(57)【要約】【課題】配線基板やヒートシンクにキャビティを形成することなく、温度サイクルによって剥離やクラックが生じ難い半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１０と、半導体チップ１０の裏面から側面に亘って設けられた金属膜１２と、金属性のダイボンド１６によって金属膜１２と接合されたヒートシンク１４と、を備える半導体装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの裏面から側面に亘って設けられた金属膜と、
金属性のダイボンドによって前記金属膜と接合されたヒートシンクと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップからの放熱を促進するためにヒートシンクを備えた半導体装置が利用されている。このような半導体装置に対して加熱及び冷却の温度サイクルを繰り返した場合、ヒートシンクと半導体チップを接着するはんだとヒートシンクとの熱膨張率の差によってヒートシンクや半導体チップに剥離やクラックが発生するおそれがある。
【０００３】
そこで、配線基板やヒートシンクにキャビティを形成し、半導体チップをキャビティ内に収めた状態で封止した構成が開示されている（特許文献１）。このような構成の半導体装置では、キャビティ内の埋め込み層により温度サイクルによる熱ストレスが吸収され、半導体チップと配線基板との剥離やクラックの発生を抑制できるとされている。
【０００４】
また、ヒートシンクの材料として、半導体チップのモールド樹脂に近い熱膨張係数を有し、かつ高熱伝導度を有する複合材料を用いた構成が開示されている（特許文献２）。当該文献では、複合材料として、アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ）等の高熱伝導度を有する金属素材と、炭素（Ｃ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等からなる粉状、繊維状若しくは多孔状の熱膨張抑止材との混合体、又は低熱膨張係数を有する鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金と銅（Ｃｕ）との混合体が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２５０５２号公報
【特許文献２】特開平６−２６８１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に係る技術では、配線基板やヒートシンクにキャビティを形成する必要があり、配線基板やヒートシンクの形状加工の工程が複雑化したり、配線基板やヒートシンクの機械的な強度が低下したりするおそれがある。
【０００７】
また、特許文献２に係る技術では、ヒートシンクの材料として提案されているアルミニウム（Ａｌ）、カーボン（Ｃ）、多孔状窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、亜鉛（Ｚｎ）、アンバー等の材料の熱伝導率は純銅（Ｃｕ）に対して５０％以下であり、放熱効果が十分でない。また、これらの材料は形状加工性が悪く、高価であるため、半導体装置の生産性が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様は、半導体チップと、前記半導体チップの裏面から側面に亘って設けられた金属膜と、金属性のダイボンドによって前記金属膜と接合されたヒートシンクと、を備えることを特徴とする半導体装置である。ここで、前記金属膜は、前記半導体チップの側面の略半分の高さまで設けられていることが好適である。
【０００９】
上記半導体装置は、半導体ウェハの裏面のダイシング位置に溝を形成する第１のステップと、前記溝を含む前記半導体ウェハの裏面に金属膜を形成する第２のステップと、前記半導体ウェハを前記溝が形成された前記ダイシング位置にて分割して半導体チップを形成する第３のステップと、前記半導体チップとヒートシンクとを前記金属膜を介してダイボンドで接合する第４のステップと、を備える半導体装置の製造方法により製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線基板やヒートシンクにキャビティを形成することなく、放熱効果が高く、温度サイクルによって剥離やクラックが生じ難い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す局所拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態における半導体装置１００は、図１に示すように、半導体チップ１０、金属膜１２、ヒートシンク１４、ダイボンド１６、ボンディングワイヤ１８、インナーリード２０、アウターリード２２及びモールド樹脂２４を含んで構成される。
【００１３】
半導体チップ１０は、半導体材料に半導体素子を形成したチップである。半導体チップ１０は、半導体ウェハ上に既存の素子形成方法を用いて半導体素子を形成し、ダイシング等により分割することにより形成することができる。
【００１４】
ヒートシンク１４は、半導体チップ１０から生ずる熱を放熱するための部材である。ヒートシンク１４は、リードフレーム、配線基板等を兼ねることができる。ヒートシンク１４は、例えば、リン脱酸銅や４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）等の熱伝導性の高い材料を含むリードフレームの一部として構成することが好適である。
【００１５】
半導体チップ１０は、金属膜１２を介してダイボンド１６によりヒートシンク１４に接合される。金属膜１２は、ダイボンド１６と接合性が高い金属であれば特に限定されない。ダイボンド１６をはんだ材とした場合、金属膜１２は、はんだと合金化し易いニッケル（Ｎｉ）やはんだとの濡れ性が高い金（Ａｕ）等を含む材料とすることが好適である。また、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）を含む場合、半導体チップ１０へのニッケル（Ｎｉ）の拡散を防ぐためにチタン（Ｔｉ）層を設けることが好適である。例えば、金属膜１２は、半導体チップ１０側からチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）を順に積層した３層構造とすることが好適である。ダイボンド１６は、金属膜１２及びヒートシンク１４と接合性が高く、高温で溶融しない金属材料であれば特に限定されない。ダイボンド１６は、例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）の共晶はんだや錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）の合金系はんだ等の高温はんだ材とすることが好適である。
【００１６】
本実施の形態では、金属膜１２は、半導体チップ１０の裏面のみならず、半導体チップ１０の側面の一部まで設けられる。すなわち、金属膜１２は、半導体チップ１０の裏面から側面に亘る側面領域１２ａに設けられる。金属膜１２を半導体チップ１０の側面まで設けることにより、図２の局所拡大図に示すように、ダイボンド１６のフィレット部１６ａが半導体チップ１０の側面の金属膜１２の端部まで延びるように形成される。
【００１７】
半導体チップ１０は、ボンディングワイヤ１８によってインナーリード２０と電気的に接続される。ボンディングワイヤ１８は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料とすることができる。半導体チップ１０は、金属膜１２及びヒートシンク１４と共にモールド樹脂２４にて封止される。モールド樹脂２４は、ポリイミド等の絶縁性有機高分子材料や低融点ガラス等の絶縁性無機材料とすることができる。アウターリード２２は、インナーリード２０から連続的に設けられ、モールド樹脂２４から露出した配線部分である。アウターリード２２は、金（Ａｕ）等で表面をめっき処理してもよい。
【００１８】
本実施の形態における半導体装置１００では、半導体チップ１０とヒートシンク１４とが金属膜１２を介してダイボンド１６で接合されており、高い放熱性が確保される。
【００１９】
また、金属膜１２が半導体チップ１０の側面の一部まで設けられ、ダイボンド１６のフィレット部１６ａが半導体チップ１０の側面の金属膜１２まで延びた構成とされている。ダイボンド１６とモールド樹脂２４の密着性は低いため、ダイボンド１６はモールド樹脂２４から剥離し易い。本実施の形態における半導体装置１００では、金属膜１２を半導体チップ１０の側面まで設け、フィレット部１６ａが半導体チップ１０の側面まで形成されていることによって、ヒートシンク１４と半導体チップ１０とを接続するダイボンド１６の剥離又はクラックの起点はフィレット部１６ａとなる。すなわち、半導体チップ１０とヒートシンク１４との界面の剥離やクラックが半導体チップ１０の裏面から遠い側面から生じることになり、熱伝導に影響を及ぼし易い半導体チップ１０の裏面とヒートシンク１４との間の平面方向（素子形成面の面内方向）に亀裂やクラックが発生することを抑制することができる。したがって、半導体装置１００の剥離やクラックに対する耐久性を高めることができる。
【００２０】
なお、剥離やクラックに対する耐久性をより高めるためには、ダイボンド１６のフィレット部１６ａの端部が半導体チップ１０の側面の立ち上がり部（図２中の領域Ａ）からできるだけ遠いことが望ましい。そこで、金属膜１２は、半導体チップ１０の側面の略半分又はそれ以上の高さまで設けられていることが好適である。
【００２１】
＜半導体装置の製造方法＞
以下、図３を参照しつつ、半導体装置１００の製造方法について説明する。なお、図３では、説明を明確にするために、図の縮尺、比率等を適宜変更して示す。
【００２２】
ステップＳ１０では、表面側（図面、上側）に素子が形成された半導体ウェハ３０の裏面（図面、下側）のダイシング位置に溝３２を形成する。溝３２は、ダイシング法を用いて、半導体ウェハ３０を半導体チップ１０に切断するときのダイシング位置において半導体ウェハ３０を完全に切断しない程度の深さで形成される。溝３２は、フォトリソグラフィ等によりマスクパターンを形成した上で、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いて形成してもよい。溝３２の深さは、半導体ウェハ３０の厚さの略半分又はそれ以上とすることが好適である。
【００２３】
ステップＳ１２では、半導体ウェハ３０の裏面に金属膜１２を形成する。金属膜１２は、スパッタリング法や真空蒸着法等を適用して、溝３２内を含む半導体ウェハ３０の裏面に形成される。金属膜１２を複数種の金属による積層膜にする場合、それぞれの金属を所定の膜厚で順に形成すればよい。例えば、金属膜１２をチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜とする場合、半導体ウェハ３０の裏面にチタン（Ｔｉ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、金（Ａｕ）膜を順に形成する。
【００２４】
ステップＳ１４では、半導体ウェハ３０を分割して半導体チップ１０を形成する。ステップＳ１０において溝３２を形成したダイシング位置において半導体ウェハ３０の表面側からダイシングを行い、半導体ウェハ３０を個々の半導体チップ１０に分割する。このとき、溝３２内に金属膜１２を形成しておくことによって、側面にも金属膜１２が設けられた半導体チップ１０が形成される。
【００２５】
ステップＳ１６では、個片化された半導体チップ１０をヒートシンク１４に接合する。スクラブした半導体チップ１０の裏面側にヒートシンク１４を配置し、ダイボンド技術により金属膜１２を介して半導体チップ１０をヒートシンク１４に接合する。例えば、はんだを用いて金属膜１２とはんだとを合金化させて半導体チップ１０とヒートシンク１４とを接合させる。このとき、金属膜１２とダイボンド１６との濡れ性によって、ダイボンド１６が側面の金属膜１２の端部まで延びてフィレット部１６ａが形成される。
【００２６】
ステップＳ１８では、ワイヤボンディング、樹脂モールド等の工程を経て、半導体装置１００が完成する。
【符号の説明】
【００２７】
１０  半導体チップ、１２  金属膜、１２ａ  側面領域、１４  ヒートシンク、１６  ダイボンド、１６ａ  フィレット部、１８  ボンディングワイヤ、２０  インナーリード、２２  アウターリード、２４  モールド樹脂、３０  半導体ウェハ、３２  溝、１００  半導体装置。
【図１】
2016201505.tif 000003
【図２】
2016201505.tif 000004
【図３】
2016201505.tif 000005