專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在微波/毫米波帶中使用的半導(dǎo)體裝置，特別涉及能夠有效地進(jìn)行散熱的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為雷達(dá)或通信基礎(chǔ)設(shè)施用的高輸出放大器，使用了氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置增加。氮化物半導(dǎo)體與以往的Si或GaAs相比較，飽和電子速度高并且絕緣擊穿電場高，所以，有希望作為高頻高輸出器件用材料。在以往的高頻高輸出器件用封裝中，在基體構(gòu)件上對半導(dǎo)體芯片進(jìn)行芯片焊接，經(jīng)由導(dǎo)線或引線輸入輸出高頻信號。在封裝上部設(shè)置蓋，對半導(dǎo)體芯片進(jìn)行氣密密封。由晶體管所產(chǎn)生的熱經(jīng)由基體構(gòu)件進(jìn)行散熱。但是，高頻性能由于導(dǎo)線或引線等所引起的寄 生成分而惡化。此外，由于封裝材料費、裝配費用導(dǎo)致成本較大地增加。為了解決該問題，在晶片級(wafer level)進(jìn)行封裝的方法正在被積極地開發(fā)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在晶片級對形成了晶體管、周邊電路的主體晶片與蓋晶片進(jìn)行接合，切割晶片，由此，成批封裝半導(dǎo)體芯片。在分離成芯片之后，經(jīng)由凸起安裝于基板。由此，能夠減少寄生成分和封裝成本。專利文獻(xiàn)I :日本特開2003-204005號公報。但是，在以往的裝置中，經(jīng)由凸起進(jìn)行安裝，所以，從芯片下部的散熱性低。因此，不能夠有效地散熱，所以，成為使器件特性以及可靠性惡化的原因。特別是，在不能夠忽視晶體管的發(fā)熱溫度的高頻高輸出器件中成為問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于得到一種能夠有效地進(jìn)行散熱的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，具備主體芯片；電路圖案，設(shè)置在所述主體芯片的表面并且具有第一焊盤；蓋芯片(cap chip)，在表面設(shè)置有第一凹部，在背面設(shè)置有第二凹部，以使所述第一凹部與所述電路圖案對置的方式與所述主體芯片接合；第二焊盤，設(shè)置在所述蓋芯片的所述第一凹部的底面；第一金屬構(gòu)件，填充在所述蓋芯片的所述第二凹部；第一貫通電極，貫通所述蓋芯片，連接所述第二焊盤和所述第一金屬構(gòu)件；凸起，連接所述第一焊盤和所述第二焊盤。根據(jù)本發(fā)明，能夠有效地進(jìn)行散熱。
圖I是示出本發(fā)明的實施方式I的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖2是示出圖I的裝置的主體芯片的表面的俯視圖。圖3是示出圖I的裝置的主體芯片的背面的仰視圖。
圖4是沿著圖I的I 一 I的剖面圖。圖5是沿著圖I的II —II的剖面圖。圖6是沿著圖I的III —III的剖面圖。圖7是示出本發(fā)明的實施方式2的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖8是沿著圖7的IV —IV的剖面圖。圖9是沿著圖7的V —V的剖面圖。圖10是示出本發(fā)明的實施方式3的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖11是沿著圖10的VI —VI的剖面圖。
圖12是示出本發(fā)明的實施方式4的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖13是示出本發(fā)明的實施方式5的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
具體實施例方式參照附圖對本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。對相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，有時省略重復(fù)的說明。實施方式I
圖I是示出本發(fā)明的實施方式I的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。接合了主體芯片I和蓋芯片2的裝置被安裝在基板3上。在主體芯片I的表面設(shè)置有電路圖案4。并且，實際上電路圖案4被蓋芯片2覆蓋，但是，在圖I中，透過蓋芯片2不出電路圖案4。圖2是示出圖I的裝置的主體芯片的表面的俯視圖。電路圖案4是源極接地的FET，具有源極焊盤5、源極電極6、柵極焊盤7、柵極電極8、漏極焊盤9以及漏極電極10。并且，雖然省略了圖示，但是，在電路圖案4中還包含電阻、MIM電容器、螺旋電感器、布線、通孔、放大器、振蕩器等。圖3是示出圖I的裝置的主體芯片的背面的仰視圖。圖4是沿著圖I的I 一 I的剖面圖。圖5是沿著圖I的II 一 II的剖面圖。圖6是沿著圖I的III一III的剖面圖。在蓋芯片2的表面設(shè)置有凹部11,在背面設(shè)置有凹部12。在蓋芯片2的凹部11的底面設(shè)置有焊盤13。在蓋芯片2的凹部12填充有金屬構(gòu)件14。貫通電極15貫通蓋芯片2，連接焊盤13和金屬構(gòu)件14。蓋芯片2以使凹部11與電路圖案4對置的方式與主體芯片I接合。利用散熱用的凸起16連接主體芯片I的源極焊盤5與蓋芯片2的焊盤13。在主體芯片I的背面設(shè)置有焊盤17、18、19。貫通電極20貫通主體芯片1，連接源極焊盤5與焊盤17。貫通電極21貫通主體芯片1，連接?xùn)艠O焊盤7與焊盤18。貫通電極22貫通主體芯片I，連接漏極焊盤9與焊盤19。焊盤17經(jīng)由在芯片背面的周圍設(shè)置的接地用的凸起23連接到基板3上的接地線路24。焊盤18經(jīng)由凸起25連接到基板3上的輸入信號線路26。焊盤19經(jīng)由凸起27連接到基板3上的輸出信號線路28。輸入信號從基板3上的輸入信號線路26經(jīng)由凸起25、焊盤18以及貫通電極21輸入到晶體管的柵極焊盤7。電路圖案4的輸出信號從漏極焊盤9經(jīng)由貫通電極22、焊盤19、以及凸起27輸出到基板3上的輸出信號線路28。接著，說明本實施方式的效果。主體芯片I的源極焊盤5經(jīng)由散熱用的凸起16、焊盤13以及貫通電極15而與蓋芯片2的金屬構(gòu)件14連接。該金屬構(gòu)件14成為散熱器，對由晶體管所產(chǎn)生的熱進(jìn)行散熱。因此，能夠從芯片上部散熱，所以，能夠有效地進(jìn)行散熱。此外，源極焊盤5經(jīng)由貫通電極20、焊盤17以及接地用的凸起23連接到基板3上的接地線路24。在基板3上設(shè)置接地的散熱器，由此，也能夠從芯片下部散熱。因此，能夠從芯片兩面進(jìn)行散熱，所以，即使是發(fā)熱量大的高輸出晶體管也能夠有效地進(jìn)行散熱。此外，不需要成本高的封裝構(gòu)件，能夠大幅度地減少裝配成本。并且，能夠減少導(dǎo)線或引線等引起的寄生成分，所以，能夠防止高頻性能的惡化。此外，電路圖案4被蓋芯片2氣密密封，所以，與沒有蓋芯片2的裸芯片相比，能夠大幅度地改善耐濕性。此外，若在裸芯片的電路圖案4上形成耐濕用的絕緣膜，則增益由于其寄生成分而下降，但是，在本實施方式中，電路圖案4上為中空，所以，能夠抑制寄生成分所引起的在高頻區(qū)域的增益的下降。并且，也可以在蓋芯片2的金屬構(gòu)件14的上部或主體芯片I的下部另外設(shè)置散熱·器。此外，主體芯片I和蓋芯片2也不是必須為相同材料，但是，如果是相同材料，則能夠防止熱膨脹率之差引起的翹曲。此外，如果對主體芯片I和蓋芯片2設(shè)置芯片保護(hù)膜，則能夠保護(hù)其免受安裝時的機(jī)械性沖擊的影響。但是，在蓋芯片2的金屬構(gòu)件14中，預(yù)先在芯片保護(hù)膜上設(shè)置開口。此外，作為電路圖案4，以源極接地的FET為例進(jìn)行了說明，但是，也可以是HEMT等的其他的場效應(yīng)晶體管或HBT等的雙極晶體管。此外，作為貫通電極15和貫通電極20，雖然用金屬膜僅覆蓋通孔側(cè)壁也可以，但是，通過用金屬進(jìn)行填充，從而能夠減少寄生電感和熱電阻。此外，由于在形成了貫通電極20之后進(jìn)行基板安裝，所以，當(dāng)基板連接用的凸起23配置在緊鄰貫通電極20的下方時，有在基板安裝時貫通電極20被破壞的可能性。因此，優(yōu)選將凸起23配置在與貫通電極20不同的位置。另一方面，在對主體芯片I和蓋芯片2進(jìn)行了接合之后形成貫通電極15和貫通電極20，所以，只要將蓋連接用的凸起16配置在與貫通電極15和貫通電極20相同的位置即可。實施方式2
圖7是示出本發(fā)明的實施方式2的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖8是沿著圖7的IV — IV的剖面圖。圖9是沿著圖7的V —V的剖面圖。在主體芯片I的背面設(shè)置有凹部29。在主體芯片I的凹部29中填充有金屬構(gòu)件
30。貫通電極20貫通主體芯片1，連接源極焊盤5與金屬構(gòu)件30。在蓋芯片2的凹部11的底面設(shè)置有焊盤31。在蓋芯片2的背面設(shè)置有焊盤32。貫通電極33貫通蓋芯片2，連接焊盤31與焊盤32。利用凸起34連接?xùn)艠O焊盤7與焊盤
31。漏極焊盤9側(cè)也是同樣的。由此，從蓋芯片2側(cè)輸入輸出信號。將對該主體芯片I和蓋芯片2進(jìn)行了接合的裝置直接安裝到CuW等的熱電阻低的基板3上。在本實施方式中，在主體芯片I側(cè)也設(shè)置散熱用的金屬構(gòu)件30，從而能夠直接從主體芯片I向基板3進(jìn)行散熱。此外，能夠確保主體芯片I上的電路圖案4的耐濕性。實施方式3
圖10是示出本發(fā)明的實施方式3的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖11是沿著圖10的VI —VI的剖面圖。在源極電極6的正下方配置貫通電極20，在源極電極6的正上方配置凸起16。由此，在晶體管的正上方、正下方進(jìn)行散熱，所以，與實施方式1、2相比，散熱性提高。
實施方式4
圖12是示出本發(fā)明的實施方式4的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。該圖與沿著圖I的III一III的剖面圖對應(yīng)。以金屬膜35覆蓋主體芯片I以及蓋芯片2。由此，能夠屏蔽來自外部的電
磁噪聲。但是，當(dāng)以金屬膜35覆蓋芯片時,可能產(chǎn)生波導(dǎo)模式(waveguide mode)的不需要的振蕩。因此，在蓋芯片2上設(shè)置多個凹部12。由此，不成為完全的波導(dǎo)，所以，能夠抑制波導(dǎo)模式的不需要的振蕩。此外，由于有效表面積增加，所以，散熱性也提高。并且，不需要向凹部12填充金屬，所以，能夠縮短晶片工藝工序的時間。并且，雖然在本實施方式中以相對于柵極漏極方向成直角的方式設(shè)置多個凹部12，但是也可以平行地設(shè)置。實施方式5
圖13是示出本發(fā)明的實施方式5的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。該圖與沿著圖I的I 一 I的剖面圖對應(yīng)。準(zhǔn)備兩個實施方式I的半導(dǎo)體裝置，利用導(dǎo)電性粘結(jié)劑36將這兩個半導(dǎo)體裝置的主體芯片I的背面彼此接合。在金屬構(gòu)件14上接合有散熱器37。將兩個半導(dǎo)體裝置接合，由此，能夠使電路圖案的面積為1/2。此外，能夠從兩面散熱，所以，散熱性也提高。并且，也可以接合兩個實施方式2 4的半導(dǎo)體裝置。附圖標(biāo)記的說明
I主體芯片
2蓋芯片 4電路圖案
5源極焊盤(第一焊盤)
11凹部(第一凹部)
12凹部(第二凹部)
13焊盤(第二焊盤)
14金屬構(gòu)件(第一金屬構(gòu)件)
15貫通電極(第一貫通電極)
16凸起
17焊盤(第三焊盤)
20貫通電極(第二貫通電極)
29凹部(第三凹部)
30金屬構(gòu)件(第二金屬構(gòu)件)
35金屬膜。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 主體芯片； 電路圖案，設(shè)置在所述主體芯片的表面，并且具有第一焊盤； 蓋芯片，在表面設(shè)置有第一凹部，在背面設(shè)置有第二凹部，以使所述第一凹部與所述電路圖案對置的方式與所述主體芯片接合； 第二焊盤，設(shè)置在所述蓋芯片的所述第一凹部的底面； 第一金屬構(gòu)件，填充于所述蓋芯片的所述第二凹部； 第一貫通電極，貫通所述蓋芯片，連接所述第二焊盤和所述第一金屬構(gòu)件；以及 凸起，連接所述第一焊盤和所述第二焊盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 第三焊盤，設(shè)置在所述主體芯片的背面；以及 第二貫通電極，貫通所述主體芯片，連接所述第一焊盤和所述第三焊盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 第三凹部，設(shè)置在所述主體芯片的背面； 第二金屬構(gòu)件，填充于所述主體芯片的所述第三凹部；以及 第二貫通電極，貫通所述主體芯片，連接所述第一焊盤和所述第二金屬構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在干， 還具備覆蓋所述蓋芯片的金屬膜。
5.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在干， 準(zhǔn)備兩個權(quán)利要求I 3的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，將這兩個半導(dǎo)體裝置的所述主體芯片的背面彼此接合。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于得到一種能夠有效地進(jìn)行散熱的半導(dǎo)體裝置。在主體芯片(1)的表面設(shè)置有電路圖案(4)，該電路圖案(4)具有源極焊盤(5)。在蓋芯片(2)的表面設(shè)置有凹部(11)，在背面設(shè)置有凹部(12)。蓋芯片(2)以使凹部(11)與電路圖案(4)對置的方式與主體芯片(1)接合。在蓋芯片(2)的凹部(11)的底面設(shè)置有焊盤(13)。在蓋芯片(2)的凹部(12)中填充有金屬構(gòu)件(14)。貫通電極(15)貫通蓋芯片(2)，連接焊盤(13)和金屬構(gòu)件(14)。凸起(16)連接源極焊盤(5)與焊盤(13)。
文檔編號H01L23/34GK102800635SQ20121015954
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者金谷康, 塚原良洋 申請人:三菱電機(jī)株式會社