JP6365135B2 - 半導体チップ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一面に第１電極を有し、一面と反対の裏面に第２電極を有する半導体エレメントを備えた半導体チップ及びその製造方法に関する。

従来、特許文献１に記載のように、一面（主表面）に第１電極（表面電極）を有し、一面と反対の裏面に第２電極（裏面電極）を有する半導体エレメント(半導体素子)を備えた半導体チップが知られている。

特許文献１に記載の半導体装置は、半導体エレメントとともに、該半導体エレメントを封止する電気絶縁性の樹脂を備えている。この樹脂は、第１電極を露出させるように一面を覆いつつ半導体エレメントの側面全体を覆っている。また、第２電極も樹脂から露出されている。

特許第５１２６２７８号公報

上記半導体チップでは、樹脂が、側面側に大きく張り出した形状を有している。このような樹脂を採用することで、第１電極と第２電極との間の沿面距離を確保している。

しかしながら、樹脂を形成するために、金型を用いた成形やポッティングを要する。また、樹脂封止にともなって第１電極及び第２電極が被覆される場合には、これら電極を露出させるための切削を要する。このように、半導体プロセスとは別の工程が必要となり、製造工程が複雑となる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、第１電極と第２電極との間の沿面距離を確保しつつ、製造工程を簡素化できる半導体チップ及びその製造方法を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、一面（１２ａ）、該一面と反対の裏面（１２ｂ）、及び側面（１２ｃ）を有し、一面に第１電極（１４）が形成され、裏面に第２電極（１６）が形成された半導体エレメント（１２）と、第１電極の縁部（１４ａ）を含んで一面を覆うとともに、第１電極の露出部（１４ｂ）を取り囲んだ環形状をなす一面側被覆領域（１８ａ）と、該一面側被覆領域から連続して延びて側面全域を覆うとともに、側面から半導体エレメントの厚み方向に直交する方向に張り出した環形状をなす張出領域（１８ｂ）と、を有する保護膜（１８）と、を備え、側面から張出領域が張り出す方向において、環形状をなす一面側被覆領域の内周端から外周端までの長さをＬ１、環形状をなす張出領域の内周端から外周端までの長さをＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２を満たすように、保護膜が形成されていることを特徴とする。

これによれば、保護膜が一面上だけでなく、側面全体を覆うように形成されている。そして、保護膜における張出領域の長さＬ２が、一面側被覆領域の長さＬ１よりも大きくされ、保護膜が側面から大きく張り出している。このような保護膜を有することで、第１電極と第２電極との間の沿面距離を確保することができる。

また、保護膜は半導体プロセスにより形成される。すなわち、半導体プロセス（ウエハプロセス）終了時点で、沿面距離を確保することができる。半導体プロセス後に、成形、ポッティング、切削などの工程が不要であるため、従来に較べて、製造工程を簡素化することができる。

開示された他の発明のひとつは、半導体エレメントと同じ材料を用いて形成され、厚み方向に直交する面内において、半導体エレメントを取り囲むように配置された外周壁部（２６）をさらに備えている。そして、外周壁部と半導体エレメントとの間に保護膜が介在され、外周壁部において、内面（２６ｃ）の全域が保護膜によって覆われており、外面（２６ｅ）の全域が保護膜から露出されていることを特徴とする。

このような構成は、保護膜をダイシングするのではなく、半導体ウエハの保護膜が形成されていない部分をダイシングすることで得られる。保護膜をダイシングしないため、保護膜の剥離を抑制することができる。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 図１及び図２に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１及び図２に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１及び図２に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１及び図２に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１及び図２に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 第１変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図９のX-X線に沿う断面図である。 図９及び図１０に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図９及び図１０に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 第３実施形態に係る半導体装置のうち、図１に示す領域XIIIに対応する部分を拡大した図である。 第２変形例を示す図であり、図１３に対応している。 第４実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図であり、図１３に対応している。 図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。 第５実施形態に係る半導体装置の一部分を示す図であり、図１６に対応している。 第６実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図２に対応している。 図１８に示す半導体装置の等価回路図である。 図１８に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 第３変形例を示す断面図であり、図１８に対応している。 図２１に示す半導体装置の等価回路図である。 第７実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図２に対応している。 図２３に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図２３に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、半導体素子の厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。また、特に断りのない限り、ＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。

（第１実施形態）
先ず、図１及び図２に基づき、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。

図１及び図２に示す半導体チップ１０(半導体装置)は、第１電極１４及び第２電極１６を有する半導体素子１２と、保護膜１８と、を備えている。なお、半導体素子１２が、特許請求の範囲に記載の半導体エレメントに相当する。

半導体素子１２は、半導体基板に素子が形成されてなるものである。本実施形態では、単結晶シリコンからなる基板に、素子として、ｎチャネル型のＩＧＢＴと該ＩＧＢＴに逆並列に接続されたＦＷＤ（転流ダイオード）が形成されている。半導体素子１２は、Ｚ方向において一面１２ａ及び該一面１２ａと反対の裏面１２ｂを有しており、ＩＧＢＴのエミッタ領域及びゲート電極が一面１２ａ側、コレクタ領域が裏面１２ｂ側に形成されている。すなわち、Ｚ方向に電流（コレクタ電流）の流れる縦型のＩＧＢＴが形成されている。なお、一面１２ａ側には、ＦＷＤのアノード領域、裏面１２ｂ側にはカソード領域も形成されている。

半導体素子１２は、一面１２ａ上に、上記したエミッタ領域及びアノード領域と電気的に接続された第１電極１４（すなわちエミッタ電極）と、ゲート電極に電気的に接続されたパッドを含む複数のパッド２０を有している。本実施形態では、ゲート駆動信号用、ケルビンエミッタ用（エミッタ電極の電位検出用）、半導体素子１２に形成された感温ダイオードのアノード電位用、同じくカソード電位用、電流センス用の計５つのパッド２０を有している。

図１に示すように、第１電極１４は、平面略矩形状をなしており、同じく平面略矩形状をなす半導体素子１２の一面１２ａの大部分を占めている。複数のパッド２０は、Ｘ方向に一列に配置されている。また、第１電極１４とパッド２０は、Ｙ方向に並んで配置されている。

一方、半導体素子１２は、裏面１２ｂ上に、上記したコレクタ領域及びカソード領域と電気的に接続された第２電極１６（すなわちコレクタ電極）を有している。第２電極１６は、裏面１２ｂのほぼ全域に形成されている。

保護膜１８は、半導体素子１２に形成された素子を保護する膜であり、ポリイミドなど、周知の保護膜を採用することができる。この保護膜１８は、第１電極１４及びパッド２０のうちの外部接続のために露出される部分を除いて、半導体素子１２の一面１２ａを被覆している。このように、保護膜１８は、第１電極１４の縁部１４ａを含んで一面１２ａを被覆する一面側被覆領域１８ａを有している。以下において、第１電極１４のうち、縁部１４ａを除く部分、すなわち保護膜１８から露出されて外部接続に供される露出部分を露出部１４ｂと示す。

保護膜１８は、その一部として、縁部１４ａを含んで一面１２ａを覆う一面側被覆領域１８ａを有している。一面側被覆領域１８ａは、図１に示すように、露出部１４ｂを取り囲んで環形状をなしている。また、保護膜１８は、その一部として、一面側被覆領域１８ａから連続して延びており、側面１２ｃの全域を被覆するとともに、側面１２ｃからＺ方向と直交する方向に張り出した張出領域１８ｂを有している。張出領域１８ｂは、半導体素子１２の側面全周に設けられている。すなわち、張出領域１８ｂは、半導体素子１２を取り囲んで環形状をなしている。

ここで、Ｘ方向において、一面側被覆領域１８ａにおける内周端から外周端までの長さをＬ１、ＹＺ面に沿う側面１２ｃから突出する張出領域１８ｂの長さをＬ２とする。すなわち、長さＬ２は、張出領域１８ｂにおける内周端から外周端までの長さである。なお、Ｚ方向に直交する面内において、一面側被覆領域１８ａの外周端の位置及び張出領域１８ｂの内周端の位置は、半導体素子１２の側面１２ｃ（外形輪郭）と一致している。一面側被覆領域１８ａと張出領域１８ｂの境界を、図２では、二点鎖線で示している。一面側被覆領域１８ａの内周端、外周端、及び、張出領域１８ｂの内周端、外周端としては、平面に限らない。実質的な端であれば、多少の凹凸があるものも含む。

図２に示すように、張出領域１８ｂの長さＬ２が一面側被覆領域１８ａの長さＬ１よりも長くなっている（Ｌ２＞Ｌ１）。本実施形態では、８００Ｖ耐圧ＩＧＢＴ、システム電圧４００Ｖにおいて、Ｌ１＜１ｍｍ、Ｌ２＞２ｍｍとなっている。すなわち、長さＬ２が長さＬ１の２倍以上となっている。なお、図２に示す断面だけでなく、保護膜１８は、全周において、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たしている。たとえば、Ｙ方向においても、ＸＺ面に沿う側面１２ｃから張り出した張出領域１８ｂの長さＬ２が一面側被覆領域１８ａの長さＬ１よりも長くなっている（Ｌ２＞Ｌ１）。このように、側面１２ｃから張出領域１８ｂが張り出す方向において、該張出領域１８ｂの長さＬ２が、この張出領域１８ｂに連なる一面側被覆領域１８ａの長さＬ１よりも長くなっている。

図２に示す符号１８ｃは、Ｚ方向における保護膜１８の一面を示し、符号１８ｄは、一面１８ｃと反対の裏面を示している。図２に示すように、保護膜１８は、半導体素子１２の裏面１２ｂ及び第２電極１６を被覆していない。Ｚ方向において、第２電極１６の表面は、保護膜１８の裏面１８ｄに対して凹んだ位置となっている。

次に、図３〜図７に基づき、上記した半導体チップ１０の製造方法について説明する。図３〜図７は、図２に示した断面に対応している。

先ず、一面側工程を実施する。図３に示すように、単結晶シリコンからなる半導体ウエハ２２を準備する。この半導体ウエハ２２は、Ｚ方向において一面２２ａ及び該一面２２ａと反対の裏面２２ｂを有している。半導体ウエハ２２の一面２２ａは、半導体素子１２の一面１２ａに対応している。そして、半導体ウエハ２２における半導体素子１２の形成領域２２ｃ（以下、素子形成領域２２ｃと示す）に、ＩＧＢＴ及びＦＷＤの一面２２ａ側の部分及び第１電極１４を順次形成する。図３では、素子形成領域２２ｃを破線で示している。素子形成領域２２ｃが、特許請求の範囲に記載の半導体エレメント形成領域に相当する。

次に、溝形成工程を実施する。図４に示すように、半導体ウエハ２２を一面２２ａ側からエッチングして、所定位置に溝２４を形成する。溝２４は、素子形成領域２２ｃを取り囲むように、格子状に設けられる。

エッチングとしては、たとえば異方性ドライエッチングを採用することができる。このとき、複数の素子形成領域２２ｃを互いに区画するように、一面２２ａから、素子形成領域２２ｃの下端、すなわち半導体素子１２の裏面１２ｂとなる位置よりも深い位置まで、溝２４を形成する。

また、上記したように、半導体チップ１０において保護膜１８がＬ１＜Ｌ２の関係を満たすように、溝２４を形成する。したがって、隣り合う素子形成領域２２ｃの間の溝２４の幅は、ダイシングの切り代を考慮し、長さＬ２の２倍よりも若干長くなる。

次に、保護膜形成工程を実施する。図５に示すように、第１電極１４の縁部１４ａを覆い、且つ、溝２４の内部を埋めるように一面２２ａ側に保護膜１８を形成する。本実施形態では、スピンコート法を用いてポリイミドを、溝２４を埋めるように一面２２ａ全面に堆積させる。そして、パターニングすることで、保護膜１８を形成する。

次に、薄厚化工程を実施する。図６に示すように、溝２４に充填した保護膜１８が露出するように、裏面２２ｂ側から半導体ウエハ２２を加工して薄厚化する。本実施形態では、保護膜１８が露出するまで裏面２２ｂ側から半導体ウエハ２２を研削する。次いで、裏面２２ｂ側から半導体ウエハ２２を、ウェットエッチングする。エッチャントとしては、たとえばＨＦ＋ＨＮＯ_３を用いることができる。これにより、各素子形成領域２２ｃは互いに分離される。また、上記エッチングにより、素子形成領域２２ｃの裏面、すなわち半導体素子１２の裏面１２ｂは、保護膜１８の裏面１８ｄに対して凹んだ状態となる。この状態において、互いに分離された複数の素子形成領域２２ｃが、保護膜１８によって一体的に連結されている。

次に、裏面側工程を実施する。図７に示すように、各素子形成領域２２ｃに対し、ＩＧＢＴ及びＦＷＤのうちの裏面１２ｂ側の部分及び第２電極１６を順次形成する。そして、裏面側工程後、ダイシング工程を実施する。ダイシング工程では、所定のダイシングラインＤＬに沿って、半導体ウエハ２２をダイシングする。ダイシングラインＤＬは、隣り合う素子形成領域２２ｃの間に位置する保護膜１８の張出領域１８ｂを二等分するように設定される。これにより、上記した半導体チップ１０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、保護膜１８が、半導体素子１２の一面１２ａ上だけでなく、側面１２ｃ全体を覆うように形成される。すなわち、保護膜１８が、一面側被覆領域１８ａに加えて、側面１２ｃから張り出した張出領域１８ｂを有している。そして、張出領域１８ｂの長さＬ２が、一面側被覆領域１８ａの長さＬ１よりも長くなっている。このように、保護膜１８は、側面１２ｃ側に大きく張り出している。第１電極１４と第２電極１６との間の沿面距離は、長さＬ１と、長さＬ２の２倍と、保護膜１８のＺ方向の厚みとの和にほぼ一致する。厚みは、数十μｍ〜数百μｍ程度であるため、沿面距離においては、長さＬ１，Ｌ２が支配的である。すなわち、実質的に、第１電極１４と第２電極１６との間の沿面距離は、長さＬ１と長さＬ２の２倍との和により決定される。したがって、側面１２ｃ側に大きく張り出した保護膜１８を採用することにより、第１電極１４と第２電極１６との間の沿面距離を確保することができる。

また、保護膜１８（ポリイミド）は半導体プロセスにより形成される。すなわち、半導体プロセス（ウエハプロセス）終了時点で、沿面距離を確保することができる。半導体プロセス後に、金型を用いた保護膜の成形、保護膜形成のためのポッティング、保護膜から電極を露出させるための切削が不要であるため、従来に較べて、製造工程を簡素化することができる。

なお、第２電極１６の形成範囲としては、半導体素子１２の裏面１２ｂ上だけに限定されない。図８の第１変形例に示すように、第２電極１６を半導体素子１２の裏面１２ｂ上だけでなく、保護膜１８の裏面１８ｄ側にも設けた構成を採用することもできる。

（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

図９及び図１０に示すように、本実施形態の半導体チップ１０（半導体装置）は、第１実施形態に示した半導体チップ１０（図１及び図２参照）に対し、さらに外周壁部２６を備えた構成となっている。

外周壁部２６は、半導体素子１２と同じ材料（たとえばシリコン）を用いて形成され、Ｚ方向に直交する面内において、半導体素子１２を取り囲むように環状に配置されている。Ｚ方向において、外周壁部２６の一面２６ａは、半導体素子１２の一面１２ａと略面一とされ、一面２６ａと反対の裏面２６ｂは、半導体素子１２の裏面１２ｂと略面一とされている。本実施形態では、図１０に示すように、裏面２６ｂに第２電極１６と同じ材料からなる層が形成されている。さらには、裏面１２ｂ側の保護膜１８上に第２電極１６が形成された構成を採用することもできる。

保護膜１８は、外周壁部２６と半導体素子１２との間に介在されている。外周壁部２６のうち、一面２６ａ及び裏面２６ｂにおける内周側の縁部は、保護膜１８によって被覆され、外周側の縁部は、保護膜１８から露出されている。そして、内周面２６ｃの全域が保護膜１８によって覆われており、外周面２６ｄの全域が保護膜１８から露出されている。なお、内周面２６ｃが特許請求の範囲に記載の内面に相当し、外周面２６ｄが特許請求の範囲に記載の外面に相当する。

次に、図１１及び図１２に基づき、上記した半導体チップ１０の製造方法について説明する。図１１及び図１２は、図２に示した断面に対応している。

先ず、第１実施形態同様、一面側工程を実施し、次いで、溝形成工程を実施する。図１１に示すように、本実施形態でも、複数の素子形成領域２２ｃを互いに区画するように、一面２２ａから、半導体素子１２の裏面１２ｂとなる位置よりも深い位置まで、溝２４を形成する。また、上記したように保護膜１８がＬ１＜Ｌ２の関係を満たし、且つ、ダイシングラインＤＬを含んで外周壁部２６ｅが残るように、溝２４を形成する。溝２４は、その幅が長さＬ２となるように形成される。外周壁部２６ｅは、ダイシングの切り代を考慮し、長さが決定される。外周壁部２６ｅは、隣り合う素子形成領域２２ｃの間の溝２４を二等分するように設けられる。このため、外周壁部２６ｅも格子状をなす。

次に、保護膜形成工程を実施する。図１２に示すように、本実施形態でも、第１電極１４の縁部１４ａを覆い、且つ、溝２４の内部を埋めるように、一面２２ａ側に保護膜１８を形成する。このとき、外周壁部２６ｅの少なくともダイシングラインＤＬの部分が保護膜１８から露出されるように、保護膜１８をパターニングする。

薄厚化工程、裏面側工程、及びダイシング工程については、第１実施形態と同じである。ダイシング工程では、ダイシングラインＤＬに沿って半導体ウエハ２２をダイシングすることで、隣り合う素子形成領域２２ｃの間において外周壁部２６ｅが略二等分される。以上により、外周壁部２６を備える上記した半導体チップ１０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、保護膜１８をダイシングするのではなく、外周壁部２６ｅをダイシングする。すなわち、半導体ウエハ２２のうち、保護膜１８が形成されていない部分をダイシングする。保護膜をダイシングすると、ダイシングの応力によって保護膜と半導体チップとの界面の密着性が低下する虞がある。これに対し、本発明によれば、保護膜１８をダイシングしないため、保護膜１８の剥離を抑制することができる。

また、薄厚化工程以降において、外周壁部２６ｅが、梁のような役割を果たすため、外周壁部２６ｅを有さない構成に較べて、薄厚化された半導体ウエハ２２の変形（反りなど）を抑制することができる。また、外周壁部２６の梁の効果により、ダイシング後の半導体チップ１０において、変形を抑制することができる。

（第３実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

図１３に示すように、本実施形態の半導体チップ１０(半導体装置)は、第１実施形態に示した半導体チップ１０（図１及び図２参照）に対し、半導体素子１２の側面１２ｃが凹凸形状とされている。なお、図１３は、図１に一点鎖線で示す領域XIIIを拡大した平面図である。

図１３に示す例では、側面１２ｃが波状となっている。側面１２ｃ全体が、波板のトタン屋根のようになっている。このような側面１２ｃは、半導体ウエハ２２をエッチングして溝２４を形成する際に、対応するマスクを用いることで形成することができる。

このように、半導体素子１２の側面１２ｃを凹凸形状とすると、側面１２ｃと保護膜１８との接触面積が増加するため、保護膜１８の剥離を抑制することができる。なお、第２実施形態に示した構成に、凹凸形状の側面１２ｃを組み合わせることもできる。

凹凸形状としては、上記した波状に限定されるものではない。たとえば、図１４の第２変形例に示すように、側面１２ｃの他の部分（平坦部分）から側面１２ｃに直交する方向に突出する基部２８ａと、基部２８ａから側面１２ｃと平行な方向に延びた延設部２８ｂと、を有している。これによれば、接触面積の増加に加えて、延設部２８ｂがアンカーとして機能するため、保護膜１８の剥離をさらに抑制することができる。なお、図１４に示すような略Ｔ字状に限らず、略Ｌ字状や略Ｙ字状、略錨形状を採用することもできる。

（第４実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

本実施形態では、図１５及び図１６に示すように、半導体素子１２が孔部３０を有し、この孔部３０内に保護膜１８を埋め込まれている。なお、図１５は、図１３に対応している。図１６は、図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。

孔部３０は、半導体素子１２において、第１電極１４の形成領域を取り囲む周辺領域に形成されている。本実施形態では、孔部３０として、一面１２ａから裏面１２ｂにわたって貫通する貫通孔を採用している。しかしながら、一面１２ａ側にのみ開口する未貫通の孔を採用することもできる。この孔部３０は、第１電極１４を取り囲むように複数箇所に設けられている。

保護膜１８は、第１実施形態に示した構成、すなわち一面側被覆領域１８ａ及び張出領域１８ｂに加え、その一部として、孔部３０に配置されたアンカー領域１８ｅを有している。このアンカー領域１８ｅは、一面側被覆領域１８ａや張出領域１８ｂと一体的に設けられている。アンカー領域１８ｅの一端は一面側被覆領域１８ａに連結され、他端は、半導体素子１２の裏面１２ｂから外部に突出している。Ｚ方向において、アンカー領域１８ｅの突出先端は、保護膜１８の裏面１８ｄと略面一となっている。

このようなアンカー領域１８ｅは、第１実施形態に示した製造方法によって形成することができる。具体的には、溝形成工程において、溝２４とともに孔部３０を形成する。本実施形態では、孔部３０の深さを溝２４とほぼ同じ深さとする。次いで、保護膜形成工程において、溝２４及び孔部３０を埋めるように保護膜１８を形成すればよい。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、半導体素子１２がその周辺領域に孔部３０を有し、保護膜１８がアンカー領域１８ｅを有している。したがって、一面１２ａから半導体素子１２に打ち込まれたアンカー領域１８ｅにより、側面１２ｃから保護膜１８が剥離するのを抑制することができる。

（第５実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

本実施形態では、図１７に示すように、保護膜１８が、半導体素子１２の裏面１２ｂの縁部１２ｂ１を覆っている。すなわち、保護膜１８が、その一部として、縁部１２ｂ１を覆う裏面側被覆領域１８ｆを有している。裏面側被覆領域１８ｆは、半導体素子１２の全周に設けられている。なお、図１７は、図１６に対応している。

このような裏面側被覆領域１８ｆは、第１実施形態に示した製造方法によって形成することができる。具体的には、溝形成工程において、溝２４を形成する際に、先ず異方性エッチングにより所定深さまで掘り、次いで等方性エッチングにより、溝の下端付近において、Ｚ方向と直交する方向、すなわち素子形成領域２２ｃの下端の直下に溝を広げればよい。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、保護膜１８が、一面側被覆領域１８ａ及び張出領域１８ｂとともに裏面側被覆領域１８ｆを有している。すなわち、保護膜１８が、断面コの字状をなしている。これにより、保護膜１８と半導体素子１２の接触面積を増加させることができる。また、Ｚ方向において、一面側被覆領域１８ａと裏面側被覆領域１８ｆとにより半導体素子１２を挟んでいる。以上により、側面１２ｃから保護膜１８が剥離するのを抑制することができる。

（第６実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

本実施形態では、図１８に示すように、半導体チップ１０（半導体装置）が複数の半導体素子１２を備えている。複数の半導体素子１２は、互いに同じ構成となっており、Ｚ方向において、一面１２ａ同士が略面一、裏面１２ｂ同士が略面一とされている。そして、半導体素子１２の間に保護膜１８が介在されて、複数の半導体素子１２が一体化されている。なお、図１８は、図２に示した断面に対応している。

図１８に示す例では、３つの半導体素子１２がＸ方向に一列に配置され、隣り合う半導体素子１２の間に保護膜１８が介在されている。保護膜１８の張出領域１８ｂのうち、Ｘ方向の端部に位置する部分、すなわち１つの半導体素子１２のみと接触する部分の長さはＬ２ａとなっている。１つの半導体素子１２のみと接触する部分において、張出領域１８ｂの内周端は半導体素子１２の側面１２ｃに一致し、外周端が保護膜１８の端部に一致する。長さＬ２ａ＞長さＬ１となっている。本実施形態では、８００Ｖ耐圧ＩＧＢＴ、システム電圧４００Ｖにおいて、Ｌ１＜１ｍｍ、Ｌ２ａ＞２ｍｍとなっている。

一方、張出領域１８ｂのうち、隣り合う半導体素子１２の間に介在される部分の長さはＬ２ｂとなっている。隣り合う半導体素子１２の間に介在される部分において、張出領域１８ｂの内周端は一方の半導体素子１２の側面１２ｃに一致し、外周端が他方の半導体素子１２の側面１２ｃに一致する。長さＬ２ｂは、ダイシングの切り代を考慮し、長さＬ２ａの２倍よりも若干長くなっている（Ｌ２ｂ＞２×Ｌ２ａ）。このように、長さＬ２として、長さＬ２ａ，Ｌ２ｂを有している。なお、一面側被覆領域１８ａの長さは、各半導体素子１２においてすべてＬ１となっている。

各第１電極１４は、保護膜１８によって互いに分離されている。同じく、各第２電極１６も、保護膜１８によって分離されている。図１９は、上記した半導体チップ１０の等価回路を示している。図１９に示すように、３つのＩＧＢＴ及びＦＷＤが、それぞれ独立して形成されている。なお、図１８及び図１９において、たとえばＣ１は、１つ目の半導体素子１２のコレクタ電極、Ｅ１は、１つの目の半導体素子のエミッタ電極、Ｇ１は１つ目の半導体素子１２のゲート電極を示している。

次に、図２０に基づき、上記した半導体チップ１０の製造方法について説明する。図２０は、図２に示した断面に対応している。

裏面側工程までは、第１実施形態と同じである。図２０に示すように、ダイシング工程では、複数の半導体素子１２が一体化されるように、所定のダイシングラインＤＬに沿って半導体ウエハ２２をダイシングする。このとき、３つの素子形成領域２２ｃが一つの単位となるように切り分ける。ダイシングラインＤＬは、切り分けられる保護膜１８において、張出領域１８ｂの長さをほぼ等分するように設定されている。以上により、上記した半導体チップ１０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、半導体素子１２を一つ備える半導体チップ１０を複数有する構成に較べて、同じ数の半導体素子１２を備えながらも、その体格を小型化することができる。

また、複数の半導体素子１２の互いの位置関係が、半導体プロセスにおいて決定される。したがって、各半導体素子１２のお互いの位置精度を向上することができる。

また、端部の張出領域１８ｂの長さＬ２ａが、一面側被覆領域１８ａの長さＬ１よりも長くなっている。このように、端部の保護膜１８は、側面１２ｃ側に大きく張り出している。したがって、第１実施形態同様、第１電極１４と第２電極１６との間の沿面距離を確保することができる。

ところで、隣り合う半導体素子１２の第１電極１４間の沿面距離は、長さＬ１の２倍と長さＬ２ｂとの和により決定される。これは、第１実施形態に記載のように、第１電極１４と第２電極１６との実質的な沿面距離に等しい。したがって、本実施形態によれば、隣り合う半導体素子１２において第１電極１４の電位が互いに異なる場合に、第１電極１４間の沿面距離を確保することができる。

なお、本実施形態では、Ｌ１＜１ｍｍ、Ｌ２ａ＞２ｍｍとなっている。Ｌ２ｂ＞２×Ｌ２ａであるから、沿面距離に対して、長さＬ２ｂが支配的であるといえる。隣り合う半導体素子１２の第２電極１６間の沿面距離は、長さＬ２ｂである。したがって、隣り合う半導体素子１２において第２電極１６の電位が互いに異なる場合に、第２電極１６間の沿面距離を確保することもできる。

また、本実施形態では、第２電極１６が、半導体素子１２ごとに分けて設けられている。これによれば、各半導体素子１２のＩＧＢＴ及びＦＷＤを、互いに電気的に独立させることができる。

しかしながら、図２１の第３変形例に示すように、第２電極１６が裏面１２ｂ側において保護膜１８上にも形成され、複数の半導体素子１２において第２電極１６が一体的に設けられた構成を採用することもできる。図２２は、この場合の等価回路を示している。図２２に示すように、３つのＩＧＢＴ及びＦＷＤのエミッタ電極Ｅ１〜Ｅ３は電気的に分離され、コレクタ電極Ｃが共通化されている。

また、ダイシング前において、保護膜１８の幅がすべて等しい例を示した。すなわち、隣り合う半導体素子１２間の長さＬ２ｂが、端部の張出領域１８ｂの長さＬ２ａの２倍にダイシング代を加算した長さとされる例を示した。これによれば、半導体ウエハ２２から任意個数の半導体素子１２を備える半導体チップ１０を切り出しても、等しい沿面距離を確保することができる。たとえば半導体チップ１０が備える半導体素子１２の個数を変えても、所定の沿面距離を確保することができる。

しかしながら、ダイシングされる保護膜１８と、ダイシングされない保護膜１８とで、幅を変えてもよい。すなわち、長さＬ２ｂを、長さＬ２ａの２倍にダイシング代を加算した長さとは異なる長さとしてもよい。

半導体チップ１０が備える半導体素子１２の個数は３個に限定されるものではない。

（第７実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した半導体チップ１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。

本実施形態では、図２３に示すように、半導体チップ１０が、半導体素子１２と同じ材料を用いて形成され、隣り合う半導体素子１２を隔てるように配置された隔壁部３２をさらに備えている。そして、隔壁部３２と半導体素子１２との間に保護膜１８がそれぞれ介在されている。

Ｚ方向において、隔壁部３２の一面３２ａは、半導体素子１２の一面１２ａと略面一とされ、一面３２ａと反対の裏面３２ｂは、裏面１２ｂと略面一とされている。隔壁部３２は、各半導体素子１２を取り囲むように形成されている。詳しくは、隔壁部３２が格子状に設けられている。一面３２ａ及び裏面３２ｂの縁部は、保護膜１８によって被覆され、隔壁部３２の幅方向の中心領域は、保護膜１８から露出されている。また、側面３２ｃは、その全域が保護膜１８によって被覆されている。

図２３に示す例では、第６実施形態同様、３つの半導体素子１２がＸ方向に一列に配置され、隣り合う半導体素子１２の間に保護膜１８が介在されている。保護膜１８の張出領域１８ｂのうち、Ｘ方向の端部に位置する、すなわち１つの半導体素子１２とのみ接触する部分の長さはＬ２ｃとなっている。長さＬ２ｃ＞長さＬ１となっている。本実施形態では、８００Ｖ耐圧ＩＧＢＴ、システム電圧４００Ｖにおいて、Ｌ１＜１ｍｍ、Ｌ２ｃ＞２ｍｍとなっている。

一方、張出領域１８ｂのうち、隣り合う半導体素子１２の間に介在される部分の長さは、隣り合う半導体素子１２の側面１２ｃ間の距離Ｌ３から、隔壁部３２の保護膜１８から露出される部分の幅Ｌ４を減算した長さＬ２ｄ（＝Ｌ３−Ｌ４）となっている。この長さＬ２ｄは、上記した長さＬ２ｃの２倍の長さとなっている（Ｌ２ｄ＝２×Ｌ２ｃ）。このように、半導体素子１２の側面１２ｃから長さＬ２ｄの保護膜１８（張出領域１８ｂ）が張り出している。なお、隔壁部３２の幅Ｌ４は、ダイシングの切り代を考慮し、外周壁部２６の幅の２倍よりも若干長くなっている。

また、図２３において、各第１電極１４は、保護膜１８によって互いに分離されている。同じく、各第２電極１６も、保護膜１８によって分離されている。

次に、図２４及び図２５に基づき、上記した半導体チップ１０の製造方法について説明する。図２４及び図２５は、図２に示した断面に対応している。

裏面側工程までは、基本的に第２実施形態と同じある。図２４に示すように、溝形成工程では、外周壁部２６ｅ及び隔壁部３２ｄが残るように、溝２４を形成する。この時点で、外周壁部２６ｅの幅と隔壁部３２ｄの幅とが等しくなっている。すなわち、第２実施形態に示した外周壁部２６ｅの一部が、隔壁部３２ｄに相当するに等しい。外周壁部２６ｅ及び隔壁部３２ｄは、一体となって格子状に設けられる。溝２４、外周壁部２６、及び隔壁部３２は、ダイシング後において、上記した寸法関係を満たすように設けられる。

そして、溝形成工程後、保護膜形成工程、薄厚化工程、裏面側工程を経て、図２５に示すダイシング工程を実施する。ダイシング工程では、複数の半導体素子１２が一体化されるように、所定のダイシングラインＤＬに沿って半導体ウエハ２２をダイシングする。このとき、３つの素子形成領域２２ｃが一つの単位となるように切り分ける。ダイシングラインＤＬは、外周壁部２６ｅを略二等分するように設定される。以上により、上記した半導体チップ１０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る半導体チップ１０の効果について説明する。

本実施形態によれば、保護膜１８をダイシングするのではなく、外周壁部２６ｅをダイシングする。したがって、保護膜１８の剥離を抑制することができる。また、薄厚化工程以降において、外周壁部２６ｅ及び隔壁部３２ｄが、梁のような役割を果たすため、外周壁部２６ｅ及び隔壁部３２ｄを有さない構成に較べて、薄厚化された半導体ウエハ２２の変形（反りなど）を抑制することができる。また、外周壁部２６及び隔壁部３２の梁の効果により、ダイシング後の半導体チップ１０において、変形を抑制することができる。

なお、本実施形態においても、第２電極１６が裏面１２ｂ側において保護膜１８上にも形成され、複数の半導体素子１２において第２電極１６が一体的に設けられた構成を採用することができる。

また、外周壁部２６ｅと隔壁部３２ｄの幅が等しい例を示した。すなわち、半導体チップ１０において、隔壁部３２ｄの幅Ｌ４が、ダイシングの切り代を考慮し、外周壁部２６の幅の２倍よりも若干長くされる例を示した。これによれば、半導体ウエハ２２から任意個数の半導体素子１２を備える半導体チップ１０を切り出しても、等しい沿面距離を確保することができる。

しかしながら、ダイシングされる保護膜１８と、ダイシングされない保護膜１８とで、幅を変えてもよい。すなわち、長さＬ２ｂを、長さＬ２ａの２倍にダイシング代を加算した長さとは異なる長さとしてもよい。

半導体チップ１０が備える半導体素子１２の個数は３個に限定されるものではない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

１０…半導体チップ、１２…半導体素子、１２ａ…一面、１２ｂ…裏面、１２ｂ１…縁部、１２ｃ…側面、１４…第１電極、１４ａ…縁部、１４ｂ…露出部、１６…第２電極、１８…保護膜、１８ａ…一面側被覆領域、１８ｂ…張出領域、１８ｃ…一面、１８ｄ…裏面、１８ｅ…アンカー領域、１８ｆ…裏面側被覆領域、２０…パッド、２２…半導体ウエハ、２２ａ…一面、２２ｂ…裏面、２２ｃ…素子形成領域、２４…溝、２６，２６ｅ…外周壁部、２６ａ…一面、２６ｂ…裏面、２６ｃ…内周面、２６ｄ…外周面、２８ａ…基部、２８ｂ…延設部、３０…孔部、３２，３２ｄ…隔壁部、３２ａ…一面、３２ｂ…裏面、３２ｃ…側面

Claims (14)

1. 一面（１２ａ）、該一面と反対の裏面（１２ｂ）、及び側面（１２ｃ）を有し、前記一面に第１電極（１４）が形成され、前記裏面に第２電極（１６）が形成された半導体エレメント（１２）と、
   前記第１電極の縁部（１４ａ）を含んで前記一面を覆うとともに、前記第１電極の露出部（１４ｂ）を取り囲んだ環形状をなす一面側被覆領域（１８ａ）と、該一面側被覆領域から連続して延びて前記側面の全域を覆うとともに、前記側面から前記半導体エレメントの厚み方向に直交する方向に張り出した環形状をなす張出領域（１８ｂ）と、を有する保護膜（１８）と、
   を備え、
   前記側面から前記張出領域が張り出す方向において、環形状をなす前記一面側被覆領域の内周端から外周端までの長さをＬ１、環形状をなす前記張出領域の内周端から外周端までの長さをＬ２とすると、
   Ｌ１＜Ｌ２
   を満たすように、前記保護膜が形成されていることを特徴とする半導体チップ。
2. 前記半導体エレメントと同じ材料を用いて形成され、前記厚み方向に直交する面内において、前記半導体エレメントを取り囲むように配置された外周壁部（２６）をさらに備え、
   前記外周壁部と前記半導体エレメントとの間に前記保護膜が介在され、
   前記外周壁部において、内面（２６ｃ）の全域が前記保護膜によって覆われており、外面（２６ｄ）の全域が前記保護膜から露出されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ。
3. 前記半導体エレメントの側面が、凹凸形状をなしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体チップ。
4. 前記半導体エレメントは、前記側面の一部分から前記厚み方向に直交する直交方向に突出する基部（２８ａ）と、該基部から前記直交方向とは異なる方向に延びた延設部（２８ｂ）と、を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体チップ。
5. 前記半導体エレメントは、前記一面における第１電極形成領域の周辺領域に開口する孔部（３０）を有し、
   前記保護膜は、前記孔部内にも配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体チップ。
6. 前記保護膜は、前記半導体エレメントの裏面の縁部（１２ｂ１）を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体チップ。
7. 前記半導体エレメントを複数備え、
   複数の前記半導体エレメントは、前記一面が互いに面一とされるとともに、前記裏面が互いに面一とされており、
   前記半導体エレメントの間に前記保護膜が介在されて、複数の前記半導体エレメントが一体化されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体チップ。
8. 前記半導体エレメントと同じ材料を用いて形成され、前記厚み方向に直交する面内において、隣り合う前記半導体エレメントを隔てるように配置された隔壁部（３２）をさらに備え、
   前記隔壁部と前記半導体エレメントとの間に前記保護膜がそれぞれ介在されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体チップ。
9. 前記第２電極は、前記半導体エレメントごとに分けて設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の半導体チップ。
10. 前記第２電極は、前記裏面側において前記保護膜上にも形成され、複数の前記半導体エレメントにおいて一体的に設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の半導体チップ。
11. 請求項１に記載の半導体チップの製造方法であって、
    前記半導体エレメントの形成領域（２２ｃ）を複数有する半導体ウエハ（２２）において、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第１電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記一面側の部分を形成する一面側工程と、
    前記一面側工程後、複数の前記半導体エレメント形成領域を互いに区画するように、前記一面側から前記裏面よりも深い位置まで溝を形成する溝形成工程と、
    前記第１電極の縁部を覆い、且つ、前記溝の内部を埋めるように前記一面側に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    前記溝に充填した前記保護膜が露出するように、前記一面と反対の面側から前記半導体ウエハを加工して薄厚化する薄厚化工程と、
    前記薄厚化工程後、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第２電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記裏面側の部分を形成する裏面側工程と、
    前記裏面側工程後、所定のダイシングライン（ＤＬ）に沿って、前記半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
    を備え、
    前記ダイシング工程後に、前記側面から前記張出領域が張り出す方向において、環形状をなす前記張出領域の内周端から外周端までの長さＬ２が、環形状をなす前記一面側被覆領域の内周端から外周端までの長さＬ１よりも長くなるように、前記溝形成工程において前記溝を形成することを特徴とする半導体チップの製造方法。
12. 前記ダイシング工程において、複数の前記半導体エレメントが一体化されるように、前記半導体ウエハをダイシングすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップの製造方法。
13. 請求項２に記載の半導体チップの製造方法であって、
    前記半導体エレメントの形成領域（２２ｃ）を複数有する半導体ウエハ（２２）において、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第１電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記一面側の部分を形成する一面側工程と、
    前記一面側工程後、複数の前記半導体エレメント形成領域を互いに区画するように、前記一面側から前記裏面よりも深い位置まで溝を形成する溝形成工程と、
    前記第１電極の縁部を覆い、且つ、前記溝の内部を埋めるように前記一面側に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    前記溝に充填した前記保護膜が露出するように、前記一面と反対の面側から前記半導体ウエハを加工して薄厚化する薄厚化工程と、
    前記薄厚化工程後、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第２電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記裏面側の部分を形成する裏面側工程と、
    前記裏面側工程後、所定のダイシングライン（ＤＬ）に沿って、前記半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
    を備え、
    前記ダイシング工程後に、前記側面から前記張出領域が張り出す方向において、環形状をなす前記張出領域の内周端から外周端までの長さＬ２が、環形状をなす前記一面側被覆領域の内周端から外周端までの長さＬ１よりも長くなり、且つ、前記ダイシングラインを含んで前記外周壁部が残るように、前記溝形成工程において前記溝を形成し、
    前記保護膜形成工程において、前記外周壁部の前記一面における少なくとも前記ダイシングラインの部分が露出されるように、前記保護膜を形成することを特徴とする半導体チップの製造方法。
14. 請求項８に記載の半導体チップの製造方法であって、
    前記半導体エレメントの形成領域（２２ｃ）を複数有する半導体ウエハ（２２）において、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第１電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記一面側の部分を形成する一面側工程と、
    前記一面側工程後、複数の前記半導体エレメント形成領域を互いに区画するように、前記一面側から前記裏面よりも深い位置まで溝を形成する溝形成工程と、
    前記第１電極の縁部を覆い、且つ、前記溝の内部を埋めるように前記一面側に前記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    前記溝に充填した前記保護膜が露出するように、前記一面と反対の面側から前記半導体ウエハを加工して薄厚化する薄厚化工程と、
    前記薄厚化工程後、各半導体エレメント形成領域に対し、前記第２電極を含んで前記半導体エレメントのうちの前記裏面側の部分を形成する裏面側工程と、
    前記裏面側工程後、複数の前記半導体エレメントが一体化されるように、所定のダイシングライン（ＤＬ）に沿って、前記半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
    を備え、
    前記ダイシング工程後に、前記側面から前記張出領域が張り出す方向において、環形状をなす前記張出領域の内周端から外周端までの長さＬ２が、環形状をなす前記一面側被覆領域の内周端から外周端までの長さＬ１よりも長くなり、且つ、隣り合う前記半導体エレメントの間に前記隔壁部が残るように、前記溝を形成することを特徴とする半導体チップの製造方法。

Images