JPS58170044A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPS58170044A
JPS58170044A JP57053124A JP5312482A JPS58170044A JP S58170044 A JPS58170044 A JP S58170044A JP 57053124 A JP57053124 A JP 57053124A JP 5312482 A JP5312482 A JP 5312482A JP S58170044 A JPS58170044 A JP S58170044A
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JP
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thick
substrate
heat sink
semiconductor
groove
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JP57053124A
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Shunji Kashiwagi
俊二 柏木
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/35Mechanical effects
    • H01L2924/351Thermal stress
    • 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】 +11発明の技術分野 本′発明は金属放熱体−を半導体基板裏面に有する半′
導体素子のチッ□プ構造の改良に関する。
(2)技術の背景 半導体装置は電子部品であるから、その使用にあたっで
ある程度の発熱を伴うことは止むを得ない。そこ゛で、
放′熱効果□が十分に大きいことは半導体装置のチップ
構造にとって欠かせない要請であり、放熱効果を大きく
するためにチップの厚さはできるだけ薄くする努力がな
されており、同時に、特に電力用等発熱量の大きな場合
にあっては、金属製放熱体が利用されている。また、半
導体装置は、機械的、化学的保饅、端子の引自出・し等
の必要のため、何らかのパッケージ番ζ収納して使用さ
れることが一般であるが、金属製放熱体が使用・されて
いる場合、半導体装置をパッケージに溶着する場合、゛
−熱膨張係数の差にもとづ、き、往々、間烏が発生する
。さらに、厚さの薄い半導体チップにあっては、半導体
装置の製造工程において破損率が高く製造歩留り低下の
、原因となる。
(3)従来技術と問題点 従来技術における、放熱体を有する半導体装置のチップ
構造の一例として、第1−に示す如きものがある。−に
おいて、1は半導体基板(チップ)であり、2は動作領
域であり、3は金、銀あるいは鋼等よりなる金属放熱体
である。かかるチップ構造において放熱効果を向上する
目的をもって、半導体チップ1の厚さは極力薄くなされ
ており、通常5〜100(μmn)程度が選択される。
そこで、かかる半導体装置をパッケージに収納するため
にチップボンディングをなすとき、放熱体と半導体との
熱膨張係数の差に起因するバイメタル効果のため、いわ
ゆる「そりあがり現象」が発生して半導体装置とパッケ
ージとの接触が不完全になり放熱効果を阻害する他、半
導体チップlの厚さを薄くしであるため、半導体装置の
製造工程におけるチップハンドリングにあたって破損し
やすく、製造歩留りを低下させる欠点がある。
例えばかかる半導体チップ1の長さが2.2 (+n+
n)、輪が1.04 (+n+n) 、厚さが20〔μ
mn〕とされ、かかる半導体チップ1の背面に固着され
る銀(Ag)製金職旅熱体3の長さが約19〔1旧n〕
、幅が約0.6 (+n+n)、厚さが40〔μ+n〕
とされた場合、かかる半導体チップ1と金属放熱体3の
積層体は、かかる半導体チップlと金属放熱体との固着
を行なう熱処理後常温においては第2図talに示され
るように半導体、1   チップ1の表1kl(動作領
域2“′:□の形成された面)方向に凸状に湾曲し、そ
の湾曲度り、は少くとも100[μ+n]、多くの場合
200 [μ+n)〜300 (μun)に達する。ま
たかかる湾曲を伴った半導体チップ1と金属放熱体3と
の積層体を、半導体素子収容パッケージの半導体チップ
固着部(ダイスステージ)上に載置し、固着用ろう材の
溶融温度例えば380 (t )まで加熱すると、かか
る積層体は第2図(b)に示されるように金属放熱体3
の表面(ダイスステージへの固着面)方向に凸状に湾曲
し、その湾曲度h2は200〔μ+n)以上に達する。
しかもこれらの湾曲は一方向のみでなく、前記積層体は
6ら6を伴って湾曲する。
(4)発明の目的 本発明の目的はこの欠点を解消、することにあり、半導
体基板の表層に動作領域を有し、その裏面に金属放熱体
を有する半導体装置において、半導体基板の厚さは十分
薄く、また、放熱効果も十分大きいにもかかわらず、従
来常温あるいはチップボンディング時等の高温処理にあ
たって湾曲、ねじれが発生することなく、したがって、
半導体装置とパッケージとの接触が不完全になることが
なく、更に、半導体装置の製造工程におけるチップ!・
ンドリングにあたって破損しにり<、シたがって、製造
歩留りのすぐれている、半導体装置を提供することにあ
る。
(5)究明の構成 このため、本発明によれば、第1の主面の近傍に動作領
域が配設され、第2の主面の前記動作領域に対応する領
域に前記動作領域の近傍に到達する深さを有する溝が配
設されてなる半導体基板と、前記溝内に当該溝の深さよ
りも大なる高さを有して配設された放熱体とを倫えてな
ることを特徴とする半導体装置が提供される。
(6)開明の実施例 以下本発明を実施例をもって詳細に説明する。
vIs3凶は、本発明1ζかかる半導体装置の基本的構
成を示す。
同図において、31はその一方の主面近傍に動作値域3
2が配設され、他方の主面の前記動作領域32に対応す
る領域にかかる動作領域32近傍に到達する深さの溝3
3が配設された半導体基板(半導体チップ)であり、ま
た具は前記溝33の深さよりも大なる高さく厚さ)を有
して溝お内に配設された金属放熱体である。
かかる構成によれば、半導体基板31には放熱体34の
固着部周辺を囲んで該放熱体調には接触しない肉厚部3
1人が存在する。船)かる肉厚部31Aが半導体基板3
1を補強する県となって、かかる半導体基板31及び放
熱体あの湾曲を防止する。そしてかかる構成において、
前記放熱体Uの厚さT、と、半導体基板の周縁肉厚部3
1人の厚さT!とはTI ≦ T2         
    ・に設定するのが好ましい。
なおかかる条件において、放熱体あの厚さTsと、半導
体基板31の肉薄部すなわち動作領域32を含む領域3
1Bの厚さTsとの和が、半導体基板31の周縁肉厚部
31Aの厚さT2に対し、 ’I’1+Ts≧T2 となることか、当該半導体素子を半導体素子収容容器の
ダイスステージへ固着する際の必要条件である。
また、前記放熱体Uの半導体基板31への接触幅Wlは
、前記動作領域32の一部Pからの熱の拡がりを考為し
て、かかる端部Pから降ろした重線からd−40°〜7
0″外方へ拡がる範囲において、かかる放熱体34と半
導体基板31とが接触する幅とされる。なお半導体素子
の形状が長辺/短辺比の大きな矩形である場合には、前
記肉厚部31(梁)は、当該半導体素子の長辺に配設す
るのみでも、湾曲、ねじれを抑制するうえで有効である
実施例1 第4凶は、本灸明の実施にかかる半導体素子の長手方向
の一部破断面(a)と、これに直交する方向の断til
l (blを示す。
同図において、41は長さ2.2(+n+n) 、輻1
.04(+n+n)、内犀m41hの厚さくTz)  
50 (μ+n) 、肉薄部41 Bの厚さくTa) 
20 [μ+n]を有し、一方の主d[i(表面)の中
央部に長さ約1. f3 [+n、+n] 、軸釣5.
4 (In+n)、ベースm域の深さ3000 [A]
  の動作領域(活性領□。
城)42が形成され、li面に溝43が形成されたシリ
:l 7 A & Tあ、。よ?、:444t、□□0
.410嶽曲の溝43内に、前記動作領域42に対向し
て、前 。
記半導体基板41との接触部面積が長さ約19 [+n
+n1xIla約Q、 5 (tn+n)とされ、適当
な金概薄層を介して配設された厚さ40〔μIn)の銀
(Ag)製放熱体である。
かかる構成において、前記放熱体必と半導体基板41と
の接触面積は、前述の如き動作領域42からの熱の拡が
りを考慮して設定される。また前記半導体子板410周
縁肉厚部41Aの下向(当該半導体素子の固着面側)の
輻W1は溝43の形成のためのエツチング精度から10
0〔μ+n)程とされた。
このような本発明の実施にかかる半導体素子は、半導体
基板41への放熱体必の固着並び6ζオーミツク接触形
成のための380〔℃〕程の熱処理後、常温において全
く湾曲、ねじれを生ぜず、また半導体素子収容容器のダ
イスステージ上に載置して固着用ろう材の溶融温度(3
80(℃)に加熱しても全く湾曲、ねじれを生じなかう
た。発明者はかかる湾曲、ねじれの検出手段として反射
光検出法を用いたが、半導体素子表面の全面にわたって
平均した反射光が検出され、当該半導体素子の平坦性を
確認した。
(7)発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、半導体基板の表層
に動作領域を有し、そΦ裏面番ζ金属放熱体を有する半
導体素子において、半導体基板の厚さが十分薄(、また
、放熱効果も十分大きいにもかかわらず従来常温並びに
チップボンディング時勢の高温処理にあたって生じた湾
曲、ねじれが発生することな(、したがりて、半導体素
子とパッケージとの接触が不完全になることがなく、更
に、半導体装置の製造工程におけるチップハンドリング
にあたって破損しにくく、したがって、製造歩留りのす
ぐれている半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
―1−は従来の半導体素子の構成を示す断面図、°、第
2図は不発明に保養半導体素子の構成を示す断面図、第
3図は本発明の実施にかかる半導体素子1゛ の構成を示す断面1である。 1において、l、31.4県・・・・・・半導体基板、
2.32.42・・・・・・動作領域、3.34、必・
・・・・・放熱体、33.43溝、31A、41A・旧
・・肉厚部。 (0) 41 (2b) 手続補正書(方幻 特許庁長官殿        − 1事件の表示 昭和67年特許願第−531々1号  ・3、補正をす
る者 事件との関係     特許出願人 ′ ゛  住所 神奈川県用崎市中原区上小田中101
5番地(522)名称富士通株式会6社 4、代  理  人     住所 神奈川県用崎市中
原区呈小田中1015番地7、 補 正 の 対 象 
     図面の簡単な説明の一81111正の内容 
  89減^ムシ(1)  本願WAIIa書第9頁第
15行〜第18行の記載を以下のように補正する。 rjl1図は従来の半導体素子の構成を示す断面図、第
2図はかかる従来の半導体素子を形成する熱処理後(I
L)並びに該半導体素子を半導体素子収容パッケージに
固着するII(1))の、該半導体素子の湾曲状Stt
示す儒向図、第3図は本発明による半導体素子の基本的
構成を示す断面図、第4図は本発明による半導体素子の
実施例を示す一部値断面図(a)及び断面図(→である
。」 手続補正書(1働) 昭和  年  月  1! 58、3.22 特許、庁長官殿 114番11・の表示 昭和5tar持許馳第Ss1鵞4 跨 3 補11を1゛るh ・111°1との関f4      持許出馳人住所 
神奈川県用崎市中原区ヒ小It国11015番地(52
2)名称富士通株式会社 4 代  理  人     fl’、所 神余用県用
崎市中原区1・小ll中1015番地富士通株式会社内 (1)本願明細書第1頁第5行乃至第10行記載の、本
願特許請求の範囲を以下のように補正する。 面の前記動作領域に対応する領域に前記動作領域の近傍
に到達する深さを有する凹部が配設されて(2)同第5
頁第5行乃至第11行の記載を以下のように補正する。 「このため、本発明によれば、第1の主面に動作領域に
対応する領域に前記動作領域の近傍に到達する深さを有
する凹部が配設されてなる半導体れる0」 (3)同第5頁第19行記載の「溝33」を、「凹部3
3」と補正する。 (4)同第5頁第20行記載のr@33Jを、「凹部3
3」と補正する。 (5)同第6頁第1行記載の「溝33」を、「凹部33
」と補正する。 (6)同第7頁第18行記載のr@43」を、「凹部4
3」と補正する。 (7)同第7頁第20行記載の「溝43」を、「凹部4
3」と補正する。 (8)同第8頁第9行記載の「溝43」を、「凹部43
」と補正する。 (9)同第10頁第1行記載の「溝」を、「・・・・・
・凹部」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の主面の近傍に動作領域が配設され、第2の主面の
    前記動作領域に対応する領域に前記動作領域の近傍に到
    達す□る深さを有する溝が配設されてなる半導体基板と
    、前記゛溝内に当該溝の深さよりも大なる高さを有して
    配設された放熱体とを備えてなることを特徴とする半導
    体素子。
JP57053124A 1982-03-31 1982-03-31 半導体素子 Pending JPS58170044A (ja)

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JP57053124A JPS58170044A (ja) 1982-03-31 1982-03-31 半導体素子
EP83301771A EP0090651B1 (en) 1982-03-31 1983-03-29 Semiconductor chip assembly including a thermal radiator plate
DE8383301771T DE3380797D1 (en) 1982-03-31 1983-03-29 Semiconductor chip assembly including a thermal radiator plate
US06/480,588 US4571611A (en) 1982-03-31 1983-03-30 Semiconductor chip with a metal heat radiator

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DE3380797D1 (en) 1989-12-07
EP0090651A3 (en) 1986-03-19
EP0090651B1 (en) 1989-11-02
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