JP2006032985A - 半導体装置および半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱歪を減少させ、しかも半導体装置の有効面積率を向上させる。
【解決手段】 シリコンから成る実装基板65の能動素子形成領域61Aには、トランジスタ等の能動素子から成るシリコンから成る素子を設ける。すれば、実装基板と半導体チップを、同じシリコンで形成することができ、熱膨張係数αが等しくなり、実装基板に半導体チップを設け、熱が発生したり、熱が加わっても、歪が発生しにくい構造を実現できる。
更に、実装基板は、所望の電圧に固定されるため、シールド効果を得ることができ、ノイズによる悪影響を抑えることができる。
【選択図】 図8
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、半導体装置のチップ面積と、半導体装置をプリント基板等の実装基板上に実装する実装面積との比率で表す実装有効面積率を向上させた半導体装置に関する。
一般的にシリコン基板上にトランジスタ素子が形成された半導体装置は、図9に示すような構成が主に用いられる。1はシリコン基板、2はシリコン基板1が実装される放熱板等のアイランド、3はリード端子、及び4は封止用の樹脂モールドである。
シリコン基板11に形成されるトランジスタ素子は、図10に示すように、例えば、N型シリコン基板11にコレクタ領域となるN型のエピタキシャル層12にボロン等のP型の不純物を拡散してベース領域13が形成され、そのベース領域13内にリン等のN型の不純物を拡散してエミッタ領域14が形成される。シリコン基板11の表面にベース領域13、エミッタ領域14の一部を露出させる開口部を有した絶縁膜15が形成され、その露出されたベース領域13、エミッタ領域14上にアルミニウム等の金属が蒸着されベース電極16、エミッタ電極17が形成される。このような構成のトランジスタではシリコン基板がコレクタ電極18となる。
上記のように、トランジスタ素子が形成されたシリコン基板1は、図9に示すように、銅ベースの放熱板等のアイランド2に半田等のろう材5を介して固着実装され、シリコン基板1の周辺に配置されたリード端子3にトランジスタ素子のベース電極、エミッタ電極とがそれぞれワイヤーボンディングによってワイヤーで電気的に接続されている。コレクタ電極に接続されるリード端子はアイランドと一体に形成されており、シリコン基板をアイランド上に実装することで電気的に接続された後、エポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂4によりトランスファーモールドによって、シリコン基板とリード端子の一部を完全に被覆保護し、3端子構造の半導体装置が提供される。
樹脂モールドされた半導体装置は、通常、ガラスエポキシ基板等の配線基板に実装され、実装基板上に実装された他の半導体装置、回路素子と電気的に接続され所定の回路動作を行うための一部品として取り扱われる。
図11は、実装基板上に半導体装置を実装したときの断面図を示し、20は半導体装置、21、23はベース又はエミッタ電極用のリード端子、22はコレクタ用のリード端子、30は実装基板である。
実装基板30上に半導体装置20が実装される実装面積は、リード端子21、22、23とそのリード端子と接続される導電パッドで囲まれた領域によって表される。実装面積は半導体装置20内のシリコン基板(半導体チップ)面積に比べ大きく、実際に機能を持つ半導体チップの面積に比べ実装面積の殆どはモールド樹脂、リード端子によって取られている。
ここで、実際に機能を持つ半導体チップ面積と実装面積との比率を有効面積率として考慮すると、樹脂モールドされた半導体装置では有効面積率が極めて低いことが確認されている。有効面積率が低いことは、半導体装置20を配線基板30上の他の回路素子と接続使用とする場合に、実装面積の殆どが機能を有する半導体チップとは直接関係のないデッドスペースとなる。有効面積率が小さいと上記したように、実装基板30上でデットスペースが大きくなり、実装基板30の高密度小型化の妨げとなる。
特に、この問題はパッケージサイズが小さい半導体装置に顕著に現れる。例えば、EIAJ規格のSC75A外形に搭載される半導体チップの最大サイズは、図12に示すように、0.40mmラ0.40mmが最小である。この半導体チップを金属リード端子とワイヤーで接続し、樹脂モールドすると半導体装置の全体のサイズは、1.6mmラ1.6mmとなる。この半導体装置のチップ面積は0.16mmで、半導体装置を実装する実装面積は半導体装置の面積とほぼ同様として考えて、2.56mmであるため、この半導体装置の有効面積率は約6.25%となり、実装面積の殆どが機能を持つ半導体チップ面積と直接関係のないデットスペースとなっている。
この有効面積率に関する問題は、特に、上記したようにパッケージサイズが極めて小さい半導体装置において顕著に現れるが、半導体チップを金属リード端子でワイヤー接続し、樹脂モールドする、樹脂封止型の半導体装置であっても同様に問題となる。
近年の電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ、電子手帳等の携帯情報処理装置、8mmビデオカメラ、携帯電話、カメラ、液晶テレビ等において用いられる配線基板は、電子機器本体の小型化に伴い、その内部に使用される実装基板も高密度小型化の傾向にある。
しかし、上記の先行技術の樹脂封止型の半導体装置では、上述したように、半導体装置を実装する実装面積にデットスペースが大きいため、実装基板の小型化に限界があり、実装基板の小型化の妨げの一つの要因となっていた。
ところで、有効面積率を向上させる先行技術として特開平3−248551号公報がある。この先行技術について、図13にもとずいて簡単に説明する。この先行技術は、樹脂モールド型半導体装置を実装基板等に実装したときの実装面積をできるだけ小さくするために、半導体チップ40のベース、エミッタ、及びコレクタ電極と接続するリード端子41、42、43を樹脂モールド44の側面より外側に導出させず、リード端子41、42、43を樹脂モールド44側面と同一面となるように形成することが記載されている。
この構成によれば、リード端子41、42、43の先端部分が導出しない分だけ実装面積を小さくすることができ、有効面積率を若干向上させることはできるが、デッドスペースの大きさはあまり改善されない。
有効面積率を向上させるためには、半導体装置の半導体チップ面積と実装面積とをほぼ同一にするこが条件であり、樹脂モールド型の半導体装置では、この先行技術の様に、リード端子の先端部を導出させなくても、モールド樹脂の存在によって有効面積率を向上させることは困難である。
また、上記の半導体装置では、半導体チップと接続するリード端子、モールド樹脂を必要不可欠とするために、半導体チップとリード端子とのワイヤ接続工程、モールド樹脂の射出成形工程という工程を必要とし、材料コスト面及び製造工程が煩雑となり、製造コストを低減できない課題がある。
有効面積率を最大限大きくするには、上記したように、半導体チップを直接実装基板上に実装することにより、半導体チップ面積と実装面積とがほぼ同一となり有効面積率が最大となる。
半導体チップを実装基板等の基板上に実装する一つの先行技術として、例えば、特開平6−338504号公報に示すように、半導体チップ45上に複数のバンプ電極46を形成したフリップチップを実装基板47フェイスダウンボンディングする技術が知られている(図14参照)。この先行技術は、通常、MOSFET等、シリコン基板の同一主面にゲート(ベース)電極、ソース(エミッタ)電極、ドレイン(コレクタ)電極が形成され、電流或いは電圧のパスが横方向に
形成される比較的発熱量の少ない横型の半導体装置に主に用いられる。
形成される比較的発熱量の少ない横型の半導体装置に主に用いられる。
しかし、トランジスタデバイス等のようにシリコン基板が電極の一つとなり、各電極が異なる面に形成され電流のパスが縦方向に流れる縦型の半導体装置では、上記のフリップチップ技術を使用することは困難である。
半導体チップを実装基板等の基板上に実装する他の先行技術として、例えば、特開平7−38334号公報に示すように、実装基板51上に形成された導電パターン52上に半導体チップ53をダイボンディングし、半導体チップ53周辺に配置された導電パターン52と半導体チップ53との電極をワイヤ54で接続する技術が知られている(図15参照)。この先行技術では、先に述べたシリコン基板が一つの電極を構成した縦型構造のトランジスタ等の半導体チップに用い
ることはできる。
ることはできる。
半導体チップ53とその周辺に配置された導電パターン52とを接続するワイヤ54は通常、金細線が用いられることから、金細線とボンディング接続されるボンディング接合部のピール強度(引張力)を大きくするために、約200度〜300度の加熱雰囲気中でボンディングを行うことが好ましい。しかし、絶縁樹脂系の実装基板上に半導体チップをダイボンディングする場合には、上記した温度まで加熱すると配線基板に歪みが生じること、及び、実装基板上に実装されたチップコンデンサ、チップ抵抗等の他の回路素子を固着する半田が溶融するために、加熱温度を約100度〜150度程度にしてワイヤボンディング接続が行われているため、ボンディング接合部のピール強度が低下する問題がある。
この先行技術では、通常、ダイボンディングされた半導体チップはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で被覆保護されるために、ピール強度の低下はエポキシ樹脂の熱硬化時の収縮等によって接合部が剥離されるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みて成されたものであり、本発明は、半導体チップと接続されるリード端子、及びモールド樹脂を必要とせず、半導体チップ面積と実装基板上に実装する実装面積との比率である有効面積率を最大限向上させ、実装面積のデットスペース最小限小さくした半導体装置の製造方法を提供する。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされ、第1に、シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第1の配線と、前記第1の配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記第1の配線は、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの間に設けられることで解決するものである。
実装基板と半導体チップは、同じシリコンを用いるため、熱膨張係数αが等しいから、熱が発生したり、熱が加わっても、歪が発生しにくい。
第2に、シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第1の配線と、前記第1の配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記第1の配線が設けられた前記絶縁層には、第2の配線が設けられ、前記第2の配線は、前記シリコンから成る実装基板と電気的に接続され、前記シリコンから成る実装基板を所望の電圧に固定したことで解決するものである。
前記第1の配線が設けられた前記絶縁層には、第2の配線が設けられ、前記第2の配線は、前記シリコンから成る実装基板と電気的に接続され、前記シリコンから成る実装基板を所望の電圧に固定したことで解決するものである。
実装基板は、所望の電圧に固定されるため、シールド効果を得ることができ、ノイズによる悪影響を抑えることができる。
第3に、シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた複数の配線と、前記配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記複数の配線は、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在されることで解決するものである。
実装基板と半導体チップは、同じシリコンを用いるため、熱膨張係数αが等しいから、熱が発生したり、熱が加わっても、歪が発生しにくい。
第4に、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの間には、絶縁性接着剤が設けられることで解決するものである。
第5に、前記半導体チップは、前記シリコンから成る実装基板にフェイスダウンで実装され、前記シリコンからなる実装基板と前記半導体チップとの電気的接続が、前記絶縁性接着剤の固化時の収縮により保持されることで解決するものである。
第6に、シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、前記シリコンから成る実装基板とこの実装基板に設けられる半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在された複数の配線と、前記配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置と、
前記半導体装置が実装される配線基板とを有することで解決するものである。
第7に、前記配線基板は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、フェノール基板または絶縁処理された金属基板であることで解決するものである。
前記複数の配線は、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在されることで解決するものである。
実装基板と半導体チップは、同じシリコンを用いるため、熱膨張係数αが等しいから、熱が発生したり、熱が加わっても、歪が発生しにくい。
第4に、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの間には、絶縁性接着剤が設けられることで解決するものである。
第5に、前記半導体チップは、前記シリコンから成る実装基板にフェイスダウンで実装され、前記シリコンからなる実装基板と前記半導体チップとの電気的接続が、前記絶縁性接着剤の固化時の収縮により保持されることで解決するものである。
第6に、シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、前記シリコンから成る実装基板とこの実装基板に設けられる半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在された複数の配線と、前記配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置と、
前記半導体装置が実装される配線基板とを有することで解決するものである。
第7に、前記配線基板は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、フェノール基板または絶縁処理された金属基板であることで解決するものである。
本発明は、実装基板と半導体チップを、同じシリコンで形成するため、熱膨張係数αが等しくなり、実装基板に半導体チップを設け、熱が発生したり、熱が加わっても、歪が発生しにくい構造を実現できる。
更に、実装基板は、所望の電圧に固定されるため、シールド効果を得ることができ、ノイズによる悪影響を抑えることができる。
更に、実装基板は、所望の電圧に固定されるため、シールド効果を得ることができ、ノイズによる悪影響を抑えることができる。
以下に、本発明の半導体装置の製造方法の実施形態について、図1から図8を参照して説明する。
先ず、図1に示すように、N+型の単結晶シリコン基板からなるウエハー状の半導体基板60上にエピタキシャル成長技術によりN-型のエピタキシャル層66を形成する。半導体基板60のにはパワーMOS、トランジスタ等の能動素子を形成する能動素子形成領域61と能動素子の電極接続され外部接続用電極63、64となる外部接続電極領域63A,64Aとが、規則的に配置形成される(図5参照)。
この能動素子形成領域61に上記した能動素子を形成する。ここでは、N-型のエピタキシャル層をコレクタ領域66Aとしたトランジスタを形成する。能動素子形成領域61上にホトレジストを形成し、ホトレジストによって露出された領域にボロン(B)等のP型の不純物を選択的に熱拡散して所定の深さを有した島状のベース領域71を形成する。
ベース領域71形成後、能動素子形成領域61上に再度ホトレジストを形成し、ホトレジストによって露出されたベース領域71内にリン(P)、アンチモン(Sb)等のN型の不純物を選択的に熱拡散してトランジスタのエミッタ領域72を形成する。このエミッタ領域72を形成する際に、ベース領域71を囲むリング状のガードリング用のN+型の拡散領域73を形成する。N+型のエミッタ領域72を形成する際、N+型の拡散は外部接続用電極となる電極領域63A,6
4A上にも行われ、電極領域63A、64Aに高濃度拡散層81を形成する。
4A上にも行われ、電極領域63A、64Aに高濃度拡散層81を形成する。
半導体基板60の表面には、ベース領域71表面を露出するベースコンタクト孔及びエミッタ領域72表面を露出するエミッタコンタクト孔を有するシリコン酸化膜、或いはシリコン窒化膜等の絶縁膜74を形成する。この時、ガードリング用拡散領域73表面を露出する領域にはガードリングコンタクト孔が形成される。この絶縁膜74は、外部接続用電極となる電極領域63A,64A上にも形成され、電極領域63A,64Aの表面を露出する外部接続用コンタクト孔を有している。
ベースコンタクト孔、エミッタコンタクト孔、外部接続用コンタクト孔及びガードリングコンタクト孔によって露出されたベース領域71、エミッタ領域72、電極領域63A,64A及びガードリング拡散領域73上に、選択的にアルミニウム等の金属材料で蒸着したベース電極75、エミッタ電極76、接続用電極77を形成する。
ベース電極75、エミッタ電極76、及び接続用電極77にアルミニウムを用いた場合には、基板60上にPSG膜、SiN、SiNx等の絶縁物からなるパッシベーション膜を形成し、ベース電極75、エミッタ電極76、接続用電極77上のパッシベーション膜を選択的に除去し、各電極75、76、77の表面を露出させる。さらに、露出された領域内にクロム、銅等を選択的にメッキしてメッキ層79を形成し各電極75、76、77の腐食による不具合を防止する。
能動素子形成領域61及び外部接続電極領域63A,64Aは、半導体基板60の所定の任意の領域に形成することができ、この実施形態では、図5に示すように、能動素子形成領域61に隣接し、その領域61の挟んでトライアングル形状に成るように外部接続用電極領域63A,64Aを形成する。この組み合わせが一つの半導体装置を構成し、このような組み合わせの配列が規則的に配置され多数の半導体装置を構成する複数の能動素子形成領域61とその能動素子形成領域61に対応する複数の外部接続電極領域63A,64Aを基板60上に形成する。
次に、図2に示すように、トランジスタが形成された能動素子形成領域61と外部接続電極領域63A,64Aとを有した半導体基板60表面上にはシリコン系、エポキシ系或いはポリイミド系或いは光硬化性の絶縁接着樹脂層78を介して配線基板65を固着する。配線基板65上にはアルミニウム、銅等の配線パターン67が形成されており、この配線パターン67によって、トランジスタのベース電極75、エミッタ電極76と外部接続電極領域63A,64Aとの電気的が接続がそれぞれ行われる。
配線基板65としては、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、絶縁処理された金属基板、フェノール基板、シリコン基板等の基板を用いることができるが、本発明ではシリコン基板を用いる。シリコン基板を配線基板65として用いた場合、表面にSiO2或いはSiNラ等の絶縁層を形成し、その絶縁層上にアルミニウム等の金属を選択的に蒸着し、所定形状の配線パターン67が形成される。
配線基板65にシリコン基板を用いる大きな理由は、第1に、既存の半導体製造装置をそのまま使用することができ、新たに設備導入を行う必要がない。第2に、基板60と固着したときに両基板60、65が共にシリコン基板であると熱膨張係数αが等しいため外部加熱或いは自己発熱による熱発生が生じた場合でも上下で同一応力が加わり相殺するために基板60、65の歪による悪影響を抑制することができるためである。
シリコン基板を用いた配線基板65上に、上記したように、SiO2或いはSiN×等の絶縁層82を介して、トランジスタのベース電極75、エミッタ電極76と接続するアルミニウム等の金属からなる所定形状の冗長用の配線パターン67を形成する。この配線パターン67の一方は配線基板65と電気的に導通する。即ち、配線基板65上に形成した絶縁層82の所定位置にコンタクト孔が形成され、このコンタクト孔内にニッケル等のメッキ層83を形成し、このメッキ層83上に配線パターン67の一部分を重畳形成することにより、配線パターン67と配線基板65とを電気的に導通することができる。
他の配線パターン67は配線基板65と絶縁状態を保持しておく。本実施形態では、エミッタ電極76と接続される配線パターン67のみがシリコン基板からなる配線基板65とが電気的に接続されている。エミッタ電極76と配線基板65とを電気的に導通状態にすることにより、配線基板65がシールド板となりシールド効果を得ることができノイズによる悪影響を抑制することができる。
配線基板65上に形成される配線パターン67は、ここでは、トランジスタのベース、エミッタ電極を冗長させるパターンのみが形成されるが、必要に応じて冗長パターン以外のパターン形成する場合もある。
配線パターン67にアルミニウムを用いた場合には、上記したように、配線基板65上にPSG膜、SiN、SiNx等の絶縁物からなるパッシベーション膜を形成し、配線パターン67上のパッシベーション膜を選択的に除去し、バンプ電極68が形成される配線パターン67の表面を露出させる。さらに、露出された領域内にクロム、銅等を選択的にメッキしてメッキ層69を形成し配線パターン67の腐食による不具合を防止している。メッキ層69上には、高さ約3μ〜25μの金等の金属からなるバンプ電極68が形成され、このバンプ電極68により、外部接続電極領域63A,64Aに形成された接続電極77との接触が行われ電気的導通が成される。
次に、図3に示すように、半導体基板60と配線基板65とを樹脂層78を介して接着する。樹脂層78は、上記したように、種々の材料が存在するが、例えば、紫外線で硬化するアクリル樹脂等の光硬化性樹脂とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とを混合させたハイブリッドタイプの光熱硬化性樹脂を用いるものとする。光熱硬化性樹脂を基板60上に塗布し、能動素子形成領域61上に形成されたトランジスタのベース電極75、エミッタ電極76および外部接続電極領域63A、64A上に形成された接続電極77と配線基板65上に形成したバンプ電極68とが一致するように両基板60、65との位置合わせを行い密着させる。
その後、約80度〜100度程度の加熱処理を行い樹脂層78を熱硬化させ、両基板60、65を固着一体化する。この時、各電極75、76、77とバンプ電極68とは接触し電気的導通は行われているが、十分な導通状態ではない。その後、紫外線を照射することで樹脂層78中の光硬化性樹脂の硬化が始まり、その光熱硬性樹脂の硬化時の収縮力で両基板60、65が互いに引き合わさられ、基板60上の各電極75、76、77とバンプ電極68との接触が十分に保たれ電気的導通が確実に行われる。樹脂層78は各電極75、76、77とバンプ電極68とを良好に導通させるとともに、両基板60、65の接着をも同時に行うものである。
ところで、配線パターン67上に形成するバンプ電極68の高さが低い場合には、基板60上の形成した各電極上にもバンプ電極を形成することが好ましい。配線パターン67上に形成したバンプ電極68の高さが低すぎると両基板60、65の離間距離、即ち樹脂層78の膜厚が薄くなり、後述するスリット孔80を形成したときに、スリット孔80の先端部分が配線基板65の表面まで達し配線パターン67が断線する可能性があり、両基板60、65の離間距離を十分に考慮する必要がある。
次に、図4に示すように、基板60の反主面側から基板60を切断する複数のスリット孔80を形成し、能動素子形成領域61と外部接続電極領域63A,64Aとを電気的に分離する。このスリット孔80はダイシング装置によるダイシングブレードを用いて行う。
ダイシング装置を用いてスリット孔80を形成する理由は、ダイシングの幅及び深さを精度良く制御することができること、既存の設備であり新たに購入する必要がないことである。ダイシング幅はダイシングブレードの幅によって設定され、ダイシングの深さはダイシング装置メーカーによって異なるが、現状の技術では約2μ〜5μ程度の精度誤差であり、配線基板65上の配線パターン67を切断することなく、確実に基板60のみを切断し能動素子形成領域61、外部接続電極領域63A及び64Aを電気的に分離することができる。
この工程で行われるダイシング工程は、図5に示すように、基板60上に形成した複数の能動素子形成領域61と、その領域61に対応するトランジスタのベース電極用外部接続電極となる外部接続電極領域64Aとエミッタ電極用外部接続電極となる外部接続電極領域63Aとを電気的に分離する領域にスリット孔80を形成する(一点鎖線領域)。さらに、このスリット孔80を形成するときに、一つの能動素子形成領域61とその領域61に対応するベース電極用外部接続電極となる外部接続電極領域64Aとエミッタ電極用外部接続電極となる外部接続電極領域63Aとを囲む領域にも基板60を切断するスリット孔80Aを形成する(斜線領域)。このスリット
80Aで半導体装置を個々に分離独立する。
80Aで半導体装置を個々に分離独立する。
この工程で形成するスリット孔80のダイシング幅は、分離後の隣接する領域61,63A,64Aとの絶縁性を十分に保つ必要性から、例えば、約0.1mm幅で行う。また、半導体装置を分離するスリット孔80Aのダイシング幅は、後述するが個々に分離した半導体装置の側面に樹脂層を残存させる必要性からスリット孔80と同様に約0.1mm幅で行う。スリット孔80,80Aはほぼ同一の幅であるために同一の工程で処理することができる。
ダイシング(スリット孔80,80A)の深さは、上記したように、確実に能動素子形成領域61、外部接続電極領域63A及び64Aを電気的に分離するために、基板60を切断し樹脂層78内に約2μ〜5μ程度入るように行う。 この時、ダイシング装置のダイシング誤差を考慮して樹脂層78の膜厚を設定しているのでスリット孔80,80Aを形成する工程で配線パターン67が断線するようなことはない。
このように、基板60上に形成された複数の能動素子形成領域61とその領域61に対応する外部接続電極領域63A,64Aとは、基板60の裏面側から形成されたスリット孔80によって、それぞれ電気的に分離され、個々の領域61、63A,64Aがトランジスタの外部接続用電極62、63、64となる。 即ち、能動素子形成領域61の基板60はトランジスタのコレクタ電極用の外部接続用電極62、一の外部接続電極領域64Aの基板60はトランジスタのベース電極用の外部接続用電極64、及び他の外部接続電極領域63Aの基板60はトランジスタのエミッタ電極用の外部接続用電極63となり、同一の半導体基板60を用い、且つ、同一平面上にトランジスタの各電極の外部接続用電極62、63、64が形成されることになる。
トランジスタのベース電極用の外部接続用電極64、エミッタ電極用外部接続用電極63となる電極領域64A,63Aには、上記したように、高濃度拡散層81を形成しており、ベース電極75とベース電極用の外部接続用電極64、及びエミッタ電極76とエミッタ電極用の外部接続用電極63間の配線抵抗によるロスを緩和している。この高濃度拡散層81は、電極領域64A,63Aのエピタキシャル層66の膜厚が比較的薄い場合、上記したように、エミッタ領域72を形成する拡散工程で形成される。
エピタキシャル層60の膜厚が比較的厚い場合には、エピタキシャル層60を形成する前に、電極領域63A,64A上にN+型の不純物をデポジションし、その後、エピタキシャル層60を形成し、さらに熱拡散工程を行い基板60側から高濃度拡散領域81を成長させておいた状態にしておけば、エミッタ領域72を形成するときに高濃度拡散領域81、81が接触し、電極領域63A,64A内に高濃度拡散層81を形成することができる。
基板60にスリット孔80、80Aを形成した後、そのスリット孔80,80A内にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂或いは熱可塑性樹脂を充填し絶縁樹脂層95,95Aを形成する。スリット孔80内に充填された樹脂層95は分離された各外部接続用電極62、63、64の電気的分離を確実に行い、また、スリット孔80A内に充填された絶縁樹脂層95Aは半導体装置を個々に分割したときに側面に樹脂層95Aを残存させリーク電流を防止する。
また、この樹脂層95,95Aをスリット孔80、80Aに充填することにより、各外部接続用電極62、63、64間の接着強度が向上し、ウエハー基板60状態及び分割後の半導体装置のストレス等の外部応力に対する悪影響を予防している。スリット孔80,80Aの幅は数mと非常に小さいので含浸性の熱硬化性の樹脂を用いることで容易にスリット孔80、80A内に充填することができる。
即ち、基板60上に上記した含浸性の樹脂を塗布、焼成することで、スリット孔80,80A内に樹脂が充填し樹脂層95,95Aを形成する。このとき、同図(図3)に示すように、基板60上にも樹脂層95,95Aは薄膜状態で残存する。
次に、図6に示すように、基板60表面をバックグライダ等の研磨装置を用いて基板60表面に残存した樹脂層を研磨除去し、基板60表面を露出させる。その後、半導体基板60のスリット孔80,80Aが形成される領域に、ダイシング装置を用いて台形状のダイシングブレードで基板60を所定の深さでダイシング処理(基板60の表面を削る)を行う。このダイシング処理工程で各外部接続電極62、63、64のエッヂ部分にテーパー部91を形成する。テーパー部91の角度はダイシングブレードの形状によって決定され、半田接合部分の大きさ、半田量によって任意に設定することができる。
基板60の一部分を削除し各外部接続電極62、63、64のエッヂ部分にテーパー部91を形成した後、基板60の表面に半田等の金属のメッキ層93を形成する。メッキ層93は、例えば、電気メッキ、無電解メッキ等のメッキ処理を用いることができ、スリット孔80,80A内に充填された樹脂層95,95A表面以外の基板60全面に形成するために各外部接続電極62、63、64のエッヂ部分のテーパー部91の表面上にも形成される。従って、この実施形態では、メッキ処理工程を挟んで2種類のダイシング工程が行われることになる。
テーパー部91は、実装基板上に本発明の半導体装置を実装したときに、図7に示すように、各外部接続用電極62、63、64と実装基板上に形成されたパッド(ランド)とを半田接合部分の半田フィレット形状を最適化にし、例えば、熱収縮等による半田接合部分の外部応力に対する強度を向上させるために形成するものである。
基板60の表面にメッキ層93を形成した後、同図(図6)に示すように、スリット孔80Aのほぼ中央部分でダイシングを行い、図8に示すように、基板60から個々の半導体装置に分割する。スリット孔80Aでダイシングを行うことにより、個々に分割した半導体装置の側面には、樹脂層95Aを残存させることができ、外部接続用電極63、64からリークするリーク電流の不具合を抑制することができる。個々に分割された半導体装置は、所定の諸測定、ラベル印刷後、個別にテーピングされリール状に取り巻かれる。
上述した製造方法によって製造された半導体装置は、セラミックス基板、ガラスエポキシ基板、フェノール基板、絶縁処理を施した金属基板等の配線基板上に形成された導電パターンのパッド上に固着実装される。このパッド上には半田クリームが予め印刷形成された半田層が形成されており、半田を溶融させて本発明の半導体装置を搭載すれば配線基板のパッド上に半導体装置を固着実装することができる。
この際、上記したように、各外部接続用電極62、63、64のエッヂ部分にテーパー部91を形成していることにより、実装基板の導電パッド(ランド)との半田接合部分の半田フィレットを最適化することができ半田接合部分の接合強度が向上し接続信頼性を向上させる事ができる。また、この固着実装工程は、図示されないが、実装基板上に実装されるチップコンデンサ、チップ抵抗等の半田実装される他の回路素子の実装工程と同一の工程でできる。
さらに、この際、本発明の製造方法で提供された半導体装置を配線基板上に実装した時、各外部接続用電極62、63、64はスリット孔80の間隔分だけ離間されているために実装基板と固着する半田は隣接配置された外部接続用電極62、63、64が短絡することはない。
ところで、図5に示すように、本実施形態の半導体装置で、例えば、従来例で説明した半導体装置とほぼ同じ機能をもつ能動素子能動素子形成領域61を0.5mmラ0.5mmサイズとし、ベース、エミッタ電極となる接続電極領域63A,64Aを0.3mmラ0.2mmサイズとし、スリット孔80の幅を0.1mmとする半導体装置では有効面積率は次のようになる。即ち、素子面積が0.25mmであり、実装面積となる半導体装置の面積が1.28mmとなることから、有効面積率は約19.53%となる。
従来例で説明した0.40mmラ0.40mmのチップサイズを有する半導体装置の有効面積率は上記したように6.25%であることから、本発明の半導体装置では有効面積率で約3.12倍大きくなり、実装基板上に実装する実装面積のデットスペースを小さくすることができ、実装基板の小型化に寄与することができる。
本実施形態では、実装基板との接続容易性を考慮し、外部接続用電極62、63、64がトライアングルとなるように配置したが、外部接続電極62、63、64を直線上に配置すれば、半導体基板60上の不使用領域を無くすことができ、有効面積率をさらに向上させることが可能である。
上述したように、能動素子形成領域61Aにトランジスタ等の能動素子を形成し、半導体基板60の主面上に能動素子の接続電極と外部接続電極領域63A、64Aとを電気的に接続する配線パターン67が形成された配線基板65を絶縁接着樹脂層78を介して固着し、半導体基板60の反主面から能動素子形成領域61Aと外部接続電極領域63A、64Aとを電気的に分離するスリット孔80、80Aを形成し、スリット孔80、80A内に絶縁樹脂層95、95Aを充填し、一つの能動素子形成領域61Aとその領域61Aに対応する外部接続電極領域63A、64Aとを囲むスリット孔95A領域で切断し、個々の半導体装置に分離することにより、従来の半導体装置のように、外部電極と接続する金属製のリード端子、保護用の封止モールドが不必要とすることができ、且つ、半導体装置の外観寸法を著しく小型化にすることができる。
また、上記したように、外部接続用の金属リード端子、及び樹脂封止用モールドが不要であるために、半導体装置の製造コストを著しく低減化することができる。
さらに、本発明では、新たな設備を導入することなく、既存の半導体設備をそのまま用いることができる。
本実施形態では、能動素子形成領域61にトランジスタを形成したが、縦型或いは比較的発熱量の少ない横型のデバイスであればこれに限らず、例えば、パワーMOSFET、IGBT、HBT等のデバイスに本発明を応用することができることは説明するまでもない。
ところで、上記の実施形態では、樹脂層78に光熱硬化性樹脂を用いて基板60の各電極と配線基板65の配線パターンとの電気的導通を行ったが、本発明では、この両者の電気的導通はいかなる手段にも応用することができ、例えば、異方導電性樹脂を樹脂層78として用いても基板60の各電極と配線基板65の配線パターンとの接続が容易に行うことができる。
異方導電性樹脂は、粒径の導電物を樹脂ペースト中に混入したものと、粒径の導電物を樹脂シート中に散布したものとがあり、どちらのタイプの樹脂を用いることも可能である。異方導電性樹脂は両基板上に形成された配線パターン等が重畳する領域が粒径の導電物を介して電気的接続が行われるものである。異方導電性樹脂を用いる場合には、基板上の各電極及び配線基板上の配線パターン上のそれぞれにバンプ電極を形成することが好ましい。
例えば、異方導電性シートを基板上に配置し、基板上のバンプ電極と配線基板上のバンプ電極とが一致するように位置あわせを行い両基板に所定の圧力を加えながら約120度程度の加熱処理を行い導電性シートを溶かして樹脂層とし、粒径の導電物により各電極と配線パターンとの導通が行われる。各電極及び配線パターン上にバンプ電極を形成することで、配線パターンと重畳するガードリング用電極とは異方導電性樹脂の導電物が接触されないため導通せず、確実に各電極のバンプ電極と配線基板上のバンプ電極とが接触し電気的導通が行われる。
他の電気的導通の方法として、例えば、両基板上に形成したバンプ電極を一致するように両基板の位置合わせを行い、溶融しバンプ電極の接続を行い、基板上の各電極と配線基板上の配線パターンとの電気的導通が行われる。その後、両基板に圧力を加えながら、両基板のすき間に液状の熱硬化性樹脂からなる含浸材を流し込み熱処理を行い樹脂層形成し、スリット孔が形成される。
本発明では、各電極75、76、77と配線パターン67とが接続されるものであれば、いかなる構造、いかなる材料を用いて行うことができる。
Claims (7)
- シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第1の配線と、前記第1の配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記第1の配線は、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの間に設けられることを特徴とした半導体装置。 - シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第1の配線と、前記第1の配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記第1の配線が設けられた前記絶縁層には、第2の配線が設けられ、前記第2の配線は、前記シリコンから成る実装基板と電気的に接続され、前記シリコンから成る実装基板を所望の電圧に固定したことを特徴とする半導体装置。 - シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた複数の配線と、前記配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置に於いて、
前記複数の配線は、前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在されることを特徴とする半導体装置。 - 前記シリコンから成る実装基板と前記半導体チップとの間には、絶縁性接着剤が設けられる請求項1、請求項2または請求項3に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、前記シリコンから成る実装基板にフェイスダウンで実装され、前記シリコンからなる実装基板と前記半導体チップとの電気的接続が、前記絶縁性接着剤の固化時の収縮により保持される請求項4に記載の半導体装置。
- シリコンから成る実装基板と、前記シリコンから成る実装基板の表面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、前記シリコンから成る実装基板とこの実装基板に設けられる半導体チップとの重畳部に設けられつつ前記半導体チップと電気的に接続され、前記重畳部から前記重畳部の外側に延在された複数の配線と、前記配線と電気的に接続され前記シリコンから成る実装基板に設けられた半導体チップとを有する半導体装置と、
前記半導体装置が実装される配線基板とを有することを特徴とした半導体モジュール。 - 前記配線基板は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、フェノール基板または絶縁処理された金属基板である請求項6に記載の半導体モジュール。
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