(57)【要約】【課題】半導体チップをヒートシンクに埋め込んだ半導体装置において、別途、配線基板を用いることなく、半導体チップの再配線を行えるようにする。【解決手段】ヒートシンク２０の一面２１の凹部２２に収納された半導体チップ１０の電極面１１およびその周囲のヒートシンク２０の一面２１を電気絶縁性の絶縁膜４０で被覆し、さらに、絶縁膜４０を、凹部２２の開口部における半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との隙間を埋めるように設け、絶縁膜４０のうち半導体チップ１０の電極１２に対応する部位に開口部４１を設け、ヒートシンク２０の一面２１のうち凹部２２の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜４０の表面に、外部との電気的接続を行う電気端子６０を設け、絶縁膜４０の表面に、絶縁膜４０の開口部４１を介して電極１２と電気端子６０とを電気的に接続する配線層７０を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が電極（１２）が形成された電極面（１１）として構成されている半導体チップ（１０）と、
前記半導体チップ（１０）の熱を放熱するヒートシンク（２０）とを備え、
前記ヒートシンク（２０）の一面（２１）に有底の凹部（２２）が形成されており、
前記電極面（１１）が前記凹部（２２）の開口部から外部に臨むように、前記凹部（２２）内に前記半導体チップ（１０）が収納されて、前記半導体チップ（１０）と前記ヒートシンク（２０）とが熱的に接続されており、
前記半導体チップ（１０）の前記電極面（１１）および前記ヒートシンク（２０）の前記一面（２１）を被覆する電気絶縁性の絶縁膜（４０）が設けられており、
前記絶縁膜（４０）は、前記凹部（２２）の開口部における前記半導体チップ（１０）の前記電極面（１１）と前記ヒートシンク（２０）の前記一面（２１）との隙間を埋めるように設けられており、
前記絶縁膜（４０）のうち前記半導体チップ（１０）の前記電極（１２）に対応する部位には、前記絶縁膜（４０）の表面から当該電極（１２）まで貫通する開口部（４１）が設けられており、
前記ヒートシンク（２０）の前記一面（２１）のうち前記凹部（２２）の開口部の周囲部分に位置する前記絶縁膜（４０）の表面には、外部との電気的接続を行う電気端子（６０）が設けられており、
前記絶縁膜（４０）の表面には、前記絶縁膜（４０）の前記開口部（４１）を介して前記電極（１２）と前記電気端子（６０）とを電気的に接続する配線層（７０）が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヒートシンク（２０）の前記一面（２１）のうち前記凹部（２２）の開口部の周囲部分に位置する前記絶縁膜（４０）には、前記絶縁膜（４０）の表面から前記ヒートシンク（２０）の前記一面（２１）まで到達する開口部（４２）が設けられており、
この開口部（４２）には、前記ヒートシンク（２０）の一面（２１）と熱的に接続された放熱端子（６５）が設けられ、この放熱端子（６５）を介して、前記ヒートシンク（２０）と外部とを熱的に接続するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクに半導体チップを埋め込み、当該半導体チップの電極を、再配線によって引き出すようにした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置として、半導体チップをヒートシンクに埋め込んだ半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。ここで、半導体チップは、その一面が電極が形成された電極面として構成されたもので、ヒートシンクは、半導体チップと熱的に接続されて半導体チップの熱を放熱するものである。
【０００３】
そして、この特許文献１のものでは、ヒートシンクの一面に有底の凹部を形成し、半導体チップの電極面が凹部の開口部から外部に臨むように、凹部内に半導体チップを収納している。
【０００４】
そして、ヒートシンクの一面と対向して絶縁配線基板が設けられ、半導体チップの電極面と当該配線基板とが、はんだバンプを介して電気的に接続されている。これにより、半導体チップの電極は、配線基板によって再配線された構成となり、配線基板を介して外部と電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の半導体装置では、半導体チップの電極の再配線を行うために、別途、絶縁配線基板が必要であり、コストアップや体格の増大などの問題を招くことになる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体チップをヒートシンクに埋め込んだ半導体装置において、別途、配線基板を用いることなく、半導体チップの再配線を行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（２０）の一面（２１）の凹部（２２）に収納された半導体チップ（１０）の電極面（１１）およびその周囲のヒートシンク（２０）の一面（２１）を電気絶縁性の絶縁膜（４０）で被覆し、さらに、絶縁膜（４０）を、凹部（２２）の開口部における半導体チップ（１０）の電極面（１１）とヒートシンク（２０）の一面（２１）との隙間を埋めるように設け、絶縁膜（４０）のうち半導体チップ（１０）の電極（１２）に対応する部位に、絶縁膜（４０）の表面から当該電極（１２）まで貫通する開口部（４１）を設け、ヒートシンク（２０）の一面（２１）のうち凹部（２２）の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜（４０）の表面に、外部との電気的接続を行う電気端子（６０）を設け、絶縁膜（４０）の表面に、絶縁膜（４０）の開口部（４１）を介して電極（１２）と電気端子（６０）とを電気的に接続する配線層（７０）を設けたことを特徴とする。
【０００９】
それによれば、半導体チップ（１０）の電極（１２）は、半導体チップ（１０）の電極面（１１）から当該電極面（１１）の外側のヒートシンク（２０）の一面（２１）上の電気端子（６０）まで、配線層（７０）を介して引き出されるため、配線層（７０）が再配線の役割を果たすものとなる。
【００１０】
よって、本発明によれば、半導体チップ（１０）をヒートシンク（２０）に埋め込んだ半導体装置において、別途、配線基板を用いることなく、半導体チップ（１０）の再配線を行うことができる。
【００１１】
ここで、請求項２に記載の発明のように、ヒートシンク（２０）の一面（２１）のうち凹部（２２）の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜（４０）に、絶縁膜（４０）の表面からヒートシンク（２０）の一面（２１）まで到達する開口部（４２）を設け、この開口部（４２）に、ヒートシンク（２０）の一面（２１）と熱的に接続された放熱端子（６５）を設け、この放熱端子（６５）を介して、ヒートシンク（２０）と外部とを熱的に接続するようにしてもよい。
【００１２】
それによれば、ヒートシンク（２０）の熱を、放熱端子（６５）を介して、適切に外部に放熱することが可能となる。
【００１３】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は図１中の半導体装置の上面図であり、（ｂ）は図１中の半導体装置の下面図である。
【図３】図１に示される半導体装置をマザーボードに実装した実装構造を示す概略断面図である。
【図４】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの凹部形成工程を示す工程図である。
【図５】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちのダイボンド材配置およびチップマウント工程を示す工程図である。
【図６】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの絶縁膜配置工程を示す工程図である。
【図７】図６に示される絶縁膜配置工程の詳細を示す概略断面図である。
【図８】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの開口部形成工程を示す工程図である。
【図９】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちのバリアメタル層およびＣｕシード層形成工程を示す工程図である。
【図１０】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの端子および配線層形成工程を示す工程図である。
【図１１】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちのポスト形成工程を示す工程図である。
【図１２】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの樹脂封止工程を示す工程図である。
【図１３】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちの樹脂研削工程を示す工程図である。
【図１４】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちのはんだ端子形成工程を示す工程図である。
【図１５】上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のうちのダイシング工程を示す工程図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるチップマウント工程までを示す工程図である。
【図１７】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるポスト形成および金属部材充填工程までを示す工程図である。
【図１８】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるテープ貼り付け工程までを示す工程図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるチップマウント工程を示す工程図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２１】第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図２２】図２１に続く製造方法を示す工程図である。
【図２３】図２２に続く製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１の概略断面構成を示す図である。また、図２（ａ）は、図１中の半導体装置１の上面図であり、図２（ｂ）は、図１中の半導体装置１の下面図である。なお、図２（ｂ）では、モールド樹脂１００の下に隠れている半導体チップ１０、半導体チップ１０の電極１２、電気端子６０、配線層７０および放熱端子６５の外形を、概略的に破線にて示してある。
【００１７】
本実施形態の半導体装置１は、大きくは、半導体チップ１０をヒートシンク２０に埋め込んだものである。半導体チップ１０は、たとえば一般的なＩＣチップなどであり、シリコン半導体などよりなる板状チップに、半導体プロセスによりトランジスタ素子などを作り込んだものである。
【００１８】
半導体チップ１０は、ここでは、通常のものと同様、矩形板状をなすものであり、その両板面のうちの一面１１は、電極１２が形成された電極面１１として構成されている。この電極１２は、アルミニウムやアルミニウム合金などによりなるものであり、スパッタや蒸着などにより形成されている。
【００１９】
ここでは、図２に示されるように、電極１２は、電極面１１の周辺部に複数個配置されている。そして、半導体チップ１０は、この電極１２を介してチップ外部と電気的に接続されるようになっている。
【００２０】
ヒートシンク２０は、銅または鉄系の金属などの放熱性に優れた材料よりなるものであり、当該ヒートシンク２０に埋め込まれた半導体チップ１０の熱を放熱するものである。このヒートシンク２０は、半導体チップ１０よりも厚い板形状をなすものであり、ここでは、図２に示されるように、矩形板状をなしている。
【００２１】
このヒートシンク２０の両板面のうちの一面２１には、当該一面２１に開口する有底の凹部２２が形成されている。ここでは、凹部２２は、その開口形状が半導体チップ１０よりも一回り大きい矩形をなすものである。そして、この凹部２２内に半導体チップ１０が収納されている
ここでは、半導体チップ１０の厚さ方向と凹部２２の深さ方向とが一致するように、半導体チップ１０が配置されており、半導体チップ１０の電極面１１が凹部２２の開口部から外部に臨むように配置されている。
【００２２】
また、凹部２２の底部と半導体チップ１０との間には、熱伝導性を有するダイボンド材３０が介在しており、このダイボンド材３０によって半導体チップ１０と凹部２２の底部とが機械的・熱的に接続されている。
【００２３】
このダイボンド材３０としては、銀ペーストなどの導電性接着剤、はんだ等の金属、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）などが挙げられる。こうして、ダイボンド材３０を介して半導体チップ１０とヒートシンク２０とが熱的に接続されており、半導体チップ１０の熱がヒートシンク２０に放熱されるようになっている。
【００２４】
ここで、半導体チップ１０が凹部２２に収納された状態では、半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１とは、同一平面に位置する状態、いわゆる面一（つらいち）の状態にあることが好ましい。
【００２５】
たとえば、ヒートシンク２０の厚さは０．１〜２ｍｍ程度であり、半導体チップ１０の厚さは０．０５〜０．４ｍｍ程度であり、ダイボンド材３０の厚さは１０〜１００μｍ程度であり、上記の面一の状態とするためには、これら寸法を考慮して、凹部２２の深さを決めればよい。
【００２６】
また、図１に示されるように、半導体チップ１０の電極面１１およびヒートシンク２０の一面２１には、これら電極面１１および一面２１を被覆する電気絶縁性の絶縁膜４０が設けられている。半導体チップ１０の電極面１１とその周囲のヒートシンク２０の一面２１との間には隙間が存在するが、絶縁膜４０は、当該電極面１１の全体を被覆するとともに当該隙間を超えてヒートシンク２０の一面２１の実質全体を被覆している。
【００２７】
つまり、絶縁膜４０は、ヒートシンク２０の凹部２２の開口部における半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との隙間を埋めるように、当該隙間を跨いで設けられている。
【００２８】
この絶縁膜４０は、塗布・硬化やフィルム貼り付けなどにより形成されたポリイミドなどの樹脂膜や、蒸着やスパッタなどにより形成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの無機物の膜よりなる。ここでは、絶縁膜４０は、塗布・硬化されたポリイミドよりなる膜である。
【００２９】
さらに、この絶縁膜４０のうち半導体チップ１０の電極１２に対応する部位には、絶縁膜４０の表面から当該電極１２まで絶縁膜４０の厚さ方向に貫通する開口部４１が設けられている。そして、この絶縁膜４０の開口部４１には、電気伝導性および熱伝導性を有する金属部材５０が充填されており、金属部材５０と半導体チップ１０の電極１２とは電気的に接続されている。
【００３０】
この金属部材５０としては、スパッタや蒸着あるいはペーストの塗布・硬化などにより形成された金属が挙げられる。ここでは、後述するように、開口部４１内においては、電極１２側から、スパッタにより形成されたＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａなどのバリアメタル層、Ｃｕシード層、およびメッキにより形成されたＣｕメッキが積層されており、この積層体が金属部材５０として構成されている。
【００３１】
また、図１、図２に示されるように、ヒートシンク２０の一面２１のうち凹部２２の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜４０の表面には、電気端子６０が設けられている。ここでは、電気端子６０は、半導体チップ１０の電極面１１上に位置する絶縁膜４０のうち半導体チップ１０の電極１２から外れた部位、つまり開口部４１から外れた部位の表面にも設けられている。
【００３２】
そして、電気端子６０とヒートシンク２０とは、これらの間に介在する絶縁膜４０によって電気的に絶縁されている。また、電気端子６０と半導体チップ１０の電極面１１との間も、当該間に介在する絶縁膜４０によって電気的に絶縁されている。
【００３３】
この電気端子６０は、半導体装置１の外部と電気的に接続される端子であり、半導体チップ１０の電極１２の数に応じた数の電気端子６０が設けられている。この電気端子６０は、めっきや塗布・硬化、あるいは蒸着やスパッタなどにより形成された導電性材料よりなるものである。ここでは、電気端子６０は、Ｃｕメッキよりなる。
【００３４】
また、絶縁膜４０の表面には、電気端子６０と上記開口部４１との間を延びるように、配線層７０が設けられている。この配線層７０は、一端が上記開口部４１に充填された金属部材５０に電気的に接続され、他端が電気端子６０まで延びて電気端子６０に電気的に接続されたものである。
【００３５】
この配線層７０も、上記電気端子６０と同様のメッキや蒸着などにより形成された導電性材料よりなり、ここではＣｕメッキよりなる。こうして、絶縁膜４０の開口部４１を介して、半導体チップ１０の電極１２と電気端子６０とが、配線層７０によって電気的に接続されている。
【００３６】
また、本実施形態では、ヒートシンク２０の一面２１のうち凹部２２の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜４０上には、外部との熱的接続を行う放熱端子６５が設けられている。上記電気端子６０では、当該電気端子６０とヒートシンク２０の一面２１との間に絶縁膜４０が介在していたが、この放熱端子６５はヒートシンク２０と熱的に接続されたものである。放熱端子６５は、電気端子６０と同様の形成方法、同様の材料よりなり、ここでは、放熱端子６５はＣｕメッキよりなる。
【００３７】
つまり、図１に示されるように、ヒートシンク２０の一面２１の凹部２２の開口部の周囲部分に位置する絶縁膜４０のうち放熱端子６５の直下に位置する部位には、絶縁膜４０の表面からヒートシンク２０の一面２１まで到達する開口部４２が設けられている。そして、この開口部４２には、上記同様の金属部材５０が充填され、この金属部材５０と放熱端子６５とが熱的に接続されている。
【００３８】
こうして、開口部４２に設けられた放熱端子６５は、ヒートシンク２０の一面２１と熱的に接続され、本半導体装置１においては、この放熱端子６５を介して、ヒートシンク２０と外部とが熱的に接続されるようになっている。
【００３９】
そして、本実施形態では、上記電気端子６０と外部との電気的接続および放熱端子６５と外部との熱的接続は、銅よりなるポスト８０およびはんだ端子９０を介して行われるようになっている。
【００４０】
ポスト８０は柱状のものであり、Ｃｕメッキなどよりなる。このポスト８０は、各端子６０、６５から半導体チップ１０およびヒートシンク２０の厚さ方向に延びており、その先端部に、はんだ端子９０が設けられている。
【００４１】
はんだ端子９０は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎなどの金属よりなるはんだよりなり、これらのはんだペーストを印刷・硬化させることにより形成される。これにより、ポスト８０を介して、電気端子６０とはんだ端子９０との電気的接続および放熱端子６５とはんだ端子９０との電気的接続がなされている。
【００４２】
また、絶縁膜４０の表面にはモールド樹脂１００が設けられており、当該絶縁膜４０の表面、電気端子６０、配線層７０、放熱端子６５およびポスト８０は、このモールド樹脂１００により封止されている。
【００４３】
ここで、ポスト８０におけるはんだ端子９０側の端面、つまり、ポスト８０の先端面がモールド樹脂１００より露出しており、この先端面に、はんだ端子９０が接続されている。このモールド樹脂１００は、エポキシ樹脂などの一般的なモールド材料よりなる。
【００４４】
なお、図２では、各端子６０、６５は平面四角形であり、ポスト８０の長手方向と直交する方向の断面は円形であるが、半導体装置１における各端子６０、６５の平面形状、ポスト８０の当該断面形状はこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、電気端子６０および放熱端子６５は、少なくともヒートシンク２０の一面２１上に位置していればよいものであり、上記図２の配置形態に限定されない。また、配線層７０のパターンについても、開口部４１の金属部材５０と電気端子６０との間をつなぐものであれば、適宜変更可能である。後述の図１０等には、図２とは異なる配置例を示している。
【００４６】
このような構成を有する半導体装置１は、はんだ端子９０にて外部の基材に実装される。図３は、本半導体装置１をマザーボード２に実装してなる実装構造を示す概略断面図である。
【００４７】
マザーボード２は、プリント基板やセラミック基板などの配線基板であり、その一面には、Ｃｕやアルミニウムなどよりなる基板電極２ａが設けられている。そして、半導体装置１は、このマザーボード２の一面に搭載され、はんだ端子９０と基板電極２ａとが電気的・機械的に接続されている。
【００４８】
これにより、半導体チップ１０の電極１２は、配線層７０、電気端子６０、ポスト８０およびはんだ端子９０を介して、マザーボード２と電気的に接続される。また、この電気的接続経路を構成する各部材は、熱伝導性の部材でもあるので、熱的な接続もなされる。また、ヒートシンク２０は、放熱端子６５、ポスト８０、はんだ端子９０を介してマザーボード２に熱的に接続される。
【００４９】
また、図３においては、ヒートシンク２０の一面２１とは反対側の板面には、半導体装置１を収納するアルミケース３が配置されており、ヒートシンク２０とアルミケース３とは、シリコーンゲルなどの熱伝導性に優れたゲル４を介して、熱的に接続されている。
【００５０】
こうして、半導体装置１における半導体チップ１０の熱は、電極面１１側ではマザーボード２に放熱され、それとは反対側ではアルミケース３に放熱されるようになっている。こうして、半導体チップ１０の両板面、ヒートシンク２０の両板面からの放熱が可能となり、高い放熱性が期待できる。
【００５１】
なお、半導体装置１とマザーボード２との間に、はんだ端子９０による機械的接続強度を補強するためのアンダーフィル樹脂を充填してもよい。また、はんだ端子９０に代えて、モールド樹脂１００から露出するポスト８０の先端面に無電解メッキにより形成されたＮｉ／Ａｕ等のメッキ電極を用いてもよい。
【００５２】
次に、本実施形態の半導体装置１の製造方法について、図４〜図１５を参照して述べる。図４〜図１５は、本製造方法の工程図であり、当該図番の順に各工程を行うものである。なお、図４〜図６および図８〜図１５において、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ワークの概略平面図、概略断面図である。また、図７は、図６に示される絶縁膜配置工程の詳細を示す概略断面図である。
【００５３】
本製造方法は、１個の半導体装置１を形成するためのヒートシンク２０が複数個連結した多連状態のヒートシンク２０を用いて製造プロセスを行い、最後にダイシングして１個の半導体装置１のサイズに個片化することで、半導体装置１を形成するものである。
【００５４】
［図４の工程：凹部形成工程］
この工程では、ヒートシンク２０となる板状素材に対して、その一面２１からプレス加工や切削加工、エッチング加工などにより、凹部２２を形成する。凹部２２の深さは、上記ダイボンド材３０の厚さを考慮し、マウント後の半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１とが面一になるよう設定する。
【００５５】
具体的には、半導体チップ１０よりも厚いヒートシンク２０に対して、半導体チップ１０の厚さよりも深く（たとえば２０μｍほど深く）、半導体チップ１０の平面サイズよりも大き目の開口サイズを有する凹部２２を形成する。
【００５６】
また、好ましくは、図４に示されるように、プレスやレーザ加工などにより、凹部２２の底部に、ヒートシンク２０の一面２１とは反対側の板面まで貫通するエアベント２３を設ける。このエアベント２３は、凹部２２内に塗布されたダイボンド材３０の空気抜きの役目をするものである。
【００５７】
［図５の工程：ダイボンド材配置およびチップマウント工程］
次に、凹部２２内に、ディスペンス法などにより、ダイボンド材３０を塗布やフィルムとして配置する。その後、ダイボンド材３０の上から凹部２２内に半導体チップ１０をマウントする。このチップマウントは、ヒートシンク２０に設けられた図示しないアライメントマークを利用して精度よく行う。その後、塗布されたダイボンド材３０の場合は、これを加熱乾燥して硬化させる。
【００５８】
ここで、塗布されるダイボンド材３０は、半導体チップ１０が凹部２２内にマウントされたときでも、当該チップ１０の表面に這い上がらない量を適量とする。また、ダイボンド材３０がダイアタッチフィルムの場合には、チップマウント後に半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１とが極力、面一になる厚さを選定する。
【００５９】
［図６および図７の工程：絶縁膜配置工程］
次に、本工程では、ヒートシンク２０の凹部２２の開口部における半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との隙間を埋めるように、これら電極面１１および一面２１の全体に、絶縁膜４０を形成する。
【００６０】
ここでは、上記隙間を埋めるように、絶縁膜４０となる液状のポリイミドを、スピンコートもしくは印刷により塗布する。この場合、真空脱泡しながら塗布を行うことが好ましい。また、半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との段差をカバーする必要があるため、塗布される膜厚は、当該段差以上の大きさ、たとえば１５〜２０μｍの厚いものとすることが好ましい。
【００６１】
ここで、図７（ａ）に示されるように、塗布された絶縁膜４０において、その表面に段差が生じる場合には、図７（ｂ）に示されるように、スキージＫ１で当該表面をならしたり、型Ｋ２で当該表面を押さえたりして、当該表面を平坦化する。その後、塗布された絶縁膜４０を加熱して硬化させれば、絶縁膜４０ができあがる。
【００６２】
なお、絶縁膜４０がフィルムよりなる場合には、真空雰囲気にてローラーなどで絶縁膜４０をラミネートする。この場合も、半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との段差をカバーする必要があるため、当該フィルムの膜厚は、たとえば１０〜２０μｍの厚いものとするのが好ましい。
【００６３】
また、半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との段差については、配線層形成などのための露光精度の点から０であることが望ましいが、当該段差が存在しても、後述のレジスト塗布、露光、めっき工程が可能であれば問題はない。それ以上の段差の場合は、上記したように絶縁膜４０を厚くして段差を吸収するようにすればよい。
【００６４】
［図８の工程：開口部形成工程］
次に、この工程では、絶縁膜４０のうち半導体チップ１０の電極１２に対応する部位、および、ヒートシンク２０の一面２１の放熱端子６５を形成する部位に、開口部４１、４２を形成する。
【００６５】
具体的には、絶縁膜４０の当該部位をフォトリソグラフ法により除去し、開口部４１、４２を形成すればよい。なお、この工程では、後述のダイシング工程において、ダイシング性の向上のため、ダイシングライン上の絶縁膜４０も除去することが好ましく、図８では、当該部分も除去してある。
【００６６】
［図９の工程：バリアメタル層およびＣｕシード層形成工程］
次に、この工程では、開口部４１、４２が形成された絶縁膜４０の表面の全体に、絶縁膜４０側からバリアメタル層５１、Ｃｕシード層５２を順次形成する。バリアメタル層５１は、材料はＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａなどであり、厚さはたとえば１μｍ以下であり、Ｃｕシード層５２は、厚さはたとえば０．５μｍ以下である。
【００６７】
これらの層５１、５２はスパッタ法により形成する。バリアメタル層５１は、その上のＣｕと電極１１を構成するＡｌの拡散防止と、Ｃｕとポリイミドよりなる絶縁膜４０との密着性向上を目的としたものであり、Ｃｕシード層５２は、後述するＣｕメッキの電極となるものである。
【００６８】
ここで、これらバリアメタル層５１およびＣｕシード層５２は、絶縁膜４０の表面および絶縁膜４０の開口部４１、４２の内部にも入り込んで形成されるため、当該開口部４１、４２においては、これらの層５１、５２は、半導体チップ１０の電極１２およびヒートシンク２０の一面２１の上にも成膜される。
【００６９】
［図１０の工程：端子および配線層形成工程］
次に、この工程では、Ｃｕメッキにより、上記電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０を形成する。具体的には、まず、Ｃｕシード層５２の表面全体に、レジストを塗布する。当該レジストの膜厚は、たとえば５〜１０μｍとする。
【００７０】
続いて、このレジストに対してフォトリソグラフ法によって、上記電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０の配置パターンと同じ開口パターンを形成する。そして、この開口パターンを有するレジストをマスクとして、電気メッキを行い、当該マスクの開口パターンにてＣｕメッキを行う。
【００７１】
このＣｕメッキの厚さはたとえば５μｍ以上あればよい。これにより、Ｃｕシード層５１の上に、Ｃｕメッキよりなる電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０が形成される。その後、当該レジストを剥離する。このときの状態が図１０に示される。
【００７２】
このように、本実施形態の製造方法によれば、電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０は、バリアメタル層５１、Ｃｕシード層５２を下地としてＣｕメッキがなされた積層体として構成される。また、絶縁膜４０の開口部４１に充填されている金属部材５０、開口部４２に充填されている金属部材５０については、当該積層体が絶縁膜４０の表面から開口部４１、４２の段差を跨いで開口部４１、４２に入り込んだものとして構成される。
【００７３】
つまり、本実施形態では、絶縁膜４０の開口部４１に充填されている金属部材５０、開口部４２に充填されている金属部材５０のそれぞれについては、これら開口部４１、４２に入り込んでいる配線層７０の一部、放熱端子６５の一部とみなすことができる。
【００７４】
［図１１の工程：ポスト形成工程］
次に、この工程では、電気端子６０および放熱端子６５の上にＣｕメッキよりなるポスト８０を形成する。まず、絶縁膜４０の全面にレジストを形成するが、このレジストの厚さは、ポスト８０の高さと同一とする。たとえば、５０〜１００μｍとする。このような厚膜のレジストを形成する場合、塗布でもよいが、レジストフィルムを貼り付けることが好ましい。なお、レジストフィルムは複数枚重ねてもよい。
【００７５】
次に、このレジストに対してフォトリソグラフ法によって、上記電気端子６０および放熱端子６５が露出するように開口パターンを形成する。そして、この開口パターンを有するレジストをマスクとして、電気メッキを行い、当該マスクの開口パターンにてＣｕメッキを行う。これによりＣｕメッキよりなるポスト８０ができあがる。
【００７６】
その後、このレジストを剥離する。これにより、絶縁膜４０の表面全体に、バリアメタル層５１、Ｃｕシード層５２が形成され、そのＣｕシード層５２の上に、パターニングされたＣｕメッキよりなる電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０が形成され、さらに、各端子６０、６５の上にＣｕメッキよりなるポスト８０が形成された状態となる。
【００７７】
続いて、酸やアルカリなどのウェットエッチングなどにより、電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０で被覆されている部位以外のバリアメタル層５１およびＣｕシード層５２を除去する。このときの状態が図８に示される。
【００７８】
［図１２の工程：樹脂封止工程］
次に、本工程では、絶縁膜４０の表面全体にモールド樹脂１００を配置し、絶縁膜４０の表面上の各部をモールド樹脂１００で封止する。この封止は、金型を用いたトランスファーモールド法や印刷などによる。このとき、ポスト８０の全体が埋まる厚さで封止してもよいし、シートモールド工法を使って、ポスト８０の先端面をモールド樹脂１００より高くしてモールド樹脂１００より露出させるようにしてもよい。
【００７９】
［図１３の工程：樹脂研削工程］
この工程は、前工程の樹脂封止工程において、ポスト８０の全体がモールド樹脂１００に埋まるような封止形態とした場合に行われるものである。具体的には、研削機を用いてモールド樹脂１００を研削・除去し、ポスト８０の先端面をモールド樹脂１００の表面にて露出させる。なお、研削後には、研削ダレを除去するために、ポスト８０の先端面をエッチングしてもよいし、無電解Ｎｉ−Ａｕメッキで表面処理してもよい。
【００８０】
［図１４の工程：はんだ端子形成工程］
次に、この工程では、モールド樹脂１００から露出するポスト８０の先端面に、はんだボール搭載法、はんだペースト印刷法などにより、はんだ端子９０を形成する。
【００８１】
［図１５の工程：ダイシング工程］
こうして、上記各工程を行った後、ダイサーにより、多連状態のワークをダイシングして１個の半導体装置１のサイズに個片化する。これにより、本実施形態の半導体装置１ができあがる。以上が本実施形態の製造方法である。
【００８２】
ところで、本実施形態によれば、半導体チップ１０の電極１２は、半導体チップ１０の電極面１１から当該電極面１１の外側のヒートシンク２０の一面２１上の電気端子６０まで、配線層７０を介して引き出されるため、配線層７０が再配線の役割を果たすものとなる。
【００８３】
ここで、電気端子６０とヒートシンク２０とは、これらの間に介在する絶縁膜４０によって電気的に絶縁されているので問題ない。そのため、本実施形態によれば、半導体チップ１０をヒートシンク２０に埋め込んだタイプの半導体装置において、従来のような配線基板を別途用いることなく、半導体チップ１０の再配線を行うことができる。
【００８４】
また、本実施形態では、ヒートシンク２０の一面２１のうち凹部２２の開口部の周囲部分に、ヒートシンク２０の一面と熱的に接続され且つ外部との熱的接続を行う放熱端子６５が設けられているので、ヒートシンク２０の熱を、放熱端子６５を介して、適切に外部に放熱することが可能となる。
【００８５】
また、本半導体装置１は、その平面サイズがヒートシンク２０の平面サイズと同等のものであるから、従来のワイヤボンディングＢＧＡよりも小型化することが可能となる。このような半導体装置１の用途としては、高い放熱性と省スペースを必要とするエンジンＥＣＵやアクチュエーターに直截する車載電子製品などが挙げられる。
【００８６】
また、上記図１、図２に示されるように、本半導体装置１では、矩形板状のヒートシンク２０のコーナー部に、電気端子６０や放熱端子６５を配置しているが、当該コーナー部に配置された端子６０、６５については、コーナー部以外に配置されている端子６０、６５よりも平面形状における面積を大きくすることが望ましい。そうすれば、当該コーナー部におけるはんだ端子９０の面積を大きくすることができ、はんだクラックが発生しにくくなり、実装信頼性が向上する。
【００８７】
また、本実施形態の半導体装置１では、外部との電気的接続を行う部分にモールド樹脂１００を設けている。そのため、外部との実装構造、つまりマザーボード２への実装構造において、半導体チップ１０およびヒートシンク２０と、マザーボード２との間に、モールド樹脂１００が介在する形となり、これら両者の熱膨張係数差に起因してはんだ端子９０に発生する応力を、モールド樹脂１００によって緩衝することが期待できる。
【００８８】
（第２実施形態）
図１６〜図１８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図であり、図１６はチップマウント工程までを示す図、図１７はポスト形成および金属部材充填工程までを示す図、図１８はテープ貼り付け工程を示す図である。なお、これら図１６〜図１８では、各工程におけるワークの概略断面構成を示している。
【００８９】
本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、絶縁膜４０上に電気端子６０、放熱端子６５、配線層７０およびポスト８０まで形成した後に、この絶縁膜４０を半導体チップ１０に組み付けることが相違するところであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
【００９０】
図１６（ａ）に示されるように、本実施形態においても、電極面１１に電極１２が形成された半導体チップ１０を用意する。ここでは、電極１２の表面に無電解Ｎｉ−Ａｕメッキ１２ａを施している。
【００９１】
そして、図１６（ｂ）に示されるように、上記第１実施形態と同様に、凹部２２を形成した多連のヒートシンク２０に対して、ダイボンド材配置およびチップマウント工程を行い、この半導体チップ１０をヒートシンク２０に埋め込む。なお、図１６（ｂ）では、図中の左側から右側に向かってベルトコンベアなどにより、ワークが移送されていき、各工程が順次行われるようになっている。ここでは、ディスペンサＫ３により、ダイボンド材３０を供給している。
【００９２】
一方、図１７に示されるように、絶縁膜４０上に電気端子６０、放熱端子６５、配線層７０およびポスト８０を形成するとともに、絶縁膜４０の開口部４１、４２に金属部材５０を充填する。
【００９３】
ここでは、ポリイミドフィルムや熱可塑性樹脂フィルムなどよりなる絶縁膜４０の上にＣｕ薄膜６０ａが形成されたテープを用いる。このようなテープは市販されているものを用いることができる。そして、このテープを図１７中の左側から右側に向かって送り出しながら、各工程を順次行うようにしている。
【００９４】
送り出されたテープには、まず、Ｃｕ薄膜６０ａの表面に、たとえば感光性のレジストＭを形成する。次に、このレジストＭに対して露光、現像を行うことにより、電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０の配置パターンと同じ開口パターンを形成する。
【００９５】
そして、この開口パターンを有するレジストＭをマスクとしてＣｕメッキを行うと、Ｃｕメッキよりなる電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０が形成される。その後、当該レジストを剥離し、続いて、上記第１実施形態と同様に、レジスト形成、レジスト開口、Ｃｕメッキ、レジスト剥離を行うことにより、電気端子６０および放熱端子６５の上にＣｕメッキよりなるポスト８０を形成する。
【００９６】
次に、上記テープにおける絶縁膜４０に対して、図１７中の破線矢印に示されるように、レーザ照射を行い、絶縁膜４０に穴開け加工を施すことにより、絶縁膜４０に開口部４１、４２を形成する。
【００９７】
次に、印刷法などにより、絶縁膜４０の開口部４１、４２に、電気伝導性および熱伝導性を有する金属ペースト（たとえばＡｇ−Ｓｎペーストなど）を充填し、これを硬化させることにより、開口部４１、４２に充填された金属部材５０を形成する。つまり、本実施形態の金属部材５０は金属ペーストを塗布・硬化させたものであり、これが、配線層６５や放熱端子７０と接して電気的接続や熱的接続がなされている。
【００９８】
次に、図１８に示されるように、ヒートシンク２０に埋め込まれた半導体チップ１０の電極面１１およびヒートシンク２０の一面２１に、上記テープの絶縁膜４０を貼り付けるとともに、半導体チップ１０の電極１２およびヒートシンク１０の一面２１と金属部材５０とを接触させる。当該テープの貼り付けは、熱圧着などにより行える。
【００９９】
なお、ここでは、ヒートシンク２０に半導体チップ１０を埋め込んだ後に上記テープの貼り付けを行ったが、半導体チップ１０のみを上記テープに接続した後に、この半導体チップ１０をヒートシンク２０に埋め込んでもよい。こうして、図１８の工程が終了し、その後は、上記第１実施形態と同様に、樹脂封止、樹脂研削、はんだ端子形成、ダイシングの各工程を行えば、本実施形態の半導体装置ができあがる。
【０１００】
（第３実施形態）
図１９は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図であり、チップマウント工程を示す工程図である。図１９において、（ａ）は多連のヒートシンク２０の概略平面図、（ｂ）は同ヒートシンク２０の概略断面図、（ｃ）はダイシング後の複数個の半導体チップ１０の概略平面図、（ｄ）は同複数個の半導体チップ１０の概略断面図、（ｅ）はチップマウント直後の状態を示す概略断面図である。なお、図１９（ｅ）ではダイボンド材３０は省略してある。
【０１０１】
本実施形態の製造方法は、チップマウント工程を変形したものであり、ウェハ状態からダイシングされて形成された複数個の半導体チップ１０を、ダイシングテープＫ４に付けたままの状態で、ウェハ形状をなす多連のヒートシンク２０に一括してマウントするようにしたものである。
【０１０２】
図１９（ａ）、（ｂ）に示されるように、円盤状のウェハ形状をなす多連のヒートシンク２０の一面２１に、上記同様に、凹部２２を形成しておく。一方、半導体チップ１０は、円盤状のウェハで製造され、その後、電極面１１にダイシングテープＫ４を貼り付けて、ダイシングテープＫ４とは反対側からダイシングされて個片化される。
【０１０３】
その後、ダイシングテープＫ４を、その平面方向に引っ張って伸ばすことにより、個片化された各半導体チップ１０の間隔を大きくする。この状態が、図１９（ｃ）、（ｄ）に示されている。ここで、複数個の半導体チップ１０の位置は、上記多連のヒートシンク２０における複数個の凹部２２の位置と一致するようにする。
【０１０４】
そして、上記多連のヒートシンク２０の各凹部２２に図示しないダイボンド材を配置した状態で、図１９（ｅ）に示されるように、この伸ばされたダイシングテープＫ４に貼りついている状態の半導体チップ１０を、当該凹部２２にマウントする。そして、このマウント終了後に、各半導体チップ１０からダイシングテープＫ４を剥がせば、本実施形態のチップマウント工程が完了する。
【０１０５】
その後は、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、絶縁膜配置工程、開口部形成工程、バリアメタル層およびＣｕシード層形成工程、端子および配線層形成工程、ポスト形成工程、樹脂封止工程、樹脂研削工程、はんだ端子形成工程、ダイシング工程を行えば、半導体装置ができあがる。なお、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様の製造工程を適用してもよい。この場合、上記テープとしては、円形のテープを用いればよい。
【０１０６】
（第４実施形態）
図２０は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１ａの概略断面構成を示す図である。本実施形態の半導体装置１ａは、上記第１実施形態の半導体装置１において、モールド樹脂１００を無くした構成としたものであり、その分、より簡易に低コストで作ることができるところが、上記第１実施形態と相違するものである。以下、この相違点を中心に述べる。
【０１０７】
図２０に示されるように、本半導体装置１ａにおいても、上記同様に、半導体チップ１０の電極面１１およびその周囲のヒートシンク２０の一面２１を被覆する絶縁膜４０上に電気端子６０、配線層７０および放熱端子６５が設けられているが、この絶縁膜４０を第１の絶縁膜４０ということにする。
【０１０８】
そして、本実施形態では、上記第１実施形態のようなポストは省略されており、電気端子６０および放熱端子６５とはんだ端子９０とが直接、接合されている。ここで、第１の絶縁膜４０の表面のうち電気端子６０および放熱端子６５以外の部位は、配線層７０も含めて、第２の絶縁膜４０ａにより被覆されている。
【０１０９】
この第２の絶縁膜４０ａは、第１の絶縁膜４０と同様の材料、形成方法により作られたものであり、電気絶縁性のものである。第２の絶縁膜４０ａには、第１の絶縁膜４０の開口部４１、４２と同様の方法により、その表面から電気端子６０および放熱端子６５まで到達する開口部が形成されており、この開口部を介して、当該各端子６０、６５とはんだ端子９０とが接合されている。
【０１１０】
そして、本実施形態の半導体装置１ａも、上記第１実施形態のものと同様に、上記図３に示されるようなマザーボードおよびアルミケースへの実装形態を採ることができ、半導体チップ１０の両板面、ヒートシンク２０の両板面からの放熱を可能として、高い放熱性が期待できる。
【０１１１】
そして、本半導体装置１ａによっても、配線層７０が再配線の役割を果たすものとなり、別途、配線基板を用いることなく、半導体チップ１０の再配線を行うことができる。また、ヒートシンク２０の熱が、放熱端子６５を介して、適切に外部に放熱され、放熱性の向上が可能となる。
【０１１２】
次に、本実施形態の半導体装置１ａの製造方法について、図２１〜図２３を参照して述べる。図２１〜図２３は、本製造方法の要部を示す工程図であり、この図２１〜図２３においては、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ワークの概略平面図、概略断面図である。
【０１１３】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、絶縁膜配置工程、開口部形成工程、バリアメタル層およびＣｕシード層形成工程、端子および配線層形成工程までを行う。それにより、第１の絶縁膜４０の表面全体に、上記バリアメタル層、上記Ｃｕシード層が形成され、そのＣｕシード層の上に、パターニングされたＣｕメッキよりなる電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０が形成される。
【０１１４】
次に、本実施形態では、酸やアルカリなどのウェットエッチングなどにより、電気端子６０、放熱端子６５および配線層７０で被覆されている部位以外の上記バリアメタル層およびＣｕシード層を除去する。ここまでの状態が図２１に示されている。図２１では、絶縁膜４０の開口部に充填されている金属部材５０は、上記第１実施形態と同様、バリアメタル層、Ｃｕシード層およびＣｕメッキを含んでなるものである。
【０１１５】
次に、図２２に示される第２の絶縁膜配置工程を行う。この第２の絶縁膜４０ａはスピンコートなどにより塗布してもよいが、ここでは、第１の絶縁膜４０の上に各端子６０、６５および配線層７０を覆うように、感光性ポリイミドフィルムを貼り付け、これを第２の絶縁膜４０ａとする。
【０１１６】
この場合も、たとえば真空雰囲気にてローラーなどラミネートする方法を採用することができ、また、半導体チップ１０の電極面１１とヒートシンク２０の一面２１との段差をカバーするため、当該フィルムの膜厚を、たとえば１０〜２０μｍの厚いものとするのが好ましい。
【０１１７】
次に、図２３に示される第２の絶縁膜の開口部形成工程を行う。この工程では、第２の絶縁膜４０ａのうち電気端子６０および放熱端子６５に対応する部位に、開口部４１、４２を形成する。この場合、第１の絶縁膜４０の開口部４１、４２の形成と同様に、第２の絶縁膜４０ａの当該部位をフォトリソグラフ法により除去すればよい。
【０１１８】
こうして、第２の絶縁膜４０ａに開口部を形成して、当該開口部から電気端子６０および放熱端子６５を露出させた後、当該露出する各端子６０、６５に、はんだボール搭載法、はんだペースト印刷法などにより、はんだ端子９０を形成する。その後は、上記第１実施形態と同様に、ダイシング工程を行えば、本実施形態の半導体装置１ａができあがる。
【０１１９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、半導体装置には放熱端子６５が設けられていたが、この放熱端子６５が省略された構成であってもよい。この場合でも、電気端子６０および配線層７０によって、別途、配線基板を用いることなく、半導体チップ１０の再配線が行えることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  半導体チップ
１１  半導体チップの電極面
１２  半導体チップの電極
２０  ヒートシンク
２１  ヒートシンクの一面
２２  ヒートシンクの凹部
４０  絶縁膜
４１  開口部
４２  開口部
６０  電気端子
６５  放熱端子
７０  配線層
【図１】
2010263080.tif 000003
【図２】
2010263080.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010263080.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010263080.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2010263080.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2010263080.tif 000023
【図２２】
2010263080.tif 000024
【図２３】
2010263080.tif 000025