JP2015153822A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に接着剤を介して搭載された半導体素子と基板のパッドとをボンディングワイヤで結線してなる半導体装置を製造するにあたって、基板に接着される半導体素子に対して、ワイヤボンディング用の突起電極を適切に形成できるようにする。
【解決手段】半導体素子３０を用意し、半導体素子３０を基板１０に接着する前に、半導体素子３０上に突起電極３１を形成し、突起電極３１が形成された半導体素子３０を、接着剤２０を介して基板１０上に接着し、基板１０に接着された半導体素子３０の突起電極３１と基板のパッド４０との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ５０を形成するものであって、突起電極３１をめっき等の化学的成膜法により形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に接着剤を介して搭載された半導体素子と相手部材とをボンディングワイヤで結線してなる半導体装置の製造方法に関する。

従来のこの種の一般的な製造方法は次の通りである。まず、予め基板上に接着剤を介して半導体素子を接着し、この半導体素子上にワイヤボンディングによるプレボールによって突起電極を形成する。その後、この突起電極と相手部材（たとえば基板上のパッド）とをワイヤボンディングするものである。

このとき、通常は、相手部材を１次側としてボールボンディングを行い、続いて半導体素子上の突起電極に２次ボンディングを行う。ここで、半導体素子上に突起電極を形成することにより、ボンディングパワーによる半導体素子へのダメージの低減を図るようにしている。

特開２０００−３６５１２号公報

しかしながら、半導体素子の直下に位置する接着剤が低弾性であったり、厚いものであったりした場合には、接着剤による半導体素子の固定力が不足する。そうすると、プレボールによる突起電極の形成時にボンディングエネルギー（たとえば超音波エネルギー）が伝わらず、プレボールによる突起電極の形成が困難になってしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板上に接着剤を介して搭載された半導体素子と相手部材とをボンディングワイヤで結線してなる半導体装置を製造するにあたって、基板に接着される半導体素子に対して、ワイヤボンディング用の突起電極を適切に形成できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板（１０）と、基板上に搭載され、接着剤（２０）を介して基板に接着された半導体素子（３０）と、半導体素子と接続される相手部材（４０）と、半導体素子と相手部材とを結線して接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置の製造方法であって、さらに以下の工程を有するものとしている。

すなわち、請求項１の製造方法においては、半導体素子を用意し、半導体素子を基板に接着する前に、半導体素子上に突起電極（３１）を形成する電極形成工程と、突起電極が形成された半導体素子を、接着剤を介して基板上に接着する素子接着工程と、基板に接着された半導体素子の突起電極と、相手部材との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤを形成するワイヤボンディング工程と、を備え、電極形成工程では、突起電極を化学的成膜法により形成することを特徴とする。

それによれば、接着剤を介して半導体素子を基板上に接着する前に、突起電極を半導体素子上に形成するので、上記従来のような接着後の半導体素子に対するプレボールによる突起電極形成の際に生じる問題は回避できる。

また、接着前の半導体素子に対して、プレボールにより突起電極を形成する場合には、ボンディングパワーが逃げないように、半導体素子を治具等に硬く固定して支持することが必要である。この場合、プレボールのワイヤボンディング時に生じる荷重によって半導体素子へのダメージが懸念される。

しかし、化学的成膜法ならば、半導体素子へ荷重を極力発生させることなく、突起電極を形成できる。よって、本発明によれば、基板に接着される半導体素子に対して、ワイヤボンディング用の突起電極を適切に形成することができる。

ここで、請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載の発明のように、電極形成工程では、複数個の半導体素子が連結されてなるウェハ（１００）を用い、ウェハにおけるそれぞれの半導体素子に対して、一括して化学的成膜法による突起電極の形成を行い、突起電極が形成されたウェハを個々の半導体素子に分割した後、素子接着工程、ワイヤボンディング工程を行うことが好ましい。それによれば、ウェハ状態とされた複数個の半導体素子に対して、一括して突起電極を形成することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態にかかる半導体装置を示す概略断面図である。 上記第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法の要部工程を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体装置について、図１を参照して述べる。この半導体装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。

本実施形態の半導体装置は、大きくは、基板１０と、基板１０上に搭載され接着剤２０を介して基板１０に接着された半導体素子３０と、半導体素子３０と接続される相手部材としての基板のパッド４０と、半導体素子３０とパッド４０とを結線して接続するボンディングワイヤ５０とを備えて構成されている。

基板１０としては、プリント基板やセラミック基板等の回路基板あるいは配線基板、さらにはリードフレーム等が挙げられる。ここでは、基板１０はプリント基板とされている。半導体素子３０は、シリコン半導体等よりなる半導体チップであり、たとえばＩＣチップやセンサチップ等よりなる。この半導体素子３０は、通常の半導体プロセスにより作製されるものである。

また、半導体素子３０には、半導体素子３０の上面より突出する突起電極３１が設けられている。たとえば、半導体素子３０の上面には、図示しないＡｌ（アルミニウム）等よりなるパッドが設けられているが、このパッド上に突起電極３１が設けられている。

この突起電極３１は、ボールボンディングによるプレボールといった半導体素子３０に荷重を加える物理的な形成方法ではなく、めっき、スパッタ、蒸着などの化学反応を利用した化学的成膜法により形成されている。典型的には、突起電極３１はめっきにより形成されている。

接着剤２０は、基板１０と半導体素子３０との間に介在し、これら両者を接着している。この接着剤２０は、たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等よりなる低弾性のものであり、ここでは、半導体素子３０直下の全域に存在している。限定するものではないが、接着剤２０は、弾性率が１ＭＰａ以下、厚みが１００μｍ以上であり、接着面積は１５ｍｍ^２以下である。

基板１０のパッド４０は、基板１０上に設けられたワイヤボンディング用のパッドであり、たとえばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等よりなる。そして、半導体装置においては、パッド４０を１次側、半導体素子３０上の突起電極３１を２次側としたボールボンディング法により、ボンディングワイヤ５０が形成されている。

このボンディングワイヤ５０は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）などのボールボンディング法が適用される材料よりなる。なお、図１では示さないが、基板１０上には、半導体素子３０およびボンディングワイヤ５０とともに基板１０上を封止するモールド樹脂が設けられていてもよいことはもちろんである。

次に、図２を参照しながら、本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。まず、図２（ａ）に示されるように、半導体プロセスにより形成された半導体チップとしての半導体素子３０を用意する。そして、図２（ｂ）に示されるように、この半導体素子３０を基板１０に接着する前に、半導体素子３０上に突起電極３１を形成する電極形成工程を行う。

このとき電極形成工程では、突起電極３１を、上記化学的成膜法により形成する。化学的成膜法としては、スパッタ法や蒸着法でも同様であるが、ここでは、無電解めっきや電気めっき等のめっき法を用いる。ここで、突起電極３１のめっきは、ボンディングワイヤ５０と同一金属で行うことで、突起電極３１を形成する。

たとえば、ボンディングワイヤ５０がＡｕならば、突起電極３１もＡｕめっきで作製する。あるいは、突起電極３１とボンディングワイヤ５０とは、完全同一の金属でなくてもよい。たとえば、突起電極３１とボンディングワイヤ５０とは、互いに主成分がＡｕであって少量成分については相違するような合金同士であってもよい。

こうして電極形成工程を行った後、図２（ｃ）に示されるように、突起電極３１が形成された半導体素子３０を、接着剤２０を介して、基板１０上に接着する素子接着工程を行う。

その後、図２（ｄ）に示されるように、基板１０に接着された半導体素子３０の突起電極３１と、相手部材である基板のパッド４０との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ５０を形成する（ワイヤボンディング工程）。

本実施形態のワイヤボンディング工程では、上述したように、基板のパッド４０を１次側、突起電極３１を２次側としたボールボンディング法によりワイヤボンディングを行う。これにより、半導体素子３０と基板１０とがボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続される。その後は、必要に応じて、上記モールド樹脂による封止等を行うことにより、本実施形態の半導体装置ができあがる。

ところで、本実施形態の製造方法によれば、接着剤２０を介して半導体素子３０を基板１０上に接着する前に、突起電極３１を半導体素子３０上に形成するので、上記従来のような接着後の半導体素子３０に対するプレボールによる突起電極形成の際に生じる問題が回避される。

また、接着前の半導体素子３０に対して、プレボールにより突起電極を形成する場合には、ボンディングパワーが逃げないように、半導体素子３０を治具等に硬く固定して支持することが必要である。この場合、プレボールのワイヤボンディング時に生じる荷重によって半導体素子３０へのダメージが懸念される。

しかし、化学的成膜法ならば、半導体素子３０へ荷重を極力発生させることなく、突起電極３１を形成することができる。よって、本実施形態によれば、基板１０に接着される半導体素子３０に対して、ワイヤボンディング用の突起電極３１を適切に形成することができる。

さらに言うならば、突起電極３１上への２次ボンディングについては、突起電極３１とボンディングワイヤ５０とが同一金属同士、もしくは、共通の金属成分を含む金属同士であるので、従来のプレボール形成の場合に比べて、ボンディングパワーは低くてすむ。そのため、半導体素子３０が低弾性の接着剤２０上にある状態でも、問題なく、突起電極３１に対してボンディングワイヤ５０を２次ボンディングすることができる。

また、半導体素子３０上に多数個の突起電極３１を設ける場合には、従来のプレボールによる突起電極の形成に比べて、化学的成膜法ならば、多数個のものを一括して形成できる、という点で有利である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図３を参照して、上記第１実施形態の製造方法との相違点を中心に述べる。上記第１実施形態では、電極形成工程に用いられる半導体素子３０としてチップ状態のものを用いていたが、本実施形態では、ウェハ状態のものを用いる。

つまり、図３（ａ）に示されるように、本実施形態の電極形成工程では、ウェハ状態の半導体素子３０として、複数個の半導体素子３０が連結されてなるウェハ１００を用意する。そして、図３（ｂ）に示されるように、このウェハ１００におけるそれぞれの半導体素子３０に対して、一括して化学的成膜法による突起電極３１の形成を行う。

その後、本実施形態では、図３（ｃ）に示されるように、この突起電極３１が形成されたウェハ１００を個々の半導体素子３０に分割する（ウェハ分割工程）。こうして、上記第１実施形態と同様、突起電極３１を有する半導体チップとしての半導体素子３０ができあがる。その後は、この半導体素子３０について、上記素子接着工程、上記ワイヤボンディング工程を行うことで、上記第１実施形態と同様の半導体装置ができあがる。

本実施形態の製造方法によれば、上記第１実施形態の製造方法による効果に加えて、ウェハ１００を用いたことにより、ウェハ状態とされた複数個の半導体素子３０に対して、一括して突起電極３１を形成できるという効果が期待できる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、相手部材としての基板のパッド４０に対してボールボンディングによって１次ボンディングを行い、２次ボンディングは半導体素子３０の突起電極３１に行う場合について、電極形成工程→素子接着工程→ワイヤボンディング工程という製造方法を適用した。

しかし、１次ボンディングを行う相手部材としては、基板のパッド４０だけでなく、たとえば半導体素子３０とは別の半導体素子や、半導体以外のセラミック等よりなる他の電子部品等であってもよい。そして、これら別の半導体素子や他の電子部品については、基板１０上に設けられていてもよいし、あるいは基板１０と別の位置に設けられたものであってもよい。また、相手部材としては、リードフレーム等でもよい。

また、半導体素子３０と上記別の半導体素子間のボンディングは、いわゆるチップ−チップ間ボンディングであるが、この場合、図示しない別の半導体素子は、低弾性の接着剤２０よりも硬い高弾性の接着剤で基板１０等に接着され支持されたものとすることで、１次のボールボンディングが適切に行われるようにすればよい。

また、このチップ−チップ間ボンディングにおいて、１次ボンディング側である上記別の半導体素子についても基板１０上に低弾性の接着剤２０を介して接着される場合には、この１次ボンディング側である別の半導体素子について、上記した電極形成工程→素子接着工程→ワイヤボンディング工程という製造方法を適用してもよい。

また、接着剤２０としては、上記した低弾性の接着剤２０に限らず、それ以外にも、接着剤２０による半導体素子３０の固定力が小さい場合に、上記各実施形態を適用してもよい。たとえば半導体素子３０が小さい場合や、接着剤２０の厚さが厚い場合や、あるいは、半導体素子３０を全面接着するものではなく部分的な接着を行う場合などである。

また、ボンディングワイヤ５０は、ボールボンディング法により形成されるものとしたが、基板１０上に接着剤２０を介して接着される半導体素子３０に突起電極３１を形成し、この突起電極３１にワイヤボンディングを行うものであれば、ボールボンディング法以外の場合でも、上記各実施形態の適用が可能である。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ 基板
２０ 接着剤
３０ 半導体素子
３１ 突起電極
４０ 相手部材としての基板のパッド
５０ ボンディングワイヤ

Claims (4)

1. 基板（１０）と、
   前記基板上に搭載され、接着剤（２０）を介して前記基板に接着された半導体素子（３０）と、
   前記半導体素子と接続される相手部材（４０）と、
   前記半導体素子と前記相手部材とを結線して接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体素子を用意し、前記半導体素子を前記基板に接着する前に、前記半導体素子上に突起電極（３１）を形成する電極形成工程と、
   前記突起電極が形成された前記半導体素子を、前記接着剤を介して前記基板上に接着する素子接着工程と、
   前記基板に接着された前記半導体素子の前記突起電極と、前記相手部材との間でワイヤボンディングを行い、前記ボンディングワイヤを形成するワイヤボンディング工程と、を備え、
   前記電極形成工程では、前記突起電極を化学的成膜法により形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記電極形成工程では、複数個の前記半導体素子が連結されてなるウェハ（１００）を用い、前記ウェハにおけるそれぞれの前記半導体素子に対して、一括して前記化学的成膜法による前記突起電極の形成を行い、
   前記突起電極が形成された前記ウェハを個々の前記半導体素子に分割した後、前記素子接着工程、前記ワイヤボンディング工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記化学的成膜法は、めっき、スパッタ、または蒸着であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記ワイヤボンディング工程では、前記相手部材を１次側、前記突起電極を２次側としたボールボンディング法により前記ワイヤボンディングを行うものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

Images