(57)【要約】【課題】複雑な製造工程を必要とせず、かつ半導体装置全体の小型化も実現しつつ、高い冷却効果を得ることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】共通の素子形成面１ａと裏面１ｂを有するＮ型半導体領域４とＰ型半導体領域５とが形成された半導体チップ１と、半導体チップ１のＮ型半導体領域４の素子形成面１ａに形成された電極パッド２１と、半導体チップ１のＰ型半導体領域５の素子形成面１ａに形成された電極パッド２２と、半導体チップ１の裏面１ｂに形成された導電層３とでペルチエ効果を利用した冷却素子を構成する。【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面と第２面間にＮ型半導体領域およびＰ型半導体領域が形成された半導体素子と、
前記Ｎ型半導体領域の前記第１面に形成された第１導電層と、
前記Ｐ型半導体領域の前記第１面に形成された第２導電層と、
前記半導体素子の前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって形成された第３導電層とを備え、
前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域と、前記第１導電層および前記第２導電層と、前記第３導電層とで冷却素子を形成した
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域が絶縁トレンチにより電気絶縁されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子の素子厚さが９０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
樹脂封止された半導体装置であって、
対向する第１面と第２面間にＮ型半導体領域およびＰ型半導体領域が形成された半導体素子と、
前記Ｎ型半導体領域の前記第１面に形成された第１導電層と、
前記Ｐ型半導体領域の前記第１面に形成された第２導電層と、
前記樹脂封止のために前記半導体素子の前記第１面を覆う封止樹脂と、
前記第１導電層上で柱状に形成され一端が前記封止樹脂から露出した第１電極ポストと、
前記第２導電層上で柱状に形成され一端が前記封止樹脂から露出した第２電極ポストと、
前記露出した第１電極ポストの一端に接して形成された第１電極と、
前記露出した第２電極ポストの一端に接して形成された第２電極と、
前記半導体素子の前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって形成された第３導電層とを備え、
前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域と、前記第１導電層および前記第２導電層と、前記第１電極ポストおよび前記第２電極ポストと、前記第１電極および前記第２電極と、前記第３導電層とで冷却素子を形成し、
前記半導体素子と略同一の寸法に樹脂封止された
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域が絶縁トレンチにより電気絶縁されている
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子の素子厚さが９０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体装置の製造方法であって、
対向する第１面と第２面を有する半導体ウエハを準備するステップと、
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＮ型半導体領域を形成するステップと、
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＰ型半導体領域を形成するステップと、
前記Ｎ型半導体領域の前記第１面上に第１導電層を形成するステップと、
前記Ｐ型半導体領域の前記第１面上に第２導電層を形成するステップと、
前記半導体ウエハの前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって第３導電層を形成するステップとを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体ウエハの前記第１面から前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域を電気絶縁するための絶縁トレンチを形成するステップを含む
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間の厚さが９０μｍ以下となるまで前記第２面を研磨するステップを含む
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
樹脂封止された半導体装置の製造方法であって、
対向する第１面と第２面を有する半導体ウエハを準備するステップと、
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＮ型半導体領域を形成するステップと、
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＰ型半導体領域を形成するステップと、
前記Ｎ型半導体領域の前記第１面上に第１導電層を形成するステップと、
前記Ｐ型半導体領域の前記第１面上に第２導電層を形成するステップと、
前記第１導電層上に第１電極ポストを形成するステップと、
前記第２導電層上に第２電極ポストを形成するステップと、
前記半導体ウエハの前記第１面上を封止樹脂で覆うステップと、
前記第１電極ポストを前記封止樹脂から露出させるステップと、
前記第２電極ポストを前記封止樹脂から露出させるステップと、
前記第１電極ポストの前記露出部分に第１電極を形成するステップと、
前記第２電極ポストの前記露出部分に第２電極を形成するステップと、
前記半導体ウエハの前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって第３導電層を形成するステップとを含み、
前記半導体装置は前記半導体ウエハと略同一の寸法に樹脂封止する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体ウエハの前記第１面から前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域を電気絶縁するための絶縁トレンチを形成するステップを含む
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間の厚さが９０μｍ以下となるまで前記第２面を研磨するステップを含む
ことを特徴とする請求項１１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、特に冷却装置を内蔵する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などに代表される携帯機器が急速に普及し、それらに搭載する半導体装置の小型化、薄膜化、軽量化が要求されている。これを実現するキーテクノロジーの一つとして、半導体チップのサイズに限りなく近づけたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）などの高密度パッケージがある。
【０００３】
特に、封止工程をウエハ状態で行うＷ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）は、製造コストの低減化などが期待できることから、小型パッケージとして注目を集めている。
【０００４】
Ｗ−ＣＳＰを始めとする高密度パッケージでは、その特徴である小型化を妨げることなく、効率的に半導体チップを冷却する必要がある。このような冷却機能を有する半導体装置の一例として、以下の従来技術（例えば、特許文献１を参照）が挙げられる。
【０００５】
この半導体装置は、冷却効果を有する例えばペルチエ素子を一体化するために、Ｗ−ＣＳＰのパッケージの封止樹脂部に半導体素子とともにペルチエ素子を構成し、そのペルチエ素子により、半導体素子の主表面を電極パッドと球状電極を通じて強制冷却する。
【特許文献１】特開２００６−３２４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の半導体装置のように、冷却効果を有する例えばペルチエ素子を半導体装置と一体に構成する場合には、封止樹脂部に半導体素子と個別にペルチエ素子を形成することになり、そのように構成することは非常に困難で複雑な製造工程が必要となるだけでなく、半導体装置全体の小型化も困難になるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、複雑な製造工程を必要とせず、かつ半導体装置全体の小型化も実現しつつ、高い冷却効果を得ることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１記載の半導体装置は、対向する第１面と第２面間にＮ型半導体領域およびＰ型半導体領域が形成された半導体素子と、前記Ｎ型半導体領域の前記第１面に形成された第１導電層と、前記Ｐ型半導体領域の前記第１面に形成された第２導電層と、前記半導体素子の前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって形成された第３導電層とを備え、前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域と、前記第１導電層および前記第２導電層と、前記第３導電層とで冷却素子を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置であって、前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域が絶縁トレンチにより電気絶縁されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置であって、前記半導体素子の素子厚さが９０μｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項４記載の半導体装置は、樹脂封止された半導体装置であって、対向する第１面と第２面間にＮ型半導体領域およびＰ型半導体領域が形成された半導体素子と、前記Ｎ型半導体領域の前記第１面に形成された第１導電層と、前記Ｐ型半導体領域の前記第１面に形成された第２導電層と、前記樹脂封止のために前記半導体素子の前記第１面を覆う封止樹脂と、前記第１導電層上で柱状に形成され一端が前記封止樹脂から露出した第１電極ポストと、前記第２導電層上で柱状に形成され一端が前記封止樹脂から露出した第２電極ポストと、前記露出した第１電極ポストの一端に接して形成された第１電極と、前記露出した第２電極ポストの一端に接して形成された第２電極と、前記半導体素子の前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって形成された第３導電層とを備え、前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域と、前記第１導電層および前記第２導電層と、前記第１電極ポストおよび前記第２電極ポストと、前記第１電極および前記第２電極と、前記第３導電層とで冷却素子を形成し、前記半導体素子と略同一の寸法に樹脂封止されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５記載の半導体装置は、請求項４記載の半導体装置であって、前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域が絶縁トレンチにより電気絶縁されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６記載の半導体装置は、請求項５記載の半導体装置であって、前記半導体素子の素子厚さが９０μｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項７記載の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、対向する第１面と第２面を有する半導体ウエハを準備するステップと、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＮ型半導体領域を形成するステップと、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＰ型半導体領域を形成するステップと、前記Ｎ型半導体領域の前記第１面上に第１導電層を形成するステップと、前記Ｐ型半導体領域の前記第１面上に第２導電層を形成するステップと、前記半導体ウエハの前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって第３導電層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの前記第１面から前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域を電気絶縁するための絶縁トレンチを形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間の厚さが９０μｍ以下となるまで前記第２面を研磨するステップを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、樹脂封止された半導体装置の製造方法であって、対向する第１面と第２面を有する半導体ウエハを準備するステップと、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＮ型半導体領域を形成するステップと、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間にＰ型半導体領域を形成するステップと、前記Ｎ型半導体領域の前記第１面上に第１導電層を形成するステップと、前記Ｐ型半導体領域の前記第１面上に第２導電層を形成するステップと、前記第１導電層上に第１電極ポストを形成するステップと、前記第２導電層上に第２電極ポストを形成するステップと、前記半導体ウエハの前記第１面上を封止樹脂で覆うステップと、前記第１電極ポストを前記封止樹脂から露出させるステップと、前記第２電極ポストを前記封止樹脂から露出させるステップと、前記第１電極ポストの前記露出部分に第１電極を形成するステップと、前記第２電極ポストの前記露出部分に第２電極を形成するステップと、前記半導体ウエハの前記第２面に前記Ｎ型半導体領域と前記Ｐ型半導体領域とにわたって第３導電層を形成するステップとを含み、前記半導体装置は前記半導体ウエハと略同一の寸法に樹脂封止することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの前記第１面から前記Ｎ型半導体領域および前記Ｐ型半導体領域を電気絶縁するための絶縁トレンチを形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの前記第１面と前記第２面間の厚さが９０μｍ以下となるまで前記第２面を研磨するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、半導体素子内に冷却素子を構成するＮ型半導体領域とＰ型半導体領域を形成することが可能となるため、冷却素子を半導体素子の製造プロセスで一括して製造するとともに、冷却素子を半導体素子として他の半導体素子と同一半導体素子内に構成することができる。
【００１９】
そのため、複雑な製造工程を必要とせず、かつ半導体装置全体の小型化も容易に実現しつつ、高い冷却効果を効率よくかつ確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を示す半導体装置およびその製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の半導体装置およびその製造方法を説明する。
［構造］
図１は本実施の形態１に係る半導体装置１００の構成例の断面図である。図１に示すように、半導体装置１００は、半導体チップ１と、電極パッド２１および電極パッド２２と、導電層３と、Ｎ型半導体領域４と、Ｐ型半導体領域５と、絶縁トレンチ６を備えている。なお、電極パッド２１および電極パッド２２と、導電層３は図１に示すものに限定するものではない。
【００２１】
半導体チップ１は、素子形成面１ａに電極パッド２１および電極パッド２２とを備えている。素子形成面１ａにはトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されている。
【００２２】
絶縁トレンチ６は、半導体チップ１に対し深さ９０μｍ以下で通常数十μｍであるが、半導体チップ１を裏面１ｂ方向から研磨することにより、半導体チップ１の厚さが絶縁トレンチ６の深さに達し、Ｎ型半導体領域４とＰ型半導体領域５とその他の領域を電気的に分離することが可能となる。
【００２３】
本実施の形態１に係る半導体装置１００の冷却機能は、絶縁トレンチ６により電気的に分離されたＮ型半導体領域４およびＰ型半導体領域５と、電極パッド２１および電極パッド２２、導電層３とで構成され冷却素子のペルチエ効果を利用するものである。
［製造方法］
図２は半導体装置１００の製造工程を簡略に示したものである。まず、図２（ａ）に示すように、ウエハ検査によって電気的特性が評価された半導体ウエハ１’を準備する。半導体ウエハ１’の素子形成面１ａには、トランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されている。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１’に対して、フォトリソエッチングなどにより素子形成面１ａに絶縁トレンチ６を形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、不純物注入によりＮ型半導体領域４と、Ｐ型半導体領域５を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように、半導体ウエハ１’を裏面１ｂより絶縁トレンチ６に達する厚さまで研磨する。
次に図２（ｅ）に示すように、スパッタ法などにより金属層を堆積し、フォトリソエッチングなどにより電極パッド２１と電極パッド２２を形成する。
【００２６】
次に、図２（ｆ）に示すように、半導体ウエハ１’の裏面１ｂにスパッタ法などにより金属層を堆積し、フォトリソエッチングなどにより導電層３を形成する。
本実施の形態１によれば、ペルチエ素子を半導体装置１００内部に他の半導体素子とともに一体に作りこむことで、半導体素子すなわち半導体装置全体の小型化と高い冷却効果が実現できる。また、全ての工程をウエハ状態で一括処理できるため、コスト低減も可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の半導体装置およびその製造方法を説明する。
［構造］
図３は本実施の形態２に係る樹脂封止半導体装置１０１の構造図である。図３に示すように、樹脂封止半導体装置１０１は、半導体チップ１と、保護膜７と、電極パッド２１および電極パッド２２と、半導体チップ１内に形成されたＮ型半導体領域４およびＰ型半導体領域５と、絶縁トレンチ６と、電極ポスト８１および電極ポスト８２と、球状電極９１および球状電極９２と、封止樹脂１０と、裏面１ｂに形成された導電層３とを備えている。なお、電極パッド２１および電極パッド２２と、導電層３は図３に示すものに限定するものではない。
【００２７】
半導体チップ１は、素子形成面１ａ側にトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されている。保護膜７は機械的応力や不純物の進入から半導体チップ１を保護するためのパッシベーションである。電極パッド２１および電極パッド２２は、それぞれ半導体チップ１内に形成されたＮ型半導体領域４およびＰ型半導体領域５と電気的に接続される。
【００２８】
電極パッド２１および電極パッド２２の上方を除いて、半導体チップ１上には保護膜７が形成される。電極ポスト８１および電極ポスト８２は、電極パッド２１および電極パッド２２の上方に形成される。電極ポスト８１および電極ポスト８２上には、球状電極９１および球状電極９２が形成される。封止樹脂１０は、保護膜７、電極ポスト８１および電極ポスト８２を封止する。
【００２９】
絶縁トレンチ６は、半導体チップ１に対し深さ９０μｍ以下で通常数十μｍであるが、半導体チップ１を裏面１ｂ方向から研磨することにより、半導体チップ１の厚さが絶縁トレンチ６の深さに達し、Ｎ型半導体領域４とＰ型半導体領域５とその他の領域を電気的に分離することが可能となる。導電層３は半導体チップ１の裏面１ｂに形成される。
【００３０】
本実施の形態２に係る半導体装置１０１の冷却機能は、絶縁トレンチ６により電気的に分離されたＮ型半導体領域４およびＰ型半導体領域５と、電極パッド２１および電極パッド２２と、導電層３と、電極ポスト８１および電極ポスト８２と、球状電極９１および球状電極９２で構成された冷却素子のペルチエ効果を利用するものである。
［製造方法］
図４は樹脂封止型半導体装置１０１の製造工程を簡略に示したものである。まず、図４（ａ）に示すように、ウエハ検査によって電気的特性が評価された半導体ウエハ１’を準備する。素子形成面１ａには、トランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されている。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１’にフォトリソエッチングなどにより素子形成面１ａに絶縁トレンチ６を形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、不純物注入によりＮ型半導体領域４と、Ｐ型半導体領域５を形成する。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、スパッタ法などにより金属層を体積し、フォトリソエッチングなどにより電極パッド２１および電極パッド２２を形成する。
次に、図４（ｅ）に示すように、半導体ウエハ１’の全面にポリイミド樹脂を塗布し、フォトリソエッチングにより電極パッド２１および電極パッド２２の上方を除いて保護膜７を形成する。
【００３３】
次に、図４（ｆ）に示すように、電極パッド２１および電極パッド２２の一部にめっき法などにより、それぞれ、電極ポスト８１および電極ポスト８２を形成する。
次に、図４（ｇ）に示すように、保護膜７、電極パッド２１および電極パッド２２、電極ポスト８１および電極ポスト８２を、封止樹脂１０で封止する。
【００３４】
次に、図４（ｈ）に示すように、封止樹脂１０の表面を前面エッチングし、電極ポスト８１および電極ポスト８２の表面を露出させる。
次に、図４（ｉ）に示すように、半導体ウエハ１’を裏面１ｂより絶縁トレンチ６に達する厚さまで研磨する。
【００３５】
次に、図４（ｊ）に示すように、半導体ウエハ１’の裏面１ｂにスパッタ法などにより金属層を堆積し、フォトリソエッチングなどにより導電層３を形成する。
次に、図４（ｋ）に示すように、電極ポスト８１および電極ポスト８２上に、それぞれ球状電極９１および球状電極９２を形成する。
【００３６】
本実施の形態２によれば、ペルチエ素子を半導体装置１０１内部に一体に作りこむことで、半導体素子すなわち半導体装置の小型化と高い冷却効果が実現できる。また、全ての工程をウエハ状態で一括処理できるため、コスト低減も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、複雑な製造工程を必要とせず、かつ半導体装置全体の小型化も実現しつつ、高い冷却効果を得ることができるもので、携帯電話などに用いられる半導体装置に適用され、特にＣＳＰを用いた樹脂封止型の半導体装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置の構造断面図
【図２】同実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す製造工程断面図
【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置の構造断面図
【図４】同実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す製造工程断面図
【符号の説明】
【００３９】
１    半導体チップ
１’    半導体ウエハ
２１、２２    電極パッド
３    導電層
４    Ｎ型半導体領域
５    Ｐ型半導体領域
６    絶縁トレンチ
７    保護膜
８１、８２    電極ポスト
９１、９２    球状電極
１０    封止樹脂
１００、１０１    半導体装置
【図１】
2008244370.tif 000003
【図２】
2008244370.tif 000004
【図３】
2008244370.tif 000005
【図４】
2008244370.tif 000006