[发明专利]半导体装置的制造方法及接合组装装置

说明书

一种半导体装置的制造方法，包括：准备工序，将包含至少一个被接合构件和焊锡材料的层叠体投入减压炉内；一次减压工序，对减压炉内进行真空排气；热射线式加热工序，将减压炉内设为低压的氢气氛，对与减压炉之间隔着能开闭的分隔壁地设置于减压炉外的金属线进行加热，或对与输送台、冷却板以及热板之间隔着能开闭的分隔壁地设置于减压炉内的金属线进行加热，产生原子态氢；隔离工序，在将金属线保持在低压气氛下的状态下，利用所述分隔壁自减压炉内气氛隔离开所述金属线；加热工序，将减压炉内设为正压的氢气氛并加热至接合温度使焊锡材料熔融；及气泡去除工序，在保持为接合温度的状态下将减压炉内再次设为真空气氛而去除焊锡熔体中的气泡。

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造方法及其使用的接合组装装置。本发明特别涉及能够制造具有比以往高品质且可靠性高的焊锡接合层的半导体装置的半导体装置的制造方法以及该方法所使用的、维护性优异的接合组装装置。

背景技术

以往，作为制造电力用半导体装置的方法，主要实施了以下三个方法。在第一方法中，首先使用还原气氛的连续炉(管道炉)，进行预先沾锡(日文：予備はんだ)，在硅片的背面电极上设置焊锡。接着，借助该焊锡在绝缘基板上锡焊硅片。之后，进行引线接合。然后，在大气中使用焊剂(flux)将在绝缘基板上锡焊了硅片后的构件焊接在由铜等形成的金属基座上。在第二方法中，使用还原气氛的连续炉，锡焊硅片和绝缘基板。之后，进行引线接合。然后，使用还原气氛的连续炉将在绝缘基板上锡焊了硅片后的构件锡焊在金属基座上。在第三方法中，使用非活性气氛的减压炉，利用加入了焊剂的焊锡对硅片、绝缘基板以及金属基座进行锡焊。之后，进行引线接合。

可是，在电源组件等电力用半导体装置中，由于流有大电流，因此硅片的发热量达数十～数千瓦特，非常大。因此，在电力用半导体装置中，要求优异的散热特性。但是，若硅片与绝缘基板之间的焊锡接合层、绝缘基板与金属基座之间的焊锡接合层存在气泡(空隙)，则这些气泡妨碍了散热，因此带来了散热特性的明显降低，成为导致半导体装置破坏的原因。因而，使焊锡接合层中尽可能地不存在气泡是很重要的。

作为在焊锡接合层中产生气泡的原因，可列举构成层叠体的金属构件表面的残留氧化物和焊锡材料中的二氧化碳气体等溶存气体在焊锡熔融时作为气泡而残留。另外，在锡焊时，焊锡、绝缘基板等被接合构件的表面所吸附的吸附物或者氧化锡、氧化铜、氧化镍被还原，由此产生的H₂O气化而作为气泡残留的情况也被作为原因列举出来。另外，由于锡焊时使用的焊剂的气化而产生的气体、焊剂本身残留于焊锡接合层中的情况也是原因之一。

因而，为了减少焊锡接合层中的气泡，一般来说，采取了防止被接合构件表面氧化并将其表面保持洁净、或者使用没有溶存气体的焊锡材料、润湿性较好的焊锡材料等对策。另外，采取了使锡焊分布最优化、或者控制被接合构件的变形、或者在减压气氛中进行锡焊等对策。

也提出了许多关于锡焊方法的方案。例如，公知有一种方法，其通过使用锡焊装置，并利用加热部件对电路板进行加热，控制处理容器内的气氛的压力，从而进行焊锡连接，该锡焊装置包括处理容器、通过利用真空排气和高纯度气体导入生成低氧浓度气氛来控制处理容器内的气氛及其压力的部件以及设于处理容器内的加热部件(例如，参照专利文献1)。

另外，也公知有一种半导体装置的制造方法，其特征在于，将包括金属基座、焊锡板、绝缘基板、焊锡板以及硅片的层叠体设置在减压炉内，在对炉内进行了真空排气之后，将炉内设为正压的氢气氛而对层叠体的各个构件的表面进行还原，之后使焊锡加热熔融(例如，参照专利文献2)。

此外，也公知有一种锡焊方法，其在氢与氮的混合气体气氛下加压的状态下加热至焊锡的熔融温度以上的高熔融温度，接着减压至真空，在氮气气氛下再次进行加压，之后使温度降低直至小于焊锡的熔融温度使焊锡凝固(例如，参照专利文献3)。

而且，也公知有如下技术：使用热射线法用的反应装置，利用包括钨丝的催化物将气体分解，从而生成氢自由基等活性种，还原去除硅等基材表面的污染物(例如，参照专利文献4)。