よりも低い位置に設けられている。言い換えれば、図１の破線で示されるように、天板１から支持部材４１～４４の各々の中心４ａまでの距離は、天板１から加圧部材２の下端部までの距離よりも大きい。そのため、焼結接合時において、支持部材４１～４４は、加圧部材２よりも先に半導体チップ５に接触できる。

【0026】

図２に示されるように、薄板３１および薄板３２はＸ方向において互いに向き合い、薄板３３および薄板３４はＹ方向において互いに向き合っている。支持部材４１および支持部材４２はＹ方向に延在し、支持部材４３および支持部材４４はＸ方向に延在している。

【0027】

後述するように、焼結接合時では、薄板３１～３４の撓みを利用して、支持部材４１～４４によって半導体チップが加圧される。そのため、Ｘ方向において、薄板３１および薄板３２の各々の幅は、支持部材４１および支持部材４２の各々の幅よりも小さく設計され、Ｙ方向において、薄板３３および薄板３４の各々の幅は、支持部材４３および支持部材４４の各々の幅よりも小さく設計されている。

【0028】

また、天板１および加圧部材２は、例えば金属材料またはカーボンからなる。薄板３１～３４は、弾性を有し、且つ、耐熱性の高い金属材料からなる。支持部材４１～４４は、耐熱性の高い金属材料またはカーボンからなる。支持部材４１～４４が金属材料からなる場合、その金属材料は、後述の焼結材６ａに含まれる金属材料と反応し難い材料によって構成され、焼結接合時における加熱で融解しない材料によって構成され、例えばプラチナ（Ｐｔ）のような貴金属材料である。これにより、焼結接合時において、焼結材６ａと支持部材４１～４４とが反応し、互いに接合されることが防止される。

【0029】

＜半導体装置２００の製造方法＞
以下に図１、図３～図５を用いて、実施の形態１における半導体装置２００の製造方法を説明する。半導体装置２００の製造方法には、上述の接合治具１００が用いられる。半導体装置２００は、例えば、鉄道の車両または自動車の車体などに搭載される半導体モジュール（パワーモジュール）である。

【0030】

図１に示されるように、半導体装置２００は、配線基板７上に搭載された半導体チップ５を備え、配線基板７および半導体チップ５は、焼結材６ａを焼結することで形成された焼結層６ｂによって接合されている。また、半導体チップ５は、例えばＳｉＣ基板を用いたＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなどの半導体素子を備えている。なお、半導体装置２００は、配線基板７上に搭載された他の半導体チップおよび電子デバイスなどを更に備えていてもよい。

【0031】

図１、図４および図５に示されるように、半導体チップ５は、上面ＴＳと、上面ＴＳと反対側の下面ＢＳと、Ｘ方向において互いに向き合う側面ＳＳ１および側面ＳＳ２と、Ｙ方向において互いに向き合う側面ＳＳ３および側面ＳＳ４とを有する。

【0032】

焼結材６ａは、金属材料および溶剤を含むペースト状の接合材である。この金属材料は、ナノメートルレベルからマイクロメートルレベルの金属粒子（金属粉末）であり、例えば銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）である。なお、焼結接合時において、焼結材６ａに含まれる上記溶剤は加熱によって無くなるので、焼結接合後、配線基板７と半導体チップ５との間には、上記金属材料からなる焼結層６ｂが形成される。

【0033】

以下に、半導体装置２００の製造方法に含まれる各工程について説明する。

【0034】

まず、図１に示されるように、半導体チップ５を用意し、配線基板７上に焼結材６ａを設ける。次に、半導体チップ５の下面ＢＳが焼結材６ａに接触するように、焼結材６ａ上に半導体チップ５を搭載する。

【0035】

次に、平面視において加圧部材２が半導体チップ５に重なるように、半導体チップ５の上方に接合治具１００を配置する。

【0036】

実施の形態１では、支持部材４１～４４は、それぞれ平面視において半導体チップ５の側面ＳＳ１～ＳＳ４に重なるように位置している。言い換えれば、加圧部材２側となる支持部材４１～４４の半分（半円柱体）が、それぞれ平面視において半導体チップ５の側面ＳＳ１～ＳＳ４に重なるように位置している。更に言い換えれば、断面視において、支持部材４１～４４各々の側面のうち、最下端部となる第１の四半円点４ｂと、加圧部材２側に位置する第２の四半円点４ｃとを含む曲面が、それぞれ、側面ＳＳ１～ＳＳ４の直上に位置している。

【0037】

次に、図３に示されるように、接合治具１００を押し下げ、接合治具１００を半導体チップ５に近づけることで、支持部材４１～４４を、それぞれ半導体チップ５の側面ＳＳ１～ＳＳ４および配線基板７に密着させる。

【0038】

実施の形態１では、まず、接合治具１００を半導体チップ５に近づけることで、加圧部材２側となる支持部材４１～４４の半分（半円柱体）を、半導体チップ５に接触させる。すなわち、支持部材４１～４４の各々の曲面（第１の四半円点４ｂと第２の四半円点４ｃとを含む曲面）を、半導体チップ５に接触させる。ここで、支持部材４１～４４は、それぞれ加圧部材２よりも低い位置に設けられているので、支持部材４１～４４は、加圧部材２よりも先に半導体チップ５に接触する。

【0039】

次に、接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけることで、薄板３１～３４を撓ませながら、支持部材４１～４４をそれぞれ側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着させる。すなわち、接合治具１００を半導体チップ５に近づけると、支持部材４１～４４の各々の曲面に沿うように、支持部材４１～４４には、半導体チップ５の外側へ押し出す力が加えられる。そうすると、薄板３１～３４が、撓み、板バネのように作用するので、支持部材４１～４４から半導体チップ５へ向かう方向に対して、圧力が加えられる。

【0040】

次に、接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけることで、薄板３１～３４を撓ませながら、支持部材４１～４４をそれぞれ配線基板７に密着させる。ここで、薄板３１～３４の撓みによる支持部材４１～４４からの圧力が半導体チップ５に加えられた状態のまま、支持部材４１～４４が配線基板７に密着する。

【0041】

次に、焼結接合を実施する。接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけ、加圧部材２によって半導体チップ５の上面ＴＳを加圧しながら、焼結材６ａを加熱する。この加熱処理は、例えば３００℃以上、４００℃以下で行われる。これにより、少なくとも半導体チップ５の下面ＢＳと配線基板７との間に焼結層６ｂが形成される。焼結層６ｂは、焼結材６ａに含まれていた金属材料からなる。

【0042】

このように、実施の形態１によれば、半導体チップ５の焼結接合時において、半導体チップ５の４つの側面ＳＳ１～ＳＳ４を支持部材４１～４４に密着させた状態で、加圧部材２によって半導体チップ５の上面ＴＳを加圧可能である。これにより、半導体チップ５の下面ＢＳの全体に焼結層６ｂが形成されるので、焼結材６ａの広がり不足による放熱性の低下を抑制することができる。

【0043】

また、支持部材４１～４４の各々の断面視における半径は、焼結層６ｂの厚さＴ１よりも大きく、焼結層６ｂの厚さＴ１および半導体チップ５の厚さＴ２の合計よりも小さい。そのため、焼結接合時において、支持部材４１～４４が側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着している状態が保たれている。

【0044】

焼結層６ｂは、半導体チップ５の下面ＢＳからはみ出し、側面ＳＳ１、側面ＳＳ２、側面ＳＳ３または側面ＳＳ４の一部または全部にも形成される。すなわち、焼結層６ｂは半導体チップ５の上面ＴＳ側へ這い上がるように形成されるが、支持部材４１～４４が側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着しているので、焼結層６ｂは、支持部材４１～４４によって差し止められ、上面ＴＳに到達しない。

【0045】

従って、実施の形態１における接合治具１００を用いることで、配線基板７と半導体チップの上面ＴＳとが短絡するという不具合を抑制でき、半導体装置２００の信頼性を向上させることができる。

【0046】

また、焼結層６ｂの端部の断面は、支持部材４１～４４の側面に沿った形状を成し、フィレット形状を成している。言い換えれば、下面ＢＳからはみ出した焼結層６ｂの断面は、側面ＳＳ１～ＳＳ４から離れるに連れて焼結層６ｂの厚さが小さくなるように、裾広がりのテーパ形状を成している。

【0047】

例えば、焼結層６ｂの形成時に配線基板７が反る場合があるが、その場合、仮に、焼結層６ｂの端部が角状を成していると、角状の端部において焼結層６ｂからの応力が集中し、焼結層６ｂの接合強度が低下する恐れがある。上述のように、焼結層６ｂの端部が裾広がりのテーパ形状を成していることで、応力の集中が緩和され、そのような恐れを抑制できる。

【0048】

以下に、図４および図５を用いて、半導体チップ５を焼結材６ａ上に搭載させた時における微小な位置誤差について説明する。

【0049】

半導体チップ５は、位置誤差無く焼結材６ａ上に搭載されることが理想的であるが、半導体チップ５の位置が若干ずれる場合があり、例えば、半導体チップ５の位置が設計値よりも±１ｍｍ程度ずれる場合がある。

【0050】

しかしながら、そのような位置誤差が、支持部材４１～４４の各々の曲面（第１の四半円点４ｂと第２の四半円点４ｃとを含む曲面）と重なる範囲内であれば、薄板３１～３４の撓みを利用して、半導体チップ５の位置を正常な位置へと修正できる。すなわち、図４のように、半導体チップ５の位置がずれていた場合、最初は支持部材４１～４４の一部のみが半導体チップ５の側面ＳＳ１～ＳＳ４に接触するが、最終的には図５の黒矢印のように、側面ＳＳ１～ＳＳ４には、支持部材４１～４４から圧力が加えられ、半導体チップ５の位置は、それぞれ正常な位置へと修正される。

【0051】

このように、実施の形態１における接合治具１００を用いれば、半導体チップ５の位置誤差の有無に因らず、半導体チップ５の焼結接合を行うことができる。

【0052】

また、支持部材４１～４４は、焼結材６ａに含まれる金属材料と反応し難い材料によって構成され、耐熱性の高い金属材料またはカーボンからなるが、支持部材４１～４４が、金属材料またはカーボン以外の材料で構成されていてもよい。例えば、支持部材４１～４４が、耐熱性の高い弾性体によって構成されていてもよい。このような弾性体は、焼結材６ａに含まれる金属材料よりも高い融点を有し、例えばゴムである。

【0053】

（実施の形態２）
以下に図６を用いて、実施の形態２における接合治具１００を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

【0054】

実施の形態２では、半導体チップ５の４つの角部に対応する領域に、４つの支持部材（第５～第８支持部材）が設けられ、４つの支持部材には、それぞれ薄板（第５～第８薄板）が取り付けられている。図６では、半導体チップ５の１つの角部に対応する領域に、第５薄板３５および第５支持部材４５が設けられている様子が示されている。

【0055】

すなわち、接合治具１００は、薄板３１と薄板３３とが近接する箇所において、その上端部が天板１に取り付けられた第５薄板３５と、その側面が第５薄板３５の下端部に取り付けられた円柱状の第５支持部材４５とを更に備えている。なお、ここでは図示されていないが、薄板３２と薄板３３とが近接する箇所、薄板３３と薄板３４とが近接する箇所および薄板３１と薄板３４とが近接する箇所においても、第５薄板３５のような第６～第８薄板と、第５支持部材４５のような第６～第８支持部材とが設けられている。

【0056】

第５支持部材４５および第６～第８支持部材は、それぞれＬ字型の円柱体であり、Ｙ方向に延在する第１円柱体と、Ｘ方向に延在する第２円柱体とが結合された結合円柱体である。第１円柱体および第２円柱体は、それぞれ斜切円柱体であり、２つの斜切円柱体が結合されることで、第５支持部材４５および第６～第８支持部材が構成されている。

【0057】

第５薄板３５の向きは、薄板３１の向きおよび薄板３３の向きと異なり、薄板３１の向きおよび薄板３３の向きに対して４５度傾いている。同様に、第６薄板の向きは、薄板３２の向きおよび薄板３３の向きと異なり、薄板３２の向きおよび薄板３３の向きに対して４５度傾いている。第７薄板の向きは、薄板３３の向きおよび薄板３４の向きと異なり、薄板３３の向きおよび薄板３４の向きに対して４５度傾いている。第８薄板の向きは、薄板３１の向きおよび薄板３４の向きと異なり、薄板３１の向きおよび薄板３４の向きに対して４５度傾いている。

【0058】

焼結接合時では、接合治具１００を半導体チップ５に近づけることで、第５薄板３５および第６～第８薄板を撓ませながら、第５支持部材４５および第６～第８支持部材をそれぞれ側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着させる。そして、接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけることで、第５薄板３５および第６～第８薄板を撓ませながら、第５支持部材４５および第６～第８支持部材をそれぞれ配線基板７に密着させる。図６の黒矢印のように、第５支持部材４５および第６～第８支持部材から半導体チップ５へ向かって圧力が加えられる。

【0059】

実施の形態１のように支持部材４１～４４のみが設けられている場合、半導体チップ５の角部において、焼結材６ａがはみ出す可能性がある。実施の形態２では、半導体チップ５の角部に対応する領域に、第５支持部材４５および第６～第８支持部材と、第５薄板３５および第６～第８薄板とが設けられている。これにより、半導体チップ５の角部において焼結材６ａが這い上がり、配線基板７と半導体チップ５の上面ＴＳとが短絡する恐れを、更に抑制することができる。

【0060】

（実施の形態３）
以下に図７および図８を用いて、実施の形態３における接合治具１００および半導体装置２００の製造方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

【0061】

実施の形態１では、断面視において、薄板３１～３４は、天板１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に取り付けられていた。実施の形態３では、図７に示されるように、断面視において、薄板３１～３４は、天板１に対して垂直な方向から傾斜している。すなわち、薄板３１～３４の各々の下端部は、薄板３１～３４の各々の上端部よりも、加圧部材２の近くに位置している。

【0062】

焼結接合時では、接合治具１００は、平面視において加圧部材２が半導体チップ５に重なるように、半導体チップ５の上方に配置される。ここで、実施の形態３では、支持部材４１～４４は、平面視において半導体チップ５に重ならない。言い換えれば、支持部材４１～４４は、側面ＳＳ１～ＳＳ４の直上から離れた場所に位置している。

【0063】

図８に示されるように、接合治具１００を半導体チップ５に近づけることで、まず、支持部材４１～４４が配線基板７に密着し、薄板３１～３４が撓んだ状態になる。次に、接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけることで、薄板３１～３４を撓ませながら支持部材４１～４４が、それぞれ側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着する。そして、薄板３１～３４の撓みによる支持部材４１～４４からの圧力が、半導体チップ５に加えられる。

【0064】

このように、実施の形態３では、支持部材４１～４４を半導体チップ５の外側から接近させる。それ故、複数の半導体チップ５が密集したような領域では、実施の形態３の接合治具１００は、実施の形態１と比較して、不向きである。しかしながら、実施の形態３の接合治具１００は、実施の形態１と比較して、半導体チップ５へより強い圧力を加え易いという利点を有する。従って、複数の半導体チップ５の間隔が十分に広い場合には、実施の形態３の接合治具１００を適用することで、半導体装置２００の信頼性を更に向上させることができる。

【0065】

また、実施の形態３で開示した技術に、実施の形態２で開示した技術を組み合わせることも可能である。

【0066】

（変形例）
図９は、実施の形態３の変形例における接合治具１００を示している。

【0067】

実施の形態３では、薄板３１～３４が平板であったが、図９に示される変形例のように、薄板３１～３４は予め撓んだ状態の曲板であってもよい。言い換えれば、薄板３１～３４は、断面視において曲線を成していてもよい。

【0068】

このような変形例における薄板３１～３４も、実施の形態３における薄板３１～３４と同様に使用することができる。

【0069】

（実施の形態４）
以下に図１０および図１１を用いて、実施の形態４における接合治具１００および半導体装置２００の製造方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態３との相違点について説明する。

【0070】

実施の形態４では、図１０に示されるように、４組の薄板３１～３４および支持部材４１～４４の代わりに、４つの弾性体が用いられている。図１０に示される弾性体８１は、薄板３１および支持部材４１に相当し、弾性体８２は、薄板３２および支持部材４２に相当する。図示はしないが、実施の形態４における接合治具１００は、薄板３３および支持部材４３に相当する弾性体と、薄板３４および支持部材４４に相当する弾性体とを更に備えている。このような弾性体は、焼結材６ａに含まれる金属材料よりも高い融点を有し、例えばゴムである。

【0071】

なお、４つの弾性体の各々の上端部は、天板１に取り付けられている。４つの弾性体の各々の下端部は、支持部材４１～４４の形状に対応しており、半円柱状となっている。

【0072】

焼結接合時では、接合治具１００は、平面視において加圧部材２が半導体チップ５に重なるように、半導体チップ５の上方に配置される。ここで、実施の形態４では、４つの弾性体は、平面視において半導体チップ５に重ならない。言い換えれば、４つの弾性体は、側面ＳＳ１～ＳＳ４の直上から離れた場所に位置している。

【0073】

図１１に示されるように、接合治具１００を半導体チップ５に近づけることで、まず、４つの弾性体が配線基板７に密着し、４つの弾性体が撓んだ状態になる。次に、接合治具１００を半導体チップ５に更に近づけることで、４つの弾性体を撓ませながら４つの弾性体が、それぞれ側面ＳＳ１～ＳＳ４に密着する。そして、４つの弾性体からの圧力が、半導体チップ５に加えられる。

【0074】

実施の形態４では、このような弾性体を使用することで、接合治具１００の構成を簡略化できる。しかしながら、弾性体を使用することで、支持部材４１～４４を構成する金属材料と比較して、長期間に及ぶ高温環境下における信頼性が小さくなる恐れがあるので、そのような場合には、上述の実施の形態３の技術を適用することが好ましい。

【0075】

以上、本発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0076】

その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。

【0077】

［付記１］
天板と、
その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、
平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１弾性体、第２弾性体、第３弾性体および第４弾性体と、
を備えた接合治具を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第３弾性体および前記第４弾性体の各々の下端部は、前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第３弾性体および前記第４弾性体の各々の前記上端部よりも、前記加圧部材の近くに位置し、
（ａ）上面と、前記上面と反対側の下面と、平面視における第１方向において互いに向き合う第１側面および第２側面と、平面視で前記第１方向と交差する第２方向において互いに向き合う第３側面および第４側面と、を有する半導体チップを用意する工程、
（ｂ）配線基板上に焼結材を設ける工程、
（ｃ）前記半導体チップの前記下面が前記焼結材に接触するように、前記焼結材上に前記半導体チップを搭載する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程後、平面視において前記加圧部材が前記半導体チップに重なるように、前記半導体チップの上方に前記接合治具を配置する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１弾性体を前記第１側面および前記配線基板に密着させ、前記第２弾性体を前記第２側面および前記配線基板に密着させ、前記第３弾性体を前記第３側面および前記配線基板に密着させ、前記第４弾性体を前記第４側面および前記配線基板に密着させる工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけ、前記半導体チップの前記上面を前記加圧部材によって加圧しながら、前記焼結材を加熱することで、少なくとも前記半導体チップの前記下面と前記配線基板との間に焼結層を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。

【0078】

［付記２］
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程において、前記焼結層は、前記下面からはみ出し、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面または前記第４側面の一部または全部にも形成され、
前記下面からはみ出した前記焼結層の断面は、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面または前記第４側面から離れるに連れて前記焼結層の厚さが小さくなるように、裾広がりのテーパ形状を成す、半導体装置の製造方法。

【0079】

［付記３］
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、
（ｅ６）前記接合治具を前記半導体チップに近づけることで、前記第１弾性体を前記配線基板に密着させ、前記第２弾性体を前記配線基板に密着させ、前記第３弾性体を前記配線基板に密着させ、前記第４弾性体を前記配線基板に密着させる工程、
（ｅ７）前記（ｅ６）工程後、前記接合治具を前記半導体チップに更に近づけることで、前記第１弾性体を撓ませながら前記第１弾性体を前記第１側面に密着させ、前記第２弾性体を撓ませながら前記第２弾性体を前記第２側面に密着させ、前記第３弾性体を撓ませながら前記第３弾性体を前記第３側面に密着させ、前記第４弾性体を撓ませながら前記第４弾性体を前記第４側面に密着させる工程、
を含む、半導体装置の製造方法。

【0080】

［付記４］
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第３弾性体および前記第４弾性体は、それぞれ、前記焼結材に含まれる金属材料よりも高い融点を有する材料によって構成されている、半導体装置の製造方法。

【0081】

［付記５］
天板と、
その上端部が前記天板に取り付けられた加圧部材と、
平面視において前記加圧部材を囲むように、その上端部が前記天板に取り付けられた第１弾性体、第２弾性体、第３弾性体および第４弾性体と、
を備え、
前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第３弾性体および前記第４弾性体の各々の下端部は、前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第３弾性体および前記第４弾性体の各々の前記上端部よりも、前記加圧部材の近くに位置している、接合治具。

【符号の説明】

【0082】

１ 天板
２ 加圧部材
４ａ 中心
４ｂ、４ｃ 四半円点
５ 半導体チップ
６ａ 焼結材
６ｂ 焼結層
７ 配線基板
３１～３５ 薄板
４１～４５ 支持部材
８１、８２ 弾性体
１００ 接合治具
２００ 半導体装置
ＢＳ 半導体チップの下面
ＳＳ１～ＳＳ４ 半導体チップの側面
ＴＳ 半導体チップの上面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】