JP4539773B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかる半導体装置1の主要部の断面図である。この半導体装置1は、図1に示される部分を一部として有するものであり、パワー素子や発熱量の大きいCPUもしくは受動素子を備えたパワーパッケージ、パワーパッケージに加えて他の素子なども含まれるパワーユニット、さらにはパワーパッケージと他の回路素子等が実装された電子制御装置(ECU)等が、ここでいう半導体装置1に該当する。
本発明の第2実施形態について説明する。上記第1実施形態では、半導体チップ2の端面からヒートシンク2cが露出した状態となる例を挙げて説明した。例えば、半導体素子の使用電圧が60V以下の場合には筐体4をアース(接地)する等の手法により、上記第1実施形態の構造であってもヒートシンク2cもしくは素子部2aと筐体4との絶縁を確保することが十分に可能となる。しかしながら、ヒートシンク2cは導体であるため、半導体チップ2内の半導体素子が高電圧を用いるものであるような場合には、薄い絶縁層2dのみだとヒートシンク2cもしくは素子部2aと筐体4との間の絶縁が十分に確保できない可能性もある。このため、本実施形態では、高電圧が使用される半導体素子に関しても、ヒートシンク2cもしくは素子部2aと筐体4との間の絶縁を確保できる構造とする。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、ヒートシンク2cもしくは素子部2aと筐体4との間の絶縁を確保できる構造を第2実施形態と異なる手法により製造する場合について説明する。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態の製造方法により製造した半導体チップ2を用いて、よりヒートシンク2cや素子部2aと筐体4との絶縁をより確保する構造としたものである。
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態と異なり、ヒートシンク2cを予めチップ単位に個別化しておき、個別化されたヒートシンク2cを半導体ウェハに貼り付けて上記各実施形態と同様の構造を製造するものである。
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、上記第5実施形態と同様に、ヒートシンク2cを予めチップ単位に個別化しておくものであるが、ヒートシンク2cを個別化する際に予め各ヒートシンク2cが各素子部2aと対応した場所に支持体に配置しておくようにしたものである。
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態は、上記第5、第6実施形態と同様に、ヒートシンク2cを予めチップ単位に個別化しておくものであるが、絶縁層2dについてはヒートシンク2cを半導体ウェハに貼り付けてから形成するものである。
本発明の第8実施形態について説明する。本実施形態は、上記第5、第6実施形態と同様に、ヒートシンク2cを予めチップ単位に個別化しておくものであるが、側壁絶縁膜2eを形成する前に半導体ウェハをチップ単位に分割するものである。
本発明の第9実施形態について説明する。本実施形態は、半導体ウェハとしてSOI(Silicon on insulator)基板を適用して図4と同様の構造を製造する場合について説明する。
本発明の第10実施形態について説明する。本実施形態は、上記第3、第9実施形態と同様の手法を用いつつ、側壁絶縁膜2eを形成するための溝2fを形成する工程をヒートシンク2c側からカットするのではなく、半導体ウェハ側からカットすることにより行うものである。
上記各実施形態では、半導体装置1の主要部の断面構造のみを示してあるが、半導体装置1全体の構造はどのようなものであっても良い。
2 半導体チップ
2a 素子部
2b 電極部
2c ヒートシンク
2d 絶縁層
2e 側壁絶縁膜
2f 溝
3 実装基板
4 筐体
5 スクライブライン
6 支持体
7 中間部材
Claims (20)
- 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成された半導体装置の製造方法であって、
前記ヒートシンク(2c)に前記絶縁層(2d)を形成する工程と、
前記素子および前記電極部(2b)が形成された半導体ウェハを用意する工程と、
前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)と反対側の面に前記絶縁層(2d)が形成された前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程と、
前記絶縁層(2d)、前記ヒートシンク(2c)および前記半導体ウェハをカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、
前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程と、
前記実装基板(3)および前記半導体チップ(2)を、前記半導体チップ(2)の前記絶縁層(2d)側を向けて前記筐体(4)に配置する工程と、を含み、
前記半導体チップ(2)を形成する工程の前に、前記絶縁層(2d)側から前記カット工程の切りしろよりも広い幅で、かつ、前記スクライブライン(5)を含む溝(2f)を形成する工程と、
前記溝(2f)内を絶縁材料で埋め込む工程と、
前記スクライブライン(5)において前記カット工程を行うことで、前記絶縁材料にて前記ヒートシンク(2c)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)が構成された前記半導体チップ(2)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記溝(2f)を形成する工程では、前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)を切断し、前記半導体ウェハの一部が除去される深さまで前記溝(2f)を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体チップ(2)を形成する工程の前に、前記半導体ウェハの表面および前記電極部(2b)を支持体(6)に貼り合せる工程を有し、
前記溝(2f)を形成する工程では、前記支持体(6)に貼り合せた状態で、前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)に加えて前記半導体ウェハも切断する深さとなるように前記溝(2f)を形成することで、
前記半導体チップ(2)を形成する工程において、前記ヒートシンク(2)および前記素子部(2a)の端面すべてが側壁絶縁膜(2e)で覆われるようにすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程では、前記半導体チップ(2)の表面と前記実装基板(3)の間に、ノンコンダクティブペーストとノンコンダクティブフィルムおよび異方性導電ペーストのいずれか1つからなる中間部材(7)を配置することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成された半導体装置の製造方法であって、
前記ヒートシンク(2c)に前記絶縁層(2d)を形成する工程と、
前記素子および前記電極部(2b)が形成された半導体ウェハを用意する工程と、
前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)と反対側の面に前記絶縁層(2d)が形成された前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程と、
前記絶縁層(2d)、前記ヒートシンク(2c)および前記半導体ウェハをカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、
前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程と、
前記実装基板(3)および前記半導体チップ(2)を、前記半導体チップ(2)の前記絶縁層(2d)側を向けて前記筐体(4)に配置する工程と、を含み、
前記半導体チップ(2)を形成する工程の前に、前記絶縁層(2d)の表面を支持体(6)に貼り合せる工程と、
前記半導体ウェハ側から、前記半導体ウェハ、前記ヒートシンク(2c)および前記絶縁層(2d)を切断し、前記カット工程の切りしろよりも広い幅で、かつ、前記スクライブライン(5)を含む溝(2f)を形成する工程と、
前記溝(2f)内を絶縁材料で埋め込む工程と、
前記スクライブライン(5)において前記カット工程を行うことで、前記絶縁材料にて前記ヒートシンク(2c)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)が構成された前記半導体チップ(2)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記側壁絶縁膜(2e)を形成したのち、該側壁絶縁膜(2e)に対し、前記スクライブライン(5)に沿って、テーパ状の側面を有するトレンチ(2g)を前記絶縁層(2d)よりも深い位置まで形成しておき、該トレンチ(2g)において前記側壁絶縁膜(2e)をカットすることで前記半導体チップ(2)を形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成された半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁層(2d)が形成され、チップ単位に個別化された前記ヒートシンク(2c)を用意する工程と、
前記素子および前記電極部(2b)が形成された半導体ウェハを用意し、前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)と反対側の面において、該半導体ウェハのうち前記素子部(2a)と対応する場所それぞれに個別化された前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程と、
前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされた前記半導体ウェハをカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、
前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程と、
前記実装基板(3)および前記半導体チップ(2)を、前記半導体チップ(2)の前記絶縁層(2d)側を向けて前記筐体(4)に配置する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ヒートシンク(2c)を用意する工程は、個別化前の板状のヒートシンク(2c)の表面に前記絶縁層(2d)および支持体(30)を順に配置する工程と、前記支持体(30)にて支持された板状の前記ヒートシンク(2c)および前記絶縁層(2d)をチップ単位に分割することで個別化する工程と、を有し、
前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程は、前記支持体(30)に対して支持された状態で前記絶縁層(2d)と共に個別化された前記ヒートシンク(2c)を前記半導体ウェハに対して貼り合せる工程であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップ(2)を形成する工程は、
個別化された前記ヒートシンク(2c)の間を埋め込むように絶縁材料を形成することで前記ヒートシンク(2c)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)を形成する工程と、
前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされた前記半導体ウェハを前記側壁絶縁膜(2e)と共にカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップ(2)を形成する工程は、
前記半導体チップ(2)のうち前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされる面の反対側となる裏面に支持体(30)を貼り付ける工程と、
前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされた前記半導体ウェハをカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割して前記素子部(2a)を構成する工程と、
個別化された前記ヒートシンク(2c)の間およびチップ単位に分割された前記半導体ウェハの間を埋め込むように絶縁材料を形成することで前記ヒートシンク(2c)および前記素子部(2a)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜(2e)をスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。 - 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成された半導体装置の製造方法であって、
チップ単位に個別化された前記ヒートシンク(2c)を用意すると共に、前記素子および前記電極部(2b)が形成された半導体ウェハを用意し、前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)と反対側の面において、該半導体ウェハのうち前記素子部(2a)と対応する場所それぞれに個別化された前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程と、
個別化されたヒートシンク(2c)の間を埋め込むように絶縁材料を形成することで前記ヒートシンク(2c)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)を形成すると共に前記ヒートシンク(2c)の表面に前記絶縁層(2d)を形成する工程と、
前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされた前記半導体ウェハをカット工程によりスクライブライン(5)で一括してカットすることによりチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、
前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程と、
前記実装基板(3)および前記半導体チップ(2)を、前記半導体チップ(2)の前記絶縁層(2d)側を向けて前記筐体(4)に配置する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ヒートシンク(2c)を用意する工程は、個別化前の板状のヒートシンク(2c)の表面に支持体(30)を配置する工程と、前記支持体(30)にて支持された板状の前記ヒートシンク(2c)をチップ単位に分割することで個別化する工程と、を有し、
前記ヒートシンク(2c)を貼り合せる工程は、前記支持体(30)に対して支持された状態で個別化された前記ヒートシンク(2c)を前記半導体ウェハに対して貼り合せる工程であることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記側壁絶縁膜(2e)および前記絶縁層(2d)を形成する工程は、前記ヒートシンク(2c)を貼り付けた前記半導体ウェハをチップ単位に分割することで素子部(2a)を構成する工程と、個別化された前記ヒートシンク(2d)の間に加えて前記素子部(2a)の間にも前記側壁絶縁膜(2e)を形成する工程とを含み、
前記半導体チップ(2)を形成する工程は、前記カット工程により、前記側壁絶縁膜(2e)をスクライブライン(5)でカットすることにより、前記半導体チップ(2)を形成する工程であることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。 - 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成された半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁層(2d)が形成され、チップ単位に個別化された前記ヒートシンク(2c)を用意すると共に、前記素子および前記電極部(2b)が形成された半導体ウェハを用意し、前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)と反対側の面において、該半導体ウェハのうち前記素子部(2a)と対応する場所それぞれに個別化された前記ヒートシンク(2c)を貼り合せると共に、前記半導体ウェハにおける前記電極部(2b)側の面に支持体(30)を貼り合わせる工程と、
前記ヒートシンク(2c)を貼り付けた前記半導体ウェハをチップ単位に分割することで素子部(2a)を構成する工程と、
個別化された前記ヒートシンク(2c)の間および前記素子部(2a)の間を埋め込むように絶縁材料を形成することで前記ヒートシンク(2c)および前記素子部(2a)の端面を覆う側壁絶縁膜(2e)を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜(2e)をスクライブライン(5)でカットすることにより、前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)が貼り合わされた前記半導体ウェハをチップ単位に分割し、前記半導体チップ(2)を形成する工程と、
前記半導体チップ(2)を前記実装基板(3)に実装する工程と、
前記実装基板(3)および前記半導体チップ(2)を、前記半導体チップ(2)の前記絶縁層(2d)側を向けて前記筐体(4)に配置する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記素子部(2a)を形成する工程は、前記ヒートシンク(2c)をマスクとして前記半導体ウェハをエッチングすることにより行われることを特徴とする請求項13または14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ウェハとして、支持基板(40)に対して埋込絶縁膜(41)を介して活性層(42)が形成されたSOI基板を用意すると共に、前記活性層(42)のうちの前記スクライブライン(5)に沿った両側に素子分離トレンチ構造(43)を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ウェハとして、支持基板(40)に対して埋込絶縁膜(41)を介して活性層(42)が形成されたSOI基板を用意すると共に、前記活性層(42)のうちの前記スクライブライン(5)に沿った両側に素子分離トレンチ構造(43)を形成する工程を含み、
前記溝(2f)を形成する工程では、前記絶縁層(2d)および前記ヒートシンク(2c)を切断し、前記半導体ウェハの一部が除去される深さとして、前記埋込絶縁膜(41)に達する深さまで前記溝(2f)を形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 金属製の筐体(4)と、
配線パターンが形成された実装基板(3)と、
半導体基板に素子を形成してなる素子部(2a)と、前記素子と電気的に接続するために前記素子部(2a)の表面に形成された電極部(2b)と、前記素子部(2a)の裏面に貼り合わされたヒートシンク(2c)と、前記ヒートシンク(2c)を挟んで前記素子部(2a)の反対側に配置された絶縁層(2d)とを有する半導体チップ(2)と、を有し、前記筐体(4)と前記実装基板(3)との間に前記半導体チップ(2)が配置されることにより、前記半導体チップ(2)の前記電極部(2b)が前記実装基板(3)の前記配線パターンと電気的に接続されると共に、前記絶縁層(2d)を介して前記ヒートシンク(2c)から前記筐体(4)に向けて放熱が行われるように構成され、
前記ヒートシンク(2)の側面すべてが側壁絶縁膜(2e)で覆われていることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体チップ(2)の側面すべてが前記側壁絶縁膜(2e)で覆われていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップ(2)の角部において前記側壁絶縁膜(2e)が丸められていることを特徴とする請求項18または19に記載の半導体装置。
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