JP2006024853A - 半導体装置とその製造方法及びその電気特性制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷のかかる部分の下にＭＯＳトランジスタを置いた場合にＭＯＳトランジスタの特性、特に電気特性が変動してしまうことを逆に利用することで半導体装置の電気的な特性を制御する方法やその組立方法について提供する。
【解決手段】半導体チップ(1)基板内に金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ(2)を含む半導体装置であって、電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタ(2)の上部に、バンプ(6a)を形成し、前記バンプ(6a)を基板に固定する。これにより、従来は電気特性異常であった半導体装置の電気特性改善が可能となる。また、半導体特性の向上や能力ＵＰさせる方法や組立方法の提供が可能となる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は半導体装置とその製造方法及びその電気特性制御方法に関する。

半導体装置の構造やその組立方法について従来の技術を説明する。図６Ａ−Ｂは従来の半導体装置の構造について示したものである。また、図７、図８Ａ−Ｂはその半導体装置の組立方法の一例について示したものである。以上の様な方法について、まず図６Ａ−Ｂの従来の半導体装置の構造についてその内容を説明する。

図６Ａ−Ｂは従来の代表的な半導体装置の構造図である。通常、図６Ａ−Ｂに示すとおり半導体チップ１の中で負荷、例えば圧力４などがかかる保護膜３の下（図６Ａ）や負荷がかかるおそれがある半導体電極５の下（図６Ｂ）には、ＭＯＳ(metal-oxide semiconductor,金属酸化物半導体)トランジスタ２は設置しない構造になっている。その理由としては、後の組立工程等でかかるおそれがある負荷により、ＭＯＳトランジスタ２の特性が変動し、特に電気的な特性変動をおこすおそれがあるためである。

次にこの半導体装置の組立方法について説明する。図７は代表的な組立方式であるワイヤーボンド式の組立方法である。金線６ｃを半導体電極５にボンディングし、電気的接合を取っている。この場合、ボンディングの際の圧力４が半導体チップ１中に伝わるが、トランジスタ２は半導体電極５下に無い為、この圧力４がＭＯＳトランジスタ２に伝わらない。したがってＭＯＳトランジスタ２の特性、特に電気的特性の異常は発生しない。

図８Ａも代表的な組立方法であるＣＯＧ（チップ・オン・ガラス）もしくはＣＯＢ（チップ・オン・ボード）の組立方式である。この場合、ガラスもしくは基板（以降、ガラスと略）７と半導体電極５上に形成されたバンプ６を圧着させ、電気的接合を取る形式になっている。この場合も圧着の際の圧力４がバンプ６を通じて半導体チップ１中に伝わるが、ＭＯＳトランジスタ２は半導体電極５下に無い為、この圧力４がＭＯＳトランジスタ２に伝わらない。したがってＭＯＳトランジスタ２の特性、特に電気的特性の異常は発生しない。

図８Ｂも代表的な組立方法であるＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）もしくはＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）の組立方式である。この場合、テープもしくはフィルム（以降テープと略）１０上のリード９と半導体電極５上に形成されたバンプ６を圧着させ、電気的接合を取る形式になっている。この場合はリード９自体の張力４ｂがバンプ６を通じて半導体チップ１中に伝わるが、ＭＯＳトランジスタ２は半導体電極５下に無い為、この張力４ｂがＭＯＳトランジスタ２に伝わらない。したがってＭＯＳトランジスタ２の特性、特に電気的特性の異常は発生しない。
特開平９―２６０６６６号公報

しかし、図６〜８の半導体装置の構造やその組立方法では、ＭＯＳトランジスタを形成するエリアと半導体電極を形成するエリアを別々に形成する必要があり、その分だけ半導体チップの面積が大きくなってしまうおそれがある。かといって負荷のかかる部分の下に何も考慮無くＭＯＳトランジスタを置いた場合、ＭＯＳトランジスタの特性、特に電気特性が変動してしまうおそれが発生する。

本発明は前記従来の問題を解決するため、負荷のかかる部分の下にＭＯＳトランジスタを置いた場合にＭＯＳトランジスタの特性、特に電気特性が変動してしまうことを逆に利用することで半導体装置の電気的な特性を制御する方法やその組立方法について提供する。

本発明の半導体装置は、半導体チップ基板内に金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタを含む半導体装置であって、電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタの上部に、バンプを形成し、前記バンプを基板に固定することを特徴とする。

本発明の第１番目の半導体装置の製造方法は、電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタの上部に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を隔てて形成された電極又は保護膜上にバンプを形成する工程と、前記バンプを半導体チップ基板、テ−プ又はフィルムに固定する工程と、半導体装置と前記基板、テ−プ又はフィルムの間を樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２番目の半導体装置の製造方法は、電流能力及びしきい値電圧が所定値となるように制御する必要があるＭＯＳトランジスタの上部に予めバンプを形成しておく工程と、前記電流能力及びしきい値電圧が前記所定値の場合、前記バンプを除去あるいは潰す工程と、前記電流能力及びしきい値電圧が前記所定値と異なる場合、前記バンプ基板、テ−プ又はフィルムに固定する工程と、半導体装置と前記基板、テ−プ又はフィルムの間を樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の第１番目の半導体装置の電気特性制御方法は、半導体装置に形成された電流能力が所定より低く、しきい値電圧が所定より高いＮ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、前記圧力を固定することを特徴とする。

本発明の第２番目の半導体装置の電気特性制御方法は、半導体装置に形成された電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低いＰ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、前記圧力を固定することを特徴とする。

本発明の第３番目の半導体装置の電気特性制御方法は、半導体装置に形成された電流能力が所定より低く、しきい値電圧が所定より高いＰ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な張力を加え、前記張力を固定することを特徴とする。

本発明の第４番目の半導体装置の電気特性制御方法は、半導体装置に形成された電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低いＮ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な張力を加え、前記張力を固定することを特徴とする。

上記半導体装置制御方法、組立方法を用いることで、従来は電気特性異常であった半導体装置の電気特性改善が可能となる。また、半導体特性の向上や能力ＵＰさせる方法や組立方法の提供が可能となる。

本発明において、「電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタ」とは、ＭＯＳトランジスタ設計時に想定したＭＯＳトランジスタの電流能力（飽和状態においてＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に流れる電流量）やしきい値電圧（ＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に電流が流れはじめる時のゲート電圧値）がＭＯＳトランジスタ形成プロセス上のパラメータの微妙な違いにより、当初想定した値（所定値）と違う値になったＭＯＳトランジスタのことを指す。

本発明の半導体装置の構造やその組立方法についてその内容について説明する。

図１は本発明の一実施形態における半導体装置の構造ついて示したものである。半導体チップ１にＭＯＳトランジスタ２及び保護膜３を形成する。その後、本半導体チップ１の電気特性の評価を行う。

その際、ＭＯＳトランジスタ２がＮチャネル（Ｎｃｈ）ＭＯＳトランジスタの場合で、半導体装置の電流能力が所定（ＭＯＳトランジスタ設計時に想定したＭＯＳトランジスタの電流能力、（飽和状態においてＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に流れる電流量））より低く、しきい値電圧が所定（ＭＯＳトランジスタ設計時に想定したＭＯＳトランジスタのしきい値電圧（ＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に電流が流れはじめる時のゲート電圧値））より高い場合、両特性を所定値にするために、そのＭＯＳトランジスタ２に向かって上部から力学的な圧力４ａを加えて固定する。そうすることにより、両特性に変動を起こすことができ、つまり、ＭＯＳトランジスタ２の電流能力が高く＜しきい値電圧が所定より低くなる現象が発生する。そうすることで所定（ＭＯＳトランジスタ設計時に想定したＭＯＳトランジスタの電流能力（飽和状態においてＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に流れる電流量）やしきい値電圧（ＭＯＳトランジスタのソースードレイン間に電流が流れはじめる時のゲート電圧値））の望むべきＭＯＳトランジスタの電気特性が得られることが可能となり、ＭＯＳトランジスタ２の電気特性制御、すなわちＭＯＳトランジスタの電流能力やしきい値電圧を制御することが可能となる。また、ＭＯＳトランジスタ２に加える圧力４ａを変化させる、すなわち圧力の絶対値を変化させることで電気特性値が変化する為、所定の電気特性が得られない場合はその圧力４ａを変化させ制御することが可能である。すなわち、圧力４ａが大きければ大きい程その電気特性の変動は大きくなる。すなわち電流能力が高くしきい値電圧が低くなる現象が強くなる。ここで注意する点としては、あまり大きく圧力４ａをかけすぎると、保護膜３やＭＯＳトランジスタ２が物理的な破壊を起してしまうおそれがある為、破壊しない程度の適度な圧力値で抑えることも必要である。

逆にＭＯＳトランジスタ２がＮｃｈＭＯＳトランジスタの場合で、半導体装置の電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低い場合は、そのＭＯＳトランジスタ２に向かって上部から力学的な張力４ｂを加え、その圧力を固定する。そうすることにより、ＭＯＳトランジスタ２の電流能力が低く、しきい値電圧が所定より高くなるように特性が変動する。そうすることで、所定の望むべきＭＯＳトランジスタの電気特性が得られることが可能となり、ＭＯＳトランジスタ２の電気特性制御が可能となる。この場合も同様にＭＯＳトランジスタ２に加える張力４ｂを変化させることで電気特性値が変化する為、所定の電気特性が得られない場合はその張力４ｂを変化させ制御することが可能である。また、張力４ｂが大きければ大きい程その電気特性の変動は大きくなり、電流能力が低くしきい値電圧が高くなる現象が強くなる点や、あまり大きく張力４ｂをかけすぎると、保護膜３やＭＯＳトランジスタ２が物理的な破壊を起してしまうおそれがある為、破壊しない程度の適度な圧力値で抑えることも必要である点も同様である。

同様に、そのＭＯＳトランジスタ２がＰチャネル（Ｐｃｈ）ＭＯＳトランジスタの場合で、半導体装置の電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低い場合、同様にそのＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、その圧力を固定する。そうすることにより、ＭＯＳトランジスタ２の電流能力が低く、しきい値電圧が高くなり、所定の望むべきＭＯＳトランジスタの電気特性が得られることが可能となり、ＭＯＳトランジスタの電気特性制御が可能となる。圧力の変化により電気特性制御が可能なことも同様である。この場合も同様にＭＯＳトランジスタ２に加える圧力４ａを変化させることで電気特性値が変化する為、所定の電気特性が得られない場合はその圧力４ａを変化させ制御することが可能である。また、圧力４ａが大きければ大きい程その電気特性の変動は大きくなり、電流能力が低くしきい値電圧が高くなる現象が強くなる点や、あまり大きく圧力４ａをかけすぎると、保護膜３やＭＯＳトランジスタ２が物理的な破壊を起してしまうおそれがある為、適度な圧力値で抑えることも必要である点も同様である。

逆にそのＭＯＳトランジスタ２がＰｃｈＭＯＳトランジスタの場合で、半導体装置の電流能力が所定より低く、しきい値電圧が所定より高い場合は、そのＭＯＳトランジスタ２に向かって上部から力学的な張力４ｂを加えその圧力を固定する。そうすることにより、ＭＯＳトランジスタ２の電流能力が高く、しきい値電圧が所定より低くなる現象が発生する。そうすることで所定の望むべきＭＯＳトランジスタの電気特性が得られることが可能となり、ＭＯＳトランジスタ２の電気特性制御が可能となる。この場合も同様にＭＯＳトランジスタ２に加える引張圧力４ｂを変化させることで電気特性値が変化する為、所定の電気特性が得られない場合はその引張圧力４−２を変化させ制御することが可能である。また、張力４ｂが大きければ大きい程その電気特性の変動は大きくなり、電流能力が高く、しきい値電圧が低くなる現象が強くなる点や、あまり大きく張力４ｂをかけすぎると、保護膜３やＭＯＳトランジスタ２が物理的な破壊を起してしまうおそれがある為、適度な圧力値で抑えることも必要である点も同様である。

以上のように、ＭＯＳトランジスタ２の電流能力およびしきい値電圧が所定の値からずれている場合、ＭＯＳトランジスタ２がＮｃｈかＰｃｈか、特性が所定値から高いか低いかのどちらにズレているかにより、その特性を所定値にすることが、ＭＯＳトランジスタ２に圧力か張力を必要な大きさ加えて、固定することにより可能となる。

次に、ＭＯＳトランジスタ２に均一に圧力４ａもしくは張力４ｂを加え、その力を固定する方法について説明する。図２Ａ−Ｂ、図３Ａ−Ｅ、図４Ａ−Ｃ、図５Ａ−Ｃはその内容について説明した図である。

図２Ａ−ＢはＭＯＳトランジスタ２に均一に圧力４ａもしくは張力４ｂを加える為、ＭＯＳトランジスタ上部に均一な大きさのパッド５を形成したものである。そのパッド上からＭＯＳトランジスタに向かって圧力４ａもしくは張力４ｂを加える形を取る。こうした場合、図１のものと比較しても、その力がダイレクトにＭＯＳトランジスタ２に伝わり易い状態になる。

また、その際、その上にバンプ６ａを形成するとより効果的である。バンプ形成方法には［図３Ａ］Ａ−Ｃのようにめっき方式でバンプ６ａを形成する方法や、［図３Ｂ］Ｄのようにスタッドバンプで狙った個所にバンプ６ａを形成する方法などがある。また［図３Ｂ］Ｅのように、あらかじめめっき方式でバンプを付け、不要な部分のバンプを除去する方法もある。このバンプ６ａを形成するメリットとしてはこのバンプ６ａが押しボタンのような役割を果たし圧力４ａや張力４ｂの力をダイレクトにＭＯＳトランジスタ２に伝えることが可能となる。そうすることでパッド全体よりＭＯＳトランジスタ２に圧力が伝わり、ピンポイントで力が伝わることなく均一に負荷をかけることが可能となる。

図４Ａ−Ｃはこの圧力４ａを固定する方法について示したものである。図４Ａ−Ｃに示すとおり、ＭＯＳトランジスタ２上にバンプ６ａを形成し、これをガラスや基板（以下、ガラスと略）７と接合させ、圧力４ａをバンプ６ａを通じてそのガラス７ごと樹脂８で封止する。こうすることにより、半導体チップ１とガラス７が樹脂８で固定され、バンプ６ａを通じてＭＯＳトランジスタ２にかけられた圧力４ａが固定され続けることが可能となる。

図５Ａ−ＣはＭＯＳトランジスタ２に均一にＭＯＳトランジスタ２に向かって上部から力学的な引張応力、すなわち張力４ｂを加えその力を固定する方法について説明した図である。図５Ａ−Ｃに示すとおり、ＭＯＳトランジスタ２上にバンプ６ａを形成し、テープもしくはフィルム（以降テープと略）１０上のリード９とこのバンプ６ａとを接合させる。そうするとリード９はバンプ６ａを引き上げる方への応力、すなわち張力４ｂをかけ始める。そうすることでこの張力４ｂがＭＯＳトランジスタ２に働き、電気特性変動が始まる。その後、樹脂８で封止することでこの張力４ｂを固定する。このことにより、バンプ６ａを通じてＭＯＳトランジスタ２に逆方向にかけられた応力である張力４ｂが固定され続けることが可能となる。

以上の様な方法で半導体装置の電気特性制御が可能となる。

本発明の一実施例における半導体装置の構造について示すものである。 Ａ−Ｂは本発明の一実施例における半導体装置及びその組立方法の構造について示すものである。 Ａ−Ｃは本発明の一実施例における半導体装置及びその組立方法の構造について示すものである。 Ｄ−Ｅは本発明の一実施例における半導体装置及びその組立方法の構造について示すものである。 Ａ−Ｃは本発明の一実施例における半導体装置及びその組立方法の構造について示すものである。 Ａ−Ｃは本発明の一実施例における半導体装置及びその組立方法の構造について示すものである。 Ａ−Ｂは従来の半導体装置の構造について示すものである。 従来の半導体装置の組立方法の一例について示すものである。 Ａ−Ｂは従来の半導体装置の組立方法の一例について示すものである。

符号の説明

１ 半導体チップ
２ ＭＯＳトランジスタ
３ 保護膜
４ａ 圧力
４ｂ 張力
５ 半導体電極
６ａ バンプ
６ｂ スタッドバンプ
６ｃ 金線
７ ガラス又は基板
８ 樹脂
９ リード
１０ テープ又はフィルム

Claims (14)

1. 半導体チップ基板内に金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタを含む半導体装置であって、
   電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタの上部に、バンプを形成し、前記バンプを基板に固定することを特徴とする半導体装置。
2. 半導体チップ基板の上にさらにバンプを備え、前記バンプの周囲を樹脂封止した請求項１に記載の半導体装置。
3. 電流能力及びしきい値電圧が所定値と異なるＭＯＳトランジスタの上部に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜を隔てて形成された電極又は保護膜上にバンプを形成する工程と、
   前記バンプを半導体チップ基板、テ−プ又はフィルムに固定する工程と、
   半導体装置と前記基板、テ−プ又はフィルムの間を樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 電流能力及びしきい値電圧が所定値となるように制御する必要があるＭＯＳトランジスタの上部に予めバンプを形成しておく工程と、
   前記電流能力及びしきい値電圧が前記所定値の場合、前記バンプを除去あるいは潰す工程と、前記電流能力及びしきい値電圧が前記所定値と異なる場合、前記バンプ基板、テ−プ又はフィルムに固定する工程と、
   半導体装置と前記基板、テ−プ又はフィルムの間を樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 半導体装置に形成された電流能力が所定より低く、しきい値電圧が所定より高いＮ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、前記圧力を固定することを特徴とする半導体装置の電気特性制御方法。
6. 半導体装置に形成された電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低いＰ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、前記圧力を固定することを特徴とする半導体装置の電気特性制御方法。
7. 前記ＭＯＳトランジスタに向かって、上部から力学的な圧力を加える際、前記圧力を変化させる請求項５又は６に記載の半導体装置の電器特性制御方法。
8. 半導体装置に形成された電流能力が所定より低く、しきい値電圧が所定より高いＰ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な張力を加え、前記張力を固定することを特徴とする半導体装置の電気特性制御方法。
9. 半導体装置に形成された電流能力が所定より高く、しきい値電圧が所定より低いＮ型のＭＯＳトランジスタについて、前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な張力を加え、前記張力を固定することを特徴とする半導体装置の電気特性制御方法。
10. 前記ＭＯＳトランジスタに向かって、上部から力学的な張力を加える際、前記張力を変化させる請求項８又は９に記載の半導体装置の電気特性制御方法。
11. 前記ＭＯＳトランジスタの上部に均一な大きさのパッドを形成し、前記パッド上から前記ＭＯＳトランジスタに向かって圧力又は張力を加え、固定することを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の電気特性制御方法。
12. 前記ＭＯＳトランジスタの上部に均一な大きさのバンプを形成し、前記バンプ上から前記ＭＯＳトランジスタに向かって圧力又は張力を加え、固定することを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の電気特性制御方法。
13. 前記バンプを基板に固定し、前記基板から前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な圧力を加え、前記バンプを覆い、前記基板と半導体装置の間を樹脂封止することにより、前記圧力を固定することを特徴とすることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の電気特性制御方法。
14. 前記バンプをテ−プ又はフィルムに固定し、前記テ−プ又はフィルムから前記ＭＯＳトランジスタに向かって上部から力学的な張力を加え、前記バンプを覆い、前記基板と半導体装置の間を樹脂封止することにより、前記張力を固定することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の電気特性制御方法。

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