(57)【要約】【課題】金属基板に接合される半導体チップの接合面近傍に発生する応力の影響を緩和し、半導体チップの電気特性、熱特性を制限せずに接合の寿命確保が可能になる半導体装置とその製造方法を提供すること。【解決手段】薄板状を呈する半導体チップ２の第１の主面が接着材３を介して金属基板１と接合した構造を有する半導体装置であって、半導体チップ２の第１の主面において、半導体チップ２角部の頂点を共有する第１の主面の外縁部分である２つの辺と、この辺それぞれに接する円弧とに囲まれた閉領域を底面とし、半導体チップ２の第２の主面へと延設されて、所定の容積をもった領域が結晶欠陥領域４であり、結晶欠陥領域４は、結晶欠陥領域４以外の半導体領域６より、外力による同一の歪みに対して、低い応力を発生することを特徴とする半導体装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１および第２の主面を有すると共に、角部を有する半導体チップと、
前記半導体チップの第１の主面に、接合部材を介して接合する金属基板と、
を備えた半導体装置において、
前記半導体チップは、少なくとも前記第１の主面の角部を含む領域内に存在する結晶欠陥領域と、前記結晶欠陥領域以外の半導体領域とを構成要素とし、
前記結晶欠陥領域は、前記結晶欠陥領域以外の半導体領域より、外力による同一の歪みに対して、低い応力を発生することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記結晶欠陥領域は、前記結晶欠陥領域以外の半導体領域よりも、結晶欠陥を多く含む領域もしくはその集合体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記結晶欠陥領域は、
前記第１の主面の外縁を構成すると共に、１つの頂点を共有する２つの辺と、
前記第１の主面上にあって前記２つの辺の一方の辺の１点と他方の辺の１点とを結ぶ連結線とに囲まれた面領域を底面として、
所定の容積を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記連結線は、前記１つの頂点を共有する２つの辺に接する円弧を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記連結線は、前記１つの頂点を共有する２つの辺の間を結ぶ直線であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記連結線は、多角形の一部を構成する複数の直線であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項７】
前記結晶欠陥領域は、前記半導体チップの第１の主面に溝を形成することにより形成され、
前記溝は、深さが幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記結晶欠陥領域は、前記半導体チップの側面から所定距離離れた半導体チップの内部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの請求項に記載の半導体装置。
【請求項９】
複数の前記結晶欠陥領域が、前記第１の主面に対して接すると共に、前記第１の主面に対して垂直に、前記連結線に沿って形成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかの請求項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記結晶欠陥領域は、前記第１の主面に平行な面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの請求項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記結晶欠陥領域は、前記半導体チップに吸収される波長のレーザ光線を前記半導体チップ内部に集光して前記第１の主面の角部を含む領域内の点状領域を加熱した後冷却することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記結晶欠陥領域は、前記第１の主面の一部分に溝を形成し、該溝中に前記半導体チップの構成要素である半導体材料とは異なる材料を堆積させた後に該一部分を平坦化することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法であって、
半導体チップの所定領域に、結晶欠陥領域を形成する工程と、
金属基板と接合する前の前記半導体チップの第１の主面に金属薄膜を形成する工程と、
前記金属基板と前記金属薄膜との間を接着部材を介して接合する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記結晶欠陥領域を形成する工程として、前記半導体チップに吸収される波長のレーザ光線を前記半導体チップ内部に集光して前記第１の主面の角部を含む領域内の点状領域を加熱した後冷却する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記結晶欠陥領域を形成する工程として、前記第１の主面の一部分に溝を形成し、該溝中に前記半導体チップの構成要素である半導体材料とは異なる材料を堆積させた後に該一部分を平坦化する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記結晶欠陥領域を形成する工程として、前記半導体チップの第１の主面に、深さが幅以上である溝を形成する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使われている半導体チップは四辺形をなし、その裏面を然るべき金属基板に接着固定して使用される（たとえば、下記特許文献１参照）。その際に使用される接着材は半田、鑞、銀粒子による金属ぺースト、導電性接着剤などである。
【０００３】
なお、半導体チップと半田とは直接接合しないため、半導体チップの裏面には、金属薄膜が形成されており、この金属薄膜と金属基板とを接着材にて接着している。
【特許文献１】特開平８−０７００６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の接着工程においては、一般に構成要素の全てを高温にして接着し、常温に戻して接合を完成させる。たとえば、接着材が半田の場合、半導体チップと金属基板とを半田の溶融温度以上にし、溶融した半田を両者の接合面に介在させ、温度を下げて半田を再び凝固させることによって接合を実現する。このとき、半導体チップ、金属基板、接着材のそれぞれは熱膨張係数が異なるため、常温まで戻したときに、これらの接合面近傍に応力が集中する。この応力集中によって、半導体チップにクラック（割れ目）が生じる可能性があり、このクラックの発生に起因して、半導体装置の放熱特性が劣化するおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、金属基板に接合される半導体チップの接合面近傍に発生するクラックの発生に起因する放熱特性の劣化を低くすることのできる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明においては、半導体チップの少なくとも第１の主面の角部を含む領域内に存在する結晶欠陥領域は、結晶欠陥領域以外の半導体チップの半導体領域より、外力による同一の歪みに対して、低い応力を発生するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、結晶欠陥領域により角部への応力集中が緩和されるため、放熱特性の劣化を低くすることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の最適な実施の形態について、以下、図を用いて説明する。
【０００９】
以下、第１の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る半導体装置を上から見た透過平面図であり、半導体チップの一つの角部近傍のみを示した図、図２は図１中の線分Ａ−Ａ’を通って紙面に垂直な面で切った断面図、図３は図１に示した角部近傍の透過斜視図である。
【００１１】
平面形状の金属基板１上に、接着部材である接着剤３を介して、半導体チップ２が接合されている。
【００１２】
半導体チップ２は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、表面（第２の主面）側、あるいは表面から裏面（第１の主面）にかけて、活性領域が形成されていて、トランジスタなどの電子デバイスが形成されている。半導体チップ２の表面には、１つもしくは複数の図示しない金属薄膜からなる電極があり、それぞれ対応する外部電極（不図示）と接続されている。また、本実施の形態の説明においては、電子デバイスの詳細は省略する。
【００１３】
また、半導体チップ２と接着剤（接合部材）３とは直接接合しないため、半導体チップ２の裏面（第１の主面）には、図示しない金属薄膜が形成されており、この金属薄膜によって半導体チップ２と接着剤３とが接着している。
【００１４】
接着剤３としては、半田、鑞、銀粒子による金属ぺースト、導電性接着剤を用いることができるが、本実施の形態では半田を用いている。以下、この接着剤３を半田３と称する場合もある。
【００１５】
結晶欠陥領域４は、半導体チップ２の裏面の角部に形成され、周辺の半導体領域より、結晶欠陥が多く存在し、外力による同一の歪みに対し、低い応力しか発生しない領域である。この結晶欠陥領域４の製造方法に関しては後述する。なお、結晶欠陥領域４に存在する結晶欠陥は、図中、ハッチングをかけて示した領域全体であってもよいし、後述するように、結晶欠陥領域４の特定箇所に局在していてもよい。図１において、この結晶欠陥領域４は、第１の主面の外縁を構成すると共に、１つの頂点を共有する２つの辺と、第１の主面上にあって前記２つの辺の一方の辺の１点と他方の辺の１点とを結ぶ連結線とに囲まれた面領域を底面として、しかるべき所定の容積を有する領域である。
【００１６】
前述したように、半導体チップ２と金属基板１との接合は、半導体チップ２ならびに金属基板１を半田の融点以上にし、両者の間に溶融半田３を介在させた後、全体の温度を下げて半田３が固化することにより完了する。半田３が固化した後、全体構造の温度を常温まで戻す間、半導体チップ２と金属基板１の熱膨張係数は異なるため、接着した領域には応力を生じる。とくに、半導体チップ２の角部に応力が集中し、その応力の強度は角部の曲率半径が小さいと大きくなる。仮に、図４に示すように、半導体チップ２の角部に丸みをつけた形状が実現できれば、この応力集中は緩和されることが分かっているが、その実現は現在のダイシング技術を鑑みると難度が高い。
【００１７】
そこで、半導体チップ２の角部に、上述の結晶欠陥領域４を形成する。この結果、接合部の角部には熱膨張係数差によって歪みが発生するが、結晶欠陥領域４の存在により、応力集中は緩和され、接合部の応力としては、あたかも図４のような角部に丸みがついた形状が実現された状態に近づき、クラックが発生する可能性が低くなり、放熱性能の劣化を低くすることができる。
【００１８】
またクラックが発生する可能性が低くなるために、接合部の寿命が伸びるという効果がある。
【００１９】
あるいは、これまでは半導体チップ２への角部の応力集中によるクラックの発生・伸展で不都合な現象が発生する確率を、市場における製品の寿命以上に設計するため、たとえば半田３の厚みを厚くするなどして接着材３の層の電気抵抗および熱抵抗が低められなかったところを、本発明を利用することにより、接着剤（半田）３の厚みを薄くして、接着材３の層の電気抵抗および熱抵抗を低めることができるという効果が得られる。
【００２０】
なお、図１ならびに図３において円弧としていた結晶欠陥領域の輪郭線（連結線とも言う）は、角部の曲率を緩やかにするものであれば、いかなる形状でもよい。頂点を共有する２つの辺の各々に接する曲線、もしくは、多角形の一部分であってもよい。たとえば、図５では、輪郭は多角形の一部分としている。さらに、図４に示す円弧状に代えて、図６に示すように三角形状にしても一定の効果が得られる。また、図７に示すように中心から遠ざかるに従って曲率が大きくなり、端部も曲線を描く、数字の「十」字ような形状（以下、十字領域という）でもよい。
【００２１】
半導体チップ２は、円盤状のウェハから切り出される。結晶欠陥領域４はこの切り出し工程の前に形成しておく方が効率的な場合がある。その際、一般的に半導体チップ２を切り出すときの目印はウェハの表面に形成されるが、結晶欠陥領域４は裏面に存在する。よって、工業的には位置ズレを見込まなければならない。図１、５、６に示したような結晶欠陥領域４の形状を実現しようとすると難度が高くなるため、本来であれば鋭角になってしまう結晶欠陥領域４の端部に丸みを持たせて形成したのが図７に示した形状である。このようにすることにより、表裏の位置ズレをある程度許容できるようになるという効果も得られる。
【００２２】
次に結晶欠陥領域の形成方法について、以下に、第１乃至第３の方法を説明する。
【００２３】
第１の方法は、半導体チップ２に吸収される波長のレーザ光線を半導体内部に集光し、瞬時に前記第１の主面の角部を含む領域内の点状領域を加熱、急冷することによって結晶欠陥の多い領域を形成する技術を用い、比較的低い応力で結晶欠陥領戟４にのみクラックを生じさせ、結果的に前記輪郭線でもってクラックの伸展を阻止する構造が実現できる。
【００２４】
なお、点状の結晶欠陥領域は、角部領域の中で様々な有効な分布をとることができる。たとえば、図８のように、前記輪郭線に沿って、チップ裏面からしかるべき所定の深さまで結晶欠陥を導入することでも、ほぼ同じ効果が得られる。図中の太い点線が結晶欠陥領域４で、平面図で示すと図９のように導入されている。あるいは、図１０のようにチップの表面まで到達するように導入することもできる。この場合、クラックの伸展によって角部は分離してしまうかも知れないが、一般に半導体チップは何かしら有機物で封入されているので、実質上の問題はない。あるいは、図１１のように、波紋状に複数の列をなして導入してもよい。図１２は図１１中の線分Ａ−Ａ’を通って紙面に垂直な面で切った断面図である。
【００２５】
また、図１３のように、底面に平行に複数形成されていてもよい。この場合、対応する平面図は図１である。また、図８と組み合わせて図１４のようにしてもよい。この場合も、クラックが伸展すると、角部が分離することになるが、問題ない。
【００２６】
また、この点状結晶欠陥領域の導入技術を使う場合、結晶欠陥領域４の形状は任意なので、たとえば、結晶欠陥領域４の底部（半導体チップ２の裏面）と接する領域の形状は図９のようになっていて、断面形状は図１５のようになっていてもよい。
【００２７】
結晶欠陥領域４の第２の形成方法としては、異種材料を導入する方法がある。たとえば、ウェハから半導体チップ２を切り出す前の工程で、ウェハの裏面に図７中にハッチングを施した十字領域に浅い溝を形成し、たとえばＣＶＤを用いて多結晶半導体、アモルファス半導体、ＰＳＧ（燐珪酸ガラス）といった異種材料を堆積させた後に溝を形成した部分を平坦化することによって結晶欠陥領域４を形成する。その他、数ＭＰａではそれほど変形せず、１００ＭＰａ近くの応力で撓むか、塑性変形するか、クラックが入るかして、歪みを吸収する材料であればどんなものでも良い。
【００２８】
結晶欠陥領域の第３の形成方法としては、溝の形成がある。平面図は図１１に準じ、半導体領域に図１６のように、第１の主面に、深さが幅以上である溝５を複数形成しておくことで、溝５が形成された領域は、溝５が形成されていない領域に比べて、外力による同一の歪みに対して、低い応力を発生し、結晶欠陥領域４と同等の効果をもつ。すなわち、溝５が形成された領域は、結晶欠陥領域４と同等の効果をもつ、結晶の一部分が欠損した結晶欠陥領域であるとしてよい。なお、この場合、溝の深さは、溝と溝の間の間隔の２倍以上としておくとよい。また、図１７のように、結晶欠陥領域４の輪郭に沿って溝５を配し、図１３に準じて底面（第１の主面）と平行な結晶欠陥領域４を配しておく構造でもよい。ちなみに、溝を形成する工程によっては、溝の内部に、半田付けに必要な金属薄膜の一部が入ってしまう工程も組めるが、溝に金属が入っても、入らなくても、効果にそれほど差は出ない。
【００２９】
以上、説明したように、本実施の形態においては、角部を有する半導体チップ２の裏面に、接着剤３を介して金属基板１を接合し、半導体チップ２は、裏面の角部を含む結晶欠陥領域４と、結晶欠陥領域以外の半導体領域からなり、結晶欠陥領域４は、結晶欠陥領域以外の半導体領域より、外力による同一の歪みに対して、低い応力を発生するようにしたため、結晶欠陥領域４の存在により、応力集中が緩和され、接合部の応力としては、あたかも角部に丸みがついた形状が実現された状態に近づき、クラックが発生する可能性が低くなり、放熱性能の劣化を低くすることができるという効果が得られる。また、角部を含む領域内の半導体チップ２の裏面に、深さが幅以上である溝５を形成することによっても、上記と同様の効果が得られる。
【００３０】
またクラックが発生する可能性が低くなるために、接合部の寿命が伸びるという効果がある。あるいは、これまでは半導体チップ２への角部の応力集中によるクラックの発生・伸展で不都合な現象が発生する確率を、市場における製品の寿命以上に設計するため、たとえば半田３の厚みを厚くするなどして接着材３の層の電気抵抗および熱抵抗が低められなかったところを、本発明を利用することにより、接着剤（半田）３の厚みを薄くすることができるという効果が得られる。
【００３１】
また、結晶欠陥領域４を、結晶欠陥領域４以外の半導体領域よりも、結晶欠陥を多く含むように形成したので、通常の半導体製造方法にて形成することができ、安価に実現することができる。また、溝５の形成も、通常のリソグラフィ技術を用いて容易かつ安価に実現することができる。
【００３２】
次に第２の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１８は第１の実施の形態で説明した図１に準じた平面図である。前述のように、結晶欠陥領域４はウェハからチップを切り出す前に形成しておく方が効率的な場合がある。その場合、外力に弱い結晶欠陥領域４が切リ出し工程における外力の影響を受けてしまうことを避けるため、角部領域を切り出される半導体チップの縁から僅かに（たとえば、約１０μｍ）半導体領域の内側にしておく。このように構成しておくことで、結晶欠陥領域４が本来の機能を発揮する前に一部が変形もしくは欠落してしまうことを回避できる。
【００３４】
なお、このように半導体チップの縁と結晶欠陥領域４とに距離を置く方法は、前出した全ての実施の形態に適用可能である。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態の効果に加えて、結晶欠陥領域４を、半導体チップ２の側面から所定距離離れた半導体チップ２の内部に形成するようにしたため、結晶欠陥領域４が本来の機能を発揮する前に一部が変形もしくは欠落してしまうことを防止することができるという効果が得られる。
【００３６】
本発明に係る半導体装置を製造する際には、半導体チップの所定領域に上記結晶欠陥領域を形成する工程と、金属基板と接合する前の第１の主面に金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程との後に、金属基板と金属薄膜との間を接合する。
【００３７】
図２に示した半導体装置を製造する場合について、図１９を用いて、説明する。図において、（ａ）に示した半導体チップ２の一部分に結晶欠陥領域４を形成して（ｂ）の状態とする。なお、この場合には、結晶欠陥領域４は、第２の形成方法、すなわち、第１の主面の一部分に浅い溝を形成し、溝中に半導体チップ２の構成要素である半導体材料とは異なる材料を堆積させた後に該一部分を平坦化することによって形成されるものとする。つぎに、半導体チップ２の裏面に金属薄膜を形成した後に、半導体チップ２の裏面と金属基板１との間に接着材３を介在させて、全体を接着材３の溶融点以上に加熱し、常温に戻して、（ｃ）の状態、すなわち、図２に示した半導体装置が完成された状態とする。
【００３８】
図８に示した半導体装置を製造する場合について、図２０を用いて、説明する。図において、（ａ）に示した半導体チップ２の一部分に結晶欠陥領域４を形成して（ｂ）の状態とする。なお、この場合には、結晶欠陥領域４は、第１の形成方法、すなわち、半導体チップ２に吸収される波長のレーザ光線を半導体チップ２内部に集光し、瞬時に点状領域を加熱、急冷することによって形成されるものとする。つぎに、半導体チップ２の裏面に金属薄膜を形成した後に、半導体チップ２の裏面と金属基板１との間に接着材３を介在させて、全体を接着材３の溶融点以上に加熱し、常温に戻して、（ｃ）の状態、すなわち、図８に示した半導体装置が完成された状態とする。
【００３９】
図１６に示した半導体装置を製造する場合について、図２１を用いて、説明する。図において、（ａ）に示した半導体チップ２の一部分に結晶欠陥領域を形成して（ｂ）の状態とする。なお、この場合には、結晶欠陥領域は、第３の形成方法、すなわち、第１の主面に、深さが幅以上である溝５を形成することによって形成されるものとする。つぎに、半導体チップ２の裏面に金属薄膜を形成した後に、半導体チップ２の裏面と金属基板１との間に接着材３を介在させて、全体を接着材３の溶融点以上に加熱し、常温に戻して、（ｃ）の状態、すなわち、図１６に示した半導体装置が完成された状態とする。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明第１の実施の形態を説明する透視平面図である。
【図２】図１中の線分Ａ−Ａ’を通り、紙面に垂直な面で切った断面図である。
【図３】本発明第１の実施の形態を説明する透視斜視図である。
【図４】半導体チップの角部応力集中を回避する理想的な形状を説明する平面図である。
【図５】本発明第１の実施の別の形態を説明する透視平面図である。
【図６】本発明第１の実施の別の形態を説明する透視平面図である。
【図７】本発明第１の実施の別の形態を説明する透視平面図である。
【図８】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図９】図８を上から見た透過平面図である。
【図１０】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１１】本発明第１の実施の別の形態を説明する透視平面図である。
【図１２】図１１中の線分Ａ−Ａ’を通って紙面に垂直な面で切った断面図である。
【図１３】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１４】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１５】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１６】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１７】本発明第１の実施の別の形態を説明する断面図である。
【図１８】本発明第２の実施の形態を説明する図である。
【図１９】本発明に係る半導体装置を製造する方法を説明する図である。
【図２０】本発明に係る半導体装置を製造する方法を説明する図である。
【図２１】本発明に係る半導体装置を製造する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：金属基板、２：半導体チップ、３：接着材、４：結晶欠陥領域、５：溝、６：結晶欠陥領域以外の半導体領域。
【図１】
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【図２】
2008252061.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008252061.tif 000013
【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】
2008252061.tif 000019
【図１８】
2008252061.tif 000020
【図１９】
2008252061.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2008252061.tif 000023