JP2004531072A - 半導体装置を製造する方法と半導体装置 - Google Patents

半導体装置を製造する方法と半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】幾分限定された数の接続領域を有することが好ましい、トランジスタと集積回路のようなより複雑な半導体素子、または、1つまたは幾つかの受動素子が組み込まれたより複雑な半導体装置に対しては、適切に使用することが出来ないという、公知の半導体装置の製造方法の欠点を除去したり、または少なくとも減らすことを可能にすること。
【解決手段】本発明は、半導体装置(10)を製造する方法であって、多くの接続領域(2)が設けられた半導体素子(1)が、第一電気導電性のプレート(3)と第二プレート(4)との間で嵌合され、2つの接続導体(3B、3A)が、素子(1)の2つの接続領域(2A, 2B)のために、第一プレート(3)から形成され、不動態化封止(5)が、プレート(3、4)の間と素子(1)の周りとに設けられ、素子(10)が、2つの互いに垂直な方向(L, M)へ機械的に分離する技術を適用することによって形成される、方法に関する。本発明による方法では、接続領域(2A, 2B)の間に位置するプレート(3)の一部(3C)(この部分は、その後エッチングによって除去される)が、露光されたままになる態様で、マスク(6)を第一導電プレート(3)上に設けることによって、接続導体(3A, 3B)が、形成される。このような方法は、非常に小さな分離した半導体装置(10)、または少なくとも半分−分離した半導体装置(10)を、低コストかつ容易に得ることを可能にする。好適な実施例では、素子(10)が、鋸挽き、切断、または破壊される場所に位置する、導電プレート(3)の更なる部分(3D)も、マスク(6)による覆いがされないままであり、かつ、エッチングの間に除去される。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多くの接続領域が設けられた半導体素子を有する半導体装置を製造する方法であって、
− 導電性を有し、かつ、前記半導体素子の少なくとも2つの接続領域に導電性を有して接続されている第一プレートと第ニプレートとの間に、少なくとも一つの半導体素子を配置するステップと、
− 前記プレートの間と前記半導体素子の周りとに、不動態化封止を設けるステップと、
− 少なくとも2つの接続導体の少なくとも1つが、半導体素子の前記少なくとも1つの接続領域に接続されるように、前記第一プレートから少なくとも2つの接続導体を形成するステップと、
− 分離線に沿って機械的に分離する技術を適用することによって前記半導体装置を形成するステップと、
を有する方法に関する。
【0002】
本発明は、多くの接続領域が設けられ、かつ、第一導電プレートと第二導電プレートとの間に配置された、半導体素子を有する半導体装置であって、この第一プレートが、少なくとも2つの接続導体にパターン化され、これらの接続導電体の少なくとも1つが、前記半導体素子の前記少なくとも一つの接続領域に接続され、この第一プレートと第二プレートとの間と、前記半導体素子の周りとに、不動態化封止が存在する、半導体装置にも関する。
【0003】
【従来の技術】
このような方法は、JP−A 09−027591から知られている。当該公知の文献には、2つのダイオードが、2枚の導電プレートの間で嵌合され、このダイオードの陽極が、一方のプレートに電気的に接続され、かつ陰極が、他方のプレートに接続されていることが、説明されている。ダイオードを、プレートの間に設けられた電気絶縁性を有する合成樹脂外被内に封止した後、分離線に沿った2つの相互に垂直な方向に鋸挽きすることによって、各々2つのダイオードを有する個々の素子が、得られる。同じ技術を使用することによって、合成樹脂外被に正確に向かって延在する溝が、ダイオードの間の両方のプレート内で鋸挽きされる。こうして、接続導体が設けられた2つの並列接続されたダイオードを有する素子が、非常に単純で、かつ安価な方法によって得られる。
【0004】
この公知の方法の欠点は、接続領域の数が限定されていることが好ましい、トランジスタおよび集積回路のようなより複雑な半導体素子、または、1つまたは幾つかの受動素子が組み込まれているより複雑な半導体装置に対しては、適切に使用することが出来ない点である。
【0005】
従って、本発明の第一の目的は、当該欠点を取り除く、または少なくとも減らすことを可能にすることである。
【0006】
これを達成するために、冒頭の段落で述べた種類の方法は、接続領域の間に位置する導電プレートの一部分が、露光されたままになり、その後、当該一部分が、エッチングによって除去されるように、本発明によって導電性の第一プレート上にマスクを設けることによって、接続導体が、形成されることを特徴とする。本発明は、第一に、この方法によって、より多い数の接続領域を有する相対的に複雑な素子に、接続導体を容易に設けることが可能である、という認識に基づいている。特に、接続導体の幾何学的形状と位置は、(より)自由な選択が可能であり、これが、性能の向上につながる場合が多い。本発明は、更に、導電プレートの厚さを、非常に薄くなるように選択すれば、導電プレートの部分を、エッチングによって容易に除去することが出来るため、非常に安価なウェット−ケミカルエッチング(wet−chemical etching)を行う場合でも、横方向−エッチング(lateral−etching)の問題が、限定される、という認識に基づいている。更に、この工程の場合、接続導体を形成する前に合成樹脂外被を設けておけば、合成樹脂外被を、エッチ−ストップ層(etch−stop layer)と半導体素子の非常に適切な保護材として、使用することが出来る。更に、製造される素子の小型化が要請されているにも関わらず、横方向最少寸法は、依然として相対的に大きくても良いという認識も、生きている。
【0007】
本発明による方法の好適な実施例では、半導体装置が分離操作を受ける導電プレート部分も、マスクによって露光されたままとなり、かつ、エッチング工程で除去される。これには、得られる素子の性能が、更に向上し、かつ、不合格品の数を減らすことが出来るという、非常に重要な利点がある。結局、鋸挽き、切断、またはブレーキングのような多くの機械的な分離技術は、導電性のプレートと合成樹脂外被に対して、短絡と高率の不合格品の発生原因となる可能性のある、ばりの発現のような様々な問題を引き起こすことが、判明している。使用されるこの機械的分離技術は、実質的に1つの材料にしか適用されないので、この好適な実施例で提案される方法によって、これらの問題は、発生しないか、または、その発生頻度が、かなり減少する。本発明の重要かつ驚くべき更なる利点は、更なる手段を使用せずに、すなわち、使用されるマスクの幾何学的形状を適用するのみで、本実施例で提案される方法を採用することが出来ることである。この結果、この方法は、依然として、相対的に単純であり、かつ非常に経済的である。
【0008】
上述したように、マスクが、導電プレート上に固体の箔という形態で設けられる感光性の有機物質によって形成されるという事実と、エッチング工程に対しては、ウェット‐ケミカルエッチングが使用されるという事実により、当該方法は、相対的に単純でかつ非常に経済的である。2枚の電気導電性のプレートを使用することには、とりわけ、半導体素子の後方側(=基板側)を第一導電プレートに接続することが出来るので、最終的な表面実装に適した素子を得ることが出来る、という効果もある。この場合、素子が鋸挽きされる位置にある第ニ導電プレートの部分も除去することが、好ましい。
【0009】
プレートの厚さは、2〜40 μmの間の範囲になるように選択することが、好ましい。最良の結果は、プレートの厚さが等しい場合に達成される。これには、素子に加えられる、合成樹脂外被の縮みから生じる力の影響が、対称的になるという利点がある。これは、当該力によって生じるプレートの変形が、最小となり、かつ、プレートをマスキングしている間の当該変形による悪影響も、最小となることを意味する。
【0010】
導電プレートの材料に銅を用いると、非常に良好な結果が達成される。上述の表面実装の可能性を向上させるために、半導体素子の次に、導電性体をプレート間で嵌合させると、有利である。このような導電性体には、第一導電プレートから形成されている更なる接続導線を、半導体素子と同じ態様で、かつ、半導体装置と同時に設けることが、好ましい。
【0011】
レーザー溶接は、導電プレート(特に、第一プレート)を半導体素子に固定するための、特に魅力的な、すなわち安価な方法である。得られる素子が、半田付けによって適切にプリント回路板に実装可能となるように、この第一導電プレートに、耐−半田層を設けることが好ましい。
【0012】
更なる実施例では、第二プレートには、半導体素子の次に延在する第一部分が設けられ、これは、第一プレートに接触するように、このプレートの分離の後に曲げられる。本実施例では、第二プレートは、導電し、かつ、適切な接着剤によって、半導体素子に取り付けられる。第二プレートは、本願明細書では放熱板として機能し、かつ、オプションでリードとしても機能する。この実施例は、パワートランジスタに非常に適している。半導体デバイスには、第一の屈曲部しか設けられていないが、これに代えて、屈曲部を、2つ以上設けても良い。
【0013】
この実施例の場合、半導体素子において、第一プレートが、半導体素子の次に除去されるように製造される。これは、接続導体を規定するのと同じパターン化ステップで行うことが、好ましい。次いで、封止材料が、半導体素子の次に、例えば、研磨によって局所的に除去される。この操作では、封止が、半導体素子の周りに確実に維持される。半導体装置は、この研磨ステップの後に分離されることが、好ましい。最後に、第二プレートが、曲げられる。本願明細書では、第二プレートに、機械的な支持物を設けることが、好ましい。
【0014】
このような方法で設けられる半導体装置は、例えば、0.6 mm, 0.5 mm, 1.0 mmのサイズを有し、かつ、第一プレートは、厚さ約10ミクロンの銅であり、第二プレートは、厚さ約40ミクロンである。第一部分の長さは、約400ミクロンである。機械的な支持物として、Alの層が、使用される。いかなるエポキシ材料または他の材料も適しているが、Alの層は、様々な理由で適している。第一に、Alの層は、銅の層と共に分離することが出来る。第二に、この分離の間に形成された第一プレートの側が、接点パッドとして使用されるであろう。接点パッドは、Cu−Alの二重の層によって、Au、Ag、Al、またはハンダのバンプを設けるために十分な広さのサイズになる。第三に、Cu−Alの二重の層は、Cuの厚い層と比較して、相対的に弾力性がある。
【0015】
この実施例の場合、他の実施例と同様に、第一プレートと第二プレートとの間に半導体装置を配置する前に、マスクを第一プレートに適用することが出来る。安定性の理由から、第一プレートを一時的に機械的な支持物に取り付けることが、好ましい。この支持物を器具としても良いが、消費材料の層としても良い。
【0016】
本発明の第二の目的は、より複雑であるにも関わらず、より小さなサイズで、かつ単純に作ることが出来る、冒頭の段落で述べた種類の半導体装置を提供することである。
【0017】
この目的は、この素子に、パターン化された第一導電プレート内の導電トラックによって相互接続されている更なる素子を設けることによって、実現される。第一導電プレートは、パターン化されているため、1つ以上の半導体素子と好ましくは受動素子との配線に使用することに、非常に適している。第二プレートを、導電材としても良いが、このことは、必ずしも必要ではない。第二プレートが、導電材である場合、第二プレートを放熱板として使用することが出来る。第二プレートも、同様にパターン化することが出来る。
【0018】
好適な実施例では、半導体素子は、一つのトランジスタである。しかしながら、それを、2つよりも多い接続領域を有する、または集積回路等さえをも有することが出来るいかなる他の半個別(semidiscrete)素子としても良い。半導体装置を、例えば、MMICとすることが出来る。
【0019】
このパターンは、ほぼ第一プレートと第ニプレートの厚さ(2〜40ミクロンが、好ましい)のオーダの分解能を有することが出来る。これは、第二プレートに、様々な導電トラックを設けても、半導体素子への接続用とプリント回路板のようなキャリヤへの接続用との両方の接続領域に対して、充分な空間を確保することを可能にする。
【0020】
素子は、例えば、多数の半導体素子を第一プレートと第ニプレートとの間に配置し、かつ封止を設けて初めて、個々の半導体装置に分離するように、プレート−レベルでの製造が好ましい。このプレート−レベルでの製造の第一の利点は、組立の費用をかなり低減させることが出来ることである。プレート−レベルの製造には、更に、第一プレートと第ニプレートとの間の距離を規定する複数の半導体素子があるため、追加的なスペーサが、一切不要であるという利点がある。また、他の素子のいずれかが、半導体素子よりも高いことが判明した場合でも、この半導体素子が、第二プレートに電気的に接続される接続領域を有していなければ、これは、問題ではない。それらの素子は、複数存在するであろうし、かつこれらは、各々、第一プレートと第二プレートとの間の列として機能するであろう。封止を設けた後、単純に分離することが出来る、機械的に安定なスタックが、実現されている。
【0021】
本発明のこれらの態様と他の態様は、以下に説明する実施例を参照することによって、明らかとなり、かつ解明されるであろう。
【0022】
図は、縮尺通りには描かれておらず、かつ、一部の寸法は、明確にするため、強く誇張されている。対応する領域または部分は、可能な場合、同じ参照番号で示されている。
【0023】
【発明を実施するための形態】
素子10(図1を参照)は、多くの接続領域2(この内の2つ(2A, 2B)が、図2に示されている)が設けられた半導体素子1を有する。当該半導体素子は、第一プレート3と第二プレート4との間に位置し、かつ、これらに取り付けられており、すなわち、その下側は、電気導電性の接着剤12によって第二プレート4に取り付けられ、かつ、その上側は、2つの接続領域2A, 2Bの上にハンダ付けにされたジョイント13によって、第一プレート3に取り付けられている。この第一プレート3と第二プレート4は、この例では、導電性の材料(この場合は銅)を有する。不動態化封止5が、プレート3とプレート4との間と、半導体素子1の周りに設けられる。第一導電プレート3からは、2つの接続導体3A、3Bが、半導体素子1に対して形成され、かつ、半導体装置10が、2つの互いに垂直な方向L, Mへの鋸挽きによって、形成される。素子の寸法は、0.8 mm × 1.2 mmであり、かつ、高さは約0.3 mmである。
【0024】
本発明による方法は、以下に説明される(図2〜図5を参照)態様の素子を製造するために使用される。第一に、半導体素子1は、慣習的な半導体技術によって製造される。表面(図2を参照)には、二酸化ケイ素の絶縁層14が、設けられる。この表面に位置する接続領域2A, 2Bには、金属層15が、設けられる。続いて、素子1は、導電性の接着剤12によって、例えば、10ミクロンの厚さを有する銅プレート4に接着される。素子1の次に、導電体7が、同じ態様でプレート4に接着される。シリコンまたは銅で作られている素子1と基体7の寸法は、0.3 mm × 0.3mmであり、かつ、高さは、約0.25 mmである。次に、金の球状素子13が、素子1と基体7との上に設けられる。
【0025】
次いで(図3を参照)、プレート4と同じ厚さを有する、同じく銅の導電プレート3が、素子1と基体7との上に半田付けされる。プレート3, 4の寸法は、約100 mm × 100 mmであるために、多数の(この場合は、約8000個)素子10が、同時に製造可能となる。続いて、この場合は、エポキシ材料を含んでいる不動態化する合成樹脂5が、射出成形または充填技術によって、プレート3とプレート4との間、かつ、素子1と基体7との周りに設けられる。
【0026】
次いで(図4を参照)、固体のフォトレジスト層6が、ここでは、5ミクロンの厚さで、第一プレート3上に設けられる。当該フォトレジスト層には、適切なマスクを使用した露光によって、開口部が設けられる。次に、部分3C, 3Dが、過硫酸塩アンモニウムを含むエッチング液を使用したエッチングによって、毎分0.1 mmのエッチング率で第一プレート3から除去される。不動態化封止5は、ここで、エッチ‐ストップ層5の働きをする。こうして、素子1のための接続導体3A, 3B, 3Eと基体7とが、第一プレート3から形成される。これらの形状と寸法は、図1に示す通りであり、かつ、この例の場合、信号増幅に使用することを目的とする、シリコンを含むトランジスタ10に適している。同時に、部分3Dが、2つの互いに垂直な方向L, M(図2〜図5には、方向Lしか示されていない)へ鋸挽きするような機械的な分離技術によって、形成される素子10が得られる第一プレート3の位置から除去される。こうして、素子10には、接続導体3A, 3Bの所望のパターンが、単純かつ安価な方法で設けられる。素子10を鋸挽きする間、すなわち、少なくともその上側において、不動態化封止5を、排他的かつ直接的に鋸挽きするだけで十分であるため、金属と合成樹脂の鋸挽きに同一の鋸を使用しなければならない場合に起こる問題を、防止することが出来る。
【0027】
必要な場合には(図5を参照)、形成される素子10の裏側でも、小板−形状の部分4Dを、同時に第二プレート4から除去することが出来る。この結果、合成樹脂のみが、鋸50によって鋸挽きされる。図1に示すように、2つの方向L, Mへの鋸挽きの後、個々の半導基体装置10が得られる。これらは、表面実装に適しており、かつ、形状と寸法が、非常に小さい。この場合、基体7によって、素子1の基板は、電気的に接続可能になる。
【0028】
本発明は、例に説明されている方法に限定されず、かつ、多くの変形態様と変更態様が、本発明の範囲内で当業者に可能である。例えば、異なる幾何学的形状、および/または、異なる寸法を有する素子が、製造可能である。異なる材料を、特にプレートに対して使用することも可能である。僅かな適合化によって、放熱の向上を得ることが出来る点は、更に注目すべきである。
【0029】
個々の半導体装置を形成するための機械的な分離技術として、鋸挽き以外に、切断またはブレーキングも使用出来る点は、特に注目すべきである。後者の2つの技術の場合、原則として、材料の損失は、実質的に無いが、鋸挽きの場合、鋸による切断位置での材料が損失となる。本発明で意図されているような、非常に小さい素子の製造では、鋸挽きによる材料の損失は、相対的に大きい。
【0030】
最後に注目すべき点は、追加の素子または構成要素を、半田付けによってプレートの1枚(例えば、第一プレート)に設けることが可能であり、この場合、プレートに適切な導体パターンが、設けられることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法によって製造された半導体装置を、斜視図と部分的な仮想図で示す。
【図2】本発明による方法の実施例による製造プロセスの連続する段階における、図1の線II〜IIについての、図1の素子の厚さ方向における線図による断面図である。
【図3】本発明による方法の実施例による製造プロセスの連続する段階における、図1の線II〜IIについての、図1の素子の厚さ方向における線図による断面図である。
【図4】本発明による方法の実施例による製造プロセスの連続する段階における、図1の線II〜IIについての、図1の素子の厚さ方向における線図による断面図である。
【図5】本発明による方法の実施例による製造プロセスの連続する段階における、図1の線II〜IIについての、図1の素子の厚さ方向における線図による断面図である。
【符号の説明】
1…半導体素子
2A…接続領域
2B…接続領域
3…第一プレート
3A…接続導体
3B…接続導体
3C…第一プレートの一部
3D…第一プレートの一部
3E…接続導体
4…第ニプレート
4D…第二プレートの部分
5…封止
7…導電体
10…半導体装置
12…導電性の接着剤
13…金の球状素子
14…二酸化ケイ素の絶縁層
15…金属層
50…鋸

Claims (10)

  1. 多くの接続領域が設けられた半導体素子を有する半導体装置を製造する方法であって、
    その第一プレートが導電性を有し、かつ前記半導体素子の少なくとも2つの接続領域に導電的に接続されている、第一プレートと第ニプレートとの間に、少なくとも一つの半導体素子を配置するステップと、
    − 前記プレートの間と前記半導体素子の周りとに、不動態化封止を設けるステップと、
    − 少なくとも2つの接続導体の少なくとも1つが、半導体素子の前記少なくとも1つの接続領域に接続されるように、前記第一プレートから少なくとも2つの接続導体を形成するステップと、
    − 分離線に沿って機械的に分離する技術を適用することによって前記半導体装置を形成するステップと、
    を有する方法において、
    前記接続領域の間に位置する前記第一プレートの一部を、露光したままとし、その後、当該部分を、エッチングによって除去するように、前記第一プレート上にマスクを設けることによって、前記接続導体を形成することを特徴とする方法。
  2. 前記分離線に位置する、前記第一プレートの部分も、前記マスクによって露光したままとし、かつ、前記エッチング工程により除去することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記マスクを、前記第一導電プレート上に固体の箔の形態で設けられる感光性の有機物質によって形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 導電プレートを、第二プレートとして設けることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  5. 前記分離線に位置する前記第二プレートの部分を、除去することを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. 前記第一プレートと前記第ニプレートとの厚さが、2〜40 μmの間の範囲であり、この厚さが、実質的に等しいことを特徴とする、請求項1に記載の方法。。
  7. 前記半導体素子の次に、同様に前記不動態化封止によって封止された更なる素子を、第一プレートと第二プレートとの間に設け、前記半導体素子と前記更なる素子とを、前記第一プレートから形成されたパターンによって相互接続していることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  8. その基体が前記第一プレートから形成されている更なる接続導体に接続されていて、かつ、前記第二プレートを介して前記半導体素子に導電的に接続されている導電体を、前記半導体素子の次に、第一プレートと第二プレートとの間に嵌合させることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  9. 多くの接続領域が設けられ、かつ、第一導電プレートと第二導電プレートとの間に配置された、半導体素子を有する半導体装置であって、
    この第一プレートを、少なくとも2つの接続導体にパターン化し、
    これらの少なくとも1つを、前記半導体素子の前記少なくとも一つの接続領域に接続し、
    この第一プレートと第二プレートとの間と、前記半導体素子の周りとに、不動態化封止を存在させる、
    半導体装置において、
    前記パターン化された第一導電プレート内の導電トラックによって互いに相互接続されている更なる素子を、前記素子に設けることを特徴とする、半導体装置。
  10. 前記半導体素子が、トランジスタであることを特徴とする、請求の範囲9に記載の半導体装置。
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