JP2007243104A

JP2007243104A - 半導体ウェハ

Info

Publication number: JP2007243104A
Application number: JP2006067257A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuzaka; 浩志松坂
Original assignee: ENZAN SEISAKUSHO CO Ltd
Current assignee: ENZAN SEISAKUSHO CO Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】製造段階で半導体基材に放熱構造を持たせることができると共に、半導体基材の表面に実装される回路素子から発せられる熱を半導体基材の裏面側に効率よく放熱させることのできる半導体ウェハを提供することである。
【解決手段】表面に回路部２３が形成される薄板状の半導体基材２２と、この半導体基材２２の裏面に一体に接合される放熱部材２４とを備えた半導体ウェハ２１において、前記半導体基材２２の裏面に孔部２５を設け、この孔部２５を前記半導体基材２２の裏面に形成した放熱部材２４の一部で満たした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップが複数形成される半導体ウェハに係り、特に放熱効果を高めるための構造を設けた半導体ウェハに関するものである。

従来、回路集積度の高いＩＣや高出力型のＩＣ等の半導体チップにおいては、放熱対策として回路基板やパッケージに放熱フィンを付加した構造のものが多い。一方、ダイシング前の１枚の半導体ウェハに直接放熱板を設けることによって、ウェハの製造工程の中で放熱対策を施すための方法が提案されている（特許文献１参照）。図５に前記放熱構造を備えた半導体ウェハ１を示す。この半導体ウェハ１は、シリコン等の半導体基材２の裏面（回路パターンが形成される面と反対側の面）に接着部材３を用いて放熱板４を取り付けた構造となっている。前記接着部材３には、耐熱性の接着テープや接着剤が用いられ、放熱板４には熱伝導性に優れるアルミ合金やアルミナ等の材料が用いられている。前記半導体ウェハ１をダイシングライン５に沿って分断することによって、放熱構造を備えた個々の半導体チップが形成される。
特開平６−３４９９８３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すような半導体ウェハ１では、放熱板４が半導体基材２の裏面側に平面的に設けられた構造となっている。このため、前記半導体基材２の表面に実装されるＩＣ等の半導体素子から放出する熱が裏面側の放熱板４に伝導するまでに半導体基材２内で拡散してしまい、外部への放熱効果が弱まるといった欠点がある。これは、半導体基材２の材質や厚みに応じて異なる。前記半導体基材２にはシリコン基板が一般的に用いられるが、高速用の半導体デバイスにはシリコン基板以外にガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板が用いられる場合がある。このような高速用の半導体デバイスでは、実装されている回路素子を高速動作させるために電流量が多くなる。このことから、放熱効果を高めるために、前記放熱板４を厚く形成したり、放熱フィンを別に設けたりしなければならず、製造コスト及び工数が多くかかるといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、製造段階で半導体基材に放熱構造を持たせることができると共に、半導体基材の表面に実装される回路素子から発せられる熱を半導体基材の裏面側に効率よく放熱させることのできる半導体ウェハを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の半導体ウェハは、表面に回路部が形成される薄板状の半導体基材と、この半導体基材の裏面に一体に接合される放熱部材とを備えた半導体ウェハにおいて、前記半導体基材の裏面に凹み部を設け、この凹み部を前記半導体基材の裏面に形成した放熱部材の一部で満たしたことを特徴とする。

また、前記凹み部が、前記半導体基材の表面直下に向けて開設される微小径の孔部によって形成され、前記回路部に対応させて複数設けられる。

本発明の半導体ウェハによれば、シリコン等の半導体基材の裏面に凹み部を設け、この凹み部を満たすようにして放熱部材が形成されているので、半導体基材に伝導される熱を効率よく外部へ放熱させることができると共に、このような効率のよい放熱効果を備えた半導体チップをダイシング工程の際に、一括して大量生産することが可能となる。また、前記凹み部が微小径の孔部で形成され、前記半導体基材の表面側に形成される回路部に対応させて複数設けることで、効率のよい放熱作用を備えた半導体チップを製造することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る半導体ウェハの実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の半導体ウェハ２１の断面構造を示したものである。この半導体ウェハ２１は、薄板状の半導体基材２２と、この半導体基材２２の表面側に形成される回路部２３と、裏面側に形成される放熱部材２４とを備えた構造となっている。

前記半導体基材２２は、一般的に材質がシリコン（Ｓｉ）で、５インチや８インチ径のものが使用される。また、通信用やグラフィックス用等の高速の半導体デバイスを形成する場合は、動作速度が速いガリウム砒素（ＧａＡｓ）を使用することができる。また、半導体基材２２には、裏面に複数の凹み部（孔部）２５が設けられる。この孔部２５は、前記放熱部材２４の一部が満たされる部分であり、前記半導体基材２２の裏面から微小径（例えば、数十μｍ）で、所定の間隔をおいて複数形成される。この孔部２５は、半導体基材２２の裏面全体に均一、あるいは、回路部２３の密集する箇所に合わせて集中的に設けられる。前記孔部２５は、深く形成するほど放熱効果を高めることができるが、回路部２３に接触したり、貫通したりしないような深さに設定される。

回路部２３は、前記半導体基材２２の表面にエッチングによってパターン形成される。この回路部２３は、前記半導体基材２２の表面にＸ軸方向及びＹ軸方向のダイシングライン２７で仕切られた複数の升目状に形成される。図２は、前記ダイシングライン２７に沿って放熱部材ごと分断された単一の半導体チップ３１の断面構造を示したものである。このようにして形成された半導体チップ３１は、そのまま組立工程に移されてパッケージ化される。

前記放熱部材２４は、熱伝導率の高い金属材料、例えば、金、ニッケル、銅メッキ等が使用され、前記複数の孔部２５内を満たすように塗布又は蒸着によって形成された後、半導体基材２２の裏面全体に所定厚みになるようにして形成される。最後に、前記半導体基材２２の裏面に形成した放熱部材２４の露出した部分に保護用のメッキ２６が施される。

前記孔部２５は、回路部２３に対応した部分を中心にして複数設けられる。この孔部２５は、半導体基材２２のサイズや回路部２３の規模、放熱容量に応じて設定されるが、径が小さく且つ数多く設けるほど大きな放熱効果が得られる。なお、前記孔部２５の形状は、深さが同じであれば、円柱形状あるいは多角柱形状のいずれであってもよい。

前記半導体ウェハ２１からダイシングによって分割された半導体チップ３１の放熱作用を図２に示す。前記回路部２３は、各種の回路素子で構成されており、これらの回路素子に電流が流れることによって熱が発生する。この熱は、供給される電流量や動作する回路規模に応じて異なるが、電流量と回路規模に略比例して高くなる。前記回路部２３で発した熱は、直下の半導体基材２２に伝導される。この半導体基材２２に伝わった熱は、最初に複数の孔部２５に満たされた放熱部材２４に伝導した後、半導体基材２２の裏面へと順に伝導し、この裏面から外部に放熱される。上記半導体チップ３１にあっては、発熱源である回路部２３の直下に放熱部材２４が満たされた孔部２５が複数設けられているため、前記回路部２３から発せられる熱を迅速に半導体基材２２の裏面側へ伝導させることができる。この放熱効果は、放熱部材２４が満たされる孔部２５の数が多いほど高くなる。

次に、上記放熱構造を備えた半導体ウェハ２１の製造方法を図３及び図４に基づいて説明する。図４では放熱部材２４が形成される半導体基材２２の裏面側を上に向けた状態で示す。最初に所定インチサイズのシリコン又はＧａＡｓからなる半導体基材２２を所定の厚み（例えば、１００μｍ）になるように、裏面側を研削する（工程１）。続いて、研削された半導体基材２２の裏面側にレジスト膜３２を一様に塗布し（工程２）、放熱用の孔部を形成するためのパターンが形成されたフォトマスク３３を介して前記レジスト膜３２を露光する（工程３）。そして、前記露光された部分をエッチングして半導体基材２２の表面側に貫通しない深さにまで侵食させた孔部２５を形成する（工程４）。ここでのエッチングは、微細且つ異方加工を要するため、プラズマ等のドライエッチング法が用いられる。前記形成された孔部２５を満たすようにして、半導体基材２２の裏面全体に熱伝導率の高い金、ニッケル、銅メッキ等の放熱部材（金属材料）３４をスパッタリングによって形成し（工程５）、さらに、前記半導体基材２２の裏面にメッキ３５を施す（工程６）。前記金属材料３４及びメッキ３５の形成が完了した後、前記半導体基材２２の表面側に所定の回路部２３を形成する（工程７）。最後に、前記金属材料３４、メッキ３５及び回路部２３が形成された半導体基材２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に設定されたダイシングライン２７に沿ってダイシングする（工程８）。以上の一連の工程によって、放熱構造を一体に有する個々の半導体チップを容易且つ大量に製造することができる。

本発明に係る放熱構造を備えた半導体ウェハの断面図である。上記半導体ウェハから分断された半導体チップの断面図である。上記半導体ウェハの製造方法を示すフロー図である。上記半導体ウェハの製造方法を示す工程図である。従来の放熱構造を備えた半導体ウェハの断面図である。

符号の説明

１半導体ウェハ
２半導体基材
３接着部材
４放熱板
５ダイシングライン
２１半導体ウェハ
２２半導体基材
２３回路部
２４放熱部材
２５孔部（凹み部）
２６メッキ
２７ダイシングライン
３１半導体チップ
３２レジスト膜
３３フォトマスク
３４金属材料
３５メッキ

Claims

表面に回路部が形成される薄板状の半導体基材と、この半導体基材の裏面に一体に接合される放熱部材とを備えた半導体ウェハにおいて、
前記半導体基材の裏面に凹み部を設け、この凹み部を前記半導体基材の裏面に形成した放熱部材の一部で満たしたことを特徴とする半導体ウェハ。
前記凹み部が、前記半導体基材の表面直下に向けて開設される微小径の孔部である請求項１記載の半導体ウェハ。
前記凹み部が、前記回路部に対応させて複数形成されている請求項１又は２記載の半導体ウェハ。
前記半導体基材が、回路部の形成された領域に沿って単一のチップに分割される請求項１記載の半導体ウェハ。
前記半導体基材は、前記各回路部を仕切るＸ軸及びＹ軸からなるダイシングラインが形成されたシリコン基板又はガリウム砒素基板である請求項１又は４記載の半導体ウェハ。
前記放熱部材は、高熱伝導率の金属材である請求項１記載の半導体ウェハ。