(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の電極と外部回路に対する接続用端子及び／又は半導体の電極同士が接続材料を介して接続される樹脂封止半導体装置であって、少なくとも前記電極と前記接続材料との接合部及び／又は前記接続用端子と接続材料との接合部が０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料によりコーティングされて成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接続材料と前記めっき材料とが異なる材料から成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記めっき材料が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接続材料が、ボンディングワイヤ及び／又はバンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記接続材料がＡｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極が、半導体チップ又は基板の上に形成されて成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記接続用端子が、基板、リードフレーム又はＴＡＢテープの何れかの上に形成されて成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電極及び／又は接続用端子の表面が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体の電極と外部回路に対する接続用端子及び／又は半導体の電極同士が接続材料を介して接続される樹脂封止半導体装置の製造方法であって、前記電極と前記接続用端子とを接続材料で接続する工程と、少なくとも前記電極と前記接続材料との接合部及び／又は前記接続用端子と前記接続材料との接合部を０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料によりコーティングする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に半導体チップ、リードフレーム、基板、ＴＡＢテープ等の上に形成された電極と、リードフレーム、基板、ＴＡＢテープ等の上に形成された接続用端子とを接続材料を介して接続することで構成される半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置には、Ｓｉ等から成る半導体が広く利用されている。また従来の半導体装置の接続材料には、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ等から成る導電性の材料がボンディングワイヤあるいはバンプとして使用されている。これらの接続材料を利用して、ＡｌやＣｕ等から成る半導体の電極と、表面がＡｇやＡｕ等で覆われた接続用端子とは接続されている。ボンディングワイヤと半導体の電極との接合部においては、図１（ａ）に示すように、ボンディングワイヤの母線部３と半導体の電極１３との間に接合部２が形成される。接続材料の接合部２は、接合時にボンディングワイヤが変形することによって形成されたものである。また、ボンディングワイヤと外部回路に対する接続用端子との接合部においては、図１（ｂ）に示すように、ボンディングワイヤの母線部３と接続用端子１２との間に接合部２が形成される。接続材料の接合部２は、接合時にボンディングワイヤが変形することによって形成されたものである。さらに、接続材料としてバンプを用いて、半導体の電極１３と接続用端子１２とを接続する場合には、図１（ｃ）に示すような接合部２が電極１３側と接続用端子１２側の間に形成される。接続材料の接合部２は、バンプが変形することによって形成されたものである。
【０００３】
通常、接合部２には、時間の経過に伴い接続材料と電極の間に金属間化合物や固溶体といった拡散層が形成される。これら接合部では、前記拡散層等が外部の環境と化学反応を起こすことがある。例えば、接合部が樹脂等でパッケージされている場合は、樹脂中に含まれるＢｒ等の添加成分と反応したり、また、接合部が樹脂等でパッケージされない場合は、空気中の酸素や水分と反応することがある。また、半導体装置として使用する際に、接合部に熱応力が印加されて疲労することがある。前記の化学反応や疲労が生じると、接合強度の低下が生じ、その結果、接合部近傍の長期信頼性が充分に得られないという問題が生じてしまう。
【０００４】
例えば、従来の半導体装置では、Ａｕを主体としたボンディングワイヤを、Ａｌを主体とした半導体の電極上に接合することが多い。これを樹脂でパッケージした半導体装置では、電極とボンディングワイヤの接合部が劣化し、その接合部の断面に腐食物が観察されることがある。これは、接合部に形成されたＡｕとＡｌから成る金属間化合物が、樹脂あるいは樹脂中に含まれるＢｒ等の添加成分と反応して生じたものである。このような腐食物が生成した結果、接合強度が得られなくなったり、接合部の導通が損なわれたりというような、接合部の長期信頼性が著しく悪化するという問題が生じてしまう。
【０００５】
また、例えば、従来の半導体装置では、Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金を接続材料としたバンプを、Ｃｕを主体とする電極の上に接合することが少なくない。この接合部には、通常Ｓｎ−ＰｂとＣｕの拡散層が形成されているが、半導体装置として使用するために電流を印加するたびに、その接合部に接続材料と電極材料の熱膨張係数差に起因した熱応力が生じる。その結果、拡散層を中心としてクラックが生じて、接合部の接合強度が低下し、接合部の長期信頼性が著しく悪化するという問題が生じてしまう。
【０００６】
そこで、接合部の長期信頼性を向上させる目的で、例えば、あらかじめ接続材料中に、腐食等の防止や耐疲労性に有効な成分を添加する手法が広く用いられてきた。
【０００７】
また、例えば、特開平８−２８８６８６号公報においては、接合部を形成してから樹脂による封止を行ってパッケージとし、その後、半導体パッケージ全体に無電解めっきを施して金属被膜を形成することで、パッケージ外部からの吸湿を防ぐことが試みられている。
【０００８】
また、接合部を形成してから樹脂による封止を行ってパッケージを得て、パッケージの外部を化学処理によって外装めっきすることが広く行われている。例えば、特開平６−１６３７８３号公報においては、接合部を形成する前にあらかじめ電極等にＮｉめっきを施すことで、前記化学処理時に用いる薬液が樹脂と外部リードとの間に隙間を形成して、その隙間に大気中の水分が進入して接合部を腐食させることを回避することが図られている。
【０００９】
半導体の電極と外部回路に対する接続用端子とを接続材料を介して接続し、さらに樹脂による封止を行ってパッケージを得た後、前記パッケージは実装材料を介してマザーボードに実装される。その際、確実な実装を行うために実装部を実装材料の融点以上の温度に加熱することが多い。従来は、実装材料としてＳｎ−Ｐｂ共晶組成から成る一般半田が主として使用されており、前記一般半田の融点は１９０℃以下であることから、実装時の加熱はせいぜい２３０℃程度であったため、特に問題は生じていなかった。
【００１０】
昨今、半田中のＰｂが環境へ悪影響を与えることが懸念されてきており、Ｐｂを含有しない半田、いわゆるＰｂフリー半田の実用化が進行している。しかしながら、Ｐｂフリー半田の融点は前記一般半田の融点よりも高く、例えば、実用化が進められているＳｎ−Ａｇ系半田の融点は２２０℃を超えることが多い。そのため、半導体装置とマザーボードとの実装時は、例えば、２８０℃程度というように従来以上の高温に加熱する必要が生じている。その結果、半導体装置とマザーボードとの実装時に樹脂で封止された半導体装置の内部に熱が伝達されて、ボンディングワイヤと外部回路に対する接続用端子との接合部近傍に熱応力が印加されることで前記接合部近傍が破壊されるという、従来は生じなかった問題が多発している。
【００１１】
このような破壊が生じると半導体装置が正常に機能しないことから、例えば、ボンディングワイヤの線径を可能な限り太くすることで上記問題を回避する手法が広く用いられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置を高性能化する目的で半導体装置を高密度化することが試みられており、それに伴い接続材料や電極は微細化される傾向にある。しかしながら、このような微細化が進むと接合部の面積が低下することから、接合部の長期信頼性は従来以上に高いことが要求されることとなる。
【００１３】
例えば、特開平８−２８８６８６号公報で試みられているように、半導体パッケージの表面全体に無電解めっきを施して金属被膜を形成した場合も、パッケージ外部からの吸湿を防ぐことはできても、パッケージ内部の樹脂中に存在するＢｒ等の元素と接合部との反応を防ぐことはできない。従って、この方法では前記の課題を解決できない。
【００１４】
また、例えば、特開平６−１６３７８３号公報で図られているように、電極等にＮｉめっきを施してから接続材料を接合して、その後樹脂封止してパッケージとした場合も、その後の化学処理に伴い接合部に腐食が生じることを回避することはできても、パッケージ内部の樹脂中に存在するＢｒ等の元素と接合部との反応を防ぐことはできない。従って、この方法では前記の課題を解決できない。
【００１５】
また、あらかじめ接続材料中に、腐食等の防止や耐疲労性に有効な成分を添加する手法では、腐食等の防止に効果のある成分と耐疲労性の向上に効果的な成分が異なっているため、両効果を同時に得るためには両成分を接続材料中に同時に添加する必要がある。接続材料や電極の微細化が進むと従来以上に高い濃度で両成分を添加しなければ、要求される高い長期信頼性は得られないのであるが、この場合、接続材料中に添加元素が過剰に存在することになり、接続材料表面の酸化が激しくなるので、両成分を高濃度で添加することは出来ない。
【００１６】
さらに、半導体の電極と外部回路に対する接続用端子とをボンディングワイヤを介して接続する場合は、線径の太いボンディングワイヤを用いれば、パッケージとマザーボードとの実装時の加熱に伴うボンディングワイヤと外部回路に対する接続用端子との接合部近傍の破壊が抑制できるが、前述のように接続材料の微細化が進行するという技術動向の中では、本手法には限界があると指摘されている。
【００１７】
このように従来の手法のみではこれら問題の解決は難しく、これが接続材料や電極や端子の微細化を進行させにくくする要因の一つとされている。
【００１８】
本発明では、かかる事情に鑑み、接続材料や電極が微細化しても接合部近傍の長期信頼性が充分に得られる半導体装置およびその製法を提供する。また、太線ワイヤを用いることなく、パッケージとマザーボードとの実装時の加熱に伴うボンディングワイヤと外部回路に対する接続用端子との接合部近傍の破壊を抑制できる半導体装置およびその製法をあわせて提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体の電極と外部回路に対する接続用端子及び／又は半導体の電極同士が接続材料を介して接続される樹脂封止半導体装置であって、少なくとも前記電極と前記接続材料との接合部及び／又は前記接続用端子と接続材料との接合部が０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料によりコーティングされて成ることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の半導体装置は、前記接続材料と前記めっき材料とが異なる材料から成ることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の半導体装置は、前記めっき材料が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の半導体装置は、前記接続材料が、ボンディングワイヤ及び／又はバンプであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の半導体装置は、前記接続材料がＡｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の半導体装置は、前記電極が、半導体チップ又は基板の上に形成されて成ることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の半導体装置は、前記接続用端子が、基板、リードフレーム又はＴＡＢテープの何れかの上に形成されて成ることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の半導体装置は、  前記電極及び／又は接続用端子の表面が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇの何れか１種又は２種以上、あるいはこれらの内の少なくとも１種を含む合金から成ることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体の電極と外部回路に対する接続用端子及び／又は半導体の電極同士が接続材料を介して接続される樹脂封止半導体装置の製造方法であって、前記電極と前記接続用端子とを接続材料で接続する工程と、少なくとも前記電極と前記接続材料との接合部及び／又は前記接続用端子と前記接続材料との接合部を０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料によりコーティングする工程とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、半導体の電極と外部回路に対する接続用端子及び／又は半導体の電極同士が接続材料を介して接続されて接合部が形成された後に、少なくとも前記電極と前記接続材料との接合部及び／又は前記接続用端子と前記接続材料との接合部を０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料でコーティングしておくことで、接合部における外部の環境、即ち樹脂中の添加成分や空気中の酸素や水分、との反応を防止することができ、また接合部に生じる応力に抗じることができる。その結果、接合部における反応層や接続材料の腐食や汚染を防ぐことができ、接合部近傍の長期信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、特に接続材料としてボンディングワイヤを用いた場合、少なくとも前記接続用端子と前記ボンディングワイヤとの接合部を０．１μｍ以上、接続材料の大きさの５０％以下の厚みを有するめっき材料でコーティングしておくことで、接合部の機械特性を向上させることができる。その結果、太線ワイヤを用いることなく、パッケージとマザーボードとの実装時の加熱に伴う前記接合部近傍の破壊を効果的に抑制できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明者らが鋭意検討した結果、前記課題を解決するためには、少なくとも接合部２に生成した拡散層を、めっき材料でコーティングしておくことが有効であることを初めて見出した。
【００３１】
即ち、めっき材料を用いて接合部２をコーティングすれば、樹脂封止した際、樹脂あるいは樹脂中に含まれるＢｒ等の添加成分と接合部を構成する金属との反応を防止することができる。また、疲労は接合部で生じることが多いので、めっき材料で接合部をコーティングしておけば、接合部の引っ張り強度及び縦弾性係数が高められるので、耐疲労性に優れるという効果が得られる。
【００３２】
このような効果を得るためには、既述のように少なくとも接合部に生成した拡散層をめっき材料でコーティングしておくことが必要であり、接続材料のみをめっき材料でコーティングしただけでは充分な効果は得られない。
【００３３】
さらに、めっき材料を用いて接合部２と電極とを共にコーティングすれば、樹脂あるいは樹脂中に含まれるＢｒ等の添加成分と接合部を構成する金属との反応を防止する効果がさらに高まるので良い。
【００３４】
また、本発明者らが鋭意検討した結果、前記接続用端子と前記ボンディングワイヤとの接合部をめっき材料でコーティングすれば、接合部近傍の機械特性を向上させることができるので、パッケージとマザーボードとの実装時の加熱温度が、例えば２８０℃程度と高温になって、加熱に伴う熱応力が過大となっても、その応力に充分に抗する効果が得られることを初めて明らかにした。
【００３５】
さらに、めっき材料を用いて接合部２と接続用端子とを共にコーティングすれば、接合部近傍の機械特性を向上させる効果がさらに高まるので良い。
【００３６】
前記のめっき材料は、接合部に生じた金属間化合物や拡散層の劣化を防ぐことができる材料であれば、いずれのめっき材料でもよいが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれか１種又は２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金を用いると良い。また、めっき材料によるコーティングの厚みは、０．１μｍ以上であれば上述の効果が得られ、０．５μｍ以上あれば耐疲労性がより一層向上し、２μｍ以上であるとさらに耐腐食性がより一層向上する。しかしながら、前記厚みが０．１μｍ未満であると、充分な効果は得られないので好ましくない。めっき材料によるコーティングの厚みの上限は、接続材料間の間隔が狭まることで弊害がある場合を除いては、特に規定されないが、接続材料の大きさの５０％を超える厚みのめっきは、厚みを一様に保つことが容易ではなくなるので、めっき材料によるコーティングの厚みは接続材料の大きさの５０％以下とするのが好ましい。
【００３７】
上述の効果を得る上で、前記接続材料の種類に特に制限は無いが、通常Ａｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌのいずれか１種あるいは２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金を用いるのが、実績もあり好ましい。また、接続材料の形状としては特に制限は無いが、通常ボンディングワイヤあるいはバンプを用いることが多い。
【００３８】
前記の接続材料と前記のめっき材料として異なる材料を用いれば、樹脂で封止した際は、樹脂あるいは樹脂中に含まれるＢｒ等の添加成分と接合部を構成する金属との反応を防止する効果が、また、樹脂封止していない際は、空気中に含まれる水分や酸素等と接合部を構成する金属との反応を阻止する効果がさらに高まるので良い。
【００３９】
前記半導体の電極を形成する材料に特に制限はないが、半導体チップあるいは基板の上に形成することが、製造上の実績も豊富であるため好ましい。
【００４０】
また、前記外部回路に対する接続用端子を形成する材料に特に制限はないが、基板、リードフレームあるいはＴＡＢテープのいずれかの上に形成することが、製造上の実績も豊富であるため好ましい。
【００４１】
上述の効果を得る上で、前記電極や前記接続用端子の材料に特に制限は無いが、ＡｌあるいはＡｌを含む合金は表面に安定な不働態膜を形成して過剰な酸化を阻止できるので、ＡｌあるいはＡｌを含む合金を利用することが好ましい。表面に不働態膜を形成しにくい材料を電極や接続用端子として使用しても、その表面をＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種あるいは２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金で覆えば、表面の酸化が防止できるので好ましい。
【００４２】
また、前記接続材料としてＡｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌのいずれか１種又は２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金を用い、前記電極及び／又は前記接続用端子の表面の材料としてＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金を用い、かつ、めっき材料として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれか１種又は２種以上、あるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金を用いると、上記の効果が同時に得られるので非常に良い。
【００４３】
本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、ボールボンディング法やウェッジボンディング法により、ボンディングワイヤを前記電極及び前記接続用端子に接合させる工程、もしくは、蒸着法、めっき法、転写法、あるいは金属球を利用する方法等により、バンプを前記電極及び前記接続用端子に接合させる工程と、前記電極に前記接続材料が接合された接合部及び／又は前記接続用端子に前記接続材料が接合された接合部をめっき材料によりめっきする工程を、少なくとも有する。めっきの方法としては、電解めっきや無電解めっき等の湿式法や、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＩＰ等の乾式法のいずれの手法でも問題なく、作業性やコストに応じて適宜選択すれば良い。
【００４４】
接合部のみをめっきする手法としては、例えば、筆を用いた電解めっきが利用できる。この手法では、先端にめっき液が塗布された筆と接合部を接触させている間に、両者の間に電圧を印加して、接合部のみを選択的にめっきするものである。筆の先端は、接合部の大きさに近い大きさとしておくと良い。また、印加する電圧は、チップの耐電圧以下であることが好ましく、例えば５Ｖ以下であれば良い。
【００４５】
また、接合部のみをめっきする手法には、例えば、めっき材料によるコーティングを行いたくない領域にあらかじめマスク材料を塗布しておく手法がある。この手法では、接合部以外の領域等、めっき材料によるコーティングを行いたくない領域にあらかじめマスク材料を塗布し、その後にめっき材料によるめっきを行い、めっき工程の終了後にマスク材料を有機溶媒によって除去することで、必要な領域のみめっきすることができる。マスク材料としては、例えば、Ｓｉ系の有機材料等が使用でき、マスクを塗布する手法としては、例えば、スプレーを用いる手法や前述の筆を用いる手法等が利用できる。マスク材料を除去する有機溶媒としては、アセトンやエチルアルコール等が使用できる。
【００４６】
少なくとも半導体の電極とボンディングワイヤとの接合部２を含み、かつ、ボンディングワイヤの母線部３等の接続材料の一部もしくは全部をめっきする場合は、例えば、図２（ａ）のように、めっき液面と半導体チップ面とを平行に保ったまま、図２（ｂ）のように、少なくとも接合部２をめっき液に浸漬すること等で行うことができる。めっき法としては、電解めっきでも無電解めっきでも良いが、２種以上の元素から成る合金をめっきする場合は、無電解めっきを用いた方が均一にめっきできるので良い。接合部２にめっきを施せば、上述のように耐腐食性に優れ、かつ耐疲労性にも優れるという効果が得られ、さらに、ボンディングワイヤの母線部３等の接続材料の一部もしくは全部がめっきされることで、接続材料の強度が向上するので良い。例えば、本発明において、接続材料としてワイヤを用いて接合部２を形成した後、接合部２とともにワイヤ部をめっきすれば、その後に樹脂封止を行っても、ワイヤの過剰な変形が生じにくくなるので良い。
【００４７】
少なくとも接続用端子とボンディングワイヤとの接合部２をめっきする場合は、例えば、前述の筆を用いた電解めっきが利用できる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、本発明で接合部にコーティングしためっき材料と接合部との間に拡散層を形成しておけば、接合部とめっき材との密着性を高めることができる。この場合、本発明の効果に加えて、前記の密着性が高まることによって、耐疲労性が飛躍的に向上する効果が、さらに得られる。前記の拡散層を形成する手法に特に限定はないが、例えば、コーティング後の接合部を加熱する手法がある。加熱温度としては、接合部を構成する材料の中で最も低い融点よりもさらに低い温度が好ましい。また、加熱は、恒温炉や電気炉あるいはイメージ炉等で行うことができる。加熱雰囲気に特に限定はないが、例えば、１×１０３Ｐａ以下の雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気とすると、試料の酸化が抑制できるので良い。
【００５０】
また、例えば、本発明のコーティングは、２層もしくはそれ以上の多層にすることができる。その場合、本発明の効果に加えて、めっき材料によって接合部を遮蔽する効果がさらに高まるため、接合部の耐腐食性が飛躍的に向上する。さらに、例えば、耐腐食性は非常に高いが、接合部との密着性がやや劣るようなめっき材料を用いる場合、１層目のめっき材料として接合部との密着性に優れる材料を用い、２層目に前記の耐腐食性に優れためっき材料をコーティングすれば、接合部の高い耐腐食性に加え、めっき材料と接合部との密着性も向上するので、耐疲労性が飛躍的に向上する効果が得られる。多層にコーティングする際の製造方法は、例えば、前述の１層のみコーティングする製造方法で１層目をコーティングした後、同様の手法によって２層目以降をコーティングする手法がある。
【００５１】
【実施例】
以下に、実施例を説明する。
本発明による効果を調べるため、以下の実験を行った。試料は、ボンディングワイヤを用いる実装法と、バンプを用いる実装法の両者を用いた。
【００５２】
始めに、ボンディングワイヤを用いた試料の作製法について述べる。
【００５３】
まず、リードフレーム上にＳｉから成る半導体チップを固定し、半導体チップ上の電極とリードフレームのリード端子（外部回路に対する接続用端子）とをボンディングワイヤ（線径２０μｍ）で接続した。電極は、チップの周辺に２００個が６０μｍ間隔で、配列されていた。各ワイヤの長さは、平均で５ｍｍであった。リードフレームはＦｅ−４２質量％Ｎｉ合金製で、リード部分はＡｇめっきが施されていた。前記ボンディングワイヤはＡｕを主体とし、Ｃａ、希土類元素、Ｃｕ、Ｐｄの内の１種以上が合計で１０質量ｐｐｍ以上含有されていた。
【００５４】
接続材料を用いて前記電極と前記接続用端子とを接続した後、めっき液中にリードフレーム全体を浸漬し、電極、電極とボンディングワイヤとの接合部、ボンディングワイヤ、ボンディングワイヤと接続用端子との接合部、及び接続用端子を無電解めっきした。
【００５５】
【表１】
0003590603.tif 000002
【００５６】
さらに、表１の実施例１９のように、一部の試料においては、上述の１層目のコーティング法と同様の手法を用いて、表１に記載のように２層目のコーティングを施した。コーティングの厚みは、１層目が０．０５μｍ、２層目が０．０５μｍで、両層の総計で０．１０μｍであった。
【００５７】
また、表１の実施例２０のように、一部の試料においては、上述の１層目のコーティングが終了した後に、試料を加熱して、ワイヤと１層目のコーティングの間に拡散層を形成させた。加熱法は、４００℃に保持された電気炉中に試料を２０ｈ放置することで実施した。コーティングの厚みは、加熱前は０．１０μｍであったが、加熱後は１層目が０．０９μｍとなり、拡散層が０．０１μｍ形成され、両層の総計で０．１０μｍであった。
【００５８】
次に、バンプを用いた試料の作製法について述べる。
基板は、ガラスエポキシ樹脂から成り、４ｃｍ角の大きさであった。基板の上には、Ａｌから成る外部回路に対する接続用端子が２００個形成されていた。次に、ボールバンプ法によって、Ａｕから成る直径８０μｍのボールを前記接続用端子に加熱圧着して、バンプとした。最後に、Ｓｉから成る半導体チップ（１ｃｍ角）上に形成されたＡｌから成る電極と前記の基板とを対面させ、前記のバンプと前記電極とを接触させてから加熱圧着することにより、基板とチップをバンプを介して接続させた。
【００５９】
その後、めっき液中に試料全体を浸漬し、接合部及びバンプを無電解めっきした。めっき後の試料をＳＥＭ観察したところ、接合部及びバンプ以外は、めっきされていないことが確認された。
【００６０】
上記試料のコーティング層の組成は、めっき後の接合部の断面研磨を実施した後、その断面部をＥＤＸ分析することで同定した。また、コーティング層の厚みは、前記の断面部をＳＥＭ観察することで測定した。
【００６１】
上記試料を用いて、以下の３つの試験を実施した。
【００６２】
（試験１、加速加熱試験）
めっき後、セラミックスフィラを含む封止樹脂を用いて樹脂封止し、パッケージを得た。
【００６３】
得られたパッケージを、２００℃の電気炉中に２００ｈ放置することで加速加熱を行った。尚、この加熱条件は、耐腐食性の確認に通常用いられる条件である。上記の加速加熱後に接合部の断面観察を行い、腐食物が視認されなければ、耐腐食性は合格とした。試料の優劣を確認するため、加速加熱試験は、上記に加えて、さらに２５０ｈ及び３００ｈまで実施した。
【００６４】
評価結果を表１に示す。尚、表中の○印は各試験に合格したことを示す。
【００６５】
本発明のいずれの実施例１〜２１でも、良好な耐腐食性が得られていた。試料の優劣を確認するため、さらに過酷な試験を行ったところ、本発明の実施例２、５、８、１１、１４、１７及び１９では、２００℃２５０ｈという過酷な加速加熱試験後も良好な耐腐食性が得られていた。さらに、本発明の実施例３、６、９、１２、１５及び１８では、２００℃３００ｈというさらに過酷な加速加熱試験後も、極めて良好な耐腐食性が得られていた。また、実施例１９では、コーティングを２層としたため、０．１０μｍというめっき厚ながら、極めて高い耐腐食性を示した。
これに対して、めっきを施していない比較例では、耐腐食性は劣悪であった。
【００６６】
（試験２、熱サイクル試験）
めっき後の試料に、−４０℃３０ｍｉｎ〜＋１２５℃３０ｍｉｎの条件の熱サイクル試験（ＴＣＴ）を１０００サイクルまで行った。尚、この条件は、耐疲労性の確認に通常用いられる条件である。上記の試験後に接合部のプル強度試験を行い、８０ｍＮ以上の強度が得られていれば合格とした。試料の優劣を確認するため、熱サイクル試験は上記に加えてさらに１２５０及び１５００サイクルまで実施した。
【００６７】
評価結果を表２に示す。尚、表中の○印は各試験に合格したことを示す。
【００６８】
【表２】
0003590603.tif 000003
【００６９】
本発明のいずれの実施例１〜２１でも、良好な耐疲労性が得られていた。試料の優劣を確認するため、さらに過酷な試験を行ったところ、本発明の実施例２、５、８、１１、１４、１７及び２０では、１２５０サイクルという過酷な熱サイクル試験後も良好な耐疲労性が得られていた。さらに、本発明の実施例３、６、９、１２、１５及び１８では、１５００サイクルというさらに過酷な熱サイクル試験後も、極めて良好な耐疲労性が得られていた。また、実施例２０では、ワイヤとコーティング層の間に拡散層を形成させたため、０．１０μｍというめっき厚ながら、極めて高い耐疲労性を示した。
それに対して、めっきを施していない比較例では、良好な耐疲労性は得られなかった。
【００７０】
（試験３、実装時の接合部の破壊試験）
めっき後、セラミックスフィラを含む封止樹脂を用いて樹脂封止し、パッケージを得た。この半導体装置を２８０℃の炉中に１０分間放置して、ボンディングワイヤと接続用端子との接合部における破壊の有無を評価した。尚、この加熱条件は、Ｐｂフリー半田を用いて半導体装置とマザーボード等を実装する際に通常用いられる条件である。
【００７１】
上記の加熱後に、市販の薬液を用いて半導体装置の封止樹脂を除去してボンディングワイヤと接続用端子との接合部をＳＥＭ観察した。ＳＥＭ観察の結果、前記接合部の破壊が見られなければ合格、破壊が確認されたら不合格とした。試料の優劣を確認するため、接合部の破壊試験は、上記に加えてさらに３３０℃でも実施した。
【００７２】
評価結果を表３に示す。尚、表中の○印は試験に合格したことを、×印は試験に合格しなかったことを示す。
【００７３】
【表３】
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【００７４】
０．１０μｍのめっき厚を有する本発明のいずれの実施例１〜２０でも、良好な接合部が得られていた。試料の優劣を確認するため、さらに過酷な試験（加熱温度：３３０℃）を行ったところ、０．５０μｍのめっき厚を有する本発明の実施例２、５、８、１１、１４及び１７、及び、２．００μｍのめっき厚を有する本発明の実施例３、６、９、１２、１５及び１８では、過酷な試験後も良好な接合部が得られていた。
それに対して、めっきを施していない比較例では、接合部は劣悪であった。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接続材料や電極が微細化しても接合部近傍の長期信頼性が充分に得られる半導体装置およびその製法を提供できる。また、パッケージとマザーボードとの実装時の加熱に伴う接合部近傍の破壊を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合部を示す図であり、（ａ）は半導体の電極とボンディングワイヤとの間の接合部、（ｂ）は外部回路に対する接続用端子とボンディングワイヤの母線部との間の接合部、（ｃ）は半導体の電極とバンプとの接合部および外部回路に対する接続用端子とバンプとのを接合部を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の、めっき工程を示す図である。
【符号の説明】
１    半導体チップ
２    接合部
３    ボンディングワイヤ（ボンディングワイヤの母線部）
４’    めっき液
１２    外部回路に対する接続用端子
１３    電極
１０２  めっき液の容器
１０２ａ  めっき液の廃液口
１０３  昇降装置
【図１】
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【図２】
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