JP5411553B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/486—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48617—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
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Description

本発明は、銅線を用いてワイヤーボンディングされる半導体装置及びその製造方法に関する。
従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、下記の製造方法が知られている。図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
先ず、図１０（Ａ）に示す如く、リードフレームのダイパッド６１上に半導体素子６２を固着した後、リードフレームをワイヤーボンディング装置に設置する。半導体素子６２の電極パッド６３を約２００℃に加熱し、キャピラリ６４が電極パッド６３上へと移動する。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により、キャピラリ６４の先端に形成された金属ボールを電極パッド６３へと接続する。一般にこれをボールボンディングと言う。
次に、図１０（Ｂ）に示す如く、キャピラリ６４が外部リード６５の先端部上方へ移動し、インナーリード６５に対し金属細線６６を所望の荷重にて押し付ける。このとき、インナーリード６５を約２００℃に加熱し、インナーリード６５に対し超音波振動併用の熱圧着技術により金属細線６６を接続する。その後、ワイヤークランパー６７を閉じた状態にてキャピラリ６４が上昇し、金属細線６６をインナーリード６５の接続箇所にて破断する。一般にこれをステッチボンディングと言う。
そして、図１０（Ａ）及び（Ｂ）にて説明したワイヤーボンディング作業を繰り返すことで、半導体素子６２の全ての電極パッド６３とインナーリード６５とを金属細線６６にて電気的に接続する（例えば、特許文献１参照。）。
また、従来の半導体装置の製造方法の他の実施例として、下記の製造方法が知られている。図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
先ず、図１１（Ａ）に示す如く、配線基板７１上に半導体チップ７２を実装する。半導体チップ７２上面には複数の電極パッド７３が配置され、キャピラリ７４の先端に形成された金属ボール７５を電極パッド７３へと接続する。その後、ワイヤークランパー７６が閉じた状態にてキャピラリ７４が上昇し、金属細線７７を金属ボール７５から切断する。
次に、図１１（Ｂ）に示す如く、キャピラリ７４の先端から金属細線７７が導出した状態にて、キャピラリ７４が金属ボール７５上に移動する。そして、金属ボール７５に対してステッチボンディングを行い、キャピラリ７４の先端から導出する金属細線７７を金属ボール７５へと接続する。その後、ワイヤークランパー７６が開放した状態にてキャピラリ７４が配線層７８上方へ移動する。
次に、図１１（Ｃ）に示す如く、配線層７８に対してステッチボンディングを行い、キャピラリ７４の先端から導出する金属細線７７が配線層７８へと接続する。その後、ワイヤークランパー７６が閉じた状態にてキャピラリ７４が上昇し、金属細線７７を配線層７８の接続箇所にて破断する（例えば、特許文献２参照。）。
特開平７−２９９４３号公報（第４−５頁、第１図） 特開２００５−８６２００号公報（第６−７頁、第１−６図）
前述したように、ワイヤーボンディング工程では、金属細線６６は、ワイヤーボンディング作業中は高温状態下に置かれる。このとき、従前の技術では、金属細線として金線を用い、インナーリードには銀メッキが施されることで、特に、酸化の問題は重要視されなかった。
しかしながら、金属細線６６として銅線を用いる場合には、作業中に銅線が酸化されるという問題が発生する。特に、ＭＡＰ（Ｍｏｌｄ Ａｒｒａｙ Ｐａｃｋａｇｅ）方式の製造方法においては、リードフレームに多数の搭載部が配置される。そして、ワイヤーボンディングされる金属細線６６の本数も多くなることで、その作業時間が長くなり、上記酸化の問題が重要視される。また、ダイパッド６１やインナーリード６５等も、メッキ処理等の対応が成されていない場合には、上記作業により酸化されるという問題が発生する。
更に、銅線は金線と比較して硬いため、例えば、アルミから成る電極パッドに対して、直接、銅ボールをボールボンディングした場合、銅線よりも軟らかい電極パッドが銅ボールの周囲に追いやられ、銅ボールの周囲にスプラッシュが発生する。そして、そのスプラッシュにより隣り合う電極パッドがショートするという問題が発生する。また、銅ボールをボールボンディングした際の衝撃により、電極パッド下方の絶縁層にクラック等のダメージが発生する問題もある。
特に、スプラッシュによるショートを防止するため、電極パッド自体を薄くした場合には、前述したように電極パッド下方の絶縁層へのダメージが更に大きくなる。更に、銅ボール底面の電極パッドの大部分がスプラッシュとして移動し、銅ボールと電極パッドの接続領域が低減し、接続抵抗値が増大し、あるいは接続不良が起こるという問題が発生する。
更に、金線は銅線と比較して材料費が高く、原価コストを引き上げる問題がある。しかも、金線は銅線よりも比抵抗が大きいため電流容量が小さく、大電流を扱う半導体素子では金線の使用量が増大し、材料コストが余分に掛かるという問題が発生する。
また、従前の技術では、複数のインナーリード６５はクランパー（図示せず）にて一括して固定された状態にてワイヤーボンディングが行われる。しかしながら、銅線は金線よりも硬いため、ワイヤーボンディング時の荷重が金線よりも大きくなる。そのため、クランパーとリードとの間に隙間が存在すると、リードの固定状態が悪く、ワイヤーボンディング時の荷重が逃げ易く、接続不良が起こり易いという問題が発生する。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、アイランドと、前記アイランドを囲むように配置された複数のリードと、前記アイランドから延在された吊りリードとを有する搭載部が複数個集合した集合ブロックが設けられ、前記アイランドには、それぞれ複数の貫通孔が設けられたリードフレームを準備し、前記アイランド上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極パッド上に金ボールを形成した後、前記金ボールと前記リードとを銅線によりワイヤーボンディングし、前記集合ブロック内の電気的接続を完了し、前記集合ブロックを樹脂で被覆し、樹脂パッケージを形成し、前記樹脂パッケージを個片化する半導体装置の製造方法において、前記貫通孔をワイヤーボンディング装置の載置台に設けられたガス抜き孔上に位置させ、前記搭載部へ供給した不活性ガスを前記貫通孔を介して前記ガス抜き孔から引き抜くことを特徴とする。従って、本発明では、ワイヤーボンディングされた銅線の周囲に不活性ガスが充満され易く、銅線の酸化が防止される。
本発明では、銅線を用いてワイヤーボンディングが行われることで、金線が用いられる場合と比較して材料コストが低減される。
また、本発明では、アイランドの貫通孔が、樹脂パッケージの一部により埋設され、アイランドと樹脂パッケージとの密着性が向上される。
また、本発明では、電極パッド上に金ボールを形成することで、隣り合う電極パッドがスプラッシュによりショートすることを防止できる。
また、本発明では、電極パッド内に緩衝材層を形成することで、電極パッド下面の絶縁層へのクラック発生を防止できる。
また、本発明では、ワイヤーボンディング領域に供給された不活性ガスをアイランドに形成された貫通孔を介して引き抜く。そして、ワイヤーボンディングされた銅線の周囲に不活性ガスが充満され易くすることで、銅線の酸化が防止される。
また、本発明では、クランパーにより複数のリードを個別に固定した状態にてワイヤーボンディング作業を行うことで、ワイヤーボンディング時の荷重の逃げを防止し、良好な接続状態を実現できる。
また、本発明では、アイランドと連続する吊りリードを樹脂パッケージ内へ配置することで、アイランドが樹脂パッケージから抜け落ち難い構造を実現できる。
本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）斜視図、（Ｅ）斜視図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。 従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。
以下に、本発明の半導体装置について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）及び（Ｅ）は、樹脂パッケージを説明する斜視図である。図１（Ｃ）は、樹脂パッケージを説明する断面図である。図２（Ａ）は、リードフレームを説明する平面図である。図２（Ｂ）は、リードフレームにワイヤーボンディングした状況を説明する平面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、電極パッドでの接続状態を説明する断面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、電極パッドでの接続状態を説明する断面図である。
図１（Ａ）に示す如く、半導体装置１は、例えば、ＭＡＰ方式の樹脂パッケージ２から成る。図９を用いて後述するが、集合ブロックを一括封止後、ダイシングにより個片化するため、樹脂パッケージ２の側面３からリード４が露出する。そして、露出するリード４は、樹脂パッケージ２の側面３と同一面を形成する。尚、リード４の露出形状は、図示した形状に限定するものではない。例えば、図１（Ｄ）に示すように、ダイシングブレードの消耗を抑制するため、リード４の露出形状がＴ字型となる場合でも良い。また、図１（Ｅ）に示すように、リード４の裏面側のダイシング領域がハーフエッチングされ、リード４の露出面が樹脂パッケージ２の側辺５から樹脂パッケージ２の表面側へ離間する場合でも良い。
図１（Ｂ）に示す如く、樹脂パッケージ２の裏面６にはアイランド７が露出し、このアイランド７は、樹脂パッケージ２の裏面６とほぼ同一面を形成する。そして、アイランド７内の外周領域には複数の貫通孔８が形成され、貫通孔８には樹脂パッケージ２を構成する絶縁性樹脂が充填される。また、樹脂パッケージ２の裏面６にはリード４が露出し、アイランド７を囲むように配置される。
図１（Ｃ）では、図１（Ｂ）に示すＡ−Ａ線方向の断面図を示し、アイランド７に形成された貫通孔８を含む断面である。図示したように、アイランド７上には、例えば、Ａｇペースト、半田等の接着材９により半導体素子１０が固着される。半導体素子１０の上面には複数の電極パッド１８（図２（Ｂ）参照）が形成され、電極パッド１８上面には金ボール１２が形成される。そして、金ボール１２とリード４のインナーリード部分とは本願テーマである銅線１１により接続される。銅線１１は、例えば、径が３３〜５０μｍ、９９．９〜９９．９９ｗｔ％の銅から成るものが使用される。そして、図示したように、銅線１１は、リード４上にボールボンディングされ、電極パッド１８の金ボール１２上にステッチボンディングされる。尚、銅線１１の径は、使用される用途に応じて任意の設計変更が可能である。
また、アイランド７は、例えば、厚さが約１００〜２５０μｍの銅を主材料とするフレームから成り、アイランド７には複数の貫通孔８が形成される。詳細は後述するが、貫通孔８は、ダイボンディング時やワイヤーボンディング時に不活性ガス（フォーミングガス）の流通経路として利用されるため、半導体素子１０の固着領域の外周領域に配置される。そして、樹脂モールド時には、貫通孔８は絶縁性樹脂により埋設される。この構造により、樹脂パッケージ２とアイランド７との密着領域が増大し、アイランド７内に樹脂が入り込み、アイランド７が樹脂パッケージ２内へと強固に支持される。更に、貫通孔８が不活性ガスの流路となることで、貫通孔８側面の酸化が防止され、アイランド７と樹脂パッケージ２との密着度が向上される。
例えば、樹脂パッケージ２内では、樹脂パッケージ２や接着材９内に含まれる低分子成分が半導体素子１０の駆動熱等により気化し、ガスが発生する。上記ガスによりアイランド７は樹脂パッケージ２から押し出される方向へと外力を受ける。特に、アイランド７は、１００〜２５０μｍとその厚みが薄く、アイランド７と樹脂パッケージ２の密着度も弱く、上記ガスによりアイランド７が樹脂パッケージ２外へと押し出され易い。しかしながら、アイランド７の外周領域に貫通孔８を配置することで、樹脂パッケージ２とアイランド７との密着度が向上し、樹脂パッケージ２からアイランド７が抜け落ち難い構造となる。
更に、貫通孔８は、樹脂パッケージ２内、特に、アイランド７周囲にて発生した上記ガスの排出経路としても利用される。上記ガスが、貫通孔８を介して短い経路で樹脂パッケージ２外部へと排出されることで、上記ガスによりアイランド７が樹脂パッケージ２外部へと押し出され難くなる。
図２（Ａ）に示す如く、リードフレーム１３としては、一般には銅を主材料とするフレームが用いられるが、Ｆｅ−Ｎｉを主材料とするフレームの場合でも良く、また、他の金属材料から成る場合でも良い。そして、これらの材料から成るリードフレーム１３には、一点鎖線で示す搭載部１４が複数形成される。尚、図では、１つの搭載部１４が示されているが、図６に示す如く、例えば、この搭載部１４が４つ集まることで１つの集合ブロックが形成される。そして、この集合ブロック毎に一体に樹脂モールドされる。
この搭載部１４は、主に、アイランド７と、アイランド７を支持する吊りリード１５と、アイランド７の４側辺の近傍にその一端が位置するリード４と、複数のリード４を支持するタイバー１６とから構成される。そして、吊りリード１５はアイランド７の４つのコーナー部から延在し、タイバー１６の交差する支持領域１７と連結する。支持領域１７はリードフレーム１３と一体となり、アイランド７がリードフレーム１３に支持される。
そして、アイランド７に点線で示す領域が半導体素子１０の固着領域であり、貫通孔８はその固着領域を囲むように配置される。貫通孔８は、例えば、アイランド７の１側辺に沿って２つ配置され、貫通孔８の長さは、アイランド７の１側辺の半分程度の長さを有する。詳細は図７（Ｂ）を用いて後述するが、リードフレームを載置台上に設置する際に、貫通孔８の開口面積が大きくなることで、リードフレームが若干ずれた場合でも、貫通孔８下方にはガス抜き孔４９が配置され易く、不活性ガスの吸引力を適正に維持できる。更に、貫通孔８内を埋設する絶縁性樹脂との密着領域が増大し、前述した樹脂パッケージ２との密着度も向上される。尚、貫通孔８の形状は、図示した形状に限定するものではない。貫通孔８の形状は、例えば、円形、楕円形または矩形の場合でも良く、貫通孔８は、隣り合うリード４間の離間幅と同等の幅か、またはそれ以上の幅を有するものであれば良い。
また、吊りリード１５のハッチングにて示す領域は、リードフレーム１３の裏面側から０．０５〜０．１５μｍ程度エッチングされ、窪んだ領域となる。そして、吊りリード１５の上記窪んだ領域には樹脂が充填され、吊りリード１５が樹脂パッケージ２に支持され、アンカー効果が得られる。
そして、樹脂パッケージ２や接着材９内に発生した上記ガスにより、アイランド７が樹脂パッケージ２から押し出される外力を受ける場合もある。この場合には、アイランド７は、吊りリード１５により樹脂パッケージ２内に支持され、樹脂パッケージ２からアイランド７が抜け落ち難い構造となる。尚、図１（Ｂ）に示すように、樹脂パッケージ２の裏面６からは、吊りリード１５が露出しない構造となる。
図２（Ｂ）に示す如く、アイランド７上には半導体素子１０が固着され、電極パッド１８上面には金ボール１２が形成される。銅線１１は、リード４上面にボールボンディングされた後、金ボール１２上面にステッチボンディングされる。そして、銅線１１や銅線１１と金ボール１２との接続部位等の酸化を防止する必要がある。図７（Ｂ）を用いて後述するが、貫通孔８から不活性ガスを引き抜く構造とすることで、不活性ガスは上方からボンディング領域へと流れ、常時、銅線１１の配置領域が、不活性ガスにより満たされ易く、不活性ガスの存在によりその酸化が防止される。その結果、金線に換えて銅線１１を用いることが可能となり、大幅なコスト低減が可能となる。
また、大電流を扱う半導体素子では、１つの電極パッドに対して複数本の金線を用いて大電流に対応するが、銅線の場合には、非抵抗が小さく、電流容量が大きいため金線の場合よりも少ない本数で大電流に対応できる。その結果、金線の場合よりもボンディング領域の面積を小さくでき、半導体素子の微細化が実現される。
図３（Ａ）に示す如く、シリコン基板１９上には、例えば、シリコン酸化膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜等の絶縁層２０が形成される。そして、絶縁層２０上には電極パッド１８が形成され、電極パッド１８の膜厚は、例えば、０．４〜３．０μｍである。電極パッド１８は、例えば、アルミニウム層やアルミニウムを主体とする合金層により形成される。その合金層は、例えば、アルミニウム−シリコン膜、アルミニウム−シリコン−銅膜、アルミニウム−銅膜等である。そして、絶縁層２０上には、例えば、シリコン窒化膜から成るシールド層２１が形成され、電極パッド１８上のシールド層２１には開口部２２が形成される。尚、前述した合金層では、アルミニウムを主体とし、そのアルミニウム内にシリコンや銅等がほぼ均一に配置されている。
金ボール１２が、開口部２２から露出する電極パッド１８上にボールボンディングされる。そして、ボールボンディング時の荷重により金ボール１２は、若干、電極パッド１８内へと食い込み、金ボール１２の周囲には、若干、スプラッシュ２３が発生する場合もある。しかしながら、金ボール１２は銅ボールと比較して軟らかく、ボンディング時の荷重が銅ボールの場合よりも小さい。そのため、スプラッシュ２３は、開口部２２側面と金ボール１２との間に発生する程度であり、電極パッド１８の形成領域を超えて発生することはない。この構造により、隣り合う電極パッド１８において、スプラッシュ２３が接触し、ショートすることはない。尚、金ボール１２は、超音波振動技術を用いることなく、熱圧着技術のみにて電極パッド１８上に接続される場合でも良く、この場合には、前述したスプラッシュ２３の発生を極力抑えることができる。あるいは、金ボール１２の大きさを小さくすることでボンディング荷重を調整し、前述したスプラッシュ２３の発生を極力抑えることもできる。
更に、前述したように、スプラッシュ２３の発生を低減することで、金ボール１２底面と絶縁層２０との間には電極パッド１８が、十分に残存する。この構造により、金ボール１２の底面は、電極パッド１８と確実に接続した状態となり、電極パッド１８での接続抵抗値の増大を防止出来る。また、電極パッド１８での接続不良も防止できる。
図３（Ｂ）に示す如く、銅線１１が金ボール１２上にステッチボンディングされる。前述したように、金ボール１２は電極パッド１８と広い接続領域を有するため、銅線１１のボンディング時の荷重は金ボール１２により分散される。つまり、金ボール１２が緩衝材として利用され、ボンディング時の衝撃により電極パッド１８下方の絶縁層２０にクラック等のダメージを与えることを防止できる。また、ボンディング荷重が分散することで、スプラッシュ２３が大幅に増大することを防止し、図３（Ａ）に示す金ボール１２接続時に発生するスプラッシュ２３よりも、若干、大きくなる程度である。そのため、スプラッシュ２３により隣り合う電極パッド１８同士がショートすることもない。
更に、銅線１１は、金ボール１２上にステッチボンディングされることで、半導体素子１０上の高さが抑えられ、樹脂パッケージ２の薄型化が実現される。一方、図示していないが、銅線１１は、リード４上にボールボンディングされることで、ステッチボンディングよりもリード４との接続面積が増大する。そのことで、リード４の厚みを薄くした場合でも、ボンディング時の衝撃によりリード４が折れ曲がり難くなり、樹脂パッケージ２の更なる薄型化が実現される。
尚、銅線１１は、金ボール１２及びリード４に対してステッチボンディングされる場合でも良く、金ボール１２に対してボールボンディングされ、リード４に対してステッチボンディングされる場合でも良い。これらの場合にも、前述したように、スプラッシュ２３によるショートが防止され、絶縁層２０へのダメージも防止される。
次に、図４及び図５では、金ボール１２（図３参照）を用いることなく、電極パッドの構造により前述したスプラッシュによるショートの問題や絶縁層へのクラックの問題に対応する。尚、以下の説明では、図３を用いて説明した半導体装置の各構成要素と同じ構成要素には同じ符番を付す。
図４（Ａ）に示す如く、電極パッド２４は、アルミニウム層２５、２７間に緩衝材層２６が配置される構造である。例えば、アルミニウム層２５の膜厚は、０．４μｍ程度であり、緩衝材層２６の膜厚は、０．１μｍ程度であり、アルミニウム層２７の膜厚は、２，９μｍ程度であり、電極パッド２４の膜厚は、３．４μｍ程度となる。そして、緩衝材層２６は、アルミニウム層２５、２７よりも硬い膜質であり、例えば、チタンナイトライド（ＴｉＮ）層、チタンタングステン（ＴｉＷ）層等の高融点金属層により形成される。尚、前述したように、緩衝材層２６の上下面には、アルミニウムを主体とする合金層が配置される場合でも良い。
図４（Ｂ）に示す如く、銅ボール２８が、シールド層２１の開口部２２から露出する電極パッド２４上にボールボンディングされる。そして、ボールボンディング時の荷重により銅ボール２８は、若干、電極パッド２４内へと食い込み、銅ボール２８の周囲には、スプラッシュ２９が発生する。
前述したように、電極パッド２４を３層構造とすることで、電極パッド２４自体の膜厚は従前と同様であるが、アルミニウム層２７の膜厚を薄くできる。その結果、ボンディング荷重により銅ボール２８の周囲に追いやられる量が低減し、スプラッシュ２９自体が小さくなる。この構造により、隣り合う電極パッド２４において、スプラッシュ２９が接触し、ショートすることを防止できる。その一方で、アルミニウム層２５上には緩衝材層２６が配置されることで、ボンディング時に銅ボール２８の周囲に追いやられ難い構造となる。その結果、銅ボール２８の底面には確実にアルミニウム層２５が存在し、電極パッド２４での接続不良が防止される。
更に、アルミニウム層２５、２７間に緩衝材層２６を配置することで、ボンディング荷重が緩衝材層２６にて緩和され、電極パッド２４下方の絶縁層２０にクラック等のダメージを与えることを防止できる。更に、ボンディング荷重により緩衝材層２６が破砕することで、その破砕した領域ではアルミニウム層２５、２７が直接接続する。そして、電流はその低抵抗領域を積極的に流れることで、電極パッド２４での接続抵抗値の増大を緩和できる。尚、前述したように、緩衝材層２６は低比抵抗な金属層から形成されることで、緩衝材層２６が破砕しない場合でも、電極パッド２４での接続抵抗値が大幅に増大することはない。
図５（Ａ）に示す如く、電極パッド３０は、絶縁層２０上面に緩衝材層３１を形成し、緩衝材層３１を被覆するようにアルミニウム層３２を配置して形成される。緩衝材層３１は、シールド層２１の開口部２２よりも内側に配置され、開口部２２の幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２となる。緩衝材層３１の形状は、開口部２２の形状を相似的小さくした形状である。そして、緩衝材層３１の膜厚は、例えば、０．５〜１．０μｍであり、アルミニウム層３２の膜厚は、例えば、０．４〜３．０μｍである。この構造により、電極パッド３０では、緩衝材層３１とアルミニウム層３２との積層領域は、その他の領域よりも突出領域となる。尚、緩衝材層３１の材料は、緩衝材層２６と同様であり、緩衝材層３１の材料は、開口部２２内に配置されれば任意の設計変更が可能である。また、電極パッド３０に前述した突出領域が形成されれば良く、図４の構造と同様に緩衝材層３１がアルミニウム層内に配置される場合でも良い。
図５（Ｂ）に示す如く、銅ボール３３が、シールド層２１の開口部２２から露出する電極パッド３０上にボールボンディングされる。そして、ボールボンディング時の荷重により銅ボール３３は、若干、電極パッド３０内へと食い込み、銅ボール３３の周囲には、スプラッシュ３４が発生する。
銅ボール３３は、電極パッド３０の突出領域にボールボンディングされることで、点線の矢印で示すように、突出領域のアルミニウム層３２は、開口部２２の側面側へと追いやられる。このとき、追いやられアルミニウム層３２は、先ず、突出領域の周囲の窪んだ領域３５（図５（Ａ）参照）へと移動し、その窪んだ領域３５を埋設する。そして、窪んだ領域３５から溢れたアルミニウム層３２がスプラッシュ３４となり、スプラッシュ３４自体が小さくなる。この構造により、隣り合う電極パッド３０において、スプラッシュ３４が接触し、ショートすることを防止できる。
更に、銅ボール３３がボールボンディングされる領域に緩衝材層３１が配置されることで、ボンディング荷重が緩衝材層３１にて緩和され、電極パッド３０下方の絶縁層２０にクラック等のダメージを与えることを防止できる。尚、ボンディング荷重により緩衝材層３１にクラック等が発生しても特に問題はない。
尚、本実施の形態では、アイランド７に複数の貫通孔８が形成され、その貫通孔８を介して不活性ガスの流れを調整し、銅線１１やその接続領域の酸化を防止する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、アイランド７に貫通孔８が配置されない場合でも、アイランド７とリード４との隙間やリード４同士の隙間を利用し、前述した不活性ガスの流れを調整する場合でも良い。また、貫通孔８と前述した隙間とを組み合わせて利用し、前述した不活性ガスの流れを調整する場合でも良い。
また、ＭＡＰ方式の樹脂パッケージ２について説明したが、このパッケージに限定するものではない。例えば、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）方式のパッケージやＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）方式のパッケージ等のように、個別モールド型のパッケージにおいても、上述した同様な効果が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、リードフレームを説明する平面図である。図７（Ａ）は、クランパーを説明する平面図である。図７（Ｂ）は、ワイヤーボンディング時における不活性ガスの流れを説明する断面図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、ワイヤーボンディング工程を説明する断面図である。図９（Ａ）は、樹脂モールド工程を説明する平面図である。図９（Ｂ）は、ダイシング工程を説明する断面図である。尚、以下の説明では、図１〜図３を用いて説明した半導体装置の各構成要素と同じ構成要素には同じ符番を付す。また、本実施の形態の製造方法の説明において、適宜、図１〜図３を用いて説明する。
先ず、図６（Ａ）に示す如く、例えば、銅を主材料とするリードフレーム１３を準備する。このリードフレーム１３には、一点鎖線で示すように、複数の搭載部１４が形成される。リードフレーム１３の長手方向（紙面Ｘ軸方向）は、スリット４１により一定間隔に区切られる。そして、スリット４１にて区切られたリードフレーム１３の１区間には、例えば、４つの搭載部１４の集合から成る１つの集合ブロックが形成される。そして、この集合ブロックが、リードフレーム１３の長手方向に複数形成される。また、リードフレーム１３の長手方向には、その上下端部領域にインデックス孔４２が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。尚、搭載部１４を構成する詳細の構造は、図２（Ａ）にて説明した通りである。
また、図７（Ｂ）を用いて後述するが、図６（Ｂ）の点線にて示す領域が、載置台４３のガス抜き孔４９の配置領域であり、例えば、１つの貫通孔８に対して１つのガス抜き孔４９が配置される。そして、個々の貫通孔８の長さＬを大きくすることで、載置台４３上にリードフレーム１３を配置する際に、リードフレーム１３が若干ずれた場合でも、貫通孔８を介して確実に不活性ガスを吸引することが可能となる。尚、本実施の形態では、不活性ガスの流れを載置台４３側へと向け、その流れの中に銅線１１や銅線１１の接続部等を配置し、それらの酸化を防止するものである。そのため、ガス抜き孔４９が貫通孔８よりも大きくても良く、例えば、アイランド７とリード４との間のスペースやリード４同士間のスペースを利用して不活性ガスを引き抜く場合でも良い。
次に、図２（Ｂ）に示す如く、リードフレーム１３の搭載部１４毎に、アイランド７上に接着材９（図１（Ｃ）参照）を用いて半導体素子１０を固着する。このとき、加熱機構が組み込まれたダイボンド装置の載置台上にリードフレーム１３を配置し、クランパーにてリードフレーム１３を載置台上に固定する。そして、リードフレーム１３のアイランド７やその作業領域内を、例えば、２５０〜２６０℃程度に加熱した状態にして、それぞれアイランド７上に連続して半導体素子１０を固着する。詳細は図７（Ｂ）にて説明するワイヤーボンディング工程の不活性ガスの流れと同様であるが、リードフレーム１３を固定するクランパーからその作業領域内に不活性ガスが流入される。そして、不活性ガスが、アイランド７の貫通孔８を介して載置台側へと引き抜かれることで、リードフレーム１３の周囲は不活性ガスにより満たされる。その結果、リードフレーム１３は、長時間に渡り高温状態下に配置されるが、その酸化が防止される。
次に、ワイヤーボンディング装置の載置台４３上にリードフレーム１３を配置し、リードフレーム１３の搭載部１４毎にワイヤーボンディングを行う。
先ず、図７（Ａ）に示すクランパー４４について説明する。クランパー４４は、不活性ガスを送り込むパイプ４５と、搭載部１４の大きさに合わせて開口された開口領域４６とを有する。そして、クランパー４４のパイプ４５から送風された不活性ガスは、リード固定領域４７間から開口領域４６へと吹き込む。銅線１１の径が４５μｍの場合には、例えば、１．９リットル／分の窒素ガス（若干の水素ガスが含まれる）が用いられる。そして、銅線１１は、高温状態の作業領域内に置かれることで酸化し易い状態となるが、上記不活性ガスの存在により銅線１１の酸化が防止される。
更に、開口領域４６の周囲のクランパー４４には、搭載部１４のリード４形状に合わせて複数のリード固定領域４７が、櫛歯形状に配置される。そして、複数のリード４は、リード固定領域４７により個別に載置台４３（図７（Ｂ）参照）上に固定される。このとき、銅線１１は金線と比較して硬いが、延性を有するため、ボールボンディング時の荷重（キャピラリ５０（図８（Ａ）参照）から加えられる荷重）が金線よりも大きくなる。そして、複数のリード４は、それぞれの形状に対応したクランパー４４のリード固定領域４７により個別に固定されることで、ボンディング時の荷重の逃げが防止される。そして、銅線１１はリード４上に確実に接着され、接続不良が防止される。
次に、図７（Ｂ）に示す不活性ガスの流れについて説明する。加熱機構４８を有する載置台４３には、ガス抜き孔４９が形成される。そして、ガス抜き孔４９上面にアイランド７の貫通孔８が位置するように、載置台４３上にリードフレーム１３を配置する。点線の矢印で示すように、不活性ガスは、クランパー４４のリード固定領域４７間から開口領域４６の中央側（搭載部）へと吹き込まれる。つまり、開口領域４６では、その全周囲から中央側へと不活性ガスが吹き込まれる。そして、開口領域４６上は遮蔽されてなく、開口領域４６内が高温状態となることで、不活性ガスは、上昇気流により開口領域４６上方へと放出されてしまう。そこで、本実施の形態では、貫通孔８を介して載置台４３のガス抜き孔４９から不活性ガスを吸引することで、リード４の上から吹き込まれた不活性ガスは、主に、アイランド７の貫通孔８側へと流れる。その結果、不活性ガスの主たる流れは、開口領域４６の下方側（載置台４３側）へとなり、銅線１１の配置領域は不活性ガスにて満たされ易い領域となる。
そして、クランパー４４の開口領域４６内は、加熱機構４８により、例えば、２５０〜２６０℃程度に維持される。ワイヤーボンディングされた銅線１１は、半導体素子１０の全ての電極パッドに対しワイヤーボンディングが終わる（例えば、１つの集合ブロック内の全ての半導体素子１０に対してワイヤーボンディングが終わる）までは、その高温状態の作業領域内に置かれる。そこで、上述した不活性ガスの流れを起すことで、銅線１１の周囲には不活性ガス充満し易く、効率的に銅線１１の酸化が防止される。また、リード４等のリードフレーム１３も酸化され易い状況下に置かれるが、不活性ガスが載置台４３側へと流れることで、リードフレーム１３も効率的に酸化が防止される。
尚、不活性ガスは、クランパー４４のリード固定領域４７間から吹き込まれる場合に限定されるものではなく、例えば、ガスノズルを利用して開口領域４６内に吹き込まれる場合でも良い。また、開口領域４６内に吹き込まれた全ての不活性ガスが、載置台４３のガス抜き孔４９から吸引される訳ではなく、不活性ガスの一部は開口領域４６上方へと流れる。そして、開口領域４６及びその周辺は、不活性ガスにより満たされた領域となる。
次に、図８（Ａ）に示す如く、キャピラリ５０の中心孔には銅線５１が挿通され、キャピラリ５０の上方には銅線５１を挟持するためのワイヤークランパー５２が配置される。そして、予めキャピラリ５０の先端からは所望の長さの銅線５１が導出し、キャピラリ５０近傍に位置するトーチ５３から放電され、キャピラリ５０の先端にはイニシャルボール（銅ボール）５４が形成される。尚、図示したように、イニシャルボール５４を形成する作業領域には、上記不活性ガスが供給される。そのため、不活性ガス内に含まれる水素による酸化還元作用により、イニシャルボール５４の球面形状が安定して形成される。
次に、図８（Ｂ）に示す如く、キャピラリ５０がリード４上に向けて下降し、イニシャルボール５４をリード４上面に押し付ける。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により、キャピラリ５０の先端に形成されたイニシャルボール５４がリード４と接続する。尚、この作業時には、ワイヤークランパー５２は開放された状態である。
次に、図８（Ｃ）に示す如く、ワイヤークランパー５２が開放された状態にて、一定のループを描きながらキャピラリ５０が半導体素子１０の電極パッド１８上面に移動する。そして、ワイヤークランパー５２にて銅線５１を挟持した後、キャピラリ５０が電極パッド１８上に下降し、銅線５１を電極パッド１８上の金ボール１２上面に押し付ける。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により銅線５１が金ボール１２と接続する。その後、キャピラリ５０が上昇し、イニシャルボールとなる長さの銅線５１をキャピラリ５０の先端から導出し、銅線５１を切断する。その後、キャピラリ５０の先端から導出した銅線５１が、前述したようにイニシャルボールへと加工される。
その後、半導体素子１０の全ての電極パッド１８上の金ボール１２とリード４に対して、図８（Ａ）〜（Ｃ）を用いて前述したワイヤーボンディング作業を繰り返す。尚、金ボール１２が、ワイヤーボンディング工程前に予め電極パッド１８上に接続されることで、図３を用いて前述したように、スプラッシュの問題や絶縁層へのクラックの問題が解決される。
次に、図９（Ａ）に示す如く、リードフレーム１３上の集合ブロック毎に樹脂モールドし、共通の樹脂パッケージ５５を形成する。例えば、リードフレーム１３の裏面側に樹脂モールド用のシート５６（図９（Ｂ）参照）を樹脂性接着材等により貼り合せた後、リードフレーム１３を樹脂封止金型内に配置する。そして、樹脂封止金型内に絶縁性樹脂を充填することで、集合ブロック毎に共通の樹脂パッケージ５５を形成する。上述したように、共通の樹脂パッケージ５５内には、４つの搭載部１４が含まれる。
最後に、図９（Ｂ）に示す如く、リードフレーム１３から搭載部１４毎に共通の樹脂パッケージ５５を切断して、個々の樹脂パッケージ２に個片化する。切断にはダイシング装置のダイシングブレード５７を用い、ダイシングライン５８に沿って共通の樹脂パッケージ５５とリードフレーム１３とを同時にダイシングする。このとき、シート５６は、その一部のみが切断されることで、個片化された個々の樹脂パッケージ２はシート５６上に支持される。また、本実施の形態では、図２（Ａ）に示すリード４のハッチング領域が、ダイシングラインに配置される。そして、リード４の窪んだ領域をダイシングブレード５７にて切断することで、ダイシングブレード５７の負担が軽減され、長期間の使用が可能となる。
尚、本実施の形態では、クランパー４４の開口領域４６内に吹き込まれる不活性ガスの温度に関し特に限定していない。しかし、例えば、クランパー４４内に加熱機構を設置する等により、不活性ガスを開口領域内と同等に加熱した後、開口領域４６内に吹き込む場合でも良い。この場合には、銅線５１が不活性ガスにより冷却され難く、イニシャルボール形成時の電流効率を向上させることができる。
また、ワイヤーボンディングの際、クランパー４４の開口領域４６上方がプレート等の蓋部材によりカバーされない状況にて作業を行う場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、作業領域のみ開口した蓋部材により開口領域４６上方をカバーし、その蓋部材が作業領域に合わせてスライドする場合でもよい。この場合には、開口領域４６上方が概ね蓋部材によりカバーされることで、開口領域４６内が不活性ガスで充満され易くなる。そして、不活性ガスの供給量も低減され、製造コストを抑制できる効果も得られる。
また、電極パッド１８上に金ボール１２を形成した後、銅線１１によるワイヤーボンディングを行う場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、図４及び図５を用いて前述した電極パッド構造とすることで、直接電極パッド上に銅線をワイヤーボンディングする場合でも良い。
また、ワイヤーボンディングの際、個々のリード４が、個別にクランパー４４のリード固定領域４７により固定される場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、リードの形状やリードの高さ等のリード配置状況に応じて、隣接する複数のリード毎に区分けしてリード固定領域により固定する場合でもよい。この場合には、リード固定領域の数は、リードの総数よりも少なくなるが、不活性ガスの吹き込み方法は、上述したようにリード固定領域間から吹き込む方法と同様である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
１ 半導体装置
２ 樹脂パッケージ
７ アイランド
８ 貫通孔
４４ クランパー
４６ 開口領域
４７ リード固定領域
４９ ガス抜き孔

Claims (6)

  1. アイランドと、前記アイランドを囲むように配置された複数のリードと、前記アイランドから延在された吊りリードとを有する搭載部が複数個集合した集合ブロックが設けられ、前記アイランドには、それぞれ複数の貫通孔が設けられたリードフレームを準備し、
    前記アイランド上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極パッド上に金ボールを形成した後、前記金ボールと前記リードとを銅線によりワイヤーボンディングし、前記集合ブロック内の電気的接続を完了し、
    前記集合ブロックを樹脂で被覆し、樹脂パッケージを形成し、前記樹脂パッケージを個片化する半導体装置の製造方法において、
    前記貫通孔をワイヤーボンディング装置の載置台に設けられたガス抜き孔上に位置させ、前記搭載部へ供給した不活性ガスを前記貫通孔を介して前記ガス抜き孔から引き抜くことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記銅線は、前記リードとボールボンディングした後、前記金ボールとステッチボンディングする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. 前記リードに対応したリード固定領域を有するクランパーにより前記リードを個別に固定することで、前記リードフレームを前記載置台上に配置し、
    前記クランパーでは、前記リード固定領域間から前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. アイランドと、前記アイランドを囲むように配置された複数のリードと、前記アイランドから延在された吊りリードとを有する搭載部が複数個集合した集合ブロックが設けられ、前記アイランドには、それぞれ複数の貫通孔が設けられたリードフレームを準備し、
    電極パッド内または電極パッド下面に緩衝材層が配置された半導体素子を準備し、前記アイランド上に前記半導体素子を固着し、前記電極パッドと前記リードとを銅線によりワイヤーボンディングし、前記集合ブロック内の電気的接続を完了し、
    前記集合ブロックを樹脂で被覆し、樹脂パッケージを形成し、前記樹脂パッケージを個片化する半導体装置の製造方法において、
    前記貫通孔をワイヤーボンディング装置の載置台に設けられたガス抜き孔上に位置させ、前記搭載部へ供給した不活性ガスを前記貫通孔を介して前記ガス抜き孔から引き抜くことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記銅線は、前記電極パッドとボールボンディングした後、前記リードとステッチボンディングすることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記リードに対応したリード固定領域を有するクランパーにより前記リードを個別に固定することで、前記リードフレームを前記載置台上に配置し、
    前記クランパーでは、前記リード固定領域間から前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
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