JP4744491B2

JP4744491B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4744491B2
Application number: JP2007207664A
Authority: JP
Inventors: 昌明冨田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2007329498A

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に双方向型バリスタ、一方向型バリスタ、サージ吸収素子、又は、ダイオード等として使用される面実装型半導体装置に関するものである。

従来技術に係るバリスタを示す断面図を図２と図３に示す。図２は、従来技術に係る双方向型バリスタを示す断面図であり、電極端子がシリコン基板に正しく設けられた半導体装置の断面図である。図３は、従来技術に係る双方向型バリスタを示す断面図であり、電極端子がシリコン基板に接触して設けられた半導体装置の断面図である。図中、１００は半導体基板、１はＮ型導電領域、２はＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域、３はＰ型導電領域である第２導電型の第３導電領域、１１、１２、１３、１４は絶縁膜で、半導体基板がシリコンであれば、シリコン酸化膜であることが多い。２１はハンダである第２導電材、２２はハンダである第３導電材、３１、３２は電極端子、２００は樹脂モールド部である。

図２に示すバリスタは、Ｎ型の導電型を有する半導体基板１００の内部にＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３を設けて形成されている。シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１、１２、１３、１４がＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３と基板との境界を覆うように設けられている。半導体基板１００の表側に露出したＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３はハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２を介して電極端子３１、３２と電気的に接続されている。

さらに、上記構造において、電極端子３１、３２の一部を除く全体を絶縁樹脂により封止して樹脂モールド部２００として、双方向型の面実装型半導体装置、すなわち面実装型のバリスタを形成する。電極端子３１、３２は、樹脂封鎖の前には真っ直ぐであるが、樹脂封鎖の後で機械加工によって捻じ曲げられて実装面積が出来るだけ小さくなるようにする。

以上の構成において、半導体基板１００内部にＮ型導電領域１とＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２からなる一対のダイオードと、Ｎ型導電領域１とＰ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３からなるもう一対のダイオードが逆極性で直列接続され、電気的に双方向型の素子が出来る。Ｎ型導電領域１は双方のダイオードの共通の導電領域となる。

このような従来型の面実装型半導体装置においては、小型化、特に高さを低くすること、即ち薄型にすることが出来るという利点があるが、図３に示すように電極端子を半導体基板に載置する際に、いずれかの方向に位置ずれした状態で載置される場合がある。位置ずれした状態のままハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２をリフロー炉で溶融させると、電極端子３２が傾き半導体基板１００と接触したまま、後工程へ移る。その後工程の最後では電極端子が捻じ曲げられて最終形状が決定してしまうが、樹脂モールド内部の様子に係わらず電極の加工は大きな力を加えて行なれるため、最終形状は正常品と殆ど変わらない。そのため正常品と異常品を区別するのは非常に困難である。

図３に示すように、電極端子３２が半導体基板１００と傾いて接触すると、電流の流れに偏りが生じるなとの不具合が生じる。場合によっては大きな内部応力が発生し不良の原因にもなることがある。

このような問題は、電極端子３１、３２をハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２に精確に載置すれば解消するが、高価な製造装置を必要とするので、半導体装置の製造コストを押し上げる原因となる。また、電気的な接続を行なうためのハンダ（導電材）、特にシリコン基板上の導電材が安定的に配置されないことが問題となっていた。

本発明は、上述の課題を解決するために、シリコン基板上の導電材を安定的に配置することができないことが問題となっており、その改善が望まれていた。従って、本発明の目的は、シリコン基板上に導電材を安定的に配置される半導体装置を提供することなる。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、第１導電型の半導体基板の表面から裏面に亘って設けられた第１導電型と反対の第２導電型の第１導電領域と、前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置に設けられた第２導電型の第２導電領域と、前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置に設けられた第２導電型の第３導電領域と、前記第３導電領域の露出面上で電極端子を接続するための第３導電材と、前記半導体基板の裏面において、前記第２導電領域に対向する一方の位置において露出する面上で電極端子を接続するための第２導電材と、前記半導体基板の表面において、前記第２導電領域の露出面上及び前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出する面上に、前記第１導電領域と絶縁された状態で延在する第１導電材と、前記第２導電領域の露出面上及び前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出している面上で突出する第２支持体と、前記絶縁状態を保つべく、前記第１導電領域の露出面を覆う絶縁性の第１支持体とを備えることを特徴とする。

更に、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の表面から裏面に亘って設けられた第１導電型と反対の第２導電型の第１導電領域と、前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置に設けられた第２導電型の第２導電領域と、前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出した第１露出領域と、前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置に設けられた第２導電型の第３導電領域と、前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置において露出した第２露出領域と、から成る構成をそれぞれ有する第１半導体基板構成および第２半導体基板構成と、第１半導体基板構成上に第２半導体基板構成が搭載されるべく、前記第１半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上と前記第２半導体基板構成における前記第２露出面上との対向する間に設けられた第４導電材と、前記第１半導体基板構成における前記第１露出面上と前記第２半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上との対向する間に設けられた第５導電材と、前記第１半導体基板構成における前記第２露出面上に設けられた電極端子を接続するための第２導電材と、前記第１半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上に設けられた電極端子を接続するための第３導電材と、前記第２半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出する面上に、前記第１導電領域と絶縁された状態で延在する第１導電材と、前記第１半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出する面上で突出する第２支持体と、前記第２半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上及び前記第２露出領域の露出している面上で突出する第３支持体と、前記第２半導体基板構成における前記絶縁状態を保つべく、前記第１導電領域の露出面を覆う絶縁性の第１支持体とを備えることを特徴とする半導体装置。
更に、前記第２半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出している面上で突出する第４支持体を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明は、シリコン基板上に第１支持体を設けたことにより、該支持体によって導電材の動きが抑制されることから、シリコン基板上に導電材を安定的に配置することができる。

以下に参考例の半導体装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、参考例の半導体装置を示す説明図である。図中、１００は半導体基板、１はＮ型導電領域、２はＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域と３はＰ型導電領域である第２導電型の第３導電領域、１１、１２、１３、１４は絶縁膜で、本実施例ではシリコン酸化膜である。２１はハンダである第２導電材、２２はハンダである第３導電材、３１、３２は電極端子、２００は樹脂モールド部である。なお、半導体基板１００は、本実施例ではシリコンである。

図１に示すように、Ｎ型の半導体基板１００の内部に、Ｐ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３を形成しており、これら２つの層を形成していない残余の部分を半導体基板１００の元来の導電型と同じＮ型導電領域１としている。Ｐ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３は、半導体基板１００にＰ型の不純物を添加して高温熱拡散によって形成されており、半導体基板１００の一方の面から内奥に向けて拡がっている。

また、半導体基板１００の一方の面に、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６を設けている。支持体４１、４３、４４、４６はＮ型導電領域と基板のＮ型導電領域の境界、即ちＰＮ接合の露出面の近傍に設けられ、支持体４２、４５は、Ｐ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３の露出面の略中央に設けられている。支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６は、ガラスによって形成されている。

支持体４１、４３、４４、４６は、絶縁膜１１、１２、１３、１４の上に形成されているが、ガラスそのものにも絶縁効果があるため、酸化膜１１、１２、１３、１４を形成しなくてもよいし、絶縁膜１１、１２、１３、１４の露出面全体を覆うように支持体４１、４３、４４、４６を配置してもよいし、その一部が絶縁膜１１、１２、１３、１４を覆うように支持体４１、４３、４４、４６を配置してもよい。また、絶縁層１１、１２、１３、１４は例えば窒化膜とシリコン酸化膜から構成されるような多層膜であってもよいし、同様に支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６は複数のガラスを多層構造にして構成されるものであってもよい。

絶縁層１１、１２、１３、１４となる酸化膜や窒化膜は、通常最大でも数μｍの厚みしか形成することは出来ず、殆どの場合１μｍ未満であるため、ガラスのような材料で支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６を形成することが必要である。この参考例では厚みを１５μｍとしたが、もっと厚くすることも出来る。支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６の厚みとしては１０μｍ以上が望ましく、２０μｍ以上とすることが望ましい。また、支持体に用いるガラス材料は、半導体基板に近い熱膨張係数を有しているものが望ましく、耐熱衝撃性、被覆封着温度、電気的特性、ガラス中の電荷、密着性の点で優れるものが望ましく、加えて、半導体表面に悪影響を与えるアルカリ成分等の不純物を含まないものが好ましい。また、引っ張り強度、量産性、クラックの発生しにくさの点で優れているものが望ましい。さらに、支持体は環境に優しい材料としてもよく、鉛フリーガラス等も望ましい。

なお、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６は、絶縁膜１１、１２、１３、１４よりも高く（厚く）、かつハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２よりも（低く）薄く形成し、さらに好ましくはハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２よりもわずかに低くなるようにする。これは、後述するように、電極端子３１、３２が傾いて半導体基板１００に接触して設けられることを防止するために、電極端子３１、３２下方から支持可能な高さ（厚さ）、すなわち絶縁膜１１、１２、１３、１４よりも高く（厚く）することが好ましいからである。くわえて、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２の上面から突き出した支持体４２、４５が、電極端子３１、３２にハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２が付着することを阻害しないように、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２を低く（薄く）することが好ましいことによる。

ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２は、Ｐ型導電領域である第２導電型の第２導電領域２、Ｐ型導電領域である第２導電型の第３導電領域３を形成した領域上に、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６を覆うようにほぼ平坦に形成されている。なお、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２を半導体基板１００の表面に印刷して設ける際には、上述の理由により、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６がその内部に隠れる程度の厚さとなるようにする。

なお、以上の参考例において、ハンダ以外の導電材、例えば、導電性接着剤等を用いて電極端子を接合してもよい。導電性接着剤等を用いた場合、導電剤において応力吸収が可能になることに加え、低温で接合することが可能になる。また、支持体を接着剤で半導体に接合してもよい。ここで用いる接着剤としては、等方導電性接着剤、異方導電性接着剤、耐熱性接着剤、リサイクル性接着剤等が望ましい。

以上の構成を有する半導体装置の動作は、支持体４２、４５が電流の流れを阻害することはないように小さく設けられるため、従来構造と比較して略同等の電気的特性を実現出来る。

また、電極端子３１、３２を半導体基板１００に設ける手順は、概ね以下のようになる。すなわち、最初に半導体基板１００の表面にあらかじめ支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６およびハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２を設けておく。次に、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２上に電極端子３１、３２を載置する。そして、半導体基板１００をリフロー炉に入れ、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２を溶融して電極端子３１、３２に付着させる。その後、モールド樹脂で封止して、電極端子の捻じ曲げ加工を行って全体の大きさを小さくする。

ところで、ハンダである第２導電材２１、ハンダである第３導電材２２上に電極端子３１、３２を載置する際に、いずれかの方向に位置ずれした状態で載置される場合がある。しかし、半導体装置においては、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６をあらかじめ設けているので、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６がこれらの電極端子を下方から支持して、電極端子が大きく傾いて電極端子と半導体基板１００が接触することを防止出来る。

以上のように、参考例の半導体装置は、支持体４１、４２、４３、４４、４５、４６を設けたことによって、電極端子３１、３２を半導体基板１００に設ける際に、これらの電極端子が大きく傾いて半導体基板１００に接触した状態のままで設けられることを防止出来る。また、支持体４２、４５は、半導体基板１００の表面の小さな領域に設けたので、半導体装置の電気的特性に大きな影響を与えることがない。場合によっては、支持体４２、４５は形成しなくてもよい。また、板状の電極端子に代えて、例えばプリント基板上にそのまま半導体基板１００を実装することも出来る。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。１、５は半導体基板１００の導電領域でＮ型導電領域、２はＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域、３はＰ型導電領域である第２導電型の第３導電領域、８１はＰ型導電領域である第２導電型の第１導電領域、２１はハンダである第２導電材、２２はハンダである第３導電材、１４２はハンダである第１導電材、３１、３２は電極端子、２００は樹脂モールド部、９１、９２、９３、９４、９５、９６は支持体、１０１、１０２、１０５、１０６は支持体である第２支持体、１０３は支持体である第１支持体である。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、参考例の半導体装置と異なりＰＮ接合が同一極性で直列接続されている。半導体基板１００の露出面に支持体を形成する基本的なところはこれまでと変わるところはない。

上記の本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置によれば、支持体９１、９２、９３、９４、９５、９６を設けることで、電極端子３１、３２が半導体基板１００に接触した状態のままで設けられることを防止することが出来る。

くわえて、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。１、５は半導体基板１００の導電領域でＮ型導電領域、１２１、１２８は半導体基板３００の導電領域でＮ型導電領域、２、１２２はＰ型導電領域である第２導電型の第２導電領域、３、１２３はＰ型導電領域である第２導電型の第３導電領域、８１、８２はＰ型導電領域である第２導電型の第１導電領域、２１はハンダである第２導電材、２２はハンダである第３導電材、１３１はハンダである第４導電材、１３２はハンダである第５導電材、１４２はハンダである第１導電材、３１、３２は電極端子、２００は樹脂モールド部、９１、９２、９３、９４、９５、９６は支持体、１０１、１０２、１０４、１０５、１０６、１０７は支持体である第２支持体、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６は支持体である第３支持体、１５１、１５２、１５４、１５５は支持体である第4支持体、１５３は支持体である第１支持体である。

本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置は、第１の実施の形態に係る半導体装置を複数積層しており、半導体基板１００の露出面に支持体を形成する基本的なところはこれまでと変わるところはない。

上記の本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置によれば、支持体９１、９２、９３、９４、９５、９６を設けることで、電極端子３１、３２が半導体基板１００に接触した状態のままで設けられることを防止することが出来る。

また、電極端子３１、３２に支持体を設けるようにすることも可能である。

参考例の半導体装置を示す説明図である。従来技術に係る双方向型バリスタを示す断面図であり、電極端子がシリコン基板に正しく設けられた半導体装置の断面図である。従来技術に係る双方向型バリスタを示す断面図であり、電極端子がシリコン基板に接触して設けられた半導体装置の断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。

１Ｎ型導電領域
２第２導電型の第２導電領域（Ｐ型導電領域）
３第２導電型の第３導電領域（Ｐ型導電領域）
５Ｎ型導電領域
１１絶縁膜
１２絶縁膜
１３絶縁膜
１４絶縁膜
２１第２導電材（ハンダ）
２２第３導電材（ハンダ）
３１電極端子
３２電極端子
４１支持体
４２支持体
４３支持体
４４支持体
４５支持体
４６支持体
８１第２導電型の第１導電領域（Ｐ型導電領域）
８２第２導電型の第１導電領域（Ｐ型導電領域）
９１支持体
９２支持体
９３支持体
９４支持体
９５支持体
９６支持体
１００半導体基板
１０１第２支持体
１０２第２支持体
１０３第１支持体
１０４第２支持体
１０５第２支持体
１０６第２支持体
１０７第２支持体
１１１第３支持体
１１２第３支持体
１１３第３支持体
１１４第３支持体
１１５第３支持体
１１６第３支持体
１２１Ｎ型導電領域
１２２第２導電型の第２導電領域（Ｐ型導電領域）
１２３第２導電型の第３導電領域（Ｐ型導電領域）
１２８Ｎ型導電領域
１３１第４導電材（ハンダ）
１３２第５導電材（ハンダ）
１４２第１導電材（ハンダ）
１５１第４支持体
１５２第４支持体
１５３第１支持体
１５４第４支持体
１５５第４支持体
２００樹脂モールド部
３００半導体基板

Claims

第１導電型の半導体基板の表面から裏面に亘って設けられた第１導電型と反対の第２導電型の第１導電領域と、
前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置に設けられた第２導電型の第２導電領域と、
前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置に設けられた第２導電型の第３導電領域と、
前記第３導電領域の露出面上で電極端子を接続するための第３導電材と、
前記半導体基板の裏面において、前記第２導電領域に対向する一方の位置において露出する面上で電極端子を接続するための第２導電材と、
前記半導体基板の表面において、前記第２導電領域の露出面上及び前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出する面上に、前記第１導電領域と絶縁された状態で延在する第１導電材と、
前記第２導電領域の露出面上及び前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出している面上で突出する第２支持体と、
前記絶縁状態を保つべく、前記第１導電領域の露出面を覆う絶縁性の第１支持体とを備えることを特徴とする半導体装置。
第１導電型の半導体基板と、
該半導体基板の表面から裏面に亘って設けられた第１導電型と反対の第２導電型の第１導電領域と、
前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置に設けられた第２導電型の第２導電領域と、
前記半導体基板の表面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置において露出した第１露出領域と、
前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ他方の位置に設けられた第２導電型の第３導電領域と、
前記半導体基板の裏面において、前記第１導電領域を挟んだ一方の位置において露出した第２露出領域と、から成る構成をそれぞれ有する第１半導体基板構成および第２半導体基板構成と、
第１半導体基板構成上に第２半導体基板構成が搭載されるべく、前記第１半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上と前記第２半導体基板構成における前記第２露出面上との対向する間に設けられた第４導電材と、
前記第１半導体基板構成における前記第１露出面上と前記第２半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上との対向する間に設けられた第５導電材と、
前記第１半導体基板構成における前記第２露出面上に設けられた電極端子を接続するための第２導電材と、
前記第１半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上に設けられた電極端子を接続するための第３導電材と、
前記第２半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出する面上に、前記第１導電領域と絶縁された状態で延在する第１導電材と、
前記第１半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出する面上で突出する第２支持体と、
前記第２半導体基板構成における前記第３導電領域の露出面上及び前記第２露出領域の露出している面上で突出する第３支持体と、
前記第２半導体基板構成における前記絶縁状態を保つべく、前記第１導電領域の露出面を覆う絶縁性の第１支持体とを備えることを特徴とする半導体装置。
前記第２半導体基板構成における前記第２導電領域の露出面上及び前記第１露出領域の露出している面上で突出する第４支持体を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。