JP4230833B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、ホール素子、トランジスタ、ＩＣなどの半導体素子を樹脂封止した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を樹脂封止する際に生じる樹脂モールド起因のストレスや汚染から半導体素子の表面を保護して半導体素子の特性変動をすることを目的として、樹脂封止前に予め半導体素子表面に表面保護層を設け、この表面保護された半導体素子を樹脂封止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１はこのような従来の樹脂封止型半導体装置の構成例を説明するための断面図で、ダイパッド１１に固定された半導体チップ１２は、インナーリードの内端部１３とワイヤ１４により接続され、半導体チップ１２とワイヤ１４とがシリコーン樹脂などの弾性材１５で被覆された状態で封止樹脂１６によってモールドされている。
【０００４】
上記例は、半導体チップの作製後に個別に素子封止する際の封止態様であるが、半導体素子の製造工程内において多数の半導体素子を形成したウエハ全面に表面保護層を設け、これをフォトリソにより加工して各素子間の表面保護層を除去した後にダイシングして個別に表面保護された半導体素子を得る封止態様もある。後者の封止態様においては、ダイシング後の半導体素子の表面に設けられた電極部分に外部電極との配線を施すことが必要となることから、表面保護層を素子表面全体に設けることはできず、電極形成した領域は露出された状態としておく必要がある。
【０００５】
図２は、このような態様で封止された半導体素子の様子を説明するための図で、この図において２１は樹脂封止される半導体素子、２２は半導体素子２１の表面保護層、２３は半導体素子２１の表面上に設けられた電極である。表面保護層２２は半導体素子２１の全面には設けられておらず、電極２３が設けられた領域が露出されており、この電極２３と図示しない外部電極とがボンディングワイヤなどにより接続されることとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８３５９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示したような従来の表面保護方法では、表面保護された半導体素子２１の全体を樹脂封止した後に、図２の２４で示した箇所（すなわち、表面保護層２２と半導体素子２１とが接する部分）に封止樹脂の冷却中に空隙が生じてしまうという問題があった。この問題は、トランスファーモールドにより加圧しながら樹脂充填させて封止する場合にはさほど顕在化しなかったものの、スクリーン印刷により樹脂封止する場合には顕著となり、吸湿リフロー試験でパッケージクラックが生じてしまうなど、信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体素子の特性を損なうことのない高い信頼性で半導体素子を樹脂封止した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体装置であって、半導体素子の主表面上に設けられ当該主表面を保護するための表面保護層を備え、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面は前記半導体素子の主面側に湾曲した形状を有し、前記表面保護層は、感光性樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記感光性樹脂はフォトレジストであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２の何れかに記載の半導体装置において、前記半導体素子と前記表面保護層の全体は、樹脂により封止されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体装置において、前記封止のための樹脂は、粘度１００Ｐａ．ｓ以上の粘度を有する樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子を全面に形成したウエハ上にレジストを塗布する第１のステップと、前記半導体素子の各々の電極形成領域を除く所望領域に前記レジストを残存させるための露光を実行して前記半導体素子の表面に表面保護層を形成する第２のステップと、を備え、前記第２のステップにおける露光は、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面が前記半導体素子の主面側に湾曲した形状となるように実行されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のステップにおいて、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面領域の露光は、当該端面領域以外の露光領域に用いられる光とは異なる強度の光を用い、前記レジストの種類に応じて当該端面領域のレジスト感光深さが所望の値となるように実行されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明者らの検討によれば、上述したような、表面保護層と半導体素子とが接する部分に空隙が生じてしまうという問題は、表面保護層の端面が半導体素子の主面と成す角度が略垂直であることに起因するものであることが明らかとなった。そこで、本発明においては、表面保護層が半導体素子の主面と接する端面に半導体素子の主面側に湾曲した形状（例えば、円弧状の丸み）をもたせることとし、封止樹脂の冷却過程において生じるボイドを効率的に上記表面保護層と半導体素子とが接する部分から排出することでこの領域に空隙が生じることを回避することとしている。
【００１８】
図３は、このような態様で樹脂封止される半導体素子上の表面保護層の形状例を説明するための図で、この図において３１は樹脂封止される半導体素子、３２は半導体素子３１の表面保護層、３３は半導体素子３１の表面上に設けられた電極であり、この電極３３と図示しない外部電極とがボンディングワイヤなどにより接続されることとなる。この図に示すように、本発明においては表面保護層３２の端面は半導体素子３１の主面と接する領域３４が円弧状の丸みを有する形状とされており、この状態で樹脂封止された場合に樹脂の冷却過程においてボイドが生じた場合であっても、この円弧状の形状ゆえにボイドはこの領域３４から効率的に排除され冷却後の封止樹脂の上記領域３４に対応する部分に空隙が生じることは回避されることとなる。
【００１９】
このような形状を得るためには種々の手法が考えられるが、その一例としては、半導体素子を全面に形成したウエハ上にレジストを塗布し、このレジストを感光させてパターンニングするフォトリソ工程において、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域と表面保護層３２の円弧状領域とで露光強度を変えるという手法が取り得る。この場合には、硬化したレジスト材が表面保護層３２となる。すなわち、図３において、表面保護層３２の平坦領域３２ａはマスクして露光しない状態としておき、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域を強度Ｐ１の光で露光させる一方、表面保護層３２の円弧状領域３２ｂの露光に際してはその領域における表面保護層３２の平坦領域３２ａとの距離に応じて露光強度を変化させる（この図においてはＰ２およびＰ３）。そして、露光後に感光したレジストを除去して表面保護層３２を形成する。ここで、表面保護層３２の円弧状領域３２ｂの露光に用いた光の強度（Ｐ２およびＰ３）は感光深さが所望の値となるようにレジストの種類に応じて選択される。
【００２０】
例えば、図３においては強度Ｐ１は塗布したレジストの全厚みに対して感光能力を有するが、強度Ｐ２およびＰ３はレジストの厚み方向に一定の深さでのみ感光能力を有しており、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域に近い領域のレジストを感光させる強度Ｐ２の光は比較的深くまで感光能力を有する一方、表面保護層３２の平坦領域３２ａに近い領域のレジストを感光させる強度Ｐ３の光は比較的浅い感光能力を有する。このように表面保護層３２の形成の際の露光に用いる光にレジストに対する感光能力の差異を設けることとすれば、露光後のレジストを除去した後に得られる表面保護層３２の端面領域の形状を円弧状とすることが可能となる。
【００２１】
図４は、このような表面保護層を備えた半導体素子を樹脂封止して得られた半導体装置の構成例を説明するための図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は断面方向から眺めた場合の概略図である。半導体素子３１は外部電極３５を有する基板３８上に載置され、半導体素子３１の電極３３と外部電極３５とは金のワイヤ３６により接続されている。既に説明したように、半導体素子３１の表面は図３で説明した態様で表面保護層３２により保護されており、ワイヤ３６で接続された半導体素子３１と基板３８はその主面側全面が封止樹脂３７により封止されている。なお、図４（ａ）において表面保護層３２の上面形状は円状とされているがこの形状に限定されるものではなく所望に応じて四角形などの他の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００２２】
このような封止態様で樹脂封止される半導体素子３１は、特にその種類に制限はなく、ホール素子やトランジスタあるいはＩＣなど、いかなる種類の素子であってもよい。
【００２３】
また、表面保護層は、シリコン系やポリイミド系などの感光性樹脂とすることが好ましく、その厚みは厚いほど上述した空隙排除効果が顕著となるが、概ね５μｍ以上であれば充分である。
【００２４】
さらに、封止樹脂はエポキシ系やアクリル系のほか何れの樹脂であってもよい。なお、封止樹脂の粘度に関しては、スクリーン印刷で所望の厚さが得られるような一定以上の粘度が必要であり、かつ、粘度が高いほど空隙排除効果が顕著となるが、粘度１００Ｐａ．ｓ以上であれば充分な効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置においては、表面保護層が半導体素子の主面と接する端面に半導体素子の主面側に湾曲した形状（例えば、円弧状の丸み）をもたせることとし、封止樹脂の冷却過程において生じるボイドを効率的に上記表面保護層と半導体素子とが接する部分から排出することでこの領域に空隙が生じることを回避することとしたので、スクリーン印刷により樹脂封止する場合にも吸湿リフロー試験でパッケージクラックが生じてしまうなどの信頼性低下原因の発生を抑制することが可能となり、半導体素子の特性を損なうことのない高い信頼性で半導体素子を樹脂封止した半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の樹脂封止型半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
【図２】従来方法により樹脂封止された半導体素子の様子を説明するための図である。
【図３】本発明の封止態様で樹脂封止される半導体素子上の表面保護層の形状例を説明するための図である。
【図４】図３に示した表面保護層を備えた半導体素子を樹脂封止して得られた半導体装置の構成例を説明するための図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面方向から眺めた場合の概略図である。
【符号の説明】
３１ 半導体素子
３２ 表面保護層
３３ 電極
３４ 表面保護層の端面と半導体素子の主面が接する領域
３５ 外部電極
３６ ワイヤ
３７ 封止樹脂
３８ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、ホール素子、トランジスタ、ＩＣなどの半導体素子を樹脂封止した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を樹脂封止する際に生じる樹脂モールド起因のストレスや汚染から半導体素子の表面を保護して半導体素子の特性変動をすることを目的として、樹脂封止前に予め半導体素子表面に表面保護層を設け、この表面保護された半導体素子を樹脂封止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１はこのような従来の樹脂封止型半導体装置の構成例を説明するための断面図で、ダイパッド１１に固定された半導体チップ１２は、インナーリードの内端部１３とワイヤ１４により接続され、半導体チップ１２とワイヤ１４とがシリコーン樹脂などの弾性材１５で被覆された状態で封止樹脂１６によってモールドされている。
【０００４】
上記例は、半導体チップの作製後に個別に素子封止する際の封止態様であるが、半導体素子の製造工程内において多数の半導体素子を形成したウエハ全面に表面保護層を設け、これをフォトリソにより加工して各素子間の表面保護層を除去した後にダイシングして個別に表面保護された半導体素子を得る封止態様もある。後者の封止態様においては、ダイシング後の半導体素子の表面に設けられた電極部分に外部電極との配線を施すことが必要となることから、表面保護層を素子表面全体に設けることはできず、電極形成した領域は露出された状態としておく必要がある。
【０００５】
図２は、このような態様で封止された半導体素子の様子を説明するための図で、この図において２１は樹脂封止される半導体素子、２２は半導体素子２１の表面保護層、２３は半導体素子２１の表面上に設けられた電極である。表面保護層２２は半導体素子２１の全面には設けられておらず、電極２３が設けられた領域が露出されており、この電極２３と図示しない外部電極とがボンディングワイヤなどにより接続されることとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８３５９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示したような従来の表面保護方法では、表面保護された半導体素子２１の全体を樹脂封止した後に、図２の２４で示した箇所（すなわち、表面保護層２２と半導体素子２１とが接する部分）に封止樹脂の冷却中に空隙が生じてしまうという問題があった。この問題は、トランスファーモールドにより加圧しながら樹脂充填させて封止する場合にはさほど顕在化しなかったものの、スクリーン印刷により樹脂封止する場合には顕著となり、吸湿リフロー試験でパッケージクラックが生じてしまうなど、信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体素子の特性を損なうことのない高い信頼性で半導体素子を樹脂封止した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体装置であって、半導体素子の主表面上に設けられ当該主表面を保護するための表面保護層を備え、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面は前記半導体素子の主面側に湾曲した形状を有し、前記表面保護層は、感光性樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記感光性樹脂はフォトレジストであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２の何れかに記載の半導体装置において、前記半導体素子と前記表面保護層の全体は、樹脂により封止されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体装置において、前記封止のための樹脂は、粘度１００Ｐａ．ｓ以上の粘度を有する樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子を全面に形成したウエハ上にレジストを塗布する第１のステップと、前記半導体素子の各々の電極形成領域を除く所望領域に前記レジストを残存させるための露光を実行して前記半導体素子の表面に表面保護層を形成する第２のステップと、を備え、前記第２のステップにおける露光は、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面が前記半導体素子の主面側に湾曲した形状となるように実行されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のステップにおいて、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面領域の露光は、当該端面領域以外の露光領域に用いられる光とは異なる強度の光を用い、前記レジストの種類に応じて当該端面領域のレジスト感光深さが所望の値となるように実行されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明者らの検討によれば、上述したような、表面保護層と半導体素子とが接する部分に空隙が生じてしまうという問題は、表面保護層の端面が半導体素子の主面と成す角度が略垂直であることに起因するものであることが明らかとなった。そこで、本発明においては、表面保護層が半導体素子の主面と接する端面に半導体素子の主面側に湾曲した形状（例えば、円弧状の丸み）をもたせることとし、封止樹脂の冷却過程において生じるボイドを効率的に上記表面保護層と半導体素子とが接する部分から排出することでこの領域に空隙が生じることを回避することとしている。
【００１８】
図３は、このような態様で樹脂封止される半導体素子上の表面保護層の形状例を説明するための図で、この図において３１は樹脂封止される半導体素子、３２は半導体素子３１の表面保護層、３３は半導体素子３１の表面上に設けられた電極であり、この電極３３と図示しない外部電極とがボンディングワイヤなどにより接続されることとなる。この図に示すように、本発明においては表面保護層３２の端面は半導体素子３１の主面と接する領域３４が円弧状の丸みを有する形状とされており、この状態で樹脂封止された場合に樹脂の冷却過程においてボイドが生じた場合であっても、この円弧状の形状ゆえにボイドはこの領域３４から効率的に排除され冷却後の封止樹脂の上記領域３４に対応する部分に空隙が生じることは回避されることとなる。
【００１９】
このような形状を得るためには種々の手法が考えられるが、その一例としては、半導体素子を全面に形成したウエハ上にレジストを塗布し、このレジストを感光させてパターンニングするフォトリソ工程において、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域と表面保護層３２の円弧状領域とで露光強度を変えるという手法が取り得る。この場合には、硬化したレジスト材が表面保護層３２となる。すなわち、図３において、表面保護層３２の平坦領域３２ａはマスクして露光しない状態としておき、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域を強度Ｐ１の光で露光させる一方、表面保護層３２の円弧状領域３２ｂの露光に際してはその領域における表面保護層３２の平坦領域３２ａとの距離に応じて露光強度を変化させる（この図においてはＰ２およびＰ３）。そして、露光後に感光したレジストを除去して表面保護層３２を形成する。ここで、表面保護層３２の円弧状領域３２ｂの露光に用いた光の強度（Ｐ２およびＰ３）は感光深さが所望の値となるようにレジストの種類に応じて選択される。
【００２０】
例えば、図３においては強度Ｐ１は塗布したレジストの全厚みに対して感光能力を有するが、強度Ｐ２およびＰ３はレジストの厚み方向に一定の深さでのみ感光能力を有しており、半導体素子３１の表面保護層３２以外の領域に近い領域のレジストを感光させる強度Ｐ２の光は比較的深くまで感光能力を有する一方、表面保護層３２の平坦領域３２ａに近い領域のレジストを感光させる強度Ｐ３の光は比較的浅い感光能力を有する。このように表面保護層３２の形成の際の露光に用いる光にレジストに対する感光能力の差異を設けることとすれば、露光後のレジストを除去した後に得られる表面保護層３２の端面領域の形状を円弧状とすることが可能となる。
【００２１】
図４は、このような表面保護層を備えた半導体素子を樹脂封止して得られた半導体装置の構成例を説明するための図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は断面方向から眺めた場合の概略図である。半導体素子３１は外部電極３５を有する基板３８上に載置され、半導体素子３１の電極３３と外部電極３５とは金のワイヤ３６により接続されている。既に説明したように、半導体素子３１の表面は図３で説明した態様で表面保護層３２により保護されており、ワイヤ３６で接続された半導体素子３１と基板３８はその主面側全面が封止樹脂３７により封止されている。なお、図４（ａ）において表面保護層３２の上面形状は円状とされているがこの形状に限定されるものではなく所望に応じて四角形などの他の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００２２】
このような封止態様で樹脂封止される半導体素子３１は、特にその種類に制限はなく、ホール素子やトランジスタあるいはＩＣなど、いかなる種類の素子であってもよい。
【００２３】
また、表面保護層は、シリコン系やポリイミド系などの感光性樹脂とすることが好ましく、その厚みは厚いほど上述した空隙排除効果が顕著となるが、概ね５μｍ以上であれば充分である。
【００２４】
さらに、封止樹脂はエポキシ系やアクリル系のほか何れの樹脂であってもよい。なお、封止樹脂の粘度に関しては、スクリーン印刷で所望の厚さが得られるような一定以上の粘度が必要であり、かつ、粘度が高いほど空隙排除効果が顕著となるが、粘度１００Ｐａ．ｓ以上であれば充分な効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置においては、表面保護層が半導体素子の主面と接する端面に半導体素子の主面側に湾曲した形状（例えば、円弧状の丸み）をもたせることとし、封止樹脂の冷却過程において生じるボイドを効率的に上記表面保護層と半導体素子とが接する部分から排出することでこの領域に空隙が生じることを回避することとしたので、スクリーン印刷により樹脂封止する場合にも吸湿リフロー試験でパッケージクラックが生じてしまうなどの信頼性低下原因の発生を抑制することが可能となり、半導体素子の特性を損なうことのない高い信頼性で半導体素子を樹脂封止した半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の樹脂封止型半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
【図２】従来方法により樹脂封止された半導体素子の様子を説明するための図である。
【図３】本発明の封止態様で樹脂封止される半導体素子上の表面保護層の形状例を説明するための図である。
【図４】図３に示した表面保護層を備えた半導体素子を樹脂封止して得られた半導体装置の構成例を説明するための図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面方向から眺めた場合の概略図である。
【符号の説明】
３１ 半導体素子
３２ 表面保護層
３３ 電極
３４ 表面保護層の端面と半導体素子の主面が接する領域
３５ 外部電極
３６ ワイヤ
３７ 封止樹脂
３８ 基板
Claims (6)
- 半導体素子の主表面上に設けられ当該主表面を保護するための表面保護層を備え、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面は前記半導体素子の主面側に湾曲した形状を有し、
前記表面保護層は、感光性樹脂であることを特徴とする半導体装置。 - 前記感光性樹脂はフォトレジストであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子と前記表面保護層の全体は、樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の半導体装置。
- 前記封止のための樹脂は、粘度１００Ｐａ．ｓ以上の粘度を有する樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
- 複数の半導体素子を全面に形成したウエハ上にレジストを塗布する第１のステップと、
前記半導体素子の各々の電極形成領域を除く所望領域に前記レジストを残存させるための露光を実行して前記半導体素子の表面に表面保護層を形成する第２のステップと、を備え、
前記第２のステップにおける露光は、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面が前記半導体素子の主面側に湾曲した形状となるように実行されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第２のステップにおいて、前記半導体素子の主面と接する前記表面保護層の端面領域の露光は、当該端面領域以外の露光領域に用いられる光とは異なる強度の光を用い、前記レジストの種類に応じて当該端面領域のレジスト感光深さが所望の値となるように実行されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
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