特許 7595559 半導体製造装置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】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/607 20060101AFI20241129BHJP

   B23K 20/10 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H01L21/607 C

H01L21/607 B

B23K20/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021206758

(22)【出願日】2021-12-21

(65)【公開番号】P2023091901

(43)【公開日】2023-07-03

【審査請求日】2023-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】家谷 祐輔

【審査官】豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２７４２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５２７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７０３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５６８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１２０５４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－３３４３７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ２０／００ －２０／２６

Ｈ０１Ｌ２１／４４７－２１／４４９

Ｈ０１Ｌ２１／６０ －２１／６０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属端子に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツールを備え、
前記ツールは、前記金属端子に対面する先端部における矩形状の加圧面に第１の方向および前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に沿って配列された複数の突起を備え、
複数の前記突起の間隔は、前記加圧面の前記第１の方向では等間隔であり、前記加圧面の前記第２の方向では外周側よりも内周側の方が大きい、半導体製造装置。

【請求項2】

複数の前記突起の前記第２の方向の幅は、前記加圧面の前記第２の方向における内周側よりも外周側の方が大きい、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記加圧面の前記第１の方向の一端部に渡って、前記金属端子側に突出する突出部が設けられた、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

複数の前記突起の幅は同じである、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

複数の前記突起は、前記加圧面の前記第１の方向に沿って間隔をあけずに設けられた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記加圧面の前記第２の方向の両端部に設けられた複数の前記突起のうち、前記加圧面の前記第１の方向の両端部に設けられた前記突起と前記加圧面の外周端との間の溝は、前記加圧面の前記第１の方向の両端部以外に設けられた前記突起の間の溝よりも深い、請求項１または請求項３に記載の半導体製造装置。

【請求項7】

金属端子にツールで荷重を加えながら超音波振動によって接合を行い半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ツールは、前記金属端子に対面する先端部における矩形状の加圧面に第１の方向および前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に沿って配列された複数の突起を備え、
複数の前記突起の間隔は、前記加圧面の前記第１の方向では等間隔であり、前記加圧面の前記第２の方向では外周側よりも内周側の方が大きい、半導体装置の製造方法。

【請求項8】

金属端子にツールで荷重を加えながら超音波振動によって接合を行い半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ツールは、前記金属端子に対面する先端部における矩形状の加圧面に第１の方向および前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に沿って配列された複数の突起を備え、
複数の前記突起の幅は、前記加圧面の外周側から内周側に行くにつれて小さくなる、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体装置の金属端子等の被接合物を接合するに際して超音波接合が使用されている。超音波接合とは、被接合物にツールで荷重を加えながら超音波振動によって接合を行う方法である。

【0003】

例えば、特許文献１には、ツールの先端部である加圧面に幅が先端に行くにつれて細くなる形状の突起が複数設けられ、超音波振動によってツールが振幅し、複数の突起が金属端子を押圧することで金属接合を行う超音波接合装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１７９４３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の超音波接合装置では、金属端子にツールが接触したときに、金属端子を構成する金属が排斥され、ヒゲが発生する。ツールの先端の突起が金属端子に深く押圧されることで、隣り合う突起の間に留まるスペースがなくなったヒゲは、加圧面の外周側の広いスペースに向かって広がる。そのため、ヒゲの除去作業は容易ではなかった。

【0006】

そこで、本開示は、ヒゲの除去作業を容易に行うことが可能な技術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】

【0007】

本開示に係る半導体製造装置は、金属端子に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツールを備え、前記ツールは、前記金属端子に対面する先端部における矩形状の加圧面に第１の方向および前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に沿って配列された複数の突起を備え、複数の前記突起の間隔は、前記加圧面の前記第１の方向では等間隔であり、前記加圧面の前記第２の方向では外周側よりも内周側の方が大きいものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、加圧面の第２の方向では外周側よりも内周側の方が大きいため、接合時に発生したヒゲは加圧面の第２の方向の内周側に沿って第１の方向に向かって広がりやすくなる。これにより、ヒゲの発生方向を限定することができるため、ヒゲの除去作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る半導体製造装置が備えるツールの底面図および側面図である。

【図2】実施の形態１に係る半導体製造装置が備えるツールで金属端子を押圧した状態を示す断面図および要部拡大図である。

【図3】実施の形態２に係る半導体製造装置が備えるツールの底面図および側面図である。

【図4】実施の形態３に係る半導体製造装置が備えるツールの底面図および側面図である。

【図5】実施の形態４に係る半導体製造装置が備えるツールの底面図および側面図である。

【図6】実施の形態５に係る半導体製造装置が備えるツールの底面図、側面図、およびＡ－Ａ線断面図である。

【図7】関連技術に係る半導体製造装置が備えるツールが金属端子を押圧する前の状態を示す断面図である。

【図8】関連技術に係る半導体製造装置が備えるツールが金属端子に接触した状態を示す断面図および底面図である。

【図9】関連技術に係る半導体製造装置が備えるツールが金属端子を押圧した状態を示す断面図および底面図である。

【図10】関連技術に係る半導体製造装置が備えるツールが金属端子を深く押圧した状態を示す断面図および底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜関連技術＞
最初に、実施の形態の関連技術について説明する。図７は、関連技術に係る半導体製造装置が備えるツール５１が金属端子８を押圧する前の状態を示す断面図である。図８（ａ）は、ツール５１が金属端子８に接触した状態を示す断面図である。図８（ｂ）は、ツール５１が金属端子８に接触した状態を示すツール５１の底面図である。図９（ａ）は、ツール５１が金属端子８を押圧した状態を示す断面図である。図９（ｂ）は、ツール５１が金属端子８を押圧した状態を示すツール５１の底面図である。図１０（ａ）は、ツール５１が金属端子８を深く押圧した状態を示す断面図である。図１０（ｂ）は、ツール５１が金属端子８を深く押圧した状態を示すツール５１の底面図である。

【0011】

図７において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向である－Ｘ方向とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向である－Ｙ方向とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向である－Ｚ方向とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

【0012】

図７に示すように、関連技術に係る半導体製造装置は、半導体装置（図示しない）の金属端子８に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツール５１を備えている。ツール５１における金属端子８に対面する先端部には加圧面５２が形成されている。加圧面５２には、幅が先端に行くにつれて細くなる四角錐状の突起５３が複数設けられ、超音波振動によってツール５１がＸ軸方向に振幅した状態で下方（－Ｚ方向）に移動し、複数の突起５３が金属端子８を押圧することで金属接合を行う。

【0013】

図８（ａ），（ｂ）に示すように、ツール５１が金属端子８に接触したときに、金属端子８を構成する金属が排斥され、ヒゲ９が発生する。図９（ａ），（ｂ）に示すように、ツール５１が金属端子８を押圧し、さらに、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ツール５１が金属端子８を深く押圧したときに、隣り合う突起５３の間に留まるスペースがなくなったヒゲ９は、加圧面５２の外周側の広いスペースに向かって広がる。そのため、ヒゲ９の除去作業は容易ではなかった。実施の形態では、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。

【0014】

＜実施の形態１＞
実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１（ａ）は、実施の形態１に係る半導体製造装置が備えるツール１の底面図である。図１（ｂ），（ｃ）は、ツール１の側面図である。図２は、ツール１で金属端子８を押圧した状態を示す断面図および要部拡大図である。

【0015】

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、実施の形態１に係る半導体製造装置は、半導体装置（図示しない）の金属端子８に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツール１を備えている。

【0016】

ツール１は、四角錐状の複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃを備えている。ツール１における金属端子８に対面する先端部には矩形状の加圧面２が形成されている。複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃは、加圧面２のＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列されている。具体的には、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃは、Ｘ軸方向に５列、Ｙ軸方向に５列配列されている。

【0017】

加圧面２におけるＹ軸方向中央部には、Ｘ軸方向に沿って５列の突起３ｃが配列されている。加圧面２における突起３ｃよりもＹ軸方向の外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ｂが配列されている。加圧面２における突起３ｂよりもＹ軸方向の外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ａが配列されている。

【0018】

なお、突起３ａ，３ｂ，３ｃの形状は、四角錐状ではなく、例えば円錐状または六角錐状であってもよい。ここで、Ｘ軸方向が第１の方向に相当し、Ｙ軸方向が第１の方向と交差する方向である第２の方向に相当する。

【0019】

突起３ａ，３ｂ，３ｃの間隔は、加圧面２のＸ軸方向では等間隔である。また、突起３ａ，３ｂ，３ｃの間隔は、加圧面２のＹ軸方向では外周側よりも内周側の方が大きい。具体的には、突起３ａと隣り合う突起３ａとの間隔ｄ１と、突起３ｂと隣り合う突起３ｂとの間隔ｄ１と、突起３ｃと隣り合う突起３ｃとの間隔ｄ１は同じである。突起３ｃとＹ軸方向で隣り合う突起３ｂとの間隔ｄ３は、突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ａとの間隔ｄ２よりも大きい。さらに、間隔ｄ２は間隔ｄ１よりも大きい。ここで、加圧面２のＹ軸方向の内周側とは、加圧面２のＹ軸方向の中央側である。

【0020】

また、突起３ａのＹ軸方向の幅は、Ｙ軸方向における内周側の突起３ｂの幅よりも大きく形成されている。突起３ｂのＹ軸方向の幅は、Ｙ軸方向における内周側の突起３ｃの幅よりも大きく形成されている。また、突起３ａ，３ｂ，３ｃのＸ軸方向の幅は同じであり、突起３ａ，３ｂ，３ｃの頂点も同じ高さ位置にある。

【0021】

間隔ｄ３は間隔ｄ２よりも大きいため、接合時に発生するヒゲ９（図２参照）は、加圧面２におけるＹ軸方向の内周側に沿ってＸ軸方向に向かって広がりやすくなる。ヒゲ９の発生方向を限定することができるため、ヒゲ９の除去作業を容易に行うことができる。

【0022】

また、図１と図２に示すように、加圧面２におけるＸ方向の端部（Ｘ軸方向の一端部）には、Ｘ方向の端部に渡って、金属端子８側に突出する突出部５が設けられている。突出部５の高さ位置は突起３ａ，３ｂ，３ｃの頂点の高さ位置よりも高くなっている。突出部５により、Ｘ方向に向かって広がるヒゲ９を堰き止めることができる。

【0023】

以上のように、実施の形態１に係る半導体製造装置は、金属端子８に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツール１を備え、ツール１は、金属端子８に対面する先端部における矩形状の加圧面２にＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列された複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃを備え、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの間隔は、加圧面２のＸ軸方向では等間隔であり、加圧面２のＹ軸方向では外周側よりも内周側の方が大きい。

【0024】

したがって、加圧面２のＹ軸方向では外周側よりも内周側の方が大きいため、接合時に発生したヒゲ９は加圧面２のＹ軸方向の内周側に沿ってＸ軸方向に向かって広がりやすくなる。これにより、ヒゲ９の発生方向を限定することができるため、ヒゲ９の除去作業を容易に行うことができる。以上より、半導体製造装置で製造される半導体装置の歩留りを向上させることができる。

【0025】

また、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃのＹ軸方向の幅は、加圧面２のＹ軸方向における内周側よりも外周側の方が大きいため、ツール１の外形寸法を小さくすることができる。これにより、細い金属端子８への接合を効果的に行うことができる。

【0026】

また、加圧面２のＸ軸方向の一端部に渡って、金属端子８側に突出する突出部５が設けられている。したがって、接合時に発生したヒゲ９は、突出部５により堰き止められるため、ヒゲ９が半導体装置内の電極等に接触し電極等がショートすることを抑制できる。

【0027】

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体製造装置について説明する。図３（ａ）は、実施の形態２に係る半導体製造装置が備えるツール１の底面図である。図３（ｂ），（ｃ）は、ツール１の側面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

【0028】

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、実施の形態２では、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの幅が同じである。なお、間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３の関係については、実施の形態１の場合と同様である。ここで、幅が同じとは、Ｘ軸方向の幅およびＹ軸方向の幅が同じであることをいう。

【0029】

以上のように、実施の形態２に係る半導体製造装置では、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの幅は同じであるため、実施の形態１の場合と同様に、ヒゲ９の発生方向を限定することができることから、ヒゲ９の除去作業を容易に行うことができる。

【0030】

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る半導体製造装置について説明する。図４（ａ）は、実施の形態３に係る半導体製造装置が備えるツール１の底面図である。図４（ｂ），（ｃ）は、ツール１の側面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

【0031】

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、実施の形態３では、加圧面２におけるＹ軸方向中央部とその外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ｂが配列されている。加圧面２における突起３ｂよりもＹ軸方向の外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ａが配列されている。複数の突起３ａ，３ｂは、加圧面２のＸ軸方向に沿って間隔をあけずに設けられている。突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ｂとの間隔ｄ３は、突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ａとの間隔ｄ２よりも大きい。

【0032】

また、突起３ａのＹ軸方向の幅は、突起３ｂのＹ軸方向の幅よりも大きく形成されている。また、突起３ａ，３ｂのＸ軸方向の幅は同じであり、突起３ａ，３ｂの頂点も同じ高さ位置にある。

【0033】

以上のように、実施の形態３に係る半導体製造装置では、複数の突起３ａ，３ｂは、加圧面２のＸ軸方向に沿って間隔をあけずに設けられているため、実施の形態１の場合と同様に、ヒゲ９の発生方向を限定することができることから、ヒゲ９の除去作業を容易に行うことができる。

【0034】

＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係る半導体製造装置について説明する。図５（ａ）は、実施の形態４に係る半導体製造装置が備えるツール１の底面図である。図５（ｂ），（ｃ）は、ツール１の側面図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１～３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

【0035】

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、実施の形態４では、加圧面２におけるＹ軸方向中央部とその外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ｂが配列されている。加圧面２における突起３ｂよりもＹ軸方向の外周側には、それぞれＸ軸方向に沿って５列の突起３ａが配列されている。また、加圧面２のＹ軸方向の両端部に設けられた複数の突起３ａのうち、加圧面２のＸ軸方向の両端部に設けられた突起３ａの外周側の溝１０は、加圧面２のＸ軸方向の両端部以外に設けられた突起３ａの間の溝１１よりも深い。溝１１は溝１０よりも浅くなっているため、接合時に、溝１１と金属端子８との隙間が埋まる。

【0036】

突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ｂとの間隔ｄ３は、突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ａとの間隔ｄ２よりも大きい。さらに、突起３ａと隣り合う突起３ａとの間隔ｄ１は間隔ｄ３よりも大きい。

【0037】

また、突起３ａのＹ軸方向の幅は、突起３ｂのＹ軸方向の幅と同じに形成され、突起３ａのＸ軸方向の幅は、突起３ｂのＸ軸方向の幅よりも小さく形成されている。また、突起３ａ，３ｂの頂点は同じ高さ位置にある。

【0038】

以上のように、実施の形態４では、加圧面２のＹ軸方向の両端部に設けられた複数の突起３ａのうち、加圧面２のＸ軸方向の両端部に設けられた突起３ａの外周側の溝１０は、加圧面２のＸ軸方向の両端部以外に設けられた突起３ａの間の溝１１よりも深い。したがって、接合時に、溝１１と金属端子８との隙間が埋まるため、実施の形態１の場合よりも、ヒゲ９の発生方向をさらに限定できることから、ヒゲ９の除去作業をさらに容易に行うことができる。

【0039】

＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５に係る半導体製造装置について説明する。図６（ａ）は、実施の形態５に係る半導体製造装置が備えるツール１の底面図である。図６（ｂ）は、ツール１の側面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。なお、実施の形態５において、実施の形態１～４で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

【0040】

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、実施の形態５では、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの幅は、加圧面２の外周側から内周側に行くにつれて小さくなっている。

【0041】

具体的には、加圧面２の中央部には、１個の突起３ｃが配列されている。加圧面２における突起３ｃの外周側には、１個の突起３ｃを囲むように８個の突起３ｂが配列されている。加圧面２における８個の突起３ｂの外周側には、８個の突起３ｂを囲むように１６個の突起３ｃが配列されている。突起３ａの幅は、突起３ｂの幅よりも小さく形成されており、突起３ｂの幅は、突起３ｃの幅よりも小さく形成されている。

【0042】

突起３ｃとＹ軸方向で隣り合う突起３ｂとの間隔ｄ３は、突起３ｂとＹ軸方向で隣り合う突起３ａとの間隔ｄ２よりも大きい。また、突起３ａ，３ｂ，３ｃの頂点は同じ高さ位置にある。

【0043】

複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの幅は、加圧面２の外周側から内周側に行くにつれて小さくなっているため、ヒゲ９の発生方向を加圧面２の内周側に限定することができる。そのため、加圧面２におけるＸ方向の端部には、突出部５が設けられていない。

【0044】

以上のように、実施の形態５に係る半導体製造装置では、金属端子８に荷重を加えながら超音波振動によって接合を行うツール１を備え、ツール１は、金属端子８に対面する先端部における矩形状の加圧面２にＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列された複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃを備え、複数の突起３ａ，３ｂ，３ｃの幅は、加圧面２の外周側から内周側に行くにつれて小さくなっているため、ヒゲ９の発生方向を加圧面２の内周側に限定することができる。これにより、実施の形態１の場合と同様に、ヒゲ９の除去作業を容易に行うことができるだけでなく、加圧面２の内周側にヒゲ９が留まるため、ヒゲ９の除去作業が不要になる可能性がある。

【0045】

なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

【符号の説明】

【0046】

１ ツール、２ 加圧面、３ａ，３ｂ，３ｃ 突起、５ 突出部、８ 金属端子、１０，１１ 溝。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】