(57)【要約】      （修正有）【課題】平面積増大を抑制しつつ、電源供給線の断面積を増大させ、発熱を抑制した半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体素子部３１及び配線部３２は半導体基板１の一面１０１の側に設ける。電源供給導体５は、半導体基板１の他面に設けられる。縦導体７は、半導体基板１の一面１０１から他面１０２に導かれ、半導体素子部３１及び配線部３２と電源供給導体５とを接続する．【選択図】図１
2017107898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、半導体回路部と、電源供給導体と、縦導体とを含む半導体装置であって、
前記半導体回路部は、半導体素子部及びその配線部を含み、前記半導体素子部及び前記配線部は、前記半導体基板の一面側に設けられており、
前記電源供給導体は、前記半導体基板の他面に設けられており、
前記縦導体は、前記半導体基板の前記一面側から他面側に導かれ、前記半導体素子部及び前記配線部と前記電源供給導体とを接続する、
半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置であって、前記電源供給導体は、前記半導体基板の他面に設けられた凹部内に充填されたナノコンポジット構造の電気絶縁層によって、前記半導体基板から電気絶縁して設けられている、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された半導体装置であって、前記電源供給導体は、その断面積が、前記配線部の断面積よりも大きい、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、外部リードと接続されるような比較的厚い厚さで形成されたボンディングパッドと、内部回路に伝えられる電源電圧と接地電位を伝達する電源幹線とを、基板の同一面側に構成し、かかる電源幹線の下層に上記電源幹線と対応する上記内部回路を構成する半導体領域との間を接続する銅配線層からなる複数の配線層を、高密度で配置してあった。
【０００３】
ところで、電気自動車（ＥＶ）用電源、太陽光発電用パワーコンディショナ、通信基地局などの情報通信機器電源または産業用電源等に用いられる制御用パワー半導体装置においては、特許文献１等で取り扱っている信号処理系半導体装置と比較して、扱う電力が極めて大きくなるために、電源供給線の断面積を大きくして、その発熱量を低減させなければならない。
【０００４】
ところが、従来の半導体装置は、特許文献１で代表されるように、電源幹線、半導体領域及び配線層等を、基板の同一面側の限定された平面積内に高密度で配置する必要があったため、電源幹線（電源供給線）の断面積を拡大することが、物理的に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８６０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、平面積増大を抑制しつつ、電源供給線の断面積を増大させ、発熱を抑制した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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体回路部と、電源供給導体と、縦導体とを含む。前記半導体回路部は、半導体素子部及びその配線部を含む。前記半導体素子部及び前記配線部は前記半導体基板の一面側に設けられている。
【０００８】
前記電源供給導体は、前記半導体基板の他面に設けられている。前記縦導体は、前記半導体基板の前記一面側から他面側に導かれ、前記半導体素子部及び前記配線部と前記電源供給導体とを電気接続する。
【０００９】
上述したように、本発明に係る半導体装置では、半導体回路部を構成する半導体素子部及び配線部が、前記半導体基板の一面側に設けられている。一方、前記電源供給導体は、前記半導体基板の他面に設けられている。この構成によれば、半導体基板の一面側では、半導体回路部の配置密度を上げる一方、半導体基板の他面側では、半導体回路部による影響を受けることなく、電源供給線の断面積を増大させ、発熱を抑制し得る。すなわち、半導体基板の両面を有効に活用し、基板平面積の増大を抑制しつつ、電源供給線の断面積を増大させ、発熱を抑制し得る。電源供給導体は、その断面積が、配線部の断面積よりも大きい。
【００１０】
しかも、電源供給導体は、半導体回路部のある半導体基板の一面側とは反対側の他面に設けられているから、半導体回路部による制限を受けることなく、電源供給導体に対してヒートシンクを熱結合させ、放熱性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、縦導体を含んでおり、縦導体は、半導体基板の一面側から他面側に導かれ、半導体素子部及び配線部と電源供給導体とを電気接続する。この構造によれば、電源供給線及び縦導体を経由して、半導体回路部に電力を供給することができる。
【００１２】
電源供給導体は、半導体基板の他面に設けられた凹部内に半導体基板から電気絶縁して設けられていることが好ましい。この構造によれば、半導体基板の他面側では、電源供給導体の断面積を、凹部の深さ、横幅及び縦幅に応じて拡大すると共に、半導体基板の一面側の全面を、半導体回路部形成のために供することができる。
【００１３】
電気絶縁は、半導体基板の他面に設けられた凹部内に充填されたナノコンポジット構造の電気絶縁層によって実現することが好ましい。緻密な電気絶縁層を構成することができるからである。ここに、ナノコンポジット構造とは、電気絶縁層９の内部に、電気絶縁層９の主成分とは異なる１μｍ以下（ｎｍサイズ）の微粒子を含んでいる構造をいう。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、基板平面積の増大を抑制しつつ、電源供給線の断面積を増大させ、発熱を抑制した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る半導体装置の部分断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の平面図である。
【図３】図１に示した半導体装置の底面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の別の実施の形態を示す図である。
【図５】図１乃至図３に示した半導体装置の製造方法を示す図である。
【図６】図５に示した工程の後の工程を示す図である。
【図７】図６示した工程の後の工程を示す図である。
【図８】図７示した工程の後の工程を示す図である。
【図９】図８示した工程の後の工程を示す図である。
【図１０】図９示した工程の後の工程を示す図である。
【図１１】図１０示した工程の後の工程を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図３に図示された半導体装置は、半導体基板１と、半導体回路部３と、電源供給導体５と、縦導体７とを含む。半導体基板１は、Si基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等である。これらの半導体基板１のうち、パワー半導体装置には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板が用いられる。
【００１７】
半導体回路部３は、半導体素子部３１及びその配線部３２を含む。半導体素子部３１及び配線部３２は、半導体基板１の一面１０１の側に設けられている。半導体素子部３１は、半導体基板１の一面１０１の側に高密度で配置された多数の半導体素子を含んでいる。配線部３２は、複数設けられ、半導体素子部３１に含まれる半導体素子に対して、所定の関係、所定のパターンとなるように電気的に接続されている。
【００１８】
電源供給導体５は、半導体基板１の他面１０２に設けられている。実施の形態において、電源供給導体５は、複数ｎであり、それぞれは、半導体基板１の他面１０２に設けられた凹部１０３に充填された電気絶縁層９の内部に、間隔を隔てて形成されている。電源供給導体５のそれぞれは、電気絶縁層９により、半導体基板１からも電気絶縁されている。電源供給導体５のそれぞれは、断面矩形状であって、深さＨ１、幅Ｗ１、及び、長さL1の各ディメンションを有する。電源供給導体５の一部は、アース導体として用いることができる。電気絶縁層９は、ＳｉＯ２等によって構成することができる。
【００１９】
電気絶縁層９は、ナノコンポジット構造を有することが好ましい。緻密な電気絶縁層９を構成することができるからである。ここに、ナノコンポジット構造とは、電気絶縁層９の内部に、電気絶縁層９の主成分とは異なる１μｍ以下（ｎｍサイズ）の微粒子を含んでいる構造をいう。例えば、ｎｍサイズのSi微粒子と、有機Si化合物とを反応させてSiO2を主成分とする電気絶縁層９を形成する公知技術を適用したとき、SiO2を主成分とする電気絶縁層９の中に、未反応のSi微粒子又は有機Si化合物が残存するような場合である。ｎｍサイズの微粒子は、例えば、Ａｌ２Ｏ３微粒子又はその他のセラミック微粒子であってもよい。
【００２０】
縦導体７は、必要な本数ｍだけ備えられ、半導体基板１を一面１０１の側から他面１０２の側に貫通し、半導体素子部３１及び配線部３２と電源供給導体５とを電気接続する。縦導体７のそれぞれは、電気絶縁層１１により、半導体基板１から電気絶縁して設けられている。縦導体７のそれぞれは、例えば口径１０μｍ〜６０μｍ程度の円形状又は角形状の態様をとることができる。縦導体７は、メッキによって形成してもよいし、金属充填法によって形成してもよい。
【００２１】
縦導体７の全てが、半導体基板１の一面１０１の側から他面１０２の側に貫通することは必ずしも必須ではない。縦導体７の一部は、非貫通であってもよい。そのような非貫通の縦導体７の存在、及び、配置パターン等によって、当該半導体装置が正当な製造者によって製造されたものであるか否かを判断する識別標識として用いることができる。
【００２２】
更に、縦導体７の全てが、半導体基板１に設けられた貫通孔に充填されることは、必ずしも必須ではない。例えば、その一部又は全部を、半導体基板１の側壁面に設けてもよい。
【００２３】
縦導体７と、電源供給導体５とを電気接続するに当たっては、図示のように、半導体基板１の他面１０２に所定のパターンで形成された配線１３によってもよいし、或いは、予め、配線を形成した他の基板を、半導体基板１の他面１０２に接合することによって実現してもよい。当然のことであるが、半導体基板１の他面１０２と配線１３との間は電気絶縁する。
【００２４】
電源供給導体５及び縦導体７の配置位置、数ｎ、ｍ及び、断面形状等は、任意であり、図示に限定されるものではない。また、実施の形態では、インダクタ６が設けられている。インダクタ６は、一般的なインダクタンス素子として用いられるほか、半導体装置間の信号伝送手段となるアンテナとして用いられることもある。
【００２５】
上述したように、本発明に係る半導体装置では、半導体回路部３を構成する半導体素子部３１及び配線部３２が、半導体基板１の一面１０１の側に設けられている。一方、電源供給導体５は、半導体基板１の他面１０２に設けられている。この構成によれば、半導体基板１の一面１０１の側では、半導体回路部３の配置密度を上げる一方、半導体基板１の他面１０２の側では、半導体回路部３による影響を受けることなく、電源供給導体５の断面積を増大させ得る。すなわち、半導体基板１の両面を有効に活用し、基板平面積の増大を抑制しつつ、電源供給導体５の断面積を増大させ、発熱を抑制し得る。電源供給導体５は、その断面積が、配線部３２の断面積よりも大きい。
【００２６】
しかも、電源供給導体５は、半導体回路部３のある半導体基板１の一面１０１の側とは反対側の他面に設けられているから、半導体回路部３による制限を受けることなく、電源供給導体５に対してヒートシンクを熱結合させ、放熱性を向上させることができる。例えば、図４に示すように、インターポーザ１５の上で、メモリチップ及びロジックチップ等の複数の半導体装置１A、１Bを、一面１０１を互いに向き合い、電源供給導体５の露出する他面１０２が外側を向く様にして積層するとともに、上側の半導体装置１Bの電源供給導体５に、熱伝導体１７、及び、ヒートシンク１９を熱結合させることにより、放熱性を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置は、縦導体７を含んでおり、縦導体７は、半導体基板１を一面１０１の側から他面１０２の側に貫通し、半導体素子部３１及び配線部３２と電源供給導体５とを電気接続する。この構造によれば、電源供給導体５及び縦導体７を経由して、半導体回路部３に電力を供給することができる。
【００２８】
実施の形態において、電源供給導体５は、半導体基板１の他面に設けられた凹部１０３内に設けられているから、半導体基板１の他面１０２の側では、電源供給導体５の断面積を、凹部１０３の深さ、横幅及び縦幅に応じて拡大すると共に、半導体基板１の一面１０１の側の全面を、半導体回路部形成のために供することができる。
【００２９】
次に、上述した半導体装置の製造方法について、図５〜図１０を参照して説明する。まず、図５に図示するように、一面１０１の側に半導体回路部３を形成してある半導体ウエハ１１０の他面１０２（裏面）にキャビティ１０３を形成する。このキャビティ１０３は、図１〜図３の凹部となる。図中、X-X線はチップとして取り出す際の切断位置を示している。
【００３０】
次に、図６に示すように、キャビティ１０３の内部に充填された電気絶縁層９に、電源供給導体充填用の配線溝５００を形成した後、図７に示すように、配線溝５００の内部に電源供給導体５を充填する。
【００３１】
次に、図８に示すように、半導体ウエハ１００の縦導体形成領域内に、その一面１０１の側から他面１０２の側に貫通する貫通溝１１０を形成する。貫通溝１１０の内側には、半導体ウエハ１００の一部が棒状部（ポスト）１０４として残る。
【００３２】
次に、図９に示すように、貫通溝１１０の内部に電気絶縁材を充填して、電気絶縁層１１を形成した後、図１０に示すように、電気絶縁層１１によって囲まれたポスト１０４を除去し、更に、図１１に示すように、その除去跡１０５に金属を充填して、縦導体７を形成する。
【００３３】
この後、半導体ウエハ１００をX-X線で切断するダイシング工程等、必要な工程を経て、図１〜図３に示した半導体装置が得られる。
以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【符号の説明】
【００３４】
１                半導体基板
３                半導体回路部
３１                半導体素子部
３２                配線部
５                電源供給導体
７                縦導体
【図１】
2017107898.tif 000003
【図２】
2017107898.tif 000004
【図３】
2017107898.tif 000005
【図４】
2017107898.tif 000006
【図５】
2017107898.tif 000007
【図６】
2017107898.tif 000008
【図７】
2017107898.tif 000009
【図８】
2017107898.tif 000010
【図９】
2017107898.tif 000011
【図１０】
2017107898.tif 000012
【図１１】
2017107898.tif 000013