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JP2014032985A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2014032985A JP2012170806A JP2012170806A JP2014032985A JP 2014032985 A JP2014032985 A JP 2014032985A JP 2012170806 A JP2012170806 A JP 2012170806A JP 2012170806 A JP2012170806 A JP 2012170806A JP 2014032985 A JP2014032985 A JP 2014032985A
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electrode
pad electrode
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gate
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Kazunori Fuji
和則 富士
Takuichi Otsuka
拓一 大塚
Yukinori Yamashita
是知 山下
Mark Evans Tristan
マーク エバンス トリスタン
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Rohm Co Ltd
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Abstract

【課題】表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置を提供する。
【解決手段】第1絶縁基板70と、第1絶縁基板70上に配置され、第1半導体基板26Tと、第1半導体基板26Tの表面上に配置されたソースパッド電極SPおよびゲートパッド電極GPと、第1半導体基板26Tの裏面上に配置されたドレインパッド電極とを有する第1半導体デバイス10T1・10T2と、第1絶縁基板70上に配置され、第2半導体基板26Dと、第2半導体基板26Dの表面上に配置されたアノード電極Aと、第2半導体基板26Dの裏面上に配置されたカソード電極とを有する第2半導体デバイス10D1とを備え、ドレインパッド電極と第1絶縁基板70、カソード電極と第1絶縁基板70は、表面活性化接合される。
【選択図】図2
Provided is a semiconductor device in which process temperature is lowered, pressurization pressure is reduced, and process time is shortened by surface activated bonding.
A first insulating substrate, a first semiconductor substrate and a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on a surface of the first semiconductor substrate. The first semiconductor devices 10T 1 and 10T 2 having drain pad electrodes disposed on the back surface of the first semiconductor substrate 26T, the second semiconductor substrate 26D, and the second semiconductor disposed on the first insulating substrate 70 A second semiconductor device 10D 1 having an anode electrode A disposed on the front surface of the substrate 26D and a cathode electrode disposed on the back surface of the second semiconductor substrate 26D. The drain pad electrode and the first insulating substrate 70 are provided. The cathode electrode and the first insulating substrate 70 are surface-activated bonded.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に表面活性化接合による半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using surface activated bonding and a manufacturing method thereof.

現在多くの研究機関において、シリコンカーバイド(SiC:Silicon Carbide)デバイスの研究開発が行われている。SiCデバイスの特徴として、低オン抵抗、高速スイッチングおよび高温動作などを挙げることができる。   Currently, many research institutions are conducting research and development of silicon carbide (SiC) devices. Characteristics of the SiC device include low on-resistance, high-speed switching, and high-temperature operation.

従来、半導体パワーモジュールの分野で使用されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などのSiデバイスでは、動作可能な温度範囲が150℃程度までであるため、従来のSn−Ag系などの低融点半田を使用しても駆動することが可能であった。   Conventionally, in an Si device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) used in the field of semiconductor power modules, the operable temperature range is up to about 150 ° C., so the conventional Sn-Ag system It was possible to drive even using low melting point solder such as.

しかしながら、SiCデバイスでは、理論的に、約400℃まで動作可能であり、従来の低融点半田を使用する場合、SiCデバイスを高温で駆動すると、低融点半田による結合部が溶融し、電極間のショート、SiCデバイスとベースプレート間の剥離などを生じ、SiCデバイスの信頼性を損なうものとなっていた。   However, the SiC device can theoretically operate up to about 400 ° C. When the conventional low melting point solder is used, when the SiC device is driven at a high temperature, the joint portion by the low melting point solder is melted, and the gap between the electrodes is melted. Short-circuiting, peeling between the SiC device and the base plate, and the like have occurred, impairing the reliability of the SiC device.

このため、SiCデバイスを高温で駆動することができず、SiCデバイスの特徴を最大限に生かすことができなかった。   For this reason, the SiC device cannot be driven at a high temperature, and the characteristics of the SiC device cannot be fully utilized.

また、現在はこの高融点の接合などが盛んに開発されているが、量産を考慮した場合、プロセス時間が長く量産性に向いておらず、さらにプロセス温度も高いため、モジュールを作製する際に使用される個々の材料の熱膨張係数の違いにより、材料に余分なストレスがかかり、信頼性の確保ができない。   At present, this high melting point bonding is actively developed, but considering mass production, the process time is not suitable for mass production and the process temperature is high. Due to the difference in thermal expansion coefficient of each material used, extra stress is applied to the material, and reliability cannot be ensured.

SiCデバイスの相互接続方法および低熱抵抗パッケージについては、既に開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。特許文献1および特許文献2においては、SiCデバイスを収容するパッケージの形成方法が開示されており、SiCデバイスは、他の部品若しくは導電性表面に対して、液相拡散(TLP:Transient Liquid Phase)接合技術を用いて結合されている。   A method for interconnecting SiC devices and a low thermal resistance package have already been disclosed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method of forming a package that accommodates a SiC device, and the SiC device is liquid phase diffusion (TLP: Transient Liquid Phase) with respect to other components or conductive surfaces. Bonded using bonding technology.

一方、Snおよび/又はPbを含んでなり、融点が比較的低い、例えば、430℃以下の複合はんだ物品については、既に開示されている(例えば、特許文献3参照。)。特許文献3においては、半田合金が基本半田より小さい液相と固相の温度差を有することを特徴とする。   On the other hand, a composite solder article comprising Sn and / or Pb and having a relatively low melting point, for example, 430 ° C. or lower has already been disclosed (for example, see Patent Document 3). Patent Document 3 is characterized in that the solder alloy has a smaller temperature difference between the liquid phase and the solid phase than the basic solder.

さらに、ウエハレベルのソルダ・トランスファ技術を用いた金属トランスファMEMSパッケージについても、既に開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。非特許文献1においては、相対的に薄いNi−Sn層を用いて、デバイスウェハとパッケージキャップとをTLP技術により、結合している。   Further, a metal transfer MEMS package using a wafer level solder transfer technology has already been disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, a device wafer and a package cap are bonded by TLP technology using a relatively thin Ni—Sn layer.

また、半導体素子を裏面から冷却器を介して液体冷却する機器についても開示されている(例えば、特許文献4参照。)。   An apparatus that cools a semiconductor element from the back surface via a cooler is also disclosed (for example, see Patent Document 4).

また、常温接合法を用いて形成した半導体素子モジュールについても開示されている(例えば、特許文献5参照。)。   Further, a semiconductor element module formed by using a room temperature bonding method is also disclosed (for example, see Patent Document 5).

国際公開第WO2006/074165号International Publication No. WO2006 / 074165 米国特許出願公開第US2006/0151871号明細書US Patent Application Publication No. US2006 / 0151871 特表平04−503480号Special table hei 04-503480 特開2010−245329号公報JP 2010-245329 A 特開2008−47736号公報JP 2008-47736 A

ワレン シー・ウエルシュ3世、ジュンセオク チャエ、カーリル ナジャフィ著「ウエハレベルのソルダ・トランスファ技術を用いた金属トランスファMEMSパッケージ」、米国電気電子協会 トランザクション オン アドバンスド パッケージング,28巻、ナンバー4、2005年11月、643−649ページ(Warren C. Welch, III, Junseok Chae, and Khalil Najafi, “Transfer of Metal MEMS Packages Using a Wafer-Level Solder Transfer Technique”, IEEE TRANSACTION ON ADVANCED PACKAGING, VOL, 28, NO.4, NOVEMBER 2005, pp. 643-649)“Metal Transfer MEMS Package Using Wafer Level Solder Transfer Technology” by Valenci Welsch III, Junseok Chae, Carlil Najafi, American Electrical and Electronics Association Transactions on Advanced Packaging, Vol. 28, No. 4, November 2005 643-649 (Warren C. Welch, III, Junseok Chae, and Khalil Najafi, “Transfer of Metal MEMS Packages Using a Wafer-Level Solder Transfer Technique”, IEEE TRANSACTION ON ADVANCED PACKAGING, VOL, 28, NO.4, NOVEMBER 2005, pp. 643-649)

現在Pbフリーの要求を満たすために、一般的には、低融点半田であるSn−Ag半田などが使用されている。しかし上記で述べたように、低融点半田では、最大でも230℃程度と融解温度が低く、SiCのような高温駆動が可能なデバイスでは使用することができない。   Currently, Sn-Ag solder, which is a low melting point solder, is generally used to satisfy the Pb-free requirement. However, as described above, the low melting point solder has a melting temperature as low as about 230 ° C., and cannot be used in a device capable of high temperature driving such as SiC.

本発明の目的は、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a process temperature is lowered, a pressurizing pressure is reduced, and a process time is shortened by surface activated bonding, and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に配置され、第1半導体基板と、前記第1半導体基板の表面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記第1半導体基板の裏面上に配置されたドレインパッド電極とを有する第1半導体デバイスと、前記第1絶縁基板上に配置され、第2半導体基板と、前記第2半導体基板の表面上に配置されたアノード電極と、前記第2半導体基板の裏面上に配置されたカソード電極とを有する第2半導体デバイスとを備え、前記ドレインパッド電極と前記第1絶縁基板、前記カソード電極と前記第1絶縁基板は、表面活性化接合される半導体装置半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention for achieving the above object, the first insulating substrate is disposed on the first insulating substrate, and the first semiconductor substrate is disposed on the surface of the first semiconductor substrate. A first semiconductor device having a source pad electrode and a gate pad electrode, and a drain pad electrode disposed on the back surface of the first semiconductor substrate; a second semiconductor substrate disposed on the first insulating substrate; A second semiconductor device having an anode electrode disposed on the surface of the second semiconductor substrate and a cathode electrode disposed on the back surface of the second semiconductor substrate, the drain pad electrode and the first insulating substrate; A semiconductor device is provided in which the cathode electrode and the first insulating substrate are surface-activated bonded.

本発明の他の態様によれば、第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上にフリップチップに配置され、第1半導体基板と、前記第1半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記第1半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する第1半導体デバイスと、前記第1絶縁基板上に配置され、第2半導体基板と、前記第2半導体基板の裏面上に配置されたアノード電極と、前記第2半導体基板の表面上に配置されたカソード電極とを有する第2半導体デバイスとを備え、前記ゲートパッド電極と前記前記第1絶縁基板、前記ソースパッド電極と前記第1絶縁基板、前記アノード電極と前記第1絶縁基板は、表面活性化接合される半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a first insulating substrate, a flip-chip disposed on the first insulating substrate, a first semiconductor substrate, and a source pad electrode disposed on the back surface of the first semiconductor substrate. And a first semiconductor device having a gate pad electrode and a drain pad electrode disposed on the surface of the first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate disposed on the first insulating substrate, and the second semiconductor. A second semiconductor device having an anode electrode disposed on the back surface of the substrate and a cathode electrode disposed on the surface of the second semiconductor substrate, the gate pad electrode, the first insulating substrate, A semiconductor device is provided in which the source pad electrode and the first insulating substrate, and the anode electrode and the first insulating substrate are surface-activated bonded.

本発明の他の態様によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された信号配線電極と、前記絶縁基板上に若しくは前記絶縁基板を貫通して配置されたパワー配線電極と、前記絶縁基板上にフリップチップに配置され、半導体基板と、前記半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する半導体デバイスとを備え、前記信号配線電極と前記ゲートパッド電極、前記ソースパッド電極と前記パワー配線電極は、表面活性化接合される半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, an insulating substrate, a signal wiring electrode disposed on the insulating substrate, a power wiring electrode disposed on or through the insulating substrate, and the insulating substrate A semiconductor device disposed on a substrate in a flip chip and having a semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on a back surface of the semiconductor substrate, and a drain pad electrode disposed on a surface of the semiconductor substrate There is provided a semiconductor device in which the signal wiring electrode and the gate pad electrode, the source pad electrode and the power wiring electrode are surface-activated bonded.

本発明の他の態様によれば、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された信号配線電極と、前記絶縁基板上に若しくは前記絶縁基板を貫通して配置されたパワー配線電極と、前記絶縁基板上にフリップチップに配置され、半導体基板と、前記半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する半導体デバイスと、前記ゲートパッド電極上に配置されたゲートコネクタと、前記ソースパッド電極上に配置されたソースコネクタとを備え、前記ゲートコネクタと前記ゲートパッド電極および前記信号配線電極、前記ソースコネクタと前記ソースパッド電極および前記パワー配線電極は、表面活性化接合される半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, an insulating substrate, a signal wiring electrode disposed on the insulating substrate, a power wiring electrode disposed on or through the insulating substrate, and the insulating substrate A semiconductor device disposed on a substrate in a flip chip and having a semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on a back surface of the semiconductor substrate, and a drain pad electrode disposed on a surface of the semiconductor substrate A gate connector disposed on the gate pad electrode, and a source connector disposed on the source pad electrode, the gate connector, the gate pad electrode and the signal wiring electrode, the source connector and the source. A semiconductor device in which the pad electrode and the power wiring electrode are surface-activated bonded is provided.

本発明の他の態様によれば、真空下若しくは不活性ガス下において、半導体デバイスおよび前記半導体デバイスと相対する被接合部金属とを、前記半導体デバイスに施された金属を介して、若しくは前記半導体デバイスの表面そのものに対して、前記被接合部金属の表面と共に、表面活性化処理する工程と、真空下若しくは不活性ガス下において、前記半導体デバイスと前記被接合部金属間に第1圧力を印加して、仮接合する工程と、大気圧下において、前記半導体デバイスおよび前記被接合部金属間に第2圧力を印加し、かつ低温加熱して、前記半導体デバイスおよび前記被接合部金属間に表面活性化接合を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, under vacuum or inert gas, a semiconductor device and a metal to be bonded opposed to the semiconductor device are passed through the metal applied to the semiconductor device or the semiconductor. A surface activation process is performed on the surface of the device together with the surface of the metal to be bonded, and a first pressure is applied between the semiconductor device and the metal to be bonded in a vacuum or under an inert gas. And applying a second pressure between the semiconductor device and the metal to be bonded and applying a low temperature to the surface between the semiconductor device and the metal to be bonded under atmospheric pressure. There is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming an activated junction.

本発明によれば、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device in which a process temperature is lowered, a pressurizing pressure is reduced, and a process time is shortened by surface activated bonding, and a manufacturing method thereof.

第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。FIG. 2 is a schematic plan pattern configuration diagram of the semiconductor device according to the first embodiment. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line II in FIG. 1. 第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional structure diagram illustrating a semiconductor device according to Modification Example 1 of the first embodiment, taken along line II in FIG. 1. 第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional structure diagram of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment, taken along line II in FIG. 1. 第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional structure diagram illustrating a semiconductor device according to Modification 3 of the first embodiment, taken along line II in FIG. 1. 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram for explaining a process of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に適用する表面活性化接合工程の説明であって、(a)チャンバ内において2つの金属材料が互いに対向し、対向する表面のいずれか若しくは両方に、表面活性化工程を実施する様子を示す模式的断面構造図、(b)チャンバ内において2つの金属材料が互いに対向して接触し、低加圧下で、接触界面が変形した様子を示す模式的断面構造図、(c)大気圧下において、2つの金属材料が互いに対向して接触し、低温加熱・低加圧下で、接触界面が完全に消失し、1つの境界面のみが形成された様子を示す模式的断面構造図、(d)境界面が除去されてシームレスな表面活性化接合が形成された様子を示す模式的断面構造図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is description of the surface activation joining process applied to the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment, Comprising: (a) Two metal materials oppose each other in a chamber, Either or both of the opposing surfaces Fig. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram showing how the surface activation process is performed, (b) a schematic diagram showing how the two metal materials are in contact with each other in the chamber and the contact interface is deformed under low pressure. (C) Under atmospheric pressure, two metal materials contact each other, and under low temperature heating and low pressure, the contact interface disappears completely and only one interface is formed. FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a state, and (d) a schematic cross-sectional structure diagram showing a state in which a boundary surface is removed and a seamless surface activated bonding is formed. 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、表面活性化接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例と、相対的に高加圧・高加熱の固相拡散接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例との比較例。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, a temperature profile example and a pressure profile example in the surface activation bonding process, a temperature profile example in a relatively high pressure and high heating solid phase diffusion bonding process, and Comparison example with pressure profile example. 第1の実施の形態に係る半導体装置に適用される実装基板の模式的断面構造図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram of a mounting substrate applied to the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置に適用される半導体基板の模式的断面構造図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor substrate applied to the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置に適用する半導体デバイスの例であって、SiC・MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram of a SiC • MOSFET, which is an example of a semiconductor device applied to the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置に適用する半導体デバイスの例であって、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPを含むSiC・MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram of an SiC MOSFET that includes a source pad electrode SP and a gate pad electrode GP, which is an example of a semiconductor device applied to the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る半導体装置を適用して構成された3相交流インバータの模式的回路構成図。The typical circuit block diagram of the three-phase alternating current inverter comprised by applying the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 図14のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 15 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG. 14. 第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置であって、図14のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 15 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line II-II in FIG. 14, which is a semiconductor device according to Modification 1 of the second embodiment. 第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図14のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 15 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor device according to Modification 2 of the second embodiment, taken along line II-II in FIG. 14. 第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional structure diagram for explaining one process of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment. 第3の実施の形態に係る半導体装置に搭載する半導体デバイスの模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the semiconductor device mounted in the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る半導体装置に搭載する半導体デバイスの模式的鳥瞰構造図。The typical bird's-eye view structure figure of the semiconductor device mounted in the semiconductor device concerning a 3rd embodiment. 図19のIII−III線に沿う模式的断面構造図。The typical cross-section figure which follows the III-III line | wire of FIG. 第3の実施の形態に係る半導体装置を搭載する絶縁基板の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the insulated substrate which mounts the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 図22の絶縁基板上に複数の半導体デバイスをフリップチップに搭載した様子を説明する模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram explaining a mode that the several semiconductor device was mounted in the flip chip on the insulated substrate of FIG. 図22の絶縁基板上に複数の半導体デバイスをフリップチップに搭載した実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。FIG. 23 is a schematic planar pattern configuration diagram of a semiconductor device according to an embodiment in which a plurality of semiconductor devices are mounted on a flip chip on the insulating substrate of FIG. 22. 図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 25 is a schematic sectional view taken along line IV-IV in FIG. 24. 図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造であり、かつヒートスプレッダ上に搭載した第3の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図。FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram of the semiconductor device according to the third embodiment, which is a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 24 and mounted on a heat spreader. (a)第3の実施の形態の変形例1に係る半導体装置の模式的鳥瞰構造図、(b)図27(a)のV−V線に沿う模式的断面構造図。(A) Schematic bird's-eye view structure diagram of semiconductor device according to modification 1 of third embodiment, (b) Schematic cross-sectional structure diagram along line VV in FIG. 27 (a). 第3の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor device according to Modification 2 of the third embodiment, taken along line IV-IV in FIG. 24. 第3の実施の形態の変形例3に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor device according to Modification 3 of the third embodiment, taken along line IV-IV in FIG. 24. 第3の実施の形態の変形例4に係る半導体装置の模式的断面構造図。FIG. 16 is a schematic cross-sectional structure diagram of a semiconductor device according to Modification 4 of the third embodiment. ヒートスプレッダ上に搭載した第3の実施の形態の変形例4に係る半導体装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the semiconductor device which concerns on the modification 4 of 3rd Embodiment mounted on the heat spreader. (a)第3の実施の形態の変形例5に係る半導体装置の模式的鳥瞰構造図、(b)図32(a)のVI−VI線に沿う模式的断面構造図。(A) A typical bird's-eye view structure diagram of a semiconductor device concerning modification 5 of a 3rd embodiment, (b) A typical section structure figure which meets a VI-VI line of Drawing 32 (a). ヒートスプレッダ上に搭載した第3の実施の形態の変形例6に係る半導体装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the semiconductor device which concerns on the modification 6 of 3rd Embodiment mounted on the heat spreader. ヒートスプレッダ上に搭載した第3の実施の形態の変形例7に係る半導体装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the semiconductor device which concerns on the modification 7 of 3rd Embodiment mounted on the heat spreader.

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2に示すように表される。
[First embodiment]
A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG. 1, and a schematic cross-sectional structure taken along line II in FIG. 1 is expressed as shown in FIG. The

第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1に示すように、2個のMOSFET(Metal-Oxide- Semiconductor Field Effect Transistor)10T1・10T2と1個のショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)10D1からなる半導体デバイスと2個のMOSFET10T3・10T4と1個のSBD10D2からなる半導体デバイスが1つのパッケージに搭載されるツーインワン(Two in One)構成を有する。しかも、半導体デバイスのソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPおよびアノード電極Aが表面側に配置されたStandard (Face Up Chip)構成を有する。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment includes two MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) 10T 1 and 10T 2 and one Schottky barrier diode (SBD: Schottky). Barrier Diode) has a two-in-one configuration in which a semiconductor device composed of 10D 1 and two MOSFETs 10T 3 and 10T 4 and one SBD 10D 2 are mounted in one package. In addition, the semiconductor device has a Standard (Face Up Chip) configuration in which the source pad electrode SP, the gate pad electrode GP, and the anode electrode A of the semiconductor device are arranged on the surface side.

尚、第1の実施の形態に係る半導体装置は、フォーインワン(Four in One)構成、シックスインワン(Six in One)構成などに形成することも可能である。さらにDC−DCコンバータと組み合わせた構成も可能である。   The semiconductor device according to the first embodiment can be formed in a four-in-one configuration, a six-in-one configuration, or the like. Furthermore, the structure combined with the DC-DC converter is also possible.

第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1および図2に示すように、第1絶縁基板8と、第1絶縁基板8上に配置され、第1半導体基板26Tと、第1半導体基板26Tの表面上に配置されたソースパッド電極SPおよびゲートパッド電極GPと、第1半導体基板26Tの裏面上に配置されたドレインパッド電極(図示省略)とを有する第1半導体デバイス10T1・10T2と、第1絶縁基板8上に配置され、第2半導体基板26Dと、第2半導体基板26Dの表面上に配置されたアノード電極Aと、第2半導体基板26Dの裏面上に配置されたカソード電極(図示省略)とを有する第2半導体デバイス10D1とを備える。ここで、ドレインパッド電極と第1絶縁基板8、カソード電極と第1絶縁基板8は、表面活性化接合される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment is disposed on a first insulating substrate 8, a first insulating substrate 8, a first semiconductor substrate 26T, and a first semiconductor substrate. and the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP disposed on the surface of the 26T, the first semiconductor device 10T 1 · 10T 2 having a drain pad electrode disposed on the back surface of the first semiconductor substrate 26T (not shown) And a second semiconductor substrate 26D, an anode electrode A disposed on the surface of the second semiconductor substrate 26D, and a cathode electrode disposed on the back surface of the second semiconductor substrate 26D. and a second semiconductor device 10D has a (not shown) and 1. Here, the drain pad electrode and the first insulating substrate 8 and the cathode electrode and the first insulating substrate 8 are surface-activated bonded.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1および図2に示すように、第1絶縁基板8上に配置された信号配線電極12Gとゲートパッド電極GPとを接続するボンディングワイヤBL1・BL2とを備える。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment has a bonding wire BL1 that connects the signal wiring electrode 12G disposed on the first insulating substrate 8 and the gate pad electrode GP. -Provided with BL2.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1および図2に示すように、第1絶縁基板8を搭載するヒートスプレッダ100をさらに備え、第1絶縁基板8とヒートスプレッダ100は、表面活性化接合される。   Moreover, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment further includes a heat spreader 100 on which the first insulating substrate 8 is mounted. The first insulating substrate 8 and the heat spreader 100 have surface activation. Bonded.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1および図2に示すように、第1絶縁基板8の表面上に配置された金属層14D・14Kを備え、金属層14D・14Kとドレインパッド電極・カソード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層48D・カソード表面活性化接合層48Kを備えていても良い。   1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment includes metal layers 14D and 14K disposed on the surface of the first insulating substrate 8, and includes the metal layers 14D and 14K. A drain surface activated bonding layer 48D and a cathode surface activated bonding layer 48K formed by surface activated bonding may be provided between the drain pad electrode and the cathode electrode.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1および図2に示すように、第1絶縁基板8の裏面上に配置された金属層6を備え、金属層6とヒートスプレッダ100との間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを備える。従って、第1の実施の形態に係る半導体装置は、シングルサイド冷却構成を有する。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment includes a metal layer 6 disposed on the back surface of the first insulating substrate 8, and includes a metal layer 6 and a heat spreader 100. A heat spreader surface activated bonding layer 48H formed by surface activated bonding is provided therebetween. Therefore, the semiconductor device according to the first embodiment has a single-side cooling configuration.

尚、ドレイン表面活性化接合層48D、カソード表面活性化接合層48Kおよびヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成可能である。   The drain surface activated bonding layer 48D, the cathode surface activated bonding layer 48K, and the heat spreader surface activated bonding layer 48H may be any one or more selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. It can be formed by surface activated bonding between metals.

第1半導体デバイス10T1・10T2・10T3・10T4および第2半導体デバイス10D1・10D2は、SiC系、GaN系、AlN系、ダイヤモンド系、若しくはSi系のいずれかのパワーデバイスで形成可能である。 The first semiconductor devices 10T 1 , 10T 2 , 10T 3 , 10T 4 and the second semiconductor devices 10D 1 , 10D 2 are formed of any one of SiC, GaN, AlN, diamond, or Si power devices. Is possible.

また、第1半導体デバイス10T1・10T2・10T3・10T4および第2半導体デバイス10D1・10D2には、バンドギャップエネルギーが1.1eV〜8eVの半導体を用いることができる。 Further, a semiconductor having a band gap energy of 1.1 eV to 8 eV can be used for the first semiconductor devices 10T 1 , 10T 2 , 10T 3 , 10T 4 and the second semiconductor devices 10D 1 , 10D 2 .

第1絶縁基板70は、AlN、Al23、Si34などで構成されたセラミック基板で形成可能である。第1絶縁基板8の表面・裏面には、例えば銅箔などで形成された金属層6・14を備える。 The first insulating substrate 70 can be formed of a ceramic substrate made of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like. On the front and back surfaces of the first insulating substrate 8, metal layers 6 and 14 formed of, for example, copper foil or the like are provided.

尚、図2に示す第1の実施の形態に係る半導体装置は、モールディング後ケース封止される。   The semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 2 is case-sealed after molding.

(変形例1)
第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図3に示すように表される。
(Modification 1)
In the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment, a schematic cross-sectional structure taken along line II of FIG. 1 is represented as shown in FIG.

第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、ソースパッド電極SP上に配置されたソースコネクタ20T1と、アノード電極A上に配置されたアノードコネクタ20Aとを備え、ソースパッド電極SPとソースコネクタ20T1間、およびアノード電極Aとアノードコネクタ20A間は、表面活性化接合される。 As shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment includes a source connector 20T 1 disposed on the source pad electrode SP, and an anode connector 20A disposed on the anode electrode A. comprising a, between the source pad electrode SP and the source connector 20T 1, and between the anode electrode a and the anode connector 20A is bonded surface activation.

また、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、ソースコネクタ20T1およびアノードコネクタ20A上に面一に配置された第1上面板電極22を備える。 Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment includes a first upper surface plate electrode 22 disposed flush with the source connector 20T 1 and the anode connector 20A.

また、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、ソースコネクタ20T1とソースパッド電極SPおよびアノードコネクタ20Aとアノード電極Aとの間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48Sおよびアノード表面活性化接合層48Aを備えていても良い。 Further, in the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment, as shown in FIG. 3, the surface activation is performed between the source connector 20T 1 and the source pad electrode SP and between the anode connector 20A and the anode electrode A. A source surface activated bonding layer 48S and an anode surface activated bonding layer 48A formed by bonding may be provided.

また、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、第1絶縁基板8上に配置された信号配線電極12Gとゲートパッド電極GPとを接続するボンディングワイヤBL1・BL2とを備える。   In addition, as shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment is a bonding wire that connects the signal wiring electrode 12 </ b> G and the gate pad electrode GP disposed on the first insulating substrate 8. BL1 and BL2.

また、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、第1絶縁基板8を搭載するヒートスプレッダ100をさらに備え、第1絶縁基板8とヒートスプレッダ100は、表面活性化接合される。   Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor device according to Modification 1 of the first embodiment further includes a heat spreader 100 on which the first insulating substrate 8 is mounted, and the first insulating substrate 8 and the heat spreader 100 are provided on the surface. Activated joining.

また、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図3に示すように、第1絶縁基板8の裏面上に配置された金属層6を備え、金属層6とヒートスプレッダ100との間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを備える。   Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor device according to Modification 1 of the first embodiment includes a metal layer 6 disposed on the back surface of the first insulating substrate 8, and includes the metal layer 6 and the heat spreader 100. In the meantime, a heat spreader surface activated bonding layer 48H formed by surface activated bonding is provided.

第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、ダブルサイド冷却構成を有する。   The semiconductor device according to the first modification of the first embodiment has a double side cooling configuration.

尚、ドレイン表面活性化接合層48D、カソード表面活性化接合層48Kおよびヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成可能である。   The drain surface activated bonding layer 48D, the cathode surface activated bonding layer 48K, and the heat spreader surface activated bonding layer 48H may be any one or more selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. It can be formed by surface activated bonding between metals.

尚、図3に示す第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、モールディング後ケース封止される。   The semiconductor device according to the first modification of the first embodiment shown in FIG. 3 is case-sealed after molding.

第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置において、ソース表面活性化接合層48S、ドレイン表面活性化接合層48D、カソード表面活性化接合層48Kおよびアノード表面活性化接合層48Aは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。   In the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment, the source surface activated bonding layer 48S, the drain surface activated bonding layer 48D, the cathode surface activated bonding layer 48K, and the anode surface activated bonding layer 48A are made of Cu. , Ag, Au, Ti, Ni, or a combination of one or a plurality of metals selected from a combination of Al and surface activated bonding.

ヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。   The heat spreader surface activated bonding layer 48H is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni or Al.

また、ソースコネクタ20T1・20T2およびアノードコネクタ20Aは、Al、Cu、CuMo、CuW、若しくはAlSiCのいずれかで形成される。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。 The source connectors 20T 1 and 20T 2 and the anode connector 20A are formed of any one of Al, Cu, CuMo, CuW, and AlSiC. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(変形例2)
第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図4に示すように表される。
(Modification 2)
4 is a semiconductor device according to Modification 2 of the first embodiment, and a schematic cross-sectional structure taken along line II of FIG. 1 is represented as shown in FIG.

第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図4に示すように、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPおよびアノード電極A上に配置された第2絶縁基板8を備え、ソースパッド電極SPと第2絶縁基板8、ゲートパッド電極GPと第2絶縁基板8、アノード電極Aと第2絶縁基板8は、表面活性化接合される。   As shown in FIG. 4, the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment includes the second insulating substrate 8 disposed on the source pad electrode SP, the gate pad electrode GP, and the anode electrode A, and the source The pad electrode SP and the second insulating substrate 8, the gate pad electrode GP and the second insulating substrate 8, and the anode electrode A and the second insulating substrate 8 are surface-activated bonded.

第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図4に示すように、第2絶縁基板8の裏面に配置された金属層14G・14S・14Aを備え、金属層14Sとソースパッド電極SP、金属層14Gとゲートパッド電極GPおよび金属層14Aとアノード電極Aとの間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48S、ゲート表面活性化接合層48Gおよびアノード表面活性化接合層48Aを備えていても良い。   As shown in FIG. 4, the semiconductor device according to Modification 2 of the first embodiment includes metal layers 14G, 14S, and 14A disposed on the back surface of the second insulating substrate 8, and includes the metal layer 14S and the source pad. Source surface activated bonding layer 48S, gate surface activated bonding layer 48G and anode surface formed by surface activated bonding between electrode SP, metal layer 14G and gate pad electrode GP, and metal layer 14A and anode electrode A An activated bonding layer 48A may be provided.

第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図4に示すように、ダブルサイド冷却構成でかつワイヤレス絶縁モジュールの構成を備える。   As shown in FIG. 4, the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment has a double-side cooling configuration and a wireless insulation module configuration.

第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置において、ソース表面活性化接合層48S、ゲート表面活性化接合層48G、アノード表面活性化接合層48Aは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   In the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment, the source surface activation bonding layer 48S, the gate surface activation bonding layer 48G, and the anode surface activation bonding layer 48A are Cu, Ag, Au, Ti, Ni Alternatively, it is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Al. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(変形例3)
第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置であって、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図5に示すように表される。
(Modification 3)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure of the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment, taken along the line I-I in FIG. 1.

第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置は、図5に示すように、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPおよびアノード電極A上に配置された第2上面板電極22を備え、ソースパッド電極SPと第2上面板電極22、ゲートパッド電極GPと第2上面板電極22G、アノード電極Aと第2上面板電極22は、表面活性化接合される。ここで、第2上面板電極22Gは、第2上面板電極22内に、絶縁層22Iを介して第2上面板電極22と絶縁されて埋め込まれている。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment includes the second upper surface plate electrode 22 disposed on the source pad electrode SP, the gate pad electrode GP, and the anode electrode A, The source pad electrode SP and the second upper surface plate electrode 22, the gate pad electrode GP and the second upper surface plate electrode 22G, and the anode electrode A and the second upper surface plate electrode 22 are surface-activated bonded. Here, the second upper surface plate electrode 22G is embedded in the second upper surface plate electrode 22 so as to be insulated from the second upper surface plate electrode 22 via the insulating layer 22I.

第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置は、図5に示すように、第2上面板電極22G・22の裏面に配置された金属層14G・14S・14Aを備え、金属層14Sとソースパッド電極SP、金属層14Gとゲートパッド電極GPおよび金属層14Aとアノード電極Aとの間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48S、ゲート表面活性化接合層48Gおよびアノード表面活性化接合層48Aを備えていても良い。尚、金属層14G・14S・14Aは、必ずしも必須ではなく、構成上省略しても良い。この場合には、第2上面板電極22とソースパッド電極SP、第2上面板電極22Gとゲートパッド電極GPおよび第2上面板電極22とアノード電極Aとの間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48S、ゲート表面活性化接合層48Gおよびアノード表面活性化接合層48Aを備えていても良い。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment includes metal layers 14G, 14S, and 14A disposed on the back surfaces of the second upper surface plate electrodes 22G and 22, and the metal layer 14S. And source pad electrode SP, source layer activated bonding layer 48S, gate surface activated bonding layer 48G formed by surface activated bonding between metal layer 14G and gate pad electrode GP, and metal layer 14A and anode electrode A. And an anode surface activation bonding layer 48A. The metal layers 14G, 14S, and 14A are not necessarily essential, and may be omitted from the configuration. In this case, the second upper surface plate electrode 22 and the source pad electrode SP, the second upper surface plate electrode 22G and the gate pad electrode GP, and the second upper surface plate electrode 22 and the anode electrode A are formed by surface activation bonding. The source surface activated bonding layer 48S, the gate surface activated bonding layer 48G, and the anode surface activated bonding layer 48A may be provided.

第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置は、図5に示すように、ダブルサイド冷却構成でかつワイヤレスモジュールの構成を備える。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment has a double-side cooling configuration and a wireless module configuration.

第1の実施の形態の変形例3に係る半導体装置において、ソース表面活性化接合層48S、ゲート表面活性化接合層48G、アノード表面活性化接合層48Aは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   In the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment, the source surface activation bonding layer 48S, the gate surface activation bonding layer 48G, and the anode surface activation bonding layer 48A are Cu, Ag, Au, Ti, Ni Alternatively, it is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Al. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(表面活性化接合工程)
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造は、図6に示すように表される。
(Surface activated bonding process)
A schematic cross-sectional structure for explaining one step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程として、表面活性化接合工程は、真空下若しくは不活性ガス下において、半導体デバイスおよび半導体デバイスと相対する被接合部金属とを、半導体デバイスに施された金属を介して、若しくは半導体デバイスの表面そのものに対して、被接合部金属の表面と共に、表面活性化処理する工程と、真空下若しくは不活性ガス下において、半導体デバイスと被接合部金属間に第1圧力Pを印加して、仮接合する工程と、大気圧下において、半導体デバイスおよび被接合部金属間に第2圧力P1を印加し、かつ低温加熱して、半導体デバイスおよび被接合部金属間に表面活性化接合を形成する工程とを有する。   As one step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the surface activated bonding step is a step in which a semiconductor device and a metal to be bonded opposed to the semiconductor device are subjected to a semiconductor in a vacuum or under an inert gas. Surface activation treatment with the metal applied to the device or the surface of the semiconductor device itself, together with the surface of the metal to be bonded, and bonding with the semiconductor device under vacuum or inert gas A step of applying a first pressure P between the metal parts and temporarily bonding, and applying a second pressure P1 between the semiconductor device and the metal part to be joined under atmospheric pressure and heating at a low temperature, Forming a surface activated bond between the metal to be bonded.

表面活性化接合を形成する第2圧力は、大気圧以上10MPa以下である。   The second pressure for forming the surface activated bond is not less than atmospheric pressure and not more than 10 MPa.

表面活性化接合を形成する温度は、室温以上150℃以下である。   The temperature for forming the surface activated bonding is from room temperature to 150 ° C.

第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程として、表面活性化接合工程は、図6に示すように、チャック400に貼り付けられた絶縁基板8と、チップポケット500内に収納された第1半導体デバイス10T1・10T2および第2半導体デバイス10D1とを対向させて、チャンバ300内に配置し、絶縁基板8の裏面に配置された金属層14D・14K・14Dの表面を、表面活性化処理する。また、チップポケット500は、弾性、伸縮性のある材料で形成することが、面活性化接合を形成する上で望ましい。 As one step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the surface activation bonding step includes an insulating substrate 8 attached to the chuck 400 and a chip pocket 500 as shown in FIG. The first semiconductor devices 10T 1 and 10T 2 and the second semiconductor device 10D 1 that are formed are opposed to each other in the chamber 300, and the surfaces of the metal layers 14D, 14K, and 14D disposed on the back surface of the insulating substrate 8 are , Surface activation treatment. Further, it is desirable that the chip pocket 500 be formed of an elastic and stretchable material in order to form the surface activated bonding.

表面活性化処理(SAB:Surface Activated Bonding)の方法としては、例えば、プラズマ処理、FIB(Focused Ion Beam)などのイオンビーム処理、レーザービーム処理、光化学反応処理などを適用可能である。第1の実施の形態においては、Ar+イオンによるプラズマ処理を実施している。 As a surface activation bonding (SAB) method, for example, plasma processing, ion beam processing such as FIB (Focused Ion Beam), laser beam processing, photochemical reaction processing, or the like can be applied. In the first embodiment, plasma processing using Ar + ions is performed.

すなわち、Ar+イオンを用いて金属層14D・14K・14Dの表面を、表面活性化処理する。 That is, surface activation treatment is performed on the surfaces of the metal layers 14D, 14K, and 14D using Ar + ions.

次に、第1半導体デバイス10T1のドレイン面・第2半導体デバイス10D1のカソード面・第1半導体デバイス10T1のドレイン面に対向させて、金属層14D・14K・14Dの表面を配置し、第1圧力Pを印加して、仮接合を形成する。 Next, to face the cathode surface, a first drain surface of the semiconductor device 10T 1 of the drain surface, the second semiconductor device 10D 1 of the first semiconductor device 10T 1, arranged surface of the metal layer 14D-14K-14D, A first pressure P is applied to form a temporary bond.

次に、大気圧下において、金属層14D・14K・14Dと第1半導体デバイス10T1・第2半導体デバイス10D1・第1半導体デバイス10T1間に第2圧力P1を印加し、かつ低温加熱して、金属層14D・14K・14Dと第1半導体デバイス10T1・第2半導体デバイス10D1・第1半導体デバイス10T1間に表面活性化接合を形成する。 Then, under atmospheric pressure, the second pressure P1 is applied between the metal layer 14D · 14K · 14D and the first semiconductor device 10T 1 · second semiconductor device 10D 1 · first semiconductor device 10T 1, and a low temperature heating Te, to form a surface activated bonding between the metal layer 14D · 14K · 14D and the first semiconductor device 10T 1 · second semiconductor device 10D 1 · first semiconductor device 10T 1.

結果として、図2に示すように、表面活性化接合によってドレイン表面活性化接合層48D・カソード表面活性化接合層48K・ドレイン表面活性化接合層48Dにより、金属層14D・14K・14Dと第1半導体デバイス10T1・第2半導体デバイス10D1・第1半導体デバイス10T1間に強固な接合が形成される。 As a result, as shown in FIG. 2, the drain surface activated bonding layer 48D, the cathode surface activated bonding layer 48K, the drain surface activated bonding layer 48D, and the first metal layers 14D, 14K, and 14D are formed by surface activated bonding. A strong junction is formed between the semiconductor device 10T 1 , the second semiconductor device 10D 1, and the first semiconductor device 10T 1 .

尚、表面活性化接合を形成する対向する金属材料の表面上に、Cu、Ag、Au、Ti、Ni、Alなどを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成した後、実際の表面活性化処理を実施しても良い。   In addition, after forming Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, etc. on the surface of the opposing metal material which forms a surface activation joining, using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum evaporation technique, it is actual. A surface activation treatment may be performed.

或いは、表面活性化接合を形成する対向する金属材料の表面そのものに表面活性化処理を実施しても良い。   Alternatively, the surface activation treatment may be performed on the surface of the opposing metal material forming the surface activated bonding.

表面活性化接合工程においては、チャンバ300内において、接合させる表面をAr+のプラズマに晒し、表面活性化する。 In the surface activated bonding process, the surfaces to be bonded are exposed to Ar + plasma in the chamber 300 to activate the surfaces.

次に、チャンバ300内において、接合させる表面を接触させて、相対的に低い圧力で仮接合を形成する。   Next, in the chamber 300, the surfaces to be bonded are brought into contact with each other to form a temporary bond with a relatively low pressure.

次に、大気圧下で、仮接合面に相対的に低い圧力(例えば、約大気圧〜約10MPa)と、例えば、室温〜約150℃程度の熱を与え、2つの材料を表面活性化接合させる。   Next, under atmospheric pressure, a relatively low pressure (for example, about atmospheric pressure to about 10 MPa) and a heat of, for example, room temperature to about 150 ° C. are applied to the temporary bonding surface, and the two materials are surface-activated bonded. Let

第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に適用する表面活性化接合工程の説明であって、チャンバ300内において2つの金属材料M1・M2が互いに対向し、対向する表面のいずれか若しくは両方に、表面活性化処理工程を実施する様子を示す模式的断面構造は図7(a)に示すように表される。   FIG. 4 is a description of a surface activation bonding process applied to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in which two metal materials M1 and M2 face each other in the chamber 300 and either one of the facing surfaces or In both cases, a schematic cross-sectional structure showing a state of performing the surface activation treatment step is expressed as shown in FIG.

更に、チャンバ300内において2つの金属材料M1・M2が互いに対向して接触し、圧力Pの低加圧下で、接触界面BFが塑性変形した様子を示す模式的断面構造は、図7(b)に示すように表される。   Further, a schematic cross-sectional structure showing a state in which the two metal materials M1 and M2 are in contact with each other in the chamber 300 and the contact interface BF is plastically deformed under a low pressure P is shown in FIG. It is expressed as shown in

更に、大気圧下において、2つの金属材料M1・M2が互いに対向して接触し、低温加熱・圧力P1の低加圧下で、接触界面が完全に消失し、1つの境界面BSのみが形成された様子を示す模式的断面構造は、図7(c)に示すように表される。   Furthermore, under the atmospheric pressure, the two metallic materials M1 and M2 are in contact with each other, and under low temperature heating and low pressure of P1, the contact interface is completely lost, and only one boundary surface BS is formed. A schematic cross-sectional structure showing the appearance is expressed as shown in FIG.

更に、境界面が除去されてシームレスな表面活性化接合が形成された様子を示す模式的断面構造は、図7(d)に示すように表される。   Furthermore, a schematic cross-sectional structure showing a state in which the boundary surface is removed and a seamless surface activated bonding is formed is expressed as shown in FIG.

(a)まず、図7(a)に示すように、チャンバ300内において2つの金属材料M1・M2を互いに対向させ、対向する表面のいずれか若しくは両方に、表面活性化処理工程を実施する。ここで、表面活性化処理工程は、Ar+イオンによるプラズマ処理を実施している。 (A) First, as shown in FIG. 7A, two metal materials M1 and M2 are opposed to each other in a chamber 300, and a surface activation treatment process is performed on one or both of the opposed surfaces. Here, in the surface activation treatment step, plasma treatment using Ar + ions is performed.

(b)次に、チャンバ300内において2つの金属材料M1・M2を互いに対向して接触させ、例えば、圧力Pの相対的に低い圧力を印加する。結果として、接触界面BFが塑性変形する。 (B) Next, in the chamber 300, the two metal materials M1 and M2 are brought into contact with each other and, for example, a pressure having a relatively low pressure P is applied. As a result, the contact interface BF is plastically deformed.

(c)次に、図7(c)に示すように、大気圧下で、ヒータ600等で加熱工程を実施しつつ、2つの金属材料M1・M2が互いに対向して接触し、低温加熱・圧力P1の低加圧を実施する。結果として、接触界面BFが完全に消失し、1つの境界面BSのみが形成される。このときの加熱温度は、例えば、室温以上約150℃以下である。圧力は、大気圧以上約10MPa以下である。 (C) Next, as shown in FIG. 7C, the two metal materials M1 and M2 are brought into contact with each other while being subjected to the heating process with the heater 600 or the like under atmospheric pressure. A low pressurization of the pressure P1 is performed. As a result, the contact interface BF disappears completely and only one boundary surface BS is formed. The heating temperature at this time is, for example, room temperature or higher and about 150 ° C. or lower. The pressure is not less than atmospheric pressure and not more than about 10 MPa.

(d)さらに上記の圧力P1を印加しつつ、加熱工程を実施し続けると、図7(d)に示すように、2つの金属材料M1・M2の境界面BSが除去されてシームレスな表面活性化接合が形成される。 (D) If the heating process is continued while further applying the pressure P1, the boundary surface BS between the two metal materials M1 and M2 is removed as shown in FIG. Formed.

(表面活性化接合と固相拡散接合条件の比較)
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、相対的に低加圧・低加熱の表面活性化接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例と、比較例として固相拡散接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例は、図8に示すように表される。
(Comparison of surface activated bonding and solid phase diffusion bonding conditions)
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the temperature profile example and the pressure profile example in the surface activation bonding process of relatively low pressure and low heating, and the temperature in the solid phase diffusion bonding process as a comparative example An example profile and an example pressure profile are represented as shown in FIG.

固相拡散接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例では、図8に示すように、初期状態において、圧力を約90MPa印加し、この圧力を保持したままで、約5分以内で、常温から350℃まで昇温する。その後、約20分間にわたり約90MPaの圧力と、約350℃の加熱温度を保持させる。その後、約25分間で、圧力を約90MPaから大気圧まで降下させると共に、加熱温度を約350℃から約200℃まで降下する。その後、約25分間で、加熱温度を約200℃から常温まで降下する。図8から明らかなように、加圧・加熱プロセス時間は、約1時間で終了している。   In the temperature profile example and the pressure profile example in the solid phase diffusion bonding process, as shown in FIG. 8, in the initial state, a pressure of about 90 MPa is applied, and the pressure is maintained and the temperature is maintained within about 5 minutes. The temperature is raised to ° C. Thereafter, a pressure of about 90 MPa and a heating temperature of about 350 ° C. are maintained for about 20 minutes. Thereafter, in about 25 minutes, the pressure is decreased from about 90 MPa to atmospheric pressure, and the heating temperature is decreased from about 350 ° C. to about 200 ° C. Thereafter, the heating temperature is lowered from about 200 ° C. to room temperature in about 25 minutes. As is apparent from FIG. 8, the pressurizing / heating process time is completed in about 1 hour.

一方、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法として、相対的に低加圧・低加熱の表面活性化接合工程における温度プロファイル例および圧力プロファイル例では、図8に示すように、加熱温度は、例えば、室温以上約150℃以下である。圧力は、大気圧以上約10MPa以下である。加圧・加熱プロセス時間は、約5分程度で終了している。   On the other hand, in the example of the temperature profile and the example of the pressure profile in the surface activation bonding process of relatively low pressure and low heating as the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. The temperature is, for example, room temperature or higher and about 150 ° C. or lower. The pressure is not less than atmospheric pressure and not more than about 10 MPa. The pressurizing / heating process time is about 5 minutes.

第1の実施の形態に係る半導体装置に適用される実装基板70の模式的断面構造は、図9に示すように表され、適用される半導体基板7の模式的断面構造は、図10に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure of the mounting substrate 70 applied to the semiconductor device according to the first embodiment is represented as shown in FIG. 9, and a schematic cross-sectional structure of the applied semiconductor substrate 7 is shown in FIG. It is expressed as

第1の実施の形態に係る半導体装置において適用される実装基板70の模式的断面構造は、図9に示すように、絶縁基板8の表面および裏面に金属層14・6を形成した構造を備えていても良い。ここで、金属層14・6は、DBC(Direct Bonding Copper)基板やDBA(Direct Brazed Aluminum)などの実装基板70の表面上のCu電極やAl電極で形成されていても良い。これらのCu電極やAl電極をパターニング加工して、絶縁基板8上に信号配線電極12とパワー配線電極16を形成しても良い。或いは、絶縁基板8上に、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術などを用いて信号配線電極12およびパワー配線電極16をパターン形成しても良い。   The schematic cross-sectional structure of the mounting substrate 70 applied in the semiconductor device according to the first embodiment has a structure in which metal layers 14 and 6 are formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 8 as shown in FIG. May be. Here, the metal layers 14 and 6 may be formed of a Cu electrode or an Al electrode on the surface of the mounting substrate 70 such as a DBC (Direct Bonding Copper) substrate or a DBA (Direct Brazed Aluminum). The signal wiring electrode 12 and the power wiring electrode 16 may be formed on the insulating substrate 8 by patterning these Cu electrodes and Al electrodes. Alternatively, the signal wiring electrode 12 and the power wiring electrode 16 may be pattern-formed on the insulating substrate 8 using a plating technique, a sputtering technique, a vacuum deposition technique, or the like.

ドレイン表面活性化接合を形成するためには、基板の平坦性が要求されるため、実装基板70の代わりに、図10に示すように、シリコンウェハなどの半導体基板7も適用可能である。図10の例では、半導体基板7上に、金属層5を形成している。   In order to form the drain surface activation junction, flatness of the substrate is required. Therefore, instead of the mounting substrate 70, a semiconductor substrate 7 such as a silicon wafer can be applied as shown in FIG. In the example of FIG. 10, the metal layer 5 is formed on the semiconductor substrate 7.

金属層14・6・5は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlなどを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成可能である。   The metal layers 14, 6 and 5 can be formed of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, or the like using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum evaporation technique.

第1の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法によれば、低温度プロセスで高融点の表面活性化接合層を形成することができるため、製造工程時に材料へのダメージを低減することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, a high-melting point surface activation bonding layer can be formed by a low temperature process, so that damage to the material can be reduced during the manufacturing process. it can.

第1の実施の形態に係る半導体装置によれば、半導体デバイスを複数個並列に配置した構造を同時プロセスで実現することも可能であるため、大容量化、量産化、工程時間の短縮化、工程の簡略化が容易である。   According to the semiconductor device according to the first embodiment, it is also possible to realize a structure in which a plurality of semiconductor devices are arranged in parallel by a simultaneous process, thereby increasing capacity, mass production, shortening process time, Simplification of the process is easy.

第1の実施の形態の変形例2および3に係る半導体装置においては、表面活性化接合により電極接続を実施しているため、ワイヤボンドレス化が可能である。このため、製造時の信頼性を向上可能であり、また、ボンディングワイヤの有する寄生インダクタンスが低減され、高速スイッチング性能や高周波駆動性能を達成可能である。   In the semiconductor device according to Modifications 2 and 3 of the first embodiment, wire bonding is possible because the electrode connection is performed by surface activated bonding. For this reason, the reliability at the time of manufacture can be improved, the parasitic inductance which a bonding wire has is reduced, and high-speed switching performance and high frequency drive performance can be achieved.

第1の実施の形態の変形例1〜3に係る半導体装置によれば、半導体デバイスを実装基板側と上面板電極22若しくは第2絶縁基板側の両面から冷却する両面冷却構造を実現することができ、放熱性能に優れている。   According to the semiconductor device according to the first to third modifications of the first embodiment, it is possible to realize a double-sided cooling structure that cools the semiconductor device from both the mounting substrate side and the upper surface plate electrode 22 or the second insulating substrate side. It has excellent heat dissipation performance.

(半導体デバイスの構成例)
第1の実施の形態に係る半導体装置1に適用する半導体デバイス10の例として、SiC・MOSFETの模式的断面構造は、図11に示すように、n-高抵抗層からなる半導体基板26と、半導体基板26の表面側に形成されたpベース領域28と、pベース領域28の表面に形成されたソース領域30と、pベース領域28間の半導体基板26の表面上に配置されたゲート絶縁膜32と、ゲート絶縁膜32上に配置されたゲート電極38と、ソース領域30に接続されたソース電極34と、半導体基板26の表面と反対側の裏面に配置されたn+ドレイン領域24と、n+ドレイン領域24に接続されたドレインパッド電極36とを備える。
(Configuration example of semiconductor device)
As an example of the semiconductor device 10 applied to the semiconductor device 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 11, a schematic cross-sectional structure of an SiC MOSFET includes a semiconductor substrate 26 made of an n high resistance layer, A p base region 28 formed on the surface side of the semiconductor substrate 26, a source region 30 formed on the surface of the p base region 28, and a gate insulating film disposed on the surface of the semiconductor substrate 26 between the p base regions 28. 32, a gate electrode 38 disposed on the gate insulating film 32, a source electrode 34 connected to the source region 30, an n + drain region 24 disposed on the back surface opposite to the surface of the semiconductor substrate 26, and a drain pad electrode 36 connected to the n + drain region 24.

図11では、半導体デバイス10は、プレーナゲート型nチャネル縦型SiC・MOSFETで構成されているが、トレンチゲート型nチャネル縦型SiC・MOSFETなどで構成されていても良い。   In FIG. 11, the semiconductor device 10 is composed of a planar gate type n-channel vertical SiC • MOSFET, but may be composed of a trench gate type n-channel vertical SiC • MOSFET.

また、第1の実施の形態に係る半導体装置1に適用する半導体デバイス10には、SiC・MOSFETの代わりに、GaN系FETなどを適用することもできる。   Further, a GaN-based FET or the like can be applied to the semiconductor device 10 applied to the semiconductor device 1 according to the first embodiment instead of the SiC • MOSFET.

第1の実施の形態に係る半導体装置1に適用する半導体デバイス10には、SiC系、GaN系、AlN系、ダイヤモンド系、若しくはSi系のいずれかのパワーデバイスを適用可能である。   As the semiconductor device 10 applied to the semiconductor device 1 according to the first embodiment, any of SiC-based, GaN-based, AlN-based, diamond-based, or Si-based power devices can be applied.

更には、第1の実施の形態に係る半導体装置1に適用する半導体デバイス10には、バンドギャップエネルギーが、例えば、1.1eV〜8eVの半導体を用いることができる。   Furthermore, the semiconductor device 10 applied to the semiconductor device 1 according to the first embodiment can use a semiconductor having a band gap energy of 1.1 eV to 8 eV, for example.

第1の実施の形態に係る半導体装置によれば、表面活性化接合層48G・48S・48D・48Hとして、例えば、金属銀の融点が約960℃と高い耐熱性を備えているため、この表面活性化接合層48G・48S・48D・48HをSiC系FETやGaN系FETなどのパワーデバイスに適用することによって、パワーデバイスを高温で駆動することができる。   According to the semiconductor device according to the first embodiment, the surface activated bonding layers 48G, 48S, 48D, and 48H have, for example, high heat resistance such as the melting point of metallic silver of about 960 ° C. By applying the activated bonding layers 48G, 48S, 48D, and 48H to power devices such as SiC FETs and GaN FETs, the power devices can be driven at high temperatures.

第1の実施の形態に係るに適用する半導体デバイス10の例であって、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPを含むSiC・MOSFETの模式的断面構造は、図12に示すように表される。ゲートパッド電極GPは、ゲート絶縁膜32上に配置されたゲート電極38に接続され、ソースパッド電極SPは、ソース領域30に接続されたソース電極34に接続される。   12 is an example of the semiconductor device 10 applied according to the first embodiment, and a schematic cross-sectional structure of a SiC MOSFET including a source pad electrode SP and a gate pad electrode GP is expressed as shown in FIG. . The gate pad electrode GP is connected to the gate electrode 38 disposed on the gate insulating film 32, and the source pad electrode SP is connected to the source electrode 34 connected to the source region 30.

また、ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPは、図12に示すように、半導体デバイス10の表面を覆うパッシべーション用の層間絶縁膜44上に配置される。尚、ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPの下方の半導体基板26内には、図26の構成例では、図示を省略しているが、図11或いは、図12の中央部と同様に、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。   Further, as shown in FIG. 12, the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are arranged on an interlayer insulating film 44 for passivation covering the surface of the semiconductor device 10. In the semiconductor substrate 26 below the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP, in the configuration example of FIG. 26, illustration is omitted, but as in the central portion of FIG. 11 or FIG. A transistor structure having a structure may be formed.

さらに、図12に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシべーション用の層間絶縁膜44上にソースパッド電極SPが延在して配置されていても良い。或いは、図26の中央部のトランジスタ構造において、パッシべーション用の層間絶縁膜44上にゲートパッド電極GPが延在して配置されていても良い。   Further, as shown in FIG. 12, the source pad electrode SP may be extended and disposed on the passivation interlayer insulating film 44 also in the transistor structure at the center. Alternatively, in the transistor structure in the central portion of FIG. 26, the gate pad electrode GP may be extended and disposed on the passivation interlayer insulating film 44.

(半導体装置を適用した応用例)
次に、図13を参照して、第1の実施の形態に係る半導体装置1を用いて構成した3相交流インバータについて説明する。
(Application examples using semiconductor devices)
Next, a three-phase AC inverter configured using the semiconductor device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図13に示すように、3相交流インバータは、ゲートドライブ部50と、ゲートドライブ部50に接続されたパワーモジュール部52と、3相交流モータ部54とを備える。パワーモジュール部52は、3相交流モータ部54のU相、V相、W相に対応して、U、V、W相のインバータが接続されている。   As shown in FIG. 13, the three-phase AC inverter includes a gate drive unit 50, a power module unit 52 connected to the gate drive unit 50, and a three-phase AC motor unit 54. The power module unit 52 is connected to U, V, and W phase inverters corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the three-phase AC motor unit 54.

尚、図13においては、ゲートドライブ部50は、トランジスタQ1・Q2のゲート電極にのみ接続されているが、トランジスタQ3・Q4のゲート電極、トランジスタQ5・Q6のゲート電極に対しても同様に接続されている。   In FIG. 13, the gate drive unit 50 is connected only to the gate electrodes of the transistors Q1 and Q2, but is similarly connected to the gate electrodes of the transistors Q3 and Q4 and the gate electrodes of the transistors Q5 and Q6. Has been.

パワーモジュール部52は、コンデンサCが接続されたプラス端子(+)とマイナス端子(−)間に、インバータ構成のSiC・MOSFETQ1・Q2、Q3・Q4、およびQ5・Q6が接続されている。さらに、SiC・MOSFETQ1〜Q6のソース・ドレイン間には、ダイオードD1〜D6がそれぞれ逆並列に接続されている。   In the power module 52, the inverter-structured SiC MOSFETs Q1 and Q2, Q3 and Q4, and Q5 and Q6 are connected between the plus terminal (+) and the minus terminal (−) to which the capacitor C is connected. Furthermore, diodes D1 to D6 are connected in antiparallel between the sources and drains of the SiC MOSFETs Q1 to Q6, respectively.

第1の実施の形態に係る半導体装置1に適用される半導体デバイス10に相当するSiC・MOSFETQ1〜Q6は、上述のように、表面活性化接合層48G・48S・48D・48Hを介して実装基板70或いはヒートスプレッダ100の上に電気的に接続される。   As described above, the SiC MOSFETs Q1 to Q6 corresponding to the semiconductor device 10 applied to the semiconductor device 1 according to the first embodiment are mounted via the surface activation bonding layers 48G, 48S, 48D, and 48H. 70 or electrically connected to the heat spreader 100.

第1の実施の形態およびその変形例1〜3によれば、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the first embodiment and the first to third modifications thereof, the semiconductor device in which the process temperature is lowered, the pressurizing pressure is reduced, and the process time is shortened by surface activated bonding, and the process A manufacturing method can be provided.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図14に示すように表され、図14のII−II線に沿う模式的断面構造は、図15に示すように表される。
[Second Embodiment]
A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device according to the second embodiment is expressed as shown in FIG. 14, and a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 14 is expressed as shown in FIG. The

第2の実施の形態に係る半導体装置は、図14に示すように、2個のMOSFET10T1・10T2と1個のSBD10D1からなる半導体デバイスと2個のMOSFET10T3・10T4と1個のSBD10D2からなる半導体デバイスが1つのパッケージに搭載されるツーインワン(Two in One)構成を有する。しかも、半導体デバイスのソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPおよびアノード電極Aがフリップチップに配置されたFlip (Face Down Chip)構成を有する。 As shown in FIG. 14, the semiconductor device according to the second embodiment includes a semiconductor device composed of two MOSFETs 10T 1 and 10T 2 and one SBD 10D 1, two MOSFETs 10T 3 and 10T 4 and one semiconductor device. It has a two- in-one configuration in which a semiconductor device composed of SBD 10D 2 is mounted in one package. In addition, the semiconductor device has a Flip (Face Down Chip) configuration in which the source pad electrode SP, the gate pad electrode GP, and the anode electrode A of the semiconductor device are arranged on a flip chip.

尚、第2の実施の形態に係る半導体装置は、フォーインワン(Four in One)構成、シックスインワン(Six in One)構成などに形成することも可能である。さらにDC−DCコンバータと組み合わせた構成も可能である。   Note that the semiconductor device according to the second embodiment can be formed in a Four in One configuration, a Six in One configuration, or the like. Furthermore, the structure combined with the DC-DC converter is also possible.

第2の実施の形態に係る半導体装置は、図14および図15に示すように、第1絶縁基板8と、第1絶縁基板8上にフリップチップに配置され、第1半導体基板26T1と、第1半導体基板26T1の裏面上に配置されたソースパッド電極SPおよびゲートパッド電極GPと、第1半導体基板26T1の表面上に配置されたドレインパッド電極Dとを有する第1半導体デバイス10T1と、第1絶縁基板8上に配置され、第2半導体基板26D1と、第2半導体基板26D1の裏面上に配置されたアノード電極Aと、第2半導体基板26D1の表面上に配置されたカソード電極Kとを有する第2半導体デバイス10D1とを備え、ゲートパッド電極GPと第1絶縁基板8、ソースパッド電極SPと第1絶縁基板8、アノード電極Aと第1絶縁基板8は、表面活性化接合される。 As shown in FIGS. 14 and 15, the semiconductor device according to the second embodiment is disposed on the first insulating substrate 8 and the first insulating substrate 8 in a flip chip, and includes a first semiconductor substrate 26T 1 , the first semiconductor device 10T has a source pad electrode SP and the gate pad electrode GP disposed on the first semiconductor substrate 26T 1 on the back surface, and a drain pad electrode D disposed on the first semiconductor substrate 26T 1 on the surface 1 When disposed on the first insulating substrate 8, a second semiconductor substrate 26D 1, and the anode electrode a disposed in the second semiconductor substrate 26D 1 on the back surface is disposed on the second semiconductor substrate 26D 1 on the surface A second semiconductor device 10D 1 having a cathode electrode K, a gate pad electrode GP and a first insulating substrate 8, a source pad electrode SP and a first insulating substrate 8, an anode electrode A and a first insulating substrate 8 Are surface activated bonded.

また、第2の実施の形態に係る半導体装置は、図15に示すように、第1絶縁基板8を搭載するヒートスプレッダ100をさらに備え、第1絶縁基板8とヒートスプレッダ100は、表面活性化接合される。   In addition, as shown in FIG. 15, the semiconductor device according to the second embodiment further includes a heat spreader 100 on which the first insulating substrate 8 is mounted, and the first insulating substrate 8 and the heat spreader 100 are surface-activated bonded. The

また、第2の実施の形態に係る半導体装置は、図15に示すように、第1絶縁基板8の表面上に配置された金属層14G・14S・14Aを備え、金属層14G・14S・14Aとゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SP・アノード電極Aとの間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層48G・ソース表面活性化接合層48S・カソード表面活性化接合層48Kを備えていても良い。   Further, as shown in FIG. 15, the semiconductor device according to the second embodiment includes metal layers 14G, 14S, and 14A disposed on the surface of the first insulating substrate 8, and the metal layers 14G, 14S, and 14A. And gate pad electrode GP / source pad electrode SP / anode electrode A, gate surface activated bonding layer 48G / source surface activated bonding layer 48S / cathode surface activated bonding layer 48K formed by surface activated bonding. May be provided.

また、第2の実施の形態に係る半導体装置は、図15に示すように、第1絶縁基板8の裏面上に配置された金属層6を備え、金属層6とヒートスプレッダ100との間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを備える。従って、第2の実施の形態に係る半導体装置は、シングルサイド冷却構成を有する。   Further, as shown in FIG. 15, the semiconductor device according to the second embodiment includes a metal layer 6 disposed on the back surface of the first insulating substrate 8, and between the metal layer 6 and the heat spreader 100, A heat spreader surface activated bonding layer 48H formed by surface activated bonding is provided. Therefore, the semiconductor device according to the second embodiment has a single-side cooling configuration.

尚、ゲート表面活性化接合層48G・ソース表面活性化接合層48S・カソード表面活性化接合層48Kおよびヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成可能である。   The gate surface activated bonding layer 48G, the source surface activated bonding layer 48S, the cathode surface activated bonding layer 48K, and the heat spreader surface activated bonding layer 48H are selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. It can be formed by surface activated bonding of one or more metals.

第1半導体デバイス10T1・10T2・10T3・10T4および第2半導体デバイス10D1・10D2は、SiC系、GaN系、AlN系、ダイヤモンド系、若しくはSi系のいずれかのパワーデバイスで形成可能である。 The first semiconductor devices 10T 1 , 10T 2 , 10T 3 , 10T 4 and the second semiconductor devices 10D 1 , 10D 2 are formed of any one of SiC, GaN, AlN, diamond, or Si power devices. Is possible.

また、第1半導体デバイス10T1・10T2・10T3・10T4および第2半導体デバイス10D1・10D2には、バンドギャップエネルギーが1.1eV〜8eVの半導体を用いることができる。 Further, a semiconductor having a band gap energy of 1.1 eV to 8 eV can be used for the first semiconductor devices 10T 1 , 10T 2 , 10T 3 , 10T 4 and the second semiconductor devices 10D 1 , 10D 2 .

第1絶縁基板8は、AlN、Al23、SiNなどで構成されたセラミック基板で形成可能である。第1絶縁基板8の表面・裏面には、例えば銅箔などで形成された金属層6・14を備える。 The first insulating substrate 8 can be formed of a ceramic substrate made of AlN, Al 2 O 3 , SiN or the like. On the front and back surfaces of the first insulating substrate 8, metal layers 6 and 14 formed of, for example, copper foil or the like are provided.

尚、図15に示す第2の実施の形態に係る半導体装置は、モールディング後ケース封止される。   Note that the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 15 is case-sealed after molding.

(変形例1)
第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置であって、図14のII−II線に沿う模式的断面構造は、図16に示すように表される。
(Modification 1)
In the semiconductor device according to the first modification of the second embodiment, a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 14 is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図16に示すように、ドレインパッド電極Dおよびカソード電極K上に配置された第3上面板電極22を備え、ドレインパッド電極Dと第3上面板電極22、カソード電極Kと第3上面板電極22は、表面活性化接合される。   As shown in FIG. 16, the semiconductor device according to the first modification of the second embodiment includes a third upper surface plate electrode 22 disposed on the drain pad electrode D and the cathode electrode K, The third upper surface plate electrode 22, the cathode electrode K, and the third upper surface plate electrode 22 are surface-activated bonded.

第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図16に示すように、第3上面板電極22とドレインパッド電極D、第3上面板電極22とカソード電極Kとの間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層48Dおよびカソード表面活性化接合層48Kを備えていても良い。   As shown in FIG. 16, the semiconductor device according to the first modification of the second embodiment includes a third upper surface plate electrode 22 and a drain pad electrode D, and a third upper surface plate electrode 22 and a cathode electrode K. A drain surface activated bonding layer 48D and a cathode surface activated bonding layer 48K formed by surface activated bonding may be provided.

第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置は、図16に示すように、ダブルサイド冷構成でかつワイヤレスモジュールの構成を備える。   As shown in FIG. 16, the semiconductor device according to the first modification of the second embodiment has a double-side cooling configuration and a wireless module configuration.

第2の実施の形態の変形例1に係る半導体装置において、ドレイン表面活性化接合層48Dおよびカソード表面活性化接合層48Kは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。その他の構成は、第2の実施の形態と同様である。   In the semiconductor device according to the first modification of the second embodiment, the drain surface activated bonding layer 48D and the cathode surface activated bonding layer 48K are selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. It is formed by surface activated bonding between any one or a plurality of metals. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

(変形例2)
第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図14のII−II線に沿う模式的断面構造は、図17に示すように表される。
(Modification 2)
In the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment, a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 14 is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図17に示すように、ドレインパッド電極Dおよびカソード電極K上に配置された第2絶縁基板8を備え、ドレインパッド電極Dと第2絶縁基板8、カソード電極Kと第2絶縁基板8は、表面活性化接合される。   As shown in FIG. 17, the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment includes a second insulating substrate 8 disposed on the drain pad electrode D and the cathode electrode K. The two insulating substrate 8, the cathode electrode K and the second insulating substrate 8 are surface-activated bonded.

第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図17に示すように、第2絶縁基板8の裏面に配置された金属層14D・14Kを備え、金属層14Dとドレインパッド電極Dおよび金属層14Kとカソードパッド電極Kとの間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層48Dおよびカソード表面活性化接合層48Kを備えていても良い。   As shown in FIG. 17, the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment includes metal layers 14D and 14K disposed on the back surface of the second insulating substrate 8, and includes the metal layer 14D and the drain pad electrode D. In addition, a drain surface activated bonding layer 48D and a cathode surface activated bonding layer 48K formed by surface activated bonding may be provided between the metal layer 14K and the cathode pad electrode K.

第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置は、図17に示すように、ダブルサイド冷却構成でかつワイヤレス絶縁モジュールの構成を備える。   As shown in FIG. 17, the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment has a double-side cooling configuration and a wireless insulating module configuration.

第2の実施の形態の変形例2に係る半導体装置において、ドレイン表面活性化接合層48Dおよびカソード表面活性化接合層48Kは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成される。その他の構成は、第2の実施の形態と同様である。   In the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment, the drain surface activated bonding layer 48D and the cathode surface activated bonding layer 48K are selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. It is formed by surface activated bonding between any one or a plurality of metals. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

(表面活性化接合工程)
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造は、図18に示すように表される。
(Surface activated bonding process)
A schematic cross-sectional structure for explaining one step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程として、表面活性化接合工程は、図18に示すように、チャック400に貼り付けられた絶縁基板8と、チップポケット500内に収納された第1半導体デバイス10T1・10T2および第2半導体デバイス10D1とを対向させて、チャンバ300内に配置し、絶縁基板8の裏面に配置された金属層14G・14S・14A・14S・14Gの表面を、表面活性化処理する。また、チップポケット500は、弾性、伸縮性のある材料で形成することが、面活性化接合を形成する上で望ましい。 As one step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, the surface activation bonding step includes the insulating substrate 8 attached to the chuck 400 and the chip pocket 500 as shown in FIG. The first semiconductor devices 10T 1 and 10T 2 and the second semiconductor device 10D 1 that are formed are arranged in the chamber 300, and the metal layers 14G, 14S, 14A, 14S, and the like disposed on the back surface of the insulating substrate 8. The surface of 14G is subjected to surface activation treatment. Further, it is desirable that the chip pocket 500 be formed of an elastic and stretchable material in order to form the surface activated bonding.

表面活性化処理(SAB)の方法としては、例えば、プラズマ処理、FIBなどのイオンビーム処理、レーザービーム処理、光化学反応処理などを適用可能である。第2の実施の形態においては、Ar+イオンによるプラズマ処理を実施している。 As a surface activation treatment (SAB) method, for example, plasma treatment, ion beam treatment such as FIB, laser beam treatment, photochemical reaction treatment, or the like can be applied. In the second embodiment, plasma processing using Ar + ions is performed.

すなわち、Ar+イオンを用いて金属層14G・14S・14Aの表面を、表面活性化処理する。 That is, surface activation treatment is performed on the surfaces of the metal layers 14G, 14S, and 14A using Ar + ions.

次に、第1半導体デバイス10T1のゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SP、第2半導体デバイス10D1のアノード電極Aに対向させて、金属層14G・14S・14Aの表面を配置し、第1圧力Pを印加して、仮接合を形成する。 Next, the surfaces of the metal layers 14G, 14S, and 14A are arranged so as to face the gate pad electrode GP / source pad electrode SP of the first semiconductor device 10T 1 and the anode electrode A of the second semiconductor device 10D 1 , A pressure P is applied to form a temporary bond.

次に、大気圧下において、金属層14G・14S・14Aとゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SP・のアノード電極A間に第2圧力P1を印加し、かつ低温加熱して、金属層14G・14S・14Aとゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SP・のアノード電極A間に表面活性化接合を形成する。   Next, under atmospheric pressure, the second pressure P1 is applied between the metal layer 14G / 14S / 14A and the anode electrode A of the gate pad electrode GP / source pad electrode SP / and heated at a low temperature, and the metal layer 14G / A surface activated junction is formed between the anode electrode A of the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP.

結果として、図15に示すように、表面活性化接合によってゲート表面活性化接合層48G・ソース表面活性化接合層48S・アノード表面活性化接合層48Aにより、金属層14G・14S・14Aと第1半導体デバイス10T1・第2半導体デバイス10D1間に強固な接合が形成される。 As a result, as shown in FIG. 15, the gate surface activated bonding layer 48G, the source surface activated bonding layer 48S, the anode surface activated bonding layer 48A, and the first metal layers 14G, 14S, and 14A are formed by the surface activated bonding. A strong junction is formed between the semiconductor device 10T 1 and the second semiconductor device 10D 1 .

尚、表面活性化接合を形成する対向する金属材料の表面上に、Cu、Ag、Au、Ti、Ni、Alなどを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成した後、実際の表面活性化処理を実施しても良い。   In addition, after forming Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, etc. on the surface of the opposing metal material which forms a surface activation joining, using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum evaporation technique, it is actual. A surface activation treatment may be performed.

或いは、表面活性化接合を形成する対向する金属材料の表面そのものに表面活性化処理を実施しても良い。   Alternatively, the surface activation treatment may be performed on the surface of the opposing metal material forming the surface activated bonding.

表面活性化接合工程においては、チャンバ300内において、接合させる表面をAr+のプラズマに晒し、表面活性化する。 In the surface activated bonding process, the surfaces to be bonded are exposed to Ar + plasma in the chamber 300 to activate the surfaces.

次に、チャンバ300内において、接合させる表面を接触させて、相対的に低い圧力で仮接合を形成する。   Next, in the chamber 300, the surfaces to be bonded are brought into contact with each other to form a temporary bond with a relatively low pressure.

次に、大気圧下で、仮接合面に相対的に低い圧力(例えば、約大気圧〜約10MPa)と、例えば、室温〜約150℃程度の熱を与え、2つの材料を表面活性化接合させる。   Next, under atmospheric pressure, a relatively low pressure (for example, about atmospheric pressure to about 10 MPa) and a heat of, for example, room temperature to about 150 ° C. are applied to the temporary bonding surface, and the two materials are surface-activated bonded. Let

第2の実施の形態およびその変形例1〜2によれば、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the second embodiment and the first and second modifications thereof, the semiconductor device in which the process temperature is lowered, the pressurizing pressure is reduced, and the process time is shortened by surface activated bonding, and the process A manufacturing method can be provided.

[第3の実施の形態]
第3の実施の形態に係る半導体装置1に搭載する半導体デバイス10の模式的平面パターン構成は、図19に示すように表され、模式的鳥瞰構造は、図20に示すように表され、図19のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図21に示すように表される。
[Third embodiment]
A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device 10 mounted on the semiconductor device 1 according to the third embodiment is expressed as shown in FIG. 19, and a schematic bird's-eye view structure is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure taken along line III-III in FIG. 19 is expressed as shown in FIG.

第3の実施の形態に係る半導体装置1に搭載する半導体デバイス10は、図19〜図21に示すように、半導体基板26と、半導体基板26の表面に形成された層間絶縁膜44上に配置されたゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPと、ゲートパッド電極GP上にゲート表面活性化接合層48Gを介して配置されたゲートコネクタ18と、ソースパッド電極SP上にソース表面活性化接合層48Sを介して配置されたソースコネクタ20と、半導体基板26の裏面に形成されたドレイン領域24上に配置されたドレインパッド電極36とを備える。ゲートコネクタ18は、T字型形状を有する。半導体デバイス10の詳細構造は、図25〜図26において詳述するため、図20においては、詳細構造は図示を省略している。   The semiconductor device 10 mounted on the semiconductor device 1 according to the third embodiment is disposed on the semiconductor substrate 26 and the interlayer insulating film 44 formed on the surface of the semiconductor substrate 26 as shown in FIGS. Gate pad electrode GP and source pad electrode SP, gate connector 18 disposed on gate pad electrode GP via gate surface activation bonding layer 48G, and source surface activation bonding layer 48S on source pad electrode SP. And a drain pad electrode 36 disposed on the drain region 24 formed on the back surface of the semiconductor substrate 26. The gate connector 18 has a T-shape. Since the detailed structure of the semiconductor device 10 is described in detail in FIGS. 25 to 26, the detailed structure is not shown in FIG.

図19において、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPの表面上には、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)などを形成しても良い。すなわち、半導体デバイス10の表面には、ソースパッド電極SP・ゲートパッド電極GP上に、Cu、Ag、Au、Ti、Niなどからなる金属層を、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術などを用いて形成し、ソースコネクタ20・ゲートコネクタ18との間で、表面活性化接合層48S・48Gを形成しても良い。   In FIG. 19, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), titanium (Ti), nickel (Ni), or the like may be formed on the surfaces of the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP. . That is, a metal layer made of Cu, Ag, Au, Ti, Ni or the like is formed on the surface of the semiconductor device 10 on the source pad electrode SP / gate pad electrode GP by using a plating technique, a sputtering technique, a vacuum deposition technique, or the like. The surface activated bonding layers 48S and 48G may be formed between the source connector 20 and the gate connector 18.

第3の実施の形態に係る半導体装置1を搭載する実装基板70は、図22に示すように、絶縁基板8と、絶縁基板8上に配置された信号配線電極12およびパワー配線電極16を備える。   As shown in FIG. 22, the mounting substrate 70 on which the semiconductor device 1 according to the third embodiment is mounted includes an insulating substrate 8, and signal wiring electrodes 12 and power wiring electrodes 16 disposed on the insulating substrate 8. .

図22の実装基板70上に複数の半導体デバイス101・102・103・104をフリップチップに搭載した様子を説明する模式的平面パターン構成は、図23に示すように表される。また、図22の実装基板70上に複数の半導体デバイス101・102・103・104をフリップチップに搭載した実施の形態に係る半導体装置1の模式的平面パターン構成は、図24に示すように表され、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図25に示すように表され、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造であり、かつヒートスプレッダ100上に搭載した第3の実施の形態に係る半導体装置1の模式的断面構造は、図26に示すように表される。尚、ここでは、半導体デバイス10を複数個並列配置した構成例について開示しているが、半導体デバイス10は、1個のみ配置されていても良い。ここで、図25および図26においては、半導体基板26の表面に形成された層間絶縁膜44は、図示を省略している。 A schematic planar pattern configuration for explaining a state in which a plurality of semiconductor devices 10 1 , 10 2 , 10 3, and 10 4 are mounted on a flip chip on the mounting substrate 70 of FIG. 22 is expressed as shown in FIG. A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device 1 according to the embodiment in which a plurality of semiconductor devices 10 1 , 10 2 , 10 3, and 10 4 are mounted on a flip chip on the mounting substrate 70 of FIG. 24, the schematic cross-sectional structure taken along the line IV-IV in FIG. 24 is represented as shown in FIG. 25, is the schematic cross-sectional structure taken along the line IV-IV in FIG. A schematic cross-sectional structure of the semiconductor device 1 according to the third embodiment mounted on is represented as shown in FIG. Although a configuration example in which a plurality of semiconductor devices 10 are arranged in parallel is disclosed here, only one semiconductor device 10 may be arranged. Here, in FIGS. 25 and 26, the interlayer insulating film 44 formed on the surface of the semiconductor substrate 26 is not shown.

第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図19〜図26に示すように、絶縁基板8と、絶縁基板8上に配置された信号配線電極12と、絶縁基板8上に配置されたパワー配線電極16と、絶縁基板8上にフリップチップに配置され、半導体基板26と、半導体基板26の裏面上に配置されたソースパッド電極SPおよびゲートパッド電極GPと、半導体基板26の表面上に配置されたドレインパッド電極361・362・363・364とを有する半導体デバイス101・102・103・104と、ゲートパッド電極GP上に配置されたゲートコネクタ181・182・183・184と、ソースパッド電極SP上に配置されたソースコネクタ201・202・203・204とを備える。ここで、ゲートコネクタ181・182・183・184とゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12、ソースコネクタ201・202・203・204とソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16は、表面活性化接合される。 As shown in FIGS. 19 to 26, the semiconductor device 1 according to the third embodiment is disposed on the insulating substrate 8, the signal wiring electrode 12 disposed on the insulating substrate 8, and the insulating substrate 8. On the surface of the semiconductor substrate 26, the power wiring electrode 16, flip-chip disposed on the insulating substrate 8, the semiconductor substrate 26, the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP disposed on the back surface of the semiconductor substrate 26, and Semiconductor devices 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 having drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3 , 36 4 disposed thereon and gate connectors 18 1 , 18 disposed on the gate pad electrode GP 2 · 18 3 · 18 4 and source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 disposed on the source pad electrode SP. Here, the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3 , 18 4 , the gate pad electrode GP and the signal wiring electrode 12, the source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3 , 20 4 , the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16 Are surface activated bonded.

第3の実施の形態に係る半導体装置1は、半導体デバイス10のゲートパッド電極GP、ソースパッド電極SP、ドレインパッド電極36のすべてに表面活性化技術による表面活性化接合を形成し、半導体デバイス10のソースパッド電極SPが裏側になるように、フェースダウン(Face Down)に配置する。ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPを裏面に配置し、ドレインパッド電極36を表面に配置したフェースダウン配置によって、フリップチップ構造を実現している。半導体デバイス10のゲートパッド電極GP、ソースパッド電極SP、ドレインパッド電極36のすべてに表面活性化技術による表面活性化接合を形成するため、完全なワイヤボンドレス化を実現することができる。   In the semiconductor device 1 according to the third embodiment, the surface activation junction by the surface activation technique is formed on all of the gate pad electrode GP, the source pad electrode SP, and the drain pad electrode 36 of the semiconductor device 10. The source pad electrode SP is arranged face down so that the source pad electrode SP is on the back side. A flip-chip structure is realized by a face-down arrangement in which the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are arranged on the back surface and the drain pad electrode 36 is arranged on the surface. Since the surface activation junction by the surface activation technique is formed on all of the gate pad electrode GP, the source pad electrode SP, and the drain pad electrode 36 of the semiconductor device 10, complete wire bonding can be realized.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図26に示すように、実装基板70を搭載するヒートスプレッダ100をさらに備え、実装基板70とヒートスプレッダ100は、表面活性化接合されていても良い。   In addition, as shown in FIG. 26, the semiconductor device 1 according to the third embodiment further includes a heat spreader 100 on which the mounting substrate 70 is mounted, and the mounting substrate 70 and the heat spreader 100 are surface-activated bonded. good.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図24〜図26に示すように、ドレインパッド電極361・362・363・364上に配置されたドレインコネクタDCを備え、ドレインパッド電極361・362・363・364とドレインコネクタDCは、表面活性化接合される。 The semiconductor device 1 according to the third embodiment includes the drain connector DC disposed on the drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3, and 36 4 as shown in FIGS. The drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3, and 36 4 and the drain connector DC are surface-activated bonded.

また、ゲートコネクタ181・182・183・184は、図20に示すように、T字型形状のゲートコネクタ181・182・183・184がゲートパッド電極GPと接触する面積よりもゲートコネクタ181・182・183・184が信号配線電極12と接触する面積のほうが大きくなされていても良い。さらに、ゲートコネクタ181・182・183・184のT字型形状は、末広がりのバチ型形状、若しくはテーパー形状を備えていても良い。このような末広がりのバチ型形状、若しくはテーパー形状を備えることによって、ゲートコネクタ181・182・183・184の強度を増大することができる。 The gate connector 18 1, 18 2, 18 3, 18 4, as shown in FIG. 20, gate connector 18 1, 18 2, 18 3, 18 4 of the T shape is in contact with the gate pad electrode GP The area where the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 are in contact with the signal wiring electrode 12 may be larger than the area. Furthermore, the T-shaped shape of the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 may have a bee-shaped shape that widens toward the end, or a tapered shape. The strength of the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 can be increased by providing such a diverging bee shape or a tapered shape.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図23〜図24に示すように、半導体デバイス101・102・103・104を複数備え、半導体デバイス101・102・103・104の複数のゲートコネクタ181・182・183・184は、ゲートパッド電極GPと同時に表面活性化接合可能である。 Further, the semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 23 24, a plurality of semiconductor devices 10 1, 10 2, 10 3, 10 4, 2, semiconductor device 10 1 - 10 The plurality of gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 of 10 3 and 10 4 can be surface-activated bonded simultaneously with the gate pad electrode GP.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図23〜図24に示すように、半導体デバイス101・102・103・104を複数備え、半導体デバイス101・102・103・104の複数のソースコネクタ201・202・203・204は、ソースパッド電極SPと同時に表面活性化接合可能である。 Further, the semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 23 24, a plurality of semiconductor devices 10 1, 10 2, 10 3, 10 4, 2, semiconductor device 10 1 - 10 The plurality of source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 of 10 3 and 10 4 can be surface-activated bonded simultaneously with the source pad electrode SP.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、図23〜図24に示すように、半導体デバイス101・102・103・104を複数備え、半導体デバイス101・102・103・104の複数のドレインパッド電極361・362・363・364は、ドレインコネクタDCと同時に表面活性化接合可能である。 Further, the semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 23 24, a plurality of semiconductor devices 10 1, 10 2, 10 3, 10 4, 2, semiconductor device 10 1 - 10 The plurality of drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3, and 36 4 of 10 3 and 10 4 can be surface-activated bonded simultaneously with the drain connector DC.

また、図24〜図26に示すように、第3の実施の形態に係る半導体装置1は、ゲートコネクタ181・182・183・184とゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12との間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層48Gおよびゲートコネクタ表面活性化接合層48GCを備えていても良い。 As shown in FIGS. 24 to 26, the semiconductor device 1 according to the third embodiment includes gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3 , 18 4 , gate pad electrodes GP, and signal wiring electrodes 12. A gate surface activation bonding layer 48G and a gate connector surface activation bonding layer 48GC formed by surface activation bonding may be provided therebetween.

同様に、図24〜図26に示すように、ソースコネクタ201・202・203・204とソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48Sおよびソースコネクタ表面活性化接合層48SCを備えていても良い。 Similarly, as shown in FIGS. 24 to 26, a source formed by surface activation bonding between the source connector 20 1 , 20 2 , 20 3 , 20 4 and the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16 is used. A surface activated bonding layer 48S and a source connector surface activated bonding layer 48SC may be provided.

同様に、図24〜図26に示すように、ドレインコネクタDCとドレインパッド電極361・362・363・364との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層48Dを備えていても良い。 Similarly, as shown in FIGS. 24 to 26, a drain surface activation bonding layer formed by surface activation bonding between the drain connector DC and the drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3, and 36 4. 48D may be provided.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1において、実装基板70は、絶縁基板8の裏面上に配置された金属層6を備え、金属層6とヒートスプレッダ100との間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを備えていても良い。   In the semiconductor device 1 according to the third embodiment, the mounting substrate 70 includes the metal layer 6 disposed on the back surface of the insulating substrate 8, and surface activation is performed between the metal layer 6 and the heat spreader 100. A heat spreader surface activated bonding layer 48H formed by bonding may be provided.

ゲート表面活性化接合層48G、ゲートコネクタ表面活性化接合層48GC、ソース表面活性化接合層48S、ソースコネクタ表面活性化接合層48SC、ドレイン表面活性化接合層48Dおよびヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hは、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成可能である。ここで、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属は、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成可能である。   The gate surface activation bonding layer 48G, the gate connector surface activation bonding layer 48GC, the source surface activation bonding layer 48S, the source connector surface activation bonding layer 48SC, the drain surface activation bonding layer 48D, and the heat spreader surface activation bonding layer 48H are , Cu, Ag, Au, Ti, Ni or Al can be formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination. Here, one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al can be formed using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique.

また、ドレインコネクタDC、ソースコネクタ201・202・203・204およびゲートコネクタ181・182・183・184は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銅モリブデン(CuMo)合金、銅タングステン(CuW)合金、若しくはAl-SiCのいずれかで形成可能である。 The drain connector DC, the source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 and the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 are made of aluminum (Al), copper (Cu), and copper molybdenum (CuMo). An alloy, a copper tungsten (CuW) alloy, or Al—SiC can be used.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1において、表面活性化接合層48G・48GC・48S・48SC・48D・48Hを形成する際に、接合部に加圧する圧力は、約大気圧以上約10MPa以下であり、加熱温度は、室温〜約150℃以下であることが望ましい。   In the semiconductor device 1 according to the third embodiment, when the surface activation bonding layers 48G, 48GC, 48S, 48SC, 48D, and 48H are formed, the pressure applied to the bonding portion is about atmospheric pressure or higher. It is desirable that the heating temperature is 10 MPa or less and the heating temperature is room temperature to about 150 ° C. or less.

(変形例1)
第3の実施の形態の変形例1に係る半導体装置1の模式的鳥瞰構造は、図27(a)に示すように表され、図27(a)のV−V線に沿う模式的断面構造は、図27(b)に示すように表される。第3の実施の形態の変形例1に係る半導体装置1においては、複数の半導体デバイス101・102・103を、絶縁基板8上にそれぞれ配置された信号配線電極12・パワー配線電極16に対して、フリップチップに配置し、かつドレインパッド電極361・362・363上にドレインコネクタDCを共通に配置している。第3の実施の形態の変形例1に係る半導体装置1においては、ゲートパッド電極GPとソースパッド電極SPが並列に配置され、ゲートパッド電極GP上に配置されるゲートコネクタ181・182・183およびソースパッド電極SP上に配置されるソースコネクタ201・202・203は互いに並列にストライプ状に配置される。第3の実施の形態の変形例1に係る半導体装置1においては、ゲートパッド電極GPとゲートパッド電極GP上に配置されるゲートコネクタ181・182・183を第3の実施の形態に比較して、相対的に大きな面積で形成して、接合強度の増大化を図っている。
(Modification 1)
A schematic bird's-eye view structure of the semiconductor device 1 according to the first modification of the third embodiment is represented as shown in FIG. 27A, and is a schematic cross-sectional structure taken along line VV in FIG. Is expressed as shown in FIG. In the semiconductor device 1 according to the first modification of the third embodiment, the plurality of semiconductor devices 10 1 , 10 2, and 10 3 are arranged on the insulating substrate 8, respectively, as the signal wiring electrode 12 and the power wiring electrode 16. On the other hand, the drain connector DC is disposed in a flip chip and is commonly disposed on the drain pad electrodes 36 1 , 36 2, and 36 3 . In the semiconductor device 1 according to the first modification of the third embodiment, the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are arranged in parallel, and the gate connectors 18 1 , 18 2 , which are arranged on the gate pad electrode GP. 18 3 and the source connectors 20 1 , 20 2, and 20 3 disposed on the source pad electrode SP are disposed in parallel with each other in a stripe shape. In the semiconductor device 1 according to the first modification of the third embodiment, the gate pad electrode GP and the gate connectors 18 1 , 18 2, and 18 3 disposed on the gate pad electrode GP are the third embodiment. In comparison, it is formed with a relatively large area to increase the bonding strength.

また、第3の実施の形態の変形例1においても、図示は省略されているが、表面活性化接合層48G・48GC・48S・48SC・48D・48Hを第3の実施の形態の構成と同様に配置している。   Also in the first modification of the third embodiment, although not shown, the surface activation bonding layers 48G, 48GC, 48S, 48SC, 48D, and 48H are the same as the configuration of the third embodiment. Is arranged.

また、第3の実施の形態の変形例1に係るに係る半導体装置1においても、表面活性化接合層48G・48GC・48S・48SC・48D・48Hを形成する際に、接合部に加圧する圧力は、約大気圧以上約10MPa以下であり、加熱温度は、室温〜約150℃以下であることが望ましい。   Also in the semiconductor device 1 according to the first modification of the third embodiment, the pressure applied to the junction when forming the surface activation junction layers 48G, 48GC, 48S, 48SC, 48D, and 48H. Is about atmospheric pressure or more and about 10 MPa or less, and the heating temperature is desirably room temperature to about 150 ° C. or less.

(変形例2)
第3の実施の形態の変形例2に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図28に示すように表される。
(Modification 2)
In the semiconductor device according to the second modification of the third embodiment, a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 24 is expressed as shown in FIG.

第3の実施の形態の変形例2に係る半導体装置においては、図28に示すように、ゲートコネクタ181・182・183・184を省略し、ゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12との間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層48Gを備える。 In the semiconductor device according to the second modification of the third embodiment, as shown in FIG. 28, the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 are omitted, and the gate pad electrode GP and the signal wiring electrode 12 are omitted. The gate surface activation bonding layer 48G formed by surface activation bonding is provided.

同様に、図28に示すように、ソースコネクタ201・202・203・204を省略し、ソースパッド電極SPとパワー配線電極16との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48Sを備える。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である。 Similarly, as shown in FIG. 28, the source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 are omitted, and the source formed by surface activation bonding between the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16. A surface activated bonding layer 48S is provided. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

(変形例3)
第3の実施の形態の変形例3に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図29に示すように表される。
(Modification 3)
In the semiconductor device according to the third modification of the third embodiment, a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 24 is represented as shown in FIG.

第3の実施の形態の変形例3に係る半導体装置においては、ゲートコネクタ181・182・183・184と、ゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12との間を直接表面活性化接合している。 In the semiconductor device according to the third modification of the third embodiment, a direct surface activation junction is provided between the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 and the gate pad electrode GP and the signal wiring electrode 12. doing.

同様に、図29に示すように、ソースコネクタ201・202・203・204と、ソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16との間を直接表面活性化接合している。 Similarly, as shown in FIG. 29, the surface connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 and the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16 are directly surface-activated joined.

更に、図29に示すように、ドレインコネクタDCとドレインパッド電極361・362・363・364との間を直接表面活性化接合している。 Further, as shown in FIG. 29, the surface activation bonding is directly performed between the drain connector DC and the drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3, and 36 4 .

第3の実施の形態の変形例3に係る半導体装置に示すように、半導体デバイスの電極層と対向する金属層との間を直接表面活性化接合することで、製造工程数を減らし、製造コストの削減を図ることができる。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である
尚、図29においては、金属層6とヒートスプレッダ100間には、ヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hが配置される例が示されているが、金属層6とヒートスプレッダ100間を直接表面活性化接合しても良い。
As shown in the semiconductor device according to the third modification of the third embodiment, the surface activation bonding is directly performed between the electrode layer of the semiconductor device and the opposing metal layer, thereby reducing the number of manufacturing steps and the manufacturing cost. Can be reduced. Other configurations are the same as those of the third embodiment. Note that FIG. 29 shows an example in which the heat spreader surface activation bonding layer 48H is disposed between the metal layer 6 and the heat spreader 100. The metal layer 6 and the heat spreader 100 may be directly surface activated bonded.

(変形例4)
第3の実施の形態の変形例4に係る半導体装置1は、図30に示すように、絶縁基板8と、絶縁基板8に配置された信号配線電極12と、絶縁基板8を貫通して配置されたパワー配線電極16aと、絶縁基板8上にフリップチップに配置され、半導体基板26と、半導体基板26の裏面上に配置されたソースパッド電極SPおよびゲートパッド電極GPと、半導体基板26の表面上に配置されたドレインパッド電極36とを有する半導体デバイス101と、ゲートパッド電極GP上に配置されたゲートコネクタ181と、ソースパッド電極SP上に配置されたソースコネクタ201とを備える。ここで、ゲートコネクタ181とゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12、およびソースコネクタ201とソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16は、表面活性化接合される。図30の構成は、第3の実施の形態における図25の構成に対応している。
(Modification 4)
As shown in FIG. 30, the semiconductor device 1 according to the fourth modification of the third embodiment is disposed through the insulating substrate 8, the signal wiring electrode 12 disposed on the insulating substrate 8, and the insulating substrate 8. The power wiring electrode 16a, the flip-chip disposed on the insulating substrate 8, the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP disposed on the back surface of the semiconductor substrate 26, and the surface of the semiconductor substrate 26 includes a semiconductor device 10 1 having the drain pad electrode 36 disposed above the gate pad electrode GP gate connector 18 1 disposed on, the source pad electrode SP source connector disposed on 20 1. The gate connector 18 1 and the gate pad electrode GP and the signal wiring electrode 12 and the source connector 20 1 and the source pad electrode SP and power wiring electrode 16, is bonded surface activation. The configuration in FIG. 30 corresponds to the configuration in FIG. 25 in the third embodiment.

第3の実施の形態の変形例4に係る半導体装置1においては、パワー配線電極16aが絶縁基板8を貫通して配置されている。ここで、パワー配線電極16aは、例えば、厚さ約0.5mm〜約1.0mm程度の厚銅板で形成される。パワー配線電極16a上には、例えば、銀メッキ層19を形成して、ソースコネクタ201との接続を容易にしても良い。 In the semiconductor device 1 according to the fourth modification of the third embodiment, the power wiring electrode 16a is disposed through the insulating substrate 8. Here, the power wiring electrode 16a is formed of, for example, a thick copper plate having a thickness of about 0.5 mm to about 1.0 mm. On power wiring electrodes 16a, for example, by forming a silver plating layer 19, it may facilitate the connection between the source connector 20 1.

パワー配線電極16aにより、低抵抗で放熱性にも優れる厚銅板を介して、例えば、約数百アンペア程度の大電流も絶縁基板8の厚さ方向への通電が可能である。   With the power wiring electrode 16a, a large current of, for example, about several hundred amperes can be applied in the thickness direction of the insulating substrate 8 through a thick copper plate having low resistance and excellent heat dissipation.

また、第3の実施の形態の変形例4に係る半導体装置1は、図31に示すように、実装基板70を搭載するヒートスプレッダ100をさらに備え、実装基板70とヒートスプレッダ100は、表面活性化接合されていても良い。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   Further, as shown in FIG. 31, the semiconductor device 1 according to the fourth modification of the third embodiment further includes a heat spreader 100 on which the mounting substrate 70 is mounted, and the mounting substrate 70 and the heat spreader 100 are surface activated bonded. May be. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.

(変形例5)
第3の実施の形態の変形例5に係る半導体装置1の模式的鳥瞰構造は、図32(a)に示すように表され、図32(a)のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図32(b)に示すように表される。第3の実施の形態の変形例5に係る半導体装置1においては、複数の半導体デバイス101・102・103を、絶縁基板8上に配置された信号配線電極12・絶縁基板8を貫通して配置されたパワー配線電極16aに対して、フリップチップに配置し、かつドレインパッド電極361・362・363上にドレインコネクタDCを共通に配置している。第3の実施の形態の変形例5に係る半導体装置1においては、ゲートパッド電極GPとソースパッド電極SPが並列に配置され、ゲートパッド電極GP上に配置されるゲートコネクタ181・182・183およびソースパッド電極SP上に配置されるソースコネクタ201・202・203は互いに並列にストライプ状に配置される。
(Modification 5)
A schematic bird's-eye view structure of the semiconductor device 1 according to Modification 5 of the third embodiment is represented as shown in FIG. 32A, and is a schematic cross-sectional structure taken along line VI-VI in FIG. Is expressed as shown in FIG. In the semiconductor device 1 according to the fifth modification of the third embodiment, a plurality of semiconductor devices 10 1 , 10 2, and 10 3 are passed through the signal wiring electrodes 12 and the insulating substrate 8 arranged on the insulating substrate 8. Thus, the power connector electrode 16a is arranged on a flip chip, and the drain connector DC is arranged on the drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3 in common. In the semiconductor device 1 according to the fifth modification of the third embodiment, the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are arranged in parallel, and the gate connectors 18 1 , 18 2 , and the like arranged on the gate pad electrode GP. 18 3 and the source connectors 20 1 , 20 2, and 20 3 disposed on the source pad electrode SP are disposed in parallel with each other in a stripe shape.

第3の実施の形態の変形例5に係る半導体装置1においても、変形例4と同様に、パワー配線電極16aが絶縁基板8を貫通して配置されている。パワー配線電極16a上には、例えば、銀メッキ層19を形成して、ソースコネクタ201・202・203との接続を容易にしても良い。その他の構成は、第3の実施の形態の変形例1と同様であるため、重複説明は省略する。 Also in the semiconductor device 1 according to the fifth modification of the third embodiment, as in the fourth modification, the power wiring electrode 16 a is disposed through the insulating substrate 8. For example, a silver plating layer 19 may be formed on the power wiring electrode 16a to facilitate connection with the source connectors 20 1 , 20 2, and 20 3 . The other configuration is the same as that of the first modification of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.

(変形例6)
第3の実施の形態の変形例6に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図33に示すように表される。
(Modification 6)
FIG. 33 shows a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 24, which is a semiconductor device according to Modification 6 of the third embodiment.

第3の実施の形態の変形例6に係る半導体装置においては、変形例4(図30)と比較し、図33に示すように、ゲートコネクタ181・182・183・184を省略し、ゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12との間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層48Gを備える。 In the semiconductor device according to Modification 6 of the third embodiment, the gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3, and 18 4 are omitted as shown in FIG. 33 as compared with Modification 4 (FIG. 30). In addition, a gate surface activation bonding layer 48G formed by surface activation bonding is provided between the gate pad electrode GP and the signal wiring electrode 12.

同様に、図33に示すように、変形例4(図30)と比較し、ソースコネクタ201・202・203・204を省略し、ソースパッド電極SPとパワー配線電極16との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層48Sを備える。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である。 Similarly, as shown in FIG. 33, the source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 are omitted, and the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16 are not compared with the fourth modification (FIG. 30). Are provided with a source surface activated bonding layer 48S formed by surface activated bonding. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

(変形例7)
第3の実施の形態の変形例7に係る半導体装置であって、図24のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図34に示すように表される。
(Modification 7)
FIG. 34 shows a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 24, which is a semiconductor device according to Modification 7 of the third embodiment.

第3の実施の形態の変形例7に係る半導体装置においては、図34に示すように、ゲートコネクタ181・182・183・184と、ゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12との間を直接表面活性化接合している。 In the semiconductor device according to Modification 7 of the third embodiment, as shown in FIG. 34, gate connectors 18 1 , 18 2 , 18 3 , 18 4 , gate pad electrode GP and signal wiring electrode 12 Directly surface-activated bonding between them.

同様に、図34に示すように、ソースコネクタ201・202・203・204と、ソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16との間を直接表面活性化接合している。 Similarly, as shown in FIG. 34, the source connectors 20 1 , 20 2 , 20 3, and 20 4 and the source pad electrode SP and the power wiring electrode 16 are directly surface-activated joined.

更に、図34に示すように、ドレインコネクタDCとドレインパッド電極361・362・363・364との間を直接表面活性化接合している。 Further, as shown in FIG. 34, the drain connector DC and the drain pad electrodes 36 1 , 36 2 , 36 3 and 36 4 are directly surface-activated joined.

第3の実施の形態の変形例7に係る半導体装置に示すように、半導体デバイスの電極層と対向する金属層との間を直接表面活性化接合することで、製造工程数を減らし、製造コストの削減を図ることができる。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である
尚、図34においては、金属層6とヒートスプレッダ100間には、ヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hが配置される例が示されているが、金属層6とヒートスプレッダ100間を直接表面活性化接合しても良い。
As shown in the semiconductor device according to the modified example 7 of the third embodiment, the surface activation bonding is directly performed between the electrode layer of the semiconductor device and the opposing metal layer, thereby reducing the number of manufacturing steps and the manufacturing cost. Can be reduced. Other configurations are the same as those of the third embodiment. Note that FIG. 34 shows an example in which the heat spreader surface activation bonding layer 48H is disposed between the metal layer 6 and the heat spreader 100. The metal layer 6 and the heat spreader 100 may be directly surface activated bonded.

(半導体装置の製造方法)
第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法は、図25に示すように、ゲートコネクタ181とゲートパッド電極GPおよび信号配線電極12を表面活性化接合して、ゲート表面活性化接合層48Gおよびゲートコネクタ表面活性化接合層48GCを形成する工程と、ソースコネクタ201とソースパッド電極SPおよびパワー配線電極16aを表面活性化接合して、ソース表面活性化接合層48Sおよびソースコネクタ表面活性化接合層48SCを形成する工程とを有する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
As shown in FIG. 25, the manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the third embodiment includes a gate surface activation junction by surface activation joining a gate connector 18 1 , a gate pad electrode GP and a signal wiring electrode 12. forming a layer 48G and the gate connector surface activated bonding layer 48GC, the source connector 20 1 and the source pad electrode SP and power wiring electrodes 16a and joined surface activation, the source surface activated bonding layer 48S and a source connector surface Forming an activated bonding layer 48SC.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法は、図25に示すように、ドレインコネクタDCとドレインパッド電極361を表面活性化接合して、ドレイン表面活性化接合層48Dを形成する工程を有していても良い。 A method of manufacturing a semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIG. 25, a drain connector DC and the drain pad electrode 36 1 and joined surface activation, the drain surface activated bonding layer 48D You may have the process to form.

また、ゲート表面活性化接合層48Gおよびゲートコネクタ表面活性化接合層48GCを形成する工程と、ソース表面活性化接合層48Sおよびソースコネクタ表面活性化接合層48SCを形成する工程は、同時に実施しても良い。   The step of forming the gate surface activation bonding layer 48G and the gate connector surface activation bonding layer 48GC and the step of forming the source surface activation bonding layer 48S and the source connector surface activation bonding layer 48SC are performed simultaneously. Also good.

また、ドレイン表面活性化接合層48Dを形成する工程と、ソース表面活性化接合層48Sおよびソースコネクタ表面活性化接合層48SCを形成する工程は、同時に実施しても良い。   Further, the step of forming the drain surface activation bonding layer 48D and the step of forming the source surface activation bonding layer 48S and the source connector surface activation bonding layer 48SC may be performed simultaneously.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法は、図26に示すように、絶縁基板8の裏面上に配置された金属層6とヒートスプレッダ100を表面活性化接合して、ヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを形成する工程を有していても良い。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device 1 according to the third embodiment, as shown in FIG. 26, the metal layer 6 disposed on the back surface of the insulating substrate 8 and the heat spreader 100 are surface-activated bonded to form a heat spreader. You may have the process of forming the surface activation joining layer 48H.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法において、表面活性化接合を形成する圧力は、例えば、約大気圧以上約10MPa以下であり、加熱温度は、例えば、室温〜約150℃以下である。   In the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the third embodiment, the pressure for forming the surface activation junction is, for example, about atmospheric pressure to about 10 MPa, and the heating temperature is, for example, room temperature to about 150. It is below ℃.

(ドレイン表面活性化接合)
半導体デバイス10のドレイン側表面上に、Cu、Ag、Au、Ti、Ni、Alなどを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成する。例えば、ドレイン領域24に対して順次Ti/Ni/Au/Agが積層されたドレインパッド電極36の構造を形成しても良い。また、半導体デバイス10のソース電極34をAlで形成する場合には、このAl上に順次Ni/Agが積層された電極構造を形成しても良い。
(Drain surface activated bonding)
Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, or the like is formed on the drain side surface of the semiconductor device 10 using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique. For example, a structure of the drain pad electrode 36 in which Ti / Ni / Au / Ag is sequentially stacked on the drain region 24 may be formed. When the source electrode 34 of the semiconductor device 10 is formed of Al, an electrode structure in which Ni / Ag is sequentially stacked on the Al may be formed.

また、ドレインコネクタDCの裏面上に、Cu、Ag、Au、Ti、Ni、Alなどを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成しても良い。   Further, Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, or the like may be formed on the back surface of the drain connector DC by using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique.

半導体デバイス10のドレイン側表面上に形成されたTi/Ni/Au/Agと、ドレインコネクタDCの裏面上に形成されたCu、Ag、Au、Ti、Niなどの表面の両方若しくは一方の表面を、チャンバ内において、Ar+のプラズマに晒し、表面活性化する。 Both / one surface of Ti / Ni / Au / Ag formed on the drain side surface of the semiconductor device 10 and Cu, Ag, Au, Ti, Ni, etc. formed on the back surface of the drain connector DC In the chamber, the surface is activated by exposure to Ar + plasma.

次に、半導体デバイス10のドレイン側表面上に形成されたTi/Ni/Au/Agと、ドレインコネクタDCの裏面上に形成されたCu、Ag、Au、Ti、Niなどの表面を接触させる。このとき、相対的に低圧力Pを印加して接触させる。   Next, Ti / Ni / Au / Ag formed on the drain side surface of the semiconductor device 10 and the surface of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, etc. formed on the back surface of the drain connector DC are brought into contact with each other. At this time, a relatively low pressure P is applied to make contact.

次に、大気圧下において、半導体デバイス10のドレイン側表面上に形成されたTi/Ni/Au/Agと、ドレインコネクタDCの裏面上に形成されたCu、Ag、Au、Ti、Niなどの表面を相対的に低温で加熱しつつ、かつ相対的に低圧力P1を印加して、表面活性化接合を形成する。表面活性化接合を形成する圧力は、例えば、約大気圧以上約10MPa以下であり、加熱温度は、例えば、室温〜約150℃以下である。   Next, under atmospheric pressure, Ti / Ni / Au / Ag formed on the drain side surface of the semiconductor device 10 and Cu, Ag, Au, Ti, Ni, etc. formed on the back surface of the drain connector DC. A surface activated bond is formed by applying a relatively low pressure P1 while heating the surface at a relatively low temperature. The pressure for forming the surface activated bonding is, for example, about atmospheric pressure or more and about 10 MPa or less, and the heating temperature is, for example, room temperature to about 150 ° C. or less.

加熱温度(約150℃以下)の保持時間は約1分であり、加熱温度から室温までの冷却時間および室温から加熱温度まで昇温時間は合わせて約数分であり、全体のプロセス時間としては、約数分以内である。   The holding time of the heating temperature (about 150 ° C. or less) is about 1 minute, the cooling time from the heating temperature to room temperature and the temperature rising time from the room temperature to the heating temperature are about several minutes in total. , Within a few minutes.

(ヒートスプレッダ表面活性化接合)
絶縁基板8とヒートスプレッダ100などのベースプレートの接合も同様に形成可能である。すなわち、ヒートスプレッダ100の表面に、Cu、Ag、Au、Ti、Ni、Alなどからなる金属層100a・100bを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成する。また、絶縁基板8の表面に、Cu、Ag、Au、Ti、Niなどからなる金属層14・6を、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成する。
(Heat spreader surface activated bonding)
Bonding between the insulating substrate 8 and a base plate such as the heat spreader 100 can be similarly formed. That is, metal layers 100a and 100b made of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, Al, or the like are formed on the surface of the heat spreader 100 using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique. Further, the metal layers 14 and 6 made of Cu, Ag, Au, Ti, Ni or the like are formed on the surface of the insulating substrate 8 by using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum evaporation technique.

その後、絶縁基板8の裏面とヒートスプレッダ100の表面をチャンバ内において、Ar+のプラズマに晒し、表面活性化する。 Thereafter, the back surface of the insulating substrate 8 and the surface of the heat spreader 100 are exposed to Ar + plasma in the chamber to activate the surface.

次に、大気圧下において、上記と同様に圧力と熱を加えて、ヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを形成する。   Next, under atmospheric pressure, pressure and heat are applied in the same manner as described above to form the heat spreader surface activation bonding layer 48H.

次に、半導体デバイス10の裏面側のゲートコネクタ18とゲートパッド電極GP間にゲート表面活性化接合層48Gを形成し、ソースコネクタ20とソースパッド電極SP間にソース表面活性化接合層48Sを形成しても良い。   Next, a gate surface activation bonding layer 48G is formed between the gate connector 18 on the back side of the semiconductor device 10 and the gate pad electrode GP, and a source surface activation bonding layer 48S is formed between the source connector 20 and the source pad electrode SP. You may do it.

次に、半導体デバイス10のドレインパッド電極36の表面とドレインコネクタDCの裏面を接触させ、上記と同様に圧力と熱を加えて、ドレイン表面活性化接合層48Dを形成しても良い。   Next, the drain surface activation bonding layer 48D may be formed by bringing the surface of the drain pad electrode 36 of the semiconductor device 10 into contact with the back surface of the drain connector DC and applying pressure and heat in the same manner as described above.

尚、表面活性化接合層を形成する順番は、ヒートスプレッダ表面活性化接合層48H・ゲート表面活性化接合層48G・ソース表面活性化接合層48S・ドレイン表面活性化接合層48Dの順序に限定されるものではなく、適宜順番を選択可能である。例えば、ドレイン表面活性化接合層48D・ソース表面活性化接合層48S・ゲート表面活性化接合層48Gを同時工程で形成し、最後にヒートスプレッダ表面活性化接合層48Hを形成しても良い。   The order in which the surface activated bonding layers are formed is limited to the order of the heat spreader surface activated bonding layer 48H, the gate surface activated bonding layer 48G, the source surface activated bonding layer 48S, and the drain surface activated bonding layer 48D. The order can be selected as appropriate. For example, the drain surface activated bonding layer 48D, the source surface activated bonding layer 48S, and the gate surface activated bonding layer 48G may be formed in the same process, and finally the heat spreader surface activated bonding layer 48H may be formed.

(ソース表面活性化接合・ゲート表面活性化接合)
第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法においては、まず図20に示すように、ソースパッド電極SP、ゲートパッド電極GPに接合させるためのソースコネクタ20、ゲートコネクタ18を用意する。ソースコネクタ20およびゲートコネクタ18の材料は、基本的には、電気伝導度、熱伝導度の高い材料、さらに搭載する半導体デバイス10と熱膨張係数の近い材料が選択される。例えば、電気伝導度、熱伝導度の高い材料としては、Al、Cuなどの材料を選択可能である。或いは、搭載する半導体デバイス10と熱膨張係数の近い材料の観点からは、CuMoやCuW、さらにAl-SiCなどの材料を選択可能である。ソースコネクタ20およびゲートコネクタ18の材料の表面上には、Cu、AgやAu、さらにTiやNiを、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成しても良い。
(Source surface activated junction / gate surface activated junction)
In the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the third embodiment, first, as shown in FIG. 20, a source connector 20 and a gate connector 18 for bonding to the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP are prepared. As materials for the source connector 20 and the gate connector 18, basically, a material having high electrical conductivity and high thermal conductivity, and a material having a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor device 10 to be mounted are selected. For example, a material such as Al or Cu can be selected as the material having high electrical conductivity and thermal conductivity. Alternatively, from the viewpoint of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor device 10 to be mounted, a material such as CuMo, CuW, or Al—SiC can be selected. On the surface of the material of the source connector 20 and the gate connector 18, Cu, Ag, Au, Ti, and Ni may be formed using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique.

次に、ゲートパッド電極GPおよびソースパッド電極SPの表面には、図示は省略されているが、Cu、Ag、Au、Ti、Niなどからなる金属層を、めっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成しても良い。   Next, although not shown on the surfaces of the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP, a metal layer made of Cu, Ag, Au, Ti, Ni or the like is applied with a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum evaporation technique. You may form using.

ここで、金属層の材料は、これらに表面活性化接合するソースコネクタ20・ゲートコネクタ18の材料によって変更可能である。例えば、ゲートコネクタ・18ソースコネクタ20をAgめっき層で被覆する場合には、ゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SP上は、Agからなる金属層をめっき技術、スパッタリング技術若しくは真空蒸着技術を用いて形成して、Ag同士で表面活性化接合を容易にすることも可能である。   Here, the material of the metal layer can be changed depending on the material of the source connector 20 and the gate connector 18 that are surface-activated bonded to them. For example, when the gate connector / 18 source connector 20 is covered with an Ag plating layer, a metal layer made of Ag is formed on the gate pad electrode GP / source pad electrode SP using a plating technique, a sputtering technique, or a vacuum deposition technique. It is possible to form and facilitate surface activated bonding between Ags.

また、ゲートパッド電極GP・ソースパッド電極SPがAlで形成されている場合には、Alの酸化を防止するために、ゲートコネクタ18・ソースコネクタ20にはNiめっきを行うと良い。Alは非常に柔らかい金属であるため、表面活性化接合工程において塑性変形が容易に生じやすいが、ゲートコネクタ18・ソースコネクタ20にNiめっきを実施して、ある程度酸化膜が少ない状態を実現しておくことで、表面活性化接合を容易にすることができる。   When the gate pad electrode GP and the source pad electrode SP are made of Al, the gate connector 18 and the source connector 20 are preferably plated with Ni in order to prevent oxidation of Al. Since Al is a very soft metal, plastic deformation easily occurs in the surface activation joining process, but Ni plating is performed on the gate connector 18 and the source connector 20 to realize a state where there is little oxide film. Thus, surface activated bonding can be facilitated.

第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造工程後の構成は、図25〜図26に示すように表される。   The configuration of the semiconductor device 1 according to the third embodiment after the manufacturing process is expressed as shown in FIGS.

図25〜図26に示すように、半導体デバイス10のドレインパッド電極36とドレインコネクタDC間にドレイン表面活性化接合層48Dが形成され、さらにゲートコネクタ18とゲートパッド電極GP・信号配線電極12間にゲート表面活性化接合層48G・ゲートコネクタ表面活性化接合層48GCが形成される。   As shown in FIGS. 25 to 26, a drain surface activation bonding layer 48 </ b> D is formed between the drain pad electrode 36 and the drain connector DC of the semiconductor device 10, and between the gate connector 18 and the gate pad electrode GP / signal wiring electrode 12. Then, the gate surface activation bonding layer 48G and the gate connector surface activation bonding layer 48GC are formed.

同様に、図25〜図26に示すように、ソースコネクタ20とソースパッド電極SP・パワー配線電極16間にソース表面活性化接合層48S・ソースコネクタ表面活性化接合層48SCが形成される。   Similarly, as shown in FIGS. 25 to 26, a source surface activation bonding layer 48 </ b> S and a source connector surface activation bonding layer 48 </ b> SC are formed between the source connector 20 and the source pad electrode SP / power wiring electrode 16.

第3の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法において、半導体デバイス10のドレインパッド電極36とドレインコネクタDCとの間のドレイン表面活性化接合工程では、ドレインパッド電極36の表面が、例えば、Agで形成され、ドレインコネクタDCの裏面には、例えば、Agめっきが施されているため、Ag−Ag接合による表面活性化接合層48Dが形成される。この表面活性化接合層48Dの融解温度もAgの融点である約960℃となる。   In the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the third embodiment, in the drain surface activation bonding step between the drain pad electrode 36 of the semiconductor device 10 and the drain connector DC, the surface of the drain pad electrode 36 is, for example, Since the rear surface of the drain connector DC is formed of Ag, for example, Ag plating is performed, a surface activation bonding layer 48D by Ag-Ag bonding is formed. The melting temperature of the surface activated bonding layer 48D is also about 960 ° C., which is the melting point of Ag.

第3の実施の形態に係る半導体装置1においては、室温〜約150℃の相対的に低い加熱工程および約大気圧以上約10MPa以下の低加圧工程によって、高融点の表面活性化接合層48D・48S・48SC・48H・48G・48GCを得ることができる。   In the semiconductor device 1 according to the third embodiment, the surface activation bonding layer 48D having a high melting point is obtained by a relatively low heating step of room temperature to about 150 ° C. and a low pressurization step of about atmospheric pressure to about 10 MPa. · 48S · 48SC · 48H · 48G · 48GC can be obtained.

また、第3の実施の形態に係る半導体装置1においては、ソースパッド電極SP・ゲートパッド電極GPをソースコネクタ20・ゲートコネクタ18に表面活性化接合し、パワー配線電極16・信号配線電極12をソースコネクタ20・ゲートコネクタ18に表面活性化接合し、ドレインパッド電極36をドレインコネクタDCに表面活性化接合するため、完全なワイヤボンドレス化を実現すると共に、半導体デバイス10の両面冷却構造を実現することができる。   In the semiconductor device 1 according to the third embodiment, the source pad electrode SP and the gate pad electrode GP are surface-activated joined to the source connector 20 and the gate connector 18, and the power wiring electrode 16 and the signal wiring electrode 12 are connected. Surface activated bonding to the source connector 20 and the gate connector 18 and surface activated bonding of the drain pad electrode 36 to the drain connector DC realize a complete wire bondless structure and a double-sided cooling structure of the semiconductor device 10 can do.

さらに、実装基板70をヒートスプレッダ100に表面活性化接合することによって、半導体デバイス10の両面冷却性能をさらに向上することができる。   Furthermore, by performing surface activation bonding of the mounting substrate 70 to the heat spreader 100, the double-sided cooling performance of the semiconductor device 10 can be further improved.

尚、第3の実施の形態の変形例1〜7に係る半導体装置1の製造方法についても実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。   In addition, since the manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the first to seventh modifications of the third embodiment is the same as that of the embodiment, the duplicate description is omitted.

第3の実施の形態およびその変形例1〜7によれば、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、加圧圧力が低圧化され、かつプロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the third embodiment and modifications 1 to 7 thereof, the semiconductor device in which the process temperature is lowered, the pressurizing pressure is reduced, and the process time is shortened by surface activated bonding, and the process A manufacturing method can be provided.

本発明によれば、表面活性化接合により、プロセス温度が低温化され、プロセス時間が短縮化された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device in which the process temperature is lowered and the process time is shortened by surface activated bonding, and a manufacturing method thereof.

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.

本発明の半導体装置は、パワー半導体モジュール、インテリジェントパワーモジュールなどパワーデバイス全般に利用可能である。   The semiconductor device of the present invention can be used for all power devices such as a power semiconductor module and an intelligent power module.

1…半導体装置
5、6、14、14D、14K、100a、100b…金属層
7…半導体基板
8…絶縁基板
10、101、102、103、104、10T1、10T2、10T3、10T4、10D1、10D2…半導体デバイス
12、12G…信号配線電極
16、16a、16S…パワー配線電極
18、181、182、183、184…ゲートコネクタ
19…銀メッキ層
20、201、202、203、204、20T1、20T2…ソースコネクタ
20A…アノードコネクタ
22…上面板電極
24…ドレイン領域
26、26T、26D…高抵抗基板
28…ベース領域
30…ソース領域
32…ゲート絶縁膜
34…ソース電極
36…ドレインパッド電極
38…ゲート電極
44…層間絶縁膜
48G…ゲート表面活性化接合層
48K…カソード表面活性化接合層
48A…アノード表面活性化接合層
48GC…ゲートコネクタ表面活性化接合層
48S…ソース表面活性化接合層
48SC…ソースコネクタ表面活性化接合層
48D…ドレイン表面活性化接合層
48H…ヒートスプレッダ表面活性化接合層
50…ゲートドライブ部
52…パワーモジュール部
54…3相交流モータ部
70…実装基板
100…ヒートスプレッダ
300…チャンバ
400…チャック
500…チップポケット
C…コンデンサ
D1〜D6…ダイオード
GP…ゲートパッド電極
SP…ソースパッド電極
DC…ドレインコネクタ
BL1、BL2…ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 5, 6, 14, 14D, 14K, 100a, 100b ... Metal layer 7 ... Semiconductor substrate 8 ... Insulating substrate 10, 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10T 1 , 10T 2 , 10T 3 10T 4 , 10D 1 , 10D 2 ... Semiconductor device 12, 12 G... Signal wiring electrode 16, 16 a, 16 S... Power wiring electrode 18, 18 1 , 18 2 , 18 3 , 18 4 . , 20 1 , 20 2 , 20 3 , 20 4 , 20T 1 , 20T 2 ... source connector 20A ... anode connector 22 ... upper surface plate electrode 24 ... drain region 26, 26T, 26D ... high resistance substrate 28 ... base region 30 ... source Region 32 ... Gate insulating film 34 ... Source electrode 36 ... Drain pad electrode 38 ... Gate electrode 44 ... Interlayer insulating film 48G ... Gate surface activation bonding layer 48K ... Kaso Surface activated bonding layer 48A ... Anode surface activated bonding layer 48GC ... Gate connector surface activated bonding layer 48S ... Source surface activated bonding layer 48SC ... Source connector surface activated bonding layer 48D ... Drain surface activated bonding layer 48H ... Heat spreader Surface activated bonding layer 50 ... gate drive unit 52 ... power module unit 54 ... three-phase AC motor unit 70 ... mounting substrate 100 ... heat spreader 300 ... chamber 400 ... chuck 500 ... chip pocket C ... capacitors D1-D6 ... diode GP ... gate Pad electrode SP ... Source pad electrode DC ... Drain connector BL1, BL2 ... Bonding wire

Claims (45)

第1絶縁基板と、
前記第1絶縁基板上に配置され、第1半導体基板と、前記第1半導体基板の表面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記第1半導体基板の裏面上に配置されたドレインパッド電極とを有する第1半導体デバイスと、
前記第1絶縁基板上に配置され、第2半導体基板と、前記第2半導体基板の表面上に配置されたアノード電極と、前記第2半導体基板の裏面上に配置されたカソード電極とを有する第2半導体デバイスと
を備え、
前記ドレインパッド電極と前記第1絶縁基板、前記カソード電極と前記第1絶縁基板は、表面活性化接合されることを特徴とする半導体装置。
A first insulating substrate;
A first semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode arranged on the surface of the first semiconductor substrate, and a drain arranged on the back surface of the first semiconductor substrate. A first semiconductor device having a pad electrode;
A second semiconductor substrate disposed on the first insulating substrate, having a second semiconductor substrate, an anode electrode disposed on the front surface of the second semiconductor substrate, and a cathode electrode disposed on the back surface of the second semiconductor substrate. With two semiconductor devices,
The drain pad electrode and the first insulating substrate, and the cathode electrode and the first insulating substrate are surface activated bonded.
前記第1絶縁基板上に配置された信号配線電極と、
前記ゲートパッド電極と前記信号配線電極とを接続するボンディングワイヤと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A signal wiring electrode disposed on the first insulating substrate;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a bonding wire that connects the gate pad electrode and the signal wiring electrode.
前記ソースパッド電極上に配置されたソースコネクタと、
前記アノード電極上に配置されたアノードコネクタと
を備え、前記ソースパッド電極と前記ソースコネクタ間、および前記アノード電極と前記アノードコネクタ間は、表面活性化接合されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
A source connector disposed on the source pad electrode;
3. The method according to claim 2, further comprising an anode connector disposed on the anode electrode, wherein the source pad electrode and the source connector, and between the anode electrode and the anode connector are surface activated. The semiconductor device described.
前記ソースコネクタおよび前記アノードコネクタ上に面一に配置された第1上面板電極を備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, further comprising a first upper surface plate electrode disposed flush with the source connector and the anode connector. 前記ソースパッド電極、前記ゲートパッド電極および前記アノード電極上に配置された第2絶縁基板を備え、前記ソースパッド電極と前記第2絶縁基板、前記ゲートパッド電極と前記第2絶縁基板、前記アノード電極と前記第2絶縁基板は、表面活性化接合されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   A second insulating substrate disposed on the source pad electrode, the gate pad electrode and the anode electrode; the source pad electrode and the second insulating substrate; the gate pad electrode and the second insulating substrate; and the anode electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating substrate is surface-activated bonded. 前記ソースパッド電極、前記ゲートパッド電極および前記アノード電極上に配置された第2上面板電極を備え、前記ソースパッド電極と前記第2上面板電極、前記ゲートパッド電極と前記第2上面板電極、前記アノード電極と前記第2上面板電極は、表面活性化接合されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   A second upper surface plate electrode disposed on the source pad electrode, the gate pad electrode and the anode electrode; the source pad electrode and the second upper surface plate electrode; the gate pad electrode and the second upper surface plate electrode; The semiconductor device according to claim 1, wherein the anode electrode and the second upper surface plate electrode are surface-activated bonded. 前記第1絶縁基板の表面上に配置された第1および第2金属層を備え、前記第1金属層と前記ドレインパッド電極および前記第2金属層と前記カソード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層48およびカソード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   First and second metal layers disposed on the surface of the first insulating substrate, and surface activation between the first metal layer and the drain pad electrode and between the second metal layer and the cathode electrode. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a drain surface activated bonding layer and a cathode surface activated bonding layer formed by bonding. 前記ソースコネクタと前記ソースパッド電極および前記アノードコネクタと前記アノード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたソースコネクタ表面活性化接合層およびアノードコネクタ表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   A source connector surface activation bonding layer and an anode connector surface activation bonding layer formed by surface activation bonding are provided between the source connector, the source pad electrode, and the anode connector and the anode electrode. The semiconductor device according to claim 4. 前記第2絶縁基板と前記ソースパッド電極、前記第2絶縁基板と前記ゲートパッド電極および前記第2絶縁基板と前記アノード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層、ゲート表面活性化接合層およびアノード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   A source surface activated bonding layer formed by surface activated bonding between the second insulating substrate and the source pad electrode, the second insulating substrate and the gate pad electrode, and the second insulating substrate and the anode electrode. 7. The semiconductor device according to claim 6, further comprising a gate surface activated bonding layer and an anode surface activated bonding layer. 前記第2上面板電極と前記ソースパッド電極、前記第2上面板電極と前記ゲートパッド電極および前記第2上面板電極と前記アノード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層、ゲート表面活性化接合層およびアノード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   Source surface activity formed by surface activated bonding between the second upper surface plate electrode and the source pad electrode, the second upper surface plate electrode and the gate pad electrode, and the second upper surface plate electrode and the anode electrode. The semiconductor device according to claim 7, further comprising an activation junction layer, a gate surface activation junction layer, and an anode surface activation junction layer. 第1絶縁基板と、
前記第1絶縁基板上にフリップチップに配置され、第1半導体基板と、前記第1半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記第1半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する第1半導体デバイスと、
前記第1絶縁基板上に配置され、第2半導体基板と、前記第2半導体基板の裏面上に配置されたアノード電極と、前記第2半導体基板の表面上に配置されたカソード電極とを有する第2半導体デバイスと
を備え、
前記ゲートパッド電極と前記前記第1絶縁基板、前記ソースパッド電極と前記第1絶縁基板、前記アノード電極と前記第1絶縁基板は、表面活性化接合されることを特徴とする半導体装置。
A first insulating substrate;
A flip chip is disposed on the first insulating substrate, and a first semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on the back surface of the first semiconductor substrate, and a surface of the first semiconductor substrate. A first semiconductor device having a drain pad electrode formed;
A second semiconductor substrate disposed on the first insulating substrate, having a second semiconductor substrate, an anode electrode disposed on the back surface of the second semiconductor substrate, and a cathode electrode disposed on the surface of the second semiconductor substrate. With two semiconductor devices,
The gate pad electrode and the first insulating substrate, the source pad electrode and the first insulating substrate, the anode electrode and the first insulating substrate are surface-activated bonded.
前記ドレインパッド電極および前記カソード電極上に配置された第3上面板電極を備え、前記ドレインパッド電極と前記第3上面板電極、前記カソード電極と前記第3上面板電極は、表面活性化接合されることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   A third upper surface plate electrode disposed on the drain pad electrode and the cathode electrode; the drain pad electrode and the third upper surface plate electrode; and the cathode electrode and the third upper surface plate electrode are surface-activated bonded. The semiconductor device according to claim 11. 前記ドレインパッド電極および前記カソード電極上に配置された第2絶縁基板を備え、前記ドレインパッド電極と前記第2絶縁基板、前記カソード電極と前記第2絶縁基板絶縁基板は、表面活性化接合されることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   A second insulating substrate disposed on the drain pad electrode and the cathode electrode; the drain pad electrode and the second insulating substrate; and the cathode electrode and the second insulating substrate insulating substrate are surface-activated bonded. The semiconductor device according to claim 11. 前記第1絶縁基板と前記ゲートパッド電極、前記第1絶縁基板と前記ソースパッド電極および前記第1絶縁基板と前記アノード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層、ソース表面活性化接合層およびアノード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。   A gate surface activation bonding layer formed by surface activation bonding between the first insulating substrate and the gate pad electrode, the first insulating substrate and the source pad electrode, and the first insulating substrate and the anode electrode. The semiconductor device according to claim 11, further comprising a source surface activated bonding layer and an anode surface activated bonding layer. 前記第3上面板電極と前記ドレインパッド電極および前記第3上面板電極と前記カソード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層およびカソード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。   A drain surface activation bonding layer and a cathode surface activation bonding layer formed by surface activation bonding are provided between the third upper surface plate electrode, the drain pad electrode, and the third upper surface plate electrode, and the cathode electrode. The semiconductor device according to claim 12. 前記第2絶縁基板と前記ドレインパッド電極および前記第2絶縁基板と前記カソード電極との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層およびカソード表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   A drain surface activated bonding layer and a cathode surface activated bonding layer formed by surface activated bonding are provided between the second insulating substrate, the drain pad electrode, and the second insulating substrate and the cathode electrode. The semiconductor device according to claim 13. 前記第1絶縁基板を搭載するヒートスプレッダをさらに備え、前記第1絶縁基板と前記ヒートスプレッダは、表面活性化接合されることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a heat spreader on which the first insulating substrate is mounted, wherein the first insulating substrate and the heat spreader are surface-activated bonded. 前記第1絶縁基板の裏面上に配置された金属層を備え、前記金属層と前記ヒートスプレッダとの間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   A metal layer disposed on a back surface of the first insulating substrate, and a heat spreader surface activation bonding layer formed by surface activation bonding between the metal layer and the heat spreader. Item 18. The semiconductor device according to Item 17. 前記ゲート表面活性化接合層、前記ソース表面活性化接合層および前記アノード表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項10または14に記載の半導体装置。   The gate surface activated bonding layer, the source surface activated bonding layer, and the anode surface activated bonding layer may be any one or a plurality of metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. 15. The semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is formed by surface activated bonding. 前記ヒートスプレッダ表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。   The heat spreader surface activated bonding layer is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. Item 19. A semiconductor device according to Item 18. 前記ソースコネクタおよび前記アノードコネクタは、Al、Cu、CuMo、CuW、若しくはAlSiCのいずれかで形成されることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the source connector and the anode connector are formed of any one of Al, Cu, CuMo, CuW, and AlSiC. 前記第1半導体デバイスおよび前記第2半導体デバイスは、SiC系、GaN系、AlN系、ダイヤモンド系、若しくはSi系のいずれかのパワーデバイスであることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の半導体装置。   The first semiconductor device and the second semiconductor device are any of SiC-based, GaN-based, AlN-based, diamond-based, or Si-based power devices. The semiconductor device according to item. 前記第1半導体デバイスおよび前記第2半導体デバイスは、バンドギャップエネルギーが1.1eV〜8eVの半導体を用いることを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 22, wherein the first semiconductor device and the second semiconductor device use a semiconductor having a band gap energy of 1.1 eV to 8 eV. 前記第1半導体デバイスおよび前記第2半導体デバイスは、ワンインワン、ツーインワン、フォーインワン、シックスインワンのいずれかのモジュールに適用されることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の半導体装置。   The said 1st semiconductor device and the said 2nd semiconductor device are applied to any one module of a one-in-one, a two-in-one, a four-in-one, and six-in-one, The one of Claims 1-21 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された信号配線電極と、
前記絶縁基板上に若しくは前記絶縁基板を貫通して配置されたパワー配線電極と、
前記絶縁基板上にフリップチップに配置され、半導体基板と、前記半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する半導体デバイスと
を備え、前記信号配線電極と前記ゲートパッド電極、前記ソースパッド電極と前記パワー配線電極は、表面活性化接合されることを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate;
A signal wiring electrode disposed on the insulating substrate;
A power wiring electrode disposed on or through the insulating substrate;
A flip chip is disposed on the insulating substrate, and includes a semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on the back surface of the semiconductor substrate, and a drain pad electrode disposed on the surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device, wherein the signal wiring electrode and the gate pad electrode, the source pad electrode and the power wiring electrode are surface-activated bonded.
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された信号配線電極と、
前記絶縁基板上に若しくは前記絶縁基板を貫通して配置されたパワー配線電極と、
前記絶縁基板上にフリップチップに配置され、半導体基板と、前記半導体基板の裏面上に配置されたソースパッド電極およびゲートパッド電極と、前記半導体基板の表面上に配置されたドレインパッド電極とを有する半導体デバイスと、
前記ゲートパッド電極上に配置されたゲートコネクタと、
前記ソースパッド電極上に配置されたソースコネクタと
を備え、前記ゲートコネクタと前記ゲートパッド電極および前記信号配線電極、前記ソースコネクタと前記ソースパッド電極および前記パワー配線電極は、表面活性化接合されることを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate;
A signal wiring electrode disposed on the insulating substrate;
A power wiring electrode disposed on or through the insulating substrate;
A flip chip is disposed on the insulating substrate, and includes a semiconductor substrate, a source pad electrode and a gate pad electrode disposed on the back surface of the semiconductor substrate, and a drain pad electrode disposed on the surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device;
A gate connector disposed on the gate pad electrode;
A source connector disposed on the source pad electrode, wherein the gate connector, the gate pad electrode and the signal wiring electrode, and the source connector, the source pad electrode and the power wiring electrode are surface-activated bonded. A semiconductor device.
前記絶縁基板を搭載するヒートスプレッダをさらに備え、前記絶縁基板と前記ヒートスプレッダは、表面活性化接合されることを特徴とする請求項25または26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 25, further comprising a heat spreader on which the insulating substrate is mounted, wherein the insulating substrate and the heat spreader are surface-activated bonded. 前記ドレインパッド電極上に配置されたドレインコネクタを備え、前記ドレインパッド電極と前記ドレインコネクタは、表面活性化接合されることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 26, further comprising a drain connector disposed on the drain pad electrode, wherein the drain pad electrode and the drain connector are surface-activated bonded. 前記ゲートコネクタは逆T字型形状を備え、前記ゲートコネクタが前記ゲートパッド電極と接触する面積よりも前記ゲートコネクタが前記信号配線電極と接触する面積のほうが大きいことを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The gate connector according to claim 26, wherein the gate connector has an inverted T shape, and an area where the gate connector contacts the signal wiring electrode is larger than an area where the gate connector contacts the gate pad electrode. The semiconductor device described. 前記半導体デバイスを複数備え、前記半導体デバイスの複数の前記ゲートコネクタは、前記ゲートパッド電極と同時に表面活性化接合可能であることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 26, comprising a plurality of the semiconductor devices, wherein the plurality of gate connectors of the semiconductor devices can be surface-activated bonded simultaneously with the gate pad electrode. 前記半導体デバイスを複数備え、前記半導体デバイスの複数の前記ソースコネクタは、前記ソースパッド電極と同時に表面活性化接合可能であることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 26, comprising a plurality of the semiconductor devices, wherein the plurality of source connectors of the semiconductor devices can be surface-activated bonded simultaneously with the source pad electrodes. 前記半導体デバイスを複数備え、前記半導体デバイスの複数の前記ドレインパッド電極は、前記ドレインコネクタと同時に表面活性化接合可能であることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。   29. The semiconductor device according to claim 28, comprising a plurality of the semiconductor devices, wherein the plurality of drain pad electrodes of the semiconductor devices can be surface-activated bonded simultaneously with the drain connector. 前記ゲートコネクタと前記ゲートパッド電極および前記信号配線電極との間に、表面活性化接合によって形成されたゲート表面活性化接合層およびゲートコネクタ表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. A gate surface activation bonding layer and a gate connector surface activation bonding layer formed by surface activation bonding are provided between the gate connector and the gate pad electrode and the signal wiring electrode. A semiconductor device according to 1. 前記ソースコネクタと前記ソースパッド電極および前記パワー配線電極との間に、表面活性化接合によって形成されたソース表面活性化接合層およびソースコネクタ表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. A source surface activation bonding layer and a source connector surface activation bonding layer formed by surface activation bonding are provided between the source connector, the source pad electrode, and the power wiring electrode. A semiconductor device according to 1. 前記ドレインコネクタと前記ドレインパッド電極との間に、表面活性化接合によって形成されたドレイン表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 26, further comprising a drain surface activation bonding layer formed by surface activation bonding between the drain connector and the drain pad electrode. 前記絶縁基板の裏面上に配置された金属層を備え、前記金属層と前記ヒートスプレッダとの間に、表面活性化接合によって形成されたヒートスプレッダ表面活性化接合層を備えることを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。   28. A metal layer disposed on the back surface of the insulating substrate, and a heat spreader surface activated bonding layer formed by surface activated bonding between the metal layer and the heat spreader. A semiconductor device according to 1. 前記ゲート表面活性化接合層および前記ゲートコネクタ表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項33に記載の半導体装置。   The gate surface activated bonding layer and the gate connector surface activated bonding layer are formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. 34. The semiconductor device according to claim 33, wherein: 前記ソース表面活性化接合層および前記ソースコネクタ表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項34に記載の半導体装置。   The source surface activated bonding layer and the source connector surface activated bonding layer are formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. 35. The semiconductor device according to claim 34, wherein: 前記ドレイン表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくはAlの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項35に記載の半導体装置。   The drain surface activated bonding layer is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni, or Al. 35. The semiconductor device according to 35. 前記ヒートスプレッダ表面活性化接合層は、Cu、Ag、Au、Ti、Ni若しくAlはの組み合わせから選択されるいずれか単数若しくは複数の金属同士の表面活性化接合によって形成されることを特徴とする請求項36に記載の半導体装置。   The heat spreader surface activated bonding layer is formed by surface activated bonding of one or more metals selected from a combination of Cu, Ag, Au, Ti, Ni or Al. 37. The semiconductor device according to claim 36. 前記ゲートコネクタおよび前記ソースコネクタは、Al、Cu、CuMo、CuW、若しくはAlSiCのいずれかで形成されることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 26, wherein the gate connector and the source connector are formed of any one of Al, Cu, CuMo, CuW, or AlSiC. 前記半導体デバイスは、SiC系、GaN系、AlN系、ダイヤモンド系、若しくはSi系のいずれかのパワーデバイスであることを特徴とする請求項25または26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 25, wherein the semiconductor device is a power device of any one of a SiC system, a GaN system, an AlN system, a diamond system, and a Si system. 前記半導体デバイスは、バンドギャップエネルギーが1.1eV〜8eVの半導体を用いることを特徴とする請求項25または26に記載の半導体装置。   27. The semiconductor device according to claim 25, wherein the semiconductor device uses a semiconductor having a band gap energy of 1.1 eV to 8 eV. 真空下若しくは不活性ガス下において、半導体デバイスおよび前記半導体デバイスと相対する被接合部金属とを、前記半導体デバイスに施された金属を介して、若しくは前記半導体デバイスの表面そのものに対して、前記被接合部金属の表面と共に、表面活性化処理する工程と、
真空下若しくは不活性ガス下において、前記半導体デバイスと前記被接合部金属間に第1圧力を印加して、仮接合する工程と、
大気圧下において、前記半導体デバイスおよび前記被接合部金属間に第2圧力を印加し、かつ低温加熱して、前記半導体デバイスおよび前記被接合部金属間に表面活性化接合を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Under vacuum or inert gas, a semiconductor device and a metal to be bonded opposed to the semiconductor device are passed through the metal applied to the semiconductor device or to the surface of the semiconductor device itself. A step of surface activation treatment with the surface of the joint metal,
A step of applying a first pressure between the semiconductor device and the metal to be bonded under vacuum or inert gas, and temporarily bonding;
Under atmospheric pressure, applying a second pressure between the semiconductor device and the metal to be bonded and heating at a low temperature to form a surface activated bond between the semiconductor device and the metal to be bonded; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記表面活性化処理する工程は、前記半導体デバイスの表面、若しくは前記被接合部金属の表面の酸化膜や吸着分子を除去した上で再付着を防止することを特徴とする請求項44に記載の半導体装置の製造方法。   45. The method according to claim 44, wherein the surface activation treatment is performed to prevent reattachment after removing an oxide film or an adsorbed molecule on the surface of the semiconductor device or the surface of the metal to be bonded. A method for manufacturing a semiconductor device.
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