JP4032063B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）の半導体装置に係り、特に、外部接続端子部が封止樹脂の底面側に突出した半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の小型化の要請から、ポリイミド樹脂テープと半田ボールを用いたテープＣＳＰ型の半導体装置や、ベースメタルを使用したＢＣＣ（バンプチップキャリア）型の半導体装置が知られている。しかしながら、テープＣＳＰ型の半導体装置においては、ポリイミド樹脂テープが高価であり、軟質のためにストリップ搬送に適していないという問題がある。また、ＢＣＣ型の半導体装置においては、ベースメタルをエッチングによってリムーブすると固片になってしまうので、モールド面を粘着テープで固定する必要があり、コスト高となるという問題がある。そこで、本出願人は、先に特許文献１に記載の半導体装置の製造方法を提案した。
この半導体装置の製造方法の一例を、図４（Ａ）〜（Ｊ）に示すが、Ｃｕ材（又はニッケル−鉄合金、例えば４２アロイ）からなるリードフレーム材１０の表裏にレジスト膜１１を全面塗布した後、所定のリードパターンを露光し、次に現像を行ってめっきマスクのエッチングパターン１２を形成する。そして、リードフレーム材１０を全面めっきし、レジスト膜１１を除去すると表裏にめっきマスク１３、１４が形成される（以上、Ａ〜Ｄ）。
次に、下面（即ち、裏面側）の全面を別のレジスト膜１５でコーティングした後、めっきマスク１３をレジストマスクとして上面側（即ち、表面側）のハーフエッチング（ファーストエッチング）を行う。この場合、リードフレーム材１０の表面のめっきマスク１３で覆われた部分はエッチングされないので、結局は、レジスト膜で予め形成された素子搭載部１６、ワイヤボンディング部１７が突出することになる。なお、この素子搭載部１６及びワイヤボンディング部１７の表面はめっきマスク１３で覆われている（以上、Ｅ、Ｆ）。
次に、下面側のレジスト膜１５を除去した後、素子搭載部１６に半導体素子１８を載せ、半導体素子１８の各電極パッド部とワイヤボンディング部１７とのワイヤボンディングを行った後、半導体素子１８、ボンディングワイヤ１９及びワイヤボンディング部１７の樹脂封止を行う。２０は封止樹脂を示す（以上、Ｇ、Ｈ）。
この後、裏面側をハーフエッチング（セカンドエッチング）するが、リードフレーム材１０にめっきマスク１４が形成された部分は、めっきマスク１４がレジストマスクとなってエッチングされないで残ることになり、結果として外部接続端子部２２及び素子搭載部１６の裏面が突出する。外部接続端子部２２とワイヤボンディング部１７とは連通しているので、各々の外部接続端子部２２（及びこれに連通するワイヤボンディング部１７）が独立して半導体素子１８の各電極パッド部に電気的に接続される。そして、これらの半導体装置２３は一般に格子状に並べて複数同時に製造されるので、切断分離（固片化）して個々の半導体装置２３が製造される（以上、Ｉ、Ｊ）。
特開２００１−２４１３５号公報
しかしながら、前記した従来の半導体装置においては、めっきマスク１３、１４が、図５（Ａ）に示すように構成されている。即ち、めっきマスク１３、１４は、２点鎖線及び実線で示すように、リードフレーム材１０の表面（裏面も含む）に、例えば厚みが１μｍのＮｉ下地めっき２４を行い、その上に厚みが約０．２μｍの貴金属めっき（例えば、Ａｕ）２５を行っている。勿論、上層側（リードフレーム材１０から遠い方の層を上層、近い方の層を下層という）の貴金属めっき２５は耐エッチング液性を有するので、エッチング中に浸食されることはないが、銅又は銅合金からなるリードフレーム材１０及び下層側のＮｉ下地めっき２４は、図５（Ａ）に実線で示すようにエッチング液に浸食されることになり、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、貴金属めっき２５の周囲は箔状となって、ワイヤボンディング部１７、素子搭載部１６、外部接続端子部２２の周囲に付着してめっきバリ（めっき箔片）２６となる。
このようなめっきバリ２６が存在すると、ワイヤボンディング工程、樹脂封止工程（即ち、モールド工程）等で、めっきバリ２６が剥離又は分離し、ワイヤボンディング不良、端子間ショート等の半導体装置不良の原因となる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、エッチング加工で発生しためっきバリを除去して、不良品の少ない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る半導体装置の製造方法は、リードフレーム材の表面側に搭載される半導体素子の電極パッド部に電気的に連結される内部接続端子部、及び該内部接続端子部に対応して前記リードフレーム材の裏面側に形成される外部接続端子部に、下地めっきの上に金めっきを行って、最上層に金めっき層を有するめっきマスクを形成する第１工程と、
前記リードフレーム材の裏面側に耐エッチングレジスト膜を形成した後、表面側に形成された前記めっきマスクをレジストマスクとして表面側から該リードフレーム材に所定深さのエッチング加工を行い、前記内部接続端子部を突出させる第２工程と、
前記リードフレーム材に前記半導体素子を搭載した後、該半導体素子の電極パッド部とそれぞれ対応する前記内部接続端子部との間を電気的に接続する第３工程と、
前記半導体素子及び前記内部接続端子部を含む前記リードフレーム材の表面側を樹脂封止する第４工程と、
前記耐エッチングレジスト膜が除去された前記リードフレーム材の裏面側に、形成された前記めっきマスクをレジストマスクとしてエッチング加工を行って、前記外部接続端子部を突出させると共に、該外部接続端子部を外側に前記内部接続端子部を内側に有する各導体端子を分離独立させる第５工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記第２工程と前記第５工程のエッチング加工の後に、それぞれ前記内部接続端子部及び前記外部接続端子部の周囲に発生し、前記エッチング加工により前記下地めっきが浸食されて形成された前記最上層の金めっき箔片からなるめっきバリを、ウォータージェットを吹き付けることによって除去する工程を設けている。
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記導体端子の内部接続端子部は、ワイヤボンディング部からなって、前記半導体素子の周囲に相互に隙間を有して配置されている場合もある。
また、本発明の半導体装置の製造方法において、前記リードフレーム材の中央には、前記導体端子とは別に、前記半導体素子を搭載する素子搭載部が形成され、該素子搭載部の表面及び裏面にも前記第１工程で前記めっきマスクが形成され、前記第２工程と前記第５工程での前記エッチング加工後に前記めっきバリの除去を行なう工程で、発生するめっきバリを除去する場合もある。
そして、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記リードフレーム材の中央には、前記導体端子とは別に、グリッドアレイ状に前記半導体素子を搭載する放熱用端子が設けられ、該放熱用端子の表面及び裏面にも前記第１工程で前記めっきマスクが形成され、前記第２工程と前記第５工程での前記エッチング加工後に前記めっきバリの除去を行なう工程で、発生するめっきバリを除去する場合もある。
更には、本発明に係る半導体装置の製造方法において、該半導体装置はフリップチップ型の半導体装置からなって、前記導体端子の内部接続端子部が前記半導体素子の下部に配置される電極パッド部に連結されている場合もある。
請求項１〜６記載の半導体装置の製造方法においては、（ハーフ）エッチング加工後に発生するめっきマスク周囲のバリが除去されているので、不良率が少ない半導体装置の製造方法を提供できる。
また、めっきマスクの形成にあっても、特別のめっきを行わないので、半導体装置の製造原価も安くなる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の説明図、図２はワイヤボンディング部の詳細を示す説明図、図３（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の説明図である。
まず、図１に示す本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置２８について説明するが、図４に示す半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置２８は、中央に半導体素子１８を、その周辺にエリアアレー状に、上面側（表面側）が内部接続端子部の一例であるワイヤボンディング部１７となって下面側（裏面側）が外部接続端子部２２となった導体端子２９を配置している。ワイヤボンディング部１７と半導体素子１８の各電極パッド部３０はボンディングワイヤ１９で電気的に連結され、半導体素子１８、ボンディングワイヤ１９、及び導体端子２９の上半分は封止樹脂２０で樹脂封止されている。
導体端子２９の詳細を図１に示すが、リードフレーム材１０（図４参照）をエッチングして形成される棒状の銅導体３２の上下にまず厚み０．５〜２μｍ程度の下地めっき３４が、更にその上に貴金属めっきの一例である厚み０．１５〜０．５μｍの金めっき３５がなされている。この実施の形態では下地めっき３４としてはＮｉめっきがなされている。なお、リードフレーム材１０の厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度であるが、これらの厚みに本発明は限定されない。この金めっき３５の厚みはエッチング液によって下地が浸食されない厚みを有するものであれば、厚みは限定されないが、厚くなると製造原価が高騰するので、好ましくない。導体端子２９（及び以下に説明する素子搭載部１６も同様）はエッチングによって形成され、銅導体３２の上下に形成されている前記した下地めっき３４及び金めっき３５の広さは、周囲のめっきバリ２６が除去されて銅導体３２の断面と実質同一となっている。
素子搭載部１６の構造は、この導体端子２９と同一構造のめっきがなされている。そして、素子搭載部１６及び導体端子２９の下半分は封止樹脂２０から突出して外部に露出している。外部接続端子部２２には半田濡れ性の良いめっきが下部に設けられ、他の基板３６上に設けられたクリーム半田の溶融によって、図１に示すように、他の基板３６との電気的な接続が行われている。
半導体素子１８の底面側には素子搭載部１６が配置され、これによって、半導体素子１８からの熱放散を促進している。
続いて、この半導体装置２８の製造方法について説明するが、図４に示す従来の半導体装置２３の製造方法と異なる点のみを詳細に説明する。図４において、（Ａ）〜（Ｃ）までの工程は同じで、（Ｄ）の工程で、全面めっきをする場合に、図２に示すように、最初に厚み０．５〜２μｍ程度の下地めっき３４を行い、次に、その上に貴金属めっきの一例である厚み０．１５〜０．５μｍの金めっき３５を行う。
次に、図４（Ｅ）に示すようにリードフレーム材１０の下面側を耐エッチングレジスト膜１５で全部覆い、図４（Ｆ）に示すように表側のハーフエッチングを行う。この場合、リードフレーム材１０の一部、及び下地めっき３４の一部はエッチング液によって浸食されるが、金めっき３５はエッチング液によって浸食されないので、ワイヤボンディング部１７は図２に示すように形成される。即ち、リードフレーム材１０は、所定形状にエッチングされて銅導体３２の上半分を形成し、これに伴い下地めっき３４も一部浸食される。そして、最上部の金めっき３５は残り、銅導体３２の直上部の周囲にめっきバリ２６が形成される。このめっきバリ２６はそのまま残すと、前述のように、半導体装置の製品不良を招く。
従って、このハーフエッチング工程（Ｆ）の後に、めっきバリ除去及び洗浄工程を設ける。このめっきバリ除去は、例えは超音波を付加した洗浄液をめっきバリ２６に加えることによって行う。また、ブラシ等で擦る又はウォータージェット等によって機械的に除去することによって行い、王水等の化学処理を行うこともできるが、めっきバリは上下両面から溶け、必要な部分（例えは、ワイヤボンディング部）は片側からしか溶けないので、めっきバリを除去することができる。この後、洗浄して除去しためっきバリを完全に製品から除去する。なお、ハーフエッチング工程（Ｆ）、（Ｉ）の後に、エッチング液を除去するために水洗は当然行い、このめっきバリ除去及び洗浄工程とは異なるタイミングで行われる。
めっきバリ２６を除去した後、下面側のレジスト膜１５を除去し、素子搭載部１６に半導体素子１８を載せた後、半導体素子１８とワイヤボンディング部１７との電気的連結をボンディングワイヤ１９で行い、リードフレーム材１０の上側を樹脂封止する（図４（Ｈ））。なお、レジスト膜１５の除去はめっきバリ２６を除去する前に行うこともできる。
そして、図４（Ｉ）に示すように、リードフレーム材１０の裏面側のハーフエッチングを行う。この場合も、外部接続端子部２２及び素子搭載部１６の裏面側は、下地めっき３４及び金めっき３５がなされているので、めっきバリ２６が発生することになり、前記しためっきバリ除去及び洗浄工程を行って、形成されためっきバリ２６の全てを除去する。
次に、図４（Ｊ）に示すように、各半導体装置２８を切断分離して、個別の半導体装置を得ることになる。
続いて、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を適用した半導体装置４０、４２、４５について説明する。なお、以下の製造方法においては、それぞれのハーフエッチング処理後に、前記しためっきバリ除去及び洗浄工程が設けられ、ハーフエッチング処理によって形成されためっきバリ２６が除去されている。
図３（Ａ）は、素子搭載部（ダイパッド）が省略されたタイプの半導体装置４０であって、半導体素子１８の周囲に隙間を有して、導体端子２９がグリッドアレイ状に配置され、この導体端子２９の上側がワイヤボンディング部１７、下側が外部接続端子部２２となっている。ワイヤボンディング部１７及び外部接続端子部２２の表面には、それぞれ下地めっき３４及び金めっき３５がなされている（図１参照）。金めっき３５の周囲にはめっきバリ２６が形成されていたが、めっきバリ除去及び洗浄工程によってめっきバリ２６が除去されている。
なお、図３（Ａ）に２点鎖線で示すように、半導体素子１８の底にダイパッド１８ａを設けることも可能である。このダイパッド１８ａは前記したようにハーフエッチングによって形成することもできるし、半導体素子１８の底に貼着してもよい。
次に、図３（Ｂ）は、素子搭載部は省略され、その代わりに半導体素子１８の直下にはグリッドアレイ状に複数の導体端子２９が設けられている半導体装置４２を示す。半導体素子１８の直下に配置されている導体端子２９は通電回路を形成するものではなく、半導体素子１８からの熱放散を助けるもの（放熱用端子）である。なお、半導体素子１８の周囲に設けられている導体端子２９の上面にはワイヤボンディング部１７が下面には外部接続端子部２２が形成されている。
各導体端子２９の上下面には、下地めっき３４及び金めっき３５からなるめっきマスク１３、１４がなされ、ハーフエッチング加工によって形成されためっきバリは除去されている。
図３（Ｃ）に示す半導体装置４５は、半導体素子４３の電極パッド部４４をグリッドアレイ状に配置して、しかも電極パッド部４４を下側に向けて半導体素子４３を配置し、導体端子２９の上側に内部接続端子部を設け、直接、半導体素子４３の電極パッド部４４を接合するフリップチップ（ＦＣ）型の半導体装置としている。これによって、半導体装置のより小型化を図ることができる。
なお、この場合も各導体端子２９の上下面には、下地めっき３４及び金めっき３５がなされ、しかもハーフエッチング加工によって形成されためっきバリは除去されている。
本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の説明図である。 ワイヤボンディング部の詳細を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の説明図である。 （Ａ）〜（Ｊ）は従来例に係る半導体装置の製造方法の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来例に係るめっきマスクの説明図である。
符号の説明
１０：リードフレーム材、１１：レジスト膜、１２：エッチングパターン、１３、１４：めっきマスク、１５：耐エッチングレジスト膜、１６：素子搭載部、１７：ワイヤボンディング部、１８：半導体素子、１８ａ：ダイパッド、１９：ボンディングワイヤ、２０：封止樹脂、２２：外部接続端子部、２３：半導体装置、２４：Ｎｉ下地めっき、２５：貴金属めっき、２６：めっきバリ、２８：半導体装置、２９：導体端子、３０：電極パッド部、３２：銅導体、３４：下地めっき、３５：金めっき、３６：基板、４０、４２：半導体装置、４３：半導体素子、４４：電極パッド部、４５：半導体装置

Claims (6)

  1. リードフレーム材の表面側に搭載される半導体素子の電極パッド部に電気的に連結される内部接続端子部、及び該内部接続端子部に対応して前記リードフレーム材の裏面側に形成される外部接続端子部に、下地めっきの上に金めっきを行って、最上層に金めっき層を有するめっきマスクを形成する第１工程と、
    前記リードフレーム材の裏面側に耐エッチングレジスト膜を形成した後、表面側に形成された前記めっきマスクをレジストマスクとして表面側から該リードフレーム材に所定深さのエッチング加工を行い、前記内部接続端子部を突出させる第２工程と、
    前記リードフレーム材に前記半導体素子を搭載した後、該半導体素子の電極パッド部とそれぞれ対応する前記内部接続端子部との間を電気的に接続する第３工程と、
    前記半導体素子及び前記内部接続端子部を含む前記リードフレーム材の表面側を樹脂封止する第４工程と、
    前記耐エッチングレジスト膜が除去された前記リードフレーム材の裏面側に、形成された前記めっきマスクをレジストマスクとしてエッチング加工を行って、前記外部接続端子部を突出させると共に、該外部接続端子部を外側に前記内部接続端子部を内側に有する各導体端子を分離独立させる第５工程とを有する半導体装置の製造方法において、
    前記第２工程と前記第５工程のエッチング加工の後に、それぞれ前記内部接続端子部及び前記外部接続端子部の周囲に発生し、前記エッチング加工により前記下地めっきが浸食されて形成された前記最上層の金めっき箔片からなるめっきバリを、ウォータージェットを吹き付けることによって除去する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記金めっき層は厚みが０．１５〜０．５μｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記導体端子の内部接続端子部は、ワイヤボンディング部からなって、前記半導体素子の周囲に相互に隙間を有して配置されている半導体装置の製造方法。
  4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記リードフレーム材の中央には、前記導体端子とは別に、前記半導体素子を搭載する素子搭載部が形成され、該素子搭載部の表面及び裏面にも前記第１工程で前記めっきマスクが形成され、前記第２工程と前記第５工程での前記エッチング加工後に前記めっきバリの除去を行なう工程で、発生するめっきバリを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記リードフレーム材の中央には、前記導体端子とは別に、グリッドアレイ状に前記半導体素子を搭載する放熱用端子が設けられ、該放熱用端子の表面及び裏面にも前記第１工程で前記めっきマスクが形成され、前記第２工程と前記第５工程での前記エッチング加工後に前記めっきバリの除去を行なう工程で、発生するめっきバリを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、該半導体装置はフリップチップ型の半導体装置からなって、前記導体端子の内部接続端子部が前記半導体素子の下部に配置される電極パッド部に連結されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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