(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱量が大きく安価な半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置１は、パッケージングされていないシリコン基板２を含んでおり、いわゆるフリップチップ接続が可能である。シリコン基板２は、扁平なほぼ直方体の形状を有している。シリコン基板２の表面２ａから一定の深さにわたる領域は、機能素子が形成された機能素子形成領域３となっている。表面２ａ上の所定の位置には、機能素子に電気接続された複数のバンプ４が形成されている。シリコン基板２の裏面２ｂには、直線状に延びる多数の溝５が、互いにほぼ平行にほぼ同じ間隔で形成されている。シリコン基板２の裏面２ｂには、金属薄膜が形成されている。【選択図】        図１
2006332374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方表面に、機能素子が形成され一定の厚さを有する機能素子形成領域が形成されており、この一方表面とは異なる他方表面に、この他方表面側からの深さが上記機能素子形成領域が形成されている深さより浅い凹所が形成されている半導体基板を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記半導体基板の他方表面に上記凹所としての溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記半導体基板の他方表面に上記凹所としての孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
上記半導体基板の他方表面に上記半導体基板より熱伝導率が高い薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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、半導体チップの裏面から主たる放熱が行われる半導体装置に関し、特に、フリップチップ接続される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の実装技術として、半導体チップをパッケージングしないで直接配線基板に接合する、いわゆるフリップチップ接続がある。このような半導体チップで発熱量が大きいものには、アルミニウムなどの金属からなるヒートシンクが取り付けられて用いられる。この場合、半導体チップで発生する熱はヒートシンクを介して良好に放散される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、ヒートシンクを取り付けると半導体装置のコストは高くなる。
そこで、この発明の目的は、放熱量が大きく安価な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、一方表面（２ａ）に、機能素子が形成され一定の厚さを有する機能素子形成領域（３）が形成されており、この一方表面とは異なる他方表面（２ｂ）に、この他方表面側からの深さが上記機能素子形成領域が形成されている深さより浅い凹所（５，１５）が形成されている半導体基板（２）を備えたことを特徴とする半導体装置（１，１１）である。
【０００５】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
この発明に係る半導体装置は、半導体基板の一方表面に、機能素子形成領域に形成された機能素子に電気接続された外部接続用の電極（たとえば、バンプ状の電極）が形成されているものとすることができる。この場合、半導体基板の一方表面を配線基板に対向させて、外部接続用の電極を当該配線基板に形成された電極パッドなどに接合することにより、この半導体装置を当該配線基板に実装できる。この場合、半導体基板の他方表面、すなわち、凹所が形成された面が、配線基板側とは反対側に向けられる。
【０００６】
凹所が形成されていることにより、半導体基板の他方表面の面積は、この他方表面が平坦な面にされている場合と比べて大きくなっているので、半導体基板で発生する熱は半導体基板の他方表面から良好に放散される。したがって、この半導体装置は、ヒートシンクを取り付けずに用いることができるので安価である。
特に、半導体基板が、シリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの熱伝導率が高い半導体材料からなる場合、半導体基板の他方表面から良好に放熱できる。
【０００７】
凹所は、たとえば、ドライエッチング（たとえば、反応性イオンエッチング）やエッチング液を用いたウェットエッチングにより形成することができる。
上記半導体基板の他方表面には、請求項２記載のように、上記凹所としての溝（５）が形成されていてもよい。この場合、上記半導体基板の上記他方表面には、複数の上記溝が形成されていてもよい。上記溝の幅は１μｍないし１００μｍであることが好ましい。また、上記溝の深さは１μｍないし１００μｍであることが好ましい。さらに、複数の上記溝が形成されている場合、隣接する２つの上記溝の間隔は１μｍないし２００μｍであることが好ましい。
【０００８】
これにより、半導体基板の他方表面の面積を、この他方表面が平坦にされている場合と比べて著しく大きくすることができ、この他方表面からの放熱量を大きくすることができる。
また、隣接する２つの上記溝の間隔は２μｍないし２００μｍであることが好ましい。これにより、半導体基板において、隣接する２つの溝の間の部分（以下、「リブ」という。）の強度を高くでき、リブが折れ難くすることができる。
【０００９】
また、上記半導体基板の他方表面には、請求項３記載のように、上記凹所としての孔（１５）が形成されていてもよい。この場合、上記半導体基板の上記他方表面には、複数の上記孔が形成されていてもよい。上記孔の幅（たとえば、上記半導体基板の面内の一方向に沿う長さ）は１μｍないし１００μｍであることが好ましい。また、上記孔の深さは１μｍないし１００μｍであることが好ましい。さらに、複数の上記孔が形成されている場合、隣接する２つの上記孔の間隔が１μｍないし１００μｍであることが好ましい。
【００１０】
この場合も、半導体基板の他方表面の面積を、この他方表面が平坦にされている場合と比べて著しく大きくすることができ、この他方表面からの放熱量を大きくすることができる。
半導体基板の他方表面の面積は、半導体基板を垂直に見下ろす他方表面の面積の２倍以上であることが好ましい。すなわち、他方表面の面積は、凹所が形成されていることにより、他方表面が平坦にされている場合と比べて、２倍以上にされていることが好ましい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記半導体基板の他方表面に上記半導体基板より熱伝導率が高い薄膜（７）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置である。
この発明によれば、半導体基板より熱伝導率が高い薄膜を介して半導体基板で発生した熱を良好に放散させることができるので、半導体基板の他方表面からの放熱量をさらに大きくできる。
【００１２】
上記薄膜は、金属（たとえば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、または金（Ａｕ））、ダイヤモンド、熱伝導率が高いセラミック（たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））などからなるものとすることができる。これにより、当該薄膜の熱伝導率を半導体基板の熱伝導率より高くすることができる。
上記薄膜は、凹所の内部では凹所の内壁面に沿って形成されていることが好ましい。この場合、半導体基板の他方表面の面積（上記薄膜の表面積）を大きく保つことができるので、この他方表面からの放熱量を大きくすることができる。
【００１３】
このような薄膜は、蒸着またはスパッタリングにより形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な斜視図である。この半導体装置１はほぼ板状の形状を有しており、図１（ａ）は一方表面を臨む図であり、図１（ｂ）は他方表面を臨む図である。
この半導体装置１は、パッケージングされていないシリコン（Ｓｉ）基板２を含んでおり、いわゆるフリップチップ接続が可能である。シリコン基板２は、扁平なほぼ直方体の形状を有している。
【００１５】
シリコン基板２の一方表面（以下、「表面」という。）２ａから１μｍないし１００μｍ（たとえば、１０μｍ程度）の深さにわたる領域は、機能素子が形成された機能素子形成領域３となっている。機能素子形成領域３上の所定の位置には、外部接続用の電極として、機能素子に電気接続された複数のバンプ（金属電極）４が形成されている（図１（ａ）参照）。
【００１６】
シリコン基板２の他方表面（表面２ａとは反対側の面。以下、「裏面」という。）２ｂには、直線状に延びる多数の溝５が、互いにほぼ平行にほぼ同じ間隔で形成されている（図１（ｂ）参照）。シリコン基板２をその厚さ方向に見下ろす平面視において、溝５はシリコン基板２の短辺に平行な方向に形成されている。隣接する２つの溝５の間は、溝５の底面から突出したリブ６となっている。溝５の幅Ｗ11は１μｍないし１００μｍであり、溝５の深さＤ1は１μｍないし１００μｍであり、隣接する２つの溝５の間隔Ｗ12、すなわち、リブ６の幅Ｗ2は１μｍないし２００μｍである。
【００１７】
シリコン基板２の厚さは、たとえば、４００μｍ程度であり、溝５は機能素子形成領域３に至らない深さを有している。すなわち、溝５は、機能素子形成領域３が形成されている深さより浅い深さを有する。機能素子形成領域３を除いたシリコン基板２の厚さは、たとえば、１００μｍないし４００μｍ程度である。
このような構造により、シリコン基板２の裏面２ｂの面積は、裏面２ｂが平坦な面にされている場合と比べて著しく大きくなっている。リブ６の幅Ｗ12は２μｍないし２００μｍであることが好ましく、これにより、リブ６の強度を高くすることができ、リブ６が折れ難くすることができる。
【００１８】
溝５は、平坦面を有するシリコン基板２の裏面２ｂを、ドライエッチング（たとえば、反応性イオンエッチング；ＲＩＥ）またはエッチング液を用いたウェットエッチングすることにより形成できる。反応性イオンエッチングにより、たとえば、溝５の幅Ｗ11が２μｍ程度にまで微細化された場合でも、溝５の深さＤ1を６０μｍ程度にまで深くできる。
図２は、シリコン基板２の裏面２ｂ近傍を拡大して示す図解的な断面図である。
【００１９】
シリコン基板２の裏面２ｂには、金属薄膜７が形成されている。金属薄膜７は、たとえば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、または金（Ａｕ）からなる。銀、銅、および金の熱伝導率はシリコンの熱伝導率より高いので、金属薄膜７の熱伝導率はシリコン基板２の熱伝導率より高くなっている。
金属薄膜７は、溝５の内部および外部を含むシリコン基板２の裏面２ｂを完全に覆うように形成されている。金属薄膜７は、溝５内では、溝５の内壁面に沿って形成されている。これにより、シリコン基板２の裏面２ｂの面積は大きく保たれている。
【００２０】
金属薄膜７は、たとえば、蒸着やスパッタリングにより形成できる。
この半導体装置１は、バンプ４を半田などにより配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続可能である。これにより、機能素子形成領域３に形成された機能素子を、バンプ４を介して外部に電気接続できる。
シリコン基板２が配線基板にフリップチップ接続された状態で、シリコン基板２の裏面２ｂは、配線基板側とは反対側に向けられる。裏面２ｂは大きな面積を有しているので、シリコン基板２で発生する熱はシリコン基板２の他方表面から良好に放散される。半導体装置１が配線基板に実装された後、樹脂封止されない場合は、シリコン基板２の裏面２ｂから直接大気中に熱を放散させることができる。
【００２１】
また、シリコン基板２の裏面２ｂにシリコン基板２より熱伝導率が高い金属薄膜７が形成されていることによっても、シリコン基板２の裏面２ｂからの放熱量は大きくなっている。
以上のことから、この半導体装置１は、ヒートシンクを取り付けずに用いることができるので安価である。すなわち、この半導体装置１は、放熱量が大きく安価である。また、この半導体装置１は、ヒートシンクを取り付ける必要がないことにより、小型化を図ることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の図解的な斜視図である。図１に示す半導体装置１の構成要素等に対応する構成要素等は、同一符号を付して説明を省略する。
この半導体装置１１は、パッケージングされていないシリコン基板２を含んでおり、いわゆるフリップチップ接続が可能である。シリコン基板２は、扁平なほぼ直方体の形状を有している。
【００２３】
シリコン基板２の裏面２ｂには、多数の孔１５が形成されている。シリコン基板２をその厚さ方向に見下ろす平面視において、孔１５はシリコン基板２の長辺および短辺に沿うように配列されている。また、シリコン基板２をその厚さ方向に見下ろす平面視において、各孔１５は、いずれもほぼ正方形の形状を有しており、孔１５の辺は、シリコン基板２の長辺または短辺とほぼ平行になっている。
【００２４】
孔１５の幅Ｗ21（シリコン基板２の長辺方向に沿う長さ）は１μｍないし１００μｍであり、孔１５の深さＤ2は１μｍないし１００μｍであり、隣接する２つの孔１５の間隔Ｗ22は１μｍないし１００μｍである。孔１５は機能素子形成領域３に至らない深さを有している。すなわち、孔１５は機能素子形成領域３が形成されている深さより浅い深さを有する。
【００２５】
このような構造によって、シリコン基板２の裏面２ｂの面積は、裏面２ｂが平坦な面にされている場合と比べて著しく大きくなっており、シリコン基板２で発生する熱を、裏面２ｂから良好に放散させることができる。したがって、この半導体装置１１は、ヒートシンクを取り付けずに用いることができるので安価であるとともに、小型化を図ることができる。
【００２６】
孔１５は、平坦面を有するシリコン基板２の裏面２ｂを、ドライエッチング（たとえば、反応性イオンエッチング）またはエッチング液を用いたウェットエッチングすることにより形成できる。このような方法により、上記の大きさを有する孔１５を形成できる。
シリコン基板２の裏面２ｂには、半導体装置１と同様の金属薄膜７（図２参照）が形成されていてもよい。これにより、シリコン基板２の裏面２ｂからの放熱量をさらに大きくすることができる。
【００２７】
本発明の実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、シリコン基板２の代わりに、炭化珪素（ＳｉＣ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体基板が用いられてもよい。炭化珪素や窒化ガリウムは熱伝導率が大きいので、このような材料からなる半導体基板の裏面に、半導体装置１，１１と同様の溝５や孔１５を形成することにより、半導体基板の裏面から効率的に放熱されるようにすることができる。
【００２８】
また、シリコン基板２（半導体基板）の裏面２ｂには、金属以外の材料からなり、シリコン基板２（半導体基板）より熱伝導度が高い薄膜が形成されていてもよい。このような薄膜は、たとえば、ダイヤモンドや熱伝導率が高いセラミック（たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））からなるものとすることができる。
シリコン基板２の裏面２ｂには、溝５および孔１５の双方が形成されていてもよい。また、すべての溝５や孔１５が同じ幅Ｗ11，Ｗ21および同じ深さＤ1，Ｄ2を有している必要はなく、溝５または孔１５ごとに幅Ｗ11，Ｗ21や深さＤ1，Ｄ2が異なっていてもよい。同様に、隣接する２つの溝５や孔１５の間隔Ｗ12，Ｗ22は、異なっていてもよい。
【００２９】
直線状に延びる溝５の代わりに、屈曲または湾曲して延びる溝が形成されていてもよい。半導体基板２を垂直に見下ろす平面視において、孔１５の形状は正方形に限られず、長方形、三角形、円形、楕円形などであってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の図解的な斜視図である。
【図２】リブ近傍を拡大して示す図解的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の図解的な斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１    半導体装置
２    シリコン基板
２ａ    表面
２ｂ    裏面
３    機能素子形成領域
５    溝
７    金属薄膜
１５    孔
【図１】
2006332374.tif 000003
【図２】
2006332374.tif 000004
【図３】
2006332374.tif 000005