JP2015015350A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工程において半導体素子に割れが発生するのを抑制または防止できる構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】第1スイッチング素子Tr1の下側の表面のドレイン電極Dおよび上側の表面のソース電極Sには、それぞれ第1ビア31および第2ビア32が接続されている。第2スイッチング素子Tr2の下側の表面のドレイン電極Dおよび上側の表面のソース電極Sには、それぞれ第4ビア34および第5ビア35が接続されている。両半導体素子の領域の外側の領域には、第1配線12Aと第2配線14Aとを接続する第7ビア37と、第2配線14Aと第3配線16Aとを接続する第8ビア38とが、配置されている。第1ビア31、第2ビア32、第4ビア34および第5ビア35それぞれの横断面積は、第7ビア37および第8ビア38のいずれの横断面積よりも大きい。【選択図】図1
Description
この発明は、パワーモジュール等の半導体装置に関する。
パワーモジュールは、電源に一対のスイッチング素子を直列に接続し、その一対のスイッチング素子の間から出力を得る装置である。このようなパワーモジュールは、たとえば、電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。
本出願人等は、パワーモジュールを製造する新しい製造方法を開発した。具体的には、所定の加工が予め施された複数のシート状部材を用意する。各シート状部材は、熱可塑性樹脂フィルムを含んでいる。所定の加工には、回路を形成するためのエッチング加工、孔を形成するための孔加工、ビア等の接続金属部材を形成するための金属ペースト充填等がある。なお、所定のシート状部材には、電子部品を収納するための部品孔が形成されている。
これらの複数のシート状部材を積み重ねる。この過程において、ハイサイド用のスイッチング素子とローサイド用のスイッチング素子とを所定の部品孔に収納する。これらの2つのスイッチング素子は、上下方向に間隔をおいて対向配置される。そして、全てのシート状部材が重ね合わされた状態で、熱プレスする。これにより、ハイサイド用のスイッチング素子とローサイド用のスイッチング素子とが内蔵されたパワーモジュールが得られる。
このようなパワーモジュールでは、各スイッチング素子の上側の表面には、各スイッチング素子の当該表面側に形成された主電極に電気的に接続された接続金属部材が配置されている。また、各スイッチング素子の下側の表面には、各スイッチング素子の当該表面側に形成された主電極に電気的に接続された接続金属部材が配置されている。
このようなパワーモジュールでは、製造工程において積み重ねられた複数のシート状部材が一括して熱プレスされる際、各スイッチング素子には、前記接続金属部材を介して大きな応力がかかる。このため、スイッチング素子に割れが発生するおそれがある。
このようなパワーモジュールでは、製造工程において積み重ねられた複数のシート状部材が一括して熱プレスされる際、各スイッチング素子には、前記接続金属部材を介して大きな応力がかかる。このため、スイッチング素子に割れが発生するおそれがある。
この発明の目的は、製造工程において半導体素子に割れが発生するのを抑制または防止できる構造を有する半導体装置を提供することである。
請求項1記載の発明は、第1配線(12A)を有する第1配線層(12)と、前記第1配線層上に形成された第1層間膜(13)と、前記第1層間膜上に形成され、第2配線(14A)を有する第2配線層(14)と、前記第1層間膜に内蔵された第1半導体素子(Tr1)と、前記第2配線層上に形成された第2層間膜(15)と、前記第2層間膜に内蔵され、前記第1半導体素子に対向配置された第2半導体素子(Tr2)と、前記第2層間膜上に形成され、第3配線(16A)を有する第3配線層(16)と、前記第1配線と前記第1半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第1接続金属部材(31)と、前記第1半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第2配線とを電気的に接続する第2接続金属部材(32)と、前記第2配線と前記第2半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第3接続金属部材(34)と、前記第2半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第3配線とを電気的に接続する第4接続金属部材(35)と、平面視において、前記両半導体素子の領域の外側の領域に配置され、前記第1配線と前記第2配線または前記第2配線と前記第3配線とを接続する第5接続金属部材(37,38)とを含み、前記第1接続金属部材、第2接続金属部材、第3接続金属部材および第4接続金属部材それぞれの横断面積が、前記第5接続金属部材の横断面積より大きい、半導体装置(1)である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
この発明では、各半導体素子の上側および下側には、それぞれ前記両半導体素子の領域の外側の領域に配置される接続金属部材に比べて横断面積が大きい接続金属部材が配置されている。このため、所定の加工が予め施された複数のシート状部材が、両半導体素子が内蔵されるように積み重ねられ、それらが一括して熱プレスされることによって、この半導体装置が製造される場合に、各半導体素子にかかる応力を低減することができる。これにより、製造工程において、半導体素子に割れが発生するのを抑制または防止できる。
請求項2記載の発明は、第1配線(12A)を有する第1配線層(12)と、前記第1配線層上に形成された第1層間膜(13)と、前記第1層間膜上に形成され、第2配線(14A)を有する第2配線層(14)と、前記第1層間膜に内蔵された第1半導体素子(Tr1)と、前記第2配線層上に形成された第2層間膜(15)と、前記第2層間膜に内蔵され、前記第1半導体素子に対向配置された第2半導体素子(Tr2)と、前記第2層間膜上に形成され、第3配線(16A)を有する第3配線層(16)と、前記第1配線と前記第1半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第1接続金属部材(31)と、前記第1半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第2配線とを電気的に接続する第2接続金属部材(32)と、前記第2配線と前記第2半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第3接続金属部材(34)と、前記第2半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第3配線とを電気的に接続する第4接続金属部材(35)とを含み、前記第1接続金属部材および第2接続金属部材における前記主電極との接触面積が、それぞれ前記第1半導体素子の下側の表面および上側の表面の面積の50%以上であり、前記第3接続金属部材および第4接続金属部材における前記主電極との接触面積が、それぞれ前記第2半導体素子の下側の表面および上側の表面の面積の50%以上である、半導体装置(1)ある。
この発明では、各半導体素子の下側の表面および上側の表面の主電極に接続されている各接続金属部材の主電極との接触面積が、対応する半導体素子の表面の50%以上である。このため、所定の加工が予め施された複数のシート状部材が、両半導体素子が内蔵されるように積み重ねられ、それらが一括して熱プレスされることによって、この半導体装置が製造される場合に、各半導体素子にかかる応力を低減することができる。これにより、製造工程において、半導体素子に割れが発生するのを抑制または防止できる。
請求項3記載の発明は、所定の加工が予め施された複数のシート状部材(S1〜S8)が、前記両半導体素子が内蔵されるように積み重ねられ、それらが一括して熱プレスされることによって、前記半導体装置が製造されている、請求項1または2のいずれか一項に記載の半導体装置である。
以下、図面を参照して、この発明を、パワーモジュールに適用した場合の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。図2は、図1の一部切欠き平面図である。
パワーモジュール1は、平面視略正方形に形成されている。パワーモジュール1は、上下方向に間隔をおいて対向配置された第1スイッチング素子Tr1および第2スイッチング素子Tr2を含んでいる。
図1は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。図2は、図1の一部切欠き平面図である。
パワーモジュール1は、平面視略正方形に形成されている。パワーモジュール1は、上下方向に間隔をおいて対向配置された第1スイッチング素子Tr1および第2スイッチング素子Tr2を含んでいる。
各スイッチング素子Tr1,Tr2は平面視で四角形状である。この実施形態では、各スイッチング素子Tr1,Tr2は、Nチャンネル型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成されている。各スイッチング素子Tr1,Tr2は、下側の表面にドレイン電極Dを有している。各スイッチング素子Tr1,Tr2は、上側の表面にソース電極Sおよびゲート電極Gを有している。この明細書では、ドレイン電極およびソース電極を総称して主電極といい、ゲート電極を制御電極という。
下部絶縁膜11上に第1配線12Aを有する第1配線層12が形成されている。第1配線層12上には、第1層間膜13が形成されている。第1層間膜13上には、第2配線14Aを有する第2配線層14が形成されている。第2配線14A間の間隙には、絶縁性樹脂14Bが充填されている。第2配線層14上には、第2層間膜15が形成されている。第2層間膜15上には、第3配線16Aを有する第3配線層16が形成されている。第3配線16A間の間隙には、絶縁性樹脂16Bが充填されている。第3配線層16上には、上部絶縁膜17が形成されている。
第1層間膜13は、第1配線層12の側から順に、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22および第3絶縁膜23が積層された構造を有している。第2層間膜15は、第2配線層14の側から順に、第4絶縁膜24、第5絶縁膜25および第6絶縁膜26が積層された構造を有している。
この実施形態では、下部絶縁膜11、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22、第3絶縁膜23、第4絶縁膜24、第5絶縁膜25、第6絶縁膜26および上部絶縁膜17は、絶縁性を有する熱可塑性樹脂から構成されている。第1配線12A、第2配線14Aおよび第3配線16Aは、銅によって構成されている。
この実施形態では、下部絶縁膜11、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22、第3絶縁膜23、第4絶縁膜24、第5絶縁膜25、第6絶縁膜26および上部絶縁膜17は、絶縁性を有する熱可塑性樹脂から構成されている。第1配線12A、第2配線14Aおよび第3配線16Aは、銅によって構成されている。
第1スイッチング素子Tr1は、第1層間膜13内に内蔵されている。具体的には、第1層間膜13内の第2絶縁膜22には、それを貫通する部品孔22aが形成されており、この部品孔22aに第1スイッチング素子Tr1が配置されている。
第2スイッチング素子Tr2は、第1スイッチング素子Tr1の真上位置に配置されている。具体的には、第2スイッチング素子Tr2は、第2層間膜15内に内蔵されている。より具体的には、第2層間膜15内の第5絶縁膜25には、それを貫通する部品孔25aが形成されており、この部品孔25aに第2スイッチング素子Tr2が配置されている。
第2スイッチング素子Tr2は、第1スイッチング素子Tr1の真上位置に配置されている。具体的には、第2スイッチング素子Tr2は、第2層間膜15内に内蔵されている。より具体的には、第2層間膜15内の第5絶縁膜25には、それを貫通する部品孔25aが形成されており、この部品孔25aに第2スイッチング素子Tr2が配置されている。
第1スイッチング素子Tr1のドレイン電極Dと第1配線12Aとの間は、第1絶縁膜21を貫通する第1ビア31によって電気的に接続されている。第1ビア31は、平面視において、第1スイッチング素子2が配置されている領域内に配置されている。第1ビア31は、平面視で略長方形である。第1ビア31における第1スイッチング素子Tr1のドレイン電極Dとの接触面積は、第1スイッチング素子Tr1の下側の表面の面積の50%以上の大きさに形成されている。
第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sと第2配線14Aとの間は、第3絶縁膜23を貫通する第2ビア32によって電気的に接続されている。第2ビア32は、平面視において、第1スイッチング素子Tr1が配置されている領域内に配置されている。第2ビア32は、平面視で略長方形である。第2ビア32における第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sとの接触面積は、第1スイッチング素子Tr1の上側の表面の面積の50%以上の大きさに形成されている。
第1スイッチング素子Tr1のゲート電極Gと第2配線14Aとの間は、第3絶縁膜23を貫通する第3ビア33によって電気的に接続されている。第3ビア32は、平面視において、第1スイッチング素子Tr1が配置されている領域内に配置されている。第3ビア33は、平面視が円形の円錐台形である。
第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sが接続されている第2配線14Aと第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとの間は、第4絶縁膜24を貫通する第4ビア34によって電気的に接続されている。これにより、第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sと第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとが電気的に接続されている。第4ビア34は、平面視において、第2スイッチング素子Tr2が配置されている領域内に配置されている。第4ビア34は、平面視で略長方形である。第4ビア34における第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとの接触面積は、第2スイッチング素子Tr2の下側の表面の面積の50%以上の大きさに形成されている。
第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sが接続されている第2配線14Aと第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとの間は、第4絶縁膜24を貫通する第4ビア34によって電気的に接続されている。これにより、第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sと第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとが電気的に接続されている。第4ビア34は、平面視において、第2スイッチング素子Tr2が配置されている領域内に配置されている。第4ビア34は、平面視で略長方形である。第4ビア34における第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dとの接触面積は、第2スイッチング素子Tr2の下側の表面の面積の50%以上の大きさに形成されている。
第2スイッチング素子Tr2のソース電極Sと第3配線16Aとの間は、第6絶縁膜26を貫通する第5ビア35によって電気的に接続されている。第5ビア35は、平面視において、第2スイッチング素子Tr2が配置されている領域内に配置されている。第5ビア35は、平面視で略長方形である。第5ビア35における第2スイッチング素子Tr2のソース電極Sとの接触面積は、第2スイッチング素子Tr2の上側の表面の面積の50%以上の大きさに形成されている。
第2スイッチング素子Tr2のゲート電極Gと第3配線16Aとの間は、第6絶縁膜26を貫通する第6ビア36によって電気的に接続されている。第6ビア36は、平面視において、第2スイッチング素子Tr2が配置されている領域内に配置されている。第6ビア36は、平面視が円形の円錐台形である。
第1配線12Aと第2配線14Aとの間は、第1層間膜13を貫通する第7ビア37によって電気的に接続されている。第7ビア37は、平面視において、第1スイッチング素子Tr2が配置されている領域よりも外側の領域に配置されている。第7ビア37は、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22および第3絶縁膜23をそれぞれ貫通する3つの部分から構成されている。第7ビア37を構成する3つの部分は、それぞれ平面視が円形の円錐台形である。
第1配線12Aと第2配線14Aとの間は、第1層間膜13を貫通する第7ビア37によって電気的に接続されている。第7ビア37は、平面視において、第1スイッチング素子Tr2が配置されている領域よりも外側の領域に配置されている。第7ビア37は、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22および第3絶縁膜23をそれぞれ貫通する3つの部分から構成されている。第7ビア37を構成する3つの部分は、それぞれ平面視が円形の円錐台形である。
第2配線14Aと第3配線16Aとの間は、第2層間膜15を貫通する第8ビア38によって電気的に接続されている。第8ビア38は、平面視において、第2スイッチング素子Tr2が配置されている領域よりも外側の領域に配置されている。第8ビア38は、第4絶縁膜24、第5絶縁膜25および第6絶縁膜26をそれぞれ貫通する3つの部分から構成されている。第8ビア38を構成する3つの部分は、それぞれ平面視が円形の円錐台形である。各ビア31〜38は、たとえば、Sn/Agから構成されている。
上部絶縁膜17には、複数の端子が設けられている。各端子は上部絶縁膜17を貫通している。これらの端子には、第1電源端子41、第1ゲート端子42、第2電源端子43、第2ゲート端子44および出力端子45(図2参照)が含まれる。各電極41〜45は、たとえば、Sn/Agから構成されている。
第1スイッチング素子Tr1のドレイン電極Dは、第1ビア31、第1配線12A、第7ビア37、第2配線14A、第8ビア38および第3配線16Aを介して、第1電源端子41に接続されている。第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sは、第2ビア32、第2配線14Aおよび第4ビア34を介して、第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dに接続されている。
第1スイッチング素子Tr1のドレイン電極Dは、第1ビア31、第1配線12A、第7ビア37、第2配線14A、第8ビア38および第3配線16Aを介して、第1電源端子41に接続されている。第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sは、第2ビア32、第2配線14Aおよび第4ビア34を介して、第2スイッチング素子Tr2のドレイン電極Dに接続されている。
第1スイッチング素子Tr1のゲート電極Gは、第3ビア33、第2配線14Aおよび第2層間膜15を貫通する図示されていないビアを介して、第1ゲート端子42が接続されている第3配線16Aに接続されている。つまり、第1スイッチング素子Tr1のゲート電極Gは、第1ゲート端子42に接続されている。
第2スイッチング素子Tr2のソース電極Sは、第5ビア35および第3配線16Aを介して、第2電源端子43に接続されている。第2スイッチング素子Tr2のゲート電極Sは、第6ビア36および第3配線16Aを介して、第2ゲート端子44に接続されている。
第2スイッチング素子Tr2のソース電極Sは、第5ビア35および第3配線16Aを介して、第2電源端子43に接続されている。第2スイッチング素子Tr2のゲート電極Sは、第6ビア36および第3配線16Aを介して、第2ゲート端子44に接続されている。
第1スイッチング素子2のソース電極Sおよび第2スイッチング素子3のドレイン電極Dが接続されている第2配線14Aは、第2層間膜15を貫通する図示しないビアを介して、図示されていない第3配線16Aに接続されている。この第3配線16Aは、出力端子45に接続されている。つまり、第1スイッチング素子2のソース電極Sと、第2スイッチング素子3のドレイン電極Dとは、出力端子45に接続されている。
なお、第1ビア31、第2ビア32、第4ビア34および第5ビア35それぞれの横断面積は、第7ビア37および第8ビア38のいずれの横断面積よりも大きい。
図3は、パワーモジュール1の電気的構成を説明するための電気回路図である。
第1スイッチング素子Tr1および第2スイッチング素子Tr2には、それぞれ第1ダイオードDi1および第2ダイオードDi2が内蔵されている。これらのダイオードDi1,Di2は、寄生ダイオードまたはボディダイオードと呼ばれている。
図3は、パワーモジュール1の電気的構成を説明するための電気回路図である。
第1スイッチング素子Tr1および第2スイッチング素子Tr2には、それぞれ第1ダイオードDi1および第2ダイオードDi2が内蔵されている。これらのダイオードDi1,Di2は、寄生ダイオードまたはボディダイオードと呼ばれている。
第1スイッチング素子Tr1と第1ダイオードDi1とは、ハイサイド回路51を形成している。第2スイッチング素子Tr2と第2ダイオードDi2とは、ローサイド回路52を形成している。ハイサイド回路51とローサイド回路52とは、第1電源端子(正極側電源端子)41と第2電源端子(負極側電源端子)43との間に直列に接続されており、ハイサイド回路51とローサイド回路52との接続点53に出力端子45が接続されている。
第1ダイオードDi1は、第1スイッチング素子Tr1に並列に接続されている。具体的には、第1ダイオードDi1のアノードが第1スイッチング素子Tr1のソースSに接続され、第1ダイオードDi1のカソードが第1スイッチング素子Tr1のドレインDに接続されている。第2ダイオードDi2は、第2スイッチング素子Tr2に並列に接続されている。具体的には、第2ダイオードDi2のアノードが第2スイッチング素子Tr2のソースSに接続され、第2ダイオードDi2のカソードが第2スイッチング素子Tr2のドレインDに接続されている。
第1スイッチング素子Tr1のドレインDは、第1電源端子41に接続されている。第1スイッチング素子Tr1のソースSは、第2スイッチング素子Tr2のドレインDに接続されている。第2スイッチング素子Tr2のソースSは、第2電源端子43接続されている。第1スイッチング素子Tr1のソースSと、第2スイッチング素子Tr2のドレインDとの接続点53は、出力端子45に接続されている。第1スイッチング素子Tr1のゲートGは、第1ゲート端子42に接続されている。第2スイッチング素子Tr2のゲートGは、第2ゲート端子44に接続されている。
図4は、パワーモジュール1の製造方法を説明するための説明図である。
まず、図4に示されるように、所定の加工が施された複数のシート状部材S1〜S8(第1のシート状部材S1〜第8のシート状部材S8)を予め用意する。各シート状部材S1〜S8は、次のようにして作成される。
第1のシート状部材S1は、下部絶縁膜11および第1配線12Aを形成するためのものである。第1のシート状部材S1は、片面に銅箔が接合された熱可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材の銅箔をエッチング加工することにより、下部絶縁膜11としての可塑性樹脂フィルム上に第1配線12Aを形成する。これにより、第1のシート状部材S1が作成される。
まず、図4に示されるように、所定の加工が施された複数のシート状部材S1〜S8(第1のシート状部材S1〜第8のシート状部材S8)を予め用意する。各シート状部材S1〜S8は、次のようにして作成される。
第1のシート状部材S1は、下部絶縁膜11および第1配線12Aを形成するためのものである。第1のシート状部材S1は、片面に銅箔が接合された熱可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材の銅箔をエッチング加工することにより、下部絶縁膜11としての可塑性樹脂フィルム上に第1配線12Aを形成する。これにより、第1のシート状部材S1が作成される。
第2のシート状部材S2は、第1絶縁膜21を形成するためのものである。第2のシート状部材S2は、可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材に、第1ビア31および第7ビア37の一部分をそれぞれ形成するためのビア孔を含む複数のビア孔を形成する。そして、各ビア孔にSn/Agの金属ペースト60を充填する。これにより、第2のシート状部材S2が作成される。
第3のシート状部材S3は、第2絶縁膜22を形成するためのものである。第3のシート状部材S3は、可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材に、第1スイッチング素子Tr1を収納するための部品孔22aを形成する。また、この基材に、第7ビア37の一部分を形成するためのビア孔を含む少なくとも1つのビア孔を形成する。そして、各ビア孔に金属ペースト60を充填する。これにより、第3のシート状部材S3が作成される。
第4のシート状部材S4は、第3絶縁膜23および第2配線14Aを形成するためのものである。第4のシート状部材S4は、片面に銅箔が接合された熱可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材の銅箔をエッチング加工することにより、第3絶縁膜23としての可塑性樹脂フィルム上に第2配線14Aを形成する。また、第3絶縁膜23としての可塑性樹脂フィルムに、第1スイッチング素子Tr1のソース電極Sおよびゲート電極Gをそれぞれ収納するための孔を形成する。さらに、第3絶縁膜23としての可塑性樹脂フィルムに、第2ビア32、第3ビア33および第7ビア37の一部分をそれぞれ形成するためのビア孔を含む複数のビア孔を形成する。そして、各ビア孔に金属ペースト60を充填する。これにより、第4のシート状部材S4が作成される。
第5のシート状部材S5は、第4絶縁膜24を形成するためのものである。第5のシート状部材S5は、可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材に、第4ビア34および第8ビア38の一部分をそれぞれ形成するためのビア孔を含む複数のビア孔を形成する。そして、各ビアに金属ペースト60を充填する。これにより、第5のシート状部材S5が作成される。
第6のシート状部材S6は、第5絶縁膜25を形成するためのものである。第6のシート状部材S6は、可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材に、第2スイッチング素子Tr2を収納するための部品孔25aを形成する。また、この基材に、第8ビア38の一部分を形成するためのビア孔を含む複数のビア孔を形成する。そして、各ビア孔に金属ペースト60を充填する。これにより、第6のシート状部材S6が作成される。
第7のシート状部材S7は、第6絶縁膜26および第3配線16Aを形成するためのものである。第7のシート状部材S7は、片面に銅箔が接合された熱可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材の銅箔をエッチング加工することにより、第6絶縁膜26としての可塑性樹脂フィルム上に第3配線16Aを形成する。また、第6絶縁膜26としての可塑性樹脂フィルムに、第2スイッチング素子Tr2のソース電極Sおよびゲート電極Gをそれぞれ収納するための孔を形成する。さらに、第6絶縁膜26としての可塑性樹脂フィルムに、第5ビア35、第6ビア36および第8ビア38の一部分をそれぞれ形成するためのビア孔を含む複数のビア孔を形成する。そして、各ビア孔に金属ペースト60を充填する。これにより、第7のシート状部材S7が作成される。
第8のシート状部材S8は、上部絶縁膜17を形成するためのものである。第8のシート状部材S8は、可塑性樹脂フィルムを基材としている。この基材に、第1電源端子41、第1ゲート端子42、第2電源端子43、第2ゲート端子44および出力端子45をそれぞれ形成するための端子形成用孔を含む複数の端子形成用孔を形成する。そして、各端子形成用孔に金属ペースト60を充填する。これにより、第8のシート状部材S8が作成される。
次に、第1〜第3のシート状部材S1〜S3を積み重ねる。そして、第3のシート状部材S3の部品孔22aに第1スイッチング素子Tr1を収納する。この後、その上に、第4〜第6のシート状部材S4〜S6を積み重ねる。そして、第6のシート状部材S6の部品孔25aに第2スイッチング素子Tr2を収納する。この後、その上に、第7および第8のシート状部材S7,S8を積み重ねる。最後に、これらの積層体に対して熱プレスを行う。
これにより、金属ペースト60が焼結する。これにより、各ビア31〜38等および各端子41〜45が形成され、シート状部材間の電気的接合と、スイッチング素子Tr1,Tr2の電極とビアとの電気的接合とが行われる。また、熱可塑性樹脂の流動により、熱可塑性樹脂(絶縁性樹脂)が間隙に充填されるとともに、スイッチング素子Tr1,Tr2が樹脂封止される。これにより、第2配線14A間の間隙に絶縁性樹脂14Bが充填されるとともに、第3配線16A間の間隙に絶縁性樹脂16Bが充填される。このようにして、図1〜図3に示すパワーモジュールが得られる。
前記実施形態では、第1スイッチング素子Tr1の下側の表面のドレイン電極Dおよび上側の表面のソース電極Sには、それぞれ、第1ビア31および第2ビア32が接続されている。これらのビア31,32における対応する電極D,Sとの接触面積は、第1スイッチング素子Tr1の対応する電極D,Sが形成されている表面の面積の50%以上に形成されている。また、第2スイッチング素子Tr2の下側の表面のドレイン電極Dおよび上側の表面のソース電極Sには、それぞれ、第4ビア34および第5ビア35が接続されている。これらのビア34,35における対応する電極D,Sとの接触面積は、第2スイッチング素子Tr2の対応する電極D,Sが形成されている表面の面積の50%以上に形成されている。このため、このパワーモジュール1が製造される場合に、各スイッチング素子Tr1,Tr2にかかる応力を低減することができる。これにより、製造工程において、パワーモジュール1に割れが発生するのを抑制または防止できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、スイッチング素子Tr1,Tr2は、MOSFETから構成されているが、他の半導体素子であってもよい。たとえば、スイッチング素子Tr1,Tr2は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。この場合には、IGBTのコレクタ電極およびエミッタ電極が主電極となり、IGBTのゲート電極が制御電極となる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1…パワーモジュール、12…第1配線層、12A…第1配線、13…第1層間膜、14…第2配線層、14A…第2配線、15…第2層間膜、16…第3配線層、16A…第3配線、31…第1ビア(第1接続金属部材)、32…第2ビア(第2接続金属部材)、34…第4ビア(第3接続金属部材)、35…第5ビア(第4接続金属部材)、37…第7ビア(第5接続金属部材)、38…第8ビア(第5接続金属部材)、S1〜S8…シート状部材、Tr1,Tr2…スイッチング素子(半導体素子)
Claims (3)
- 第1配線を有する第1配線層と、
前記第1配線層上に形成された第1層間膜と、
前記第1層間膜上に形成され、第2配線を有する第2配線層と、
前記第1層間膜に内蔵された第1半導体素子と、
前記第2配線層上に形成された第2層間膜と、
前記第2層間膜に内蔵され、前記第1半導体素子に対向配置された第2半導体素子と、
前記第2層間膜上に形成され、第3配線を有する第3配線層と、
前記第1配線と前記第1半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第1接続金属部材と、
前記第1半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第2配線とを電気的に接続する第2接続金属部材と、
前記第2配線と前記第2半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第3接続金属部材と、
前記第2半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第3配線とを電気的に接続する第4接続金属部材と、
平面視において、前記両半導体素子の領域の外側の領域に配置され、前記第1配線と前記第2配線または前記第2配線と前記第3配線とを接続する第5接続金属部材とを含み、
前記第1接続金属部材、第2接続金属部材、第3接続金属部材および第4接続金属部材それぞれの横断面積が、前記第5接続金属部材の横断面積より大きい、半導体装置。 - 第1配線を有する第1配線層と、
前記第1配線層上に形成された第1層間膜と、
前記第1層間膜上に形成され、第2配線を有する第2配線層と、
前記第1層間膜に内蔵された第1半導体素子と、
前記第2配線層上に形成された第2層間膜と、
前記第2層間膜に内蔵され、前記第1半導体素子に対向配置された第2半導体素子と、
前記第2層間膜上に形成され、第3配線を有する第3配線層と、
前記第1配線と前記第1半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第1接続金属部材と、
前記第1半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第2配線とを電気的に接続する第2接続金属部材と、
前記第2配線と前記第2半導体素子の下側の表面に形成された主電極とを電気的に接続する第3接続金属部材と、
前記第2半導体素子の上側の表面に形成された主電極と前記第3配線とを電気的に接続する第4接続金属部材とを含み、
前記第1接続金属部材および第2接続金属部材における前記主電極との接触面積が、それぞれ前記第1半導体素子の下側の表面および上側の表面の面積の50%以上であり、前記第3接続金属部材および第4接続金属部材における前記主電極との接触面積が、それぞれ前記第2半導体素子の下側の表面および上側の表面の面積の50%以上である、半導体装置。 - 所定の加工が予め施された複数のシート状部材が、前記両半導体素子が内蔵されるように積み重ねられ、それらが一括して熱プレスされることによって、前記半導体装置が製造されている、請求項1または2に記載の半導体装置。
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