JPH10507039A - 比較的高い電圧に適した表面実装用半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、不活性化されたメサ構造体（２）内で半導体材料のウェファ（１２，１６）の上側面に半導体素子を設け、これら半導体素子の各々に接続電極（７′）を設ける半導体装置の製造方法に関するものであり、本発明によれば、メサ構造体（２）の上側面（７）上に導電性の接点体（３′）を設け、前記接点体間の空所（１７）に絶縁材料（１８）を設け、その後ウェファを、不活性化されたメサ構造体（２）と絶縁材料で囲まれた接点体（３′）とを有する個々の半導体本体（１０）に分割する。前記接点体（３′）の寸法はこれら半導体本体（１０）が表面実装に適するような寸法とする。本発明方法により形成した半導体装置は接続電極（７′，４）間に印加する比較的高い電圧に耐える。本発明方法には、接点体（３′）の寸法を適切に定めることにより現存のＳＭＤのように半導体装置をある標準の寸法で容易に製造しうるという追加の利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】 比較的高い電圧に適した表面実装用半導体装置 及びその製造方法 本発明は、不活性化されたメサ構造体内で半導体材料のウェファの上側面に半 導体素子を設け、これら半導体素子にはメサ構造体の上側面及びウェファの下側 面上で接続電極を設け、その後ウェファを個々の半導体本体に分割し、これら個 々の半導体本体がメサ構造体を有し、このメサ構造体が、半導体本体の下側面に 接続された第１接続電極とメサ構造体の上側面に接続された第２接続電極とを有 するようにする半導体装置の製造方法に関するものである。 メサ構造体とは溝又は凹所で囲まれた台地体を意味するものとする。溝又は凹 所には、不活性化されたメサ構造体が得られるように不活性化層が設けられる。 ドイツ連邦共和国特許第２９３０４６０号明細書には、ダイオードを形成する 上述した種類の方法が開示されている。ダイオードの接続電極は、金属層を設け 次にこれら金属層をパターン化することにより形成されている。金属層はウェフ ァの主表面上、すなわちウェファの上側面及び下側面上に設けられる。金属層は ホトリソグラフ及びエッチングにより上側面上でパターン化され、メサ構造体の 台地面のみが金属層で被覆されるようになっている。次に、ウェファがソーイン グにより個々の半導体本体に分割され、各半導体本体がメサ構造体を有するよう にされる。ウェファの下側面上の接続電極はこの分割処理によりパターン化され る。次に、半導体本体の各々が適切なハウジング内に入れられ、これにより半導 体装置が得られる。 不活性化されたメサ構造体は既知の方法によって製造した半導体装置を実際に 表面実装装置（ＳＭＤ）として直接用いうるようにする。この場合、既知の方法 により製造された半導体本体はフィッティングハウジング内に入れられておらず 、プリント回路板や同様のものの上に半導体装置として直接装着される。このよ うな半導体装置は一般に満足に動作するも、このようにして用いられた半導体本 体は、これらを比較的高い電圧で動作させた際に問題を生じるというを確かめた 。更に、半導体装置はＳＭＤに対して用いられるような標準の寸法を有していな い。 本発明の目的は特に、比較的高い電圧に耐えうる半導体装置を得る半導体装置 の製造方法を提供せんとするにある。 本発明は、不活性化されたメサ構造体内で半導体材料のウェファの上側面に半 導体素子を設け、これら半導体素子にはメサ構造体の上側面及びウェファの下側 面上で接続電極を設け、その後ウェファを個々の半導体本体に分割し、これら個 々の半導体本体がメサ構造体を有し、このメサ構造体が、半導体本体の下側面に 接続された第１接続電極とメサ構造体の上側面に接続された第２接続電極とを有 するようにする半導体装置の製造方法において、 メサ構造体の上側面上に導電性の接点体を設けることによりメサ構造体上に前 記第２接続電極を設け、接点体の上側面が絶縁材料により被覆されないように前 記接点体間の空所に絶縁材料を設け、その後接点体及び絶縁材料を有するウェフ ァを、不活性化されたメサ構造体と絶縁材料で囲まれた接点体とを有しこれら接 点体の上側面が第２接続電極として作用するようにした個々の半導体本体に分割 し、前記接点体の寸法はこれら半導体本体が表面実装に適するような寸法とする ことを特徴とする。 本発明によれば、絶縁材料により囲まれた接点体が本発明によるメサ構造体の 上側面、すなわち台地面上に得られる。従って、上側の接続電極はメサ構造体の 上側面から接点体の上側面に、いわば移される。接点体間の空間は充填される為 、接点体を囲む絶縁材料（絶縁層）はメサ構造体の側面上の不活性化層と一体と なる。これにより、メサ構造体を不活性化するとともに接点体を絶縁する連続絶 縁層が得られる。 本発明方法によれば、接続電極間の比較的高い電圧に耐える半導体装置が得ら れるようになる。 本発明は、本発明方法により製造する半導体装置では接続電極間の距離が比較 的長くなるという認識に基づくものである。電極間の距離が長くなると、電極間 の電気的ブレークダウンを生ぜしめるために電荷が通る必要のある沿面（クリー ページ）路が長くなる。メサ構造体を不活性化し、接点体を絶縁することにより 半導体装置は良好に不活性化される為、この接点体を有する半導体本体を、最終 的にエンベロープ内に装着することなくＳＭＤとして用いることができる。本発 明方法には、半導体装置を現存のＳＭＤのように、ある標準の寸法で容易に製造 しうるという追加の利点がある。接点体の寸法を適切に定めることにより、この ような標準の寸法、例えば０８０５（０．８インチ×０．５インチ×０．５イン チ）又は０６０３（０．６インチ×０．３インチ×０．３インチ）の半導体装置 を製造しうる。 接点体は、メサ構造体の上側面と接点体の上側面との間の距離が１mmよりも長 くなるように設けるのが好ましい。換言すれば、１mmよりも長い接点体を設ける 。この場合、接続電極間の距離は既知の方法により製造した半導体装置に比べて １mmよりも長い距離だけ長くなる為、半導体装置は接続電極間に３００Ｖよりも 高い比較的高い電圧を印加した際に良好に動作する。 接点体間の空間は例えば、樹脂を接点体間に注入し、この樹脂を硬化させるこ とにより充填させることができる。この場合、ウェファを個々の半導体装置に分 割すると、樹脂により囲まれた接点体が形成される。接点体を有するウェファを 型成形空所内に入れ、接点体の上側面及びウェファの下側面を型成形空所の壁部 に対接させ、この型成形空所に樹脂を充填することにより前記の絶縁材料を設け ることにより追加の利点が得られる。すなわち、接点体の上側面が型成形空所の 壁部に対接している為に、これらの上側面に樹脂が被着しない。従って、樹脂を 高精度で簡単に設けることができる。この方法は特に多量生産に極めて適してい る。このような技術は半導体素子を包囲するのに用いる標準の技術である為、こ の技術は容易に行いうる。 接点体間の空所を充填する上述した技術は適切なハウジング内への半導体本体 のカプセル封止を行なう技術とは相違している点に注意すべきである。後者の場 合には、半導体本体の接続電極が結合線を経てリードフレームに接続される。そ の後にのみ、半導体本体を有するリードフレームが樹脂内に完全に包囲される。 本発明による方法には、この方法により製造した半導体装置の高周波特性が通常 の半導体装置の特性よりも著しく良好になるという利点がある。その理由は、結 合線を用いない為である。 又、型成形空所が、充填中接点体を適所に固定する補助手段を有するようにす ることにより、追加の利点が得られる。この場合、接点体を固定するのに突起部 又は凹所のような補助手段を用いる。この場合、樹脂が設けられる、接点体を有 するウェファが固定され、ウェファのひずみ及び接点体の変形が防止されるよう になる。 接点体の長さがわずかに相違して接点体が型成形空所の壁部に対接しなくなる おそれが生じる場合がある。このような状態では、樹脂が接点対の上側面を被覆 して前記接点体への電気接続を妨げるおそれがある。本発明の他の有利な例では 、メサ構造体間の空間中に変形可能な絶縁材料を導入し、接点体とで凹所を形成 する絶縁ジグをメサ構造体間の空所内に設けて接点体がこれら凹所内に入り込ん でいるようにし、これにより前記変形可能な絶縁材料の一部を接点体とジグとの 間の前記凹所内に圧入させ、その後前記変形可能な絶縁材料を硬化させることに より、前記接点体間の空所に絶縁材料を設ける前記の処置を行ない、ウェファ及 び絶縁材料を個々の半導体本体に分割する。このような例では、接点体の上側面 に変形可能な絶縁材料が設けられないようにするのを比較的簡単に行なえる。そ の理由は、凹所内に圧入される変形可能な絶縁材料の量をジグによって調整しう る為である。ジグの絶縁材料と変形可能な絶縁材料の硬化後の材料とを分割処理 により分割する。 好ましくは、前記絶縁材料には前記接点体間で溝を設け、これら溝をワイヤソ ーに対する案内溝として用いて前記ウェファ及び絶縁材料をワイヤソーイングに より分割する。このような方法には、半導体装置を高い寸法精度で製造しうると い利点がある。 又、本発明は、半導体基板を有する半導体本体を具える半導体装置であって、 半導体基板は不活性化されたメサ構造体を有し、このメサ構造体には、当該メサ 構造体の上側面上の接続電極と半導体基板上の接続電極とを具える半導体素子が 設けられている当該半導体装置に関するものである。 本発明によれば、メサ構造体上の接続電極が、半導体本体を表面実装装置とし て用いるのに適するように絶縁材料により囲まれた導電性接点体を具えているよ うにする。接点体の上側面はメサ構造体上の接続電極に対する接続点として作用 する。 このような半導体装置は接続電極間の比較的高い電圧に耐えうる。更に、この ような半導体装置は不活性化したメサ構造体と絶縁した接点体とにより良好に不 活性化される為、接点体を有する半導体本体を、最終的にエンベロープ内に装着 することなくＳＭＤとして用いうる。半導体本体は、接点体の寸法を適切に定め ることにより現存のＳＭＤに対するある標準の寸法で容易に製造しうる。 接点体は、メサ構造体の上側面と接点体の上側面との間の距離が１mmよりも長 くなるように設けるのが好ましい。このような半導体装置は接続電極間で３００ Ｖよりも高い電圧に耐える。 以下、本発明を図面を参照して実施例につき詳細に説明する。図中、 図１は、不活性化したメサ構造体中に半導体素子が設けられた半導体材料のウ ェファを示す断面図であり、 図２は、不活性化したメサ構造体中に半導体素子が設けられた半導体材料のウ ェファを示す平面図であり、 図３〜６は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造の種々の工程を示す 断面図であり、 図７〜１０は、本発明の第２実施例による半導体装置の製造の種々の工程を示 す断面図である。 図面は線図的なものであり、実際のものに正比例して描いていない。各図間で 対応する部分には一般に同じ符号を付してある。 図１〜６は半導体装置を製造する方法の第１実施例における製造工程を示して おり、本例では、不活性化されたメサ構造体２中で半導体材料のウェファ１２， １６の上側面に半導体素子が設けられ、メサ構造体２上に且つウェファ１２，１ ６の下側面５上に電極を設けことによりこれら半導体素子に接続電極が設けられ 、その後ウェファ１２，１６を個々の半導体本体１０に分割して、各半導体本体 がメサ構造体２を有するようにする。図１及び２は、不活性化されたメサ構造体 ２が、溝又は凹所８により囲まれた上側面又は台地面７を有するということを示 している。溝又は凹所８には不活性化層９が設けられている。図１及び２は、メ サ構造体２中で半導体材料のウェファ１２にダイオードをいかに設けるかを、ド イン連邦共和国特許第２９３０４６０号明細書に開示された方法と類似の方法で 示している。この場合、ｐｎ接合１１はウェファ１２の主表面に対し平行に設け られている。この目的のために、シリコンより成るｎ型ウェファ１２にはｎ⁺型 層１３とｐ⁺型層１４とが設けられている。従って、ｐｎ接合１１は層１４とシ リコンウェファ１２との間に形成される。このウェファ１２の隣接部分は厚さが １０μｍのアルミニウム層１５によりｐ⁺⁺型のシリコン支持ウェファ１６に連結 され、処理に耐えるようになっている。次に、ウェファ１２の上側面側から、支 持ウェファ１６に到達する溝８が設けられる。溝８の壁部にはガラス層９が設け られる。次に、メサ構造体２の上側面７及びウェファ１２，１６の下側面５上に Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｇより成る標準の接点層３及び４をそれぞれ設ける。Ｔｉ−Ｎｉ −Ａｇ層３は標準のリソグラフ技術により上側面でパターン化され、接続電極３ がメサ構造体２の台地面７上にのみ存在するようになっている。 図３は、メサ構造体２の上側面７上に導電性接点体３′を設けることによりメ サ構造体２上に電極を設ける本発明による方法を示す。本例の接点体３′は円柱 状の銅ピンを有し、これら銅ピンの各々はこの円柱の長手方向に対し直角な表面 を以ってＴｉ−Ｎｉ−Ａｇ層上にはんだ付されている。接点体３′はメサ構造体 の上側面７と接点体３′の上側面７′との間の距離が１mmよりも長くなるように 設けるのが好ましい。換言すれば、本例では、１mmよりも長い接点体３′を設け る。接点ピン３′は、接点体をＴｉ−Ｎｉ−Ａｇ層３にはんだ付する際にグラフ ァイトジグにより設けて固定する。ピンをジグによって設けることは自動化に極 めて良好に役立つ。図４及び５は、接点体３′間の空間１７中に絶縁材料１８を いかに導入するかを示している。本例では、接点体３′を有するウェファ１２， １６を型成形空所内に入れ、接点体３′の上側面７′とウェファ１２，１６の下 側面５とをこの型成形空所の壁部に対接させ、その後型成形空所に樹脂１８を充 填することにより絶縁材料１８を設ける。接点体３′の上側面７′には樹脂１８ が設けられない。その理由は、これらの上側面は型成形空所の壁部に対接してい た為である。従って、このような方法により樹脂１８を簡単に高精度で設けるこ とができる。樹脂１８としては標準のエポキシ材料を用いる。このような材料は 電子素子を包囲する材料として知られている。この方法は特に多量生産に極めて 適している。このような技術は半導体素子を包囲する標準の技術として用いられ ている為、この技術は容易に行ないうる。図４は、絶縁材料の充填中接点体３′ を適所に固定する補助手段２０を型成形空所が有しているということを示してい る。この補助手段２０は本例では型成形空所の壁部上に設けられた突起である。 この場合、接点体３′を有するウェファ１２，１６は型成形中ウェファ１２のゆ がみや接点体３′の変形が防止されるように固定される。絶縁材料１８を設けた 後、接点体３′の上側面７′上及び絶縁材料の上側面上に導電層２５を設け、接 点体の良好な接触作用を容易に達成しうるようにする（図５参照）。導電層２５ は例えばＡｇ，Ｎｉ−Ａｇ，Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｇ又はＰｂ−Ｓｎより成る標準のは んだ層を有する。 図４は、接点体３′間で絶縁材料１８に溝２２が設けられるように型成形空所 にいかに突起２１をも設けるかを示している（図５をも参照）。次に、ウェファ １２，１６及び絶縁材料１８をワイヤソーイングにより分割する。絶縁材料１８ 中の溝２２はワイヤソーに対する案内溝として作用する。このような方法には、 半導体装置１０を寸法的に高い精度で製造しうるという利点がある。 図６は、ウェファ１２，１６を分割した後に接点体３′の周りすべてに絶縁層 １８がいかに設けられているかを示している。ウェファを分割して得られたこれ らの半導体本体は表面実装型（ＳＭＤ）の半導体装置として容易に用いられる。 各接点体３′の上側面７′は絶縁されておらず、接続電極として作用し、例えば 半導体装置をプリント回路板上に装着する場合にこのプリント回路板上の導体に この電極を接続しうるようにする。本例では、３００μｍの厚さとした支持ウェ ファ１６及び半導体ウェファ１２を用いる。接点ピンの長さは１．４mmとする。 この場合、半導体装置の寸法は２×１．２５×１．２５mmである。これらの寸法 はいわゆる０８０５ＳＭＤエンベロープに対し規定された寸法である。接点体３ ′の寸法を調整することにより他の標準寸法を容易に得ることができる。 本例の方法により形成した半導体装置は接続電極７′，４間に５００Ｖよりも 高い比較的高い電圧を印加した際に満足に機能する。 図７〜１０は本発明による他の方法を示す。本例でも、半導体装置の最初の構 造は前述した実施例につき説明した図１及び２に示す構造に類似しており、不活 性化したメサ構造体２中で半導体材料のウェファ１２，１６の上側面に半導体素 子を設ける。本発明方法のこの第２の実施例では、変形可能な絶縁材料１８′、 本例ではそれ自体既知の硬化性エポキシ樹脂を接点体３′間の空所１７に設ける ことにより絶縁材料１８を得る（図７参照）。図８は更に、接点体３′とで凹所 ２６を形成するアルミナの絶縁ジグ１８″をいかに設けるかを示している。接点 体３′は凹所２６に入っている。図８及び９は、ジグ１８″を設けている際に変 ２６中にいかに圧入されるかを示している。次に、変形可能な絶縁材料１８′， 用するエポキシ樹脂に依存する。このような実施例では、接点体３′の上側面７ を、設ける材料１８′の量とジグ１８″の形状とによって調整しうる為である。 接点体の上側面７′とジグ１８″の上側面とには導電層２５（図９参照）を設 け、半導体装置との良好な電気接触を可能にする。この導電層は標準のＴｉ−Ｎ ｉ−Ａｇ接点層を有する。 図８は、ジグ１８″の絶縁材料が接点体３′間でいかに溝２２を有するかを示 している。次に、ウェファ１２，１６及びジグ１８″をワイヤソーイングにより 分割する。ジグ中の溝２２はワイヤソーに対する案内溝として作用する。このよ うな方法には、寸法的な精度の高い半導体装置１０を製造しうるという利点があ る。 図６〜１０は半導体装置１０を本発明方法によりいかに製造するかを示してお り、この半導体装置（半導体本体）は不活性化されたメサ構造体２を有する半導 体ウェファ１２，１６を有し、このメサ構造体には半導体素子が設けられ、この 半導体素子はメサ構造体２上の接続電極７′と半導体ウェファ１２，１６の下側 面上の電極４とを有する。 本発明によれば、メサ構造体２上の接続電極７′が、絶縁材料１８，１８′， 面実装用の半導体装置１０として用いるのが適している。接点体３′の上側面７ ′ はメサ構造体２上の接続電極に対する接続点として作用する。 このような半導体装置は接続電極間に印加する比較的高い電圧に耐える。更に 、半導体装置１０は、不活性化されたメサ構造体２及び絶縁された接点体３′に より良好に不活性化されている為、接点体３′を有する半導体本体は最終的にエ ンベロープ中に装着する必要のないＳＭＤとして用いることができる。半導体装 置１０は、接点体３′の寸法を適切に定めることにより現存のＳＭＤのようにあ る標準の寸法で容易に製造しうる。 接点体３′は、メサ構造体２の上側面７と接点体３′の上側面７′との間の距 離が１mmよりも長くなるように設けるのが好ましい。このような半導体装置１０ は接続電極７′，４間に印加される３００Ｖよりも高い電圧に耐える。 本発明は上述した実施例に限定されず、当業者にとって本発明の範囲内で種々 の変形が可能である。半導体ウェファはシリコン以外の材料、例えばゲルマニウ ム又はＧａＡｓから形成することができる。支持ウェファ１６を用いるのは例示 であって、例えば半導体材料のウェファ１２が充分な厚さを有していれば、この ような支持ウェファ１６は本発明にとって本質を成すものではない。支持ウェフ ァ１６は充分導電性のある金属から造ることもでき、接点体３′を固着するのに 又導電層２５に対してＴｉ−Ｎｉ−Ａｇ又ははんだ以外の材料を用いることがで きる。メサ構造体２内には、例えばトランジスタや抵抗を形成するために数個の ｐｎ接合又は受動素子を存在させることができる。この場合、メサ構造体の上側 面には接続電極の個数に応じて数個の接点体を設けることができる。前述した例 では絶縁材料として合成樹脂を用いたが、ある他の絶縁材料、例えばセラミック 材料か又はガラスか又は酸化性材料を用いることもできる。ウェファや絶縁材料 で囲まれた接点体を分割するのは前述した例ではワイヤソーイングによって行な っているが、割ったり、研摩したり、エッチングしたりする他の技術によりこれ らを分割することもできる。接点体は電気回路を導通させる作用をする。しかし 、接点体は必ず金属的に導電性とする必要があること勿論である。ある条件の下 では、例えば半導体装置を流れる電流を制限するために接点体３′がある抵抗値 を有するようにすることが望ましい場合がある。前述した例では円柱状の銅接点 体を用いたが、本発明はこのような材料及び形状から成る接点体に限定されるも のではなく、他の導電性金属或いは導電性のセラミック材料又は合成樹脂のよう な他の導電性材料を以って接点体を構成しうる。接点体の形状は臨界的なもので はなく、傾斜を付した接点体をも用いることができる。前述した例では接点体３ ′の上側面７′に導電層２５を設けたが、接点体自体が充分に導電性である場合 には導電層２５は必ずしも必要でない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．不活性化されたメサ構造体内で半導体材料のウェファの上側面に半導体素子 を設け、これら半導体素子にはメサ構造体の上側面及びウェファの下側面上で接 続電極を設け、その後ウェファを個々の半導体本体に分割し、これら個々の半導 体本体がメサ構造体を有し、このメサ構造体が、半導体本体の下側面に接続され た第１接続電極とメサ構造体の上側面に接続された第２接続電極とを有するよう にする半導体装置の製造方法において、 メサ構造体の上側面上に導電性の接点体を設けることによりメサ構造体上に 前記第２接続電極を設け、接点体の上側面が絶縁材料により被覆されないように 前記接点体間の空所に絶縁材料を設け、その後接点体及び絶縁材料を有するウェ ファを、不活性化されたメサ構造体と絶縁材料で囲まれた接点体とを有しこれら 接点体の上側面が第２接続電極として作用するようにした個々の半導体本体に分 割し、前記接点体の寸法はこれら半導体本体が表面実装に適するような寸法とす ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２．請求の範囲１に記載の半導体装置の製造方法において、メサ構造体の上側面 と接点体の上側面との間の距離が１mmよりも長くなるように前記接点体を設ける ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ３．請求の範囲１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、接点体を有す るウェファを型成形空所内に配置し、接点体の上側面及びウェファの下側面を型 成形空所の壁部に対接させ、その後にこの型成形空所を樹脂で充填することによ り、絶縁材料を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ４．請求の範囲３に記載の半導体装置の製造方法において、前記型形成空所に補 助手段を設け、この補助手段により樹脂の充填中接点体を適所に固定するように することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ５．請求の範囲１に記載の半導体装置の製造方法において、メサ構造体間の空間 中に変形可能な絶縁材料を導入し、接点体とで凹所を形成する絶縁ジグをメサ構 造体間の空所内に設けて接点体がこれら凹所内に入り込んでいるようにし、これ により前記変形可能な絶縁材料の一部を接点体とジグとの間の前記凹所内 に圧入させ、その後前記変形可能な絶縁材料を硬化させることにより、前記接点 体間の空所に絶縁材料を設ける前記の処置を行ない、ウェファ及び絶縁材料を個 々の半導体本体に分割することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ６．請求の範囲１に記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁材料には前 記接点体間で溝を設け、これら溝をワイヤソーに対する案内溝として用いて前記 ウェファ及び絶縁材料をワイヤソーイングにより分割することを特徴とする半導 体装置の製造方法。 ７．半導体基板を有する半導体本体を具える半導体装置であって、半導体基板は 不活性化されたメサ構造体を有し、このメサ構造体には、当該メサ構造体の上側 面上の接続電極と半導体基板上の接続電極とを具える半導体素子が設けられてい る当該半導体装置において、メサ構造体上の接続電極が、半導体本体を表面実装 装置として用いるのに適するように絶縁材料により囲まれた導電性接点体を具え ていることを特徴とする半導体装置。 ８．請求の範囲７に記載の半導体装置において、メサ構造体の上側面と接点体の 上側面との間の距離が１mmよりも長くなるにように前記接点体が設けられている ことを特徴とする半導体装置。