JPH04155852A

JPH04155852A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH04155852A
Application number: JP28074290A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kudo; 均工藤; Keiji Okuma; 啓二奥間
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-05-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にプラ
スチックパッケージに封止するのに適したチップ表面保
護膜の形状に関する。

（従来の技術）近年、半導体素子の高集積化とともに、チップサイズが
増大してきている。その増大の程度は露光機の露光可能
な範囲に制約があるものの、１５Ｘｌ　５ｍｍ２や２０
Ｘ２０ｍｍ２といった大型のチップについて対応できる
ように実用化して来ている。こうした大型チップを製造
することは、半導体素子自体の製造という立場でみると
、歩留まりの低下を招きやすい反面、スループットの向
上が図れる等の利点かある。一方、半導体素子をパッケ
ージしプリント基板に実装する時には、チップ面積が大
きい関係上、下記に掲げる種々の問題が生じる。

（１）半導体素子の集積度が高いのに伴い半導体素子か
ら発生する熱量が増加するため、放熱して温度上昇を抑
制する必要かある。

（′２Ｊチップサイズが増大してもパッケージの大きさ
は小さくするので、それに伴いパッケージの肉厚は薄く
なってきている。このため外部からの水分の侵入や圧力
にする耐性が低下し易い。

特にプラスチックパッケージでは、樹脂自体か水分を吸
収し易く、温度低下によって余分な水分がチップの表面
や裏面で結露するため、その後の温度上昇によって結露
が気体になる時の膨張によってパッケージに亀裂（クラ
・ンク）か入り易い。

ここで上記（１）の問題を解決する方法として、放熱用
のフィンをパッケージに取り付けて面積を大きくし、放
熱し易くすること、又はパ・ソケージをファンで強制空
冷する方法かある。また、上記（２）の問題を解決する
方法として、水分か吸着し難い樹脂を用いたり、チップ
台座の裏面に凹凸を設けて樹脂との密着を高めること、
又はパッケージに貫通孔を設け、水分が逃げ易くする方
法かある（日経マイクロデバイス１９９０年６月号第４
１頁〜第４５頁「薄くても信頼性は同等分かれるクラッ
ク対策手法」）。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、先に説明した温度低下による結露と、その気
化する際の熱膨張によりパッケージに亀裂が入り易いと
いう課題に対してなされたものである。

この課題の対策方法として、上述したような方法（水分
の吸着し難い樹脂を用いる方法、チップ台座の裏面に凹
凸を設は樹脂との密着を高める方法、又はパッケージに
貫通孔を設は水分が逃げ易くする方法）は何れもチップ
裏面（又はダイパッドの裏面）を加工する方法である。

しかしながら、結露が発生する部位はチップ裏面だけで
はなく、チップ表面にも発生する。特に、半導体素子が
形成されたチップ表面の方が素子特性の変動を引き起こ
し易いため、素子の機能不良。

誤動作を招き、問題が大きい。従って、チップ表面にお
いても結露、及び蒸気による体積膨張が起これば、チッ
プ表面に大きな圧力が作用し亀裂が生じることに加えて
、半導体素子の製造工程及びその後における堆積膜や酸
化工程でストレスが作用する状況と同様にリーク電流が
増大したり、素子特性が変動することになる。また、結
露により水分が多い雰囲気になるため、配線の腐食やパ
ターンの侵食が起こり易い欠点がある。

従来の半導体装置（素子）表面の例を第５図に示す。第
５図は予め下部保護膜にパッド電極部の開口を形成した
のち、感光性樹脂にパッド電極窓パターンの露光を行い
、所定のパターンを形成するものである。同図（ａ）に
おいて、トランジスタが作り込まれた基板１１上にパッ
ド電極部１２と、第１の保護膜１３とが形成されている
。第１の保護膜１３の上方には、感光性樹脂１４例えば
ポリイミドが回転塗布法により形成されている。

同図（ｂ）では、パッド窓開は用マスク１５を用いて、
パッド電極部１２の上部に露光している状態が示されて
いる。同図（Ｃ）では感光性樹脂１４が現像された状態
が示されている。

（課題を解決するための手段）本発明は、凹凸をチップ裏面ではなく、チップ表面に設
けることにより、パッケージとチップ表面との密着度を
向上させる構成とする。

つまり、本発明の具体的な解決手段は、半導体基板と、
該半導体基板に形成された内部素子と、前記半導体基板
上に形成されたパッド電極部と、前記半導体基板の上面
において前記パッド電極部の一部を除く領域に形成され
た保護膜とを備え、前記保護膜に、前記内部素子のパタ
ーン形状とは無関係な凹凸を形成する構成としている。

ここに、チップ表面に凹凸を形成する方法としては、大
きく分けて２通りの形成方法がある。第１はチップ製造
工程の最後の工程としてチップ表面保護膜の表面に凹凸
を形成する方法であり、第２は既にチップボンディング
、ワイヤーボンディングが終了したチップの表面に各種
の樹脂をコーティングし、その表面に凹凸を形成する方
法である。

前記第１の方法は、保護膜の表面にリソグラフィ工程で
焦点を意図的にずらして露光することにより凹凸を形成
したり、又は、このようにして形成した凹凸パターンを
マスクにしてエツチングして凹凸を形成するものである
。また、前記第２の方法はダイボンディング、ワイヤー
ボンディング工程の後で樹脂をチップの表面にコーティ
ングする際に、滴下した樹脂に部分的に圧力を作用させ
て、樹脂形状を変形させて凹凸を形成するものである。

（作用）上記の構成により本発明では、チップ表面においてもチ
ップ裏面と同様に凹凸が形成されるので、チップとパッ
ケージとの接触面積が増大して強い密着力が得られて結
露し難くなる。また、たとえ結露しても、水分の量が少
なく蒸気による体積膨張が発生しても、圧力か低いので
内部素子への影響が少ないし、剥離もし難くなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図、第２図及び第３図は、リソグラフィ工程で焦点
を意図的にずらして露光することにより保護膜の表面に
凹凸を形成する実施例である。

第１図は、感光性樹脂にパッド電極窓パターンの露光と
凹凸形成用の焦点をずらせた露光とを同時に行ワて該感
光性樹脂に所定のパターンを形成した後、この感光性樹
脂をマスクとして下層の保護膜をエツチングするもので
ある。

第１図（ａ）において、トランジスタ等の内部素子が形
成された半導体基板１１の主面には、所定領域にバット
電極部１２か形成されているとともに、半導体基板１１
の上面には該パッド電極部１２をも覆って第１の保護膜
１３が形成されている。本実施例ではパッド電極部１２
はプレーナマグネトロンスパッタ法により形成したアル
ミニウムを主体として銅とシリコンとを添加した合金を
膜厚１μｍで形成され、第１の保護膜１３はプラズマＣ
ＶＤ　（化学的気相成長）法で形成したシリコン窒化膜
を膜厚０，６μｍで形成されているが、特に膜種、膜厚
を限定する必要はない。第１の保護膜１３の上方には該
第１の保護膜１３の全面に感光性樹脂１４１例えばポリ
イミドが回転塗布法により形成されている。

同図（ｂ）では、パッド電極窓開は用マスク１５を用い
てパッド電極部１２の上方に露光している状態が示され
ている。同図（ｃ）では、本発明の特徴である保護膜表
面の凹凸を形成するために、全体に多数の孔が形成され
た凹凸形成用マスク１６を用いて感光性樹脂１４上方か
ら露光する。この露光時、アライナ−（露光機）の焦点
は意図的にずらされている。同図（ｄ）では、感光性樹
脂１４が現像された状態が示されている。感光性樹脂１
４は、パッド電極部１２を除く領域及び該パッド電極部
１２の周縁部の上方の領域にのみ存在し、この感光性樹
脂１４には、前記焦点のずれた露光によって像がぼやけ
て正弦関数のようになだらかな露光領域が形成されて、
配線やトランジスタ等の内部素子のパターンとは無関係
な凹凸が形成されている。同図（ｅ）は感光性樹脂１４
をマスクにして、第１の保護膜１３のパッド電極部分を
エツチングした状態であり、パッド電極部１２用の開口
部１８が形成されている。

したがって、上記実施例においては、半導体基板１１表
面の感光性樹脂１４に形成された正弦関数のようななだ
らかな凹凸１７により、半導体装置とパッケージとの接
触面積が増大して密着力が強くなるので、パッケージ内
への水分の侵入や圧力に対する耐性が強くなる。その結
果、プラスチックパッケージの肉厚が薄くても結露し難
くなって、該プラスチックパッケージのクラックが有効
に防止される。

第２図は第２の実施例を示し、予め下部保護膜にパッド
電極用の開口を形成したのち、感光性樹脂にパッド電極
窓パターンの露光と凹凸形成用の焦点をずらせた露光と
を同時に行い、所定の凹凸パターンを形成するものであ
る。同図（ａ）において、基板１１上にはパッド電極部
１２と第１の保護膜１３とが形成され、該第１の保護膜
１３にはパッド電極部１２の周縁部を除く部分に電極用
開口が形成されており、第１の保護膜１３は該パッド電
極部用の開口を除いて半導体基板１１の全面に広がフで
いる。前記のパッド電極部１２及び第１の保護膜１３の
形成材料及び膜厚は上記実施例と同様である。第１の保
護膜１３の上方には、例えばポリイミドよりなる感光性
樹脂１４が回転塗布法により形成されている。

第２図（ｂ）では、パッド電極窓開は用マスク１５を用
いて、パッド電極部１２の上方に露光している状態か示
されている。同図（Ｃ）では、保護膜１４の表面に凹凸
を形成するために、多数の孔を有する凹凸形成用マスク
］６を用いて感光性樹脂１４の上方から、アライナ−（
露光機）の焦点を意図的にずらした露光をしている状態
か示されている。同図（ｃｌ）では感光性樹脂１４か現
像された状態か示されており、感光性樹脂１４上には、
像かはやけて正弦関数のようななだらかな露光領域が形
成され、配線やトランジスタなどの内部素子のパターン
とは無関係な凹凸１７が形成されている。この凹凸１７
の大きさは、直径５μｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。感光
性樹脂１４のパッド電極部１２上方にはパッド部開口部
１８が形成されている。

第３図は第３の実施例を示し、感光性樹脂にパッド電極
窓パターンの露光と凹凸形成用の焦点をずらせた露光と
を同時に行って所定のパターンを形成し、このパターン
形成後の感光性樹脂をマスクとして下層の保護膜をエツ
チングし、その後、感光性樹脂の凹凸を下層の保護膜に
転写した後、感光性樹脂を除去するものである。

同図（ａ）において、トランジスタなとが予め作り込ま
れている基板１１上にパッド電極部１２及び第１の保護
膜１３が形成されているとともに、第１の保護膜１３の
上方に第２の保護膜２１か形成されている。本実施例で
は、パッド電極部１２は上記の実施例と同様にプレーナ
マグネトロンスパッタ法により形成したアルミニウムを
主体として銅とシリコンを添加した合金を膜厚１μｍに
形成してあり、第１の保護膜１３は常圧ＣＶＤ法で形成
したシリコン酸化膜を膜厚０．２μｍで形成しである。

また、第２の保護膜２１はプラズマＣＶＤ法で形成した
シリコン窒化膜を膜厚０．６μｍで形成しているが、上
記三者の膜種、膜厚は特に限定する必要はない。第２の
保護膜２１の上方には感光性樹脂１４１例えば通常のフ
ォトレジストが回転塗布法により形成されている。

第３図（ｂ）では、パッド電極窓開は用マスク１５を用
いてパッド電極部１２の上方に露光している状態が示さ
れている。同図（Ｃ）では、本発明の特徴である保護膜
表面の凹凸を形成するために、多数の孔を有する凹凸形
成用マスク１６を用いて感光性樹脂１４の上方から、ア
ライナ−（露光機）の焦点を意図的にずらした露光をし
ている状態か示されている。同図（ｄ）では、感光性樹
脂１４が現像された状態が示されており、感光性樹脂１
４上面には、像かはやけて正弦関数のようななたらかな
露光領域が形成され、内部素子の配線、トランジスタな
どのパターンとは無関係な凹凸１７が形成されている。

同図（ｅ）は、第１の保護膜１３及び第２の保護膜２１
のパッド電極部分を感光性樹脂１４をマスクにしてエツ
チングし、パッド電極用開口部１８を形成すると共に、
感光性樹脂１４に形成した凹凸１７を第２の保護膜２１
に転写して、該第２の保護膜２１に凹凸２２を形成した
状態を示している。

第４図は、すでに保護膜が形成された半導体装　　　−
置のダイをダイパッドに載せてワイヤーを接続した後、
樹脂をコーティングする際にその樹脂上面に凹凸を形成
する実施例を示す。同図（ａ）において、ダイパッド４
１上にはワイヤー４２で接続されたダイ４３が取り付は
固定されている。同図（ｂ）では、チップ表面をコーテ
ィングするために樹脂４４をダイ４３上面に滴下する状
態か示され、同図（Ｃ）では樹脂４４を滴下した後の状
態か示されている。この直後、同図（ｄ）に示すように
、ノズル４５を用いて乾燥空気又は窒素ガス等の気体を
樹脂４４の表面に吹き付け、この気流によって樹脂４４
を溶かしていた溶剤を急激に蒸発させて、樹脂表面に凹
凸４６を形成している。

ノズル４５からの乾燥空気の圧力、流量はチップサイズ
、樹脂の種類、樹脂の粘性、ノズルとチップとの距離等
によって変化するので、予め実験により最適な条件を見
い出しておく。本実施例では、圧力１ｋｇ／ｃｍ３、流
量３１／ｓｉｎ、ノズル径１ｍｍが適当である。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、チップ表面に凹凸
を形成してチップとパッケージとの接触面積を増大させ
、強い密着力を得たので、温度変化によって生じやすい
結露の発生を有効に抑制できるとともに、仮に結露して
も水分の量を少量にでき、また剥離し難くてき、よって
パッケージにクラックか発生する事態を効果的に防止で
きると共に、内部素子の正常動作を確保することかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す工程断面図、第２
図は本発明の第２の実施例を示す工程断面図、第３図は
本発明の第３の実施例を示す工程断面図、第４図は本発
明の第４の実施例を示す工程断面図である。第５図は従
来例を示す工程断面図である。１１・・・基板、１２・・・パッド電極部、１３・・・
第１の保護膜、１４・・・感光性樹脂、１６・・・凹凸
形成用マスク、１７・・・凹凸、２２・・・保護膜の凹
凸、４６・・・樹脂面の凹凸。 ↓↓↓↓↓番↓ ―■■■ ↓↓↓−＋壷−↓↓−６−１−…」１１・・基板１２・・・バッド電極部１３・・・第１の保ＷＩＭ１４・・・感光性樹脂１６・・・凹凸形成用マスク１７・・凹凸２２・・保護膜の凹凸４６・樹脂面の凹凸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部素子が形成された半導体基板と、該半導体基
板上に形成されたパッド電極部と、前記半導体基板の上
面において前記パッド電極部の一部を除く領域に形成さ
れた保護膜とを備え、前記保護膜には、前記内部素子の
パターン形状とは無関係な凹凸が形成されていることを
特徴とする半導体装置。
（２）半導体基板の主面の所定領域にパッド電極部を形
成した後、前記半導体基板の主面上において前記パッド
電極部を除く領域及び前記パッド電極部上の所定領域に
保護膜を形成し、その後、前記半導体基板の主面におい
て前記パッド電極部を含む全面に感光性樹脂を形成し、
該感光性樹脂の上面においてパッド電極部と該パッド電
極部以外の領域とを露光して該パッド電極部上方にパッ
ド電極用開口部を形成するとともに、パッド電極部以外
の領域に凹凸パターンを形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
（３）感光性樹脂に凹凸を形成した後、該凹凸を保護膜
に転写することを特徴とする請求項（２）記載の半導体
装置の製造方法。
（４）ダイパッド上に取り付けられワイヤボンディング
されたダイの上面に対して樹脂を滴下した後、該樹脂に
気体を吹き付けてダイ上面に凹凸を形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。