JP2005322773A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パッケージのサイズを変更する事なく、従来よりも電極面の面積が大きな半導体チップを搭載して、より順方向電圧が低く耐電圧が高い大電力向けとする事が可能な半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】角柱状の両端である底面と上面とに外部電極8を形成した面実装タイプの半導体装置に於いて、搭載される半導体チップ5は従来、その電極面を角柱状の底面及び上面としていたが、本発明では前記半導体チップ5の電極面を角柱状の側面側へ向けて搭載する事によって、より電極面の面積が大きな半導体チップ5が搭載可能となる為、順方向電圧の低圧化と高耐電圧化により大電力向けの半導体装置とすることが出来る。
【選択図】図1
【解決手段】角柱状の両端である底面と上面とに外部電極8を形成した面実装タイプの半導体装置に於いて、搭載される半導体チップ5は従来、その電極面を角柱状の底面及び上面としていたが、本発明では前記半導体チップ5の電極面を角柱状の側面側へ向けて搭載する事によって、より電極面の面積が大きな半導体チップ5が搭載可能となる為、順方向電圧の低圧化と高耐電圧化により大電力向けの半導体装置とすることが出来る。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
近年、電子装置の小型化、薄型化、軽量化により、電子装置に組み込まれる半導体装置は高密度で実装が行われており、半導体装置には小型化、低背化、軽量化および低価格化の要求が強くなっている。これまで半導体装置の小型化、低背化、軽量化を実現するために、その構成材料のサイズの縮小や構成の新規化、簡略化、さらに工程の簡略化、低コスト化などの工夫がなされてきた。その中でもウェハ状態においてパッケージ工程を行う工法が考えられている。
従来の半導体装置及びその製造工程としては、半導体ウェハの片面に電極としての金属板を導電物で貼り付けた後にその面をダイシングフィルムに対向して貼り付けておき、半導体ウェハを個別のチップ状にフルカットでダイシングを行った後に半導体チップ間を絶縁物でモールドを施し更に、前記金属板を導電物で貼り付けた面と反対側の面にも金属板を導電物で貼り付けて外部電極として、最後にチップ間を再度ダイシングフィルムを残してフルカットでダイシングして、その後ダイシングフィルムを剥がして各々単独の半導体装置とするものがあった(例えば、特許文献1参照)。
図3は、前記特許文献1に記載された従来の半導体装置と製造方法を示すものである。
図3に於いて101は半導体ウェハ,102は導電性接着剤,103は金属板,104はダイシングフィルム,105は半導体チップ,106は保護絶縁層を各々示しており、図3(a)は完成品,図3(b)〜(h)は製造過程の断面である。
従来の半導体装置は図3(a)に示す様に半導体チップ105の側面が保護絶縁層106で覆われた角柱状であり、その上面と底面には外部電極107である金属板103が半導体チップ105の電極面105a,105bに電気的に導通に設けられた面実装タイプのパッケージである。次に、その製造過程としてはまず図3(b)に示す半導体ウェハ101の一方の面に金属板103を導電性接着剤102を用いて貼り付ける(図3(c))。次に、前記金属板103とダイシングフィルム104とを対向させて貼り合わせる(図3(d))。次に、半導体ウェハ101を規定のラインに沿って規定の幅でフルカット状に縦横にダイシングを行って半導体ウェハ101を個別の半導体チップ105とする(図3(e))。次に、各々半導体チップ105間に絶縁物を充填して硬化させる事によって半導体チップ105の側面を覆う保護絶縁層106とする(図3(f))。次に、前記図3(c)で金属板103を貼り付けた面と反対側の面にも金属板103を導電性接着剤102を用いて貼り付ける(図3(g))。最後に、図3(h)に示す様に各々半導体チップ105間の中央部を縦横にダイシングフィルム104を残した他の層をフルカット状にダイシングを行った後にダイシングフィルム104を剥離して個別の半導体装置としていた(図3(a))。
従来の半導体装置と製造方法に於いて、上述の特許文献1に記載の他のもう一つのものとして、半導体ウェハの片面に電極としての金属板を導電物で貼り付けた後にその面をダイシングフィルムに対向して貼り付けておき、半導体ウェハを個別のチップ状にフルカットでダイシングを行った後に各々半導体チップの電極部にワイヤーボンディングを利用したワイヤー電極を半導体チップの電極面に対して垂直に所定の高さに設ける。その後、各々半導体チップ間と該半導体チップの電極面を前記ワイヤー電極を埋没させて絶縁物でモールドを施し、該絶縁物を半導体チップの電極面と平行に規定寸法に研削して該研削面にワイヤー電極の断面を露出させる。次に、前記金属板を導電物で貼り付けた面と反対側の面にも金属板を導電性接着剤で貼り付けてワイヤー電極と導通させる。最後に、チップ間を再度ダイシングフィルムを残してフルカットでダイシングした後ダイシングフィルムを剥がして各々単独の半導体装置とするものがあった(例えば、特許文献1参照)。
図4は、前記特許文献1に記載されたもう一つの従来の半導体装置と製造方法を示すものである。
図4に於いて201は半導体ウェハ,202は導電性接着剤,203は金属板,204はダイシングフィルム,205は半導体チップ,206はワイヤー,207は保護絶縁層を各々示しており、図4(a)は完成品,図4(b)〜(h)は製造過程の断面である。
従来の半導体装置は図4(a)に示す様に半導体チップ205の側面と電極面205a及びワイヤー206の側面が保護絶縁層207で覆われた角柱状であり、その上面と底面には外部電極208である金属板203が半導体チップ205の電極面205b及び該半導体チップ205のもう一方の電極面205aに繋がれたワイヤー206に電気的に導通に設けられた面実装タイプのパッケージである。次に、その製造過程としてはまず図4(b)に示す半導体ウェハ201の一方の面に金属板203を導電性接着剤202を用いて貼り付ける(図4(c))。次に、前記金属板203とダイシングフィルム204とを対向させて貼り合わせて次に、半導体ウェハ201を規定のラインに沿って規定の幅でフルカット状に縦横にダイシングを行って半導体ウェハ201を個別の半導体チップ205とする(図4(d))。次に、前記半導体チップ205の各々電極面205aにワイヤーボンディングを利用したワイヤー206を半導体チップ205の電極面205aに対して垂直に設ける(図4(e))。次に、各々半導体チップ205間と該半導体チップの電極面205aとをワイヤー206を埋没させて絶縁物を充填し硬化させて半導体チップ205の側面と電極面205a及びワイヤー206を覆う保護絶縁層207とする。更に、保護絶縁層207を半導体チップ205の電極面205aと平行に規定の寸法にまでワイヤー206と共に研削し研削面にワイヤー206の断面を露出させる(図4(f))。次に、前記図4(c)で金属板203を貼り付けた面と反対側の面にも金属板203を導電性接着剤202を用いて貼り付けて金属板203とワイヤー206とを導通させる(図4(g))。最後に、図4(h)に示す様に各々半導体チップ205間の中央部を縦横にダイシングフィルム204を残した他の層をフルカット状にダイシングを行った後にダイシングフィルム204を剥離して個別の半導体装置としていた(図4(a))。
図3(a)及び図4(a)に示された上述の半導体装置のパッケージは、図中のa,b,c各寸法がa=0.5mm,b=0.5mm,c=1.0mmやa=0.8mm,b=0.8mm,c=1.6mm等のサイズである。ここで仮に、a×b面を底面又は上面、b×c(又はa×c)面を側面とした場合、例えば側面a×c面を実装基板の実装面に対向させて面実装される。そして、内部の半導体チップ105,205の電極面105a,205aがパッケージのa×b面に又、半導体チップ105,205のダイシングされた面である側面が前記パッケージの側面に各々対応した位置方向となる。
特開2000−252235号公報
しかしながら、前記従来の構成では、半導体チップ105,205をパッケージ内に収めるにあたり該半導体チップ105,205の電極面の最大面積はパッケージの底面又は上面であるa×b面に制限される事となる。この事は、パッケージの側面a×c面よりも面積の狭い面である底面又は上面a×b面に半導体チップの素子面積が束縛された半導体チップ105,205とならざるを得ず、電気特性的には順方向電圧の低圧化や高耐圧化あるいは大電力化に対して制限を課せられており又、上述のパッケージを低背化する為には、更に半導体チップ105,205の電極面面積を小さなものとせねばならず、電気特性を犠牲とせねばならないという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、パッケージサイズを変更する事無くパッケージ内部の半導体チップの電極面をより大きな電極面積まで可能とする事で、従来の電極面面積の半導体チップからより大きな電極面面積の半導体チップまでを搭載可能とし又、パッケージを低背化するに於いても従来以上に大電流高耐圧な大電力まで対応できる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップを内部に保護絶縁層で覆った、角柱状の両端に外部電極を有する半導体装置であって、半導体チップは該半導体チップの電極面が外部電極の各々中心同士を結ぶ仮想線に対して平行に位置する向きである事を特徴とする半導体装置として、外部電極は保護絶縁層の一部に明けられた開口部より半導体チップの電極に導通を取った導電性ペーストより成る事を特徴とする半導体装置。
本構成によって、パッケージのサイズを変更せずとも従来の半導体装置よりも大きな電極面を有する半導体チップを搭載した半導体装置とすることができる。
以上のように、本発明の半導体装置によれば、従来以上に順方向電圧が低くて耐電圧の高い大電力タイプの半導体装置とすることができ更に、低背化を施しても電気特性に悪影響を及ぼさない半導体装置とする事ができる。
以下PN接合を有するダイオードで本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置と製造方法を示すものである。
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置と製造方法を示すものである。
図1に於いて1は半導体ウェハ,1bは切削溝,2は表面電極,3は裏面電極,4は裏面側保護絶縁層,4aは開口孔I,5は半導体チップ,6は保護絶縁層,6aは開口孔II,7は切削カット部,8は外部電極を各々示しており、図1(a)は完成品,図1(b)〜(i)は製造過程の断面である。
本実施形態の半導体装置は図1(a)に示すように半導体チップ5の表面には表面電極2が、裏面には裏面電極3が各々設けられており、該半導体チップ5の表面電極2の面と半導体チップ5の表面電極2の面の四辺から延在する側面は保護絶縁層6で覆われ、半導体チップ5の裏面電極3側は裏面側保護絶縁層4で覆われ、半導体チップ5の側面のうち対向する一対の二面を前記角柱状のパッケージの両端に相当する底面及び上面の方向に対応して位置させた角柱状の半導体装置である。また、前記角柱状の半導体装置の両端に相当する底面及び上面と、夫々の側面の一部とに延在させた導電性ペーストから成る外部電極8を有しており、該外部電極8は半導体チップ5の表面電極2の上と裏面電極3の上に明けられた開口孔I4aと開口孔II6aにも浸入する事によって夫々表面電極2と裏面電極3とに電気的導通がとられた半導体装置である。
次に、図1(b)〜(i)に示した製造過程の断面を順に説明する。
図1(b)に示すのは半導体ウェハ1でありその表面には該半導体ウェハ1内に造りまれた個別の半導体素子領域の夫々に対応したアルミ等から成る表面電極2が設けられている。次に、半導体ウェハ1の共通基板である裏面側全面にメタライズを施して裏面電極3 とする(図1(c))。
次に、前記裏面電極3を覆うようにポリイミド等の感光性有機樹脂から成る裏面側保護絶縁層4を所定の厚さに形成する(図1(d))。
次に、前記裏面側保護絶縁層4の層の半導体ウェハ1内に造り込まれた個別の半導体素子領域(図示せず)の夫々の上であり、後に外部電極8で覆われる位置一箇所に裏面電極3が露出する様に開口孔I4aを形成する。本実施の形態では裏面側保護絶縁層4に感光性有機樹脂を用いている為、一般に半導体プロセスに採用されるフォトリソグラフィ技術を使用することで前記裏面側保護絶縁層4の硬化と共に開口孔I4aを得る事ができる(図1(e))。
次に、半導体ウェハ1の表面電極2側の面から裏面電極3にかけてダイシングによってあらかじめ定められた位置と幅で縦横に切削溝1bを入れて個別の半導体チップ5とする。この際裏面側保護絶縁層4をハーフカットしてもよい(図1(f))。
次に、各々半導体チップ5と裏面電極3とを合わせた前記切削溝1b及び半導体チップ5の表面電極2を含む表面側を覆うようにポリイミド等の感光性有機樹脂から成る保護絶縁層6を所定の厚さに形成する(図1(g))。
次に、前記開口孔I4aを後に覆う外部電極と対向するもう一方の外部電極8で後に覆われ、かつ表面電極2の上に当たる位置の保護絶縁層6に表面電極2が露出する様に開口孔II6aを形成する。本実施の形態では保護絶縁層6に感光性有機樹脂を用いている為、一般に半導体プロセスに採用されるフォトリソグラフィ技術を使用することで前記保護絶縁層6の硬化と共に開口孔II6aを得る事ができる(図1(h))。
次に、切削カット部7は、各々の半導体チップ5の側面間の保護絶縁層6の表面から裏面側保護絶縁層4の裏面にかけてまでを完全に縦横にダイシングして切り分けた所定の位置と幅のものである。これにより、各々所定のサイズに切り分けられた角柱状となる(図1(i))。
最後に、角柱状の底面及び上面に相当する各々正方形の全面と該各々正方形の面から延在する四面の側面の端部にかけて規定の寸法までAgペーストなどの導電性ペーストに浸漬塗布した後に硬化させて外部電極8とする。この際、前記開口孔I4aと開口孔II6aとの内部に導電性ペーストが入り込み、前記表面電極2及び裏面電極3に接続される事によって半導体チップ5との導通を得て半導体装置として完成する(図1(a))。
かかる構成によれば半導体装置の従来サイズを変更することなく、従来よりも電極面面積の大きな半導体チップを搭載することが可能となるのでより順方向電圧が低くて耐電圧の高い大電力タイプの半導体装置とすることができ更に、パッケージを低背化した場合でも内蔵される半導体チップの厚さを薄くする事で対応できる為、該半導体チップの電極面面積を変更する必要が無いので電気特性に悪影響を与える事がない。
上述の実施形態に於いて、外部電極8のはんだ濡れ性向上の為に外部電極8の表面にバレルめっき法等によってSn,Au等のめっきを施してもよい。又、裏面側保護絶縁層4 及び保護絶縁層6は感光性を持たない通常のポリイミドやエポキシ有機樹脂として開口孔I4aと開口孔II6aとをダイシングによる溝としてもよい。
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における半導体装置と製造方法を示すものである。
図2は、本発明の実施の形態2における半導体装置と製造方法を示すものである。
図2に於いて1は半導体ウェハ,1bは切削溝,2は表面電極,3は裏面電極,4は裏面側保護絶縁層,4aは開口孔I,5は半導体チップ,6は保護絶縁層,6aは開口孔II,7は切削カット部,8は外部電極,9はバンプを各々示しており、図2(a)は完成品,図2(b)〜(k)は製造過程の断面である。
本実施形態の半導体装置は図2(a)に示すように半導体チップ5の表面には表面電極2が、裏面には裏面電極3が各々設けられており、該半導体チップ5の表面電極2の面と半導体チップ5の表面電極2の面の四辺から延在する側面は保護絶縁層6で覆われ、半導体チップ5の裏面電極3側は裏面側保護絶縁層4で覆われ、半導体チップ5の側面のうち対向する一対の二面を前記角柱状のパッケージの両端に相当する底面及び上面の方向に対応して位置させた角柱状の半導体装置である。また、前記角柱状の半導体装置の底面及び上面と、夫々の側面の一部とに延在させた導電性ペーストから成る外部電極8を有しており、該外部電極8は半導体チップ5の表面電極2の上と裏面電極3の上に明けられた開口孔I4aと開口孔II6aに設けられたバンプ9を介して夫々表面電極2と裏面電極3とに電気的導通がとられた半導体装置である。
次に、図2(b)〜(k)に示した製造過程の断面で実施の形態1と異なる部分を説明する。
図2(b)〜(e)は実施の形態1の図1(b)〜(e)と同様である。
次に、図2(f)では裏面側保護絶縁層4の全面にスパッタ処理等によりアンダーバンプメタル層(図示せず)を堆積してその上にフォトレジスト(図示せず)を塗布して開口孔I4aに合わせた開口部を有するパターニングを施しておき、その後に開口孔I4aを塞いでかつ裏面電極3に接続したバンプ9を電解めっきで作成する。前記フォトレジスト(図示せず)とアンダーバンプメタル層(図示せず)を剥離の後、図2(g)〜(i)へ移るが、図2(g)〜(i)は実施の形態1の図(f)〜(h)と同様である。
次に、図2(j)では保護絶縁層6の上面の全面にスパッタ処理等によりアンダーバンプメタル層(図示せず)を堆積してその上にフォトレジスト(図示せず)を塗布して開口孔II6aに合わせた開口部を有するパターニングを施しておき、その後に開口孔II6aを塞いで表面電極2に接続したバンプ9を電解めっきで作成する。前記フォトレジスト(図示せず)とアンダーバンプメタル層(図示せず)を剥離の後、図2(k)へ移るが、図2(k)は実施の形態1の図(i)と同様である。
最後に、角柱状の底面及び上面に相当する各々正方形の全面と該各々正方形の面から延在する四面の側面の端部にかけて規定の寸法までAgペーストなどの導電性ペーストに浸漬塗布した後に硬化させて外部電極8とする。この際外部電極8は、前記開口孔I4aと開口孔II6aとを塞いだバンプ9の上を覆う事となり、前記バンプ9を介して前記表面電極2及び裏面電極3に接続され、半導体チップ5との導通を得て半導体装置として完成する(図2(a))。
かかる構成によれば半導体装置の従来サイズを変更することなく、従来よりも電極面面積の大きな半導体チップを搭載することが可能となるのでより順方向電圧が低くて耐電圧の高い大電力タイプの半導体装置とすることができ更に、パッケージを低背化した場合でも内蔵される半導体チップの厚さを薄くする事で対応できる為、該半導体チップの電極面面積を変更する必要が無いので電気特性に悪影響を与える事がない。
上述の実施形態に於いて、外部電極8のはんだ濡れ性向上の為に外部電極8の表面にバレルめっき法等によってSn,Au等のめっきを施してもよい。又、裏面側保護絶縁層4 及び保護絶縁層6は感光性を持たない通常のポリイミドやエポキシ有機樹脂として開口孔I4aと開口孔II6aとをダイシングによる溝としてもよい。
又、本実施の形態1、2はPN接合を有するダイオードとして説明したが二極素子である、ショットキーバリアダイオード、ツェナーダイオード、あるいは可変容量ダイオード等としても良い。
面実装タイプの半導体装置として有用であり、特に大電力の用途に適している。
1,101,201 半導体ウェハ
1b 切削溝
2 表面電極
3 裏面電極
4 裏面側保護絶縁層
4a 開口孔I
5,105,205 半導体チップ
6,106,207 保護絶縁層
6a 開口孔II
7 切削カット部
8,107,208 外部電極
9 バンプ
102,202 導電性接着剤
103,203 金属板
104,204 ダイシングフィルム
105a,105b,205a,205b チップ電極面
206 ワイヤー
1b 切削溝
2 表面電極
3 裏面電極
4 裏面側保護絶縁層
4a 開口孔I
5,105,205 半導体チップ
6,106,207 保護絶縁層
6a 開口孔II
7 切削カット部
8,107,208 外部電極
9 バンプ
102,202 導電性接着剤
103,203 金属板
104,204 ダイシングフィルム
105a,105b,205a,205b チップ電極面
206 ワイヤー
Claims (5)
- 半導体チップを内部に保護絶縁層で覆った、角柱状の両端に外部電極を有し、
前記半導体チップは該半導体チップの対向する一対の電極面二面を前記角柱状の側面の内対向する二面の側面に対応して位置しており、
前記半導体チップの他の四面の内、一対の対向する二面は前記角柱状の他の一対の側面二面に対応して位置しており、
前記半導体チップのもう他の一対の対向する二面は前記角柱状の上面又は底面に対応した向きに位置する事を特徴とする半導体装置。 - 前記外部電極は前記保護絶縁層の一部に明けられた開口孔より前記半導体チップの電極に導通を取った導電性ペーストより成る事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記外部電極は前記保護絶縁層の一部に明けられた開口孔に前記半導体チップの電極に導通を取る為に前記開口孔をバンプめっきで埋めた上の導電性ペーストより成る事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 角柱状のパッケージ両端である底面又は上面から該底面又は上面の辺部より延在した四面の側面一端にかけて導電性ペーストに浸漬塗布され、半導体チップを覆った前記角柱状の保護絶縁層の前記半導体チップの電極部上に明けられた開口孔に侵入して塞いで内部の前記半導体チップの電極部と導通した外部電極とする事を特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記角柱状のパッケージ両端である底面又は上面から該底面又は上面の辺部より延在した四面の側面一端にかけて導電性ペーストに浸漬塗布して該導電性ペーストで、前記半導体チップを覆った前記角柱状の保護絶縁層の前記半導体チップの電極部上に明けられた開口孔を埋めて内部の前記半導体チップの電極部に接続された導電性のバンプを覆うことで内部の前記半導体チップの電極部と導通した外部電極とする事を特徴とする半導体装置の製造方法。
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