(57)【要約】  本発明の半導体装置は、表面および裏面を有し、当該表面がＣｕからなるリードフレームと、表面および裏面を有し、当該裏面を形成するＣｕ層を含み、当該裏面が前記リードフレームの前記表面に対向するように配置された半導体チップと、前記リードフレームと前記半導体チップとの間に介在された接合層とを含み、前記接合層は、Ｂｉ系材料層と、当該Ｂｉ系材料層に対して前記リードフレームと前記半導体チップとの対向方向の両側から前記Ｂｉ系材料層を挟みこむＰｂを含まないＣｕ合金層とを含む積層構造を有する。
2011049128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がＣｕからなるダイパッドと、
裏面を形成するＣｕ層を含み、前記ダイパッドの前記表面に対向するように配置された半導体チップと、
前記ダイパッドと前記半導体チップとの間に接合層とを含み、
前記接合層は、Ｂｉ系材料層と、当該Ｂｉ系材料層に対して前記ダイパッドと前記半導体チップとの対向方向の両側から前記Ｂｉ系材料層を挟みこむＰｂを含まないＣｕ合金層とを含む、半導体装置。
【請求項２】
表面および裏面を有し、当該表面がＣｕからなるダイパッドと、
表面および裏面を有し、当該裏面を形成するＣｕ層を含み、前記ダイパッドの前記表面に対向するように配置された半導体チップと、
前記ダイパッドと前記半導体チップとの間に接合層とを含み、
前記接合層は、Ｂｉ系材料層と、当該Ｂｉ系材料層に対して前記ダイパッドと前記半導体チップとの対向方向の両側から前記Ｂｉ系材料層を挟みこむＰｂを含まないＣｕ合金層とを含む、半導体装置。
【請求項３】
前記Ｃｕ合金層の少なくとも一つが、Ｃｕ−Ｓｎ合金層である、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記Ｃｕ合金層の少なくとも一つが、Ｃｕ−Ｚｎ合金層である、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップが、前記Ｃｕ層が裏面側に形成されたＳｉ基板を含み、
前記Ｓｉ基板と前記Ｃｕ層との間には、Ｓｉ半導体に対してオーミック接触可能な金属層が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ダイパッドの周囲に配置された複数のリードをさらに含み、
前記ダイパッドと複数の前記リードとが、協働してリードフレームを構成している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体装置が、樹脂パッケージを有する樹脂封止型の半導体装置であって、
前記リードフレームの裏面が前記樹脂パッケージから露出する露出面とされ、前記リードフレームの表面が前記樹脂パッケージにより封止されており、
前記リードフレームの前記ダイパッドおよび／または前記リードは、
前記封止面側から前記封止面の周縁部が押圧されることにより、前記封止面が変形して形成された変形部と、
前記変形部の側方に形成され、前記樹脂パッケージ内においてその側面から突出した突出部とを含む、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記変形部は、前記封止面が前記リードフレームの厚さ方向に凹むことにより形成された凹部である、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記封止面における前記凹部の周辺部が隆起している、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記凹部内に突起が形成されている、請求項８または９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記リードフレームが、Ｃｕからなる、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ダイパッドは、その表面を形成するフレーム側Ｃｕ層と、このフレーム側Ｃｕ層の直下に形成されたＣｕを含まない金属層との積層構造を有する、請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体チップの表面には、電極パッドが形成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記電極パッドが、Ａｌを含む金属材料からなる、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記Ｓｉ基板と前記Ｃｕ層との間に形成された前記金属層が、Ａｕ層である、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記Ｓｉ基板と前記Ａｕ層との間に形成されたＮｉ層をさらに含む、請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記Ｓｉ基板の厚さが、２２０μｍ〜２４０μｍである、請求項５に係る請求項６〜１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記リードフレームが、めっき法により形成されている、請求項７〜１２のいずれか一項および請求項７に係る請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記リードフレームの厚さが、１０μｍ〜５０μｍである、請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記ダイパッドが平面視四角状であり、
前記複数のリードが、当該ダイパッドの四方を取り囲むように配置されている、請求項７〜１２のいずれか一項および請求項７に係る請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記ダイパッドが、平面視で前記半導体チップよりも大きい四角状であり、
前記ダイパッドの前記封止面の前記周縁部が、前記半導体チップを取り囲んでいる、請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記Ｂｉ系材料層の厚さと前記Ｃｕ合金層の厚さとの合計である前記接合層の総厚さが、１２μｍ〜３６μｍである、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記Ｂｉ系材料層の厚さが、１０μｍ〜３０μｍである、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記Ｃｕ合金層の厚さが、１μｍ〜３μｍである、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２５】
裏面にＣｕ層を含む半導体チップを準備する工程と、
表面がＣｕからなるダイパッドに、ＣｕおよびＰｂを含まない異種金属と、Ｂｉ系材料とを含有する接合材を介して、前記Ｃｕ層と前記接合材とが接触するように、前記半導体チップを接合する工程と、
前記半導体チップの接合後、前記ダイパッドを熱処理する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記半導体チップが、Ｓｉ基板を備えており、
前記半導体チップを準備する工程が、
前記Ｓｉ基板の裏面にＳｉ半導体に対してオーミック接触可能な金属層を形成する工程と、
当該金属層上に前記Ｃｕ層を形成する工程とを含む、請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記半導体チップを接合する工程が、前記ダイパッドと、当該ダイパッドの周囲に配置された複数のリードとを含むリードフレームの前記ダイパッドに前記半導体チップを接合する工程を含む、請求項２５または２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
前記半導体チップを接合する工程に先立って実行され、前記リードフレームの前記ダイパッドおよび／または前記リードの表面側から、前記表面の周縁部を、ワイヤボンダのキャピラリまたは前記ワイヤボンダに前記キャピラリと交換して装着されるスタンピングツールで押圧して前記表面を変形させることにより、変形部および前記リードフレームの側面から突出する突出部を形成する工程と、
前記リードフレームの熱処理後、前記リードフレームの前記裏面が露出するように、前記リードフレームの前記表面側を樹脂パッケージにより封止する工程とをさらに含む、請求項２７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境負荷の観点から、半導体装置における鉛の使用量の低減が要求されている。
半導体装置では、たとえば、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）におけるアウターリードの外装めっき、ＢＧＡ（Ball Grid Array）における半田ボールなどのような、装置外部で使用される外部構成材に鉛が使用されている。また、パッケージ内部における半導体チップとリードフレームとの間の接合材などのような装置内部で使用される内部構成材に鉛が使用されている。【０００３】
外部構成材については、鉛の含有量を一定比率以下とする鉛フリー化が、代替材料の研究によってほぼ達成されている。これに対し、内部構成材については、代替に適した材料がない。そのため、たとえば、Ｐｂ−ｘＳｎ−ｙＡｇ（ｘおよびｙは正数）など、鉛を含有する金属が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６７１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｂｉは、半導体チップおよびリードフレームにおける接合材に対する接合部分に形成されたメタル層が通常含有するＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属元素と反応しやすい。Ｂｉは、これらの金属元素と化合物を形成したり、共晶組成を形成したりする。
そのため、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属元素がメタル層の最表面に露出していると、接合材としてＢｉを使用したとき、Ｂｉが上記金属元素に接触することにより、Ｂｉと上記金属元素との合金層（金属間化合物）が、接合材におけるメタル層との界面付近に形成される場合がある。また、接合材が、全体的にＢｉと上記金属元素との共晶組成になる場合がある。【０００６】
Ｂｉと上記金属元素との金属間化合物は、硬くて脆いため、半導体装置の温度サイクル試験（ＴＣＹ試験）時に、破壊の起点になるおそれがある。
また、Ｂｉと上記金属元素との共晶組成物の融点は、Ｂｉ単体の融点よりも低い。たとえば、Ｂｉ単体の融点が約２７１℃であるのに対し、ＢｉとＡｕとの共晶組成物の融点は約２４１℃であり、ＢｉとＡｇとの共晶組成物の融点は約２６２℃である。そのため、半導体装置を実装するときのリフロー（ピーク温度が約２６０℃）時に、接合材が再溶融するおそれがある。【０００７】
本発明の目的は、半導体チップとリードフレームとの間の接合層にＢｉ系材料を用いることによって鉛フリー化を達成することができ、さらに、接合層の耐温度サイクル性を向上できながら、接合層の融点を高く維持することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の半導体装置は、表面がＣｕからなるダイパッドと、裏面を形成するＣｕ層を含み、前記ダイパッドの前記表面に対向するように配置された半導体チップと、前記ダイパッドと前記半導体チップとの間に接合層とを含み、前記接合層は、Ｂｉ系材料層と、当該Ｂｉ系材料層に対して前記ダイパッドと前記半導体チップとの対向方向の両側から前記Ｂｉ系材料層を挟みこむＰｂを含まないＣｕ合金層とを含む。【０００９】
この構成によれば、ダイパッドと半導体チップとを接合する接合層が、Ｐｂを含まないＣｕ合金およびＢｉ系材料からなるので、接合層の鉛フリー化を達成することができる。
また、接合層におけるＢｉ系材料層は、ダイパッドと半導体チップとの対向方向の両側から、Ｐｂを含まないＣｕ合金層により挟み込まれることによって、それらの合金層に接触している。【００１０】
Ｂｉ系材料層がＣｕ合金層に接触しているが、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、これらの層同士の接触に起因する、接合層の融点低下や耐温度サイクル性の低下のおそれはほとんどない。
また、ダイパッドや半導体チップに、Ｂｉ系材料層の特性を低下させるおそれのあるＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの阻害金属元素を含むメタル層が形成されていても、上記Ｃｕ合金層により、Ｂｉ系材料層と上記メタル層との接触を防止することができる。その結果、Ｂｉと上記阻害金属元素との金属間化合物の形成およびＢｉと上記阻害金属元素との共晶組成物の形成を防止することができる。よって、接合層の耐温度サイクル性を向上できるとともに、接合層の融点を高く維持することができる。【００１１】
上記した半導体装置は、たとえば、本発明の半導体装置の製造方法により製造することができる。すなわち、裏面にＣｕ層を含む半導体チップを準備する工程と、表面がＣｕからなるダイパッドに、ＣｕおよびＰｂを含まない異種金属と、Ｂｉ系材料とを含有する接合材を介して、前記Ｃｕ層と前記接合材とが接触するように、前記半導体チップを接合する工程と、前記半導体チップの接合後、前記ダイパッドを熱処理する工程とを含む、半導体装置の製造方法により製造することができる。【００１２】
この方法によれば、半導体チップのＣｕ層と接合材とが接触するように、ダイパッドに半導体チップが接合され、その後、ダイパッドが熱処理される。これにより、半導体チップのＣｕ層およびダイパッドの表面を形成するＣｕのそれぞれと、接合材中の異種金属（ＣｕおよびＰｂを含まない金属）とが反応して、Ｃｕ層およびダイパッドの表面近傍にＣｕ合金層が形成される。一方、接合材中の異種金属以外の成分は、Ｃｕとほとんど反応しないので、合金層の間に、これらに挟まれたＢｉ系材料層として残存することとなる。【００１３】
接合層の形成にあたって、接合材中の成分（Ｂｉ系材料および異種金属）がＣｕ以外の金属元素と接触することがなく、さらに、ダイパッドと半導体チップとの対向方向におけるＢｉ系材料層の両側に合金層が形成される。そのため、ダイパッドや半導体チップにＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの阻害金属元素を含むメタル層が形成されていても、Ｂｉ系材料層と上記阻害金属元素との接触を防止することができる。【００１４】
そして、接合材中の異種金属としてＳｎが含有されている場合、Ｃｕ合金層の少なくとも一つは、Ｃｕ−Ｓｎ合金層として形成することができる。また、接合材中の異種金属としてＺｎが含有されている場合、Ｃｕ合金層の少なくとも一つは、Ｃｕ−Ｚｎ合金層として形成することができる。
このようなＣｕ−Ｓｎ合金およびＣｕ−Ｚｎ合金はいずれも、Ｂｉ−Ａｕ合金、Ｂｉ−Ａｇ合金などのように硬くて脆い金属ではなく、高強度な金属である。そのため、これらの合金層によって、半導体チップおよびダイパッドと接合層との接合強度を向上させることができる。【００１５】
また、前記半導体チップが、前記Ｃｕ層が裏面側に形成されたＳｉ基板を含む場合、前記Ｓｉ基板と前記Ｃｕ層との間には、Ｓｉ半導体に対してオーミック接触可能な金属層が形成されていることが好ましい。これにより、当該金属層を介してＣｕ層とＳｉ基板とを導通させることができる。その結果、Ｓｉ基板とダイパッドとを電気的に接続することができる。【００１６】
そして、このような態様の半導体装置は、たとえば、上記した本発明の半導体装置の製造方法の前記半導体チップを準備する工程において、前記Ｓｉ基板の裏面にＳｉ半導体に対してオーミック接触可能な金属層を形成する工程と、当該金属層上に前記Ｃｕ層を形成する工程とを実行することにより製造することができる。
また、本発明の半導体装置では、前記ダイパッドは、その周囲に配置されたリードと協働して、リードフレームを構成していてもよい。つまり、ダイパッドがリードフレームの一部であってもよい。【００１７】
また、本発明の半導体装置が、樹脂パッケージを有する樹脂封止型の半導体装置である場合、前記リードフレームの裏面が前記樹脂パッケージから露出する露出面とされ、前記リードフレームの表面が前記樹脂パッケージにより封止されており、前記リードフレームの前記ダイパッドおよび／または前記リードは、前記封止面側から前記封止面の周縁部が押圧されることにより、前記封止面が変形して形成された変形部と、前記変形部の側方に形成され、前記樹脂パッケージ内においてその側面から突出した突出部とを含むことが好ましい。【００１８】
この構成によれば、リードフレームの側面を封止する樹脂パッケージ内には、リードフレームの側面から突出部が突出しており、この突出部が樹脂パッケージに食い込んでいる。そのため、封止面（リードフレームの表面）と露出面（リードフレームの裏面）との対向方向において、パッケージ下面側（リードフレームの露出面側）へ向かう力がリードフレームに加わったとき、樹脂パッケージに食い込んだ突出部が引っ掛かる。その結果、リードフレームの抜けを抑制することができる。【００１９】
また、リードフレームの封止面は、その全域が同一平面ではなく、その周縁部に変形部を有している。そのため、変形部の形状によっては、封止面と露出面との対向方向に交差する横方向において、リードフレームに力が加わったとき、封止面の周縁部がその横方向の力に対する抵抗となる。その結果、リードフレームの封止面の全域が同一平面である場合に比べて、リードフレームの横ずれを抑制することができる。【００２０】
すなわち、この構成により、樹脂パッケージからのリードフレームの抜けを防止しつつ、リードフレームの横ずれを抑制することができる半導体装置を提供することができる。
前記変形部は、前記封止面が前記リードフレームの厚さ方向に凹むことにより形成された凹部であってもよい。この場合、封止面に凹部が形成されているので、凹部内に樹脂パッケージが入り込むことにより、樹脂パッケージの一部が凹部に嵌合されている。そのため、上記横方向の力がリードフレームに加わったとき、凹部内の樹脂パッケージに凹部が引っ掛かる。その結果、リードフレームの横ずれを防止することができる。【００２１】
また、前記封止面における前記凹部の周辺部は、隆起していることが好ましい。この場合、凹部の周辺部が隆起することにより、上記対向方向において、封止面の一部が盛り上がっている。そのため、上記横方向の力がリードフレームに加わったとき、その盛り上がった部分が、横ずれに対する抵抗となる。その結果、リードフレームの横ずれをより確実に防止することができる。【００２２】
また、前記凹部内には、突起が形成されていることが好ましい。この場合、凹部内に突起が形成されているため、凹部内における樹脂パッケージ内には、突起が突出している。この突起により、凹部内において、樹脂パッケージに対してリードフレームを食い込ませることができる。そのため、凹部と樹脂パッケージとの嵌合構造を複雑にすることができる。その結果、凹部に対する樹脂パッケージの嵌合強度を向上させることができる。【００２３】
また、前記リードフレームは、Ｃｕからなっていてもよい。その場合、リードフレームの表面は、めっきやスパッタなどの処理による金属層により被覆されていない非被覆面であってもよい。つまり、リードフレームを構成するＣｕが、リードフレームの表面全体に露出していてもよい。これにより、半導体装置の製造にあたって、リードフレームにめっきやスパッタなどの処理をする必要がないので、コストを低減することができる。【００２４】
また、Ｃｕからなるリードフレームにおいて、半導体チップが搭載されるダイパッドは、その表面側へ向かって順に積層されたＣｕを含まない金属層とフレーム側Ｃｕ層とを含む積層構造を有していてもよい。
金属層としては、例えば、Ａｇ層、Ａｕ層、Ｎｉ層などが挙げられる。その場合、ダイパッドの周囲に配置された複数のリードでは、リードの最表面に金属層が露出していることが好ましい。金属層の種類を適切に選択することにより、リードに接続するボンディングワイヤとして、Ａｕワイヤ、Ｃｕワイヤなどさまざまなワイヤを利用することができる。【００２５】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、前記半導体チップを接合する工程が、前記ダイパッドと、当該ダイパッドの周囲に配置された複数のリードとを含むリードフレームの前記ダイパッドに前記半導体チップを接合する工程を含んでいてもよい。
その場合、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体チップを接合する工程に先立って実行され、前記リードフレームの前記ダイパッドおよび／または前記リードの表面側から、前記表面の周縁部を、ワイヤボンダのキャピラリまたは前記ワイヤボンダに前記キャピラリと交換して装着されるスタンピングツールで押圧して前記表面を変形させることにより、変形部および前記リードフレームの側面から突出する突出部を形成する工程と、前記リードフレームの熱処理後、前記リードフレームの前記裏面が露出するように、前記リードフレームの前記表面側を樹脂パッケージにより封止する工程とをさらに含んでいてもよい。【００２６】
この方法によれば、リードフレームの表面の周縁部をスタンピングツールで押圧することにより、変形部および突出部が形成される。そのため、リードフレームの裏面（樹脂パッケージから露出することになる面）が覆われており、裏面側からのエッチング加工が困難な場合でも、リードフレームの抜けを抑制するための突出部（抜け止め構造）を確実に形成することができる。また、ワイヤボンダのキャピラリまたはワイヤボンダにキャピラリと交換して装着されるスタンピングツールを用いてリードフレームを押圧するため、リードフレームの周縁部に焦点を絞って、リードフレームを簡単かつ精密に変形させることができる。【００２７】
すなわち、この構成により、エッチングによりリードフレームに抜け止め構造を形成することが困難な場合でも、当該抜け止め構造を簡単かつ精密に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
また、本発明の半導体装置では、前記半導体チップの表面に、電極パッドが形成されていてもよい。この場合、前記電極パッドは、Ａｌを含む金属材料からなっていてもよい。【００２８】
また、本発明の半導体装置では、前記Ｓｉ基板と前記Ｃｕ層との間に形成された前記金属層が、Ａｕ層であってもよい。その場合、前記Ｓｉ基板と前記Ａｕ層との間に形成されたＮｉ層をさらに含んでいることが好ましい。また、Ｓｉ基板の厚さは、２２０μｍ〜２４０μｍであってもよい。
また、本発明の半導体装置では、前記リードフレームが、めっき法により形成されていることが好ましい。その場合、リードフレームの厚さは、１０μｍ〜５０μｍであってよい。【００２９】
また、本発明の半導体装置では、前記ダイパッドが平面視四角状であり、前記複数のリードが、当該ダイパッドの四方を取り囲むように配置されていてもよい。すなわち、本発明の半導体装置は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置であってもよい。
その場合、前記ダイパッドが、平面視で前記半導体チップよりも大きい四角状であり、前記ダイパッドの前記封止面の前記周縁部が、前記半導体チップを取り囲んでいることが好ましい。【００３０】
また、本発明の半導体装置では、前記Ｂｉ系材料層の厚さと前記Ｃｕ合金層の厚さとの合計である前記接合層の総厚さが、１２μｍ〜３６μｍであってもよい。また、前記Ｂｉ系材料層の厚さは、１０μｍ〜３０μｍであってもよい。また、前記Ｃｕ合金層の厚さが、１μｍ〜３μｍであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図１のＡ−Ａ切断面における断面を表している。
【図３】図３は、図２の破線円Ｂで囲まれた部分の要部拡大図である。
【図４】図４は、図２の破線円Ｃで囲まれた部分の要部拡大図である。
【図５】図５は、図２の破線円Ｄで囲まれた部分の要部拡大図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図１および図２に示す半導体装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの次の工程を示す模式断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂの次の工程を示す模式断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃの次の工程を示す模式断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄの次の工程を示す模式断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図６Ｅの次の工程を示す模式断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図６Ｆの次の工程を示す模式断面図である。
【図７】図７は、図３に示したリードの第１変形例を示す図である。
【図８】図８は、図３に示したリードの第２変形例を示す図である。
【図９】図９は、図３に示したリードの第３変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、図３に示したリードの第４変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、図１に示したピン凹部の配置形態の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の模式平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図１２のＡ´−Ａ´切断面における断面を表している。
【図１４】図１４は、図１３に示したリードフレームの変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４の破線円Ｆで囲まれた部分の要部拡大図である。
【図１６】図１６は、図１４の破線円Ｇで囲まれた部分の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式平面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図１のＡ−Ａ切断面における断面を表している。図３は、図２の破線円Ｂで囲まれた部分の要部拡大図である。図４は、図２の破線円Ｃで囲まれた部分の要部拡大図である。図５は、図２の破線円Ｄで囲まれた部分の要部拡大図である。なお、図１は、樹脂パッケージが取り外された状態を表している。
【００３３】
半導体装置１は、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）が適用された半導体装置である。半導体装置１は、表面２１および裏面２２を有する半導体チップ２と、半導体チップ２が搭載されるダイパッド３と、ダイパッド３の周囲に配置された複数の電極リード４と、半導体チップ２と電極リード４とを電気的に接続するボンディングワイヤ５と、これらを封止する樹脂パッケージ６とを備えている。
【００３４】
半導体チップ２は、平面視四角状（たとえば、２．３ｍｍ×２．３ｍｍ程度の四角形）のＳｉ基板７を備えている。Ｓｉ基板７の厚さは、たとえば、２２０μｍ〜２４０μｍ（好ましくは、２３０μｍ程度）である。Ｓｉ基板７の上面には、複数の配線層が層間絶縁膜を介して積層されてなる多層配線構造（図示せず）が形成されており、その多層配線構造の最表面は、表面保護膜（図示せず）で覆われている。
【００３５】
当該表面保護膜には、多層配線構造における最上の配線層を露出させるためのパッド開口８が複数形成されている。パッド開口８は、平面視四角状であり、半導体チップ２の各縁に同数ずつ（図１では、４つずつ）設けられている。各パッド開口８は、半導体チップ２の各辺に沿って等間隔に配置されている。そして、配線層の一部が、半導体チップ２の電極パッド９として、各パッド開口８から露出されている。なお、パッド開口８が形成された面が、半導体チップ２の表面２１を形成している。
【００３６】
電極パッド９として露出する最上の配線層は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなり、具体的には、Ａｌを主成分とする金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｃｕ合金など）からなる。
一方、Ｓｉ基板７の下面（ダイパッド３との対向面）には、裏メタル１０が形成されている。この裏メタル１０が半導体チップ２の裏面２２を形成している。
【００３７】
裏メタル１０は、図３に示すように、Ｓｉ基板７の側から順に、Ａｕ層１１、Ｎｉ層１２およびＣｕ層１３が積層された３層構造を有している。Ａｕ層１１は、Ｓｉ半導体に対してオーミック接触可能であり、Ｓｉ基板７の下面に接触している。Ｎｉ層１２は、裏メタル１０の最表面をなすＣｕ層１３よりもＳｉ基板７側に形成されており、Ｓｉ基板７中のＳｉが裏メタル１０の最表面に析出するＳｉノジュールを防止するための層である。
【００３８】
ダイパッド３および複数の電極リード４は、同一の金属薄板からなるリードフレーム１４として形成されている。リードフレーム１４は、たとえば、めっき法により形成されている。めっき成長に用いられる金属材料としては、たとえば、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材、具体的には、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）など、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などが挙げられる。また、リードフレーム１４の厚さは、たとえば、１００μｍ未満であり、好ましくは、１０μｍ〜５０μｍである。
【００３９】
ダイパッド３は、平面視で半導体チップ２よりも大きい四角状（たとえば、平面視で２．７ｍｍ角程度）であり、四角環状の周縁部３３が半導体チップ２を取り囲んでいる。
ダイパッド３の表面３１（樹脂パッケージ６により封止される封止面）は、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１４を構成するＣｕ系素材が表面３１全体に露出している。
【００４０】
ダイパッド３の周縁部３３には、図４に示すように、ダイパッド３の表面３１がリードフレーム１４の厚さ方向に凹んだ微小なピン凹部３４（変形部）が複数形成されている。
このダイパッド３側のピン凹部３４は、周縁部３３の各直線部に同数ずつ（図１では、６つずつ）設けられている。各ピン凹部３４は、周縁部３３の各辺に沿って等間隔に配置されている。各ピン凹部３４は、深さ方向に向かって径が窄むテーパ状の断面視略椀状をなし、たとえば、１０μｍ〜５０μｍの最大径、５μｍ〜２５μｍの深さを有している。ダイパッド３の表面３１において、各ピン凹部３４を取り囲む平面視円環状の周辺面３５は、表面３１において半導体チップ２が搭載される搭載面３６に対して隆起している。搭載面３６は、ダイパッド３の裏面３２（配線基板への実装面）に対して平行な面である。
【００４１】
また、ダイパッド３の側面３７には、周縁部３３の各ピン凹部３４と対向する各位置に、リードフレーム１４の厚さ方向と直交する方向に突出した抜け止め部３８（突出部）が形成されている。各抜け止め部３８は、リードフレーム１４の厚さ方向上側に形成され、断面視において、各ピン凹部３４に隣接している。
そして、半導体チップ２およびダイパッド３は、Ｓｉ基板７の下面（半導体チップ２の裏面２２）およびダイパッド３の表面３１（搭載面３６）が接合面として互いに対向した状態で、裏面２２と表面３１との間に接合層１５を介在させることによって、互いに接合されている。これにより、半導体チップ２は、表面２１を上方に向けた姿勢でダイパッド３に支持されている。
【００４２】
接合層１５は、図３に示すように、相対的に厚い主層としてのＢｉ系材料層１６と、相対的に薄い副層としてのＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８とを備えている。
Ｂｉ系材料層１６は、主成分としてＢｉを含有しており、副成分として、Ｂｉの物性に影響を与えることのない程度の量のＳｎ、Ｚｎ、Ｃｏなどが含有されていてもよい。
Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８は、Ｃｕと、ＣｕおよびＰｄを含まない異種金属であるＳｎとの合金からなり、Ｃｕが主成分として含有されている。
【００４３】
半導体チップ２側のＣｕ−Ｓｎ合金層１７は、接合層１５における裏メタル１０のＣｕ層１３との界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７は、裏メタル１０のＣｕ層１３に接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７は、たとえば、ダイパッド３と半導体チップ２との対向方向において、Ｂｉ系材料層１６の側から半導体チップ２側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【００４４】
一方、ダイパッド３側のＣｕ−Ｓｎ合金層１８は、接合層１５におけるダイパッド３の表面３１との界面近傍において、その全域にわたって形成されている。これにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１８は、ダイパッド３の表面３１に接触している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１８は、たとえば、ダイパッド３と半導体チップ２との対向方向において、Ｂｉ系材料層１６の側からダイパッド３側へ向かって、Ｃｕ６Ｓｎ５／Ｃｕ３Ｓｎで表される積層構造を有している。
【００４５】
なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８は、接合層１５におけるダイパッド３の表面３１との界面近傍および接合層１５における裏メタル１０のＣｕ層１３との界面近傍のそれぞれにおいて、それら部分的に形成されていてもよい。
そして、Ｂｉ系材料層１６およびＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８は、ダイパッド３の表面３１と裏メタル１０のＣｕ層１３との間において、Ｂｉ系材料層１６をダイパッド３と半導体チップ２との対向方向の両側から、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８で挟み込んだ３層構造（Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７／Ｂｉ系材料層１６／Ｃｕ−Ｓｎ合金層１８）をなしている。
【００４６】
上記のような接合層１５の融点は、たとえば、２６０℃〜２６５℃、好ましくは、２６５℃〜２７１℃である。また、半導体チップ２とダイパッド３とが接合された状態において、接合層１５の総厚さＴ（Ｂｉ系材料層１６の厚さとＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８の厚さとの合計）は、たとえば、１２μｍ〜３６μｍである。各層の厚さは、たとえば、Ｂｉ系材料層１６の厚さが１０μｍ〜３０μｍであり、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８の厚さが１μｍ〜３μｍである。
【００４７】
ダイパッド３の裏面３２（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６から露出されている。露出した裏面３２には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなるダイパッド裏面めっき１９が形成されている。
電極リード４は、図１に示すように、ダイパッド３の各側面３７と直交する各方向における両側に設けられることにより、ダイパッド３の周囲に配置されている。ダイパッド３の各側面３７に対向する電極リード４は、その対向する側面３７と平行な方向に等間隔に配置されている。各電極リード４は、ダイパッド３の側面３７と直交する方向（ダイパッド３との対向方向）に長尺な平面視長方形状に形成されており、その対向方向における長さ（裏面４２側の長さ）は、たとえば、４５０μｍ程度である。
【００４８】
電極リード４の表面４１（ボンディングワイヤ５の接続面）は、図５に示すように、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であり、リードフレーム１４を構成するＣｕ系素材が表面４１全体を形成している。
各電極リード４におけるダイパッド３側の縁部４３には、電極リード４の表面４１（樹脂パッケージ６により封止される封止面）がリードフレーム１４の厚さ方向に凹んだ微小なピン凹部４４（変形部）が複数形成されている。
【００４９】
この電極リード４側のピン凹部４４は、深さ方向に向かって径が窄む断面視略椀状をなし、たとえば、１０μｍ〜５０μｍの最大径、５μｍ〜２５μｍの深さを有している。電極リード４の表面４１において、各ピン凹部４４を取り囲む平面視円環状の周辺面４５は、表面４１においてボンディングワイヤ５が接続される接続面４６に対して隆起している。接続面４６は、電極リード４の裏面４２（配線基板への実装面）に対して平行な面である。
【００５０】
また、電極リード４の側面４７には、平面視で縁部４３のピン凹部４４を取り囲むように、リードフレーム１４の厚さ方向と直交する方向に突出した抜け止め部４８（突出部）が形成されている。各抜け止め部４８は、リードフレーム１４の厚さ方向上側に形成され、断面視においてピン凹部４４に隣接している。
電極リード４の裏面４２（配線基板への実装面）は、樹脂パッケージ６から露出されている。露出した裏面４２には、たとえば、錫（Ｓｎ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）などの金属材料からなるリード裏面めっき２０が形成されている。
【００５１】
ボンディングワイヤ５は、たとえば、銅（たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅などであり、微量の不純物を含む場合はある。）からなる。ボンディングワイヤ５は、一つの電極パッド９と一つの電極リード４とを１対１で接続している。
樹脂パッケージ６は、半導体装置１の外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ６の大きさは、その平面サイズが、たとえば、４ｍｍ角程度であり、その厚さが、たとえば、０．８５ｍｍ程度である。このような樹脂パッケージ６は、たとえば、エポキシ樹脂など公知のモールド樹脂からなり、リードフレーム１４の各表面３１，４１および各側面３７，４７を覆い、各裏面３２，３３を露出させるように、半導体チップ２、ボンディングワイヤ５およびリードフレーム１４を封止している。樹脂パッケージ６は、ダイパッド３の周縁部３３および各電極リード４の縁部４３のそれぞれにおいて、ピン凹部３４およびピン凹部４４に入り込んでいる。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｇは、図１および図２に示す半導体装置の製造工程を工程順に示す模式断面図である。
上記した半導体装置１を製造するには、たとえば、図６Ａに示すように、めっき法により、ステンレス基板２３上に、リードフレーム１４の材料を、ダイパッド３および電極リード４を有するユニットを複数備えるパターンで成長させることにより、リードフレーム１４が形成される。なお、図６Ａ〜図６Ｇでは、リードフレーム１４の全体図は省略し、半導体チップ２を１つ搭載するのに必要な１ユニット分のダイパッド３および電極リード４のみを示す。
【００５３】
次いで、図６Ｂに示すように、スタンピングツール２４が、電極リード４のダイパッド３側の縁部４３に、表面４１に対して垂直に打ち付けられる。このスタンピングツール２４は、後述するワイヤボンディングに使用されるワイヤボンダに、キャピラリと交換して装着されるものである。スタンピングツール２４の打ち付けにより、電極リード４の縁部４３にスタンピングツール２４の打痕として、電極リード４側のピン凹部４４が形成される。また、ピン凹部４４の形成と同時に、電極リード４におけるピン凹部４４の周辺部分がスタンピングツール２４に押し広げられることにより、ピン凹部４４を取り囲む電極リード４の周辺面４５が隆起するとともに、ピン凹部４４に隣接する電極リード４の側面４７から抜け止め部４８が突出する。
【００５４】
なお、スタンピングツール２４により電極リード４に印加される荷重は、目標とされるピン凹部４４の深さにより異なるが、たとえば、２００ｇ〜４００ｇ程度である。また、スタンピングツール２４としては、たとえば、ワイヤなどを挿通する孔を持たないスタンピングキャピラリ（たとえば、ＴＯＴＯ社製など）などを適用することができる。
その後は、図６Ｃに示すように、図６Ｂと同様の工程が残りの電極リード４にも行なわれることにより、全ての電極リード４の縁部４３にピン凹部４４が形成される。
【００５５】
次いで、図６Ｃに示すように、図６Ｂと同様の工程により、ダイパッド３の周縁部３３に、その各辺に沿ってスタンピングツール２４が順に打ち付けられる。これにより、ダイパッド３側のピン凹部３４が形成されて、ピン凹部３４を取り囲むダイパッド３の周辺面３５が隆起するとともに、ピン凹部３４に隣接するダイパッド３の側面３７から抜け止め部３８が突出する。
【００５６】
一方、図６Ｄに示すように、Ｓｉ基板７の下面にＡｕ層１１、Ｎｉ層１２およびＣｕ層１３が順に積層されることにより、裏メタル１０が形成される。これにより、裏メタル１０を有する半導体チップ２が準備される。
次いで、図６Ｅに示すように、Ｓｎを含有するＢｉ系材料からなる接合材としての接合ペースト２５が、ダイパッド３の表面３１に塗布される。
【００５７】
接合ペースト２５におけるＳｎの含有量は、たとえば、裏メタル１０のＣｕ層１３およびダイパッド３の表面３１のＣｕに対して全量が拡散できる量であることが好ましく、たとえば、４ｗｔ％以下、好ましくは、１〜３ｗｔ％、さらに好ましくは、１．５〜２．５ｗｔ％である。
接合ペースト２５の塗布後、図６Ｆに示すように、裏メタル１０のＣｕ層１３が接合ペースト２５に接触するにように、半導体チップ２およびダイパッド３によって接合ペースト２５を挟み込む。続いて、たとえば、２９０℃〜３００℃でリフロー（熱処理）が実行される。
【００５８】
これにより、図６Ｇに示すように、裏メタル１０のＣｕ層１３およびダイパッド３の表面３１のＣｕのそれぞれと、接合ペースト２５中のＳｎとが反応して、Ｃｕ層１３および表面３１近傍にＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８が形成される。一方、接合ペースト２５中のＢｉは、Ｃｕとほとんど反応しないので、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８の間に、これらに挟まれたＢｉ系材料層１６として残存することとなる。
【００５９】
その後、全ての半導体チップ２の各電極パッド９と、各電極パッド９に対応する電極リード４とが、ボンディングワイヤ５によって接続される。
全てのワイヤボンディング終了後、リードフレーム１４が成形金型にセットされ、全ての半導体チップ２がリードフレーム１４とともに、樹脂パッケージ６により一括して封止される。
【００６０】
樹脂パッケージ６による封止後、ステンレス基板２３とリードフレーム１４とが剥離される。次いで、樹脂パッケージ６から露出するダイパッド３の裏面３２にダイパッド裏面めっき１９が形成され、同時に、電極リード４の裏面４２にリード裏面めっき２０が形成される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレーム１４が樹脂パッケージ６とともに各半導体装置１のサイズに切断されることにより、図１に示す半導体装置１の個片が得られる。
【００６１】
以上のように、上記の方法によれば、ダイパッド３の表面３１に塗布された接合ペースト２５は、裏メタル１０のＣｕ層１３に接触するにように、半導体チップ２およびダイパッド３によって挟み込まれる。その後、リフロー（熱処理）が実行されることによって、Ｂｉ系材料層１６およびＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８を有する接合層１５が形成される。
接合層１５の形成にあたって、接合ペースト２５中の成分（Ｂｉ系材料およびＳｎ）がＣｕ以外の金属元素と接触することがなく、さらに、半導体チップ２とダイパッド３との対向方向において、Ｂｉ系材料層１６の両側にＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８が形成される。
【００６２】
そのため、Ｂｉ系材料層１６の特性を低下させるおそれのある、裏メタル１０のＡｕ層１１中のＡｕやＮｉ層１２中のＮｉなどの阻害金属元素とＢｉ系材料層１６との接触を防止することができる。その結果、Ｂｉと上記阻害金属元素との金属間化合物の形成およびＢｉと上記阻害金属元素との共晶組成物の形成を防止することができる。よって、接合層１５の耐温度サイクル性を向上できるとともに、接合層１５の融点を高く維持することができる。
【００６３】
一方、Ｂｉ系材料層１６がＣｕ−Ｓｎ層１７，１８に接触しているが、ＣｕはＢｉとほとんど反応しないので、これらの層同士の接触による、接合層１５の融点低下や耐温度サイクル性の低下のおそれはほとんどない。
また、接合層１５が、Ｂｉ系材料層１６およびＣｕ−Ｓｎ合金層１７，１８からなるので、接合層１５の鉛フリー化を達成することができる。
【００６４】
また、Ｃｕ−Ｓｎ合金は、Ｂｉ−Ａｕ合金、Ｂｉ−Ａｇ合金などのように硬くて脆い金属ではなく、高強度な金属である。そのため、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８によって、半導体チップ２およびリードフレーム１４と、接合層１５との接合強度を向上させることができる。
また、Ｓｉ基板７の下面にＡｕ層１１が接触しているので、このＡｕ層１１を介してＣｕ層１３とＳｉ基板７とを導通させることができる。これにより、Ｓｉ基板７とダイパッド３とを電気的に接続することができる。
【００６５】
また、ダイパッド３の表面３１および電極リード４の表面４１のいずれもが、めっきやスパッタなどの処理による金属薄膜により被覆されていない非被覆面であるため、半導体装置１の製造にあたって、リードフレーム１４にめっきやスパッタなどの処理をする必要がないので、コストを低減することができる。
また、この実施形態に係る半導体装置１の構成によれば、下記の課題を解決することができる。
【００６６】
その課題とは、従来、半導体装置を配線基板上に高密度に実装するために、樹脂パッケージからのリードの延伸を排除し、パッケージ下面にリードフレームのリード端子（半導体チップと電気接続された端子部分）を露出させ、配線基板上への表面実装を可能とした高密度実装用のパッケージが用いられている。このような高密度実装用のパッケージとしては、たとえば、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）やＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）などのリードレスパッケージが知られている。
【００６７】
このような半導体パッケージにおいて、さらに、半導体チップからの放熱性を高めるために、パッケージ下面に、リードフレームのダイパッド（半導体チップが搭載される支持部）を露出させる構造のパッケージ（たとえば、ＨＱＦＮ：Heat sinked Quad Flat Non-leaded Package）も実用化されている。
これらの形態のパッケージでは、半導体チップとともにモールド樹脂でパッケージングされるリードフレームの実装面がパッケージ下面に露出する構成である。そのため、リード端子およびダイパッドがパッケージから抜けやすいという不具合がある。たとえば、パッケージ実装後の基板曲げ試験などにおいて、パッケージに外力が加わったときにリード端子やダイパッドが抜けるおそれがある。
【００６８】
そこで、リード端子やダイパッドの断面形状を略逆テーパ状にすることによって、モールド樹脂にそれらの側面を食い込ませて、リード端子やダイパッドの抜け防止が図られている。
上記のような断面形状は、たとえば、半導体チップおよびリードフレームのパッケージングに先立って、リードフレームを実装面側（裏面側）からエッチングし、リード端子やダイパッドの側面の一部を除去することによって形成される。
【００６９】
リードフレームとして、従来から１００μｍ〜２００μｍ程度の金属薄板が用いられているが、近年、めっき法により形成されるリードフレームが用いられつつある。たとえば、基板上に、所定のフレームパターンのめっき成長を行なうことにより、リードフレームを形成する方法が検討されている。このような方法では、リードフレームの厚さを精密に制御できるので、リードフレームを薄く形成することにより、パッケージの薄型化が図られるかもしれない。
【００７０】
しかし、リードフレームと基板との剥離のタイミングは、リードフレームが半導体チップとともにパッケージングされた後である。そのため、パッケージング前においては、リードフレーム（リード端子およびダイパッド）の実装面が基板に覆われているので、リードフレームを実装面側からエッチング加工することが困難である。一方、パッケージング後においては、基板が剥離されても、リードフレームの側面がすでにモールド樹脂で覆われているので、側面をエッチング加工することが困難である。
【００７１】
上記の理由から、めっき法によりリードフレームを形成する場合には、リードフレームの抜け止め構造を形成することが困難であるという不具合がある。
また、従来のリードフレームは、実装面とは反対側の封止面全域が同一平面であり、モールド樹脂に対して平面状に接触しているため、モールド樹脂に対してリードフレームが横ずれしやすいという不具合もある。
【００７２】
そこで、この実施形態では、ダイパッド３の側面３７および電極リード４の側面４７のそれぞれが樹脂パッケージ６により封止されており、側面３７，４７を封止する樹脂パッケージ６内には、側面３７からダイパッド３側の抜け止め部３８が、側面４７から電極リード４側の抜け止め部４８がそれぞれ突出している。
これらの抜け止め部３８，４８は、リードフレーム１４の厚さ方向に交差する横方向において、樹脂パッケージ６に食い込んでいる。そのため、リードフレーム１４の厚さ方向において、樹脂パッケージ６の下面側（リードフレーム１４の露出面側）へ向かう力がリードフレーム１４に加わったとき、樹脂パッケージ６に食い込んだ抜け止め部３８，４８が引っ掛かる。その結果、リードフレーム１４の抜けを抑制することができる。
【００７３】
また、ダイパッド３の表面３１は、その全域が同一平面ではなく、その周縁部３３にピン凹部３４が形成されており、ピン凹部３４内に樹脂パッケージ６が入り込んでいる。これにより、樹脂パッケージ６の一部がピン凹部３４に嵌合されている。また、電極リード４の表面４１は、ダイパッド３の表面３１と同様に、その全域が同一平面ではなく、その縁部４３にピン凹部４４が形成されており、ピン凹部４４内に樹脂パッケージ６が入り込んでいる。これにより、樹脂パッケージ６の一部がピン凹部４４に嵌合されている。
【００７４】
そのため、上記横方向において、リードフレーム１４に力が加わったとき、ピン凹部３４，４４内の樹脂パッケージ６にピン凹部３４，４４が引っ掛かる。その結果、リードフレーム１４の横ずれを防止することができる。
また、ダイパッド３の表面３１において、ピン凹部３４の周辺面３５が隆起することにより、表面３１の一部が盛り上がっている。また、電極リード４の表面４１において、ピン凹部４４の周辺面４５が隆起することにより、表面４１の一部が盛り上がっている。そのため、上記横方向の力がリードフレーム１４に加わったとき、盛り上がった周辺面３５，４５が、横ずれに対する抵抗となる。その結果、リードフレーム１４の横ずれをより確実に防止することができる。
【００７５】
また、上記半導体装置１の製造方法によれば、図６Ｂに示すように、電極リード４に、樹脂パッケージ６から露出させる裏面４２とは反対側の表面４１の縁部４３にスタンピングツール２４を打ち付けることによって、ピン凹部４４および抜け止め部４８が形成される。また、図６Ｃに示すように、電極リード４と同様に、ダイパッド３にピン凹部３４および抜け止め部３８が形成される。
【００７６】
そのため、たとえば、リードフレーム１４をめっき成長により形成するために、リードフレーム１４の露出面（裏面３２，４２）がステンレス基板２３で覆われており、裏面３２，４２側からのエッチング加工が困難な場合でも、抜け止め部３８，４８（抜け止め構造）を確実に形成することができる。
また、ワイヤボンダのキャピラリと交換可能なスタンピングツール２４を用いてリードフレーム１４を押圧するため、ダイパッド３の周縁部３３および電極リード４の縁部４３に焦点を絞って、ピン凹部３４，４４を簡単かつ精密に形成することができる。
【００７７】
さらに、リードフレーム１４がめっき法により形成されるので、めっき成長の時間を制御することにより、リードフレーム１４を薄く形成することができる。その結果、パッケージの薄型化を図ることができる。
なお、この第１実施形態では、たとえば、スタンピングツール２４の打ち付けにより電極リード４が変形して形成される変形部分は、微小な円形のピン凹部に限られず、たとえば、直線状の凹部などであってもよい。
【００７８】
また、ピン凹部である場合、その形状は、図４および図５に示した形状に限られない。
たとえば、図７に第１変形例として示すように、電極リード４のダイパッド３側の縁部４３に、ワイヤボンディングに使用されるキャピラリ２６（中心に微小な孔２７が１つ形成されたキャピラリ２６）を垂直に打ち付けることにより、内部に突起２８が１つ形成されたピン凹部２９を形成してもよい。
【００７９】
また、たとえば、図８に第２変形例として示すように、電極リード４のダイパッド３側の縁部４３に、先端に微小な穴５０が複数形成されたスタンピングツール５１を垂直に打ち付けることにより、内部に突起５２が複数形成されたピン凹部５３を形成してもよい。
図７および図８に示したリードの第１変形例および第２変形例では、ピン凹部２９，５３内に突起２８，５２が形成されているため、ピン凹部２９，５３内における樹脂パッケージ６内には、突起２８，５２が突出している。これらの突起２８，５２により、ピン凹部２９，５３内において、樹脂パッケージ６に対して電極リード４（リードフレーム１４）を食い込ませることができる。そのため、ピン凹部２９，５３と樹脂パッケージ６との嵌合構造を複雑にすることができる。その結果、ピン凹部２９，５３に対する樹脂パッケージ６の嵌合強度を向上させることができる。
【００８０】
また、ピン凹部は、深さ方向に向かって径が窄むテーパ状である必要はなく、たとえば、深さ方向に向かって径が広がる逆テーパ状であってもよい。
また、たとえば、電極リード４のダイパッド３側の縁部４３に、表面４１を隆起させないように、表面４１に対して鋭角にスタンピングツール２４を打ち付けることにより、電極リード４を側面４７側へ押し広げて抜け止め部４８を形成してもよい。
【００８１】
その場合、表面４１に対するスタンピングツール２４の角度を小さく調節することにより、図９に第３変形例として示すように、電極リード４の表面４１に、スタンピングツール２４の打痕が残らないように、傾斜面４９（変形部）を形成することができる。
一方、図１０に第４変形例として示すように、表面４１に対するスタンピングツール２４の角度を大きく調節することにより、電極リード４の表面４１に、凹部５４を形成することができる。
【００８２】
なお、図７〜図１０に示したリードの第１〜第４変形例の形状は、ダイパッド３の側面３７に抜け止め部３８を形成する場合にも、適用することができる。
また、各電極リード４に形成されるピン凹部４４の数は１つに限られず、複数であってもよい。その場合、複数のピン凹部４４は、図１１に変形例として示すように、各電極リード４の縁部４３の各辺に沿って互いに間隔を空けて配置されていてもよい。
【００８３】
また、裏メタル１０は、Ａｕ層１１、Ｎｉ層１２およびＣｕ層１３のそれぞれが１層ずつ積層された３層構造を有しているとしたが、これに限られず、たとえば、これらの層の少なくとも１種が複数積層されていてもよい。その場合、複数の層が連続して積層されていてもよいし、複数の層の間に別の種類の層が介在されていてもよい。
また、裏メタル１０は、Ａｕ層、Ｎｉ層およびＣｕ層とは異なる層を備えていてもよい。たとえば、Ａｇ層、Ｔｉ層などを備えていてもよい。Ｔｉ層は、Ｓｉ半導体に対してオーミック接触可能なので、Ａｕ層１１に代えて適用することができる。
＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の模式平面図である。図１３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図１２のＡ´−Ａ´切断面における断面を表している。図１２および図１３において、前述の第１実施形態で説明した構成については、同一の参照符号を用いて表し、その説明を省略する。
【００８４】
この第２実施形態の半導体装置６１は、金属薄板からなるリードフレーム６２を有している。リードフレーム６２を構成する金属薄板は、Ｃｕを主として含有するＣｕ系素材からなり、具体的には、たとえば、純度９９．９９９９％（６Ｎ）以上、純度９９．９９％（４Ｎ）以上といった高純度銅、Ｃｕと異種金属との合金（たとえば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金など）からなる。なお、金属薄板は、たとえば、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）などのＦｅ系素材などであってもよい。また、リードフレーム６２（金属薄板）の厚さは、たとえば、１９０μｍ〜２１０μｍ（好ましくは、２００μｍ程度）である。
【００８５】
また、このリードフレーム６２を構成するダイパッド６３および電極リード６４は、それぞれの表面６５および表面６６が、第１実施形態とは異なり、凹部が形成されていない平坦面とされている。その他の構成は、第１実施形態と同様であり、また、作用効果も同様である。
なお、第１および第２実施形態において、たとえば、接合層１５の副層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１７，１８である必要はなく、たとえば、Ｃｕと、ＣｕおよびＰｂを含まない異種金属であるＺｎとの合金からなり、Ｃｕが主成分として含有されたＣｕ−Ｚｎ合金層であってもよい。
【００８６】
また、たとえば、リードフレーム６２の表面（ダイパッド６３の表面６５および電極リード６４の表面６６）は、非被覆面である必要はない。その一例として、図１４に第２実施形態の変形例として示すように、めっきやスパッタ処理が施されることにより被覆層６７が形成されていてもよい。
被覆層６７は、ダイパッド６３の表面６５上においては、図１５に示すように、ダイパッド６３側から順にＡｇ層６８およびフレーム側Ｃｕ層６９が積層された２層構造をなしている。Ａｇ層６８の上にフレーム側Ｃｕ層６９を積層することにより、ダイパッド６３における半導体チップ２との対向面（表面６５）全体にＣｕを露出させることができる。
【００８７】
一方、電極リード６４の表面６６上においては、被覆層６７は、図１６に示すように、Ａｇ層６８のみが形成された単層構造をなしている。これにより、ボンディングワイヤ５の接続面全体にＡｇを露出させることができる。そのため、電極リード４に接続するボンディングワイヤ５として、Ｃｕワイヤだけではなく、Ａｕワイヤなどさまざまなワイヤを利用することができる。
【００８８】
この変形例の場合、たとえば、フレーム側Ｃｕ層６９を、本発明のダイパッドの一例として利用することもできる。これにより、リードフレーム６２を省略（フレームレス）することができる。  以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、ＱＦＮタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置に適用することもできる。
【００８９】
また、本発明の実施形態は、本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
また、本発明の各実施形態において表した構成要素は、本発明の範囲で組み合わせることができる。
【００９０】
本出願は、２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５５０号および２００９年１０月２０日に日本国特許庁に提出された特願２００９−２４１５５１号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【００９１】
１・・・半導体装置、２・・・半導体チップ、３・・・ダイパッド、４・・・電極リード、６・・・樹脂パッケージ、７・・・Ｓｉ基板、９・・・電極パッド、１０・・・裏メタル、１１・・・Ａｕ層、１２・・・Ｎｉ層、１３・・・Ｃｕ層、１４・・・リードフレーム、１５・・・接合層、１６・・・Ｂｉ系材料層、１７・・・Ｃｕ−Ｓｎ合金層、１８・・・Ｃｕ−Ｓｎ合金層、２１・・・（半導体チップの）表面、２２・・・（半導体チップの）裏面、２４・・・スタンピングツール、２５・・・接合ペースト、２６・・・キャピラリ、２８・・・突起、２９・・・ピン凹部、３１・・・（ダイパッドの）表面、３２・・・（ダイパッドの）裏面、３３・・・（ダイパッドの）周縁部、３４・・・ピン凹部、３５・・・（ダイパッドの）周辺面、３７・・・（ダイパッドの）側面、３８・・・（ダイパッドの）抜け止め部、４１・・・（電極リードの）表面、４２・・・（電極リードの）裏面、４３・・・（電極リードの）縁部、４４・・・ピン凹部、４５・・・（電極リードの）周辺面、４７・・・（電極リードの）側面、４８・・・（電極リードの）抜け止め部、４９・・・傾斜面、５１・・・スタンピングツール、５２・・・突起、５３・・・ピン凹部、５４・・・凹部、６１・・・半導体装置、６２・・・リードフレーム、６３・・・ダイパッド、６４・・・電極リード、６５・・・（ダイパッドの）表面、６６・・・（電極リードの）表面、６７・・・被覆層、６８・・・Ａｇ層、６９・・・フレーム側Ｃｕ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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