制造半导体器件的方法以及半导体器件的制作方法
【专利摘要】改善半导体器件的可靠性。一种功率器件包括：半导体芯片；芯片安装部分；焊料材料，该焊料材料电连接该半导体芯片的背表面电极和该芯片安装部分的上表面；多个内引线部分和多个外引线部分，其通过导线与所述半导体芯片的电极焊盘电连接；以及密封体，用于密封所述半导体芯片和所述导线。进一步地，在所述半导体芯片的背表面的周边区域形成有凹口。凹口具有延伸到与所述背表面连接的第一表面和延伸到与所述第一表面连接的第二表面。而且，在所述凹口的第一表面和第二表面之上形成有金属膜。
【专利说明】制造半导体器件的方法以及半导体器件
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]通过引用将2015年2月26日提交的日本专利申请第2015-036043号的全部公布内容，包括说明书、附图和摘要，并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及半导体器件的制造技术以及半导体器件。例如，涉及应用于其中半导体芯片通过诸如焊料材料之类的接合材料与芯片安装部分连接的半导体器件有效的技术。
【背景技术】
[0004]在电力系统半导体器件中，由于经常是强电流施加至半导体芯片的背表面的情形，所以焊料材料(例如，焊膏)用作接合半导体芯片的接合材料(芯片接合材料)。也就是说，半导体芯片通过焊料材料安装在芯片安装面积(芯片安装部)的上表面之上。
[0005]在组装半导体器件的过程中，首先，半导体晶片通过切割进行分离以获得多个半导体芯片。随后，摘出的半导体芯片通过焊料材料安装在芯片安装面积之上。然后，将半导体芯片和引线使用金属导线电连接、使用树脂密封以及与引线框架隔开以完成组装。
[0006]例如，日本未审查专利公开第1998-223572号(专利文献I)和日本未审查专利公开第2009-188148号(专利文献2)公开了下述技术:该技术中，通过切割半导体晶片，由半导体晶片得到半导体芯片，使用这些半导体芯片制造半导体器件。
[0007][专利文献I]日本未审查专利公开第1998-223572号
[0008][专利文献2]日本未审查专利公开第2009-188148号
【发明内容】
[0009]在上述的电力系统半导体器件的可靠性测试中，例如温度循环测试中，由于半导体芯片和芯片安装面积之间的热膨胀系数的差别，热收缩应力集中在二者之间布置的焊料材料上，导致在芯片的周边部分附近的焊料材料中产生裂缝。
[0010]当裂缝前进并且导致高阻抗状态时，热阻退化，降低了半导体器件的可靠性。
[0011]根据本说明书的描述和附图，上述的和其他的目的和新颖特征将会变得清楚。
[0012]根据一种实施方式的制造半导体器件的方法包括下述步骤:(a)在与所述第一主表面相反的一侧的第一背表面上沿着半导体晶片的第一主表面之上形成的切割线形成凹部；以及(b)在所述半导体晶片的第一背表面之上形成金属膜以便封闭所述凹部。此外，所述制造半导体器件的方法包括下述步骤:(C)沿着所述切割线切割所述半导体晶片并且形成多个半导体芯片，每个半导体芯片的第二背表面的周边区域具有凹口 ；以及(d)通过接合材料安装所述半导体芯片。在步骤(d)中，所述半导体芯片通过所述接合材料进行安装以使所述半导体芯片的凹口与所述接合材料接触。
[0013]同样地，根据一种实施方式的半导体器件包括:半导体芯片，该半导体芯片具有主表面、背表面、在所述主表面之上形成的多个第一电极、以及在所述背表面之上形成的第二电极；芯片安装部分，该芯片安装部分具有上表面和下表面；接合材料，该接合材料将所述半导体芯片的第二电极与所述芯片安装部分的上表面电连接；以及多根引线，所述多根引线分别与所述第一电极电连接。而且，在所述半导体芯片的背表面的周边区域形成有凹口。所述凹口具有:第一表面，该第一表面延伸到与所述背表面连接；以及第二表面，该第二表面在所述半导体芯片的厚度方向上位于所述主表面和所述背表面之间并且延伸到与所述第一表面连接，并且在所述凹口的第一表面和第二表面之上形成有金属膜。
[0014]根据上述的实施方式，可以改善半导体器件的可靠性。
【附图说明】
[0015]图1图1是透过密封体观察的平面图，其示出了本发明实施方式的半导体器件的内部结构的一种不例；
[0016]图2是示出了沿图1所示的线A-A截取的结构的一种示例的截面图；
[0017]图3包括示出了图1所示的焊接部的结构的截面图以及局部放大截面图；
[0018]图4是示出比较例的结构的焊接部中裂缝形成状态的截面图；
[0019]图5包括示出图1所示的半导体器件中裂缝形成状态的截面图和局部放大截面图；
[0020]图6包括示出本发明实施方式的半导体器件的组装步骤的一种示例的平面图、截面图和局部放大截面图；
[0021]图7包括示出本发明实施方式的半导体器件的组装步骤的一种示例的部分平面图和部分截面图；
[0022]图8包括示出图6所示的组装步骤的激光切割中晶片支承状态的一种示例的平面图和截面图；
[0023]图9是在部分横截面中示出图8所示的激光切割中晶片识别方法的一种示例的透视图；
[0024]图10是示出在图6所示的组装步骤的激光切割之后的结构的一种示例的平面图；
[0025]图11是示出沿图10中的线B-B截取的结构的一种示例的截面图；
[0026]图12是示出在图6所示的组装步骤的金属膜形成之后的结构的一种示例的平面图；
[0027]图13是示出沿图12所示的线C-C截取的结构的一种示例的截面图；
[0028]图14是示出在图6所示的组装步骤的切割期间的结构的一种示例的平面图；
[0029]图15是示出沿图14所示的线D-D截取的结构的一种示例的截面图；
[0030]图16是示出本发明实施方式的变形例I的半导体芯片的结构的截面图；
[0031]图17包括示出本发明实施方式的变形例2的半导体芯片的结构的截面图和局部放大截面图；
[0032]图18是示出本实施方式的变形例4的半导体器件的结构的截面图；
[0033]图19是示出待安装在本发明实施方式的半导体器件之上的半导体芯片的主要部分的结构的一种不例的截面图。
【具体实施方式】
[0034]在下面的实施方式中，相同或相似部件的描述原则上不再重复，除非特别要求。
[0035]在下面的实施方式中，如果为了方便需要，将分为多个部分或多个实施方式进行描述。除了特别清楚显示的情形之外，它们不是彼此不相关的，而是具有诸如一者是另一者的部分或全部的变形、具体说明以及补充说明之类的关系。
[0036]在下面的实施方式中，当涉及元件等的数字(包括数目、数值、总量、范围等)时，它们可不限定为特定的数，除了它们清楚地指出以及它们理论上明显限定为特定的数之外。
[0037]进一步地，在下面的实施方式中，无需说明元件(包括步骤等)不是必不可少的，除了特别指出以及从理论的角度认为明显不可缺少的情形除外。
[0038]类似地，在实施方式的描述中，当措词“由A组成的X”、“由A形成的X”、“包括A的V，以及“含有A的V，用于描述构成要素等时，无需说明这样的措词不排除除了元素“A”之外的元素，除非另外指出。类似地，在下面的实施方式中，当涉及元件等的形状、位置关系等时，应包括与该形状基本相似或类似的形状，除了特别清楚指出以及从理论的角度认为明显不对的情形除外。这也适用于上述的数值和范围。
[0039]下文中，将根据附图具体描述本发明的实施方式。在描述实施方式的全部附图中，类似功能的部件原则上通过相似的参考符号和数字标记，并且省略重复描述。为了使附图容易理解，即使在平面视图中也可以加入阴影。
[0040](实施方式)
[0041]图1是透过密封体观察的平面图，示出了本发明实施方式的半导体器件的内部结构的一种示例；图2是示出了沿图1所示的线A-A截取的结构的一种示例的截面图；以及图3包括示出了图1所示的焊接部的结构的截面图以及局部放大截面图。进一步地，图4是示出比较例的结构的焊接部中裂缝形成状态的截面图；以及图5包括示出图1所示的半导体器件中裂缝形成状态的截面图和局部放大截面图。
[0042]<半导体器件>
[0043]图1至图3所示的本发明实施方式的半导体器件是半导体封装，在该半导体封装中密封有半导体芯片(也称为“芯片”)2，包括含有绝缘树脂的密封体3，并且还包括位于密封体3的内侧和外侧的多根引线I。而且，每根引线I具有覆盖有密封体3的内引线部分Ia和从密封体3的外侧露出(突出)的外引线部分lb。各外引线部分Ib (在本例，是两个外引线部分Ib)是用于半导体器件的外部连接的端子(外部端子)。
[0044]如图1和图2所示，根据本实施方式的半导体器件，外引线部分Ib从密封体3的给定侧表面3a突出。进一步地，如图2所示，存在从密封体3的下表面3b露出的扁平的芯片安装部分(也称为岛部、芯片安装面积、头部或键部)Ic的下表面lcb，芯片安装部分Ic通过其上表面(芯片安装侧)lca支承半导体芯片2。也就是说，本实施方式的半导体器件为表面安装型半导体器件。
[0045]而且，引线I的各外引线部分Ib弯曲成鸥翼形状。
[0046]根据本发明的实施方式，将功率器件5作为具有上述结构的半导体器件(电力系统设备)的一个示例进行说明。例如，在半导体芯片2中，形成具有槽栅型结构的立式功率MISFET (金属绝缘体半导体场效应晶体管)作为功率晶体管。功率MISFET的装置结构，如图19所示，是在其表面内形成槽并且栅极嵌入槽中的结构，并且包括在半导体芯片2的背表面2b之上形成的漏极(D)电极、在主表面2a之上形成的源极(S)电极以及在主表面2a之上形成的栅极(G)电极，并且强电流施加到半导体芯片2的背表面2b。同样的，尽管未示出，双极型晶体管或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)可充当功率晶体管。
[0047]现在，参考图1至图3，将对功率器件5的具体结构进行说明。功率器件5包括:芯片安装部分lc，该芯片安装部分具有上表面(芯片安装表面)Ica和位于该上表面Ica的相反侧的下表面Icb ;以及半导体芯片2，该半导体芯片通过作为接合材料的焊料材料6安装在芯片安装部分Ic的上表面lea。半导体芯片2包括:主表面(第二主表面)2a ;位于该主表面2a的相反侧的背表面(第二背表面)2b ;以及在主表面2a之上形成的多个电极焊盘(第一电极、接合电极、接合焊盘)2c、2d。进一步地，半导体芯片2安装在芯片安装部分Ic之上，以使背表面2b与芯片安装部分Ic的上表面Ica相对。
[0048]此外，半导体芯片2的背表面2b是作为第二电极并且充当本实施方式的功率器件5的漏极(D)电极的背表面电极2e。因此，半导体芯片2的背表面2b (背表面电极2e)和芯片安装部分Ic需要通过导电接合材料进行电气和机械连接。因此，在功率器件5中，焊料材料6用作导电接合材料。S卩，半导体芯片2的背表面2b(背表面电极2e)和芯片安装部分Ic的上表面Ica使用焊料材料6粘附并固定(机械连接)，并且还进行电连接。
[0049]进一步地，由于漏极电极(背表面电极2e)在半导体芯片2的背表面2b之上形成，所以半导体芯片2会产生大量热量。因此，通过使用作为接合材料的焊料材料6作芯片接合材料，半导体芯片2的背表面2b侧充当散热路径。即，热量可以从半导体芯片2的背表面2b通过焊料材料6散发到芯片安装部分lc。因此，芯片安装部分Ic的下表面Icb从密封体3的下表面3b露出。
[0050]进一步地，如图1所示，当从芯片安装部分Ic的顶部看时，沿着芯片安装部分Ic的侧边之一布置在芯片安装部分Ic的旁边的引线I (在本例子中，两个引线I)的内引线部分Ia通过导线4分别与半导体芯片2的电极焊盘(第一电极)2c和2d电连接。而且，在各引线部分Ia的位于半导体芯片2的那侧的端部形成宽部laa，并且导线4与宽部Iaa连接。
[0051]进一步地，本实施方式的功率器件5中的半导体芯片2的第一电极包括电极焊盘(源极电极)2c和在平面视图中看尺寸小于电极焊盘2c的电极焊盘(栅极电极)2d。
[0052]而且，图1和图2中所示的密封体3具有四个侧表面3a以及从侧表面3a之一突出的两个外引线部分lb。进一步地，如图2所示，密封体3将芯片安装部分Ic的一部分(上表面Ica那侧)、半导体芯片2以及导线4密封在该密封体中，以使芯片安装部分Ic的下表面Icb从密封体3的下表面3b露出。
[0053]由于本实施方式的半导体器件是功率器件5，如图1所示，从密封体3的侧表面3a突出的引线I (外引线部分lb)是源极引线(S) Id和栅极引线(G) le。同样的，如图2所示，半导体芯片2的背表面2b是，如上所述，漏极(D)电极(背表面电极2e)。因此，芯片安装部分Ic中从密封体3的下表面3b露出的下表面Icb为漏极(D)电极。
[0054]各外引线部分Ib与内引线部分Ia形成一体。S卩，如图1所示，外引线部分Ib的源极引线Id与内引线部分Ia的源极引线Id连成一体。进一步地，外引线部分Ib的栅极引线Ie与内引线Ia的栅极引线Ie连成一体。
[0055]具有大直径的导线4a与源极引线Id的宽部Iaa电连接，导线4a还与半导体芯片2的第一电极(接合电极)的电极焊盘(源极电极)2c电连接。
[0056]也就是说，由于强电流施加到引线I的源极引线ld，源极引线Id和半导体芯片2的电极焊盘(源极电极)2c通过具有大直径的导线4a电连接。
[0057]另一方面，直径小于导线4a的直径的导线4b与内引线部分Ia的栅极引线Ie的宽部Iaa电连接。进一步地，导线4b与半导体芯片2的第一电极(接合电极)的电极焊盘(栅极电极)2d电连接。
[0058]也就是说，由于弱电流施加于引线I的栅极引线le，栅极引线Ie与半导体芯片2的电极焊盘2d通过细导线4b电连接。
[0059]同样地，如图1所示，从密封体3的侧表面3a，与芯片安装部分Ic连接的悬挂引线If突出。
[0060]具有芯片安装部分Ic的引线1、与芯片安装部分Ic连接的悬挂引线If以及内引线部分Ia和外引线部分Ib包括:例如，主要含有Cu(铜)的Cu合金。同样的，根据本发明实施方式，接合材料为，例如，焊料材料6。进一步地，导线4包含，例如，Al(铝)等。此时，导线4a的直径为，例如，300 μ m到500 μ m，导线4b的直径为，例如，大约125 μ m。而且，密封体3包含，例如，热固性环氧树脂。然而，部件的尺寸和材料不限于上面描述的那些。
[0061]在本实施方式的功率器件5中，如图3所示，凹口 2f形成在半导体芯片2的背表面2b的周边区域。S卩，凹口 2f沿着半导体芯片2的背表面2b的边缘部分的整个周界形成。此外，凹口 2f是通过激光工艺形成的台阶部，该台阶部从被表面2b凹下去。
[0062]而且，凹口 2f具有，如图3中的局部放大视图所示，延伸连接背表面2b的第一表面2fa和在半导体芯片2的厚度方向上位于主表面2a和背表面2b之间并且延伸到连接第一表面2fa的第二表面2fb。此外，凹口 2f的第一表面2fa是沿着半导体芯片2的厚度方向形成的表面，第二表面2fb是沿着主表面2a或背表面2b形成的表面。
[0063]随后，金属膜7形成在凹口 2f的第一表面2fa和第二表面2fb之上。S卩，金属膜7形成在半导体芯片2的整个背表面2b之上，还形成在延伸到连接背表面2b的凹口 2f之上。
[0064]就此而言，金属膜7用于改善与焊料材料6的润湿性。S卩，在功率器件5中，半导体芯片2的背表面2b用作漏极电极(背表面电极2e)，焊料材料6用作背表面2b的散热路径。因此，需要改善焊料材料6和半导体芯片2之间的连接性。
[0065]因此，优选地，在半导体芯片2的背表面2b之上布置与焊料材料6具有良好润湿性的金属材料。因此，根据本发明实施方式，金属膜7形成在半导体芯片2的带有凹口 2f的背表面2b。在这样的情形中，金属膜7具有多层结构。而且，在上面的多层结构中最靠近焊料材料6的那侧的层为Ag层7a或Au层。
[0066]由于焊料材料与金属膜7的Ag层7a或Au层具有良好的润湿性，所以可以改善焊料材料6与半导体芯片2的背表面2b之间的连接性。
[0067]此外，金属膜7具有三层(多层)结构，包括从半导体芯片那侧开始依次为T1、N1、Ag等，或者T1、N1、Au等。金属膜7是例如通过诸如溅射或气相沉积之类的工艺形成。
[0068]现在，将参考图4描述本申请的发明人已经比较和检查的结构。作为比较例的结构，图4示出了一种半导体芯片2通过焊料材料6安装在芯片安装部分(金属板)Ic之上的结构。半导体芯片2、焊料材料6以及芯片安装部分Ic通过图2所示的密封体3进行密封。根据图4所示的结构，半导体芯片2的背表面2b和焊料材料6、焊料材料6和芯片安装部分lc、上述部件中的每一个和密封体3分别接触。然而，各部件的机械特性(例如，热膨胀系数)大有不同。
[0069]上述部件的热膨胀系数，例如，如下:
[0070]半导体芯片2:3.5ppm/ °C，芯片安装部分Ic:17.Te V °C，焊料材料6:28.7ppm/°C，密封体3的a 1:9ppm/°C，以及密封体3的a 2:35ppm/°C (玻璃转化温度:135 0C )。
[0071]在图4所示的使用具有上述热膨胀系数的部件的结构中，当执行将冷热冲击施加到诸如功率器件之类的半导体器件的温度循环测试时，热膨胀系数较大的焊料材料6在半导体芯片2的背表面2b之上重复膨胀和收缩。
[0072]此时，如图4所示，裂缝8在半导体芯片2的周边部分到应力施加的焊料材料6的层中形成，并且当裂缝8前进时，导致高阻抗状态，热阻退化。结果就是，降低了半导体器件的可靠性。
[0073]因此，在本实施方式的功率器件(半导体器件)5中，如图3所示，凹口 2f形成在半导体芯片2的背表面2b的周边区域。因此，如图5所示，可以通过凹口 2f的第一表面2fa阻挡半导体芯片2的背表面2b的周边部分中形成的裂缝8的前进。结果就是，可以停止裂缝8向焊料材料6的层中前进。
[0074]换个说法，可以将从半导体芯片2的背表面2b的周边部分开始的裂缝8集中到半导体芯片2的背表面2b中的凹口 2f的第一表面2fa上来减少焊料材料6的层中的应力。结果就是，可以改善功率器件5的可靠性。
[0075]而且，就图4所示的比较例的结构和图5所示的本发明实施方式的结构而言，在通过模拟检查给予焊料材料6的层的应力指数的结果中，当假设在图4的比较例的结构的P部分中的应力指数为1，则在形成有图5所示的本发明实施方式的凹口 2f的结构中的Q部分的应力指数为0.34。换而言之，获得下述的结果。S卩，当将图4中的比较例的结构中的P部分的应力与形成有图5所示本发明实施方式的凹口 2f的结构中的Q部分的应力进行比较时，给予形成有凹口 2f的结构中的焊料材料6的应力小得多。
[0076]因此，通过在半导体芯片2的背表面2b的周边区域形成凹口 2f，可以改善功率器件(半导体器件)5的可靠性。
[0077]<半导体器件的制造方法>
[0078]图6包括示出本发明实施方式的半导体器件的组装步骤的一种示例的平面图、截面图和局部放大截面图；图7包括示出本发明实施方式的半导体器件的组装步骤的一种示例的局部平面图和局部截面图；以及图8包括示出图6所示的组装步骤的激光切割中晶片支承状态的一种示例的平面图和截面图。图9是在部分横截面中示出图8所示的激光切割中晶片识别方法的一种示例的透视图；图10是示出在图6所示的组装步骤的激光切割之后的结构的一种示例的平面图；图11是示出沿图10中的线B-B截取的结构的一种示例的截面图；以及图12是示出在图6所示的组装步骤的金属膜形成之后的结构的一种示例的平面图。进一步地，图13是示出沿图12所示的线C-C截取的结构的一种示例的截面图；图14是示出在图6所示的组装步骤的切割期间的结构的一种示例的平面图；以及图15是示出沿图14所示的线D-D截取的结构的一种示例的截面图。
[0079]根据图6和图7所示的流程，说明制造功率器件5的方法。
[0080]1.背面研磨
[0081]首先，执行图6所示的背面研磨以通过研磨半导体晶片9的背表面(第一背表面)9b将半导体晶片9的厚度减少到预定厚度。就此而言，通过使用研磨设备11研磨半导体晶片9的背表面9b来减少半导体晶片9的厚度。
[0082]因此，通过在激光切割之前研磨半导体晶片9的背表面，可以有效地处理半导体晶片9ο
[0083]S卩，激光切割不适合用于涉及较厚部分的处理，因为所需要的时间太多。通过事先使用研磨机使晶片9具有预定厚度然后执行激光处理，可以使让半导体晶片9具有预定厚度的处理(削薄)加快。
[0084]2.激光切割
[0085]在背面研磨之后，沿着半导体晶片9的主表面(第一主表面)9a之上形成的切割线9c，在主表面9a相反侧的背表面9b上形成凹部9d。
[0086]根据本实施方式，如图9所示，图11所示的凹部9d是通过向半导体晶片9的背表面9b照射激光15形成。
[0087]根据本实施方式，激光照射方法的一种示例执行如下。例如，如图8所示，半导体晶片9的图案9e形成的主表面9a固定到通过环形件13保持的切割片12。在通过切割片12被环形件13保持的状态下，如图9所示，通过用于图像识别的照相机14从半导体晶片的下侧识别半导体晶片9的主表面9a。
[0088]因此，对图11所示的半导体晶片9的切割线9c进行识别，并且基于该识别的结果，沿着主表面9a那侧的切割线9c向半导体晶片9的背表面9b照射激光15。
[0089]当通过照射激光15形成图10所示的半导体晶片9的背表面9b的凹部9d时，凹部9d形成为凹部9d的深度是半导体晶片9的厚度的一半或更少。
[0090]换而言之，凹部9d形成为通过照射图11所示的激光15形成的图11所示的凹部9d的深度Tl成为半导体晶片9的厚度T的一半或更少。S卩，凹部9d形成为实现:T1彡1/2T。
[0091]因此，通过将凹部9d形成为实现Tl ( 1/2T，凹部9d形成为相对较浅。因此，当凹口 2f (参见图15)在稍后描述的切割步骤中形成时，可以抑制凹口 2f的边缘发生碎裂。
[0092]进一步地，凹部9d形成为图11所示的凹部9d的宽度S可大于在稍后描述的切割步骤中切割时使用的图14所示的刀片(刀具)16的宽度(图11所示的待切割部分的宽度SI)。S卩，凹部9d形成为图11所示的凹部9d的宽度S可大于将在切割步骤中切割时被切割的宽度S1(S>S1)。
[0093]因此，当在切割步骤中沿着切割线9c进行切割时，可以在半导体芯片2的背表面2b的周边区域形成凹口 2f。
[0094]3.金属膜形成
[0095]在激光切割之后，执行图6所示的金属膜形成。S卩，在半导体晶片9的背表面9b之上形成金属膜7。就此而言，如图12和图13所示，金属膜7形成在半导体晶片9的整个背表面9b以封闭背表面9b的多个凹部9d。此时，在半导体晶片9的主表面9a固定至切割片12的状态下形成金属膜7。
[0096]而且，金属膜7用于实现与焊料材料6的良好润湿性。因此，期望金属膜7具有多层结构，并且，此时，如图3所示，在该多层结构中距离半导体晶片9最远的那层为Ag层7a或Au层。换而言之，在该多层结构中最靠近焊料材料6的那层是Ag层7a或Au层。即，Ag层7a或Au层是在金属膜7的多层结构中用于与焊料材料6连接的那层。
[0097]Ag层7a或Au层具有与焊料材料6的良好润湿性。因此，可以提升半导体芯片2和焊料材料6之间的连接强度。进一步地，可以抑制焊料材料6中差热阻的发生。而且，可以改善功率器件组装之后的半导体芯片2的散热特性。
[0098]此外，在半导体晶片9的背表面9b之上的金属膜7的形成是通过溅射或者气相沉积工艺进行。就此而言，期望金属膜7具有从半导体晶片侧依次为T1、N1、Ag的三层(多层)结构等或者从半导体晶片侧依次为T1、N1、Au的三层(多层)结构等。
[0099]4.切割
[0100]在金属膜形成之后，执行图6所示的切割。S卩，沿着主表面9a的切割线9c执行半导体晶片9的切割，形成多个半导体芯片2，每个半导体芯片在主表面2a相反侧的背表面2b的周边区域具有凹口 2f (获得高质量的半导体芯片2)。就此而言，如图14和图15所示，在半导体晶片9的背表面9b固定至切割片12的状态下，刀片16从半导体晶片9的主表面9a那侧沿着切割线9c运行以执行半导体晶片9的切割(分割为多个半导体芯片2)。此时，在各半导体芯片2的背表面2b的周边区域形成凹口 2f。
[0101]而且，如图19所示，在半导体芯片2的主表面2a之上，形成源极(S)电极和栅极(G)电极，并且还在背表面2b之上形成漏极(D)电极。
[0102]5.芯片接合
[0103]在切割之后，执行图7所示的芯片接合。即，通过接合材料在引线框架10的芯片安装部分Ic安装半导体芯片2。同样地，根据本实施方式，焊料材料6用作接合材料。
[0104]更为具体而言，半导体芯片2通过焊料材料6安装在芯片安装部分Ic之上以使半导体芯片2的背表面2b的周边区域内形成的凹口 2f与焊料材料6接触。S卩，在半导体芯片2的背表面2b的凹口 2f处于与焊料材料6接触的状态下，半导体芯片2通过焊料材料6粘附并固定至芯片安装部分lc。
[0105]6.引线接合
[0106]在芯片接合之后，执行图7所示的引线接合。S卩，如图1所示，半导体芯片2的主表面2a的电极焊盘2c、2d与分别与电极焊盘2c、2d对应的内引线部分Ia分别通过导线4电连接。
[0107]在引线接合步骤中，首先，执行图11所示的源极电极(电极焊盘2c)的引线接合。即，作为半导体芯片2的源极电极的电极焊盘2c与源极引线Id(内引线部分Ia)通过具有大直径的导线4a进行电连接。此外，在内引线部分那侧，导线4a与内引线部分Ia的宽部Iaa连接。
[0108]在完成源极电极的引线接合之后，执行栅极电极(电极焊盘2d)的引线接合。即，使用直径比导线4a的直径小的导线4b，将作为半导体芯片2的栅极电极的电极焊盘2d和栅极引线le(内引线部分Ia)进行电连接。
[0109]就此而言，如在源极电极的情形中，在内引线部分那侧，导线4b与内引线部分Ia的宽部Iaa连接。导线4a和4b是含有例如铝的细金属导线。
[0110]7.封闭(模塑)
[0111]在引线接合之后，执行图7所示的封闭。S卩，使用密封树脂密封半导体芯片2、导线4a、内引线部分la、焊料材料6以及芯片安装部分Ic的上表面Ica侧以形成密封体3。
[0112]在根据本实施方式的功率器件5中，密封体3形成为芯片安装部分Ic的下表面Icb从密封体3的下表面3b露出。同样地，密封树脂是，例如，热固性环氧树脂。
[0113]8.电镀
[0114]在封闭之后，执行电镀。
[0115]在电镀步骤中，在图2所示的多个外引线部分Ib的表面和芯片安装部分Ic的下表面Icb的表面之上形成诸如镀焊锡之类的镀膜。
[0116]9.标记
[0117]在电镀之后，进行标记。
[0118]在标记步骤中，例如，在密封体3的顶表面之上形成期望的标记(印记)。上述的标记为，例如，产品类型、型号或其他信息，并且通过激光照射等形成。
[0119]10.引线处理(分块)
[0120]在标记之后，执行引线处理。
[0121]在引线处理步骤中，图1所示的各外引线部分Ib和悬挂引线If与图7所示的引线框架10分离。同样地，如图2所示，各外引线部分Ib弯曲并且形成为预定形状(例如，在本例中，形成为鸥翼的形状)。
[0122]这样，完成了功率器件5的组装。
[0123]根据本发明实施方式，由于凹口(台阶部)2f形成在半导体芯片2的背表面2b的周边区域，即使在焊料材料6中形成裂缝8，裂缝8的前进也可以被凹口 2f阻挡。
[0124]也就是说，如图5的放大图所示，由于金属膜7还形成在凹口 2f之上，焊料材料6也通过浸润的方式在凹口 2f之上扩散。因此，即使形成裂缝8，可以使裂缝8更靠近凹口2f，并且裂缝8的前进也可以通过凹口 2f的第一表面2fa阻止。即，在焊料材料6和半导体芯片2的边界附近形成的裂缝8朝向焊料材料6的内部区域前进。然而，根据本发明的实施方式，在半导体芯片2的背表面2b的周边区域形成有凹口 2f。因此，可以通过凹口 2f的第一表面2fa阻止裂缝8的前进。
[0125]更为具体而言，在焊料材料6的周边部分附近形成的裂缝8的向内前进可以通过凹口 2f的第一表面2fa阻挡。结果就是，可以停止焊料材料6的层中的裂缝8的前进。
[0126]换个说法，可以通过将在焊料材料6的周边部分附近形成的裂缝集中到半导体芯片2的背表面2b的凹口 2f的第一表面2fa上以减少焊料材料6的层中的应力。结果就是，可以改善功率器件(半导体器件)5的可靠性。
[0127]具体而言，在根据本发明实施方式的功率器件中，半导体芯片2的背表面2b用作电极(背表面电极2e)。因此，焊料材料6和半导体芯片2之间的连接在电学方面也是重要的。进一步地，由于相对较强的电流应用到背表面电极2e (漏极电极)，焊料材料6还充当从半导体芯片2辐射的热量的辐射路径的一部分。因此，通过将焊料材料6和半导体芯片2处于连接状态是有利的，可以进一步改善功率器件5的可靠性。
[0128]而且，金属膜7在半导体芯片2的包括凹口 2f的背表面2b之上形成。由于金属膜7中最靠近焊料材料6的那层是Ag层7a或Au层，其具有与焊料材料6的良好的润湿性，可以提升半导体芯片2和焊料材料6之间的连接强度。
[0129]结果就是，可以改善功率器件5的可靠性，从而，可以改善半导体芯片2的散热特性。因此，如上述的情形，可以改善功率器件5的可靠性。
[0130]〈变形例1>
[0131]图16是示出本实施方式的变形例I的半导体芯片的结构的截面图。
[0132]在图16所示的变形例I中，锥形部2g设置于半导体芯片2的背表面2b。S卩，半导体芯片2的背表面2b和凹口 2f的第一表面2fa通过锥形部2g连接。
[0133]如图11所示，当通过激光工艺在半导体晶片的背表面9b中形成凹部9d时，优选地，通过激光工艺形成的锥形部2g形成为背表面9b和凹部9d可以延伸到通过锥形部2g连接。
[0134]因此，通过在凹口 2f和背表面2b连接的位置设置锥形部2g，可以分散在半导体芯片2的背表面2b和焊料材料6连接的那一部分上施加到半导体芯片2的应力，加强了半导体芯片2和焊料材料6的连接强度。结果就是，可以改善功率器件5的可靠性。
[0135]〈变形例2>
[0136]图17包括示出本实施方式的变形例2的半导体芯片的结构的截面图和局部放大截面图。
[0137]在图17所示的变形例2中，如在其放大截面图中所示，半导体芯片2的背表面2b的凹口 2f的第一表面2fa和第二表面2fb延伸到通过曲面部2h连接。S卩，在半导体芯片2的背表面2b的凹口 2f中，第一表面2fa和第二表面2fb交叉的角部是曲面形状。
[0138]曲面部2h也可通过数次照射激光15 (参见图9)的激光工艺来形成。
[0139]由于凹口 2f的第一表面2fa和第二表面2fb延伸到通过曲面部2h连接，当在凹口 2f形成金属膜7时，可以通过粘附容易地形成所述金属膜。就此而言，金属膜7可以例如通过诸如气相沉积或溅射之类的工艺在半导体晶片9的背表面9b之上形成。
[0140]进一步地，关于曲面部2h的曲率值，下述的值是优选的:
[0141]曲率半径:R = 10 μ m或更大
[0142]S卩，通过实现上述的曲率半径，金属膜7可以容易地粘附到背表面9b的凹口 2f。
[0143]〈变形例3>
[0144]半导体芯片2的背表面2b的凹口 2f可具有图16所示的锥形部2g和图17所示的曲面部2h 二者，在这样的情形下，凹口 2f可具有上面描述的两种效果。
[0145]〈变形例4>
[0146]图18是示出本实施方式的变形例4的半导体器件的结构的截面图。
[0147]图18所示的变形例4的半导体器件是类似于图1所示功率器件5的功率器件20。
[0148]功率器件(半导体器件)20是半导体封装，在该半导体封装中，半导体芯片2通过焊料材料(接合材料)安装在芯片安装部分Ic之上。半导体芯片2通过导线4与内引线部分Ia电连接。进一步地，半导体芯片2、焊料材料6、内引线部分Ia以及导线4通过密封体3进行密封。
[0149]而且，与各内引线部分Ia —体形成的外引线部分Ib中的一些从与密封体3相对的那侧表面3a突出。
[0150]进一步地，凹口(台阶部)2f形成在半导体芯片2的背表面2b的周边部分，凹口2f与焊料材料6接触。
[0151]而且，与图1所示的功率器件5类似，在功率器件20中，强电流也施加到半导体芯片2的背表面2b。因此，焊料材料6充当散热路径的一部分，芯片安装部分Ic的下表面Icb从密封体3的下表面3b露出。
[0152]在变形例4的功率器件20中，同样地，由于凹口(台阶部)2f形成在半导体芯片2的背表面2b的周边区域中，即使在焊料材料6中形成了裂缝8，也可以通过凹口 2f阻止裂缝8的前进。
[0153]也就是说，如在图1所示的功率器件5的情形，焊料材料6的周边部分附近形成的裂缝8的向内前进可以通过凹口 2f的第一表面2fa阻挡。结果就是，可以停止焊料材料6的层中的裂缝8的前进。
[0154]因此，可以改善功率器件(半导体器件)20的可靠性。
[0155]由本发明的发明人作出的发明已经基于所述实施方式在上面进行了具体说明。然而，应注意的是，本发明并不限于所述实施方式或者由所述实施方式限定，而且可以在不脱离本发明的范围内进行变形。
[0156]例如，在上述的实施方式中，已经说明了焊料材料6用作连接半导体芯片2和芯片安装部分Ic的接合材料(芯片接合材料)的情形。然而，上述的接合材料并不限于焊料材料6。接合材料可以是除了焊料材料6之外的材料，只要该材料将半导体芯片2固定至芯片安装部分lc，电连接半导体芯片2的背表面电极2e和芯片安装部分lc，并且具有类似焊料材料6的特性。
[0157]在根据上述实施方式的半导体器件的制造方法中，尽管已经说明了采用激光切割作为用于在半导体芯片2的背表面2b形成凹口 2f的方法，但也可以用刀片切割代替激光切割。然而，当考虑到切割期间给予半导体芯片2的冲击水平，优选地，采用激光切割。
【主权项】
1.一种制造半导体器件的方法，该方法包括下述步骤: (a)沿着半导体晶片的第一主表面之上形成的切割线在位于所述第一主表面的相反侧的第一背表面上形成凹部； (b)步骤(a)之后，在所述半导体晶片的第一背表面之上形成金属膜以便封闭所述凹部； (C)在步骤(b)之后，沿着所述切割线切割所述半导体晶片并且形成多个半导体芯片，每个半导体芯片在位于第二主表面的相反侧的第二背表面的周边区域具有凹口 ；以及(d)在步骤(C)之后，通过接合材料将所述半导体芯片安装在引线框架的芯片安装部分之上， 其中，在步骤(d)中，所述半导体芯片通过所述接合材料安装在所述芯片安装部分之上以使所述半导体芯片的第二背表面的凹口与所述接合材料接触。2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，焊料材料用作所述接合材料。3.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，在步骤(a)中通过向所述半导体晶片的第一背表面照射激光形成所述凹部。4.根据权利要求3所述的制造半导体器件的方法，其中，在步骤(a)中，从所述半导体晶片的下侧对所述半导体晶片的第一主表面进行识别，并且，基于所述识别的结果，向所述半导体晶片的第一背表面照射所述激光。5.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，所述方法包括下述步骤:在步骤(a)之前，对所述半导体晶片的第一背表面进行研磨以减小所述半导体晶片的厚度。6.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，所述凹部的深度是步骤(a)中的所述半导体晶片的厚度的一半或更少。7.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，在步骤(a)中，所述凹部的宽度形成为大于在步骤(C)的切割期间使用的刀具的宽度。8.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，所述金属膜具有多层结构，并且在所述多层结构中离所述半导体晶片最远的那层为Ag层或Au层。9.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，在步骤(a)中，形成锥形部，以使所述半导体晶片的第一背表面和所述凹部可延伸到通过所述锥形部连接。10.一种半导体器件，所述半导体器件包括: 半导体芯片，该半导体芯片具有主表面、位于所述主表面的相反侧的背表面、在所述主表面之上形成的多个第一电极、以及在所述背表面之上形成的第二电极； 芯片安装部分，该芯片安装部分具有上表面和位于所述上表面的相反侧的下表面； 接合材料，所述接合材料将所述半导体芯片的背表面的第二电极和所述芯片安装部分的上表面电连接；以及 多根引线，所述多根引线分别与所述第一电极电连接； 其中，在所述半导体芯片的背表面的周边区域形成有凹口， 其中，所述凹口具有延伸到连接所述背表面的第一表面和在所述半导体芯片的厚度方向上位于所述主表面和所述背表面之间并且延伸到连接所述第一表面的第二表面，以及其中，所述凹口的第一表面和第二表面之上形成有金属膜。11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述接合材料为焊料材料。12.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述金属膜具有多层结构，并且，在所述多层结构中最靠近所述接合材料那侧的层为Ag层或Au层。13.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述半导体芯片的所述背表面和所述第一表面延伸到通过锥形部进行连接。14.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述半导体芯片的凹口的第一表面和第二表面延伸到通过曲面部进行连接。15.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述凹口为通过激光工艺形成的台阶部。
【文档编号】H01L21/78GK105931989SQ201510907535
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】柏崎智也
【申请人】瑞萨电子株式会社