(57)【要約】【課題】  表裏両主面にそれぞれ電極を有する半導体チップの両主面側にそれぞれヒートシンクを配置し、装置のほぼ全体を樹脂でモールドしてなる半導体装置における半導体チップを製造するにあたって、半導体チップとなる半導体ウェハの反りを極力抑制する。【解決手段】  半導体チップ１０となるウェハであってその主表面および主裏面が半導体チップ１０の主表面および主裏面と一致している半導体ウェハ１００を用意し、半導体ウェハ１００の主裏面に裏面電極１３を形成した後、半導体ウェハ１００の主裏面を、半導体ウェハ１００を支持する支持基板２００に固定した状態で、半導体ウェハ１００の主表面に表面電極１２を形成した後、支持基板２００を取り外し、半導体ウェハ１００をカットすることにより、半導体チップ１０を形成することを特徴としている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面および主裏面にそれぞれ電極（１２、１３）を有する半導体チップ（１０）の主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体（２０、３０）を配置し、装置のほぼ全体が樹脂（８０）でモールドされてなる半導体装置における前記半導体チップ（１０）の製造方法において、
前記半導体チップ（１０）となるウェハであってその主表面および主裏面が前記半導体チップの主表面および主裏面と一致している半導体ウェハ（１００）を用意し、
前記半導体ウェハ（１００）の主裏面に前記電極（１３）を形成した後、
前記半導体ウェハ（１００）の主裏面を、前記半導体ウェハ（１００）を支持する支持基板（２００）に固定した状態で、前記半導体ウェハ（１００）の主表面に電極（１２）を形成し、
しかる後、前記半導体ウェハ（１００）をカットすることにより、前記半導体チップ（１０）を形成することを特徴とする半導体チップの製造方法。
【請求項２】
前記支持基板（２００）として前記半導体ウェハ（１００）よりも剛性の大きいものを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項３】
前記支持基板（２００）として、石英を主体とする材料からなるものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項４】
前記支持基板（２００）として、厚さが０．４ｍｍ以上であるものを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項５】
前記半導体ウェハ（１００）として、厚さが２５０μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップ（１０）の主表面が素子能動領域側の面であり、この主表面に形成される前記電極（１２）は、Ａｌからなる層（１１）の上に、Ｎｉ−Ｐからなる層、金からなる層を順次積層してなるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項７】
前記Ｎｉ−Ｐからなる層および前記金からなる層は、湿式無電解メッキにより形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項８】
前記電極（１２）において、前記Ｎｉ−Ｐからなる層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、厚さが３μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記電極（１２）において、前記金からなる層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記電極（１２）において、前記Ｎｉ−Ｐからなる層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であって厚さが３μｍ以上であり、
前記金からなる層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであり、
前記Ｎｉ−Ｐからなる層および前記金からなる層は、湿式無電解メッキにより形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記電極（１２）において、前記Ａｌからなる層（１１）は、Ａｌ−Ｓｉ合金であり、厚さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記支持基板（２００）として、その外形が前記半導体ウェハ（１００）よりも大きく、前記半導体ウェハ（１００）の端部からはみ出す前記支持基板（２００）のはみ出し幅（ｄ）が１ｍｍ以下であるものを用いることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体ウェハ（１００）の前記支持基板（２００）への固定を、熱可塑性樹脂（２１０、２２０）を用いて行うことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項１４】
前記熱可塑性樹脂は、熱的に軟化可能な第１の樹脂（２１０）と、耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂（２２０）とからなり、
前記半導体ウェハ（１００）の前記支持基板（２００）への固定は、前記第１の樹脂（２１０）を前記半導体ウェハ（１００）の主裏面の全域に設けるとともに、前記第２の樹脂（２２０）を前記半導体ウェハ（１００）の端面および前記第１の樹脂（２１０）の端面を覆うように設けることにより行うことを特徴とする請求項１３に記載の半導体チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主表面および主裏面にそれぞれ電極を有する半導体チップの主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体を配置し、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置における半導体チップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置の半導体チップとして、半導体チップの主表面側およびその反対側の主裏面側に電極を形成してなるものがある。具体的には、半導体チップとして、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワー素子などが挙げられる。
【０００３】
そして、そのようなＩＧＢＴ等からなる半導体チップをヒートシンク等の金属体で挟み込み、半導体チップにおける表裏両面の電極を介して金属体と半導体チップとを電気的・熱的に接続するとともに、装置のほぼ全体を樹脂でモールドした構成が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１０８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−１１００６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献に記載されているような半導体装置における表裏両面に電極を有する半導体チップの一般的な製造方法は、次の図３に示す通りのものであるである。この図３（ａ）、（ｂ）は、従来のこの種の一般的な半導体チップの製造方法を示すための概略断面図である。
【０００５】
この半導体チップは、シリコン半導体等からなる半導体ウェハにおいて、チップ単位毎に、周知の半導体プロセス技術を用いて製造され、ダイシングカット等により最終的にチップに分断されることで形成される。
【０００６】
たとえば、図３（ａ）に示されるように、シリコンなどからなる半導体ウェハ１００の表面に、熱拡散やイオン注入等により素子（この素子は図示せず）を形成するとともに（素子形成工程）、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ−Ｓｉ層１１を形成する（Ａｌ−Ｓｉ層形成工程）。
【０００７】
その上に、ポリイミド等からなる保護膜１４を形成するとともに、この保護膜１４に開口部１４ａを形成する（保護膜加工工程）。そして、この開口部１４ａから臨むＡｌ−Ｓｉ層１１の表面上に、表面電極としてメッキ層１２をメッキにより形成する（メッキ層形成工程）。
【０００８】
ここで、通常、メッキ層１２は、無電解Ｎｉ／Ａｕメッキにより形成することによって、下側からＮｉ−Ｐメッキ層、金メッキ層が順次積層されたメッキ膜として構成されるものである。このようにして、半導体チップにおける主表面側の表面電極としてのメッキ層１２が形成される。なお、Ｎｉ−ＰはＮｉ中にＰ（リン）を５〜１５ｗｔ％程度含むものである。
【０００９】
この後、半導体ウェハ１００の裏面に、裏面電極としてスパッタ等によりたとえばＡｌ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順次成膜する。こうして、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの４層からなる裏面電極１３ができあがる（裏面電極形成工程）。
【００１０】
しかる後、ダイシングカットを行い、半導体ウェハ１００をチップ単位毎に分断することにより、半導体チップができあがる。
【００１１】
しかしながら、このような表裏両面に電極１２、１３を有する半導体チップを形成する場合、本発明者らの検討によれば、たとえば厚さｔが２５０μｍ以下のような薄い半導体ウェハ１００を用いると、ウェハ１００の表裏両面に電極１２、１３を形成した状態において、表裏両面の電極１２、１３や半導体ウェハ１００を構成するシリコン等の間の熱膨張係数の差により、図３（ｂ）に示されるように、半導体ウェハ１００において著しい反りが発生することがわかった。
【００１２】
このような反りが発生すると、半導体ウェハ１００の割れを引き起こすことがある。また、反りが大きい場合、後工程での作業、たとえばウェハ特性のテストやカットなどが困難になり、支障が生じる。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑み、主表面および主裏面にそれぞれ電極を有する半導体チップの主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体を配置し、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置における半導体チップを製造するにあたって、半導体チップとなる半導体ウェハの反りを極力抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した本発明の目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、主表面および主裏面にそれぞれ電極（１２、１３）を有する半導体チップ（１０）の主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体（２０、３０）を配置し、装置のほぼ全体が樹脂（８０）でモールドされてなる半導体装置における半導体チップ（１０）の製造方法において、半導体チップ（１０）となるウェハであってその主表面および主裏面が半導体チップ（１０）の主表面および主裏面と一致している半導体ウェハ（１００）を用意し、半導体ウェハ（１００）の主裏面に電極（１３）を形成した後、半導体ウェハ（１００）の主裏面を、半導体ウェハ（１００）を支持する支持基板（２００）に固定した状態で、半導体ウェハ（１００）の主表面に電極（１２）を形成し、しかる後、半導体ウェハ（１００）をカットすることにより、半導体チップ（１０）を形成することを特徴としている。
【００１５】
それによれば、半導体ウェハ（１００）の表裏両面に電極（１２、１３）を形成する前の段階で、半導体ウェハ（１００）を支持基板（２００）に固定して支持しているため、半導体ウェハ（１００）の反りを極力抑制することができる。
【００１６】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体チップの製造方法における支持基板（２００）としては、半導体ウェハ（１００）よりも剛性の大きいものを用いることができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の半導体チップの製造方法における支持基板（２００）としては、石英を主体とする材料からなるものを用いることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の半導体チップの製造方法における支持基板（２００）としては、その厚さが０．４ｍｍ以上であるものを用いることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項１〜請求項４に記載の半導体チップの製造方法における半導体ウェハ（１００）としては、その厚さが２５０μｍ以下のものを用いることができる。これにより、反りやすい半導体ウェハ（１００）において適切な反り防止がなされる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜請求項５に記載の半導体チップの製造方法においては、半導体チップ（１０）の主表面が素子能動領域側の面である場合、この主表面に形成される電極（１２）としては、Ａｌからなる層（１１）の上に、Ｎｉ−Ｐからなる層、金からなる層を順次積層してなるものにできる。
【００２１】
さらに、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の半導体チップの製造方法においては、前記Ｎｉ−Ｐからなる層および前記金からなる層は、湿式無電解メッキにより形成することができる。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明のように、請求項６に記載の半導体装置の製造方法においては、電極（１２）において、前記Ｎｉ−Ｐからなる層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、層の厚さが３μｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
Ｎｉ−Ｐからなる層のＰの濃度が多すぎると、半導体チップ（１０）の主表面に形成される電極（１２）に対して、はんだ付けが行われる場合、Ｎｉ−Ｐからなる層と、はんだ中のＳｎとの間で反応が起こり、その反応によって、下地側のＡｌからなる層（１１）との界面近傍にＰ濃化層が形成されやすく、Ｎｉ−Ｐからなる層とＡｌからなる層（１１）とが剥離しやすくなる。
【００２４】
また、Ｎｉ−Ｐからなる層では、Ｐの役目のひとつは、湿式無電解メッキにおいてＰを核として膜を成長させることであるが、Ｎｉ−Ｐからなる層のＰの濃度が薄すぎると、Ｎｉ−Ｐからなる層が形成されにくい。また、Ｎｉリッチの硬い膜になりやすい。硬い膜では、反りが生じやすく好ましくない。
【００２５】
また、Ｎｉ−Ｐからなる層が薄すぎる場合にも、やはり、下地側のＡｌからなる層（１１）との界面近傍に上記したＰ濃化層が形成されやすくなり、Ｎｉ−Ｐからなる層とＡｌからなる層（１１）とが剥離しやすくなり、好ましくない。
【００２６】
これらのことから、本発明のように、半導体チップ（１０）の主表面に形成される電極（１２）において、Ｎｉ−Ｐからなる層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、層の厚さが３μｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明のように、請求項６に記載の半導体装置の製造方法においては、電極（１２）において、前記金からなる層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００２８】
半導体チップ（１０）の主表面に形成される電極（１２）において、金からなる層は、下地膜の酸化防止のための膜であるが、この金からなる層の厚さが０．０２μｍよりも小さいと、薄すぎて酸化防止膜として十分に機能しにくい。
【００２９】
また、金からなる層の厚さが０．２μｍよりも大きいと、半導体チップ（１０）の主表面に形成される電極（１２）に対して、Ａｌのワイヤボンディングが行われる場合、Ａｌ−Ａｕ−Ｎｉによって合金が形成されやすくなる。そして、この合金は腐食しやすいので、金からなる層の厚さは０．２μｍ以下に抑える必要がある。
【００３０】
これらのことから、本発明のように、半導体チップ（１０）の主表面に形成される電極（１２）において、前記金からなる層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【００３１】
また、請求項１０に記載の発明では、請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、電極（１２）において、前記Ｎｉ−Ｐからなる層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であって厚さが３μｍ以上であり、前記金からなる層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであり、前記Ｎｉ−Ｐからなる層および前記金からなる層は、湿式無電解メッキにより形成することを特徴としている。
【００３２】
それによれば、上記請求項７〜請求項９に記載の製造方法の各々の効果を合わせた効果が期待できる。
【００３３】
また、請求項１１に記載の発明のように、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法においては、電極（１２）において、前記Ａｌからなる層（１１）は、Ａｌ−Ｓｉ合金であり、厚さが４μｍ以上であるものにできる。
【００３４】
また、請求項１２に記載の発明では、請求項１〜請求項１１に記載の半導体チップの製造方法において、支持基板（２００）として、その外形が半導体ウェハ（１００）よりも大きく、半導体ウェハ（１００）の端部からはみ出す支持基板（２００）のはみ出し幅（ｄ）が１ｍｍ以下であるものを用いることを特徴としている。。
【００３５】
支持基板（２００）として、その外形が半導体ウェハ（１００）よりも大きいものとすることで、半導体ウェハ（１００）の支持が適切になされる。
【００３６】
また、支持基板（２００）をあまり大きくすると、工程間のワークの搬送において取り扱いにくくなるなどの恐れがあるため、半導体ウェハ（１００）の端部からはみ出す支持基板（２００）のはみ出し幅（ｄ）が１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
ここで、請求項１３に記載の発明のように、請求項１〜請求項１２に記載の半導体チップの製造方法においては、半導体ウェハ（１００）の支持基板（２００）への固定を、熱可塑性樹脂（２１０、２２０）を用いて行うことができる。
【００３８】
さらに、請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の半導体チップの製造方法において、前記熱可塑性樹脂は、熱的に軟化可能な第１の樹脂（２１０）と、耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂（２２０）とからなり、半導体ウェハ（１００）の支持基板（２００）への固定は、第１の樹脂（２１０）を半導体ウェハ（１００）の主裏面の全域に設けるとともに、第２の樹脂（２２０）を半導体ウェハ（１００）の端面および第１の樹脂（２１０）の端面を覆うように設けることにより行うことを特徴としている。
【００３９】
それによれば、熱的に軟化可能な第１の樹脂（２１０）によって、半導体ウェハ（１００）の支持基板（２００）への固定がなされ、半導体ウェハ（１００）を支持基板（２００）から剥がすときは、加熱により第１の樹脂（２１０）を軟化させればよい。
【００４０】
また、耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂（２２０）によって、半導体ウェハ（１００）の端面および第１の樹脂（２１０）の端面を覆うことにより、半導体ウェハ（１００）の主表面に電極（１２）を形成する際における薬液などが、すでに形成されている主裏面側の電極（１３）にしみ込むのを防止することができる。
【００４１】
なお、上記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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
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、本明細書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。
【００４３】
図１において（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略断面構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）中の半導体装置Ｓ１における半導体チップ１０の詳細構成を示す概略断面図である。
【００４４】
図１に示されるように、本実施形態における半導体装置Ｓ１は、半導体チップ１０と、第１の金属体としての下側ヒートシンク２０と、第２の金属体としての上側ヒートシンク３０と、ヒートシンクブロック４０と、これらの間に介在する各導電性接合部材５１、５２、５３と、さらに、モールド樹脂８０とを備えて構成されている。
【００４５】
この構成の場合、半導体チップ１０の下面と下側ヒートシンク２０の上面との間は、第１の導電性接合部材５１によって接合されている。
【００４６】
また、半導体チップ１０、１８の上面とヒートシンクブロック４０の下面との間は、第２の導電性接合部材５２によって接合されている。
【００４７】
さらに、ヒートシンクブロック４０の上面と上側ヒートシンク３０の下面との間は、第３の導電性接合部材５３によって接合されている。
【００４８】
ここで、これら第１、第２、第３の導電性接合部材５１、５２、５３としては、はんだや導電性接着剤等を採用することができる。
【００４９】
具体的に本例の半導体装置においては、これら第１、第２、第３の導電性接合部材５１、５２、５３として、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだやＳｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系はんだ等のＳｎ（すず）系はんだが用いられている。
【００５０】
これにより、上記した構成を有する半導体装置においては、半導体チップ１０の上面では、第２の導電性接合部材５２、ヒートシンクブロック４０、第３の導電性接合部材５３および上側ヒートシンク３０を介して放熱が行われ、半導体チップ１０の下面では、第１の導電性接合部材５１から下側ヒートシンク２０を介して放熱が行われる構成となっている。
【００５１】
ここで、半導体チップ１０としては、特に限定されるものではないが、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成することができる。
【００５２】
具体的には、半導体チップ１０の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。その厚さｔは、たとえば２５０μｍ以下である。
【００５３】
そして、図１において、半導体チップ１０の上面側が、トランジスタ等の能動素子が形成されている素子能動領域側の面である主表面、下面側が主裏面である。ここで、トランジスタ等の能動素子は、熱拡散やイオン注入等により不純物拡散層が形成されることにより作られている。
【００５４】
図１（ｂ）に示されるように、この半導体チップ１０においては、上面および下面にそれぞれ電極１２、１３が形成されている。
【００５５】
ここで、上面すなわち主表面側の電極１２を表面電極１２、下面すなわち主裏面側の電極１３を裏面電極１３ということにする。この表面電極１２は、たとえばトランジスタのエミッタ電極やゲート電極であり、裏面電極１３は、たとえばトランジスタのコレクタ電極である。
【００５６】
図１（ｂ）に示されるように、半導体チップ１０の主表面には、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ−Ｓｉ層１１が形成されている。このＡｌ−Ｓｉ層１１は蒸着やスパッタ等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）により形成された膜であり、例えば膜厚は４μｍ以上程度とすることができる。
【００５７】
このＡｌ−Ｓｉ層１１の上には、電気絶縁性材料からなる保護膜１４が形成されている。この保護膜１４は、例えばポリイミド系樹脂等の電気絶縁性材料を用いたスピンコート法により成膜することができる。
【００５８】
また、この保護膜１４には、Ａｌ−Ｓｉ層１１の表面を開口させる開口部１４ａが形成されている。この開口部１４ａは、例えばフォトリソグラフ技術を用いたエッチングを行うことにより形成することができる。そして、開口部１４ａから臨むＡｌ−Ｓｉ層１１の表面上には、メッキ層からなる表面電極１２が形成されている。
【００５９】
本実施形態では、表面電極１２は、図示しないが、Ａｌ−Ｓｉ層１１の表面側からＮｉ−Ｐメッキ層、Ａｕメッキ層が順次、湿式無電解メッキにより形成され積層されてなる膜すなわち無電解Ｎｉ／Ａｕメッキ膜としている。
【００６０】
ここで、Ｎｉ−Ｐメッキ層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、層の厚さが３μｍ以上であることが好ましく、Ａｕメッキ層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。たとえばＮｉ−Ｐメッキ層の厚さは４μｍ程度、Ａｕメッキ層の厚さは０．１μｍ程度にすることができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、半導体チップ１０の主表面が素子能動領域側の面であり、この主表面に形成される表面電極１２は、Ｎｉ−Ｐからなる層、金からなる層が順次積層されてなるものである。
【００６２】
また、図１（ｂ）において、半導体チップ１０の主裏面側に形成された裏面電極１３は、本実施形態では、当該主裏面の略全面にスパッタや蒸着等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）により形成された膜である。
【００６３】
ここでは、裏面電極１３は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの４層からなる膜であり、これは、スパッタ等により当該裏面側からＡｌ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順次成膜してなる膜である。たとえば、Ｔｉ層は２００ｎｍ程度、Ｎｉ層は６００ｎｍ程度、Ａｕ層は１００ｎｍ程度の膜厚とすることができる。
【００６４】
このように、本実施形態の半導体装置においては、半導体チップ１０の主裏面側の裏面電極１３は、第１の金属体である下側ヒートシンク２０に対して、第１の導電性接合部材５１を介して電気的に接続され、半導体チップ１０の主表面側の表面電極１２は、第２の導電性接合部材５２を介してヒートシンクブロック４０に対して、電気的に接続されている。
【００６５】
さらに、ヒートシンクブロック４０における半導体チップ１０側の面とは反対側の面にて、第３の導電性接合部材５３を介して第２の金属体である上側ヒートシンク３０とヒートシンクブロック４０とが電気的に接続されている。
【００６６】
ここで、下側ヒートシンク２０、上側ヒートシンク３０およびヒートシンクブロック４０は、たとえば、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属で構成されている。また、ヒートシンクブロック４０としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。
【００６７】
また、下側ヒートシンク２０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材とすることができる。また、この下側ヒートシンク２０には、端子部２１が突設されているが、この端子部２１は、半導体チップ１０の主裏面側の裏面電極１３であるたとえばコレクタ電極の取り出し電極となっている。
【００６８】
また、ヒートシンクブロック４０は、たとえば、半導体チップ１０よりも１回り小さい程度の大きさの矩形状の板材とすることができる。
【００６９】
このヒートシンクブロック４０は、半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間に介在し、半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０とを熱的および電気的に接続するとともに、半導体チップ１０から後述するボンディングワイヤ７０を引き出す際の当該ワイヤの高さを確保する等のために、半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保する役割を有している。
【００７０】
さらに、上側ヒートシンク３０も、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材で構成することができる。また、この上側ヒートシンク３０にも、端子部３１が突設されているが、この端子部３１は、半導体チップ１０の主表面側の表面電極１２であるたとえばエミッタ電極の取り出し電極となっている。
【００７１】
ここで、下側ヒートシンク２０の端子部２１および上側ヒートシンク３０の端子部３１は、それぞれ上述したように、半導体チップ１０の電極１２、１３の取り出し電極であり、これら端子部２１、３１は、半導体装置Ｓ１において外部配線部材等との接続を行うために設けられているものである。
【００７２】
このように、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、それぞれ、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体および第２の金属体として構成されており、半導体装置Ｓ１において半導体チップ１０からの放熱を行う機能を有するとともに半導体チップ１０の電極としての機能も有する。
【００７３】
また、半導体チップ１０の周囲には、リードフレーム等からなる信号端子６０が設けられている。この信号端子６０は、半導体チップ１０の主表面側の表面電極１２であるたとえばゲート電極と導通する端子や基準端子となるものである。
【００７４】
たとえば、図１に示されるように、信号端子６０は、半導体チップ１０の主表面側とワイヤ７０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ７０はワイヤボンディングなどにより形成されるものであり、その材質は、金やアルミニウムなどからなるものである。
【００７５】
さらに、本実施形態の半導体装置Ｓ１においては、装置Ｓ１のほぼ全体がモールド樹脂８０によりモールドされ封止されている。具体的には、図１に示されるように、一対のヒートシンク２０、３０の隙間、並びに、半導体チップ１０およびヒートシンクブロック４０の周囲部分には、モールド樹脂８０が充填されており、これらの各部が樹脂８０により封止されている。
【００７６】
このモールド樹脂８０は、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、ヒートシンク２０、３０等をモールド樹脂８０でモールドするにあたっては、上下型からなる成形型（図示しない）を使用し、トランスファーモールド法によって容易に行うことができる。
【００７７】
このように、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、基本的には、縦型パワー素子である半導体チップ１０の表裏の主面に各金属体２０、３０、４０を導電性接着剤５１〜５３を介して電気的および熱的に接続してなる樹脂モールドタイプの半導体装置として構成されている。
【００７８】
次に、上記した構成の半導体装置Ｓ１の製造方法について、図１および図２を参照して、説明する。ここで、図２は、本半導体チップ１０の製造方法を説明するための概略断面図である。まず、この半導体チップ１０の製造方法について述べる。
【００７９】
図２（ａ）に示されるように、半導体チップ１０となる半導体ウェハ１００を用意する。図２において半導体ウェハ１００の上面が主表面、下面が主裏面であり、この半導体ウェハ１００は、その主表面および主裏面が前記半導体チップの主表面および主裏面と一致している。
【００８０】
この半導体ウェハ１００は厚さが２５０μｍ以下の薄いものである。また、図示しないが、この半導体ウェハ１００の主表面には、素子形成工程を経ることによってチップ単位毎に注入や拡散等によりトランジスタ等の素子が形成されている。
【００８１】
そして、この半導体ウェハ１００の主表面に、スパッタやフォトリソグラフ技術等を用いてＡｌ−Ｓｉ層１１を形成する（Ａｌ−Ｓｉ層形成工程）。次に、保護膜加工工程では、Ａｌ−Ｓｉ層１１の上に保護膜１４をスピンコート法等を用いて形成し、フォトエッチング等により保護膜１４に開口部１４ａを形成する。
【００８２】
次に、本実施形態では、半導体ウェハ１００の主裏面に裏面電極１３を形成する（裏面電極形成工程）。具体的には、半導体ウェハ１００の主裏面に、スパッタによりＡｌ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を順次成膜する。こうして、裏面電極１３としてのＡｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜ができあがる。
【００８３】
次に、図２（ｂ）に示されるように、半導体ウェハ１００の主裏面を、半導体ウェハ１００を支持する支持基板２００に固定した状態で、半導体ウェハ１００の主表面に表面電極１２を形成する（表面電極形成工程）。
【００８４】
ここで、支持基板２００として、半導体ウェハ１００よりも剛性の大きいものを用いることが好ましい。たとえば、石英を主体とする材料からなるものを用いる。より具体的には、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる板材を、支持基板２００として用いることができる。また、この支持基板２００としては、厚さが０．４ｍｍ以上であるものを用いることが好ましい。
【００８５】
また、この支持基板２００としては、その外形が半導体ウェハ１００よりも大きく、半導体ウェハ１００の端部からはみ出す支持基板２００のはみ出し幅ｄが１ｍｍ以下であるものを用いることが好ましい。
【００８６】
ここで、半導体ウェハ１００の支持基板２００への固定方法は、後で半導体ウェハ１００を支持基板２００から適切に取り外すことができるものならば特に限定されるものではないが、本実施形態でにおいては、熱可塑性樹脂２１０、２２０を用いて行うようにしている。
【００８７】
具体的に、本実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、熱可塑性樹脂は、熱的に軟化可能な第１の樹脂２１０と、耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂２２０とからなるものである。
【００８８】
そして、半導体ウェハ１００の支持基板２００への固定は、第１の樹脂２１０を半導体ウェハ１００の主裏面の全域に塗布・乾燥により設けるとともに、第２の樹脂２２０を半導体ウェハ１００の端面および第１の樹脂２１０の端面を覆うように塗布・乾燥により設けることにより行う。
【００８９】
たとえば、第１の樹脂２１０としては、熱可塑性樹脂などが用いられ、第２の樹脂２２０としては、「アスファルト系＋天然油脂」などが用いられる。
【００９０】
また、第２の樹脂２２０としては、ｐＨ１〜１４の液体に難溶性であり、たとえばキシレンなどの有機溶剤により溶解できるものが好ましい。これは、後述する表面電極１２のメッキ形成において、メッキの中和工程でアルカリを用いるためである。
【００９１】
こうして、半導体ウェハ１００を支持基板２００に固定して支持させた状態で、次に、表面電極形成工程を行う。
【００９２】
具体的には、開口部１４ａから臨むＡｌ−Ｓｉ層１１の表面に、無電解メッキにより表面電極１２を形成する。それによって、半導体ウェハ１００の表面側にＮｉ−Ｐ層およびＡｕメッキ層からなる表面電極１２が形成される。
【００９３】
次に、図２（ｃ）に示されるように、表裏両面に電極１２、１３が形成された半導体ウェハ１００を支持基板２００から取り外す（支持基板取り外し工程）。
【００９４】
具体的には、第２の樹脂２２０を上述したように有機溶剤などにより溶解して除去し、第１の樹脂２１０をレーザー照射や高温環境下におくことで加熱し、軟らかくすることにより、半導体ウェハ１００の取り外しを行う。このようにしてできあがった半導体ウェハの厚さｔは２５０μｍ以下である。
【００９５】
しかる後、ダイシングカットを行い、半導体ウェハ１００をチップ単位毎に分断することにより、上記半導体チップ１０ができあがる。
【００９６】
この半導体チップ１０の実装方法は、次の通りである。まず、下側ヒートシンク２０の上面に、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０をはんだ付けする工程を、実行する。
【００９７】
この場合、下側ヒートシンク２０の上面に、たとえばＳｎ系はんだからなるはんだ箔を介して半導体チップ１０を積層するとともに、半導体チップ１０の上に、同じはんだ箔を介してヒートシンクブロック４０を積層する。
【００９８】
この後、加熱装置（リフロー装置）によって、はんだの融点以上に昇温することにより、上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。
【００９９】
続いて、半導体チップ１０と信号端子６０とをワイヤボンディングする工程を実行する。これにより、ワイヤ７０によって半導体チップ１０と信号端子６０とが結線され電気的に接続される。
【０１００】
次いで、各ヒートシンクブロック４０の上に上側ヒートシンク３０をはんだ付けする工程を実行する。この場合、ヒートシンクブロック４０の上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク３０を載せる。そして、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。
【０１０１】
こうして、溶融した各々のはんだ箔が硬化すれば、硬化したはんだが、第１、第２、第３の導電性接合部材５１、５２、５３として構成されることになる。
【０１０２】
そして、これら導電性接合部材５１〜５３を介して、下側ヒートシンク２０、半導体チップ１０、ヒートシンクブロック４０、上側ヒートシンク３０間の接合および電気的・熱的接続を実現することができる。
【０１０３】
なお、第１、第２および第３の導電性接合部材５１、５２、５３として導電性接着剤を用いた場合にも、上記工程において、はんだを導電性接着剤に置き換え、導電性接着剤の塗布や硬化を行うことにより、下側ヒートシンク２０、半導体チップ１０、ヒートシンクブロック４０、上側ヒートシンク３０間の接合および電気的・熱的接続を実現することができる。
【０１０４】
しかる後、図示しない成形型を使用して、ヒートシンク２０、３０の隙間および外周部等にモールド樹脂８０を充填する工程を実行する。これによって、図１に示されるように、ヒートシンク２０、３０の隙間および外周部等に、モールド樹脂８０が充填され、封止される。こうして、上記半導体装置Ｓ１が完成する。
【０１０５】
なお、半導体装置Ｓ１においては、上記した構成の場合、下側ヒートシンク２０の下面および上側ヒートシンク３０の上面が、それぞれモールド樹脂８０から露出するようにモールドされた形となっている。これにより、ヒートシンク２０、３０の放熱性が高められている。
【０１０６】
ところで、本実施形態によれば、主表面および主裏面にそれぞれ電極１２、１３を有する半導体チップ１０の主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体２０、３０を配置し、装置のほぼ全体が樹脂８０でモールドされてなる半導体装置Ｓ１における半導体チップ１０の製造方法として、次のような点を特徴とする製造方法が提供される。
【０１０７】
すなわち、半導体チップ１０となるウェハであってその主表面および主裏面が半導体チップ１０の主表面および主裏面と一致している半導体ウェハ１００を用意し、半導体ウェハ１００の主裏面に電極１３を形成した後、半導体ウェハ１００の主裏面を、半導体ウェハ１００を支持する支持基板２００に固定した状態で、半導体ウェハ１００の主表面に電極１２を形成し、しかる後、支持基板２００を取り外し、半導体ウェハ１００をカットすることにより、半導体チップ１０を形成することを特徴としている。
【０１０８】
それによれば、半導体ウェハ１００の表裏両面に電極１２、１３を形成する前の段階で、半導体ウェハ１００を支持基板２００に固定して支持しているため、半導体ウェハ１００の反りを極力抑制することができる。
【０１０９】
また、上述したように、本実施形態においては、支持基板２００として、半導体ウェハ１００よりも剛性の大きいものを用いることが好ましく、たとえば、石英を主体とする材料からなるものを用いることが好ましく、その厚さが０．４ｍｍ以上であるものを用いることが好ましい。
【０１１０】
支持基板２００の材質や厚さを、このようなものにすることにより、半導体ウェハ１００の適切な支持がなされる。
【０１１１】
また、本実施形態の好ましい形態では、支持基板２００として、その外形が半導体ウェハ１００よりも大きく、半導体ウェハ１００の端部からはみ出す支持基板２００のはみ出し幅ｄ（図２（ｂ）参照）が１ｍｍ以下であるものを用いている。
【０１１２】
支持基板２００として、その外形が半導体ウェハ１００よりも大きいものとすることで、半導体ウェハ１００の支持が適切になされる。
【０１１３】
また、支持基板２００をあまり大きくすると、工程間のワークの搬送において取り扱いにくくなるなどの恐れがあるため、半導体ウェハ１００の端部からはみ出す支持基板２００のはみ出し幅ｄが１ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１１４】
また、本実施形態では、半導体ウェハ１００の支持基板２００への固定は、熱的に軟化可能な第１の樹脂２１０と耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂２２０とからなる熱可塑性樹脂を用い、第１の樹脂２１０を半導体ウェハ１００の主裏面の全域に設けるとともに、第２の樹脂２２０を半導体ウェハ１００の端面および第１の樹脂２１０の端面を覆うように設けることにより行っている。
【０１１５】
それによれば、熱的に軟化可能な第１の樹脂２１０によって、半導体ウェハ１００の支持基板２００への固定がなされ、半導体ウェハ１００を支持基板２００から剥がすときは、加熱により第１の樹脂２１０を軟化させればよい。
【０１１６】
また、耐酸・耐アルカリ性に優れた第２の樹脂２２０によって、半導体ウェハ１００の端面および第１の樹脂２１０の端面を覆うことにより、半導体ウェハ１００の主表面に電極１２を形成する際における薬液などが、すでに形成されている主裏面側の電極１３にしみ込むのを防止することができる。
【０１１７】
また、上述したが、本実施形態では、半導体チップの表面電極１２において、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、層の厚さが３μｍ以上であることが好ましいとしている。
【０１１８】
上記Ｎｉ−Ｐメッキ層のＰの濃度が多すぎると、半導体チップ１０の表面電極１２に対して、はんだ付けが行われる場合、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層と、当該はんだ中のＳｎとの間で反応が起こりやすい。
【０１１９】
すると、その反応によって、下地側のＡｌ−Ｓｉ層１１との界面近傍に、Ｐリッチな層すなわちＰ濃化層が形成されやすく、このＰ濃化層によって、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層とＡｌ−Ｓｉ層１１とが剥離しやすくなる。
【０１２０】
また、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層では、Ｐの役目のひとつは、湿式無電解メッキにおいてＰを核として膜を成長させることである。つまり、Ｎｉ単体では、メッキ層を成長させ、膜を形成することが難しい。
【０１２１】
そのため、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層のＰの濃度が薄すぎるということは、Ｎｉ−Ｐメッキ層が形成されにくいということである。また、Ｐの濃度が薄すぎると、Ｎｉリッチの硬い膜になりやすい。硬い膜では、反りが生じやすく好ましくない。
【０１２２】
また、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層が薄すぎる場合にも、やはり、下地側のＡｌ−Ｓｉ層１１との界面近傍に上記したＰ濃化層が形成されやすくなり、好ましくない。
【０１２３】
これらのことから、半導体チップ１０の主表面に形成される表面電極１２において、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であり、層の厚さが３μｍ以上であることが好ましい。
【０１２４】
また、上述したが、本実施形態では、半導体チップ１０の主表面に形成される表面電極１２において、上記Ａｕメッキ層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることが好ましいとしている。
【０１２５】
上記Ａｕメッキ層は、表面電極１２において下地膜の酸化防止のための膜であるが、このＡｕメッキ層の厚さが０．０２μｍよりも小さいと、薄すぎて酸化防止膜として十分に機能しにくい。
【０１２６】
また、上記Ａｕメッキ層の厚さが０．２μｍよりも大きいと、半導体チップ１０の表面電極１２に対して、Ａｌのワイヤボンディングが行われる場合、Ａｌ−Ａｕ−Ｎｉによって合金が形成されやすくなる。そして、この合金は腐食しやすいので、上記Ａｕメッキ層の厚さは０．２μｍ以下に抑える必要がある。
【０１２７】
これらのことから、本実施形態では、半導体チップ１０の主表面に形成される表面電極１２において、上記Ａｕメッキ層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであることが好ましい。
【０１２８】
また、本実施形態では、上記製造方法において、半導体チップ１０の表面電極１２において、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層は、Ｐの濃度が５重量％〜１５重量％であって厚さが３μｍ以上であり、上記Ａｕメッキ層は、厚さが０．０２μｍ〜０．２μｍであり、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層および上記Ａｕメッキ層は、湿式無電解メッキにより形成するものであってもよい。
【０１２９】
それによれば、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層および上記Ａｕメッキ層の各メッキ層について述べられた採用可能な好ましい形態を合わせた形態となり、当該各形態による各効果を合わせた効果が期待できる。
【０１３０】
また、本実施形態では、半導体チップ１０の表面電極１２において、Ａｌからなる層をＡｌ−Ｓｉ層１１、すなわち、Ａｌ−Ｓｉ合金としている。そして、その厚さは４μｍ以上であるものにしている。これらの点も本実施形態の特徴の一つである。
【０１３１】
（他の実施形態）
なお、半導体チップ１０の表面電極１１および裏面電極１２としては、上下のヒートシンク２０、３０やヒートシンクブロック４０に対して、適切にはんだ付けあるいは導電性接着剤などによる接続ができるものであれば、上記実施形態にて述べた例に限定されるものではない。
【０１３２】
また、上記実施形態では、半導体チップの製造工程において、半導体ウェハ１００を支持基板１００から取り外した後、ダイシングなどによりチップ単位に分断しているが、半導体ウェハ１００を支持基板２００に固定したまま、支持基板２００もいっしょにダイシングして分断し、その後、半導体チップ１０から支持基板２００の分片を取り外すようにしてもよい。
【０１３３】
また、上述したように、ヒートシンクブロック４０は、半導体チップ１０、１８と上側ヒートシンク３０との間に介在し、第１の半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保する役割を有するものであるが、可能であるならば、上記各実施形態において、ヒートシンクブロック４０は存在しないものであってもよい。
【０１３４】
要するに、本発明は、主表面および主裏面にそれぞれ電極１２、１３を有する半導体チップ１０の主表面側と主裏面側とに、それぞれ電極と放熱体とを兼ねる金属体２０、３０を配置し、装置のほぼ全体が樹脂８０でモールドされてなる半導体装置Ｓ１における半導体チップ１０の製造方法において、上述したように、半導体ウェハ１００に裏面電極１３を形成した後、半導体ウェハ１００を支持基板２００に固定した状態で、半導体ウェハ１００に表面電極１２を形成することを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の半導体装置における半導体チップの詳細構成を示す概略断面図である。
【図２】上記実施形態に係る半導体チップの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図３】従来の半導体チップの一般的な製造方法を示すための概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０…半導体チップ、１２…半導体チップの表面電極、
１３…半導体チップの裏面電極、２０…金属体としての下側ヒートシンク、
３０…金属体としての上側ヒートシンク、８０…モールド樹脂、
１００…半導体ウェハ、２００…支持基板、２１０…第１の樹脂、
２２０…第２の樹脂。
【図１】
2005244165.tif 000003
【図２】
2005244165.tif 000004
【図３】
2005244165.tif 000005