(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に接触する半導体チップと、各々の少なくとも一端部が前記半導体チップの周縁部近傍の前記基板の部分に固着され各々の少なくとも一部が前記半導体チップの前記周縁部に固着された複数のワイヤと、を含み、前記ワイヤによって前記半導体チップが前記基板上に固定され、前記ワイヤの両端部が固着された前記半導体チップの周縁部近傍と前記周縁部近傍の前記基板の部分との間の前記基板上に、前記ワイヤの両端部の間の一部を固着する中継部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記複数のワイヤの一部もしくは全部は、電気的導通を兼ね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】
前記ワイヤの一方端部が固定される前記基板の表面から法線方向に離れた位置に、前記半導体チップ側の前記ワイヤの他方端部が配置され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】
前記ワイヤの両端部の間に張力が生じるように前記ワイヤが固着されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の半導体装置。
【請求項５】
前記基板上において前記ワイヤの一対が前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板上において、前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置された前記ワイヤの一対の複数が、前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置されたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップはワイヤボンディングによる前記ワイヤにより固定かつ搭載されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体チップの前記基板上の移動を制限する遊嵌部が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の半導体装置。
【請求項９】
遊嵌部は、前記ワイヤの両端部が固着された前記半導体チップの周縁部近傍と前記周縁部近傍の前記基板の部分との間の前記基板上に縁部が存在するように、設けられた凹部又は凸部であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
遊嵌部は、前記基板及び前記半導体チップの接触する面に設けられた凹部又は凸部であることを特徴とする請求項８又は９記載の半導体装置。
【請求項１１】
半導体チップが基板上に固定された半導体装置の製造方法であって、基板上に揮発性の液体を供給する工程と、半導体チップを前記揮発性の液体上に載置して仮固定する工程と、ワイヤによってワイヤボンディング法によりワイヤの両端部を前記半導体チップの周縁部近傍及び前記周縁部近傍の前記基板の部分にそれぞれ固着する工程と、前記揮発性の液体を揮発させる工程と、を含み、前記半導体チップが前記ワイヤによって前記基板上に固定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ワイヤの一方端部が固定される前記基板の表面から法線方向に離れた位置に、前記半導体チップ側の前記ワイヤの他方端部が配置されることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ワイヤの両端部の間に張力が生じるように前記ワイヤが固着されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ワイヤの両端部が固着される前記半導体チップの周縁部近傍と前記周縁部近傍の前記基板の部分との間の前記基板上に、前記ワイヤの両端部の間の一部を固着する工程を含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記基板上において前記ワイヤの一対が前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記基板上において、前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置される前記ワイヤの一対の複数が、前記半導体チップの中心に関して略点対称位置に配置されることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記ワイヤの一対の複数は、前記ワイヤの一対ごとに、前記半導体チップの中心に関して略対角位置に固着されることを特徴とする請求項１６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及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法特に、ガラス、アルミナなどの基板に半導体チップを搭載する場合において、高真空中で使用されない半導体チップは、一般的には接着剤や接着シートを用いてガラス基板へ接着材料を介して接着される。一方、高真空中で半導体チップを使用する場合は、接着材料としてフリットガラスを用いて半導体チップをフリットガラスを介してガラス基板へ接着する方法が採用されている。また、半導体チップを高真空中で使用する場合は、一般的にフリットガラスを用いて半導体装置のパッケージ封止が行われる。
さらに、半導体チップを搭載する場合において陽極接合でガラス基板と半導体チップを接合するといった方法も採用されている。陽極接合とは、ガラス基板と半導体チップを密着させ高温にし、高電界をかけることによりガラス基板と半導体チップを結合させる技術である。陽極接合でガラス基板と半導体チップを接合する場合、ガラス基板と半導体チップの熱膨張係数は互いに近いものでなくてはならないため、実際に陽極接合を適用できるガラス基板の材料は限られる。陽極接合用のガラスの封止に適したフリットガラスが存在しないため、陽極接合が可能なガラスは、一般的なフリットガラスを用いた封止には向かない。
【発明の開示】
【０００３】
接着剤や接着シートを用いてガラス基板と半導体チップを接着する場合は、ガラス基板の種類を選ばないといった利点があるが、接着剤や接着シートは有機物を含むため高真空中での使用は好ましくない。また、封止工程には高温でのプロセスが必須になるが、有機物は一定以上の温度で炭化してしまうため、良好な基板及び半導体の接着は得られない。
フリットガラスを用いて接着する場合、ガラス基板と半導体チップの熱膨張係数差を緩和できるような好適良好なフリットガラスがないため、接着面で割れてしまい易く良好な接着ができない。接着面をできる限り小さくすることで熱膨張係数差の影響を減らすことも可能ではあるが、その場合は十分な強度が得られないため、半導体チップに電気的接続用のワイヤボンディングを行う工程で半導体チップが剥離し易い。
半導体チップを用いた固体撮像装置においては、基板のチップ搭載面に対する半導体チップの傾斜による焦点ズレを防止するために基板のチップ搭載面の平坦性が要求されている。従来の固体撮像装置の一般的な組立方法は、まず基板のチップ搭載面に液状の熱硬化性接着剤を滴下し、その上に半導体チップを載置し、接着剤を熱硬化せしめ半導体チップを固定した後、金属ワイヤで半導体チップと基板とをそれぞれのボンディングパッド（電極）間で接続する。これにより、電気的に基板と半導体チップが接続され、その後、前面側を封止ガラスキャップにより封止する。
従来の構成では、基板面が平坦な構造であるために、組立時に、半導体チップ接着後の熱硬化を含むそれ以降の熱処理によって、熱膨張係数差により、接着剤から半導体チップへ基板法線方向の応力が作用する。かかる応力により、半導体チップの表面に歪みが発生して、半導体チップの結晶的欠陥および固体撮像装置特有の画像歪み現象が発生する懸念がある。
そこで、本発明の解決しようとする課題には、組立に用いられる接着剤の半導体チップに及ぼす影響を解消する半導体装置及びその製造方法を提供することが例として挙げられる。
請求項１記載の半導体装置は、基板と、前記基板上に接触する半導体チップと、各々の少なくとも一端部が前記半導体チップの周縁部近傍の前記基板の部分に固着され各々の少なくとも一部が前記半導体チップの前記周縁部に固着された複数のワイヤと、を含み、前記ワイヤによって前記半導体チップが前記基板上に固定され、前記ワイヤの両端部が固着された前記半導体チップの周縁部近傍と前記周縁部近傍の前記基板の部分との間の前記基板上に、前記ワイヤの両端部の間の一部を固着する中継部を設けたことを特徴とする。
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、半導体チップが基板上に固定された半導体装置の製造方法であって、基板上に揮発性の液体を供給する工程と、半導体チップを前記揮発性の液体上に載置して仮固定する工程と、ワイヤによってワイヤボンディング法によりワイヤの両端部を前記半導体チップの周縁部近傍及び前記周縁部近傍の前記基板の部分にそれぞれ固着する工程と、前記揮発性の液体を揮発させる工程と、を含み、前記半導体チップが前記ワイヤによって前記基板上に固定されることを特徴とする。
本発明によれば、ガラスなどからなる基板に半導体チップを搭載し、電気的に接続して作用させる半導体装置において、半導体チップが基板上に、ワイヤボンディングのワイヤのみによって固定されている。
前記半導体装置において、前記半導体チップのボンディングパッドの位置は、前記基板のボンディングパッドより高い位置にあり、前記基板に固着したワイヤが前記半導体チップのボンディングパッドを引き付ける方向に力が働き、前記半導体チップが前記基板に固定される。
前記半導体装置において、前記ワイヤの一部もしくは全部は電気的に接続させるために用いることも可能である。
前記半導体装置において、前記半導体チップが矩形の平面形状を有していれば、前記ワイヤが前記半導体チップの４辺のうち、２辺以上に配置される。
さらに、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ガラスなどの基板に半導体チップを搭載し、電気的に接続して作用させる半導体装置において、前記半導体チップは、前記基板に、前記ワイヤボンディングのワイヤによって固定、搭載される。
前記半導体装置の製造方法において前記基板に前記半導体チップを前記ワイヤボンディングする際に、揮発性の液体を用いて前記半導体チップを前記基板に仮固定し、ワイヤボンディング後に揮発性の液体が揮発することにより、ワイヤのみによって前記半導体チップが前記基板に搭載される。
本発明は、電子放出素子やセンサ、発光素子などの半導体素子やその搭載方法に適用できる。また、同搭載方法によって製造されたディスプレイ、撮像装置、描画装置、センサ、発光装置などにも適用できる。特に、本発明によれば、半導体チップ表面の歪み発生を防止できるので画像歪みの発生しない固体撮像装置を提供できる。
本発明によれば、接着剤や接着シートを用いて接着したり、陽極接合によって接合したりしないで、ワイヤボンディングのワイヤによって半導体チップを基板上に搭載するので、製造された半導体装置の真空中での動作に悪影響を与える有機物などの不純物が残らない。
本発明によれば、半導体チップと、基板と、ワイヤと、の三点のみによって半導体装置が構成されているため、封止工程などの高温プロセスに対応できる。
半導体チップを基板に搭載するために用いるワイヤにはある程度の弾力があるため、半導体チップと基板間の熱膨張差の影響を軽減させることが可能であるので、半導体チップと基板の材質を問わない。また、電気的接続を担わないワイヤについては導電性が高い必要は無いので、通常のワイヤボンディングに使用される金やアルミニウムといった金属材料に限定されず、例えば、適切な耐熱性を有する樹脂や、或いは低融点のガラスであってもよい。また、強度・剛性は高いものの導電性が低いステンレスなどの金属をボンディング性の良好な金やアルミニウムなどの金属材料で被覆したものも、好適に用いることができる。更に、前記樹脂やガラスによって被覆された金属で構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明による実施形態の半導体装置を示す概略拡大部分断面図であり、
図２は、本発明による実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図３は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図４は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分平面図であり、
図５は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分平面図であり、
図６は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図７は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図８は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図９は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図であり、
図１０は、本発明による他の実施形態の半導体装置の製造工程を説明する基板の概略拡大部分平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の一例である半導体装置の断面図を示す。本実施形態は、シリコンを基板として複数の電子放出素子及びその周辺回路を作り込んだ半導体チップ３をガラス基板１に搭載した半導体装置である。半導体チップ３は、ガラス基板１上にパターニングされた電極（図示せず）と、半導体チップ３上の電極（図示せず）と、をワイヤボンディングすることにより固定されている。半導体チップ３を囲むようにスペーサ枠ＳＰを、その上にガラス前面板ＧＰを配置してフリットガラスＦＧを用いて封止されている。封止されたパッケージ内部は真空になっている。ガラス基板上にパターニングされた電極と半導体チップ上の電極とは、ワイヤによって電気的にも接続しており、ガラス基板上にパターニングされた電極に電圧を印加することにより、半導体チップに作製された素子を駆動、制御する。
ガラス基板上に搭載する半導体チップは、シリコン基板の他に、ＧａＡｓやＳｉＣなどの化合物半導体を基板とした半導体チップや、サファイアやガラスなどの絶縁体を基板とした半導体チップ、さらには金属を基板とした半導体チップであってもよい。また、電子放出素子に代えて受光素子を含む集積回路素子を作り込んだ半導体チップの搭載にも適用できることはいうまでもない。
本発明の半導体チップの搭載方法を以下に述べる。
図２（Ａ）に示すように、揮発性のある液体２をガラス基板１上に滴下する。
図２（Ｂ）に示すように、滴下した液体２の上に半導体チップ３を置き、位置を合わせる。半導体チップ３は液体２の表面張力によってガラス基板１上に仮固定される。
図２（Ｃ）に示すように、ガラス基板１上に仮固定された半導体チップ３の電極（図示せず）と、ガラス基板１上にパターニングされた電極（図示せず）とをワイヤボンディングのワイヤ４で接続する。
図２（Ｄ）に示すように、加熱などによって液体２が蒸発することにより、半導体チップ３はワイヤボンディングのワイヤ４によってガラス基板１に固定される。
このように、実施形態においては、揮発性のある液体をガラス基板に滴下し、その液体の表面張力によってガラス基板に半導体チップを仮固定する。揮発性のある液体は、例えば純水、アルコールである。
半導体チップをガラス基板上にただ置いただけでは、ワイヤボンディング時の振動やワイヤの張力により精度良く接続することができない。しかし、揮発性液体を滴下し半導体チップを搭載箇所に搭載してから暫くの間は、液体の表面張力によって半導体チップはガラス基板に固定されるため、ワイヤボンディングによって半導体チップとガラス基板を精度良く接続することが可能になる。さらに、ワイヤボンディングによる接続終了後、揮発性液体が揮発すると、半導体チップとガラス基板の間には何も残らないため、不純物を残さず良好な搭載を行うことが可能である。
図２（Ｃ）に示すように半導体チップをガラス基板上にワイヤボンディングで接続する半導体装置において、半導体チップに対して、基板面に平行な方向やあるいは垂直な方向へ変位させる力が作用した場合に、ワイヤの弾性あるいは剛性により前記の変位を妨げる方向に力が働く。
また、図２（Ｄ）に示すように基板１の表面（ワイヤ４の一方端部が固着されている）から法線方向に離れた位置（距離Ｈ）に、半導体チップ側のワイヤ４の他方端部が配置されていると、ワイヤ４の固着により、ワイヤ４の両端部の間に張力が生じて、半導体チップ３には基板１へ向かう方向に押圧力も生じ、固定が更に確実となる。
半導体チップをガラス基板に搭載する際に用いたワイヤボンディングのワイヤは、ガラス基板上にパターニングされた電極と半導体チップとを電気的に接続させるためにも用いることができる。ワイヤを半導体チップの固定のためにのみ用いる場合には、半導体チップ上の回路配線には非接触でかつ図３に示すように半導体チップ（その周縁部近傍）に部分的に接触していてもよい。しかし、電気的接続のために用いるワイヤは両端部以外半導体チップに接触しないように図２（Ｄ）に示すようなループ形状であることが望ましい。
半導体チップをガラス基板上に安定して搭載するには、図４に示すように矩形の平面形状の半導体チップの場合、すべての辺をワイヤボンディングすることが好ましいが、すべての辺がワイヤボンディングされていなくてもよい。例えば、図５に示すように半導体チップの対向する２辺においてワイヤを斜め（平面図において）にワイヤボンディングすることにより、ワイヤボンディングしていない方向への半導体チップのずれを防ぐことができる。
図２（Ｃ）に示すワイヤボンディング工程においては、対向する２辺の１辺のみ先に複数のワイヤにてワイヤボンディングするのではなく、対向する２辺にて交互に１対のワイヤでワイヤボンディングすることにより、半導体チップにかかる力の方向を揃えることが可能になり、位置ずれを防ぐこともできる。また、対向する２辺にて半導体チップの中心に関して対角に１対のワイヤでワイヤボンディングすることによっても、位置ずれを防ぐこともできる。例えば、図５に示すように半導体チップの対向する２辺において半導体チップの中心０に関して略点対称位置に配置されるように符号ａ〜ｊの順に１対のワイヤを交互に固着することによって、位置精度を高めたまま半導体チップを固定できる。図４及び図５に示すように、複数の対向するワイヤ４の一対は半導体チップ３の中心０に関して略点対称位置に配置される。
半導体チップを搭載するガラス基板は、平坦でなくともよい。ガラス基板に図６〜図９に示すように、凹部又は凸部などの段差があると、押圧力を高めたり、半導体チップの位置合わせが簡便になったり、半導体チップの位置ずれを防ぐなどの効果がある。一例として、半導体チップ３の基板１上の移動を制限する遊嵌部を設けることが好ましい。
かかる遊嵌部は、図６に示すように、半導体チップ３の周縁部近傍とその近傍の基板の部分との間の基板上に縁部が存在するように凸部Ｐｒとして、又は、図７に示すように、凹部Ｒｅとして設けることができる。さらに遊嵌部は、図８に示すように、基板１及び半導体チップ３の接触する面に設けられた凹部Ｒｅ又は凸部Ｐｒとして設けることができる。この場合、基板１側に凸部Ｐｒを、半導体チップ３側に遊嵌される凹部Ｒｅを設けているが逆でもよく、さらに接触面内であれば複数の遊嵌部を設けることもできる。これら基板１及び半導体チップ３の凹部Ｒｅ若しくは凸部Ｐｒ及び周縁部によって基板表面上の半導体チップ３の移動が制限できる。
図２（Ｃ）に示すワイヤボンディング工程においては、図９に示すように、ワイヤ４の固着両端部（半導体チップ３の周縁部近傍Ｅ１，その近傍の基板１の部分Ｅ２）の間の基板の中継部ＨＰに、ワイヤ４の両端部の間の一部ＭＰを固着することができる。これにより、ワイヤ４に更なる張力が生じるので半導体チップ３への押圧力がさらに高くなる。また、ワイヤ４の一方端部Ｅ２が固着されている基板１の表面から法線方向に離れた他方端部Ｅ１の位置（距離Ｈ）をさらに拡大するために、半導体チップ３全体を支える凸部Ｐｒを基板１に設けることもでき、半導体チップ３を基板１へ押圧する力が更に増大する。
なお、半導体チップ上に少なくとも３本のワイヤをそれらの伸長方向（平面図において）の角度が略１２０度となるようにワイヤボンディングを行っても、位置ずれを防ぐことができる。さらに、揮発性液体上に半導体チップを載置した後に、図１０（ａ）に示すように、初めに半導体チップ３の少なくとも一部を横断しかつ接触するようにワイヤ４の両端部を基板１に固着して、半導体チップ３の揮発性液体による仮固定を補強することもできる。この場合、半導体チップ３における横断するワイヤ４の接触部分には回路配線を設けないか、回路配線保護膜を設けることが好ましい。更に、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、ワイヤ４が横断する半導体チップ３の部位にボンディング用のパッド５を設けておき、ワイヤ４の両端の基板１への固着が完了した後に、ワイヤ４の中間部をパッド５へ固着してもよい。
本出願は、日本国特許出願第２００５−１００６４３号公報に基づくものであり、当該公報を援用することにより当該公報の開示内容を含むものである。
【図１】
0004635047.tif 000002
【図２（Ａ）】
0004635047.tif 000003
【図２（Ｂ）】
0004635047.tif 000004
【図２（Ｃ）】
0004635047.tif 000005
【図２（Ｄ）】
0004635047.tif 000006
【図３】
0004635047.tif 000007
【図４】
0004635047.tif 000008
【図５】
0004635047.tif 000009
【図６】
0004635047.tif 000010
【図７】
0004635047.tif 000011
【図８】
0004635047.tif 000012
【図９】
0004635047.tif 000013
【図１０（Ａ）】
0004635047.tif 000014
【図１０（Ｂ）】
0004635047.tif 000015
【図１０（Ｃ）】
0004635047.tif 000016