(57)【要約】【課題】  従来の半導体装置では、電極パッドとリードとを接続する金属細線のループ形状を低く出来ず、パッケージが厚くなる問題があった。【解決手段】  本発明の半導体装置では、金属細線１１の一部が、半導体チップ１表面のシリコン窒化膜３と当接している。そして、金属細線１１は、チップ外周端部２１から上方へと離間している。本発明では、金属細線１１がチップ側面２２と接触し、ショートすることを防ぐことができる。更に、本発明では、金属細線１１のループ形状が、半導体チップ１表面に対し、低いループ形状とすることで、パッケージ厚みを薄くすることができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの周囲に設けられた外部端子と、
前記半導体チップのボンディング電極と前記外部端子とを電気的に接続する金属細線とを有する半導体装置において、
前記金属細線の延在部の一部が、前記半導体チップの表面に当接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップの表面には絶縁層が形成されており、前記金属細線は、前記絶縁層に当接していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属細線は、前記半導体チップの外周端部から上方及び外側に離間していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属細線は、前記ボンディング電極と接続する接続部から第１の屈曲部、第２の屈曲部及び第３の屈曲部を有し、前記金属細線は、前記第２の屈曲部及びその近傍領域で前記半導体チップ表面と当接することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属細線は、金線であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップは、ディスクリート型トランジスタまたはＩＣであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体チップと、
前記半導体チップの周囲に設けられた外部端子と、
前記半導体チップのボンディング電極と前記外部端子とを電気的に接続する金属細線とを有する半導体装置において、
前記金属細線は、前記ボンディング電極と接続する接続部から第１の屈曲部、第２の屈曲部及び第３の屈曲部を有し、前記第２の屈曲部の頂部は、前記半導体チップ表面から前記金属細線の２本分より狭い範囲で離間していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記第１の屈曲部の頂部は、前記ボンディング電極表面から前記金属細線の３本分の高さより低い位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体チップの表面には絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属細線は、前記半導体チップの外周端部から上方及び外側に離間していることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属細線は、金線であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体チップは、ディスクリート型トランジスタまたはＩＣであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の半導体装置では、半導体チップ上面のボンディング電極と外部端子とを金属細線を介して電気的に接続する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置において、配線抵抗の低減を図るため、直径の太い金属細線が用いられていた。そして、該金属細線を用いるために、金属細線のループ形状が改良され、金属細線が、所望のパッケージサイズ内に収まるようにされていた。（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
また、従来の半導体装置において、ワイヤボンディングを行う２点間では、金属細線のループ形状が改良され、ワイヤの形状保持力の向上が図れていた。そして、金属細線が、モールド時の樹脂圧により倒れたり、曲がったりすることを防いでいた（例えば、特許文献２。）。
【０００４】
また、従来のワイヤボンダーにおいて、最適なボンディングパラメータが設定され、ボンディングワイヤのオープン不良及びショート不良の発生が防止されていた（例えば、特許文献３。）。
【特許文献１】特許第３２７６８９９号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特許第３１８９１１５号公報（第５−７頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−１３２３４７号公報（第５−８頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の半導体装置において、半導体装置の多機能化や高性能化に伴い、半導体チップ表面の電極パッド数は、増加する傾向にある。電極パッドは、半導体チップの外周部に配置される。そして、金属細線は、半導体チップの外周部から上方へ弧を成し、リード端子と接続する。そのことで、例えば、電極パッドとリード端子とを接続する金属細線が、チップ端部でショートすることを防止していた。
【０００６】
しかしながら、電極パッド数の増加に伴い、全ての電極パッドを半導体チップの外周部に配置することが、困難であった。そのため、電極パッドは、半導体チップの外周部だけでなく、半導体チップの中央領域へと配置された。
【０００７】
そして、チップの中央領域に配置された電極パッドでは、金属細線がチップ端部でショートすることを防ぐために、金属細線のループ形状を高くする必要があった。その結果、パッケージの厚みが、厚くなる問題が発生した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した従来の課題に鑑みてなされたもので、本発明の半導体装置では、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた外部端子と、前記半導体チップのボンディング電極と前記外部端子とを電気的に接続する金属細線とを有する半導体装置において、前記金属細線の延在部の一部が、前記半導体チップの表面に当接していることを特徴とする。本発明の半導体装置では、半導体チップ上面において、金属細線が、低いループ形状となり、パッケージ厚みを薄くすることができる。
【０００９】
更に、本発明の半導体装置では、前記半導体チップの表面には絶縁層が形成されており、前記金属細線は、前記絶縁層に当接していることを特徴とする。本発明の半導体装置では、金属細線は、半導体チップ表面と当接するが、半導体チップ表面には絶縁層が設けられている。この構造により、金属細線は、半導体基板とショートすることはない。
【００１０】
更に、本発明の半導体装置では、前記金属細線は、前記半導体チップの外周端部から上方及び外側に離間していることを特徴とする。一般に、金属細線は、半導体チップの周囲では、半導体チップの外周端部に近づく。しかしながら、本発明の半導体装置では、金属細線は、半導体チップの外周端部の近傍で、該外周端部から上方及び外側へと離間する。そして、金属細線は、半導体基板とショートすることはない。
【００１１】
また、本発明の半導体装置では、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた外部端子と、前記半導体チップのボンディング電極と前記外部端子とを電気的に接続する金属細線とを有する半導体装置において、前記金属細線は、前記ボンディング電極と接続する接続部から第１の屈曲部、第２の屈曲部及び第３の屈曲部を有し、前記第２の屈曲部の頂部は、前記半導体チップ表面と前記金属細線の２本分より狭い範囲で離間していることを特徴とする。本発明の半導体装置では、金属細線は、少なくとも３つの屈曲部を有している。第２の屈曲部の頂部は、半導体チップ表面から金属細線２本分より狭い範囲で離間する。しかしながら、金属細線は低いループ形状であり、パッケージの厚みが薄くなる。
【００１２】
更に、本発明の半導体装置では、前記第１の屈曲部の頂部は、前記ボンディング電極表面から前記金属細線の３本分の高さより低い位置に配置されていることを特徴とする。本発明の半導体装置では、第１の屈曲部の頂部は、半導体チップ表面から金属細線３本分より狭い範囲で離間している。そして、ループの最頂部となる箇所が、半導体チップ表面に近い位置となり、パッケージの厚みが薄くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置では、半導体チップ上面のボンディング電極と外部端子とを接続する金属細線の一部が、半導体チップ表面を覆う絶縁層と当接している。そして、金属細線は、半導体チップの外周端部において、該チップ外周端部から上方へと離間している。この構造により、金属細線は、半導体チップ表面及び外周端部において、半導体基板とショートすることはない。
【００１４】
更に、本発明の半導体装置では、金属細線のループ形状において、最頂部となる第１の屈曲部の頂部が、チップ表面近傍に配置されるので、パッケージの厚みが薄くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明における半導体装置において、図１〜図４を参照して説明する。図１は、リードフレーム上に固着された半導体チップとポストとの接続構造を説明する斜視図である。図２（Ａ）は、金属細線の一部が半導体チップ表面と当接する構造を説明する断面図である。図２（Ｂ）は、金属細線の一部が半導体チップ表面から若干離間する構造を説明する断面図である。図３は、金属細線が半導体チップの電極とポストとを接続する構造を説明する断面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、樹脂モールドされたパッケージを説明する断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態では、例えば、半導体チップ１として、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｌｅｄ  Ｅｆｆｅｃｔ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）を用いて説明する。具体的には、銅（Ｃｕ）のリードフレーム（以下、Ｃｕフレームと呼ぶ。）に半導体チップ１が実装された構造を示している。
【００１７】
尚、本実施の形態において、リードフレームの材料は、Ｆｅ−Ｎｉを主材料としても良いし、他の金属材料でも良い。また、リードフレームの代わりに、プリント基板、フレキシブルシート等を支持基板として採用したパッケージに適用しても良い。
【００１８】
図示したように、例えば、Ｃｕフレームのアイランド２には、例えば、半田等の導電ペースト１４（図２参照）を介して半導体チップ１が固着されている。半導体チップ１表面には、絶縁層として、シリコン酸化膜（図示せず）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３等が形成されている。本実施の形態では、ＳｉＮ層３は、パッシベーション膜として機能する。そして、例えば、アルミニウム（Ａｌ）から成るゲート電極４、ソース電極５の劣化防止を図る。そして、ＳｉＮ膜３には、２つの孔６、７が形成されている。孔６、７からは、ソース電極５、ゲート電極４が露出している。
【００１９】
アイランド２からは、ドレイン端子８が、延在している。そして、アイランド２の近傍には、金属細線１１の一端と接続するポスト９、１０が配置されている。ポスト９、１０からは、それぞれソース端子１２、ゲート端子１３となるリードが延在している。金属細線１１は、例えば、金線から成る。そして、金属細線１１は、ソース電極５とポスト９とを電気的に接続している。また、金属細線１１は、ゲート電極４とポスト１０とを電気的に接続している。ドレイン端子８、ソース端子１２及びゲート端子１３は、樹脂パッケージ１５（図４参照）や金属パッケージ等から外部リードとして導出する。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、金属細線１１は、例えば、ソース電極５とボールボンディングし、ポスト９とステッチボンディングしている。丸印で図示したように、金属細線１１には、ソース電極５とポスト９との間に、少なくとも第１の屈曲部２３、第２の屈曲部２４及び第３の屈曲部２５が形成されている。金属細線１１の第２の屈曲部２４及びその近傍領域は、半導体チップ１表面のＳｉＮ膜３と当接している。
【００２１】
具体的に述べると、金属細線１１は、アルファベットのＭ字形状のループとなる。金属細線１１は、ソース電極５上面でバンプ２６を介して、ボールボンディングにより接続している。金属細線１１には、バンプ２６から延在した箇所に、第１の屈曲部２３が形成されている。第１の屈曲部２３は、半導体チップ１表面に対し、上方に凸な曲線となる。第２の屈曲部２４は、半導体チップ１表面に対し、下方に凸な曲線となる。そして、第３の屈曲部２５は、半導体チップ１表面に対し、上方に凸な曲線となる。その後、金属細線１１は、Ｃｕフレームのポスト９上面で、ステッチボンディングにより、接続している。
【００２２】
図示したように、金属細線１１は、第３の屈曲部２５からポスト９へと延在し、チップ外周端部２１及びチップ側面２２に対して、離間する。そして、本実施の形態では、少なくとも絶縁層で被覆されていないチップ側面２２と金属細線１１とが当接し、ショートしない構造となる。つまり、金属細線１１は、チップ外周端部２１に対し、最低離間距離ｔ７を有することで、チップ側面２２を介してショートすることはない。
【００２３】
更に、金属細線１１が、少なくともチップ外周端部２１の近傍領域では、チップ表面に対して上方に凸な曲線となる。そして、第３の屈曲部２５は、半導体チップ１表面の上方で、チップ外周端部２１側に位置している。あるいは、第３の屈曲部２５は、半導体チップ１に対し、チップ外周端部２１よりも外側に位置している。
【００２４】
ここで、図３を用いて、従来例の問題点について述べる。金属細線３５には、１つの屈曲部３６が形成され、金属細線３５とチップ外周端部３７との離間距離が考慮される。そして、従来の構造においても、金属細線３５とチップ外周端部２１との間は、最低離間距離ｔ７だけは必要とされる。この構造を実現させるためには、半導体チップ３１表面と屈曲部３６の頂部との離間距離ｔ３は、広くなる傾向にある。
【００２５】
例えば、金属細線３５とポスト３４との接続位置を半導体チップ３１の近傍にする場合、ショート防止を考慮すれば、自然と離間距離ｔ３は広くなる。この場合、パッケージの厚みが厚くなる。一方、金属細線３５とポスト３４との接続位置を半導体チップ３１の遠方にする場合、屈曲部３６がチップ外周端部２１側へスライドでき、離間距離ｔ３を狭くすることは可能である。しかし、この場合には、アイランド３２とポスト３４との位置が離れ、必然的にパッケージ幅が大きくなる。
【００２６】
しかしながら、本実施の形態では、図示したように、第３の屈曲部２５の位置により、金属細線１１とチップ外周端部２１との離間距離が、調整可能である。第３の屈曲部２５がチップ外周端部２１側に配置されることで、金属細線１１とポスト９との接続箇所が、半導体チップ１側へとできる。そして、アイランド２とポスト９との離間距離が狭められるので、パッケージ幅を縮小することができる。尚、第３の屈曲部２５が、チップ外周端部２５に対し、半導体チップ１の外側に位置する場合でも良い。この場合には、より確実に金属細線１１とチップ外周端部２５との離間距離を確保できる。
【００２７】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す構造を比較する。ここで、両構造においても、半導体チップ１の厚み等、同じ条件下で比較を行う。両構造の場合でも、パッケージ１５表面と金属細線１１との最低かぶりｔ４は同じである。つまり、金属細線１１のループ形状の相違が、パッケージ厚みの相違となる。図４（Ｂ）に示す形状の場合には、９００μｍ程度のパッケージ厚みｔ６となる。一方、図４（Ａ）に示す形状の場合には、５００μｍ程度のパッケージ厚みｔ５となる。
【００２８】
つまり、本実施の形態では、第３の屈曲部２５は、チップ外周端部２１側に配置されることで、半導体チップ１表面の近傍に配置される。そして、第１の屈曲部２３の頂部が、ループの最頂部となる。第１の屈曲部２３の頂部は、ソース電極５の表面から金属細線１１の３本分程度、離間している。この構造により、金属細線１１の低ループ形状を実現し、パッケージの厚みを薄くすることができる。
【００２９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、金属細線１１が、半導体チップ１表面に当接せず、ＳｉＮ膜３表面から離間距離ｔ２を有する場合でも良い。そして、離間距離ｔ２は、ＳｉＮ膜３表面から、例えば、金属細線１１の２本分程度以下である。しかしながら、離間距離ｔ２は、金属細線１１の２本分程度以下の場合に限定するものではない。様々な使用用途に応じて、離間距離ｔ２の設計変更は可能である。
【００３０】
また、図２に示すように、本実施の形態では、第１の屈曲部の頂部が、金属細線のループ形状において、最頂部に位置しているが、この場合に限定するものではない。例えば、第３の屈曲部の頂部が、最頂部となっても良い。また、金属細線に複数の屈曲部が形成され、その中の任意の屈曲部の頂部が、最頂部と成っても良い。つまり、パッケージの厚みが薄くなるように、低ループ形状が実現できれば、種々の設計変更は可能である。更に、上述したように、第１の屈曲部の頂部が、半導体チップ表面から金属細線３本分程度、離間する場合に限定するものではない。様々な使用用途に応じて、該離間距離の設計変更は可能である。
【００３１】
尚、半導体チップとして、ＭＯＳＦＥＴを用いる場合について説明したが、この場合に限定する必要はない。その他にも、半導体チップとして、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ−Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いた場合にも、同様な効果を得ることができる。ＩＣチップの場合には、近年の多機能化により、ボンディング電極数が増加する傾向がある。そして、ＩＣチップ表面では、チップ外周部だけでは、電極が全て配置されず、ＩＣチップ中央領域へと電極が配置されている。この場合、上述した金属細線のループ形状により、パッケージサイズの縮小を実現できる。
【００３２】
次に、以下に、本発明における半導体装置の製造方法において、図５〜図７を参照として説明する。図５は、リードフレーム上に半導体チップを固着する工程を説明する斜視図である。図６及び図７は、ワイヤボンディング工程を説明する図である。
【００３３】
先ず、図５に示すように、厚さが約１００〜２５０μｍ程度のＣｕフレームを準備する。Ｃｕフレームには、通常、アイランド２、アイランド２から連続して延在するドレイン端子８、ポスト９、１０、ソース端子１２、ゲート端子１３とから成る１ユニットが、多数形成されている。
【００３４】
その後、アイランド２表面にＡｇペーストなどの導電ペースト１４を塗布し、半導体チップ１を固着する。
【００３５】
次に、図１に示すように、ゲート電極４とポスト１０とを金属細線１１で接続する。また、ソース電極５とポスト９とを金属細線１１で接続する。
【００３６】
尚、図示はしていないが、アイランド２やポスト９、１０上には導電ペースト１４との接着性を考慮して銀メッキや金メッキを施す場合もある。
【００３７】
次に、金属細線１１の一部が、シリコン窒化膜３と当接するように、ループ形状を形成する。以下に、図６及び図７を参照として、金属細線１１の接続方法を説明する。
【００３８】
先ず、図６（Ａ）に示すように、金ボールをソース電極４表面にボールボンディングする。そして、キャピラリ４１を、例えば、金属細線１１の３本分程度、矢印Ｓ１方向に水平移動させる。その後、キャピラリ４１をＳ２（上方）方向へと垂直移動させる。この移動により、金属細線１１には、第１の屈曲部２３が形成される。また、キャピラリ４１の移動量は、適宜、変更が可能である。
【００３９】
次に、図６（Ｂ）に示すように、キャピラリ４１を、矢印Ｓ３方向に水平移動させ、その後、キャピラリ４１をＳ４（上方）方向へと垂直移動させる。この移動により、金属細線１１には、第２の屈曲部２４が形成される。
【００４０】
次に、図７（Ａ）に示すように、キャピラリ４１を、矢印Ｓ５方向に水平移動させる。そして、キャピラリ４１をＳ６方向（下方）へと垂直移動させる。この移動により、金属細線１１には、第３の屈曲部２５が形成される。
【００４１】
最後に、図７（Ｂ）に示すように、キャピラリ４１をＳ７（上方）方向へと、適宜、移動させる。その後、クランパ（図示せず）で金属細線１１を挟み、固定する。その後、金属細線１１をクランパで固定した状態で、Ｓ８方向へとキャピラリ４１を移動させる。そして、ポスト９上面で、金属細線１１をステッチボンディングする。
【００４２】
この工程により、図２（Ａ）に示すように、金属細線１１の第２の屈曲部２４及びその近傍領域が、半導体チップ１表面に形成されたＳｉＮ膜３と当接する。あるいは、図２（Ｂ）に示すように、金属細線１１の第２の屈曲部２４及びその近傍領域が、ＳｉＮ膜３近傍に位置する。
【００４３】
最後に、トランスファーモールドにより、樹脂パッケージ１５を形成する。その後、ダイシングにより、個々の半導体装置に分割される。そして、樹脂パッケージ１５からは、ドレイン端子８、ソース端子１２及びゲート端子１３が露出する。
【００４４】
尚、本実施の形態では、樹脂パッケージの形成する場合で説明したが、この場合に限定する必要はない。例えば、金属パッケージの場合でも、同様な効果を得ることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の半導体装置に関し、リードフレーム上に固着された半導体チップと金属細線の接続する構造を説明する斜視図である。
【図２】本発明の半導体装置における金属細線のループ形状を説明するための（Ａ）断面図（Ｂ）断面図である。
【図３】従来の半導体装置における金属細線のループ形状を説明するための断面図である。
【図４】本発明の半導体装置における樹脂モールドされたパッケージを説明するための（Ａ）断面図（Ｂ）断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図（Ｂ）断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に関し、金属細線のループ形状を形成する工程を説明するための（Ａ）断面図（Ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、３１    半導体チップ
２、３２    アイランド
３、３３    シリコン窒化膜
４    ゲート電極
５    ソース電極
６、７    孔
８    ドレイン端子
９、１０、３４    ポスト
１１、３５    金属細線
１２    ソース端子
１３    ゲート端子
１４    導電ペースト
１５    樹脂パッケージ
２１、３７    チップ外周端部
２２    チップ側面
２３    第１の屈曲部
２４    第２の屈曲部
２５    第３の屈曲部
２６    バンプ
３６    屈曲部
４１    キャピラリ
【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６】
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【図７】
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