(57)【要約】【課題】複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されているワイヤ接続型に関し、特に小型化、高密度化したときに高い接続信頼性を発揮できる半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている半導体装置であって、前記金属ワイヤの表面が、平均粒子径０．１〜５μｍの絶縁粒子によって略均質に被覆されている半導体装置。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている半導体装置であって、
前記金属ワイヤの表面が、平均粒子径０．１〜５μｍの絶縁粒子によって略均質に被覆されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
金属ワイヤは、金ワイヤであ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】
絶縁粒子は、表面に金属と結合性を有する官能基を有するものであって、前記絶縁粒子と金属ワイヤとが前記金属と結合性を有する官能基を介して結合していることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
樹脂封止剤によって封止されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体装置。
【請求項５】
複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている半導体装置の前記金属ワイヤに、平均粒子径０．１〜５μｍの絶縁粒子を溶媒に分散させた絶縁粒子分散液を吹き付けて前記金属ワイヤを被覆する工程を有する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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されているワイヤ接続型に関し、特に小型化、高密度化したときに高い接続信頼性を発揮できる半導体装置、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在最も普及している半導体装置の一つはワイヤ接続型の半導体装置である。ワイヤ接続型の半導体装置では、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている。製造性等の観点から、複数の電気接続端子は一列に配置をされていることが多い（例えば、特許文献１）。通常のワイヤ接続型の半導体装置では、接続部分を保護することを目的に、接続部分を樹脂封止剤で封止する。
【０００３】
近年、半導体装置の小型化、高密度化への要求が増大するに伴い、ワイヤ接続型の半導体装置においても電気接続端子間隔をより狭く、金属ワイヤ同士の間隔をより狭くすることが求められている。これに対して、金属ワイヤ自体を細くする試みもなされている。
しかしながら、電気接続端子間隔を狭くしたり、金属ワイヤ自体を細くしたりすると、樹脂封止剤で封止する際に金属ワイヤが倒れて互いに接触してしまったり、樹脂封止剤の硬化の際の応力によって金属ワイヤが切断してしまったりする等の問題があった。
【０００４】
これに対して、金属ワイヤ間のショートを防止する目的で、樹脂により被覆された金属ワイヤを用いることも検討されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、樹脂により被覆されたワイヤを用いる場合、生産性に優れないうえ、半導体装置を充分に小型化することが困難になる等の問題があった。
また、金属ワイヤ接続の後に絶縁性の樹脂によって金属ワイヤを保護コーティングし、その後樹脂封止するという半導体装置の組み立て方法も提案されている（例えば、特許文献３、非特許文献１）。このような半導体装置においては、金属ワイヤを絶縁樹脂で保護した後に樹脂封止剤で封止することから、直接樹脂封止剤を流し込む場合に比べて金属ワイヤへの影響は小さくなることが期待される。しかしながら、樹脂封止剤が金属ワイヤを直接保護しない構造となることから、長期信頼性の点では問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０１０１６号公報
【特許文献２】特開平５−０４７８２８号公報
【特許文献３】特開平９−３３１０１３号公報
【非特許文献１】「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ日本版」、２００５年１０月号、４６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記現状に鑑み、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されているワイヤ接続型に関し、特に小型化、高密度化したときに高い接続信頼性を発揮できる半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている半導体装置であって、前記金属ワイヤの表面が、平均粒子径０．１〜５μｍの絶縁粒子によって略均質に被覆されている半導体装置である。
以下に本発明を詳述する。
【０００８】
本発明の半導体装置に用いられる半導体チップとしては、複数の電気接続端子を有するものであれば特に限定されず、従来からワイヤボンディング用途に用いられている半導体チップを用いることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置に用いられる基板としては上記半導体チップの電気接続端子と金属ワイヤによって接続可能な電気接続端子を有するものであれば特に限定はされず、例えば、両面基板、多層配線基板、ビルドアップ基板、テープ基板、フィルム基板等が挙げられる。
上記基板の材質としては特に限定されず、例えば、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂、アラミドとエポキシのコンポジット、セラミック等のいずれも用いることができる。
【００１０】
上記半導体チップ及び基板の互いに隣り合う電気接続端子の間隔としては特に限定されないが、５０μｍ以下である場合に本発明の効果が顕著となる。５０μｍを超えると、金属ワイヤを絶縁粒子で被覆しなくとも、樹脂封止剤で封止する際に金属ワイヤが倒れて互いに接触してしまったり、樹脂封止剤の硬化の際の応力によって金属ワイヤが切断してしまったりする等の問題を生じることは少ない。本発明の効果がより顕著になるのは２０μｍ以下の場合であり、更に顕著になるのは１０μｍ以下の場合である。
【００１１】
本発明の半導体装置においては、上記半導体チップの電気接続端子と上記基板の電気接続端子とは、金属ワイヤによって導電接続されている。
上記金属ワイヤとしては特に限定されず、例えば、金、アルミ等からなるものを用いることができる。なかでも、抵抗が低く、圧着した際のパッド金属とのなじみがよいことから、金からなる金ワイヤが好適である。
【００１２】
上記金属ワイヤの直径としては特に限定はされないが、好ましい下限は１０μｍ、好ましい上限は５０μｍである。１０μｍ未満であると、切断しやすく接続安定性に劣ることがあり、５０μｍを超えると、小型化、高密度化した半導体装置の製造に用いることができないことがある。
【００１３】
本発明の半導体装置において上記金属ワイヤは、絶縁粒子によって略均質に被覆されている。金属ワイヤを絶縁粒子によって被覆することにより、金属ワイヤ間の橋掛け現象の発生を防止し、金属ワイヤ間の間隔が狭い場合であっても確実に短絡を防止することができる。また、樹脂封止剤で封止する際に金属ワイヤが倒れて互いに接触した場合にも短絡を防止できる。
なお、本明細書において略均質に被覆されているとは、上記絶縁粒子の粒子径が観察できる程度の精度で金属ワイヤ表面を観察した場合に、金属ワイヤの金属面が観測できない程度に絶縁粒子が密に付着している状態を意味する。
【００１４】
上記絶縁粒子の平均粒子径の下限は０．１μｍ、上限は５μｍである。０．１μｍ未満であると、絶縁粒子が凝集しやすくなり均質な被覆を行うことができず、５μｍを超えると、金属ワイヤ間の距離が１０μｍ程度となった場合に、金属ワイヤを被覆する際に、粒子径が大きいことに起因する金属ワイヤ倒れを引き起こしてしまったり、絶縁粒子の重みで金属ワイヤが曲がってしまったりすることがある。好ましい上限は１μｍである。
【００１５】
上記絶縁粒子としては、絶縁性の材料からなるものであればよく特に限定されないが、金属ワイヤとの密着性に優れることから、少なくとも表面が樹脂であることが好ましい。
上記少なくとも表面が樹脂である粒子としては、樹脂からなる粒子でもよく、無機粒子や金属粒子を樹脂で被覆した粒子であってもよい。
上記樹脂としては特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【００１６】
上記絶縁粒子は、表面に金属と結合性を有する官能基を有することが好ましい。このような官能基を有することにより、上記絶縁粒子と金属ワイヤとが該官能基を介して結合して、接続信頼性の非常に高い半導体装置を得ることができる。
【００１７】
上記金属と結合性を有する官能基としては、金属とイオン結合、共有結合、配位結合が可能な官能基であれば特に限定されず、例えば、シラン基、シラノール基、カルボキシル基、アミノ基、アンモニウム基、ニトロ基、水酸基、カルボニル基、チオール基、スルホン酸基、スルホニウム基、ホウ酸基、オキサゾリン基、ピロリドン基、燐酸基、ニトリル基等が挙げられる。なかでも、配位結合が可能なＳ、Ｎ、Ｐ原子を有する官能基が好適である。例えば、金属ワイヤが金ワイヤである場合には、金に対して配位結合が可能なＳ原子を有する官能基、特にチオール基、スルフィド基が好適である。
【００１８】
上記表面に金属と結合性を有する官能基を有する絶縁粒子を製造する方法としては特に限定されず、例えば、上記官能基を有するモノマーを絶縁粒子の製造時に混入させる方法、絶縁粒子の表面処理により上記官能基を導入する方法等が挙げられる。
上記絶縁粒子の表面処理により上記官能基を導入する方法としては、例えば、上記樹脂粒子を構成する樹脂と反応可能な官能基と上記金属と結合性を有する官能基の両方を有する化合物を用いて表面処理を行う方法等が挙げられる。
【００１９】
本発明の半導体装置は、更に、樹脂封止剤によって封止されていることが好ましい。樹脂封止剤により封止することにより、接続信頼性を向上させることができる。本発明の半導体装置においては、金属ワイヤは絶縁粒子により被覆されていることから、樹脂封止剤は絶縁粒子の隙間に侵入して直接金属ワイヤを保護することができる。このため、金属ワイヤを絶縁性の樹脂によって保護コーティングする場合に比べて、高い長期信頼性を発揮することができる。
上記樹脂封止剤としては特に限定されず、例えば、熱硬化性エポキシ化合物と熱硬化剤とを含有するもの等、従来公知の樹脂封止剤を用いることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置を製造する方法としては特に限定されないが、例えば、半導体チップと基板とを金属ワイヤによって導電接続した後、上記絶縁粒子を溶媒に分散させた絶縁粒子分散液を金属ワイヤに吹き付ける方法等が挙げられる。
複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されている半導体装置の前記金属ワイヤに、平均粒子径０．１〜５μｍの絶縁粒子を溶媒に分散させた絶縁粒子分散液を吹き付けて前記金属ワイヤを被覆する工程を有する半導体装置の製造方法もまた、本発明の１つである。
【００２１】
上記絶縁粒子分散液の溶媒としては特に限定はされず、例えば、水；メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、２−ブタノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類；アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の炭化水素類等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２２】
上記絶縁粒子分散液において、上記溶媒に対する絶縁粒子の配合量は特に限定はされないが、好ましい下限は１重量％、好ましい上限は５０重量％である。１重量％未満であると、金属ワイヤを充分に被覆するのに相当回数の重ね塗りを要する場合があり、５０重量％を超えると、絶縁粒子が凝集したり、分散液の粘度が高く取り扱い性に劣る場合がある。より好ましい下限は５重量％、より好ましい上限は３０重量％である。
【００２３】
上記絶縁粒子分散液は、必要に応じて、絶縁粒子の金属ワイヤに対する接着性を向上するために接着性樹脂、プライマー；耐熱性を向上させるために無機粒子；表面張力を下げるためにシリコーン樹脂、フッ素樹脂等を含有してもよい。
【００２４】
上記絶縁粒子分散液を金属ワイヤに吹き付ける方法としては特に限定はされず、例えば、スプレー法、インクジェット法、刷毛・ローラーによる塗布法等が挙げられる。
【００２５】
上記絶縁粒子分散液を金属ワイヤに吹き付けた後、溶媒を乾燥させることにより、金属ワイヤを絶縁粒子で被覆することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されているワイヤ接続型に関し、特に小型化、高密度化したときに高い接続信頼性を発揮できる半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
アクリル樹脂からなる平均粒径０．５μｍの絶縁粒子を、２０重量％の濃度となるようにプロパノール中に分散させ、絶縁粒子分散液を調製した。
一方、定法により、半導体チップと基板とを１００本の金ワイヤで導電接続した半導体装置を製造した。該半導体装置の電気接続端子の間隔は約１０μｍである。
得られた半導体装置の金ワイヤ上に、スプレー法により絶縁粒子分散液を吹き付けた後、乾燥させた。
乾燥後に、光学顕微鏡を用いて金ワイヤの表面を観察したところ、金ワイヤの金表面が観測できない程度に絶縁粒子が密に付着していた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、複数の電気接続端子を有する半導体チップと複数の電気接続端子を有する基板とが金属ワイヤによって導電接続されているワイヤ接続型に関し、特に小型化、高密度化したときに高い接続信頼性を発揮できる半導体装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。