JP2010021251A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイボンド材が半導体チップの回路素子形成面に達しない高品質な半導体装置を提供する。
【解決手段】一方の主面に回路素子が形成された半導体チップと、半導体チップを搭載する基板と、基板の主面と半導体チップの他方の主面との間を充填して基板と半導体チップとを固定するダイボンド材とを備え、半導体チップの他方の主面の周縁部分には、ダイボンド材が進入する凹部が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より特定的には、ダイボンド工法を用いて実装基板に半導体チップを搭載した半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体チップを基板等に実装する工法として、ダイボンド工法及びワイヤボンド工法がある（例えば、特許文献１を参照）。図１４は、ダイボンド工法及びワイヤボンド工法を用いて半導体チップを基板等に実装した従来の半導体装置５００を示す断面図である。図１４に示す通り、従来の半導体装置５００は、基板７０と、ダイボンド材６０と、ボンディングワイヤ８０と、半導体チップ５０とを備える。半導体チップ５０の１つの面には、回路素子が形成されている。以下では、回路素子が形成されている半導体チップ５０の面を、素子形成面５０ａという。ダイボンド材６０は、基板７０と半導体チップ５０との間に充填されることによって、基板７０と半導体チップ５０とを固定する。このとき、半導体チップ５０の素子形成面５０ａは、基板７０とは反対の方向を向く。ボンディングワイヤ８０は、導電性のワイヤから成り、半導体チップ５０の素子形成面５０ａと基板７０上の配線等とを電気的に接続する。
特開平１１−２６０９５４号公報

半導体チップを基板に固定するダイボンド工法において、ダイボンド材の量を厳密に調節することは非常に困難である。このため、上述した従来の半導体装置５００の製造時において、ダイボンド材６０の量が多い場合には、図１４に示すように、ダイボンド材６０がはみ出して半導体チップ５０の側面に濡れ上がって回り込む。また、ダイボンド材６０の量が更に多い場合には、ダイボンド材６０は、半導体チップ５０の素子形成面５０ａ（上面）にまで濡れ上がって回り込む（図示せず）。

ダイボンド材６０が素子形成面５０ａに達した場合、ダイボンド材６０がボンディングワイヤ８０や素子形成面５０ａの電極等に接触して短絡の原因となる。また、ダイボンド材６０が素子形成面５０ａに形成された回路素子にまで達すると、ダイボンド材６０の凝固時の収縮力等によって、当該回路素子が破壊される場合がある。

図１５は、図１４の従来の半導体装置５００に備えられる半導体チップ５０を、より薄型の半導体チップ９０に置換えた従来の半導体装置５００ａを示す図である。図１５に示す通り、従来の半導体装置５００ａの半導体チップ９０は薄型であるので、ダイボンド材６０の量が多い場合には、ダイボンド材６０は素子形成面９０ａ（上面）にまで濡れ上がって回り込み易い。この結果として、図１５の従来の半導体装置５００ａでは、図１４の従来の半導体装置５００よりも、短絡及び素子形成面９０ａの回路素子破壊が生じ易い。

近年、電子機器の薄型化等の要求の高まりに伴って、半導体チップの薄型化が進行している。このことから、図１５を用いて説明した薄型の半導体チップ９０を用いる半導体装置５００ａの必要性が増している。このことによって、以上に説明した通り、ダイボンド材６０がはみ出して素子形成面９０ａにまで達する場合が増え、この結果として、短絡及び回路素子破壊による不良が増加傾向にある。

それ故に本発明の目的は、ダイボンド工法を用いて半導体チップを実装した半導体装置において、半導体チップの回路素子形成面にダイボンド材が達することによる不良のない高品質な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、半導体装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の半導体装置は、一方の主面に回路素子が形成された半導体チップと、半導体チップを搭載する基板と、基板の主面と半導体チップの他方の主面との間を充填して当該基板と当該半導体チップとを固定するダイボンド材とを備え、半導体チップの他方の主面の周縁部分には、ダイボンド材が進入する凹部が形成される。

また、好ましくは、凹部は階段形状である。

また、好ましくは、凹部は斜面形状である。

また、好ましくは、凹部は丸みを帯びた斜面形状である。

また、本発明は、半導体装置の製造方法にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の製造方法は、一方の主面に回路素子が形成され、他方の主面の周縁部分にダイボンド材が進入する凹部が形成された半導体チップを形成するステップと、半導体チップを搭載する基板を形成するステップと、基板と半導体チップの他方の主面との間にダイボンド材を充填して当該基板と当該半導体チップとを固定するステップとを備える。

本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、ダイボンド材が半導体チップ上面の回路素子形成面にまで到達することを防止できる。更に、薄型化された半導体チップを用いた場合であっても、ダイボンド材が半導体チップ上面の回路素子形成面にまで到達することを防止できる。この結果として、本発明によれば、ダイボンド材がボンディングワイヤや回路素子形成面の電極等に接触することに起因する短絡、及び、ダイボンド材の凝固時の収縮力等に起因する回路素子破壊を防止した高品質な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す図である。図１に示す通り、半導体装置１００は、実装基板７と、ダイボンド材６と、半導体チップ５と、ボンディングワイヤ８とを備える。なお、実装基板７は、リードフレームであってもよい。また、半導体装置１００は、半導体チップ５、ボンディングワイヤ８及び実装基板７の半導体チップ搭載面等を封止する封止樹脂（図示せず）を更に備えてもよい。

ダイボンド材６は、流動性のあるダイボンド用材料が半導体チップ５と実装基板７との間に充填されて凝固することによって形成され、半導体チップ５を実装基板７に固定する。つまり、半導体チップ５は、ダイボンド工法を用いて実装基板７に実装される。半導体チップ５において、ダイボンド材６に接触した面（下面）とは逆の面（上面）には、回路素子が形成される。以下では、回路素子が形成される半導体チップ５の面を素子形成面５ａと呼び、ダイボンド材６に接触する半導体チップ５の面を素子非形成面５ｃと呼び、半導体チップ５の側面を側面５ｂと呼ぶ。素子非形成面５ｃの周縁部には、階段形状の凹部５ｄが設けられる。ボンディングワイヤ８は、素子形成面５ａの回路素子と実装基板７の配線等とを電気的に接続する。

図２は、半導体装置１００が備える半導体チップ５を示す図である。図２の（ａ）は、半導体チップ５の素子形成面５ａを視る正面図である。図２の（ｂ）は、（ａ）に示された正面図のＡ−Ａ’断面を示す図である。図２の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、半導体チップ５には、素子非形成面５ｃの周縁部に、階段形状のへこみである凹部５ｄが形成される。

以下では、半導体装置１００の製造工程について、簡単に説明する。なお、本発明の特徴に直接関係のない工程の説明は、省略する。図３は、第１の実施形態に係る半導体装置１００が備える半導体チップ５のダイシング工程の一例を説明するための図である。図３に示す通り、シート４に貼り付けられたウエハ２を、ダイシングブレード１を用いて切断することによって、半導体チップ５が切り分けられる。ここで、ダイシングブレード１は、図３に示すように段差形状をしているので、切り分けられた半導体チップ５の切断面もまた段差形状となる。この結果として、半導体チップ５の素子非形成面５ｃの周縁部には、階段形状の凹部５ｄが形成される（図２を参照）。

なお、ウエハ２の切断と同時に凹部５ｄを形成するダイシングブレード１を用いる上記した方法の代わりに、凹部５ｄ形成用のブレードを用いて凹部５ｄを形成した後に、切断用のダイシングブレードを用いてウエハ２を切断する方法を用いてもよい。

図４は、第１の実施形態に係る半導体装置１００において、半導体チップ５を実装基板７に固定するダイボンド工程の一例を説明するための図である。実装基板７の上にダイボンド材料が塗布等され、塗布等されたダイボンド材料の上に半導体チップ５が乗せられる。その後、ダイボンド材料が凝固して半導体チップ５を実装基板７に固定して図４の状態となる。その後、ワイヤボンディング工法によって、ボンディングワイヤ８が取付けられ、図１を用いて説明した半導体装置１００が完成する。

以上に説明した通り、半導体装置１００が備える半導体チップ５は、周縁部に凹部５ｄを備える。このことから、図４を用いて説明したダイボンド工程においてダイボンド材料の量が多い場合には、余分なダイボンド材料は半導体チップ５の凹部５ｄに溜め込まれる。以下に、図１、図５及び図６を参照して、より具体的に説明する。

図５は、ダイボンド材６の量が、図１の半導体装置１００よりも少ない場合の半導体装置１００を示す図である。図６は、ダイボンド材６の量が、図５の半導体装置１００よりも少ない場合の半導体装置１００を示す図である。

まず、図１の半導体装置１００は、典型的には、ダイボンド工程においてダイボンド材６の量が多い場合を示している。この場合には、ダイボンド材６は、半導体チップ５の凹部５ｄの全てを充填する。

次に、図５の半導体装置１００は、典型的には、ダイボンド工程においてダイボンド材６の量が適切である場合を示している。この場合には、ダイボンド材６は、半導体チップ５の凹部５ｄの一部を充填する。

次に、図６の半導体装置１００は、典型的には、ダイボンド工程においてダイボンド材６の量が少ない場合を示している。この場合には、ダイボンド材６は、半導体チップ５の凹部５ｄには充填されない。また、この場合には、ダイボンド材６が実装基板７上で広がる面積は小さいので、高密度実装が可能となる。

以上に説明した通り、第１の実施形態に係る半導体装置１００によれば、半導体チップ５の凹部５ｄに余分なダイボンド材が溜め込まれるので、半導体チップ５の素子形成面５ａにまでダイボンド材６が濡れ上がって達することを防止できる。また、第１の実施形態に係る半導体装置１００によれば、半導体チップ５が薄型の半導体チップである場合であっても、同様の効果を得ることができる。この結果として、第１の実施形態に係る半導体装置１００によれば、短絡及び素子形成面の回路素子破壊による不良を防止して高品質を確保することができる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００の一例を示す図である。図７に示す通り、半導体装置２００は、第１の実施形態の半導体装置１００に対して、半導体チップ５を半導体チップ２５に置換えたものである。従って、半導体装置２００において、半導体装置１００の構成要素と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。また、説明の便宜のために、半導体チップ２５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号は、それぞれ、半導体チップ５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号と同じものを用いる。

図７に示す通り、半導体チップ２５は、第１の実施形態の半導体チップ５（図１を参照）と比べて、凹部５ｄの形状のみが異なる。なお、半導体チップ２５の凹部５ｄの形状が半導体チップ５の凹部５ｄの形状と異なることに伴って、半導体装置２００のダイボンド材６は、半導体装置１００のダイボンド材６に対して、凹部５ｄに接する部分の形状が異なる。

図８は、半導体装置２００が備える半導体チップ２５を示す図である。図８の（ａ）は、半導体チップ２５の素子形成面５ａを視る正面図である。図８の（ｂ）は、（ａ）に示す正面図のＡ−Ａ’断面を示す図である。図２の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、半導体チップ２５には、素子非形成面５ｃの周縁部に、２段の階段形状のへこみである凹部５ｄが形成される。なお、凹部５ｄは、２段の階段状のへこみ形状には限られず、３段以上の階段状のへこみ形状であってもよい。

以上に説明した通り、第２の実施形態に係る半導体装置２００が備える半導体チップ２５は、周縁部に複数段の階段状のへこみである凹部５ｄを備える。このことから、ダイボンド工程においてダイボンド材が多い場合には、余分なダイボンド材は半導体チップ２５の凹部５ｄに進入して溜め込まれる。この結果として、第２の実施形態に係る半導体装置２００によれば、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３００の一例を示す図である。図９に示す通り、半導体装置３００は、第１の実施形態の半導体装置１００に対して、半導体チップ５を半導体チップ３５に置換えたものである。従って、半導体装置３００において、半導体装置１００の構成要素と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。また、説明の便宜のために、半導体チップ３５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号は、それぞれ、半導体チップ５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号と同じものを用いる。

図９に示す通り、半導体チップ３５は、第１の実施形態の半導体チップ５（図１を参照）と比べて、凹部５ｄの形状のみが異なる。なお、半導体チップ３５の凹部５ｄの形状が半導体チップ５の凹部５ｄの形状と異なることに伴って、半導体装置３００のダイボンド材６は、半導体装置１００のダイボンド材６に対して、凹部５ｄに接する部分の形状が異なる。

図１０は、半導体装置３００が備える半導体チップ３５を示す図である。図１０の（ａ）は、半導体チップ３５の素子形成面５ａを視る正面図である。図１０の（ｂ）は、（ａ）に示した正面図のＡ−Ａ’断面を示す図である。図１０の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、半導体チップ３５には、素子非形成面５ｃの周縁部に、丸みを帯びた斜面形状のへこみである凹部５ｄが形成される。

以上に説明した通り、第３の実施形態に係る半導体装置３００が備える半導体チップ３５は、周縁部に丸みを帯びた斜面形状のへこみである凹部５ｄを備える。このことから、ダイボンド工程においてダイボンド材の量が多い場合には、余分なダイボンド材は半導体チップ３５の凹部５ｄに進入して溜め込まれる。この結果として、第３の実施形態に係る半導体装置３００によれば、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の効果を奏することができる。

なお、半導体装置３００が備える半導体チップ３５の凹部５ｄは、ダイシング工程によるウエハの切断（図３を参照）の後に、エッチング工法を用いて形成されてもよい。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置４００の一例を示す図である。図１１に示す通り、半導体装置４００は、第１の実施形態の半導体装置１００に対して、半導体チップ５を半導体チップ４５に置換えたものである。従って、半導体装置４００において、半導体装置１００の構成要素と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。また、説明の便宜のために、半導体チップ４５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号は、それぞれ、半導体チップ５の備える素子形成面、素子非形成面、側面及び凹部を示す参照符号と同じものを用いる。

図１１に示す通り、半導体チップ４５は、第１の実施形態の半導体チップ５（図１を参照）と比べて、凹部５ｄの形状のみが異なる。なお、半導体チップ４５の凹部５ｄの形状が半導体チップ５の凹部５ｄの形状と異なることに伴って、半導体装置４００のダイボンド材６は、半導体装置１００のダイボンド材６に対して、凹部５ｄに接する部分の形状が異なる。

図１２は、半導体装置４００が備える半導体チップ４５を示す図である。図１２の（ａ）は、半導体チップ４５の素子形成面５ａを視る正面図である。図１２の（ｂ）は、（ａ）に示す正面図のＡ−Ａ’断面を示す図である。図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、半導体チップ４５には、素子非形成面５ｃの周縁部に面取り形状（斜面形状）の凹部５ｄが形成される。

以上に説明した通り、第４の実施形態に係る半導体装置４００が備える半導体チップ４５は、周縁部に面取り形状の凹部５ｄを備える。このことから、ダイボンド工程においてダイボンド材の量が多い場合には、余分なダイボンド材は半導体チップ４５の凹部５ｄに進入して溜め込まれる。この結果として、第４の実施形態に係る半導体装置４００によれば、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の効果を奏することができる。

なお、第４の実施形態の半導体チップ４５において、面取り形状の凹部５ｄが大きい場合、又は、半導体チップ４５が薄型の場合には、図１３に示すように、半導体チップ４５の断面は台形形状となる。

また、第１〜第４の実施形態において、半導体チップ（５、２５、３５及び４５）に形成される凹部５ｄは、素子非形成面５ｃの周縁部の全てに形成されず、当該周縁部の一部に形成されてもよい。この場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、第２〜第４の実施形態の半導体装置２００〜４００においても、第１の実施形態の半導体装置１００と同様に（図１、図５及び図６を参照）、ダイボンド材６は、凹部５ｄの全てを充填しても良いし、凹部５ｄの一部を充填しても良いし、凹部５ｄを充填しなくてもよい。

本発明は、ダイボンド工法を用いて半導体チップを搭載した半導体装置及びその製造方法等に利用可能であり、特に、ダイボンド材が半導体チップの素子形成面に達することを防止する場合等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す図 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１００が備える半導体チップ５を示す図 第１の実施形態に係る半導体装置１００が備える半導体チップ５のダイシング工程の一例を説明するための図 第１の実施形態に係る半導体装置１００において、半導体チップ５を実装基板７に固定するダイボンド工程の一例を説明するための図 ダイボンド材６の量が、図１の半導体装置１００よりも少ない場合の半導体装置１００を示す図 ダイボンド材６の量が、図５の半導体装置１００よりも少ない場合の半導体装置１００を示す図 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００の一例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２００が備える半導体チップ２５を示す図 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３００の一例を示す図 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３００が備える半導体チップ３５を示す図 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置４００の一例を示す図 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置４００が備える半導体チップ４５を示す図 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置４００が備える半導体チップ４５の別の例を示す図 ダイボンド工法及びワイヤボンド工法を用いて半導体チップを基板等に実装した従来の半導体装置５００を示す断面図 図１４の従来の半導体装置５００に備えられる半導体チップ５０を、より薄型の半導体チップ９０に置換えた従来の半導体装置５００ａを示す図

符号の説明

１ ダイシングブレード
２ ウエハ
４ シート
５、２５、３５、４５、５０、９０ 半導体チップ
５ａ、５０ａ、９０ａ 素子形成面
５ｃ 素子非形成面
５ｂ 側面
５ｄ 凹部
６、６０ ダイボンド材
７、７０ 基板
８、８０ ボンディングワイヤ
１００、２００、３００、４００、５００、５００ａ 半導体装置

Claims (5)

1. 半導体装置であって、
   一方の主面に回路素子が形成された半導体チップと、
   前記半導体チップを搭載する基板と、
   前記基板の主面と前記半導体チップの他方の主面との間を充填して当該基板と当該半導体チップとを固定するダイボンド材とを備え、
   前記半導体チップの他方の主面の周縁部分には、前記ダイボンド材が進入する凹部が形成されることを特徴とする、半導体装置。
2. 前記凹部は、階段形状であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記凹部は、斜面形状であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記凹部は、丸みを帯びた斜面形状であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
5. 半導体装置の製造方法であって、
   一方の主面に回路素子が形成され、他方の主面の周縁部分にダイボンド材が進入する凹部が形成された半導体チップを形成するステップと、
   前記半導体チップを搭載する基板を形成するステップと、
   前記基板と前記半導体チップの他方の主面との間にダイボンド材を充填して当該基板と当該半導体チップとを固定するステップとを備えることを特徴とする、製造方法。

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