JPH02271558A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH02271558A
JPH02271558A JP1093578A JP9357889A JPH02271558A JP H02271558 A JPH02271558 A JP H02271558A JP 1093578 A JP1093578 A JP 1093578A JP 9357889 A JP9357889 A JP 9357889A JP H02271558 A JPH02271558 A JP H02271558A
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layer
semiconductor chip
semiconductor
substrate
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JP1093578A
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Michihiro Kobiki
小引 通博
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    • H01L2924/3511Warping

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に半
導体チップ裏面側に放熱電極を有するものに関するもの
である。
〔従来の技術〕
第5図は従来の放熱電極を備えた半導体装置を示し、図
において、1はCu、 コバール等のキャリア7上に半
導体チップ5を半田材6により接着してなる半導体装置
で、該半導体チップ5は、表面部に能動素子や受動素子
等を作り込み、その上に配線層をパターンニングして機
能素子層2を形成したSlやGaAs等の半導体チップ
基板3と、該半導体チップ基板裏面側にAu、Ag、あ
るいはCuメツキ等により形成した放熱電極4とから構
成されている。
次に上記半導体チップの従来の製造方法を第6図を用い
て説明する。
半導体ウェハ基板8として、600μm程度の厚みを持
つStやGaAs等の半導体基板を用い、該基板8表面
部に能動素子や受動素子を作り込み、さらに該基板上に
配線層をパターンニングして機能素子層2を形成する(
第6図(a))、次に上記半導体ウェハ基板8をラッピ
ング、ポリッシング。
あるいはエツチング等により放熱性や実装作業を考慮し
た所定の厚み、例えば100μm程度まで薄化した後、
該基板8裏面側に、基板との接着性の良いTl、Nlあ
るいはCr層を蒸着し、さらに無電解メツキによりAu
層を形成して厚さ3000人程度0裏面電極9を形成す
る(第6図(b))。
その後、該裏面電極9上に電解メツキ法によりAuメツ
キ等を行い厚さ40〜50μm程度の放熱電極4を形成
する(第6図(C))、そして最後に上記半導体ウェハ
基板8.放熱電極4等をダイサー等により所定の切断ラ
イン扮って切断して半導体チップ5を得る(第6図(6
))。
次に上記半導体チップの他の製造方法を第7図(a)〜
(ロ)を用いて説明する。
なおここでは半導体ウェハ基板8の裏面に裏面電極9を
形成するまでの工程(第7図(a)、 (b))は第6
図(a)、 (b)に示す工程と同一であるのでその説
明は省略する。
上記裏面電極9を形成した後、機能素子層2のチップパ
ターン、つまり能動素子や受動素子あるいは配線層のパ
ターンに対応して基板8表面部に放熱電極用レジストパ
ターン10を形成する(第7図(b))、さらに該レジ
ストパターン10をマスクとじて放熱電極4を選択的に
電解メツキにより形成し、その後該レジストパターン1
0を除去する(第7図(C))、そして最後に放熱電極
4をマスクとして裏面型i9および半導体ウェハ基板8
を順次選択的にエツチングして、半導体チップ5を得る
この方法では、第7図に示すように放熱電極4の外形寸
法が半導体チップ基板3より多少大きくなるが、第9図
に示すように半導体チップ基板3の外端から放熱電極4
の外端までの距離lは放熱電極4のメッキ厚りに応じて
決まり、レジストパターン厚dを3μm〜10μmとす
ると、メッキ厚D−40〜50μmでは、距離!はせい
ぜい30〜35μm程度である。
上述のように半導体チップ5を第6図あるいは第7図の
方法により形成した後、第5図に示すように該チップ5
を半田材6等によりキャリア7上に実装する。
即ちまずキャリア7を加熱し、該キャリア7表面に半田
材6を広げる。また半導体チップ5をビンセット30等
でピックアップして上記キャリア7上に載せ、スクラブ
して、つまりチップ5をキャリア7に擦り付けて該半田
材6表面の酸化被膜を押し退は活性な半田材6とチップ
5裏面とが接触するようにする。その後冷却して半導体
装置lを完成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、従来の半導体チップでは、該半導体チップを
半田材を用いてキャリアに接着する際のチップのハンド
リング処理や熱処理において以下のような問題があった
(i)第6図に示す方法により製造した半導体チップ5
では、その放熱電極4と半導体チップ基板3の面積、つ
まりこれらの外形寸法がほぼ等しく、それぞれの側面が
ほぼ面一であることから、半導体チップ5をキャリア7
上に配置する際、該チップ5をピンセット30やコレッ
ト(図示せず)等でハンドリングすると、第11図(a
)に示すように該ピンセット30等と半導体チップ基板
3とが接触し、半導体チップ基板3に割れ、カケを生じ
、特性や信頼性の低下を招くという問題があった。
また第7図に示す方法により製造した半導体チップ5で
は、放熱電極4の外形寸法が半導体チップ基板3より多
少大きくなっているものの、放熱電極4が金等の柔らか
い材料からできているため、第11図(b)に示すよう
に線型Fi4はこれをピンセット30等で挟んだ場合変
形し、結局ピンセット等と半導体チップ基板3とが接触
することとなり、上述のようなチップ基板の破損を招く
という問題があった。
(ii)また半導体チップ5をキャリア7に半田付けす
る際には、該チップ5に対して約300〜400℃の昇
温処理を施すため、半導体チップ基板3.放熱電極4お
よびキャリア7の各膨張係数の違いにより、半導体チッ
プ基板3が変形する。
つまり半導体チップ基板(GaAs)3の熱膨張率(5
,5X 10−’/”C)は、放熱電極(Au)4の1
5.4X 10−’/”Cやキャリア(Cu)の18.
3X10−’/”Cに比べて小さいため、高温状態では
基板3は第10図(a)に示すように、両側部が反り上
がるような力Fを受は変形する。このためチップ5はこ
のように変形した状態でキャリア7上の固着されること
となり、言い換えると半導体チップ基板3には変形によ
るストレスが加わったままとなり、特性や信頼性の低下
を招くという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、半導体チップのハンドリング時、その半導体
チップ基板とその取扱器具とが接触するのを防止するこ
とができ、また半導体チップの熱処理時、その半導体チ
ップ基板の変形を防止することができる半導体装置を得
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段] この発明に係る半導体装置は、 (1)半導体チップ基板の裏面側に放熱電極層、及びそ
の下側の硬い放熱層を備えた半導体チップを、その硬い
放熱層の外形寸法が該半導体チップ基板の外形寸法より
大きい外形形状を有するものとしたものである。
(2)半導体チップ裏面側の放熱体層を、半導体チップ
基板裏面上に形成された放熱電極層と、該放熱電極層の
表面に形成され上記半導体チップ基板材料の熱膨張係数
と近似した熱膨張係数を持つ放熱層とから構成したもの
である。
(3)裏面側に接地用放熱電極層、及びその下側の絶縁
性放熱層を備えた半導体チップをキャリアに搭載してな
る半導体装置において、該キャリアを、その表面に上記
絶縁性放熱層の厚さより深い凹部を有するものとし、該
キャリアの凹部内に上記半導体チップを配置するととも
に、該チップ側面と上記凹部内面との間に半田材を充填
したものである。
(4)半導体チップ基板の裏面側に接地用放熱電極層、
及びその下側の絶縁性放熱層を備えた半導体チップを、
半田によりキャリア上に固着してなる半導体装置におい
て、半導体チップ裏面側の絶縁性放熱層を、金属材料を
充填したスルーホールを有するものとしたものである。
この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハ
から半導体チップを切り出すチップ分離工程を、上記半
導体ウェハ基板を基板表面側から第1のブレードにより
所定の切断ラインに沿って切断分離する第1の分離工程
と、上記半導体チップ裏面側の放熱体層を基板表面側か
ら上記第1のブレード・より薄い第2のブレードにより
上記切断ラインに沿って切断分離する第2の切断分離工
程とを含むものとしたものである。
〔作用〕
この発明に係る半導体装置においては、半導体チップ基
板裏面側に硬い放熱層を設け、しかも該放熱層の外形寸
法を該半導体チップ基板の外形寸法より大きくしたから
、半導体チップのハンドリング時、半導体チップ基板裏
面の放熱層をピンセット等の取扱器具で挟んでも、該放
熱層が変形することはなく、つまり、半導体チップ基板
と取扱器具とが接触することはなくなり、これによりチ
ップ基板の破損を防止することができる。
また、半導体チップ裏面側の放熱電極層表面に上記半導
体チップ基板材料の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を
持つ放熱層を形成したから、上記半導体チップをキャリ
ア上に高温の半田付は処理により固着する際、半導体チ
ップ基板の熱による変形を上記放熱層により抑制するこ
とができ、これにより半導体チップをその半導体チップ
基板の変形のない状態でキャリア上に固着することがで
きる。
また、キャリアに凹部を形成し、半導体チップをその放
熱電極部位まで該凹部に埋め込んで半田材により固着す
るようにしたから、接地電極である放熱電極とキャリア
との電気的接続を半田材を介してとることができ、高周
波特性を向上するこができる。
また、半導体チップ裏面側の絶縁性放熱層を、金属材料
を充填したスルーホールを有するものとしたから、放熱
電極とキャリアとの電気的接続を該スルーホールを介し
てとることができ、これにより高周波特性を向上するこ
とができる。
また本発明に係る半導体装置の製造方法においては、チ
ップ分離を1〒う際、まず半導体ウェハ基板を所定厚の
ブレードで切断し、さらに放熱電極及び絶縁性放熱層を
上記ブレードより薄いブレードにより切断するようにし
たから、基板、放熱電極、及び放熱層の切断はすべて機
械的に行われることとなり、半導体チップ基板や放熱電
極及び放熱性絶縁層の外形寸法を高精度に制御すること
ができ、また被切断物の切断をそれぞれの材質に適した
条件で行うことができ、これにより柔らかい半導体ウェ
ハ基板を破損やクラックの発生を招くことなくソフトに
切断し、硬い放熱電極等を良好に切断することができる
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体装置を説明する
ための斜視図であり、図において、100はCu等のキ
ャリア7上に半導体チップ50を半田材6により固着し
てなる半導体装置で、該半導体チップ50は表面に能動
素子や受動素子等を形成したSiやGaAs等の半導体
チップ基板3と、該半導体層裏面側にAuメツキ等によ
り形成した放熱電極4と、該放熱電極4表面に形成され
、その表裏両面にT i/Au、Ni/AuまたはCr
 / A u等のメタライズを施した絶縁性放熱層12
とから構成されている。
ここで上記放熱電極4及び絶縁性放熱層12の外形寸法
は上記半導体チップ基板3より大きくし、また放熱電極
4と絶縁性放熱層12との側面は面一になるようにして
いる。さらに該絶縁性放熱層12の構成材料としては上
記半導体チップ基板の構成材料と熱膨張係数がほぼ等し
く、放熱性の良いもの、例えばAll!N (熱膨張係
数; 4.5 X 10−’/゛C2熱伝導率;2ω/
c11″C)、BNC熱膨脹膨張i3.5X10−”/
”C,熱伝導率;6(1)/ell″C)等を用いてい
る。なお上記半導体チップ基板材料のGaAsでは、熱
膨張係数及び熱伝導率はそれぞれ5.5 xlo−”/
”c 、 0.5ω/cta″Cである。
次に本実施例の半導体チップの製造方法を第2図(a)
〜(d)を用いて説明する。
第2図(a)、 (b)に示す工程は第6図(a)、ら
)に示す従来の工程と同一であるので、その説明は省略
する。
第2図さ)に示すように裏面電極9を形成した稜線裏面
電極9上に電解メツキ法によるAuメツキ等を施して放
熱電極4を40〜50μm程度の厚さに形成し、さらに
高熱伝導率で熱膨張係数が半導体ウェハ基板8のものに
近く、表裏両面にメタライズ加工を施した絶縁性放熱材
12を放熱電極4面に熱圧着法または半田付は等により
接着する(第2図(C))、そして最後にデュアルダイ
サ等を用いて、半導体ウェハ基板8部分を例えば切断溝
幅100μm程度で分離し、さらに放熱電極4および絶
縁性放熱層12を切断溝幅5oum程度で分離する。
このように本実施例では、半導体チップ5の放熱電極4
表面に形成した硬い絶縁性放熱層12の外形寸法を、半
導体チップ基板3のサイズより大きくしたので、半導体
チップ基板裏面の放熱層12をピンセット等の取扱器具
で挟んだ場合放熱電極 ップ基板3と取扱器具とが接触することはなくなり、こ
れによりチップ基板の割れや欠は等の破損を防止するこ
とができる。
また、上記放熱電極4の下側に、その熱膨張係数が半導
体チップ基板3の熱膨張係数とほぼ等しい絶縁性放熱層
12を形成したので、上記半導体チップ5をキャリア7
に高温の半田付は処理により固着する際、半導体チップ
基板3の熱による変形を上記放熱層12により抑制する
ことができる。
つまり第10図(b)に示すように上記絶縁性放熱層1
2を形成したことにより半導体チップ5の層構造は熱膨
張係数の大きい放熱電極4を熱膨張係数の小さい半導体
チップ基板3と絶縁性放熱層12とでサンドインチした
構造となり、基板3と電極4との接合面に生ずる熱応力
Fを電極4と放熱層12との接合面に生ずる熱応力F′
により打ち消すことができ、これにより基板3の変形を
防止することができる。この結果半導体チップ5をチッ
プ基板3の変形のない状態でキャリア上に固着すること
ができ、これにより半田付は時の熱ストレスを緩和して
、半導体チップ5の特性や信鎖性の向上を図ることがで
きる。
さらにチップ分離を行う際、まず半導体ウェハ基板8を
所定厚のブレードで切断し、さらに放熱電極4及び絶縁
性放熱層8を上記ブレードより薄いブレードにより切断
するようにしたので、基板。
放熱電極、及び放熱層の切断はすべて機械的に行われる
こととなり、半導体チップ基板3や放熱電極4及び放熱
性絶縁層12の外形寸法を高精度に制御することができ
る。また半導体ウェハ基板8の切断と、放熱電極4及び
放熱層12の切断とを別々に行うため、被切断物の切断
をそれぞれの材質に適した条件で行うことができ、これ
により柔らかい半導体ウェハ基板を破損やクシツクの発
生を招くことなくソフトに切断し、硬い放熱電極等を良
好に切断することができる。
なお上記実施例では、放熱電極4と絶縁性放熱層12と
を同一のブレードにより一括して切断した場合を示した
が、絶縁性放熱電極12は放熱電極4を切断するブレー
ドよりさらに薄いブレードにより、具体的には放熱電極
4を切断溝幅75μm程度で、絶縁性放熱層12を切断
溝幅50μm程度で分離するようにしても良い、この場
合第8図(a)に示すようピンセット30の先端部は硬
い絶縁性放熱層12とのみ接触することとなり、半導体
チップ基板3の破損を確実に防止することができる。す
なわち放熱電極4と絶縁性放熱層12との外形寸法を同
一とした場合、チップのハンドリングの際第8図(ロ)
に示すように、ピンセット30の先端部が柔らかい金等
の放熱電極4と接触することとなり、この場合放熱電極
4が変形して半導体チップ基板3にストレスが加わった
り、また変形が大きい場合にはピンセット30と半導体
チップ基板3とが直接接触したりすることもあるが、絶
縁性放熱層12の外形寸法を放熱電極4より大きくする
ことにより、このような不具合を解消することができる
また上述した実施例では、絶縁性放熱層12として板状
のものを放熱電極4に熱圧着又は半田付けにより接着し
た場合について示したが、AfN又はBN等の粉末を導
電性膨脂等と混合し、放熱電極4上に塗布、硬化させて
もよく、また放熱電極4は上記実施例にように半導体チ
ップ基板3の裏面全面に形成したものに限ぎらず、選択
的に各半導体チップ5に対応する部位にのみ形成したも
のでもよい。
また半導体装置100はこのような半導体チップ50を
第1図に示すように半田材6を用いてキャリア7に接着
して構成しているが、上記半導体チップが放熱電極4を
バイアホール等を介して接地電極として用いるタイプの
ものである場合、該電極4とキャリア7とを直接接触さ
せて接地することができない。
そこで以下に示すような実装方法を用いることにより簡
単に放熱電極をキャリアに接地することができる。
第3図は上記実装方法の一例を示し、図中50aは半導
体チップ基板3内部にバイアホール14を有する半導体
チップで、該チップのその他の構成は第1図に示すもの
と同一である。また70はその表面に該半導体チップ5
0aの絶縁性放熱層12の厚さより深い凹部71を有す
るキャリアである。ここでは、該キャリア70の凹部7
1内に上記半導体チップ50aが配置され、該チップ側
面と上記凹部内面との隙間は、半田材6で満たされてい
る。
このような半導体装置では、半導体チップ基板3がその
放熱電8i4部位までキャリア7に埋め込まれているた
め、半導体チップ5表面の接地電極(図示せず)は該チ
ップ基板3のバイアホール14、放熱電極4.及び半田
材6を経由してキャリア7に電気的に接続されることと
なり、高周波特性を向上することができる。
また第4図はこのようにチップ裏面側に接地電極を必要
とするものの他の実装例を示しており、ここでは、キャ
リアに凹部を設ける代わりに、半導体チップ50bの絶
縁性放熱層12aを、金等の金属を充填した複数のスル
ーホールを有する構造としている。この場合も第3図に
示した例と同様に半導体チップ50b表面の接地電極を
キャリア7に電気的に接続することができ、高周波特性
の向上を図ることができる。。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明に係る半導体装置によれば、 (1)半導体チップ基板の裏面側に放熱電極層及び硬い
放熱層を順次形成し、該硬い放熱層の外形寸法を上記半
導体チップ基板の外形寸法より大きくしたので、半導体
チップのハンドリング時、その半導体チップ基板とその
取扱器具とが接触するのを防止することができ、これに
より半導体チップの破損を防止することができる効果が
ある。
(2)また半導体チップの裏面側の放熱体層を、半導体
チップ基板裏面上に形成された放熱電極層と、該放熱電
極層の表面に形成され上記半導体チップ基板材料の熱膨
張係数と近似した熱膨張係数を持つ放熱層とから構成し
たので、半導体チップの高温の半田付は時に半導体チッ
プ基板が変形するのを防止することができ、これにより
特性や信頼性を向上することができる効果がある。
(3)また半導体チップの搭載用キャリアを、その表面
に上記半導体チップの絶縁性放熱層の厚さより深い凹部
を有するものとし、該キャリアの凹部内に上記半導体チ
ップを埋め込んで、半田により固着したので、接地電極
である放熱電極とキャリアとの電気的接続を半田材を介
してとることができ、高周波特性を向上することができ
る効果がある。
(4)また半導体チップ裏面側の絶縁性放熱層を、金属
材料を充填したスルーホールを有するものとしたので、
接地用放熱電極とキャリアとの電気的接続を該スルーホ
ールを介してとることができ、これにより高周波特性を
向上することができる効果がある。
この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、チップ
分離を行う際、まず半導体ウェハ基板を所定厚のブレー
ドで切断し、さらに放熱電極及び絶縁性放熱層を上記ブ
レードより薄いブレードにより切断するようにしたので
、基板、放熱電極、及び放熱層の切断はすべて機械的に
行われることとなり、半導体チップ基板や放熱電極及び
放熱性絶縁層の外形寸法を高精度に制御することができ
る効果があり、さらに被切断物の切断をそれぞれの材質
に適した条件で行うことが可能となり、これにより柔ら
かい半導体ウェハ基板を破損やクラックの発生を招くこ
となくソフトに切断し、硬い放熱電極等を良好に切断す
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体装置を説明する
ための斜視図、第2図は該半導体装置の半導体チップの
製造方法を工程順に説明するための断面図、第3図、第
4図はそれぞれバイアホールを有する本半導体装置をキ
ャリア上に実装する方法を説明するための図、第5図は
従来の放熱電極を備えた半導体装置を説明するための斜
視図、第6図は該半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図、第7図は従来の他の半導体装置の製造方法を
説明するための図、第8図は本発明の実施例装置のハン
ドリング状態を示す図、第9図は放熱電極のメッキ厚と
該電極の基板からのはみ出し距離との関係の説明図、第
10図は半導体チップ基板にかかる熱応力を本発明の実
施例装置と従来装置とで比較して示す図、第11図は従
来の半導体装置のハンドリング状態を示す図である。 2・・・機能素子層、3・・・半導体チップ基板、4・
・・放熱電極、6・・・半田材、8・・・半導体ウェハ
基板、9・・・裏面電極、12,12a・・・絶縁性放
熱層、14・・・バイアホール、50,50a、50b
・・・半導体チップ、70・・・キャリア、71・・・
凹部、100・・・半導体装置。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体ウェハ基板表面に機能素子層を形成すると
    ともに、その裏面側に放熱電極層及び硬い放熱層を順次
    形成し、半導体チップに切り出してなる半導体装置であ
    って、 上記半導体チップを、その硬い放熱層の外形寸法が半導
    体チップ基板の外形寸法より大きい外形形状を有するも
    のとしたことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)高温固着処理によりキャリア上への実装が可能な
    半導体装置において、 半導体ウェハ基板表面に機能素子層を、その裏面側に放
    熱電極層を形成し、 該放熱電極層表面に、上記半導体ウェハ基板の熱膨張係
    数に近い熱膨張係数を有する放熱層を形成し、 半導体チップに切り出してなることを特徴とする半導体
    装置。
  3. (3)半導体ウェハ基板表面に機能素子層を形成すると
    ともに、その裏面側に接地用放熱電極層及び絶縁性放熱
    層を順次形成し、半導体チップに切り出し、この半導体
    チップを半田材によりキャリア上に固着してなる半導体
    装置において、 上記キャリアを、その表面に上記絶縁性放熱層の厚さよ
    り深い凹部を有するものとし、 該キャリアの凹部内に上記半導体チップを配置するとと
    もに、該チップ側面と上記凹部内面との間に半田材を充
    填したことを特徴とする半導体装置。
  4. (4)半導体ウェハ基板表面に機能素子層を形成すると
    ともに、その襄面側に接地用放熱電極層及び絶縁性放熱
    層を順次形成し、半導体チップに切り出し、この半導体
    チップを半田材によりキャリア上に固着してなる半導体
    装置において、 上記半導体チップの絶縁性放熱層を、金属材料を充填し
    たスルーホールを有するものとしたことを特徴とする半
    導体装置。
  5. (5)半導体ウェハ基板表面に機能素子層を、その裏面
    側に放熱体層を形成した後、チップに分離するチップ分
    離工程を有する半導体装置の製造方法において、 上記チップ分離工程は、 上記半導体ウェハ基板を該基板表面側から第1のブレー
    ドにより所定の切断ラインに沿って切断分離する第1の
    切断分離工程と、 上記放熱体層を基板表面側から該第1のブレードより薄
    い第2のブレードにより上記切断ラインに沿って切断分
    離する第2の切断分離工程とを含むものであることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
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