JP4873002B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、IGBT(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)とフリーホイールダイオード(単にダイオードという)とが同チップ内に形成される半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which an IGBT (insulated gate field effect transistor) and a free wheel diode (simply referred to as a diode) are formed in the same chip.

従来、IGBTとダイオードとを同チップに備えた半導体装置では、ダイオード形成領域にカソード層となるn+型層を形成し、IGBT形成領域にコレクタ層となるp+型層を形成する(例えば、特許文献1参照)。このような構造の半導体装置では、薄膜状態でハンドリングを行うと割れなどが生じることから、以下のような製造方法を用いて製造している。図13および図14は、従来のIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造工程を示す断面図である。 Conventionally, in a semiconductor device including an IGBT and a diode on the same chip, an n + type layer serving as a cathode layer is formed in the diode formation region, and a p + type layer serving as a collector layer is formed in the IGBT formation region (for example, Patent Document 1). The semiconductor device having such a structure is manufactured using the following manufacturing method because cracking or the like occurs when handling in a thin film state. 13 and 14 are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device in which a conventional IGBT and a diode are integrated.

図13(a)に示すように、まず、200μm以上で反りのないFZ基板等のn型半導体基板J1を用意し、このn型半導体基板J1の主表面上に酸化膜J2を形成したのち、酸化膜J2をパターニングして所望位置に開口パターンを形成する。この酸化膜J2に形成した開口パターンに、p型不純物のイオン注入を行って外周領域のp型拡散層J3やp型ガードリング層J4を形成する。また、この開口パターンは以降のパターニングにおけるアライメントターゲットとなる。   As shown in FIG. 13A, first, after preparing an n-type semiconductor substrate J1 such as an FZ substrate having a warp of 200 μm or more and forming an oxide film J2 on the main surface of the n-type semiconductor substrate J1, The oxide film J2 is patterned to form an opening pattern at a desired position. P-type impurity ions are implanted into the opening pattern formed in the oxide film J2 to form the p-type diffusion layer J3 and the p-type guard ring layer J4 in the outer peripheral region. Further, this opening pattern becomes an alignment target in the subsequent patterning.

次に、図13(b)に示すように、p型ベース領域J5を形成したのち、IGBT形成領域にトレンチゲート構造J6を形成したり、ゲート配線J7やエミッタ電極J8などを形成することでMOSデバイスを形成する。   Next, as shown in FIG. 13B, after the p-type base region J5 is formed, the trench gate structure J6 is formed in the IGBT formation region, or the gate wiring J7, the emitter electrode J8, etc. are formed to form the MOS. Form the device.

そして、図13(c)に示すように、n型半導体基板J1の主表面側(MOSデバイスを形成した側)に接着剤等を介してサポート基盤J10を貼り付けた後、図13(d)に示すように、n型半導体基板J1を裏面側から薄膜化することで所望厚さとする。このとき、n型半導体基板J1が薄膜化されるが、サポート基盤J10が貼り付けられているため、薄膜状態でハンドリングが行われることはない。また、このような薄膜化の手法として、例えばグラインドやウェットエッチングなどによる薄膜化が考えられるが、グラインドで行った場合には多量のパーティクルが発生することとなる。   Then, as shown in FIG. 13C, after the support base J10 is attached to the main surface side (side on which the MOS device is formed) of the n-type semiconductor substrate J1 via an adhesive or the like, FIG. As shown in FIG. 4, the n-type semiconductor substrate J1 is thinned from the back surface side to obtain a desired thickness. At this time, the n-type semiconductor substrate J1 is thinned, but since the support base J10 is attached, handling is not performed in a thin film state. Further, as such a thinning method, for example, thinning by grinding or wet etching can be considered. However, when grinding is performed, a large amount of particles are generated.

続いて、図14(a)に示すように、n型半導体基板J1の裏面側からn型不純物をイオン注入する。その後、図14(b)に示すように、マスクを配置したのちそれをパターニングして所望位置を開口させ、開口部からp型不純物を注入する工程と、マスクを配置したのちそれをパターニングして所望位置を開口させ、開口部からn型不純物を注入する工程を行ったのち、アニールすることで、FS(フィールドストップ)層J11に加え、p++型コレクタ層J12、n++型カソード層(第1導電型層)J13を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 14A, n-type impurities are ion-implanted from the back side of the n-type semiconductor substrate J1. Then, as shown in FIG. 14B, after arranging the mask, it is patterned to open a desired position, and a p-type impurity is implanted from the opening, and after arranging the mask, it is patterned. After opening a desired position and injecting an n-type impurity from the opening, annealing is performed, so that in addition to the FS (field stop) layer J11, a p ++ type collector layer J12, an n ++ type cathode layer (First conductivity type layer) J13 is formed.

次に、図14(c)に示すように、p++型コレクタ層J12およびn++型カソード層J13に接する裏面電極J14を形成したのち、図14(d)に示すように、サポート基盤J10を剥がす。これにより、IGBTとダイオードとを同チップに備えた半導体装置が完成する。
特開2005−57235号公報
Next, as shown in FIG. 14C, after forming the back electrode J14 in contact with the p ++ type collector layer J12 and the n ++ type cathode layer J13, as shown in FIG. Remove J10. Thereby, a semiconductor device including the IGBT and the diode on the same chip is completed.
JP 2005-57235 A

しかしながら、上記のような従来の製造方法によると、n型半導体基板J1の主表面側にMOSデバイスを形成してからFS層J11に加え、p++型コレクタ層J12、n++型カソード層J13を形成している。このため、これらを形成するためのn型不純物もしくはp型不純物のイオン注入後に行うアニールをレーザアニールによってしか行えなくなる。すなわち、n型半導体基板J1の主表面側に保護膜や配線構造が備えられており、例えばポリイミドで構成される保護膜は350℃、Alにて構成される配線構造は490℃、サポート基盤J10の接着層は200℃までしか高温に耐えられないため、基板全体が高温になるようなアニールは行えず、裏面のみ局所的に高温化できるレーザアニールしか選択できない。 However, according to the conventional manufacturing method as described above, after forming the MOS device on the main surface side of the n-type semiconductor substrate J1, in addition to the FS layer J11, the p ++ type collector layer J12, the n ++ type cathode layer J13 is formed. For this reason, annealing performed after ion implantation of n-type impurities or p-type impurities for forming them can be performed only by laser annealing. That is, a protective film and a wiring structure are provided on the main surface side of the n-type semiconductor substrate J1, for example, the protective film made of polyimide is 350 ° C., the wiring structure made of Al is 490 ° C., and the support base J10. Since the adhesive layer can only withstand high temperatures up to 200 ° C., it cannot be annealed so that the entire substrate becomes high temperature, and only laser annealing that can locally raise the temperature only on the back surface can be selected.

そして、レーザアニールは、瞬間的なアニールのため、注入された不純物を活性化することはできるが、拡散することができないため、耐圧リークを起こし易い。特に、上述したようにn型半導体基板J1の裏面側からの薄膜化をグラインドで行う場合には、多量のパーティクルが発生し、これがイオン注入時に遮蔽する役割を果たしてしまい、FS層J11、p++型コレクタ層J12、n++型カソード層J13の欠損を生じさせ、上記のような耐圧リークを発生させ易くする。 Since laser annealing is instantaneous annealing, the implanted impurities can be activated, but cannot be diffused, so that a withstand voltage leak is likely to occur. In particular, as described above, when the thinning from the back side of the n-type semiconductor substrate J1 is performed by grinding, a large amount of particles are generated, which plays a role of shielding at the time of ion implantation, and the FS layers J11, p + Defects in the + type collector layer J12 and the n ++ type cathode layer J13 are generated, and the breakdown voltage leakage as described above is easily generated.

本発明は上記点に鑑みて、レーザアニール以外のアニールも行え、かつ、薄膜状態でのハンドリングを行わなくて済む半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can perform annealing other than laser annealing and does not require handling in a thin film state.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、主表面および該主表面と反対側となる裏面を有する第1導電型の半導体基板(30)を用意する工程と、半導体基板(30)における裏面に対して、コレクタ層(1a)および第1導電型層(1b)を形成する工程と、半導体基板(30)におけるコレクタ層(1a)および第1導電型層(1b)側にサポート基盤(33)を接合する工程と、サポート基盤(33)にて支持した状態で半導体基板(30)の主表面側を薄膜化する工程と、サポート基盤(33)にて支持した状態で薄膜化した半導体基板(30)の主表面に、ベース領域(3)、エミッタ領域(5)、トレンチ(4)、ゲート絶縁膜(6)、ゲート電極(7)および上部電極(12)を形成する工程と、複数のヒートシンク(107)が備えられたヒートシンク基板(34)を用意し、該ヒートシンク基板(34)における各ヒートシンク(107)を上部電極(12)に対して接合することにより、半導体基板(30)にヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程と、サポート基盤(33)を半導体基板(30)から分離したのち、複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程と、チップ単位に分けられたヒートシンク(107)が備えられた状態で半導体基板(30)をチップ単位にダイシングして半導体チップ(106)を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a step of preparing a first conductivity type semiconductor substrate (30) having a main surface and a back surface opposite to the main surface; and a semiconductor substrate (30 ), A step of forming the collector layer (1a) and the first conductivity type layer (1b) on the back surface, and a support on the collector layer (1a) and first conductivity type layer (1b) side of the semiconductor substrate (30) The step of bonding the substrate (33), the step of thinning the main surface side of the semiconductor substrate (30) while being supported by the support substrate (33), and the thinning while being supported by the support substrate (33) Forming a base region (3), an emitter region (5), a trench (4), a gate insulating film (6), a gate electrode (7) and an upper electrode (12) on the main surface of the semiconductor substrate (30). And multiple heat A heat sink substrate (34) provided with a core (107) is prepared, and each heat sink (107) in the heat sink substrate (34) is bonded to the upper electrode (12), whereby the heat sink is attached to the semiconductor substrate (30). A step of attaching the substrate (34), a step of separating the support base (33) from the semiconductor substrate (30), and then dividing the plurality of heat sinks (107) into chips, and a heat sink (107) divided into chips. And a step of dicing the semiconductor substrate (30) in chip units to form the semiconductor chip (106).

このような製造方法によれば、MOSデバイス形成前にIGBT形成領域におけるコレクタ層(1a)およびダイオード形成領域における第1導電型層(1b)を形成しているため、レーザアニール以外のアニールも行える。また、MOSデバイス形成前にサポート基盤(33)を接合しているため、薄膜状態でのハンドリングを行わなくて済む。さらに、サポート基盤(33)を取り除く前にヒートシンク基板(34)を貼り付けているため、サポート基盤(33)を取り除いても薄膜状態でのハンドリングを行わなくても済むようにできる。   According to such a manufacturing method, since the collector layer (1a) in the IGBT formation region and the first conductivity type layer (1b) in the diode formation region are formed before forming the MOS device, annealing other than laser annealing can be performed. . Further, since the support base (33) is bonded before forming the MOS device, handling in a thin film state is not necessary. Furthermore, since the heat sink substrate (34) is attached before removing the support base (33), it is not necessary to handle in the thin film state even if the support base (33) is removed.

また、請求項に記載の発明においては、ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、ヒートシンク基板(34)として、分割された状態の複数のヒートシンク(107)が板状の基台(34a)に貼り付けられているものを用い、複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程において、基台(34a)から複数のヒートシンク(107)を分離することによりチップ単位に分け、半導体チップ(106)を形成する工程では、複数のヒートシンク(107)の間において、ダイシングを行うことができるIn the first aspect of the invention , in the step of attaching the heat sink substrate (34), a plurality of divided heat sinks (107) are provided as plate-shaped bases (34a) as the heat sink substrate (34). In the step of dividing the plurality of heat sinks (107) into chips by using the one attached to the semiconductor chip (106 ), the plurality of heat sinks (107) are separated from the base (34a) and divided into chips. In the step of forming a), dicing can be performed between the plurality of heat sinks (107) .

この場合、請求項に記載したように、ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、基台(34a)として、複数のヒートシンク(107)の配置場所と対応する位置に凹部(34b)が形成されているものを用いると共に、凹部(34b)内に各ヒートシンク(107)を配置することでヒートシンク基板(34)を構成し、複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程において、冷却処理を行うことで、基台(34a)と複数のヒートシンク(107)との熱膨張係数差に基づいて基台(34a)から複数のヒートシンク(107)を分離することができる。 In this case, as described in claim 2 , in the step of attaching the heat sink substrate (34), the recess (34b) is formed as a base (34a) at a position corresponding to the location of the plurality of heat sinks (107). In the process of forming the heat sink substrate (34) by disposing each heat sink (107) in the recess (34b) and dividing the plurality of heat sinks (107) into chips, cooling processing is performed. By doing so, the plurality of heat sinks (107) can be separated from the base (34a) based on the difference in thermal expansion coefficient between the base (34a) and the plurality of heat sinks (107).

さらに、請求項に記載の発明のように、ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、ヒートシンク基板(34)として、分割された状態の複数のヒートシンク(107)が板状の基台(34a)に貼り付けられているものを用い、複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程において、半導体基板(30)をダイシングする際に、複数のヒートシンク(107)の間において、基台(34a)を同時にダイシングすることによりチップ単位に分けることもできる。 Further, as in the invention described in claim 3 , in the step of attaching the heat sink substrate (34), a plurality of divided heat sinks (107) are formed as plate-shaped bases (34a) as the heat sink substrate (34). In the step of dividing the plurality of heat sinks (107) into chips by using what is affixed to the base plate (34a ) between the plurality of heat sinks (107) when dicing the semiconductor substrate (30). ) Can be divided into chips by dicing at the same time.

請求項に記載の発明では、ダイシングによって半導体チップ(106)を形成したのち、該ダイシングを行ったままの状態でヒートシンク(107)および半導体基板(30)を粘着テープ(35)に貼り付け、その後、該粘着テープ(35)をエクスパンドすることによって半導体チップ(106)同士の間の距離を広げる工程を含んでいることを特徴としている。
In the invention according to claim 4, after the semiconductor chip (106) is formed by dicing, the heat sink (107) and the semiconductor substrate (30) are pasted to the adhesive tape (35) while the dicing is performed. Then, the process includes expanding the distance between the semiconductor chips (106) by expanding the adhesive tape (35).

このよう、粘着テープ(35)のエクスパンドによって各半導体チップ(106)の間隔をほぼ均等に広げることができる。この間隔を確保した状態で各半導体チップ(106)をモールド樹脂(115)にて封止すれば、半導体チップ(106)の間隔拡大によってダイマウントの容易化が可能になると共に、半導体チップ(106)の絶縁耐圧を確保することが可能となる。   In this manner, the intervals between the semiconductor chips (106) can be increased substantially uniformly by expanding the adhesive tape (35). If each semiconductor chip (106) is sealed with the mold resin (115) in a state where this distance is secured, die mounting can be facilitated by increasing the distance between the semiconductor chips (106), and the semiconductor chip (106). ) Can be ensured.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、三相モータを駆動するインバータ回路のスイッチング素子としてIGBTとダイオードとが一体化された半導体素子が適用される場合を例に挙げて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a case where a semiconductor element in which an IGBT and a diode are integrated is applied as a switching element of an inverter circuit that drives a three-phase motor will be described as an example.

図1は、本実施形態の半導体装置に備えられる半導体素子がスイッチング素子として適用されるインバータ回路の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter circuit to which a semiconductor element provided in the semiconductor device of this embodiment is applied as a switching element.

この図に示されるように、電源からの電圧Vccが印加される電源ライン100とGNDに接続されるGNDライン101との間に2つの半導体素子102が直列接続されて構成されるU相、V相、W相の3回路が備えられている。各半導体素子102は、nチャネルタイプのIGBT103と、IGBT103のコレクタにカソードが接続されると共にエミッタにアノードが接続されたダイオード104を備えた構成とされている。そして、各相では、上側アームのIGBT103のコレクタおよびダイオードのカソードが電源ライン100に接続されると共に、下側アームのIGBT103のエミッタおよびダイオード104のアノードがGNDライン101に接続され、上側アームのIGBT103のエミッタおよびダイオード104のアノードと下側アームのIGBT103のコレクタとダイオード104のカソードが接続された接続形態とされ、下側アームと上側アームの間がそれぞれ三相モータ105に対して電気的に接続されている。   As shown in this figure, a U-phase, V phase constituted by two semiconductor elements 102 connected in series between a power supply line 100 to which a voltage Vcc from a power supply is applied and a GND line 101 connected to GND. Three circuits of phase and W phase are provided. Each semiconductor element 102 includes an n-channel type IGBT 103 and a diode 104 having a cathode connected to the collector of the IGBT 103 and an anode connected to the emitter. In each phase, the collector of the IGBT 103 in the upper arm and the cathode of the diode are connected to the power supply line 100, and the emitter of the IGBT 103 in the lower arm and the anode of the diode 104 are connected to the GND line 101. The collector of the IGBT 104 and the collector of the IGBT 103 of the lower arm and the cathode of the diode 104 are connected, and the lower arm and the upper arm are electrically connected to the three-phase motor 105 respectively. Has been.

このような構成のインバータ回路における各相それぞれに備えられた2つの半導体素子102(例えば、図中に破線で示したようにU層の2つの半導体素子102)をモジュール化して1つの半導体装置が構成されている。   Two semiconductor elements 102 (for example, two semiconductor elements 102 in the U layer as shown by broken lines in the figure) provided in each phase in the inverter circuit having such a configuration are modularized to form one semiconductor device. It is configured.

図2は、半導体素子102の構造例を示した断面図である。図3は、半導体素子102が形成された半導体チップ106の上面図である。また、図4は、半導体装置の詳細構造を示した図であり、(a)はレイアウト図、(b)は(a)の上面図、(c)は(a)の底面図、(d)は(a)のA−A’断面図、(e)は(a)のB−B’断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of the semiconductor element 102. FIG. 3 is a top view of the semiconductor chip 106 on which the semiconductor element 102 is formed. 4A and 4B are diagrams showing a detailed structure of the semiconductor device, where FIG. 4A is a layout diagram, FIG. 4B is a top view of FIG. 4A, FIG. 4C is a bottom view of FIG. (A) is AA 'sectional drawing, (e) is BB' sectional drawing of (a).

図2に示すように、本実施形態の半導体装置には、IGBT103が備えられるセル領域とその外周を囲むように構成された外周領域が形成されている。p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層(第1導電型層)1bの表面に、高濃度のn型不純物層で構成されたFS層(フィールドストップ層)2aが備えられていると共に、このFS層2aの上にp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bやFS層2aよりも低不純物濃度で構成されたn-型ドリフト層2が備えられている。FS層2aは、必ずしも必要なものではないが、空乏層の広がりを防ぐことで耐圧と定常損失の性能向上を図ると共に、基板裏面側から注入されるホールの注入量を制御するために備えてある。 As shown in FIG. 2, in the semiconductor device of this embodiment, a cell region provided with the IGBT 103 and an outer peripheral region configured to surround the outer periphery thereof are formed. An FS layer (field stop layer) 2a composed of a high-concentration n-type impurity layer is provided on the surfaces of the p ++ type collector layer 1a and the n ++ type cathode layer (first conductivity type layer) 1b. At the same time, on the FS layer 2a, the p ++ type collector layer 1a, the n ++ type cathode layer 1b and the n type drift layer 2 having a lower impurity concentration than the FS layer 2a are provided. The FS layer 2a is not necessarily required, but is provided for improving the breakdown voltage and steady loss performance by preventing the depletion layer from spreading and for controlling the injection amount of holes injected from the back side of the substrate. is there.

そして、セル領域において、n-型ドリフト層2の表層部には、所定厚さのp型ベース領域3が形成されている。さらに、セル領域におけるIGBT形成領域には、p型ベース領域3を貫通してn-型ドリフト層2まで達するように複数個のトレンチ4が形成されており、このトレンチ4によってp型ベース領域3が複数個に分離されている。具体的には、トレンチ4は複数個所定のピッチ(間隔)で形成されており、図1の奥行き方向(紙面垂直方向)において各トレンチ4が平行に延設されたストライプ構造、もしくは並行に延設されたのちその先端部において引き回されることで環状構造とされている。そして、環状構造とされる場合、各トレンチ4が構成する環状構造は複数本ずつを1組として多重リング構造が構成され、隣接する多重リング構造同士の長手方向が平行となるように配置されている。 In the cell region, a p-type base region 3 having a predetermined thickness is formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2. Further, in the IGBT formation region in the cell region, a plurality of trenches 4 are formed so as to penetrate the p-type base region 3 and reach the n -type drift layer 2, and the trench 4 forms the p-type base region 3. Are separated into a plurality. Specifically, a plurality of trenches 4 are formed at a predetermined pitch (interval), and a stripe structure in which each trench 4 extends in parallel in the depth direction of FIG. After being installed, it is drawn around at the tip thereof to form an annular structure. And when it is set as an annular structure, the annular structure which each trench 4 comprises is arranged so that the longitudinal direction of adjacent multiple ring structures may become parallel, and a multiple ring structure may be constituted by making a plurality of sets one by one. Yes.

隣接するトレンチ4によってp型ベース領域3が複数に分割された状態となるが、少なくともその一部は、チャネル領域を構成するチャネルp層3aとなり、このチャネルp層3aの表層部に、n+型エミッタ領域5が形成されている。なお、本実施形態では、分割された各p型ベース領域3がチャネルp層3aとなる場合を図示してあるが、そのうちの一部がn+型エミッタ領域5が形成されないフロート層とされても良い。 The p-type base region 3 is divided into a plurality of parts by the adjacent trenches 4, but at least a part of the p-type base region 3 becomes a channel p layer 3 a constituting the channel region, and n + A mold emitter region 5 is formed. In the present embodiment, the case where each divided p-type base region 3 becomes the channel p layer 3a is illustrated, but a part of the p-type base region 3 is a float layer in which the n + -type emitter region 5 is not formed. Also good.

+型エミッタ領域5は、n-型ドリフト層2よりも高不純物濃度で構成され、p型ベース領域3内において終端しており、かつ、トレンチ4の側面に接するように配置されている。より詳しくは、トレンチ4の長手方向に沿って棒状に延設され、トレンチ4の先端よりも内側で終端した構造とされている。 The n + -type emitter region 5 has a higher impurity concentration than the n -type drift layer 2, terminates in the p-type base region 3, and is disposed in contact with the side surface of the trench 4. More specifically, the structure extends in the shape of a rod along the longitudinal direction of the trench 4 and terminates inside the tip of the trench 4.

各トレンチ4内は、各トレンチ4の内壁表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜6と、このゲート絶縁膜6の表面に形成されたドープトPoly−Si等により構成されるゲート電極7とにより埋め込まれている。   Each trench 4 includes a gate insulating film 6 formed so as to cover the inner wall surface of each trench 4 and a gate electrode 7 formed of doped Poly-Si or the like formed on the surface of the gate insulating film 6. Embedded.

これらのうち、ゲート電極7は、図1とは別断面において互いに電気的に接続され、絶縁膜8上に形成されたドープトPoly−Si層9に接続されている。そして、ドープトPoly−Si層9上の層間絶縁膜10にはコンタクトホール10aが形成されており、このコンタクトホール10aを通じてドープトPoly−Si9とゲート電圧が印加されるゲート配線11とが接続されることで、各ゲート電極7とゲート配線11とが導通させられている。   Among these, the gate electrode 7 is electrically connected to each other in a cross section different from that in FIG. 1 and is connected to a doped Poly-Si layer 9 formed on the insulating film 8. A contact hole 10a is formed in the interlayer insulating film 10 on the doped Poly-Si layer 9, and the doped Poly-Si 9 and the gate wiring 11 to which a gate voltage is applied are connected through the contact hole 10a. Thus, each gate electrode 7 and the gate wiring 11 are electrically connected.

さらに、n+型エミッタ領域5およびチャネルp層3aは、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10bを通じて上部電極12と電気的に接続されており、上部電極12とゲート配線11とは保護膜13などによって電気的に分離されている。そして、p++型コレクタ層1aの裏面側に下部電極14が形成されることにより、IGBT103が構成されている。 Furthermore, the n + -type emitter region 5 and the channel p layer 3a are electrically connected to the upper electrode 12 through a contact hole 10b formed in the interlayer insulating film 10, and the upper electrode 12 and the gate wiring 11 are protected from each other. 13 or the like. The IGBT 103 is configured by forming the lower electrode 14 on the back surface side of the p ++ type collector layer 1a.

また、セル領域におけるダイオード形成領域では、n++型カソード層1bと対応する位置においてトレンチ4が形成されていないため、p型ベース領域3をアノードとし、n-型ドリフト層2、n+型FS層2aおよびn++型カソード層1bをカソードとしてPN接合されたダイオード104が構成されている。このダイオード104におけるアノードとなるp型ベース領域3は、上部電極12と電気的に接続されており、カソードの一部となるn++型カソード層1bは、下部電極14と電気的に接続されている。 Further, in the diode formation region in the cell region, the trench 4 is not formed at a position corresponding to the n ++ type cathode layer 1b. Therefore, the p type base region 3 is used as an anode, the n type drift layer 2 and the n + type. A PN junction diode 104 is configured with the FS layer 2a and the n ++ type cathode layer 1b as a cathode. The p-type base region 3 serving as an anode in the diode 104 is electrically connected to the upper electrode 12, and the n ++ -type cathode layer 1 b serving as a part of the cathode is electrically connected to the lower electrode 14. ing.

このため、IGBT103とダイオード104とは、エミッタとアノードとが電気的に接続されると共に、コレクタとカソードとが電気的に接続されることで、同一チップにおいて互いに並列接続された構造とされている。   Therefore, the IGBT 103 and the diode 104 have a structure in which the emitter and the anode are electrically connected, and the collector and the cathode are electrically connected, so that they are connected in parallel in the same chip. .

一方、外周領域においては、n-型ドリフト層2の表層部において、セル領域の外周を囲むようにp型ベース領域3よりも深くされたp型拡散層20が形成されていると共に、更にp型拡散層20の外周を囲むようにp型ガードリング層21が多重リング構造として形成されている。各p型ガードリング層21は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10cを通じて、各p型ガードリング層21と対応して配置された外周電極22に対して電気的に接続されている。各外周電極22は、互いに電気的に分離されており、p型ガードリング層21と同様に多重リング構造とされている。 On the other hand, in the outer peripheral region, a p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 is formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2 so as to surround the outer periphery of the cell region. A p-type guard ring layer 21 is formed as a multiple ring structure so as to surround the outer periphery of the mold diffusion layer 20. Each p-type guard ring layer 21 is electrically connected to an outer peripheral electrode 22 arranged corresponding to each p-type guard ring layer 21 through a contact hole 10 c formed in the interlayer insulating film 10. Each outer peripheral electrode 22 is electrically isolated from each other and has a multiple ring structure like the p-type guard ring layer 21.

以上のように、本実施形態にかかるIGBT103とダイオード104とを一体化した半導体素子102が構成されている。   As described above, the semiconductor element 102 in which the IGBT 103 and the diode 104 according to the present embodiment are integrated is configured.

このように構成された半導体素子102は、図3に示すような半導体チップ106に形成されている。この図に示されるように、半導体チップ106には、複数のパッド106a〜106dが備えられている。パッド106aは、半導体チップ106における広面積を占め、IGBT103のエミッタおよびダイオード104のアノードに電気的に接続される上部電極12との接続用、パッド106bは、IGBT103のゲート配線11に対するゲート電圧印加用、パッド106cは、エミッタケルビン用であるそして、図3中に破線にて示したように、半導体チップ106の裏面全面がパッド106dとされ、IGBT103のコレクタおよびダイオード104のカソードに電気的に接続される下部電極14との接続用とされる。そして、これら各パッド106a〜106dに導体を電気的に接続することで、半導体素子102内の各部と外部との電気的な接続が図られている。   The semiconductor element 102 configured as described above is formed on a semiconductor chip 106 as shown in FIG. As shown in this figure, the semiconductor chip 106 is provided with a plurality of pads 106a to 106d. The pad 106 a occupies a large area in the semiconductor chip 106 and is used for connection to the upper electrode 12 electrically connected to the emitter of the IGBT 103 and the anode of the diode 104, and the pad 106 b is used to apply a gate voltage to the gate wiring 11 of the IGBT 103. The pad 106c is used for the emitter Kelvin. As shown by the broken line in FIG. 3, the entire back surface of the semiconductor chip 106 is a pad 106d, and is electrically connected to the collector of the IGBT 103 and the cathode of the diode 104. For connection to the lower electrode 14. Then, by electrically connecting a conductor to each of these pads 106a to 106d, electrical connection between each part in the semiconductor element 102 and the outside is achieved.

具体的には、上側アームの半導体チップ106は、図4(a)において紙面手前側が上部電極12、紙面向こう側が下部電極14を向けて配置され、図4(d)において紙面右側が上部電極12、左側が下部電極14を向けて配置されている。   Specifically, the semiconductor chip 106 of the upper arm is disposed with the upper electrode 12 on the front side of the paper and the lower electrode 14 on the other side of the paper in FIG. 4A, and the upper electrode 12 on the right side of the paper in FIG. 4D. The left electrode is arranged with the lower electrode 14 facing it.

上側アームの半導体チップ106に関しては、上部電極12に設けられたパッド106aに対してヒートシンク107が接続されると共に、ヒートシンク107が三相モータ105に接続されるリード108に接続されている。また、下部電極14に設けられたパッド106dに対してコレクタ用リード109が接続されている。さらに、ゲート配線11に設けられたパッド106bがボンディングワイヤ110を介してゲート用リード111に接続されている。そして、図4(d)の断面においてリード108が引き出されることにより三相モータ105との電気的な接続が行われ、図4(d)、(e)の断面においてコレクタ用リード109やゲート用リード111が引き出されることで下部電極14に対して電源からの電圧Vccが印加されると共にゲート配線11を通じてゲート電圧が印加できる構造とされている。   Regarding the semiconductor chip 106 of the upper arm, a heat sink 107 is connected to a pad 106 a provided on the upper electrode 12, and the heat sink 107 is connected to a lead 108 connected to the three-phase motor 105. A collector lead 109 is connected to a pad 106 d provided on the lower electrode 14. Further, the pad 106 b provided on the gate wiring 11 is connected to the gate lead 111 through the bonding wire 110. Then, the lead 108 is pulled out in the cross section of FIG. 4D, thereby making electrical connection with the three-phase motor 105. In the cross sections of FIGS. 4D and 4E, the collector lead 109 and the gate By pulling out the lead 111, a voltage Vcc from the power source is applied to the lower electrode 14 and a gate voltage can be applied through the gate wiring 11.

一方、下側アームの半導体チップ106は、上側アームの半導体チップ106と表裏が逆に配置されている。すなわち、下側アームの半導体チップ106は、図4(a)において紙面手前側が下部電極14、紙面向こう側が上部電極12を向けて配置され、図4(d)において紙面右側が下部電極14、左側が上部電極12を向けて配置されている。   On the other hand, the semiconductor chip 106 of the lower arm is disposed so that the front and back of the semiconductor chip 106 of the upper arm are reversed. That is, the semiconductor chip 106 of the lower arm is arranged with the lower electrode 14 on the front side of the paper and the upper electrode 12 on the opposite side of the paper in FIG. 4A, and the lower electrode 14 on the right side of the paper in FIG. Is arranged with the upper electrode 12 facing it.

下側アームの半導体チップ106に関しても、上側アームの半導体チップ106と同様に、上部電極12に設けられたパッド106aに対してヒートシンク107が接続されると共に、ヒートシンク107がGNDライン101に接続されるエミッタ用リード112に接続されている。また、下部電極14に設けられたパッド106dに対して三相モータ105に接続されるリード108が接続されている。さらに、ゲート配線11に設けられたパッド106bがボンディングワイヤ113を介してゲート用リード114に接続されている。そして、図4(d)の断面においてリード108が引き出されることにより三相モータ105との電気的な接続が行われ、図4(e)の断面においてゲート用リード114が引き出されることでゲート配線11を通じてゲート電圧が印加され、図4(d)、(e)とは別断面においてエミッタ用リード112が引き出されることで下部電極14をGNDに接続した構造とされている。   As for the semiconductor chip 106 of the lower arm, the heat sink 107 is connected to the pad 106 a provided on the upper electrode 12 and the heat sink 107 is connected to the GND line 101, similarly to the semiconductor chip 106 of the upper arm. It is connected to the emitter lead 112. A lead 108 connected to the three-phase motor 105 is connected to a pad 106 d provided on the lower electrode 14. Further, the pad 106 b provided on the gate wiring 11 is connected to the gate lead 114 via the bonding wire 113. Then, the lead 108 is pulled out in the cross section of FIG. 4D to make an electrical connection with the three-phase motor 105, and the gate lead 114 is pulled out in the cross section of FIG. 11, a gate voltage is applied, and the emitter lead 112 is drawn out in a cross section different from those in FIGS. 4D and 4E, whereby the lower electrode 14 is connected to GND.

そして、このような構成において、コレクタ用リード109、リード108、エミッタ用リード112およびゲート用リード111、114の各引き出し部分が突き出し、かつ、半導体チップ106の厚み方向両側において放熱性を高めるためにコレクタ用リード109、リード108およびエミッタ用リード112の表面が露出するようにモールド樹脂115にて封止されることにより、モジュール化された半導体装置が構成されている。   In such a configuration, the lead portions of the collector lead 109, the lead 108, the emitter lead 112, and the gate leads 111, 114 protrude, and in order to improve heat dissipation on both sides in the thickness direction of the semiconductor chip 106. By sealing with a mold resin 115 so that the surfaces of the collector lead 109, the lead 108 and the emitter lead 112 are exposed, a modularized semiconductor device is configured.

続いて、本実施形態のIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造方法について説明する。図5、図6は、本実施形態の半導体装置の製造工程を示した断面図である。   Then, the manufacturing method of the semiconductor device which integrated IGBT and the diode of this embodiment is demonstrated. 5 and 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment.

〔図5(a)に示す工程〕
まず、200μm以上で反りのないFZ基板等のn型シリコン基板30を用意し、このn型シリコン基板30の主表面とは反対側となる裏面にn型不純物をイオン注入すると共にアニール処理を行う。これにより、n型シリコン基板30の裏面にn+型FS層2aが形成されると共に、n型シリコン基板30のうちFS層2a以外の部分によってn-型ドリフト層2が構成される。
[Step shown in FIG. 5A]
First, an n-type silicon substrate 30 such as an FZ substrate having a warp of 200 μm or more is prepared, and n-type impurities are ion-implanted and annealed on the back surface opposite to the main surface of the n-type silicon substrate 30. . As a result, the n + -type FS layer 2a is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 30, and the n -type drift layer 2 is constituted by a portion of the n-type silicon substrate 30 other than the FS layer 2a.

〔図5(b)に示す工程〕
次に、n型シリコン基板30の裏面側、具体的にはFS層2aのうちアノード層形成予定領域が開口するマスクを用いてさらにp型不純物をイオン注入したのち、続けてカソード層形成予定領域が開口するマスクを用いてさらにn型不純物をイオン注入し、アニール処理を行うことでp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bを形成する。
[Step shown in FIG. 5B]
Next, after further ion-implanting p-type impurities using the mask on which the anode layer formation planned region of the FS layer 2a is opened, the cathode layer formation planned region is continued. Further, an n-type impurity is ion-implanted using a mask having an opening, and an annealing process is performed to form a p ++ type collector layer 1a and an n ++ type cathode layer 1b.

〔図5(c)に示す工程〕
n型シリコン基板30の裏面側、具体的にはp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bの表面にPoly−Siもしくはシリコン酸化膜(SiO2)等で構成される接合用層32を成膜する。
[Step shown in FIG. 5 (c)]
A bonding layer composed of Poly-Si or a silicon oxide film (SiO 2 ) on the back side of the n-type silicon substrate 30, specifically, the surfaces of the p ++ type collector layer 1 a and the n ++ type cathode layer 1 b. 32 is deposited.

〔図5(d)に示す工程〕
接合用層32を介して、n型シリコン基板30の裏面側に例えば厚さ500〜600μm程度のSi等で構成されるサポート基盤33を接合する。なお、ここではサポート基盤33を接合しているが、接合用層32の表面にSiをCVD法にてデポジションすること、エピタキシャル成長させること、もしくは、他の材料で構成される支持基板を貼り付けること等によって、サポート基盤33をn型シリコン基板30の裏面側に配置するようにしても良い。
[Step shown in FIG. 5 (d)]
A support substrate 33 made of, for example, Si having a thickness of about 500 to 600 μm is bonded to the back surface side of the n-type silicon substrate 30 through the bonding layer 32. Although the support base 33 is bonded here, Si is deposited on the surface of the bonding layer 32 by CVD, epitaxially grown, or a support substrate made of another material is attached. For example, the support base 33 may be disposed on the back side of the n-type silicon substrate 30.

〔図5(e)に示す工程〕
n型シリコン基板30を主表面側から研削もしくはエッチングして薄膜化する。これにより、n-型ドリフト層2として適切な厚さにし、n型シリコン基板30にてn-型ドリフト層2を構成する。
[Step shown in FIG. 5 (e)]
N-type silicon substrate 30 is thinned by grinding or etching from the main surface side. Thus, the n type drift layer 2 is formed by the n type silicon substrate 30 with an appropriate thickness as the n type drift layer 2.

〔図6(a)に示す工程〕
-型ドリフト層2の表層部に、p型拡散層20やp型ガードリング層21を形成すると共に、p型ベース領域3を形成する。また、IGBT形成領域やダイオード形成領域に、周知の手法により、トレンチ4、n+型エミッタ領域5、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、絶縁膜8、ドープトPoly−Si9、層間絶縁膜10、ゲート配線11、上部電極12および保護膜13を形成することで、MOSデバイスを形成する。また、外周領域にも、外周電極22や保護膜13を形成する。なお、本図では、MOSデバイスの構造を簡略化して記載してあるが、詳しくは図2の構造のものが複数形成された状態となっている。
[Step shown in FIG. 6A]
A p-type diffusion layer 20 and a p-type guard ring layer 21 are formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2, and a p-type base region 3 is formed. Further, the trench 4, the n + -type emitter region 5, the gate insulating film 6, the gate electrode 7, the insulating film 8, the doped Poly-Si 9, the interlayer insulating film 10, the gate are formed on the IGBT forming region and the diode forming region by a known method. By forming the wiring 11, the upper electrode 12, and the protective film 13, a MOS device is formed. Also, the outer peripheral electrode 22 and the protective film 13 are formed in the outer peripheral region. In this figure, the structure of the MOS device is shown in a simplified manner, but in detail, a plurality of structures having the structure of FIG. 2 are formed.

〔図6(b)に示す工程〕
n型シリコン基板30の主表面側、具体的には上部電極12および保護膜13の表面に複数のヒートシンク107が一体化されて板状とされたヒートシンク基板34を貼る。ヒートシンク基板34の裏面には、上部電極12と対応する部分に凸部が形成されており、上部電極12に電気的および物理的に接触させられる構造とされている。
[Step shown in FIG. 6B]
A plurality of heat sinks 107 are integrated on the main surface side of the n-type silicon substrate 30, specifically the surfaces of the upper electrode 12 and the protective film 13, and a plate-shaped heat sink substrate 34 is attached. On the back surface of the heat sink substrate 34, a convex portion is formed at a portion corresponding to the upper electrode 12, and the upper electrode 12 is brought into electrical and physical contact.

〔図6(c)に示す工程〕
n型シリコン基板30の裏面側において、サポート基盤33および接合用層32を取り除いてp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bを露出させる。このとき、ヒートシンク基板34が貼り付けられているため、MOSデバイス等が形成されたn型シリコン基板30を薄膜の状態のままハンドリングすることなく取り扱うことができる。
[Step shown in FIG. 6 (c)]
On the back side of the n-type silicon substrate 30, the support base 33 and the bonding layer 32 are removed to expose the p ++ type collector layer 1a and the n ++ type cathode layer 1b. At this time, since the heat sink substrate 34 is attached, the n-type silicon substrate 30 on which the MOS device or the like is formed can be handled without being handled in a thin film state.

この工程に関しては、どのような手法で行っても良いが、例えば、サポート基盤33および接合用層32をグラインドまたはウェットエッチングによって除去する手法などを採用できる。ウェットエッチングの場合、接合用層32をPoly−Siで構成しているのであれば、Poly−Si面が出たら自動的にエッチングを止め、その後、Poly−SiとSiO2とを選択エッチングすることで精度良く、サポート基盤33および接合用層32を除去することができる。また、サポート基盤33および接合用層32をスライスカット、スマートカット、エルトラン、レーザーリフトオフなどの手法で除去することもできる。 For this step, any method may be used. For example, a method of removing the support substrate 33 and the bonding layer 32 by grinding or wet etching may be employed. In the case of wet etching, if the bonding layer 32 is made of Poly-Si, the etching is automatically stopped when the Poly-Si surface comes out, and then the poly-Si and SiO 2 are selectively etched. Thus, the support base 33 and the bonding layer 32 can be removed with high accuracy. In addition, the support base 33 and the bonding layer 32 can be removed by a technique such as slice cut, smart cut, eltran, or laser lift-off.

〔図6(d)に示す工程〕
++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bの表面に、下部電極14を形成する。そして、最後に、ヒートシンク基板34ごとMOSデバイスが形成されたn型シリコン基板30をダイシングカットすることにより、チップ単位に分割する。これにより、図4(d)、(e)における半導体チップ106上にヒートシンク107が接合された構造が完成する。なお、ヒートシンク基板34のうち、上部電極12と対応する箇所以外、具体的にはゲート配線11の露出箇所(パッド106b)と対応する部分を開口させておけばダイシングカットによってチップ単位に分割するだけで良いが、ゲート配線11と対応する部分を開口させていない場合には、チップ単位に分割する前に、ゲート配線11の露出箇所と対応する部分を露出させるためにヒートシンク基板34を予めダイシングカットする工程を行っても良い。
[Step shown in FIG. 6 (d)]
Lower electrodes 14 are formed on the surfaces of the p ++ type collector layer 1a and the n ++ type cathode layer 1b. Finally, the n-type silicon substrate 30 on which the MOS device is formed together with the heat sink substrate 34 is diced and divided into chips. As a result, a structure in which the heat sink 107 is bonded onto the semiconductor chip 106 in FIGS. 4D and 4E is completed. In addition, if the part corresponding to the exposed part (pad 106b) of the gate wiring 11 other than the part corresponding to the upper electrode 12 in the heat sink substrate 34 is opened, it is only divided into chips by dicing cut. However, if the portion corresponding to the gate wiring 11 is not opened, the heat sink substrate 34 is diced and cut in advance in order to expose the portion corresponding to the exposed portion of the gate wiring 11 before dividing into chips. You may perform the process to do.

この後の工程に関しては図示しないが、ゲート配線11へのゲート電圧印加用のパッド106bとゲート用リード111とをボンディングワイヤ110にて接合する。また、上側アームの半導体素子102が形成された半導体チップ106の下部電極14に対してコレクタ用リード109を接合する。また、上側アームの半導体素子102が形成された半導体チップ106の上部電極12および下側アームの半導体素子102が形成された半導体チップ106の下部電極14にリード108を接合する。さらに、下側アームの半導体素子102が形成された半導体チップ106の上部電極12にエミッタ用リード112を接続する。そして、樹脂成形等を行ってモールド樹脂115にて封止することにより、本実施形態にかかる半導体装置が完成する。   Although not shown in the drawings, the pad 106b for applying a gate voltage to the gate wiring 11 and the gate lead 111 are bonded by a bonding wire 110. A collector lead 109 is bonded to the lower electrode 14 of the semiconductor chip 106 on which the upper arm semiconductor element 102 is formed. Further, the lead 108 is bonded to the upper electrode 12 of the semiconductor chip 106 on which the semiconductor element 102 of the upper arm is formed and the lower electrode 14 of the semiconductor chip 106 on which the semiconductor element 102 of the lower arm is formed. Further, an emitter lead 112 is connected to the upper electrode 12 of the semiconductor chip 106 on which the lower arm semiconductor element 102 is formed. Then, by performing resin molding or the like and sealing with the mold resin 115, the semiconductor device according to the present embodiment is completed.

このように、本実施形態で説明したIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造方法によれば、MOSデバイス形成前に予めFS層2aやp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bを形成しているため、レーザアニール以外のアニールも行える。また、MOSデバイス形成前にヒートシンク107を構成するヒートシンク基板34を接合しているため、薄膜状態でのハンドリングを行わなくて済む。そして、ヒートシンク基板34と共にMOSデバイスが形成されたn型シリコン基板30をダイシングカットすることで、ヒートシンク107と一体化された半導体チップ106を形成でき、ヒートシンク107と共に半導体チップ106を取り扱うことができるため、この後の工程でも薄膜状態でのハンドリングを行わなくて済むようにできる。ダイシング後においても、例えば10mm□前後のサイズで厚み0.03〜0.2mm程度の半導体チップ106を厚み1mm程度のヒートシンク107で保持することになり、ハンドリングを容易に行うことができる。 As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device in which the IGBT and the diode described in the present embodiment are integrated, the FS layer 2a, the p ++ type collector layer 1a, and the n ++ type cathode are formed in advance before forming the MOS device. Since the layer 1b is formed, annealing other than laser annealing can be performed. Further, since the heat sink substrate 34 constituting the heat sink 107 is bonded before forming the MOS device, handling in a thin film state is not necessary. Then, by dicing and cutting the n-type silicon substrate 30 on which the MOS device is formed together with the heat sink substrate 34, the semiconductor chip 106 integrated with the heat sink 107 can be formed, and the semiconductor chip 106 can be handled together with the heat sink 107. Even in the subsequent steps, handling in the thin film state is not necessary. Even after dicing, for example, the semiconductor chip 106 having a size of about 10 mm □ and a thickness of about 0.03 to 0.2 mm is held by the heat sink 107 having a thickness of about 1 mm, so that handling can be easily performed.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して半導体装置の構成の一部を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a part of the configuration of the semiconductor device is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different parts will be described.

本実施形態では、U相、V相、W相すべてをモジュール化して一体とした半導体装置について説明する。図7は、本実施形態の半導体装置の詳細構造を示した図であり、(a)はレイアウト図、(b)は(a)の上面図、(c)は(a)の底面図、(d)は(a)のC−C’断面図、(e)は(a)のD−D’’断面図である。   In the present embodiment, a semiconductor device in which all of the U phase, the V phase, and the W phase are modularized and integrated will be described. 7A and 7B are diagrams showing the detailed structure of the semiconductor device of this embodiment, where FIG. 7A is a layout diagram, FIG. 7B is a top view of FIG. 7A, FIG. 7C is a bottom view of FIG. d) is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of (a), and (e) is a cross-sectional view taken along the line DD ″ of FIG.

図7(a)に示されるように上方と下方それぞれに3つずつ半導体チップ106が配置され、上方の3つが上側アームの3つの半導体チップ106、下方の3つが下側アームの3つの半導体チップ106とされている。そして、各半導体チップ106のうち上下に並んでいる2つを組として、U相からW相の各相が構成されている。   As shown in FIG. 7A, three semiconductor chips 106 are arranged on each of the upper and lower sides, the upper three are the three semiconductor chips 106 of the upper arm, and the lower three are the three semiconductor chips of the lower arm. 106. Then, each phase from the U phase to the W phase is configured with two semiconductor chips 106 arranged in the vertical direction as a set.

図7(a)〜(e)に示されるように、U相からW相それぞれの上側アームおよび下側アームの半導体チップ106の配置は、第1実施形態(図4参照)と同様であるが、各相の上側アームの半導体チップ106の下部電極14がそれぞれ共通のコレクタ用リード109に電気的に接続され、各相の下側アームの半導体チップ106の上部電極12がそれぞれ共通のエミッタ用リード112に電気的に接続された構造とされている。このような構造により、U相からW相の3相を構成する6つの半導体素子102すべてをモジュール化して1つとした半導体装置が構成されている。その他の構造に関しては、第1実施形態と同様であり、また、各相の半導体チップ106と各種リードとの接続形態に関しても第1実施形態と同様である。   As shown in FIGS. 7A to 7E, the arrangement of the semiconductor chips 106 of the U-phase to W-phase upper and lower arms is the same as that in the first embodiment (see FIG. 4). The lower electrode 14 of the semiconductor chip 106 in the upper arm of each phase is electrically connected to the common collector lead 109, and the upper electrode 12 of the semiconductor chip 106 in the lower arm of each phase is connected to the common emitter lead. 112 is electrically connected to 112. With such a structure, a semiconductor device is configured in which all six semiconductor elements 102 constituting the three phases from the U phase to the W phase are modularized into one. The other structure is the same as that of the first embodiment, and the connection form between each phase of the semiconductor chip 106 and various leads is the same as that of the first embodiment.

このように、各相を構成する6つの半導体チップ106すべてを一体化した半導体装置とすることもできる。   Thus, a semiconductor device in which all six semiconductor chips 106 constituting each phase are integrated can be obtained.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して半導体装置の構成の一部を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a part of the configuration of the semiconductor device is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different parts will be described.

図8は、本実施形態にかかる半導体装置に備えられる半導体素子102がスイッチング素子として適用されるインバータ回路の回路図である。また、図9は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図であり、図4(d)もしくは図7(d)に相当する断面構造を示した図である。   FIG. 8 is a circuit diagram of an inverter circuit to which the semiconductor element 102 provided in the semiconductor device according to the present embodiment is applied as a switching element. FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, showing a cross-sectional structure corresponding to FIG. 4D or FIG. 7D.

図8に示されるように、各相の下側アームの3つの半導体素子102に備えられるIGBT103がpチャネルタイプで構成してある。このようなpチャネルタイプのIGBT103は、基本的には第1実施形態で説明した図2の各構成要素の導電型を逆転させたものとなる。すなわち、上記第1実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、本実施形態では、第1導電型をp型、第2導電型をn型とする構造、具体的には、IGBT形成領域では、n++型コレクタ層と、その上のp+型のFS層、pー型ドリフト層、n型ベース領域、p+型エミッタ領域が形成され、ダイオード形成領域では、p++型アノード領域、p+型のFS層およびpー型ドリフト層をアノード、n型ベース領域をカソードとするPN接合が形成されることになる。 As shown in FIG. 8, the IGBT 103 provided in the three semiconductor elements 102 of the lower arm of each phase is configured as a p-channel type. Such a p-channel type IGBT 103 is basically obtained by reversing the conductivity type of each component shown in FIG. 2 described in the first embodiment. That is, in the first embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in this embodiment, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. In the structure, specifically, the IGBT formation region, an n ++ type collector layer, a p + type FS layer, a p − type drift layer, an n type base region, and a p + type emitter region are formed thereon, In the diode formation region, a PN junction having a p ++ type anode region, a p + type FS layer and a p− type drift layer as an anode and an n type base region as a cathode is formed.

このような半導体装置では、nチャネルタイプのIGBT103のエミッタとpチャネルタイプのIGBT103のエミッタとが電気的に接続される構造とされる。そして、下側アームとされるIGBT103に関しては、上側アームとされるIGBT103と異なった構造とされるため、それぞれ全く別構成の半導体チップ106を製造することになる。このとき、下側アームとされるIGBT103についても、基本構造は上側アームとされるIGBT103と同じ構造となり、かつ、nチャネルタイプとpチャネルタイプのIGBT103の各エミッタ同士が接続される。このため、図9に示されるように、nチャネルタイプのエミッタと上部電極12を介して接続されるヒートシンク107とpチャネルタイプのエミッタと上部電極12を介して接続されるヒートシンク107とが共に半導体チップ106に対して同じ向きとなるように配置され、双方のヒートシンク107が共に同じリード108に接合された構造となる。   In such a semiconductor device, the emitter of the n-channel type IGBT 103 and the emitter of the p-channel type IGBT 103 are electrically connected. The IGBT 103 that is the lower arm has a structure different from that of the IGBT 103 that is the upper arm, and thus the semiconductor chips 106 having completely different configurations are manufactured. At this time, the basic structure of the IGBT 103 serving as the lower arm is the same as that of the IGBT 103 serving as the upper arm, and the emitters of the n-channel type and p-channel type IGBT 103 are connected to each other. For this reason, as shown in FIG. 9, the heat sink 107 connected to the n-channel type emitter via the upper electrode 12 and the heat sink 107 connected to the p-channel type emitter via the upper electrode 12 are both semiconductors. The heat sink 107 is disposed so as to be in the same direction with respect to the chip 106, and both the heat sinks 107 are bonded to the same lead 108.

このように、nチャネルタイプとpチャネルタイプのIGBT103を組み合わせて半導体装置を構成することもできる。そして、nチャネルタイプのIGBT103が形成された半導体チップ106およびヒートシンク107の向きと、pチャネルタイプのIGBT103が形成された半導体チップ106およびヒートシンク107とを合わせることができるため、これらの向きが逆になる場合と比べてゲートに繋がるボンディングワイヤ110、113の接続の容易化を図ることができる。   In this manner, a semiconductor device can be configured by combining the n-channel type and the p-channel type IGBT 103. The direction of the semiconductor chip 106 and the heat sink 107 in which the n-channel type IGBT 103 is formed can be matched with the direction of the semiconductor chip 106 and the heat sink 107 in which the p-channel type IGBT 103 is formed. Compared to the case, it is possible to facilitate the connection of the bonding wires 110 and 113 connected to the gate.

なお、ここでは、第1実施形態に対して下側アームのIGBT103をpチャネルタイプとする場合について説明したが、第2実施形態に対しても、同様に、下側アームのIGBT103をpチャネルタイプとしても良い。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。   In addition, although the case where the lower arm IGBT 103 is a p-channel type has been described here for the first embodiment, the lower arm IGBT 103 is similarly a p-channel type for the second embodiment. It is also good. In this case, the same effect as described above can be obtained.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して半導体装置の製造方法の一部を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a part of the semiconductor device manufacturing method is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different parts will be described.

本実施形態では、第1実施形態の図5(a)〜(d)および図6(a)の製造工程まで行った後、図6(b)の製造工程で、ヒートシンク基板34として第1実施形態と異なるものを用いる。   In the present embodiment, after performing the manufacturing process of FIGS. 5A to 5D and FIG. 6A of the first embodiment, the first implementation as the heat sink substrate 34 in the manufacturing process of FIG. Use a different form.

図10は、本実施形態において用いるヒートシンク基板34の正面図である。この図に示されるように、シリコン基板34aを基台として、シリコン基板34aに複数のヒートシンク107を配置することによりヒートシンク基板34を構成している。シリコン基板34aには各セル(半導体チップ106)と対応したピッチで形成された複数の凹部34bが形成されており、各凹部34b内にヒートシンク107が配置されることで、各セル(半導体チップ106)と対応した位置にヒートシンク107が配設されている。ヒートシンク107のシリコン基板34aへの貼り付けはどのようなもので行われていても構わないが、ヒートシンク107とシリコン基板34aとの間の熱膨張係数差による影響を少なくするために、凹部34b内に熱膨張吸収用のシリコン樹脂材料を塗布しておくと好ましい。   FIG. 10 is a front view of the heat sink substrate 34 used in the present embodiment. As shown in this figure, the heat sink substrate 34 is configured by arranging a plurality of heat sinks 107 on the silicon substrate 34a with the silicon substrate 34a as a base. A plurality of recesses 34b formed at a pitch corresponding to each cell (semiconductor chip 106) is formed in the silicon substrate 34a, and a heat sink 107 is disposed in each recess 34b, whereby each cell (semiconductor chip 106) is formed. The heat sink 107 is disposed at a position corresponding to (). The heat sink 107 may be attached to the silicon substrate 34a by any method, but in order to reduce the influence of the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 107 and the silicon substrate 34a, It is preferable to apply a silicon resin material for absorbing thermal expansion to the substrate.

このようなヒートシンク基板34を用意したのち、図11に示すようにMOSデバイス形成後のn型シリコン基板30の表面側にヒートシンク107側を向けて配置し、各ヒートシンク107を各セルの上部電極12にはんだ等の導体材料を介して接合する。このとき、はんだ付けにて接合する場合、例えば300℃程度のリフロー処理がなされるため、ヒートシンク基板34やn型シリコン基板30等が熱膨張するが、ヒートシンク基板34の基台もn型シリコン基板30と同一材料とされ、熱膨張係数が同じになっているため、加熱によるヒートシンク107間のピッチのズレが生じないようにできる。   After the heat sink substrate 34 is prepared, as shown in FIG. 11, the heat sink 107 is disposed facing the surface side of the n-type silicon substrate 30 after the formation of the MOS device, and each heat sink 107 is placed on the upper electrode 12 of each cell. Are joined to each other through a conductor material such as solder. At this time, when joining by soldering, for example, a reflow process of about 300 ° C. is performed, so that the heat sink substrate 34, the n-type silicon substrate 30 and the like are thermally expanded, but the base of the heat sink substrate 34 is also an n-type silicon substrate. 30 and the same thermal expansion coefficient, it is possible to prevent pitch deviation between the heat sinks 107 due to heating.

そして、接合後に例えば−40℃の冷却処理を行うことによってシリコン基板34aからヒートシンク107を分離する。上述したようにシリコン樹脂材料をヒートシンク107と凹部34bとの間に配置しておいた場合、300℃での加熱時にヒートシンク107の構成材料(例えばCu)の熱膨張を吸収させつつ、−40℃での冷却時にヒートシンク107の構成材料の収縮により、容易にシリコン基板34aからヒートシンク107を分離することがで可能となる。   Then, the heat sink 107 is separated from the silicon substrate 34a by performing, for example, a cooling process of −40 ° C. after the bonding. As described above, when the silicon resin material is arranged between the heat sink 107 and the recess 34b, the thermal expansion of the constituent material (for example, Cu) of the heat sink 107 is absorbed at the time of heating at 300 ° C., and −40 ° C. It becomes possible to easily separate the heat sink 107 from the silicon substrate 34a due to shrinkage of the constituent material of the heat sink 107 at the time of cooling.

この後、必要に応じて低温時耐圧などの測定を行う。この段階では、まだn型シリコン基板30をダイシングカットしていない。このため、複数の半導体素子102が形成されたウェハ状態のn型シリコン基板30における各半導体素子102に対応した位置にヒートシンク107が形成された状態となっている。したがって、裏面側のp++型コレクタ層1aに接続された下部電極14を共通電位にし、各ヒートシンク107を通じて各エミッタ電位をプロービングすることで、低温時耐圧を測定することができる。 After this, if necessary, measure the withstand voltage at low temperature. At this stage, the n-type silicon substrate 30 has not yet been diced. For this reason, the heat sink 107 is formed at a position corresponding to each semiconductor element 102 in the n-type silicon substrate 30 in a wafer state in which a plurality of semiconductor elements 102 are formed. Therefore, by setting the lower electrode 14 connected to the p ++ collector layer 1a on the back surface side to a common potential and probing each emitter potential through each heat sink 107, the withstand voltage at low temperature can be measured.

また、各ゲート電極7を制御できるプローブを半導体チップ106毎に設けておき、例えば共通のゲート電位を印加すれば、IGBTのオン特性を測定することもできる。   Further, if a probe capable of controlling each gate electrode 7 is provided for each semiconductor chip 106 and, for example, a common gate potential is applied, the on-characteristics of the IGBT can be measured.

最後に、MOSデバイスが形成されたn型シリコン基板30をダイシングカットすることにより、チップ単位に分割する。これにより、図4(d)、(e)における半導体チップ106上にヒートシンク107が接合された構造が完成する。   Finally, the n-type silicon substrate 30 on which the MOS device is formed is divided into chips by dicing cutting. As a result, a structure in which the heat sink 107 is bonded onto the semiconductor chip 106 in FIGS. 4D and 4E is completed.

この後は、第1実施形態と同様に、各種リードの接続工程やモールド樹脂115での封止工程等を行うことで、上記第1実施形態と同様の構造の半導体装置を製造することができる。以上のような製造方法を用いることによっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   Thereafter, similarly to the first embodiment, a semiconductor device having the same structure as that of the first embodiment can be manufactured by performing various lead connection processes, a sealing process using the mold resin 115, and the like. . By using the manufacturing method as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態の製造方法においては、ヒートシンク107を元々分離した構造を用いている。このため、ヒートシンク基板34が複数のヒートシンク107の一体化構造とされている場合のように、ダイシングカットにてヒートシンク基板34を切断して各ヒートシンク107を絶縁分離する必要がないため、ヒートシンク基板34の形状の簡略化が図れると共にダイシング時の残渣などの影響を受けないようにできる。   Further, in the manufacturing method of the present embodiment, a structure in which the heat sink 107 is originally separated is used. For this reason, unlike the case where the heat sink substrate 34 has an integrated structure of a plurality of heat sinks 107, it is not necessary to cut and separate the heat sink substrates 34 by dicing cut. This simplifies the shape of the substrate and prevents it from being affected by residues during dicing.

また、ヒートシンク107を分離した後のシリコン基板34aに関しては、改めてヒートシンク107を貼り直せば、再利用することができる。   Further, the silicon substrate 34a after the heat sink 107 is separated can be reused by reattaching the heat sink 107 again.

なお、ここではヒートシンク107を例えばCuにて構成する場合を例に挙げて説明したが、Cuの代わりに例えばMo等のように基台の構成材料との熱膨張係数差が小さい材料を用いる場合には、シリコン基板34aと共にダイシングカットしても熱膨張係数の整合性を図ることができる。すなわち、Cuは約17ppm/℃、Moは約5ppm/℃、Siは3ppm/℃である。このため、Cuよりも熱膨張係数がSiに近いMoを用いることで、熱膨張係数差による歪みなどが低減されるため、シリコン基板34aと共にダイシングカットし、シリコン基板34aもヒートシンク107の一部として利用することもできる。シリコンの熱伝導率は高いため、このようにシリコン基板34aをヒートシンク107の一部として利用しても構わない。   Here, the case where the heat sink 107 is made of Cu, for example, has been described as an example. However, instead of Cu, a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the constituent material of the base, such as Mo, is used. Even if the silicon substrate 34a is diced and cut, the thermal expansion coefficient can be matched. That is, Cu is about 17 ppm / ° C., Mo is about 5 ppm / ° C., and Si is 3 ppm / ° C. For this reason, by using Mo whose thermal expansion coefficient is closer to that of Si than Cu, distortion due to the difference in thermal expansion coefficient is reduced, so that dicing cut is performed together with the silicon substrate 34 a, and the silicon substrate 34 a is also part of the heat sink 107. It can also be used. Since silicon has a high thermal conductivity, the silicon substrate 34 a may be used as a part of the heat sink 107 in this way.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第4実施形態で説明した製造方法を複数の半導体チップを一体化した半導体装置に適用する場合に関するものであり、その他に関しては第4実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a case where the manufacturing method described in the fourth embodiment is applied to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are integrated. The other parts are the same as those in the fourth embodiment, and therefore different parts are described. Only explained.

本実施形態では、第1実施形態の図5(a)〜(d)および図6(a)の製造工程まで行った後、さらに第4実施形態の図11に示す工程を行うことで、図12(a)に示すようにn型シリコン基板30に形成された各セルの上部電極12にヒートシンク107を接合した構造を作成する。つまり、シリコン基板34aに複数のヒートシンク107を配置したヒートシンク基板34を用意したのち、各ヒートシンク107をn型シリコン基板30に形成された各セルの上部電極12に接合する。そして、シリコン基板34aからヒートシンク107を分離する。   In the present embodiment, the process shown in FIGS. 5A to 5D and FIG. 6A of the first embodiment is performed, and then the process shown in FIG. 11 of the fourth embodiment is further performed. As shown in FIG. 12A, a structure in which a heat sink 107 is bonded to the upper electrode 12 of each cell formed on the n-type silicon substrate 30 is created. That is, after preparing the heat sink substrate 34 in which a plurality of heat sinks 107 are arranged on the silicon substrate 34 a, each heat sink 107 is bonded to the upper electrode 12 of each cell formed on the n-type silicon substrate 30. Then, the heat sink 107 is separated from the silicon substrate 34a.

次に、図12(b)に示すように、n型シリコン基板30をダイシングカットすることでチップ単位に分割する。このとき、各半導体チップ106の間の距離は、ダイシングカットによる分離幅分となる。そして、図12(c)に示すように、ダイシングカットを行ったままの状態で粘着テープ35を貼り付けたのち、図12(d)に示すように、粘着テープ35を引張って伸ばすエクスパンド処理を行う。これにより、各半導体チップ106の間隔がほぼ均等に広がる。この間隔を確保した状態で各半導体チップ106をモールド樹脂115にて封止すれば、半導体チップ106の間隔拡大によってダイマウントの容易化が可能になると共に、半導体チップ106の絶縁耐圧を確保することが可能となる。   Next, as shown in FIG. 12B, the n-type silicon substrate 30 is divided into chips by dicing and cutting. At this time, the distance between the semiconductor chips 106 is the separation width by dicing cut. Then, as shown in FIG. 12 (c), after the adhesive tape 35 is pasted with the dicing cut being performed, an expanding process is performed in which the adhesive tape 35 is pulled and stretched as shown in FIG. 12 (d). Do. Thereby, the intervals between the semiconductor chips 106 are spread almost uniformly. If each semiconductor chip 106 is sealed with the mold resin 115 in a state where this interval is secured, die mounting can be facilitated by increasing the interval of the semiconductor chip 106 and the insulation breakdown voltage of the semiconductor chip 106 can be secured. Is possible.

具体的には、図12(d)の連続したIGBTが形成された半導体チップ106を3個、図7(a)の電圧Vccが印加されるVcc端子とつながったリード109にその間隔で実装する。このように耐圧と実装のクリアランスを考慮して適切なエキスパンドを行えば形態の異なった実装構造が実現できる。耐圧が600Vと1200Vの異なる電気特性を有する装置にも共通形態でエキスパンド率を変えるだけで適用が可能である。   Specifically, three semiconductor chips 106 each having the continuous IGBT shown in FIG. 12D are mounted on the leads 109 connected to the Vcc terminal to which the voltage Vcc shown in FIG. . As described above, when appropriate expansion is performed in consideration of the pressure resistance and the mounting clearance, mounting structures having different forms can be realized. The present invention can also be applied to devices having different electrical characteristics with a withstand voltage of 600 V and 1200 V by simply changing the expansion rate in a common form.

また、各相(U相、V相、W相)の各出力端子への実装についても同様である。Vcc端子とつながったリード109の代わりに、図示しない外周でつながったリード108の上に図12(d)の連続してIGBTが形成された半導体チップ106を3個実装するのである。このようにして図1のインバータ回路が構成できる。   The same applies to the mounting of each phase (U phase, V phase, W phase) on each output terminal. Instead of the lead 109 connected to the Vcc terminal, three semiconductor chips 106 in which IGBTs are continuously formed as shown in FIG. 12D are mounted on the lead 108 connected on the outer periphery (not shown). In this way, the inverter circuit of FIG. 1 can be configured.

なお、このような粘着テープ35に半導体チップ106を貼り付けた状態でエクスパンドするという工程は、第4実施形態に限るものではなく、上記第1〜第3実施形態に対しても適用することができる。   In addition, the process of expanding in the state which affixed the semiconductor chip 106 on such an adhesive tape 35 is not restricted to 4th Embodiment, It is applicable also to the said 1st-3rd Embodiment. it can.

(他の実施形態)
上記各実施形態では、基本的に、第1導電型をn型、第2導電型をp型とするnチャネルタイプのIGBTを例に挙げて説明したが、各部の導電型を反転させたpチャネルタイプのIGBTを適用することもできる。その場合、IGBT形成領域では、n++型コレクタ層となり、その上にp+型のFS層、pー型ドリフト層、n型ベース領域、p+型エミッタ領域が形成され、ダイオード形成領域では、p++型アノード領域、p+型のFS層およびpー型ドリフト層をアノード、n型ベース領域をカソードとするPN接合が形成されることになる。
(Other embodiments)
In each of the above-described embodiments, an n-channel type IGBT in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type is basically described as an example. A channel type IGBT can also be applied. In that case, in the IGBT formation region, an n ++ type collector layer is formed, on which a p + type FS layer, a p − type drift layer, an n type base region, and a p + type emitter region are formed, and in the diode formation region Thus, a PN junction having the p ++ type anode region, the p + type FS layer and the p − type drift layer as an anode and the n type base region as a cathode is formed.

なお、本発明における第1導電型層とは、ダイオード形成領域における裏面側、すなわちnチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはn++型カソード層1b、pチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはp++型アノード領域のことを意味している。 In the present invention, the first conductivity type layer refers to the back side of the diode formation region, that is, the n ++ type cathode layer 1b and the p channel type in the case of a diode formed on the same chip as the n channel type IGBT. In the case of a diode formed of the same chip as the IGBT, it means a p ++ type anode region.

本発明の第1実施形態にかかる半導体装置に備えられる半導体素子102がスイッチング素子として適用されるインバータ回路の回路図である。1 is a circuit diagram of an inverter circuit in which a semiconductor element 102 included in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention is applied as a switching element. 半導体素子102の構造例を示した断面図である。3 is a cross-sectional view showing a structural example of a semiconductor element 102. FIG. 半導体素子102が形成された半導体チップ106の上面図である。It is a top view of the semiconductor chip 106 in which the semiconductor element 102 is formed. 半導体装置の詳細構造を示した図であり、(a)はレイアウト図、(b)は(a)の上面図、(c)は(a)の底面図、(d)は(a)のA−A’断面図、(e)は(a)のB−B’断面図である。1A is a layout diagram, FIG. 2B is a top view of FIG. 1A, FIG. 3C is a bottom view of FIG. 1A, and FIG. -A 'sectional drawing, (e) is BB' sectional drawing of (a). 第1実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing process of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 図5に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 5; 本発明の第2実施形態にかかる半導体装置の詳細構造を示した図であり、(a)はレイアウト図、(b)は(a)の上面図、(c)は(a)の底面図、(d)は(a)のC−C’断面図、(e)は(a)のD−D’’断面図である。It is the figure which showed the detailed structure of the semiconductor device concerning 2nd Embodiment of this invention, (a) is a layout figure, (b) is a top view of (a), (c) is a bottom view of (a), (D) is CC 'sectional drawing of (a), (e) is DD' 'sectional drawing of (a). 本発明の第3実施形態にかかる半導体装置に備えられる半導体素子がスイッチング素子として適用されるインバータ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the inverter circuit to which the semiconductor element with which the semiconductor device concerning 3rd Embodiment of this invention is provided is applied as a switching element. 図8に示す半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device shown in FIG. 本発明の第4実施形態において用いるヒートシンク基板34の正面図である。It is a front view of the heat sink board | substrate 34 used in 4th Embodiment of this invention. 図10に示すヒートシンク基板34を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device using the heat sink substrate 34 shown in FIG. 10. 本発明の第5実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning 5th Embodiment of this invention. 従来のIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which integrated the conventional IGBT and the diode. 図13に示すIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which integrated IGBT and the diode which were shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1a p++型コレクタ層
1b n++型カソード層
2 n-型ドリフト層
2a FS層
3 p型ベース領域
4 トレンチ
5 n+型エミッタ領域
7 ゲート電極
12 上部電極
14 下部電極
30 n型シリコン基板
32 接合用層
33 サポート基盤
34 ヒートシンク基板
35 粘着テープ
102 半導体素子
103 IGBT
104 ダイオード
106 半導体チップ
107 ヒートシンク
1a p ++ type collector layer 1b n ++ type cathode layer 2 n type drift layer 2a FS layer 3 p type base region 4 trench 5 n + type emitter region 7 gate electrode 12 upper electrode 14 lower electrode 30 n type silicon substrate 32 Bonding layer 33 Support base 34 Heat sink substrate 35 Adhesive tape 102 Semiconductor element 103 IGBT
104 Diode 106 Semiconductor chip 107 Heat sink

Claims (4)

ダイオード形成領域に備えられる第1導電型層(1b)およびIGBT形成領域に形成される第2導電型のコレクタ層(1a)と、
前記第1導電型層(1b)および前記コレクタ層(1a)の上に配置された第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達するように形成されたトレンチ(4)と、
前記ベース領域(3)内において前記トレンチ(4)の側面に接するように形成された第1導電型のエミッタ領域(5)と、
前記トレンチ(4)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記トレンチ(4)内において、前記ゲート絶縁膜(6)の上に形成されたゲート電極(7)と、
前記ベース領域(3)および前記エミッタ領域(5)に電気的に接続された上部電極(12)と、
前記コレクタ層(1a)の裏面側に形成された下部電極(14)とを備え、
前記IGBT形成領域に備えられた前記コレクタ層(1a)、前記ドリフト層(2)、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記トレンチ(4)内に形成された前記ゲート電極(7)にてIGBTを構成すると共に、
前記ダイオード形成領域に備えられた前記第1導電型層(1b)および前記ドリフト層(2)と、第2導電型の前記ベース領域とによるPN接合にてダイオードを構成し、前記IGBTと前記ダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法であって、
主表面および該主表面と反対側となる裏面を有する第1導電型の半導体基板(30)を用意する工程と、
前記半導体基板(30)における裏面に対して、前記コレクタ層(1a)および前記第1導電型層(1b)を形成する工程と、
前記半導体基板(30)における前記コレクタ層(1a)および前記第1導電型層(1b)側にサポート基盤(33)を接合する工程と、
前記サポート基盤(33)にて支持した状態で前記半導体基板(30)の主表面側を薄膜化する工程と、
前記サポート基盤(33)にて支持した状態で前記薄膜化した前記半導体基板(30)の主表面に、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記トレンチ(4)、前記ゲート絶縁膜(6)、前記ゲート電極(7)および前記上部電極(12)を形成する工程と、
複数のヒートシンク(107)が備えられたヒートシンク基板(34)を用意し、該ヒートシンク基板(34)における各ヒートシンク(107)を前記上部電極(12)に対して接合することにより、前記半導体基板(30)に前記ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程と、
前記サポート基盤(33)を前記半導体基板(30)から分離したのち、前記複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程と、
前記チップ単位に分けられた前記ヒートシンク(107)が備えられた状態で前記半導体基板(30)をチップ単位にダイシングして半導体チップ(106)を形成する工程と、を含んでおり、
前記ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、前記ヒートシンク基板(34)として、分割された状態の前記複数のヒートシンク(107)が板状の基台(34a)に貼り付けられているものを用い、
前記複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程では、前記基台(34a)から前記複数のヒートシンク(107)を分離することによりチップ単位に分け、
前記半導体チップ(106)を形成する工程では、前記複数のヒートシンク(107)の間において、前記ダイシングを行うを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type layer (1b) provided in the diode formation region and a second conductivity type collector layer (1a) formed in the IGBT formation region;
A first conductivity type drift layer (2) disposed on the first conductivity type layer (1b) and the collector layer (1a);
A second conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
A trench (4) formed to penetrate the base region (3) and reach the drift layer (2);
A first conductivity type emitter region (5) formed in contact with the side surface of the trench (4) in the base region (3);
A gate insulating film (6) formed on the surface of the trench (4);
A gate electrode (7) formed on the gate insulating film (6) in the trench (4);
An upper electrode (12) electrically connected to the base region (3) and the emitter region (5);
A lower electrode (14) formed on the back side of the collector layer (1a),
The collector layer (1a), the drift layer (2), the base region (3), the emitter region (5), and the gate electrode (in the trench (4)) provided in the IGBT formation region. 7) In the IGBT,
A diode is formed by a PN junction formed by the first conductivity type layer (1b) and the drift layer (2) provided in the diode formation region and the second conductivity type base region, and the IGBT and the diode And a method of manufacturing a semiconductor device integrated with
Providing a first conductivity type semiconductor substrate (30) having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
Forming the collector layer (1a) and the first conductivity type layer (1b) on the back surface of the semiconductor substrate (30);
Bonding a support substrate (33) to the collector layer (1a) and the first conductivity type layer (1b) side of the semiconductor substrate (30);
Thinning the main surface side of the semiconductor substrate (30) in a state of being supported by the support base (33);
The base region (3), the emitter region (5), the trench (4), and the gate insulation are formed on the main surface of the thinned semiconductor substrate (30) while being supported by the support base (33). Forming a film (6), the gate electrode (7) and the upper electrode (12);
A heat sink substrate (34) provided with a plurality of heat sinks (107) is prepared, and each of the heat sinks (107) in the heat sink substrate (34) is bonded to the upper electrode (12), whereby the semiconductor substrate ( 30) attaching the heat sink substrate (34) to
Separating the support base (33) from the semiconductor substrate (30) and then dividing the plurality of heat sinks (107) into chips;
Forming a semiconductor chip (106) by dicing the semiconductor substrate (30) into chips in a state where the heat sink (107) divided into chips is provided ,
In the step of attaching the heat sink substrate (34), as the heat sink substrate (34), one in which the plurality of divided heat sinks (107) are attached to a plate-like base (34a) is used. ,
In the step of dividing the plurality of heat sinks (107) into chips, the plurality of heat sinks (107) are separated from the base (34a) to be divided into chips.
In the step of forming the semiconductor chip (106), the dicing is performed between the plurality of heat sinks (107) .
前記ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、前記基台(34a)として、前記複数のヒートシンク(107)の配置場所と対応する位置に凹部(34b)が形成されているものを用いると共に、前記凹部(34b)内に各ヒートシンク(107)を配置することで前記ヒートシンク基板(34)を構成し、
前記複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程では、冷却処理を行うことで、前記基台(34a)と前記複数のヒートシンク(107)との熱膨張係数差に基づいて前記基台(34a)から前記複数のヒートシンク(107)を分離することを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of affixing the heat sink substrate (34), as the base (34a), a substrate in which a recess (34b) is formed at a position corresponding to the arrangement location of the plurality of heat sinks (107) is used. The heat sink substrate (34) is configured by disposing each heat sink (107) in the recess (34b),
In the step of dividing the plurality of heat sinks (107) into chips, a cooling process is performed, so that the base (34a) is based on a difference in thermal expansion coefficient between the base (34a) and the plurality of heat sinks (107). The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the plurality of heat sinks are separated from the heat sink.
ダイオード形成領域に備えられる第1導電型層(1b)およびIGBT形成領域に形成される第2導電型のコレクタ層(1a)と、
前記第1導電型層(1b)および前記コレクタ層(1a)の上に配置された第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達するように形成されたトレンチ(4)と、
前記ベース領域(3)内において前記トレンチ(4)の側面に接するように形成された第1導電型のエミッタ領域(5)と、
前記トレンチ(4)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記トレンチ(4)内において、前記ゲート絶縁膜(6)の上に形成されたゲート電極(7)と、
前記ベース領域(3)および前記エミッタ領域(5)に電気的に接続された上部電極(12)と、
前記コレクタ層(1a)の裏面側に形成された下部電極(14)とを備え、
前記IGBT形成領域に備えられた前記コレクタ層(1a)、前記ドリフト層(2)、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記トレンチ(4)内に形成された前記ゲート電極(7)にてIGBTを構成すると共に、
前記ダイオード形成領域に備えられた前記第1導電型層(1b)および前記ドリフト層(2)と、第2導電型の前記ベース領域とによるPN接合にてダイオードを構成し、前記IGBTと前記ダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法であって、
主表面および該主表面と反対側となる裏面を有する第1導電型の半導体基板(30)を用意する工程と、
前記半導体基板(30)における裏面に対して、前記コレクタ層(1a)および前記第1導電型層(1b)を形成する工程と、
前記半導体基板(30)における前記コレクタ層(1a)および前記第1導電型層(1b)側にサポート基盤(33)を接合する工程と、
前記サポート基盤(33)にて支持した状態で前記半導体基板(30)の主表面側を薄膜化する工程と、
前記サポート基盤(33)にて支持した状態で前記薄膜化した前記半導体基板(30)の主表面に、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記トレンチ(4)、前記ゲート絶縁膜(6)、前記ゲート電極(7)および前記上部電極(12)を形成する工程と、
複数のヒートシンク(107)が備えられたヒートシンク基板(34)を用意し、該ヒートシンク基板(34)における各ヒートシンク(107)を前記上部電極(12)に対して接合することにより、前記半導体基板(30)に前記ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程と、
前記サポート基盤(33)を前記半導体基板(30)から分離したのち、前記複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程と、
前記チップ単位に分けられた前記ヒートシンク(107)が備えられた状態で前記半導体基板(30)をチップ単位にダイシングして半導体チップ(106)を形成する工程と、を含んでおり、
前記ヒートシンク基板(34)を貼り付ける工程では、前記ヒートシンク基板(34)として、分割された状態の前記複数のヒートシンク(107)が板状の基台(34a)に貼り付けられているものを用い、
前記複数のヒートシンク(107)をチップ単位に分ける工程では、前記半導体基板(30)をダイシングする際に、前記複数のヒートシンク(107)の間において、前記基台(34a)を同時にダイシングすることによりチップ単位に分けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type layer (1b) provided in the diode formation region and a second conductivity type collector layer (1a) formed in the IGBT formation region;
A first conductivity type drift layer (2) disposed on the first conductivity type layer (1b) and the collector layer (1a);
A second conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
A trench (4) formed to penetrate the base region (3) and reach the drift layer (2);
A first conductivity type emitter region (5) formed in contact with the side surface of the trench (4) in the base region (3);
A gate insulating film (6) formed on the surface of the trench (4);
A gate electrode (7) formed on the gate insulating film (6) in the trench (4);
An upper electrode (12) electrically connected to the base region (3) and the emitter region (5);
A lower electrode (14) formed on the back side of the collector layer (1a),
The collector layer (1a), the drift layer (2), the base region (3), the emitter region (5), and the gate electrode (in the trench (4)) provided in the IGBT formation region. 7) In the IGBT,
A diode is formed by a PN junction formed by the first conductivity type layer (1b) and the drift layer (2) provided in the diode formation region and the second conductivity type base region, and the IGBT and the diode And a method of manufacturing a semiconductor device integrated with
Providing a first conductivity type semiconductor substrate (30) having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
Forming the collector layer (1a) and the first conductivity type layer (1b) on the back surface of the semiconductor substrate (30);
Bonding a support substrate (33) to the collector layer (1a) and the first conductivity type layer (1b) side of the semiconductor substrate (30);
Thinning the main surface side of the semiconductor substrate (30) in a state of being supported by the support base (33);
The base region (3), the emitter region (5), the trench (4), and the gate insulation are formed on the main surface of the thinned semiconductor substrate (30) while being supported by the support base (33). Forming a film (6), the gate electrode (7) and the upper electrode (12);
A heat sink substrate (34) provided with a plurality of heat sinks (107) is prepared, and each of the heat sinks (107) in the heat sink substrate (34) is bonded to the upper electrode (12), whereby the semiconductor substrate ( 30) attaching the heat sink substrate (34) to
Separating the support base (33) from the semiconductor substrate (30) and then dividing the plurality of heat sinks (107) into chips;
Forming a semiconductor chip (106) by dicing the semiconductor substrate (30) into chips in a state where the heat sink (107) divided into chips is provided ,
In the step of attaching the heat sink substrate (34), as the heat sink substrate (34), one in which the plurality of divided heat sinks (107) are attached to a plate-like base (34a) is used. ,
In the step of dividing the plurality of heat sinks (107) into chips, when the semiconductor substrate (30) is diced, the base (34a) is simultaneously diced between the plurality of heat sinks (107). A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is divided into chips .
前記ダイシングによって前記半導体チップ(106)を形成したのち、該ダイシングを行ったままの状態で前記ヒートシンク(107)および前記半導体基板(30)を粘着テープ(35)に貼り付け、その後、該粘着テープ(35)をエクスパンドすることによって前記半導体チップ(106)同士の間の距離を広げる工程を含んでいることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 After the semiconductor chip (106) is formed by the dicing, the heat sink (107) and the semiconductor substrate (30) are attached to the adhesive tape (35) while the dicing is performed, and then the adhesive tape the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it includes the step of increasing the distance between the semiconductor chip (106) to each other by expanded (35).
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