JP2014032985A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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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2Provided 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,
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
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).
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.
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
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
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
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
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
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
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、Al2O3、Si3N4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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
(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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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、Al2O3、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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
(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
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
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
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
(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
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
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
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
(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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (45)
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.
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.
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:
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