(57)【要約】【課題】電極端子とモールド部材との接合強度を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】金属基材２０上の第１領域２０ａに半導体素子１０を搭載する搭載工程と、この金属基材２０上の複数の電極端子形成領域２０ｂのそれぞれを半導体素子１０の対応する電極端子１１とそれぞれボンディングワイヤにより接続するワイヤ形成工程と、金属基材２０上の半導体素子１０及びボンディングワイヤ１３をモールドするモールド工程と、モールドした半導体素子１０及びボンディングワイヤ１３を金属基材２０から剥離する剥離工程とを有するようにした。【選択図】図３Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材上の第１領域に半導体素子を搭載する搭載工程と、
前記金属基材上の複数の電極端子形成領域のそれぞれにワイヤボンディング法によりバンプを形成するバンプ形成工程と、
前記バンプのそれぞれを前記半導体素子の対応する電極端子とボンディングワイヤを介して接続するワイヤ形成工程と、
前記金属基材上の前記半導体素子、バンプ及びボンディングワイヤをモールドするモールド工程と、
前記金属基材上に形成された前記半導体素子及びバンプを前記金属基材上から剥離する剥離工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記金属基材は、金属箔が表面に形成された金属板からなり、
前記剥離工程は、前記金属箔をエッチングにより除去することにより、前記モールドした前記半導体素子及びバンプを前記金属基材上から剥離する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属箔は、銅箔又はアルミ箔であり、
前記金属板は、金又は銀で形成されている請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体素子と、
前記半導体素子をモールドするモールド部材と、
前記半導体素子の各端子とボンディングワイヤを介してそれぞれ接続され、かつボンディングワイヤ法で形成された複数のバンプとを備え、
各前記バンプを電極端子として前記モールド部材から露出させて形成した半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。詳細には、半導体素子をモールドした半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の小型化、高密度化が進んでおり、より一層の小型化技術の開発が求められている。一般に、半導体装置はその構成部材として金属製のリードフレームを用いている。そのため、半導体装置の小型化のためには、リードピッチの微細化、リード厚の薄肉化が必要となる。
【０００３】
しかし、リードピッチの微細化のためにリード幅を短くすると、リード強度が低下してリードが変形する恐れがある。また、リード厚を薄肉化するとワイヤボンディング時にリードが変形したり破損したりする恐れがある。
【０００４】
そこで、このようなリードフレームに起因する影響を回避するために、特許文献１では、リードフレームの影響がない構造、所謂リードレス構造を採用した半導体装置が提案されている。
【０００５】
ここで、特許文献１に記載された半導体装置１００の製造方法について図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。
【０００６】
図５Ａに示すように、まず、金属基材１０１上に金属箔を貼り付ける。次に、金属基材１０１上の所定部分に金属箔を残すように当該金属箔のエッチングを行って、半導体素子１０２と同等の大きさを有するダイパッド１０３ａと複数の電極端子１０３ｂとを形成する。
【０００７】
その後、ダイパッド１０３ａ上に接着剤１０４を用いて半導体素子１０２を固着して搭載する。さらに、ボンディングワイヤ１０５によって半導体素子１０２の端子と電極端子１０３ｂとを電気的に接続する。そして、金型を用いてモールド部材１０６でトランスファモールドする。
【０００８】
最後に、成形されたモールド部材１０６を金属基材１０１から剥離することによって、図５Ｂに示すように、半導体素子１０２をモールドしてパッケージ化した半導体装置１００が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２５２０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記製造方法で得られるリードレス構造の半導体装置１００は、金属箔で形成された電極端子１０３ｂとモールド部材１０６との接合強度を向上させる対策が施されていない。そのため、半導体装置の多ピン化、小型化が進み、電極端子１０３ｂを微細化した場合に剥離しやすくなる。電極端子１０３ｂが剥離するとボンディングワイヤ１０５が断線するため、電極端子１０３ｂとモールド部材１０６との接合強度を向上させるための対策が必要となる。
【００１１】
さらに、金属基材１０１に代えてリードフレームテープのようなテープ材等を基材に用いた構造の場合、電極端子１０３ｂとしての金属箔が確実に固定されずに不安定な状態となる。そのため、ワイヤボンディング時の超音波、機械動作が上手く伝達されずワイヤボンディングに対する耐性が低下する恐れがある。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来に比べて信頼性を向上させたリードレス構造の半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、金属基材上の第１領域に半導体素子を搭載する搭載工程と、前記金属基材上の複数の電極端子形成領域のそれぞれにワイヤボンディング法によりバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプのそれぞれを前記半導体素子の対応する電極端子とボンディングワイヤを介して接続するワイヤ形成工程と、前記金属基材上の前記半導体素子、バンプ及びボンディングワイヤをモールドするモールド工程と、前記金属基材上に形成された前記半導体素子及びバンプを前記金属基材上から剥離する剥離工程と、を有する半導体装置の製造方法とした。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属基材は、金属箔が表面に形成された金属板からなり、前記剥離工程は、前記金属箔をエッチングにより除去することにより、前記モールドした前記半導体素子及びバンプを前記金属基材上から剥離することとした。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記金属箔は、銅箔又はアルミ箔であり、前記金属板は、金又は銀で形成されていることとした。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子をモールドするモールド部材と、前記半導体素子の各端子とボンディングワイヤを介してそれぞれ接続され、かつボンディングワイヤ法で形成された複数のバンプとを備え、各前記バンプを電極端子として前記モールド部材から露出させて形成した半導体装置とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ワイヤボンディングを用いて形成したワイヤバンプを電極端子とすることで、信頼性を向上することができる。例えば、金属箔の場合のような剥離を抑えることができ、また、ボンディングワイヤと電極端子との接合強度を向上させて接続抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置における電極端子の拡大図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに続く工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに続く工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｄに続く工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｅに続く工程を示す図である。
【図４】金属基材の断面構造を示す図である。
【図５Ａ】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す図、図２は本発明の一実施形態に係る半導体装置における電極端子の拡大図、図３は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図、図４は金属基材の断面構造を示す図である。
【００２０】
〔１．半導体装置の構成〕
まず、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成について図１を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１は、表面実装型の半導体装置であり、半導体素子１０と、複数の電極端子１１とを備えている。半導体素子１０の表面１０ａには複数の端子１２が形成されており、各端子１２はボンディングワイヤ１３を介して電極端子１１と接続されている。
【００２１】
さらに、半導体素子１０、電極端子１１及びボンディングワイヤ１３はモールド部材１４によりモールドされており、電極端子１１をモールド部材１４の裏面１４ａから露出させている。なお、符号１５は、半導体装置１を製造する際に半導体素子１０を金属基材２０に仮着するための接着剤を示す。
【００２２】
半導体素子１０は、内部に集積回路を形成し、その表面１０ａの一部の領域に複数の端子１２が形成されている。また、ボンディングワイヤ１３は、例えば、Ａｕ（金）やＣｕ（銅）からなる金属細線である。このボンディングワイヤ１３の一端１３ａは端子１２に形成されたワイヤバンプ１６を介して接続され、その他端１３ｂは電極端子１１に接続されている。
【００２３】
電極端子１１は、ワイヤボンディング法を用いたワイヤバンプとして形成される。すなわち、電極端子１１は、ボンディングワイヤの先端部を加熱して形成されるワイヤバンプにより構成され、Ａｕ（金）やＣｕ（銅）の金属材料からなる。従って、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１との接合強度は高く、電気的な接続抵抗は低い。
【００２４】
また、電極端子１１は、図２に示すように、ボンディングワイヤ１３との接続側を突起体（又は球体）として平坦ではない構造としている。これにより、ボンディングワイヤ１３を電極端子１１に接続した際に、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１と連続するように接続され、その結果、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１との接合強度を高めることができる。また、電極端子１１は、図２に示すように、外部端子側は平坦な構造としている。これにより、表面実装性を向上させることができる。
【００２５】
また、電極端子１１は以下の大きさに形成されている。すなわち、半導体装置１をＬＳＩ（Large Scale Integration）として用いる場合には、電極端子１１のサイズを３０〜１００μｍとなるように形成し、その高さを３６〜７０μｍとなるように形成する。なお、電極端子１１の大きさは、半導体装置１の用途に応じて変更可能であり、例えば、車載用途の場合には、電極端子１１のサイズが５０μｍとなるように形成し、その高さが８０μｍとなるように形成することもできる。
【００２６】
モールド部材１４は、半導体素子１０、ボンディングワイヤ１３及び電極端子１１等を外部から保護する機能を有する。このモールド部材１４は、例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂又はシリコン樹脂により形成される。
【００２７】
半導体装置１では、半導体装置１内にリードフレームを形成していないため、モールド部材１４の膜厚は、例えば、０．３５ｍｍ以下とすることができる。したがって、半導体装置１内にリードフレームを形成した場合のモールド部材１４の膜厚約０．５ｍｍと比較して、その膜厚を約１００〜２００μｍ程度薄くすることができる。
【００２８】
接着剤１５は、半導体装置１の製造工程において、半導体素子１０を後述する金属基材２０に仮着するために用いられる。この接着剤１５としては、例えば、ダイボンドペーストやダイアタッチフィルム等の周知の接着剤が用いられる。
【００２９】
以上説明したように、ワイヤボンディングを用いた形成したワイヤバンプを電極端子１１として用いるようにしたので、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１との接合強度を向上させることができる。これにより、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１との間の電気抵抗を低減させることができるとともに、ワイヤボンディングの安定性を向上させることができる。また、電極端子１１を自在にレイアウトすることもできる。また、電極端子１１を狭ピッチ化することも可能となるため、半導体装置１を小型化することもできる。
【００３０】
また、半導体装置１は、従来の半導体装置が有するダイパッドやリードフレームを有していないため半導体装置１を薄膜化することができる。例えば、ダイパッドやリードフレームが略１００〜２００μｍの厚みを有し、モールド部材１４の厚みと同等である場合には、半導体装置１の厚みを略１００〜２００μｍ薄くすることができる。
【００３１】
〔２．半導体装置の製造方法〕
次に、図３Ａ〜図３Ｆを参照して上記半導体装置の製造方法について説明する。まず、図３Ａに示すように、後述の工程によりその上面に半導体装置１を形成する金属基材２０を準備する。
【００３２】
金属基材２０は、図４に示すように、金属板２１上に金属箔２２を形成した構造を有している。すなわち、金属板２１は、例えば、Ａｕ（金）又はＡｇ（銀）からなる。また、金属箔２２は、例えば、Ｃｕ（銅）又はＡｌ（アルミニウム）からなる。
【００３３】
金属板２１は、半導体装置１を支持する支持板として機能し、金属箔２２は後述する剥離工程における剥離層として機能するものである。したがって、金属板２１は半導体装置１を支持可能な膜厚を有するとともに、半導体素子１０を支持するための適度な強度を有しており、後述するワイヤ形成工程において超音波や機械動作が上手く伝達されるようになっている。
【００３４】
次に、半導体素子１０を金属基材２０上に搭載する搭載工程を行う。すなわち、図３Ｂに示すように、接着剤１５としてのダイボンドを金属基材２０上の第１領域２０ａに塗布した後に、表面１０ａに端子１２を形成した半導体素子１０を第１領域２０ａ上に搭載する。これにより、この半導体素子１０が金属基材２０にダイボンドにより仮着される。なお、接着剤１５としては、上述したダイボンド以外にも、例えば、アタッチフィルムを用いることができる。
【００３５】
次に、電極端子１１を形成するバンプ形成工程を行う。すなわち、図３Ｃに示すように、例えばＡｕ（金）からなる金属バンプを金属基材２０上の複数の任意の電極端子形成領域２０ｂにそれぞれワイヤボンディング法を用いて形成することで、電極端子１１を該電極端子形成領域２０ｂに形成する。
【００３６】
例えば、ボンディングワイヤ１３の他端１３ｂの先端部を加熱して溶融し、この他端１３ｂの先端部に金ボールを形成する。そして、金ボールを金属基材２０に押しつけ、金ボールを金属基材２０に圧着接合し、金属基材２０に接合した金ボールを金線から切り離し、電極端子１１となるワイヤバンプを形成する。このとき、電極端子１１のサイズは、例えば３０〜１００μｍとなり、その高さが３６〜７０μｍとなるように形成する。
【００３７】
かかる方法により、電極端子１１を形成するようにしたので、電極端子１１を金属基材２０上の任意の領域（電極端子形成領域２０ｂ）に形成することができる。また、複数の電極端子形成領域２０ｂにそれぞれ電極端子１１を形成することで、それぞれ電気的に独立した複数の電極端子１１を形成することができる。また、電極端子１１間のピッチを狭く形成することもできる。
【００３８】
なお、電極端子１１の材料としては、上述したＡｕ（金）以外にもＣｕ（銅）等の金属材料を用いることができる。また、電極端子１１のサイズ等は、上述した数値に限定されず半導体装置１の用途により変更可能であり、例えば、車載用途である場合には、電極端子１１のサイズが５０μｍとなり、高さが８０μｍとなるように形成することもできる。
【００３９】
次に、ワイヤ形成工程を行う。すなわち、図３Ｄに示すように、ワイヤボンディング法を用いてボンディングワイヤ１３の一端１３ａを半導体素子１０の端子１２に接続するとともに、同ボンディングワイヤ１３の他端１３ｂを電極端子１１に接続する。これにより、半導体素子１０の端子１２を電極端子１１に電気的に接続する。
【００４０】
具体的には、ボンディングワイヤ１３の一端１３ａの先端部を加熱して溶融し、この一端１３ａの先端部に金ボールを形成する。そして、金ボールを半導体素子１０の端子１２に圧着接合し、該端子１２上にワイヤバンプ１６を形成する。これにより、このワイヤバンプ１６を介してボンディングワイヤ１３の一端１３ａが端子１２に接続される。
【００４１】
続いて、ボンディングワイヤ１３の他端１３ｂの先端部を電極端子１１に電極端子１１に接合する。これにより、半導体素子１０の端子１２を電極端子１１に電気的に接続する。
【００４２】
このように、電極端子１１とボンディングワイヤ１３との接続を、ワイヤボンディング法を用いて行うようにしたので、電極端子１１とボンディングワイヤ１３との接合強度を向上させることができる。したがって、電極端子１１へのワイヤボンディングを安定させることができる。なお、ボンディングワイヤ１３を接続する順番は、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１を先に接続してもよく、逆に、ボンディングワイヤ１３と端子１２を先に接続してもよい。
【００４３】
また、電極端子１１は、後述するボンディングワイヤと同じ金属材料、例えば、Ａｕにより形成される。これにより、電極端子１１とボンディングワイヤ１３との接合強度を向上させることができる。
【００４４】
次に、モールド工程を行う。すなわち、図３Ｅに示すように、半導体素子１０とボンディングワイヤ１３をモールド部材１４によりモールドし、金属基材２０上に半導体装置１を形成する。モールド部材１４による半導体素子１０等のモールドは、金型を用いたトランスファモールド法により行う。具体的には、過熱して溶解したモールド部材１４を金型中に予め注入し、そこに金属基材２０に搭載した半導体素子１０等を浸漬した後、硬化させる方法により行う。このようにして、半導体装置１を形成する。なお、半導体素子１０等をモールドした後に必要に応じてモールド部材１４の後硬化加熱を行ってもよい。
【００４５】
次に、図３Ｆに示すように、半導体装置１を金属基材２０から剥離する剥離工程を行う。すなわち、半導体装置１を搭載した金属基材２０を図示しない硝酸や水酸化カリウム等の薬品に浸漬し、金属箔２２のみを除去することで、半導体装置１を金属基材２０から剥離する。これにより、図１に示すような半導体装置１を得る。かかる方法により、剥離工程を行うことで、金属板２１を損傷することを防止することができ、金属板２１を再利用することができるため、製造コストを低減することができる。
【００４６】
なお、金属板２１のみからなる金属基材２０を用いた場合には、金属基材２０をエッチングに除去することにより、半導体装置１を金属基材２０から剥離して半導体装置１を得る。かかる方法によれば、金属箔２２を金属板２１上に形成する必要がなくなるため、金属基材２０の製造コストを低減することができる。
【００４７】
このように、本実施形態に係る半導体装置１の製造方法では、電極端子１１を金属基材２０上にワイヤボンディング法を用いて形成した後、電極端子１１と同じ金属材料からなるボンディングワイヤ１３を電極端子１１と接続するようにしたので、電極端子１１とボンディングワイヤ１３との接合強度を向上させることができるため、ワイヤボンディング性を改善することができ、また、ボンディングワイヤ１３と電極端子１１との接続抵抗を低減することができる。
【００４８】
また、電極端子１１をワイヤボンディング法により形成することで、半導体装置１の小型化に伴って電極端子１１間のピッチを狭くすることもできる。
【００４９】
また、半導体素子１０を金属基材２０上の第１領域２０ａに直接搭載するとともに、電極端子１１を該金属基材２０上の電極端子形成領域２０ｂに形成するようにしたので、ダイパッド及びリードフレームを半導体装置１内に形成する必要がないため、半導体装置１を薄肉化することができ、また、ダイパッド及びリードフレームを形成するための半導体装置１の製造コストを低減することもできる。
【００５０】
また、リードフレームを形成することなく電極端子１１を形成することから、リードフレームの形状に左右されることなく、様々なタイプの半導体装置に汎用することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、従来のように、電極端子を金属箔として、この金属箔上にワイヤバンプを形成するワイヤボンディングを行う必要が無く、ワイヤバンプ自体を電極端子としているため、安定した接合強度を保つことが可能となる。
【００５２】
以上、本実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体装置
１０  半導体素子
１０ａ  半導体素子の表面
１１  電極端子
１２  半導体素子の端子
１３  ボンディングワイヤ
１３ａ  ボンディングワイヤの一端
１３ｂ  ボンディングワイヤの他端
１４  モールド部材
１４ａ  モールド部材の裏面
１４ｂ  モールド部材の表面
１５  接着剤
１６  ワイヤバンプ
２０  金属基材
２０ａ  第１領域
２０ｂ  電極端子形成領域
２１  金属板
２２  金属箔
【図１】
2011103337.tif 000003
【図２】
2011103337.tif 000004
【図３Ａ】
2011103337.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2011103337.tif 000009
【図３Ｆ】
2011103337.tif 000010
【図４】
2011103337.tif 000011
【図５Ａ】
2011103337.tif 000012
【図５Ｂ】
2011103337.tif 000013