特許 7566508 半導体装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】半導体装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20241007BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 501P

H01L23/14 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020111987

(22)【出願日】2020-06-29

(65)【公開番号】P2022011095

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-05-30

(73)【特許権者】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小汲 泰一

【審査官】井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０３３６２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２１８７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

拡散層を含むＳｉＣ半導体基板と、
前記ＳｉＣ半導体基板上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた第２の電極と、
前記ＳｉＣ半導体基板の平面サイズと略同じ平面サイズであり、かつ前記第２の電極を封止するように設けられた樹脂部と、
を備え、
前記樹脂部は、第１の樹脂部であり、
前記第１の電極と接する第２の樹脂部と、
前記第１の電極及び前記第２の電極と接するように設けられた第３の樹脂部とを更に備え、
前記第３の樹脂部の開口は、前記第２の樹脂部の開口よりも狭い、
半導体装置。

【請求項2】

拡散層を含むＳｉＣ半導体基板と、前記ＳｉＣ半導体基板上に設けられた第１の電極とを含む基板に対して、所定のマスク材を配置し、前記第１の電極上に第２の電極を形成する工程と、
所定のマスク材を除去した後に、前記第２の電極を封止するように樹脂部を形成する工程と、
を含み、
前記樹脂部は、第１の樹脂部であり、
前記ＳｉＣ半導体基板と前記第１の電極と前記第１の電極と接する第２の樹脂部とを含む前記基板に対して、前記第２の樹脂部の開口よりも狭い開口を有する第３の樹脂部を形成する工程を更に含み、
前記第２の電極を形成する工程は、前記基板に対して前記第３の樹脂部が形成された後に、前記第２の電極を形成する、
半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記所定のマスク材は、フィルム状のレジストである、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記所定のマスク材は、液状のレジストである、
請求項２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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＷＬ－ＣＳＰ（ウエハレベルチップサイズパッケージ）は、ウエハプロセスで再配線、電極の形成、樹脂封止及びダイシングまでを行う半導体装置のパッケージング技術である。例えば、特許文献１には、ＷＬ－ＣＳＰにおける半導体装置およびその製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－５２３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて小型化、低消費電力化、及び高効率化等が可能な素子を実現する材料であり、有用性が高い材料である。

【0005】

しかし、上記特許文献１に開示されている製造方法では、Ｓｉなどの半導体基板が想定されており（例えば、段落［００１９］を参照。）、ＳｉＣに関しては想定されていない。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＷＬ－ＣＳＰにおいてＳｉＣを半導体基板とする半導体装置の信頼性の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の観点に係る半導体装置は、拡散層を含むＳｉＣ半導体基板と、前記ＳｉＣ半導体基板上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた第２の電極と、前記ＳｉＣ半導体基板の平面サイズと略同じ平面サイズであり、かつ前記第２の電極を封止するように設けられた樹脂部と、を含む。

【0008】

本発明に係る半導体装置の製造方法は、拡散層を含むＳｉＣ半導体基板と、前記ＳｉＣ半導体基板上に設けられた第１の電極とを含む基板に対して、所定のマスク材を配置し、前記第１の電極上に第２の電極を形成する工程と、所定のマスク材を除去した後に、前記第２の電極を封止するように樹脂部を形成する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ＷＬ－ＣＳＰにおいてＳｉＣを半導体基板とする半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。

【図2A】第１実施形態に係る半導体装置の部分的な構成を拡大して示す断面図である。

【図2B】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【図2C】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【図2D】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【図2E】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。

【図3】第２実施形態に係る半導体装置の部分的な構成を拡大して示す断面図である。

【図4】第３実施形態に係る半導体装置の部分的な構成を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、各図面において、実質的に同一又は等価な構成要素又は部分には同一の参照符号を付している。

【0012】

＜第１実施形態＞

【0013】

図１は、第１実施形態に係る半導体装置１の全体構成を示す図である。図２Ａは、半導体装置１の部分的な構成を拡大して示す断面図であり、図１におけるＡ－Ａ´線に沿った断面図である。

【0014】

半導体装置１は、拡散層１１を含むＳｉＣ半導体基板１０と、ＳｉＣ半導体基板１０上に設けられた第１の電極１２とを含む。また、半導体装置１は、更に、第１の電極１２と接する第２の樹脂部１４と、第１の電極１２上に設けられた第２の電極１８と、第１の樹脂部２０と、を含む。

【0015】

第１の樹脂部２０は、ＳｉＣ半導体基板１０の平面サイズと略同じ平面サイズであり、かつ第２の電極１８を封止するように設けられている。例えば、図１のような半導体装置１の上面視において、第１の樹脂部２０が矩形状のＳｉＣ半導体基板１０の平面サイズと略同じ平面サイズになるように、第１の樹脂部２０はＳｉＣ半導体基板１０の各辺上に沿って形成される。また、第１の電極１２は、例えばＡｌ等により構成される。また、第２の電極１８は、Ｃｕ等により構成される。

【0016】

半導体装置１は、パッケージの形態がＷＬ－ＣＳＰの形態を有する。すなわち、半導体装置１は、パッケージの平面サイズが、ＳｉＣ半導体基板１０の平面サイズと略同じである。

【0017】

拡散層１１を含むＳｉＣ半導体基板１０の表面には、トランジスタ、抵抗素子及びキャパシタ等の回路素子（図示せず）が形成されている。ＳｉＣ半導体基板１０の表面はＳｉＯ_２等の絶縁体からなる層間絶縁膜（図示せず）で覆われている。

【0018】

その層間絶縁膜の表面には、ＳｉＣ半導体基板１０上に形成された回路素子に接続される第１の電極１２が設けられ、第１の電極１２の表面を部分的に露出させる開口部を有する第２の樹脂部１４が設けられている。図２Ａに示されるように、第２の樹脂部１４は、第１の電極１２と接している。第２の樹脂部１４は、いわゆるパッシベーション膜であり、ポリイミド樹脂等の感光性有機系絶縁部材で構成される。

【0019】

以下に、第１実施形態に係る半導体装置１の製造方法について図２Ｂ～図２Ｅを参照しつつ説明する。図２Ｂ～図２Ｅは、半導体装置１の製造工程を示す断面図である。

【0020】

はじめに、拡散層１１を含むＳｉＣ半導体基板１０の製造プロセスが完了した半導体ウエハを用意する（図２Ｂ）。ＳｉＣ半導体基板１０の製造プロセスは、ＳｉＣ半導体基板１０上にトランジスタ等の回路素子（図示せず）を形成する工程、ＳｉＣ半導体基板１０の表面にＳｉＯ_２等の絶縁体で構成される層間絶縁膜を形成する工程、層間絶縁膜の表面に第１の電極１２を形成する工程、及び第１の電極１２を部分的に露出させるように第２の樹脂部１４を形成する工程を含む。

【0021】

次に、第２の樹脂部１４の開口部において露出する第１の電極１２の表面を覆うＵＢＭ膜（図示せず）を形成する。ＵＢＭ膜は、例えば、既知のスパッタ法を用いて、Ｔｉ膜及びＣｕ膜を順次成膜することで形成される。

【0022】

次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ＵＢＭ膜の表面に、開口部を有する所定のマスク材１６の一例であるドライフィルムを配置した上で貼り付ける。ドライフィルムは、フィルム状であり露光及び現像処理を施すことでＵＢＭ膜の表面に形成される。

【0023】

次に、既知の電界めっき法を用いて、ＵＢＭ膜の表面に第２の電極１８を形成する（図２Ｃ）。具体的には、めっき液にＳｉＣ半導体基板１０の表面を浸漬し、ＵＢＭ膜に接続されためっき電極（図示せず）に電流を供給する。これにより、ＵＢＭ膜（めっきシード層）の露出部分に金属が析出し、ＵＢＭ膜上に第２の電極１８が形成される。第２の電極１８の材料として、例えばＣｕを用いることができる。

【0024】

第２の電極１８の形成後、公知のプロセスを用いてマスク材１６を除去する（図２Ｄ）。これにより、第２の電極１８が形成される。そして、第２の電極１８に対して既知のエッチング処理を施す。

【0025】

次に、例えば、公知のプロセスを用いて、上記の各処理を経ることによって形成された構造体の表面に、ポリイミドまたはＰＢＯ等の感光性有機系絶縁部材を用いて、既知のフォトリソ技術（例えば、コート、露光、現像、及びキュア等の各工程を含むフォトリソ技術）にて、図２Ａに示されるような第１の樹脂部２０を含む半導体装置１が生成される。なお、ポリイミドまたはＰＢＯ等の感光性有機系絶縁部材は、エポキシ樹脂でも良く、その場合、図２Ｅに示されるような第１の樹脂部２０を塗布後に研磨することにより、図２Ａに示されるような第１の樹脂部２０を含む半導体装置１が生成される。

【0026】

第１実施形態に係る半導体装置１及びその製造方法によれば、ＳｉＣ半導体基板１０上の第２の電極１８を封止するように第１の樹脂部２０を設けることにより、ＷＬ－ＣＳＰにおいてＳｉＣを半導体基板とする半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。また、ＳｉＣ半導体基板１０を薄くして低オン抵抗化を図ろうとする際に、第１の樹脂部２０を支持基体とすることができる。これにより、ＳｉＣ半導体基板を含む半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。

【0027】

また、第１実施形態に係る半導体装置１及びその製造方法によれば、第１の樹脂部２０に用いられるフィラー材の径よりも第１の樹脂部２０の膜厚を厚くすることにより、より信頼性を向上させることができる。また、第１の樹脂部２０を形成する際に、マスク材１６の配置位置を調整することにより、第１の電極１２の開口面積通りに第２の電極１８を形成することができる。なお、第１の樹脂部２０としてポリイミドまたはＰＢＯ等を用いた場合には、その厚さを薄くすることができ、応力が小さいという効果が得られる。また、第１の樹脂部２０としてエポキシ樹脂を用いた場合には、エポキシ樹脂が黒色であることにより遮光性が得られ、また機械的強度を強くすることができるという効果が得られる。

【0028】

＜第２実施形態＞

【0029】

図３は、第２実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。

【0030】

第２実施形態の半導体装置１００は、第１実施形態の構成と同様であり、拡散層１１を含むＳｉＣ半導体基板１０と、ＳｉＣ半導体基板１０上に設けられた第１の電極１２とを含む。また、半導体装置１は、更に、第１の電極１２と接する第２の樹脂部１４と、第１の電極１２上に設けられた第２の電極１８と、第１の樹脂部２０と、を含む。第１の樹脂部２０は、ＳｉＣ半導体基板１０の平面サイズと略同じ平面サイズであり、かつ第２の電極１８を封止するように設けられている。

【0031】

次に、第２実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を説明する。第２実施形態に係る半導体装置１００の製造方法は、第２の電極１８を形成する際の所定のマスク材が液状のレジストである点が第１実施形態と異なる。

【0032】

このため、第２実施形態の製造方法により製造された半導体装置１００の第２の電極１８の厚さは、第１実施形態の製造方法により製造された半導体装置１の第２の電極１８の厚さよりも薄い。また、同様に、第２実施形態の製造方法により製造された半導体装置１００の第１の樹脂部２０の厚さは、第１実施形態の製造方法により製造された半導体装置１の第１の樹脂部２０の厚さよりも薄い。

【0033】

なお、第２実施形態の半導体装置及びその製造方法の他の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0034】

第２実施形態に係る半導体装置１００及びその製造方法によれば、ＳｉＣ半導体基板１０上の第２の電極１８を封止するように第１の樹脂部２０を設けることにより、ＷＬ－ＣＳＰにおいてＳｉＣを半導体基板とする半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。また、第２の電極１８を形成する際に所定のマスク材として液状のレジストを用いるため、製造コストを低減させることができる。

【0035】

＜第３実施形態＞

【0036】

図４は、第３実施形態に係る半導体装置２００の断面図である。

【0037】

第３実施形態に係る半導体装置２００は、第１実施形態の半導体装置１又は第２実施形態の半導体装置１００の構成に加え、第１の電極１２及び第２の電極１８と接するように設けられた第３の樹脂部１５を更に備える。また、図４に示されるように、第３の樹脂部１５の開口は、第２の樹脂部１４の開口よりも狭い。

【0038】

次に、第３実施形態に係る半導体装置２００の製造方法を説明する。

【0039】

第３実施形態に係る半導体装置２００の製造方法は、第１実施形態の製造方法又は第２実施形態の製造方法に加え、ＳｉＣ半導体基板１０と第１の電極１２と第１の電極１２と接する第２の樹脂部１４とを含む基板に対して、第２の樹脂部１４の開口よりも狭い開口を有する第３の樹脂部１５を形成する工程を更に含む。

【0040】

具体的には、図２Ａに示されるような、拡散層１１を含むＳｉＣ半導体基板１０の製造プロセスが完了した半導体ウエハである基板に対して、第２の樹脂部１４の開口よりも狭い開口を有する第３の樹脂部１５を形成する。第３の樹脂部１５は、例えば、ＰＢＯ等の感光性有機系絶縁部材である。

【0041】

そして、第３の樹脂部１５の開口部において露出する第１の電極１２の表面を覆うＵＢＭ膜（図示せず）を形成する。そして、第３の樹脂部１５及びＵＢＭ膜がＳｉＣ半導体基板１０上に形成された後に、第２の電極１８を形成する。

【0042】

なお、第３実施形態の半導体装置及びその製造方法の他の構成については、第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0043】

第３実施形態に係る半導体装置２００及びその製造方法によれば、ＳｉＣ半導体基板１０上の第２の電極１８を封止するように第１の樹脂部２０を設けることにより、ＷＬ－ＣＳＰにおいてＳｉＣを半導体基板とする半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。また、第３の樹脂部１５を設けることにより、ウェハボンディングとして必要最低限の第２の電極１８を設けることができる。具体的には、第３の樹脂部１５の開口は、第２の樹脂部１４の開口よりも狭くすることが可能であるため、第２の電極１８に用いる金属の量を節減することができる。これにより、第２の電極１８を形成する際の電気めっきの際の電源の電力量を低減させることができる。

【符号の説明】

【0044】

１，１００，２００ 半導体装置
１０ ＳｉＣ半導体基板
１１ 拡散層
１２ 第１の電極
１４ 第２の樹脂部
１５ 第３の樹脂部
１６ マスク材
１８ 第２の電極
２０ 第１の樹脂部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】