[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造方法。尤其涉及对接合对象物进行焊接的方法。

背景技术

在安装有IGBT（绝缘栅双极晶体管）或FWD（续流二极管）等半导体芯片、被称为功率半导体模块的半导体装置的制造方法中，作为对半导体芯片和绝缘电路基板等进行接合的方法，大多使用焊接的方法。

以往，在进行焊接时，为了抑制焊锡或半导体芯片表面的氧化，从而保持焊锡良好的浸润性，在大多数情况下通常使用助焊剂。然而，在回流炉内进行加热使焊锡熔融时，会产生以下问题，即由于该助焊剂的存在使得回流炉的内部或绝缘电路基板等被污染。作为为了不产生污染而不使用助焊剂，且能提高焊锡的浸润性的方法，已知有下述方法，即向回流炉的内部导入氢气，利用使用氢的氧化还原反应（2H2＋O2→2H2O），来去除接合对象物的氧化膜（专利文献1）。

根据专利文献1所公开的焊接方法，在两个接合对象物中的一个接合对象物（例如绝缘电路基板）的接合面上配置焊锡板，并进一步在其上方层叠另一个接合对象物（例如半导体芯片），在这种状态下，一边提供还原性的气体（例如氢气），一边以超过焊锡熔融温度的温度对其进行加热，之后进行冷却。在这种焊接方法中，通过对焊锡及接合对象物提供氢自由基等游离基气体，在焊锡熔融时对包含焊锡的氧化物进行还原，同时也对接合对象物的接合面进行还原，从而进行清洁。由此，能够获得良好的焊锡浸润性。

在上述方法中为了提高由氢产生的还原反应，在使焊锡熔融时需要高效地向接合面提供氢气。然而实际上，例如在将平整的焊锡板配置于绝缘电路基板和半导体芯片之间的情况下，由于焊锡板紧密接合而在绝缘电路基板和半导体芯片的各接合面上没有间隙，因此无法向绝缘电路基板及半导体芯片的各接合面提供充分的氢气。

这里，在专利文献1中公开了以下焊接方法，即在焊锡板的外周部形成凸部形状，使接合面的氢气的接触面积增大，从而来提供还原效果。另一方面，近年来功率半导体模块的使用环境条件更为苛刻，从而对焊接接合面的要求也就更高，需要其进一步具有高强度/高耐热性。于是，应用机械接合强度较为优异的Sn-高Sb类焊锡材料来替代以往所使用的Sn-Ag类等焊锡材料。

然而，与Sn-Ag类等焊锡材料相比，Sn-高Sb类焊锡材料在焊锡板的表面上形成的氧化膜较厚，是焊锡难以浸润的材料。由此，在现有的焊接方法中，无法充分还原表面的氧化膜，于是出现了以下问题，即容易因焊接接合面上的氧化膜而导致空隙。尤其是在功率半导体模块与负载相连接的实际工作条件下，半导体芯片中央部的焊锡接合面上产生了空隙时，因空隙所产生的热阻的影响而导致发热的半导体芯片的温度上升，从而成为引起功率半导体模块的性能降低的主要原因。

作为减少这种焊锡接合面上的空隙的方法，公开了一种使用形成为框状的焊锡构件的方法（专利文献2）。这种方法是指通过增加封闭工序，并在之后的减压工序中将空隙一下子排出至外部，从而能获得减少焊锡内部的空隙这一结果的方法，上述封闭工序是在第一接合构件的接合面和第二接合构件的接合面之间配置形成为框状的焊锡构件，并进行熔融，利用第一接合构件、第二接合构件、及熔融后的焊锡构件来封闭接合区域的气氛气体的工序。

现有技术文献专利文献

专利文献1：日本专利特开2009－272554号公报专利文献2：日本专利特开2006－116564号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，根据本发明人潜心研究的结果，当将上述方法中的焊接方法应用于Sn-高Sb类焊锡材料时，显然会产生下述问题。

首先，将专利文献1所记载的焊接方法应用于与现有的焊锡材料相比在表面所形成的氧化膜较厚的Sn－高Sb类焊锡材料的情况下，由于焊锡板在板状表面上形成有凹凸，焊锡板的表面积较大，从而焊锡中的氧化膜的量也在增大，因此仅仅增大与氢气的接触面积无法进行充分的还原处理。其结果是产生以下问题，即由于在半导体芯片与焊锡的接合面上残留有氧化膜，从而产生空隙，由此使得接合状态降低。

此外，将专利文献2所记载的焊接方法应用于与现有的焊锡材料相比粘度较高的Sn-高Sb类焊锡材料的情况下，可知增加在其内部封闭气氛气体的工序反倒使得气体残留在焊锡中，从而成为产生空隙的主要原因。

本发明的目的在于，鉴于上述问题，提供一种焊接方法，该焊接方法使用Sn-高Sb焊锡材料，且使得绝缘电路基板与半导体芯片等的焊锡接合中空隙较少、接合状态较为稳定。解决技术问题所采用的技术方案