半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本說明書公開的技術涉及一種半導體裝置。
【背景技術】
[0002]利用焊料將半導體元件和散熱片接合而成的半導體裝置已被公開。半導體元件的熱膨脹率和散熱片的熱膨脹率存在差異。因此，當半導體裝置的溫度變化時，半導體元件的尺寸變化量和散熱片的尺寸變化量會產生差異。尺寸變化量的差異在半導體元件的對角線上較大。因此，在半導體元件的四角的角部容易產生熱應力。在日本專利公開公報2009-170702號公開的半導體裝置中，將半導體元件的角部和散熱片(基板體)接合的焊料的厚度比半導體元件的角部以外的部分厚。由此，在半導體元件的溫度變化時，使半導體元件產生的熱應力降低。

【發(fā)明內容】

[0003]發(fā)明要解決的課題
[0004]在日本專利公開公報2009-170702號的技術中，增大半導體元件的角部的焊料厚度。因此，半導體裝置的體積增大。
[0005]本說明書提供一種能夠抑制半導體裝置的體積增大并降低半導體元件產生的熱應力的技術。
[0006]用于解決課題的技術方案
[0007]本說明書公開的半導體裝置具備:俯視觀察時呈矩形形狀的半導體元件和供半導體元件固定的被固定部件。半導體元件被配置于其矩形形狀的面朝向被固定部件的表面。半導體元件的矩形形狀的面的一部分固定于被固定部件的表面，半導體元件的矩形形狀的面的至少角部未固定于被固定部件的表面。
[0008]在上述半導體裝置中，在半導體裝置的溫度變化的情況下容易產生熱應力的半導體元件的角部和被固定部件未被相互固定。由此，能夠降低半導體元件產生的熱應力。另夕卜，由于僅采用半導體元件的角部和被固定部件未被相互固定的結構，因此能夠抑制半導體裝置的體積增大。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示實施例1的半導體裝置2的俯視圖。
[0010]圖2是實施例1的半導體裝置2的圖1 (I1-1I)截面處的剖視圖。
[0011]圖3是實施例1的半導體裝置2的局部放大俯視圖。
[0012]圖4是實施例1的半導體裝置2的圖3 (IV — IV)截面處的局部放大剖視圖。
[0013]圖5是表示實施例2的半導體裝置102的俯視圖。
[0014]圖6是實施例2的半導體裝置102的圖5 (VI — VI)截面處的剖視圖。
[0015]圖7是比較例的半導體裝置的模擬了冷熱循環(huán)試驗的熱應力分析的數(shù)值計算結果O
【具體實施方式】
[0016]以下，對本說明書中公開的實施例的幾個技術特征進行說明。此外，以下說明的事項分別單獨地具有技術實用性。
[0017](特征I)本說明書中公開的半導體裝置中，半導體元件的矩形形狀的面也可以由接合材料固定于被固定部件的表面。在被固定部件的表面，也可以在矩形形狀的面的角部所處的位置形成有凹陷。
[0018]在上述半導體裝置中，在將半導體元件固定于被固定部件時，接合材料向形成有凹陷的部分流入。因此，防止半導體元件的角部和被固定部件相互固定。由此，能夠降低半導體元件產生的熱應力。
[0019](特征2)本說明書中公開的半導體裝置也可以還具備配置在半導體元件的矩形形狀的面與被固定部件的表面之間的中間部件。半導體元件和被固定部件也可以經由中間部件相互固定。中間部件也可以不位于矩形形狀的面的至少角部與被固定部件的表面之間。
[0020]在上述半導體裝置中，中間部件不位于半導體元件的角部與被固定部件之間。因此，防止半導體元件的角部和被固定部件相互固定。由此，能夠降低半導體元件產生的熱應力。
[0021]實施例1
[0022]如圖1?4所示，半導體裝置2具備:半導體元件4和供半導體元件4固定的散熱片6。半導體元件4為所謂半導體芯片。半導體元件4俯視觀察時呈矩形形狀(具體為正方形)。但是，半導體元件4也可以為長方形。另外，半導體元件4為IGBT。但是，半導體元件4例如也可以為MOSFET等其他半導體元件。
[0023]半導體元件4具備SiC基板。SiC基板在俯視圖中央部具有有源區(qū)域4a，在有源區(qū)域4a的周圍(具體來說，半導體元件4的外周緣部)具有周邊區(qū)域4b (圖3)。在有源區(qū)域4a形成有柵極、發(fā)射極區(qū)域、主體接觸區(qū)域、主體區(qū)域、漂移區(qū)域、集電極區(qū)域各個區(qū)域。但是，由于半導體元件4具有的這些結構是以往公知的，因此省略其說明。在半導體元件4的上表面形成有發(fā)射電極(未圖示)、柵極焊盤(未圖示)和主體接觸區(qū)域。在半導體元件4的下表面42形成有集電極。集電極形成于半導體元件4的整個下表面42。將半導體元件4的下表面42朝向后述的散熱片6的表面6a配置。
[0024]散熱片6由金屬形成。作為形成散熱片6的材料，例如能夠使用Cu (銅)。散熱片6俯視觀察時呈矩形形狀(圖1)。散熱片6的面積比半導體元件4的面積大。在散熱片6的上表面6a形成有凹陷部10。凹陷部10形成于在半導體元件4配置在散熱片6的上表面6a時半導體元件4的各個角部所處的位置(即，凹陷部10形成于四處)。
[0025]凹陷部10俯視觀察時為等腰直角三角形(但是，如后所述，凹陷部10也可以為其他形狀)。各個凹陷部10的形成直角的兩邊相接的頂點位于半導體元件4的外側。半導體元件4的四個角部的頂點分別位于各凹陷部10的中央。半導體元件4的下表面42具有俯視觀察時與凹陷部10重疊的部分即面44和不與凹陷部10重疊的部分即面46 (圖4)。面44與散熱片6 (詳細來說，散熱片6的凹陷部10)之間沒有用焊料8固定。面46與散熱片6(詳細來說，散熱片6的沒有形成有凹陷部10的部分)之間用焊料8固定。
[0026]如圖3、圖4所示，凹陷部10的內表面具有面12和面14a、14b (在圖4中，組合面14a和面14b而表不為面14)。面12位于半導體元件4的中心側。面14a、14b位于與半導體元件4的中心側相反的一側。面12相對于散熱片6的上表面6a傾斜。在以下的說明中，將面12與散熱片6的上表面6a形成的角度稱為角度Θ。角度Θ例如能夠設為比45°小的角度。對角度Θ，在后面進行說明。在散熱片6的上表面6a形成有多余部分16。多余部分16相對于凹陷部10形成在與半導體元件4的中心相反的一側。如上所述，半導體元件4的下表面42 (具體來說，下表面42的一部分即面46)和散熱片6由焊料8相互固定。由此，半導體元件4和散熱片6電連接。其結果是，能夠使用散熱片6作為半導體裝置2的電極(詳細來說，集電極側的電極)。另外，在使用半導體裝置2時，能夠將由半導體元件4產生的熱經由散熱片6向外部散熱。由此，能夠抑制半導體元件4的溫度上升。
[0027]以下，對本實施例的半導體裝置2的制造方法進行說明。散熱片6通過在銅制片的上表面6a形成凹陷部10而進行制造。作為形成凹陷部10的方法，例如能夠使用沖壓加工。在進行沖壓加工時，以散熱片6的多余部分16相對于凹陷部10形成在與半導體元件4的中心相反的一側的方式進行。
[0028]在散熱片6形成凹陷部10之后，在散熱片6的上表面6a配置片狀焊料(以下，稱為焊料片)。焊料片(未圖示)例如為與俯視半導體元件4的形狀相同的形狀(即矩形形狀)，且能夠設為相同的大小。焊料片以焊料片的角部分別位于各凹陷部10上的方式配置。在將焊料片配置在散熱片6的上表面6a之后，在焊料片上配置半導體元件4。如上所述，半導體元件4以半導體元件4的角部分別位于凹陷部10上的方式配置。S卩，通過配置半導體元件4，成為半導體元件4重疊在焊料片上的狀態(tài)。
[0029]如上所述，通過沖壓加工產生的散熱片6的多余部分16相對于凹陷部10形成在與半導體元件4的中心相反的一側。S卩，多余部分16俯視觀察時形成在不與半導體元件4重疊的位置。因此，抑制在配置有半導體元件4時半導體元件4與多余部分16干涉。
[0030]接著，使半導體裝置2的溫度上升到焊料8的熔點以上的溫度。通過使溫度上升，焊料片熔融而成為液態(tài)。在半導體元件4的角部以外的位置(即，未形成有凹陷部10的位置)，成為在半導體元件4的下表面42與散熱片6的上表面6a之間填充有液態(tài)的焊料8的狀態(tài)。此時，位于半導體元件4的下表面42的角部(即，與凹陷部10重疊的位置)的焊料8向凹陷部10流入，并積存在凹陷部10的底部。凹陷部10的體積以比位于凹陷部10的上側的焊料8的體積大的方式預先設計。因此，半導體元件4的下表面42的角部與散熱片6的上表面6a之間成為未填充有液態(tài)的焊料8的狀態(tài)。此外，也可以對散熱片6的上表面6a預先進行提高焊料8的潤濕性的表面處理。作為表面處理，例如能夠使用鍍N1、鍍Au。另夕卜，該表面處理也可以對半導體元件4的下表面42進行。另外，半導體裝置2也可以構成為，對與上述面44和凹陷部10相當?shù)奈恢貌贿M行該表面處理。由此，防止在半導體元件4的角部存在焊料8。其結果是，防止半導體元件4的角部和散熱片6固定。
[0031]接著，使半導體裝置2的溫度下降到焊料8的熔點以下的溫度。通過溫度下降，液態(tài)的焊料8成為固體狀。由此，半導體元件4的下表面42 (詳細來說，下表面42的一部分即面46)和散熱片6的上表面6a由成為固體狀的焊料8相互固定。另一方面，在液態(tài)的焊料8未填充的凹陷部10，即使使溫度下降，半導體元件4的下表面42 (詳細來說，下表面42的一部分即面44)和散熱片6的上表面6a也不會固定。
[0032]在本實施例的半導體裝置2中，容易產生熱應力的半導體元件4的角部和散熱片6未被相互固定。由此，在半導體裝置2的溫度變化時，能夠降低半導體元件4產生的熱應力。另外，由于僅采用半導體元件4的角部和散熱片6未被相互固定的結構，因此，能夠抑制半導體裝置2的體積增大。
[0033]另外，如上所述，半導體元件4在半導體元件4的(具體來說，半導體基板的)俯視圖中央部具有有源區(qū)域4a，在半導體元件4的外周緣部具有周邊區(qū)域4b。周邊區(qū)域4b與有源區(qū)域不同，不會由于半導體元件4的使