JP2009170731A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
近年、電子機器の小型化、および実装技術の進展に合わせて、半導体装置の更なる小型化、高性能化が求められている。
従来の半導体装置は、半導体チップと半導体チップを保護するためのパッケージとを有し、電極材フレームにマウント、ワイヤボンディングされた半導体チップを樹脂でモールドしていた。
In recent years, further downsizing and higher performance of semiconductor devices have been demanded in accordance with downsizing of electronic devices and progress in mounting technology.
A conventional semiconductor device has a semiconductor chip and a package for protecting the semiconductor chip, and the semiconductor chip mounted on the electrode material frame and wire-bonded is molded with resin.
そのため、半導体装置のサイズは、半導体チップのサイズだけでなく、電極材フレームのサイズおよびワイヤの高さなどにも律速されるようになってきており、半導体装置の小型化が困難になる問題がある。 For this reason, the size of the semiconductor device is controlled not only by the size of the semiconductor chip but also by the size of the electrode material frame and the height of the wire, which makes it difficult to reduce the size of the semiconductor device. is there.
更に、ボンディンクワイヤーと電極材フレームのインダクタンス成分により、電圧印加(電流印加)時の過渡特性がクランピングして安定化するまでに時間を要するという問題があり、高周波用の半導体装置、例えば高周波用ダイオードでは周波数特性が悪化する問題がある。 Furthermore, due to the inductance components of the bonding wire and the electrode material frame, there is a problem that it takes time until the transient characteristics during voltage application (current application) are clamped and stabilized. There is a problem that the frequency characteristics of the diode for use deteriorate.
これに対して、チップスケールパッケージ(Chip Scale Package)として、半導体チップ自体がパッケージを兼ねるものが知られている(例えば特許文献1参照。)。 On the other hand, as a chip scale package (Chip Scale Package), a semiconductor chip itself is also known as a package (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示された半導体装置は、二つの端子が形成された第1面と、第1面に対向して一つの端子が形成された第2面とを有するチップ素子と、二つの端子領域を除く第1面に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成されて第1面上の各端子に連結され、所定の間隔で電気的に分離された第1及び第2導電層と、チップ素子の第2面に形成されて第2面の端子と連結された第3導電層と、第1、第2、及び第3導電層の側面中チップ素子の同じ側面に接する一側面に各々形成された電極面と、を備えている。 A semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a chip element having a first surface on which two terminals are formed, a second surface on which one terminal is formed opposite to the first surface, and two terminals. An insulating layer formed on the first surface excluding the region, and first and second conductive layers formed on the insulating layer and connected to each terminal on the first surface and electrically separated at a predetermined interval; A third conductive layer formed on the second surface of the chip element and connected to a terminal on the second surface; and a side surface in contact with the same side surface of the chip element in the side surfaces of the first, second, and third conductive layers. Each formed electrode surface.
然しながら、特許文献1に開示された半導体装置は3端子素子のトランジスタで、基板に接続する電極を形成する面が限られるので、小型になるほど電極の形成および基板へのマウントがしづらくなるという問題がある。また、2端子素子であるダイオードについては何ら開示していない。
本発明は、小型で、マウントが容易な半導体装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor device that is small and easy to mount.
本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板の第1の面に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に形成された第2導電型の第2半導体層と、前記半導体基板の前記第1の面と反対の第2の面に形成され、前記第1半導体層に接続された第1接続導体と、前記第2半導体層を含む前記半導体基板の前記第1の面に形成され、前記第2半導体層に接続された第2接続導体と、前記第1接続導体の少なくとも1側面に形成された第3接続導体と、前記第2接続導体の少なくとも前記第3接続導体が形成された側面と同じ側の側面に形成された第4接続導体と、を具備することを特徴としている。 A semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first conductivity type first semiconductor layer formed on a first surface of a semiconductor substrate, and a second conductivity type second semiconductor formed on the first semiconductor layer. A first connection conductor formed on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and connected to the first semiconductor layer; and the semiconductor substrate including the second semiconductor layer. A second connection conductor formed on the first surface and connected to the second semiconductor layer; a third connection conductor formed on at least one side surface of the first connection conductor; and at least the second connection conductor. And a fourth connection conductor formed on the side surface on the same side as the side surface on which the third connection conductor is formed.
本発明によれば、小型で、マウントが容易な半導体装置が得られる。 According to the present invention, a semiconductor device that is small and easy to mount can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例に係る半導体装置について、図1乃至図7を用いて説明する。図1は半導体装置を示す断面図、図2は半導体装置が基板に実装された状態を示す断面図、図3乃至図7は半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。 A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor device is mounted on a substrate, and FIGS. 3 to 7 are cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of the semiconductor device.
図1に示すように、本実施例の半導体装置10は、半導体基板11の第1の面に形成された第1導電型の第1半導体層12と、第1半導体層12上に形成された第2導電型の第2半導体層13と、半導体基板11の第1の面と反対の第2の面に形成され、第1半導体層12に接続された第1接続導体14と、第2半導体層13を含む半導体基板11の第1の面に形成され、第2半導体層13に接続された第2接続導体15と、第1接続導体14の少なくとも1側面に形成された第3接続導体16と、第2接続導体15の少なくとも第3接続導体16が形成された側面と同じ側の側面に形成された第4接続導体17と、を具備している。
As shown in FIG. 1, the
半導体基板11は、例えばシリコン基板である。半導体基板11は、外周面が露出しており、第1および第2半導体層12、13を外部から保護するパッケージとして機能している。
The
そのため、半導体基板11は、できるだけ抵抗の高い基板であることが望ましい。例えばノンドープの高抵抗基板、またはP型不純物とN型不純物の両方をドープすることにより不純物補償された高抵抗基板などである。
半導体基板11が高抵抗基板であれば、半導体基板11の導電型はP型、N型のいずれでも構わない。
For this reason, the
If the
第1半導体層12は、例えばP型半導体層であり、第2半導体層13はP型半導体層よりキャリア濃度の高いN+型半導体層である。
第1および第2半導体層12、13により、半導体基板11にPN接合を有するダイオードが形成されている。
The
The first and
第1および第2半導体層12、13は、第1および第2半導体層12、13を囲うように半導体基板11に形成されたトレンチの内壁を覆う絶縁膜18、例えばシリコン酸化膜と、トレンチ内に埋め込まれた絶縁材19、例えばノンドープのポリシリコンとを有するSTI(Shallow Trench Isolation)20により、半導体基板11と電気的に分離されている。
The first and
更に、第2半導体層13の外周部を含む半導体基板11上に、絶縁膜21、例えばシリコン酸化膜が形成されている。これは、後述する第1接続導体14と第2接続導体15との間の絶縁性を確保するためである。
Furthermore, an
第1接続導体14は、半導体基板11の第2の面から第1半導体層12に至るコンタクトホールの内面を含む半導体基板11の第2の面に形成されたニッケル(Ni)膜22と、コンタクトホールを埋め込んでニッケル膜22上に形成された銅(Cu)膜23とを有している。
The
第2接続導体15は、第2半導体層13上にバリアメタル膜(図示せず)、例えばTiN/Ti膜を介し、外周部が絶縁膜21の途中までオーバラップして形成されたアルミニウム(Al)膜24と、アルミニウム膜24を覆い、外周部が絶縁膜21の端部までオーバラップして形成されたニッケル膜25と、ニッケル膜25上に形成された銅膜26とを有している。
The
銅膜23、26は、ニッケル膜22、25より十分厚く、例えば80μm程度に形成されており、第1および第2接続導体14、15の主要部を構成している。
The
第3接続導体16は、第1接続導体14の少なくとも1側面、ここでは4側面および表面を含む5面全体に形成された錫膜である。
同様に、第4接続導体17は、第2接続導体15の少なくとも1側面、ここでは4側面および表面を含む5面全体に形成された錫膜である。
The
Similarly, the
第3接続導体16の4側面は、半導体基板11の4側面よりδL、例えば20〜30μm程度だけ外側に位置している。同様に、第4接続導体17の4側面は、半導体基板11の4側面よりδLだけ外側に位置している。
The four side surfaces of the
半導体装置10は、高抵抗の半導体基板11の外側(4側面、第1および第2の面)が第1および第2半導体層12、13を保護するためのパッケージとして機能し、更に第1および第2の面が外部に接続するための電極形成面として機能している。
The
そのため、半導体装置10は、半導体基板11を載置するための基板と、第1および第2半導体層12、13を外部に接続するためのボンディングワイヤと、第1および第2半導体層12、13を保護するためのモールド樹脂などが不要であり、小型化な半導体装置10が得られる。
Therefore, the
図2は、半導体装置10が、プリント基板(PWB:Printed Wiring Board)に実装された状態を示す断面図である。
図2に示すように、半導体装置10は、チップ部品、例えばチップコンデンサ、チップ抵抗などと同様に、半導体基板11の側面11aがプリント基板30と並行するように配置されて実装されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the
As shown in FIG. 2, the
プリント基板30は、絶縁性の基板31上に形成された配線32a、32bと、離間して対向する配線32a、32bの一端に形成されたバンプ33a、33bと、を具備している。
バンプ33aに、ハンダ34aを介して第3接続導体16の側面16aが接続されている。同様に、バンプ33bに、ハンダ34bを介して第4接続導体17の側面17aが接続されている。
The printed
The
第3接続導体16および第4接続導体17の側面16a、17aが半導体基板11の側面11aより外側にあるので、半導体装置10はプリント基板30から十分に離間して実装される。
これにより、半導体基板11とプリント基板30との隙間にハンダなどが垂れても、半導体基板11とプリント基板30との間の絶縁性を確保することができる。
Since the
Thereby, even if solder or the like hangs down in the gap between the
第3接続導体16および第4接続導体17は、第1接続導体14および第2接続導体15の5面全体に形成されているので、どの側面を用いてもプリント基板30に確実に実装することができるので、マウントが容易である。
Since the
次に、半導体装置10の製造方法について、図3乃至図7を用いて説明する。図3乃至図7は、半導体装置10の製造工程を順に示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
始めに、図3(a)に示すように、半導体基板11の第1の面に、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法により深さ40μm程度のトレンチ40を形成する。
次に、トレンチ40の内側を含む半導体基板11上に、例えば熱酸化法により厚さ100nm程度の熱酸化膜41を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a
Next, a
次に、図3(b)に示すように、トレンチ40の内側を埋め込むように半導体基板11上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりノンドープのポリシリコン膜42を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、半導体基板11上のポリシリコン膜42および熱酸化膜41を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により除去し、半導体基板11を露出させる。
これにより、熱酸化膜41がトレンチの内壁を覆う絶縁膜18になり、ポリシリコン膜42がトレンチ内に埋め込まれた絶縁材19になり、STI20が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the
As a result, the
次に、図4(a)に示すように、STI20を含む半導体基板11上に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜43を形成する。
次に、STI20で囲まれる1半導体層12が形成される領域に開口44aを有するレジスト膜44を形成し、レジスト膜44をマスクとして半導体基板11にP型不純物、例えば硼素イオン(B+)を選択的に注入する。
次に、レジスト膜44を除去した後、熱処理を施し、厚さ30μm程度の深いP型拡散である第1半導体層12を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
Next, a resist
Next, after removing the resist
次に、図4(b)に示すように、第2半導体層12が形成された領域に開口45aを有するレジスト膜45を形成し、レジスト膜45をマスクとして半導体基板11にN型不純物、例えば燐イオン(P+)を選択的に注入する。
次に、レジスト膜45を除去した後、短時間の熱処理を施し、厚さ1μm程度の浅いN+型拡散層である第2半導体層13を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist
Next, after removing the resist
次に、図4(c)に示すように、絶縁膜43を除去した後、半導体基板11上に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜である絶縁膜21を形成し、リソグラフィ法およびRIE法により絶縁膜21を選択的に除去し、外周部を除いて第2半導体層13を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4C, after the insulating
次に、周知の方法により、露出した第2半導体層13を含む絶縁膜21上にバリアメタル(図示せず)を介し、外周部が絶縁膜21にオーバラップしたアルミニウム膜24と、アルミニウム膜24上に外周部が絶縁膜21にオーバラップしたニッケル膜25とを有する第2接続導体15の下部を形成する。
アルミニウム膜24は、例えば真空蒸着法により形成し、ニッケル膜25は、例えば無電解メッキ法により形成する。
Next, an
The
次に、ニッケル膜25の周りの絶縁膜21を、例えばRIE法により除去して、半導体基板11の第1の面のダイシング領域46を露出させる。
Next, the insulating
次に、図5(a)に示すように、半導体基板11の第2の面を研磨して、厚さ400μm程度に薄く加工した後、例えば両面アライナー装置を用いてフォトリソグラフィ法によりパターニングし、RIE法により半導体基板11の第2の面から第1半導体層12に至る直径50μm程度のコンタクトホール47を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, the second surface of the
次に、コンタクトホール47の内側を含む半導体基板11の第2の面に、無電解メッキ法によりニッケル膜22を形成する。
次に、第1の面のダイシング領域46に対応するニッケル膜22を選択的に除去し、半導体基板11の第2の面のダイシング領域48を露出させる。
Next, the
Next, the
次に、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により半導体基板11の第2の面のダイシング領域48を覆うレジスト膜49を形成した後、レジスト膜49をマスクとして電解メッキ法によりコンタクトホール47を埋め込むようにニッケル膜22上に厚さ80μm程度の銅膜23を形成する。これにより、第1接続導体14が形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, after forming a resist
次に、図6(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により半導体基板11の第1の面のダイシング領域46を覆うレジスト膜50を形成した後、レジスト膜50をマスクとして、電解メッキ法によりニッケル膜25上に厚さ80μm程度の銅膜26を形成する。これにより、第2接続導体15が形成される。
Next, as shown in FIG. 6A, after forming a resist
次に、図6(b)に示すように、レジスト膜49、50を除去し、銅膜23、26の表面に薄いニッケル膜(図示せず)を形成した後に、半導体基板11の第2の面側を粘着シート51に貼り付ける。
次に、第1の面側から、残し厚が50〜100μm程度になるまで、半導体基板11をブレードまたはRIE法によりカットする。
Next, as shown in FIG. 6B, after the resist
Next, the
次に、図7(a)に示すように、半導体基板11の第1の面側を粘着シート52に貼り付け、第2の面側から半導体基板11をブレードでカットすることにより、半導体基板11を個片化する。
Next, as shown in FIG. 7A, the first surface side of the
次に、図7(b)に示すように、個片化された半導体基板11の第1接続導体14の4側面と表面を含む5面全体および第2接続導体15の4側面と表面を含む5面全体に、例えばバレルメッキ法により錫膜を20〜30μm程度形成する。これにより、第3接続導体16および第4接続導体17が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, the entire five surfaces including the four side surfaces and the surface of the
バレルメッキとは、ガラメッキとも呼ばれ、多量の品物をバレル(樽)の中に入れ、回転させながら電解メッキする方法である。錫膜は抵抗の低い銅膜上にはメッキされるが、抵抗の高い半導体基板11上にはメッキされない。
Barrel plating is also called glass plating, and is a method in which a large amount of articles are placed in a barrel and electroplated while rotating. The tin film is plated on the copper film having low resistance, but is not plated on the
これにより、高抵抗の半導体基板11の外側が第1および第2半導体層12、13を外部から保護するためのパッケージおよび外部に接続するための電極形成面として機能する半導体装置10が完成する。
As a result, the
半導体装置10は、基板、ボンディングワイヤおよびモールド樹脂が不要なので、サイズは目的に応じて自由に定めることができる。例えば0.6×0.3×0.3mm程度から0.4×0.2×0.2mm程度の小型のチップダイオードが得られる。
更に、ボンディングワイヤ等による不要なインダクタンス成分が減少するので、半導体素子特性への影響を抑制することができる。
Since the
Furthermore, since unnecessary inductance components due to bonding wires and the like are reduced, the influence on the semiconductor element characteristics can be suppressed.
以上説明したように、本実施の半導体装置10は、高抵抗の半導体基板11の外側が第1および第2半導体層12、13を外部から保護するためのパッケージおよび外部に接続するための電極形成面として機能している。
As described above, in the
その結果、第1および第2半導体層12、13を外部から保護するための樹脂、および外部に接続するためのボンディングワイヤが不要になる。従って、小型で、マウントが容易な半導体装置が得られる。 As a result, a resin for protecting the first and second semiconductor layers 12 and 13 from the outside and a bonding wire for connecting to the outside become unnecessary. Therefore, a semiconductor device that is small and easy to mount can be obtained.
ここでは、半導体装置10がPN接合ダイオードである場合について説明したが、その他のダイオード、例えばPIN接合ダイオードでも構わない。
2端子素子であればよく、例えばショットキー接合ダイオードなどに適用することも可能である。
Although the case where the
A two-terminal element may be used, and for example, it can be applied to a Schottky junction diode.
第1半導体層12と第1接続導体14とは、半導体基板11の第2の面から第1半導体層12に至るコンタクトホール47を銅膜23で埋め込んだビアを介して接続した場合について説明したが、コンタクトホール47の内面に銅膜を形成したスルーホールを介して接続しても構わない。
The case where the
10 半導体装置
11 半導体基板
12 第1半導体層
13 第2半導体層
14 第1接続導体
15 第2接続導体
16 第3接続導体
17 第4接続導体
18、21 絶縁膜
19 絶縁材
20 STI
22、25 ニッケル膜
23、26 銅膜
24 アルミニウム膜
30 プリント基板
31 基板
32a、32b 配線
33a、33b バンプ
34a、34b 半田
40 トレンチ
41 熱酸化膜
42 ポリシリコン膜
43 シリコン酸化膜
44、45、49、50 レジスト膜
44a、45a 開口
46、48 ダイシング領域
47 コンタクトホール
51、52 粘着シート
DESCRIPTION OF
22, 25
Claims (5)
前記第1半導体層上に形成された第2導電型の第2半導体層と、
前記半導体基板の前記第1の面と反対の第2の面に形成され、前記第1半導体層に接続された第1接続導体と、
前記第2半導体層を含む前記半導体基板の前記第1の面に形成され、前記第2半導体層に接続された第2接続導体と、
前記第1接続導体の少なくとも1側面に形成された第3接続導体と、
前記第2接続導体の少なくとも前記第3接続導体が形成された側面と同じ側の側面に形成された第4接続導体と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a first surface of a semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer;
A first connection conductor formed on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and connected to the first semiconductor layer;
A second connection conductor formed on the first surface of the semiconductor substrate including the second semiconductor layer and connected to the second semiconductor layer;
A third connection conductor formed on at least one side surface of the first connection conductor;
A fourth connection conductor formed on a side surface on the same side as the side surface on which at least the third connection conductor is formed of the second connection conductor;
A semiconductor device comprising:
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