JPH0817962A - 半導体装置及び半導体パッケージ - Google Patents

半導体装置及び半導体パッケージ

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JPH0817962A
JPH0817962A JP6152124A JP15212494A JPH0817962A JP H0817962 A JPH0817962 A JP H0817962A JP 6152124 A JP6152124 A JP 6152124A JP 15212494 A JP15212494 A JP 15212494A JP H0817962 A JPH0817962 A JP H0817962A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor
semiconductor substrate
semiconductor device
gallium arsenide
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JP6152124A
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English (en)
Inventor
Shuji Watanabe
修治 渡辺
Hiroshi Daiku
博 大工
Ron Kawada
論 川田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置及び半導体パッケージに関し、材
料の異なった半導体基板を接合してなり、熱サイクルの
間に反りのない、確実に動作できるようにすることを目
的とする。 【構成】 電子部品を形成した第1の半導体基板12
と、該第1の半導体基板とは別に形成され且つ該第1の
半導体基板の一方の表面に取りつけられた第2の半導体
基板14と、該第1の半導体基板の他方の表面に取りつ
けられた支持基板16とからなり、該第1の半導体基板
は該第2の半導体基板及び該支持基板よりも薄くされ、
該支持基板は熱膨張係数が該第1の半導体基板の熱膨張
係数よりも該第2の半導体基板の熱膨張係数に近い材料
で形成されている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は材料の異なった2つの半
導体基板を組み合わせてなる半導体装置及び半導体パッ
ケージに関する。
【0002】
【従来の技術】材料の異なった2つの半導体基板を組み
合わせて使用できれば、それぞれの半導体材料の特性を
備えた半導体装置を得ることができる。例えば、シリコ
ン基板を使用した半導体装置はメモリに適し、ガリウム
砒素基板を使用した半導体装置はロジックに適している
ので、シリコン基板を使用した半導体装置とガリウム砒
素基板を使用した半導体装置とを組み合わせて1つの半
導体装置を形成すれば、小型で高性能、高密度実装の半
導体装置を得ることができる。
【0003】このような半導体装置を得るため、特開平
1─259580号公報は、シリコン基板の上にガリウ
ム砒素の層をエピタキシャル成長させることにより、シ
リコン基板とガリウム砒素層とを組み合わせた半導体装
置を開示している。しかし、シリコン基板の上にガリウ
ム砒素の層をエピタキシャル成長させるプロセスでは、
非常に長い時間が必要であり、適切なプロセス条件を設
定し、維持するのが難しいという問題がある。
【0004】そこで、特開平4─116861号公報
は、電子部品を形成したシリコン基板と、電子部品を形
成したガリウム砒素基板とを別個に形成し、両基板をそ
れぞれの金属バンプを当接することにより張り合わせる
ことを開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコン基板
とガリウム砒素基板とは熱膨張係数が異なるために、両
基板をそれぞれの金属バンプを当接することにより張り
合わせて作動させると、熱サイクルの間に応力を受け、
繰り返し応力によってシリコン基板に反りが発生し、動
作不良が生じるという問題点があった。そのような半導
体装置を組み込んだ半導体パッケージでも同様の問題点
があった。
【0006】本発明の目的は、材料の異なった半導体基
板を接合してなり、熱サイクルの間に反りのない、確実
に動作できる半導体装置及び半導体パッケージを提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、電子部品を形成した第1の半導体基板12と、該第
1の半導体基板とは別に形成され且つ該第1の半導体基
板の一方の表面に取りつけられた第2の半導体基板14
と、該第1の半導体基板の他方の表面に取りつけられた
支持基板16とからなり、該第1の半導体基板は該第2
の半導体基板及び該支持基板よりも薄くされ、該支持基
板は熱膨張係数が該第1の半導体基板の熱膨張係数より
も該第2の半導体基板の熱膨張係数に近い材料で形成さ
れていることを特徴とするものである。
【0008】また、本発明による半導体パッケージは、
上記記載の半導体装置と、該半導体装置を取りつけるハ
ウジングとからなることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】上記構成においては、例えば第1の半導体基板
はシリコン基板からなり、第2の半導体基板はガリウム
砒素基板からなる。第1の半導体基板と第2の半導体基
板とは互いに接合され、支持基板が第1の半導体基板の
第2の半導体基板とは反対側に接合される。つまり、第
1の半導体基板は第2の半導体基板と支持基板との間に
サンドイッチされる。支持基板の熱膨張係数は第2の半
導体基板の熱膨張係数に近いので、支持基板と第2の半
導体基板との間の熱膨張によるひずみの差が小さい。第
1の半導体基板はこれらの間に挟まれ且つ非常に薄いの
で、熱サイクルの間に反りにくく、動作不良を生じな
い。
【0010】本発明による上記半導体装置においては、
該第1の半導体基板の厚さが50μmよりも小さいと、
上記作用をよりよく発揮することができる。該第1の半
導体基板がシリコンで作られ、該第2の半導体基板ガリ
ウム砒素で作られ、該支持基板がサファイアで作られる
のが、実施の上で好ましい。該第1の半導体基板と該第
2の半導体基板とがそれぞれの金属バンプを当接するこ
とにより張り合わせられていると、製造及び高密度実装
の上で望ましい。
【0011】本発明による上記半導体パッケージにおい
ては、該半導体装置が該支持基板を外側に向けて該ハウ
ジングに取りつけられていると、半導体装置の保護並び
に半導体装置とハウジングとの電気的な接続を行う上で
好ましい。該半導体装置と該ハウジングとがそれぞれの
金属バンプを当接することにより接合されていると、製
造及び高密度実装の上で望ましい。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の実施例の半導体装置10を
示す図である。半導体装置10は第1の半導体基板であ
るシリコン基板12と、シリコン基板12とは別に形成
され且つシリコン基板12の一方の表面に取りつけられ
た第2の半導体基板であるガリウム砒素基板14と、シ
リコン基板12の他方の表面に取りつけられた支持基板
16とからなる。
【0013】シリコン基板12は例えばCMOS等の電
子部品18、リード導体20、及びIn化合物や鉛半田
等の金属バンプ22、24を有する。金属バンプ22は
シリコン基板12の両端部に設けられている。金属バン
プ24はシリコン基板12の中央部に設けられ、ガリウ
ム砒素基板14の対応する金属バンプと当接するように
なっている。
【0014】シリコン基板12はガリウム砒素基板14
及び支持基板16よりも薄くされている。例えば、ガリ
ウム砒素基板14の厚さは約500μm、支持基板16
の厚さは約300μmであるのに対して、シリコン基板
12の厚さは50μm以下である。シリコン基板12の
厚さは好ましくは10〜20μmである。
【0015】さらに、支持基板16は熱膨張係数がシリ
コン基板12の熱膨張係数よりもガリウム砒素基板14
の熱膨張係数に近い材料で形成されている。支持基板1
6は熱膨張係数が第2の半導体基板(ガリウム砒素基板
14)の熱膨張係数にできるだけ近い材料で作られるの
がより好ましい。実施例においては、第2の半導体基板
がガリウム砒素基板14であるので、支持基板16はサ
ファイアで作られる。支持基板16は例えばエポキシ接
着剤によってシリコン基板12に全面的に接着される。
【0016】使用においては、ガリウム砒素基板14及
び支持基板16の熱膨張係数は互いに近いので、ガリウ
ム砒素基板14及び支持基板16との間の熱膨張による
ひずみの差が小さい。シリコン基板12はガリウム砒素
基板14と支持基板16との間にサンドイッチされてお
り、且つ非常に薄いので、熱サイクルの間に反りにく
く、動作不良を生じない。
【0017】図2は、図1の半導体装置10を製造する
工程を示す図である。(A)においては、シリコン基板
12の原形であるシリコンウエハ12aの表面に、複数
の半導体装置10に相当する数の電子部品18やリード
導体20を形成する。8B)において、厚さ約500μ
mのシリコンウエハ12aの裏面を研削し、厚さ約10
〜20μmのシリコン基板12にする。研削は、研磨や
エッチング等によって実施する。
【0018】次に、(C)において、厚さ約300μm
のサファイアの支持基板16をエポキシ樹脂によりシリ
コン基板12の裏面に接着する。陽極接合等の他の手段
によって支持基板16をシリコン基板12に接合するこ
ともできる。次に、(D)において、電子部品18及び
リード導体20の所定位置にリフトオフによって高さ矢
910〜20μmの金属バンプ22、24を形成する。
次に、(E)において、シリコン基板12及び支持基板
16をダイシングし、所定の大きさにする。
【0019】シリコン基板12の製造と平行して、ガリ
ウム砒素基板14が製造される。ガリウム砒素基板14
には所定のロジック回路やリード導体(図示せず)が形
成され、さらにロジック回路やリード導体の端部に金属
バンプ26が形成された後、ガリウム砒素基板14も所
定の大きさにダイシングされる。
【0020】次に、(F)において、ガリウム砒素基板
14の金属バンプ26とシリコン基板12の金属バンプ
24とを当接(フリップチップ接合)することによりガ
リウム砒素基板14をシリコン基板12に張り合わせ
る。この場合、シリコン基板12側から赤外線透過を行
って金属バンプ24、26を観察しながら、金属バンプ
24と金属バンプ26との位置合わせを行い、常温で加
熱圧着、あるいは120°C程度の温度で金属バンプ2
4、26を溶融接合する。こうして、図1の半導体装置
10が得られる。
【0021】図3及び図4は図1の半導体装置10を含
む半導体パッケージ40を示す図である。半導体パッケ
ージ40は半導体装置10と、半導体装置10を取りつ
ける絶縁ハウジング42とからなる。この半導体パッケ
ージ40はピングリッドアレイ(PGA)と呼ばれるタ
イプのものであり、絶縁ハウジング42は上面周辺部に
多数のピン44を有するとともに、中央部に段付きの凹
部46を備え、段付きの凹部46の中間段面48に半導
体装置10の金属バンプ22に相当する金属バンプ50
を有する。絶縁ハウジング42内には、ピン44と金属
バンプ50とを接続する導体パターン(図示せず)が設
けられている。
【0022】半導体パッケージ40は支持基板16を外
側に向けて絶縁ハウジング42の上段部内に挿入され、
半導体装置10の金属バンプ22と絶縁ハウジング42
の金属バンプ50とを当接(フリップチップ接合)する
ことにより半導体装置10を絶縁ハウジング42に取り
つけるようになっている。このようにして、確実に動作
できる高密度実装の半導体パッケージ40を得ることが
できる。なお、支持基板16の表面は半導体パッケージ
40の外側に露出しているので、支持基板16の表面に
例えばフィン構造等の冷却構造を設けることができる。
【0023】図5は同じくピングリッドアレイ(PG
A)と呼ばれる半導体パッケージ40を示し、この例で
は、ピン44が絶縁ハウジング42の下面周辺部に設け
られている。その他の構成は図4の半導体パッケージ4
0と同様である。従って、半導体パッケージ40は支持
基板16を外側に向けて絶縁ハウジング42の上段部内
に挿入され、半導体装置10の金属バンプ22と絶縁ハ
ウジング42の金属バンプ50とを当接(フリップチッ
プ接合)することにより半導体装置10を絶縁ハウジン
グ42に取りつける。
【0024】図6はリードレスチップキャリヤ(LC
P)と呼ばれる半導体パッケージ40を示している。こ
の例では、端子50が絶縁ハウジング42の側面に設け
られている。その他の構成は図4の半導体パッケージ4
0と同様である。従って、半導体パッケージ40は支持
基板16を外側に向けて絶縁ハウジング42の上段部内
に挿入され、半導体装置10の金属バンプ22と絶縁ハ
ウジング42の金属バンプ50とを当接(フリップチッ
プ接合)することにより半導体装置10を絶縁ハウジン
グ42に取りつける。
【0025】なお、上記各実施例において、1つのシリ
コン基板12に対して複数のガリウム砒素基板14を取
りつけることがてきる。あるいは、第1の半導体基板に
対して第2の半導体基板として複数の半導体基板を取り
つけることができる。この場合、第2の半導体基板とし
て複数の半導体基板は同種のもの、あるいは異種のもの
であってよい。このようにして、さらに実装度を高くす
ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
材料の異なった2つの半導体基板を組み合わせてなり、
熱サイクルの間に反りのない、確実に動作できる半導体
装置及び半導体パッケージを提供することであることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体装置を示す斜視図であ
る。
【図2】図1の半導体装置を製造工程を示す図である。
【図3】図1の半導体装置を含む半導体パッケージを示
す分解斜視図である。
【図4】図4の半導体パッケージ示す断面図である。
【図5】半導体パッケージの他の例を示す断面図であ
る。
【図6】半導体パッケージのさらに他の例を示す断面図
である。
【符号の説明】
12…シリコン基板 14…ガリウム砒素基板 16…支持基板 18…電子部品 22、24…バンプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品(18)を形成した第1の半導
    体基板(12)と、該第1の半導体基板とは別に形成さ
    れ且つ該第1の半導体基板の一方の表面に取りつけられ
    た第2の半導体基板(14)と、該第1の半導体基板の
    他方の表面に取りつけられた支持基板(16)とからな
    り、該第1の半導体基板は該第2の半導体基板及び該支
    持基板よりも薄くされ、該支持基板は熱膨張係数が該第
    1の半導体基板の熱膨張係数よりも該第2の半導体基板
    の熱膨張係数に近い材料で形成されていることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 該第1の半導体基板の厚さが50μmよ
    りも小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 該第1の半導体基板がシリコンで作ら
    れ、該第2の半導体基板ガリウム砒素で作られ、該支持
    基板がサファイアで作られることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 該第1の半導体基板と該第2の半導体基
    板とがそれぞれの金属バンプを当接することにより張り
    合わせられていることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の半導体装置と、該半導
    体装置を取りつけるハウジングとからなる半導体パッケ
    ージ。
  6. 【請求項6】 該半導体装置が該支持基板を外側に向け
    て該ハウジングに取りつけられていることを特徴とする
    請求項5に記載の半導体パッケージ。
  7. 【請求項7】 該半導体装置と該ハウジングとがそれぞ
    れの金属バンプを当接することにより接合されているこ
    とを特徴とする請求項6に記載の半導体パッケージ。
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