JP2007194376A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボンディングワイヤを用いずに小型化された半導体装置の製造方法の工程を減らすことができ、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】 金属板１０上に半導体素子２０を固定する工程と、金属板１０上の半導体素子２０表面にバンプ３０を設ける工程と、バンプ３０と接触するように、金属板１０上に金型４０を設ける工程と、金属板１０と金型４０の間に樹脂５０を封止する工程と、金型４０を取り除き、バンプ３０と電気的に接続するように、金属板７０を設ける工程と、金属板１０上に固定された半導体素子２０ごとに、金属板１０、金属板７０及び樹脂５０を切断する工程を備えることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、半導体装置は、リードフレームの素子搭載部上に接着剤などを用いて半導体素子を固着し、ワイヤボンディングによって半導体素子上面の接続電極とリードフレームのリード部とを電気的に接続させている。そして、リードフレーム上の半導体素子及びボンディングワイヤが覆われるように、モールド樹脂によって樹脂封止され、半導体装置が形成される。

しかしながら、この従来の半導体装置では、半導体素子上面の接続電極に接続されているボンディングワイヤの影響で、半導体装置の高さ、面積が大きくなってしまうという問題点がある。また、ボンディングワイヤのインダクタンス成分により、半導体装置の電気的特性が悪化するという問題点もある。

従来技術として、ウェハストレス、樹脂ストレス等を抑制する製造方法として、メタルポストを形成後、第1のダイシングを行ってから、ウェハ全体を樹脂封止し、ウェハ裏面を研磨して、チップごとに分割し、樹脂封止層を研磨してメタルポストの頭部を露出させて、はんだボールを載せ、さらに第2のダイシングを行ってチップと隣接するチップとを分離するものがある（例えば、特許文献1参照。）。
特開２００１−１７６８９９公報（第7頁、図８、図９）

本発明は、ボンディングワイヤを用いずに小型化された半導体装置の製造方法の工程を減らすことができ、信頼性の高い半導体装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、前記バンプと接触するように、前記第1の金属板上に金型を設ける工程と、前記第１の金属板と前記金型の間に樹脂を封止する工程と、前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、第２の金属板を設ける工程と、前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板、前記第２の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、前記バンプと接触するように、前記第1の金属板上に金型を設ける工程と、前記第１の金属板と前記金型の間に樹脂を封止する工程と、前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、前記半導体素子毎に個々に第２の金属板を設ける工程と、前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、前記半導体素子及び前記バンプに樹脂を充填する工程と、前記バンプと接触するように前記樹脂を圧縮し、前記バンプと接触するように、前記半導体素子及び前記バンプ上に金型を設ける工程と、前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、第２の金属板を設ける工程と、前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板、前記第２の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、前記半導体素子及び前記バンプに樹脂を充填する工程と、前記バンプと接触するように前記樹脂を圧縮し、前記バンプと接触するように、前記半導体素子及び前記バンプ上に金型を設ける工程と、前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、前記半導体素子毎に個々に第２の金属板を設ける工程と、前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、ボンディングワイヤを用いずに小型化された半導体装置の製造方法の工程を減らすことができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１乃至図３は、本発明の実施例１に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、第１の金属板１０である銅（Ｃｕ）上に、予めウェハに形成され、ダイシングによって、ウェハから個々に分離された半導体素子２０であるダイオードを接合する。ここで、第１の金属板１０と半導体素子２０との接合は、導電性接着剤、共晶、はんだ（ＡｕＳｎ）などを用いることができる。また、第１の金属板１０として、銅（Ｃｕ）以外にも銅（Ｃｕ）の合金やＦｅ−４２Ｎｉ合金などを用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、半導体素子２０の表面に形成された電極上に金（Ａｕ）やはんだ（ＡｕＳｎ）等の金属バンプ３０を形成する。このとき、金属バンプ３０を1段にしてもかまわないし、図１（ｂ）に示すように、複数の金属バンプを２段以上の多段に形成してもかまわない。

次に、図２（ａ）に示すように、半導体素子２０及び半導体素子２０上に形成された金属バンプ３０を覆うように、モールド金型４０を取り付ける。このとき、モールド金型４０の取り付け方は、半導体素子２０上に形成された金属バンプ３０をつぶして、金属バンプ３０と接触するように取り付ける。また、モールド金型４０の取り付けのときに、モールド金型４０の金属バンプ３０と接触する面に弾力性を有する離型フィルム６０を貼り付けておき、金属バンプ３０と接触するようにモールド金型４０を取り付けてもかまわない。ここで、離型フィルムとして、ＥＴＦＥといった熱可塑性フッ素樹脂などのモールド工程の温度に耐えられるものを用いることができる。

次に、図２（ａ）に示すように、第１の金属板１０とモールド金型４０との間にモールド樹脂５０を封止する。これにより、半導体素子２０間及び金属バンプ間にモールド樹脂が封止されることになる。

次に、図２（ｂ）に示すように、モールド金型４０を取り外し、モールド樹脂５０上に銅（Ｃｕ）や銅（Ｃｕ）の合金やＦｅ−４２Ｎｉ合金などの第２の金属板７０をマウントする。このとき、モールド金型４０を金属バンプ３０に接触させて、モールド樹脂５０の樹脂封止を行ったので、モールド金型４０を取り外したときの第2の金属板７０をマウントする樹脂面には、金属バンプ３０が露出しており、第2の金属板７０と金属バンプ３０との接続を容易にしている。また、モールド金型４０の金属バンプ３０と接触する面に離型フィルム６０を設けていれば、この離型フィルム６０の弾力性により、金属バンプ３０は、モールド樹脂５０の上面よりも少し突出した突起部を形成することができ、第２の金属板７０との接合を確実に行うことができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、リフロー加熱を行うことにより、金属バンプ３０と第２の金属板７０を接合する。このとき、金属バンプ３０と第２の金属板７０の接合する面に予めＡｕＳｎなどのはんだを塗布しておいてもかまわない。また、リフロー加熱ではなく、共晶により金属バンプ３０と第２の金属板７０の接合を行うこともできる。

次に、図３（ａ）に示すように、第１の金属板１０、第２の金属板７０及びモールド樹脂５０を半導体素子２０ごとにまとめて切断する。これにより、個々に分離した半導体素子は、第1の金属板、第2の金属板及びモールド樹脂で一体化した半導体装置として、個々に分離される。

次に、図３（ｂ）に示すように、半導体素子２０ごとに切断された第１の金属板１０及び第２の金属板７０を電極として用いるために、第１の金属板１０及び第２の金属板７０の表面及び側面の一部にＳｎなどのメッキ層８０を施す。これにより、外部との接続を容易にし、このメッキ層８０の部分が、半導体装置の外部接続端子として用いられる。メッキ層を形成する方法として、無電解めっき等を用いることができる。以上より本発明の実施例１に係る半導体装置を製造することができる。

ここで、図２（ａ）に示す第１の金属板とモールド金型の間の樹脂封止に関して、本実施例では、半導体素子上の金属バンプ上に金属バンプをつぶし、金属バンプと接触するように、モールド金型を設け、第１の金属板とモールド金型の間に樹脂封止を行っていたが、第１の金属板上に半導体素子及び金属バンプを覆うようにモールド樹脂を充填し、モールド金型で金属バンプと接触するまでモールド樹脂を第１の金属板の方向に圧縮して、樹脂封止してもかまわない。この場合、モールド金型を取り除いたあとの第2の金属板をマウントする樹脂面に金属バンプが露出していない場合は、必要に応じて金属バンプ上のモールド樹脂を除去してやる必要がある。

また、図４に示すように、モールド金型４０に第２の金属板７０に吸着穴９０を設け、吸着などの方法で保持した状態で金属バンプ３０に接触させて、モールド樹脂５０を封止してもかまわない。この場合、第２の金属板７０の金属バンプ３０と相対する位置に、予め、ＡｕＳｎなどのはんだを塗布しておいてもかまわない。更に、金属板７０と樹脂の密着力を上げるため、図７に示すように、第２の金属板７０に半導体素子２０毎のアンダーカット部９５を設けてもかまわない。

以上より本発明の実施例１に係る半導体装置は、ボンディングワイヤを使用せず、半導体装置を小型化することができる。また、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、半導体素子及び金属バンプ上への樹脂封止を行うときに、金型により金属バンプをつぶし、金属バンプと接触した状態で、樹脂封止を行うことにより、第２の金属板を金属バンプに接合するときに、樹脂表面から金属バンプがすでに露出しており、製造工程を簡略化して金属バンプと第２の金属板の接合を行うことができる。また、金型の金属バンプに接する面に弾力性を有する離型フィルムを形成することにより、樹脂表面から金属バンプを突起させることができ、確実に金属バンプと第２の金属板を接合することができるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

図５乃至図７は、本発明の実施例２に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図である。なお、実施例１と同様の構成については、同一符号を附している。

本実施例の実施例１との違いは、実施例１では、半導体素子２０及び金属バンプ３０をモールド樹脂５０に樹脂封止後、第２の金属板７０をモールド樹脂５０から露出した金属バンプ３０に接合させ、第１の金属板１０、第２の金属板７０及びモールド樹脂５０をまとめて半導体素子ごとに切断していたが、本実施例では、第２の金属板７５を半導体素子２０ごとに個々に用意し、それぞれの半導体素子２０上に個々に第２の金属板７５を金属バンプ３０にマウントし、接合させている。

まず、図５（ａ）に示すように、第１の金属板１０である銅（Ｃｕ）上に、予めウェハに形成され、ダイシングによって、ウェハから個々に分離された半導体素子２０であるダイオードを接合する。ここで、第１の金属板１０と半導体素子２０との接合は、導電性接着剤、共晶、はんだ（ＡｕＳｎ）などを用いることができる。また、第１の金属板１０として、銅（Ｃｕ）以外にも銅（Ｃｕ）の合金やＦｅ−４２Ｎｉ合金などを用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、半導体素子２０の表面に形成された電極上に金やはんだ等の金属バンプ３０を形成する。このとき、金属バンプ３０を１段にしてもいいし、図１（ｂ）に示すように、複数の金属バンプを２段以上の多段を形成してもかまわない。

次に、図６（ａ）に示すように、半導体素子２０及び半導体素子２０上に形成された金属バンプ３０を覆うように、モールド金型４０を取り付ける。このとき、モールド金型４０の取り付け方は、半導体素子２０上に形成された金属バンプ３０をつぶして、金属バンプ３０と接触するように取り付ける。また、モールド金型４０の取り付けのときに、モールド金型４０の金属バンプ３０と接触する面に弾力性を有する離型フィルム６０を貼り付けておき、金属バンプ３０と接触するようにモールド金型４０を取り付けてもかまわない。ここで、離型フィルムとして、ＥＴＦＥといった熱可塑性フッ素樹脂などのモールド工程の温度に耐えられるものを用いることができる。

次に、図６（ａ）に示すように、第１の金属板１０とモールド金型４０との間にモールド樹脂５０を封止する。これにより、半導体素子２０間及び金属バンプ３０間にモールド樹脂５０が封止されることになる。

次に、図６（ｂ）に示すように、モールド金型４０を取り外し、モールド樹脂５０上に銅（Ｃｕ）や銅（Ｃｕ）の合金やＦｅ−４２Ｎｉ合金などの第２の金属板７０をマウントする。このとき、第２の金属板７５は、個々に分断されており、その個辺化された第２の金属板７５をそれぞれの半導体素子２０上の金属バンプ３０上にマウントされる。この第２の金属板のマウントは、モールド金型４０を金属バンプ３０に接触させて、モールド樹脂５０の樹脂封止を行っているので、モールド金型４０を取り外したときの第2の金属板７５をマウントする樹脂面には、金属バンプ３０が露出しており、第2の金属板７５と金属バンプ３０との接続を容易にしている。

ここで、モールド金型４０の金属バンプ３０と接触する面に離型フィルム６０を設けていれば、この離型フィルム６０の弾力性により、金属バンプ３０は、モールド樹脂５０の上面よりも少し突出した突起部を形成することができ、第２の金属板７０との接合を確実に行うことができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、リフロー加熱を行うことにより、金属バンプ３０と第２の金属板７５を接合する。このとき、金属バンプ３０と第２の金属板７５の接合する面に予めＡｕＳｎなどのはんだを塗布しておいてもかまわない。また、リフロー加熱ではなく、共晶により金属バンプ３０と第２の金属板７５の接合を行うこともできる。

次に、図７（ａ）に示すように、第１の金属板１０及びモールド樹脂５０を半導体素子２０ごとにまとめて切断する。ここで、第２の金属板７５は、予め分断されているので、第１の金属板１０及びモールド樹脂５０を分断するだけでよい。また、第２の金属板７５は、図７(ｂ)に示すように、半導体素子ごとに切断、分離された第１の金属板よりも小さいサイズのものをマウントしてもよいし、切断された第１の金属板と同じサイズのものをマウントしてもかまわない。

次に、図７（ｂ）に示すように、半導体素子２０ごとに切断された第１の金属板１０と、第２の金属板７５を電極として用いるために、第１の金属板１０及び第２の金属板７５の表面及び側面の一部にＳｎなどのメッキ層８０を施す。ここで、切断された第１の金属板よりも第２の金属板のほうが小さいサイズのときは、第２の金属板にメッキ層を厚く形成し、メッキ層を有する第１の金属板とメッキ層を有する第２の金属板とを同じサイズにすることができる。メッキ層を形成する方法として、無電解めっき等を用いることができる。これにより、外部との接続を容易にし、このメッキ層８０の部分が、半導体装置の外部接続端子として用いられる。以上より本発明の実施例２に係る半導体装置を製造することができる。

ここで、図６（ａ）に示す第１の金属板とモールド金型の間の樹脂封止に関して、本実施例では、半導体素子上の金属バンプ上に金属バンプをつぶし、金属バンプと接触するように、モールド金型を設け、第１の金属板とモールド金型の間に樹脂封止を行っていたが、第１の金属板上に半導体素子及び金属バンプを覆うようにモールド樹脂を充填し、モールド金型で金属バンプと接触するまでモールド樹脂を第１の金属板の方向に圧縮して、樹脂封止してもかまわない。この場合、モールド金型を取り除いたあとの第2の金属板をマウントする樹脂面に金属バンプが露出していない場合は、必要に応じて金属バンプ上のモールド樹脂を除去してやる必要がある。

また、図６（ｂ）に示すように、樹脂封止を終えた後、モールド金型を取り外して、モールド樹脂面に露出した金属バンプに第２の金属板をマウント、接合させていたが、樹脂封止を行い、モールド金型を取り外した後、第１の金属板及びモールド樹脂を半導体素子ごとに切断し、その後、予め個々に分離した第２の金属板を金属バンプにマウント、接合してもかまわない。

以上より本発明の実施例２に係る半導体装置は、ボンディングワイヤを使用せず、半導体装置を小型化することができる。また、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、半導体素子及び金属バンプ上への樹脂封止を行うときに、金型により金属バンプをつぶした状態で、樹脂封止を行うことにより、第２の金属板を金属バンプに接合するときに、樹脂表面から金属バンプがすでに露出しており、製造工程を簡略化して金属バンプと第２の金属板の接合を行うことができる。また、金型の金属バンプに接する面に弾力性を有する膜を形成することにより、樹脂表面から金属バンプを突起させることができ、確実に金属バンプと第２の金属板を接合することができるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、第２の金属板を個辺化して、個々に半導体素子上の金属バンプにマウント、接合することにより、第２の金属板の切断を行う必要は無いので、半導体素子ごとの分離を容易にすることができる。

なお、本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

本発明の実施例１に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置であるダイオードを形成する製造方法を示す断面図。

符号の説明

１０ 第１の金属板
２０ 半導体素子（ダイオード）
３０ 金属バンプ
４０ モールド金型
５０ モールド樹脂
６０ 離型フィルム
７０、７５ 第２の金属板
８０ メッキ層
９０ 吸着穴
９５ アンダーカット部

Claims (5)

1. 第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、
   前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、
   前記バンプと接触するように、前記第1の金属板上に金型を設ける工程と、
   前記第１の金属板と前記金型の間に樹脂を封止する工程と、
   前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、第２の金属板を設ける工程と、
   前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板、前記第２の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、
   前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、
   前記バンプと接触するように、前記第1の金属板上に金型を設ける工程と、
   前記第１の金属板と前記金型の間に樹脂を封止する工程と、
   前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、前記半導体素子毎に個々に第２の金属板を設ける工程と、
   前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、
   前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、
   前記半導体素子及び前記バンプに樹脂を充填する工程と、
   前記バンプと接触するように前記樹脂を圧縮し、前記バンプと接触するように、前記半導体素子及び前記バンプ上に金型を設ける工程と、
   前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、第２の金属板を設ける工程と、
   前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板、前記第２の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 第1の金属板上に少なくとも一つの半導体素子を固定する工程と、
   前記第1の金属板上の前記半導体素子表面にバンプを設ける工程と、
   前記半導体素子及び前記バンプに樹脂を充填する工程と、
   前記バンプと接触するように前記樹脂を圧縮し、前記バンプと接触するように、前記半導体素子及び前記バンプ上に金型を設ける工程と、
   前記金型を取り除き、前記バンプと電気的に接続するように、前記半導体素子毎に個々に第２の金属板を設ける工程と、
   前記第１の金属板上に固定された前記半導体素子ごとに、前記第１の金属板及び前記樹脂を切断する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記金型の前記バンプと接する面に弾性体を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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