JPH06275627A - モールド型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造により、高温高湿度下での不良発
生を著しく低減することができる樹脂パッケージ型半導
体装置を提供することをその目的とする。 【構成】 上面の一部領域に設けたチタン層３上に金属
バンプ５を積層して電極を形成した半導体チップ２をハ
ンダ６，６を介して一対のフレーム７，７間にサンドイ
ッチ状に固定し、上記半導体チップないし上記フレーム
を樹脂モールドパッケージ８に包み込んでなるモールド
型半導体装置において、上記チタン層３の周囲をニッケ
ルあるいは銀等のハンダ付け性に優れた金属４で囲んだ
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、モールド型半導体装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】樹脂
パッケージ型の半導体装置、とりわけダイオード装置に
おいては、チップの一面電極部とフレーム間をワイヤボ
ンディングによって接続することの工程上の煩雑さ、な
らびに製造効率の低下を回避するために、金属バンプに
よる電極形成方法が多く採用されている。かかる金属バ
ンプによる電極形成方法が採用された従来のショットキ
ーバリアダイオードａの構造例を図５に示す。

【０００３】シリコンチップａの上面には、チタン層ｂ
を介して、一般的には銀よりなるバンプｃが形成され
る。こうして銀バンプが形成されたチップａは、上下一
対のフレームｄ，ｄ間に、ハンダｅ，ｅを介してサンド
イッチ状に固定される。そして、上記チップａないしこ
れを挟むフレームｄ，ｄは、熱硬化性モールド樹脂ｆに
よって包み込まれる。

【０００４】上記チタン層ｂは、チップａの表面全面に
チタンを蒸着した後、不要部分をエッチングによって除
去することにより、形成される。また、銀バンプｃは、
上記チタン層ｂの表面に銀を蒸着した後、さらにこの蒸
着銀上に銀メッキを施す等することにより形成される。

【０００５】樹脂モールド型の上記の構造をもつダイオ
ードにおいて、その内部チップａは、これを包み込むモ
ールド樹脂ｆによって保護されている。しかしながら、
特に、高温高湿度の過酷な環境の下で当該ダイオード装
置を含む回路を使用する場合にあっては、次のような問
題が生じるということが判明した。

【０００６】従来においては、上記チタン層ｂと、銀バ
ンプｃとの間の平面的な位置関係については、厳密な考
慮がされていない。そのため、上記チタン層ｂの周囲が
モールド樹脂ｆに直接接触している部分が現出しうる。
一方、上記のチップａないしフレームｄ，ｄがモールド
樹脂ｆによって囲まれているとはいえ、フレームｄ，ｄ
はモールド樹脂ｆの一部から外部に延出して外部リード
を形成しているのであり、モールドの条件、あるいはフ
レームｄ，ｄの表面汚れ等に起因して、フレームｄ，ｄ
とモールド樹脂ｆとの間のすきまから水分が内部に侵入
してくることがある。とりわけ、高温高湿度の悪環境の
中でかかるダイオードを使用する場合においては、なお
さら、上記のように内部に水分が入り込んでくる可能性
が大きい。

【０００７】そうすると、一般に水分に弱いとされるチ
タンが腐食し、とりわけ、チタン層ｂと銀バンプｃとの
間に剥離が生じてきてダイオード特性が一挙に悪化して
しまうことがある。

【０００８】また、上記のようなシリコンチップａとチ
タン層ｂとの間のメタル接合によってダイオード特性を
出すショットキーバリヤダイオードの他、一般的なダイ
オードにおいても、銀バンプによって電極を形成する場
合の電極としての安定性を図るべく、ポリシリコンを介
してチタン層を形成し、その上に銀バンプを形成すると
いう手法が採用される。この場合においても、従来、チ
タン層とその上層に形成されるバンプとの間の平面的な
形状の厳密性は、それほど深く考慮されておらず、した
がって、かかる一般的なダイオードにおいても、高温高
湿度の環境下での使用にあたっては、水分に起因するチ
タンの腐食ないしこれによって生ずる電極不良が起こる
場合がある。

【０００９】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、簡単な構成により、高温高湿度
下での使用時にチタン層腐食による特性低下、あるいは
電極不良を確実に回避することができるモールド型半導
体装置を提供することをその課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の各技術的手段を講じている。

【００１１】本願の請求項１に記載した発明は、一面の
一部領域に設けたチタン層上に金属バンプを積層して電
極を形成した半導体チップをハンダを介して一対のフレ
ーム間にサンドイッチ状に固定し、上記半導体チップな
いし上記フレームを樹脂モールドパッケージで包み込ん
でなるモールド型半導体装置において、上記チタン層の
周囲をハンダ付け性に優れた金属で囲んだことを特徴と
している。

【００１２】そして、本願の請求項２に記載した発明
は、請求項１に記載した構造をもつモールド型半導体装
置の一製造方法であって、半導体チップの一面の一部領
域にチタン層を形成し、平面的に上記チタン層を包含す
る領域にハンダ付け性に優れた金属よりなる保護金属層
をパターンニング形成し、上記保護金属層上に金属バン
プを積層形成した後、上記の各固定を経た半導体チップ
をハンダを介して一対のフレーム間にサンドイッチ状に
固定し、上記半導体チップないしこれを挟むフレームを
モールド樹脂で包み込むことを特徴としている。

【００１３】

【発明の作用および効果】本願発明のモールド型半導体
装置においては、半導体チップと金属バンプとの間に介
装されるチタン層の周囲に、意識的かつ積極的にこれを
囲む金属を設けている。したがって、樹脂モールド後の
製品において、上記チタン層が上記モールド樹脂に直接
接触するということはなくなる。

【００１４】それだけでなく、上記チタン層の周囲を囲
むべき金属は、特にハンダ付け性に優れた金属が選択さ
れている。したがって、上記バンプが設けられたチップ
を、ハンダを介して一対のリードフレーム間にサンドイ
ッチ状に固定するに際し、ハンダが馴染みよく上記チタ
ン層を囲む金属のさらに外側を覆うこともあり、そうす
ると、上記チタン層の周囲は、保護金属と、ハンダとに
よって二重に囲まれることになる。

【００１５】従来技術の項で説明したように、この種の
構造をもつ半導体装置を高温高湿度下の特殊な環境で用
いる場合、耐湿性が問題となることが明らかになった
が、上記のような本願発明の電極構造をもつ半導体装置
であれば、たとえ周囲の水分がモールド樹脂とフレーム
との間のすきまを通って内部に侵入したとしても、この
水分が上記チップとバンプとの間に介装されるチタンに
接触するということは確実に回避される。

【００１６】その結果、本願発明の構造をもつモールド
型半導体装置の耐湿性、換言すると、高温高湿度下での
耐久性が著しく向上する。

【００１７】請求項２の方法は、請求項１の構造をもつ
モールド型半導体装置の製造方法の一例であるが、この
方法においては、チタン層の周囲を囲むべき金属を、単
にチタン層の周囲を囲むだけでなく、チタン層の上面を
も覆うようにしている。すなわち、半導体チップの一部
領域に形成されたチタン層に重ねるようにして、平面的
にこのチタン層を包含する領域を保護金属層で覆ってい
る。

【００１８】そうすると、チタン層の周囲ないしその上
面にいたるより充分な部分が確実に保護金属層によって
覆われることになり、この保護金属層がハンダ付け性に
優れた金属で形成されていることも相まって、チタン層
が直接的に水分に接触して腐食するという事態をより確
実に回避することができる。

【００１９】このように、本願発明によれば、簡単な構
成により、チップに対してチタン層を介してバンプが形
成されるチップが用いられるモールド型半導体装置の耐
湿性が著しく改善されるのである。

【００２０】

【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を図
面を参照しつつ、具体的に説明する。

【００２１】図１および図２は、図５に示したものと同
種の樹脂モールド型ショットキーバリヤダイオード装置
１に本願発明を適用した例を示している。

【００２２】シリコンチップ２の上面一部領域には、チ
タン層３が形成される。このチタン層３の形成は、蒸着
およびエッチングによる従前の方法によって行うことが
できる。すなわち、図３の(a) および(b) に示すよう
に、いったんチップ２の上面全面にチタンを蒸着し、そ
の後パターンニングによって不要領域をエッチング除去
するのである。

【００２３】そして、上記チタン層３に重ねるようにし
て、ハンダ付け性の優れた金属による保護金属層４が形
成される。本願発明の要点は、上記チタン層３の周囲を
この種の保護金属層４で囲むことであるが、図１および
図２の構造例では、本願発明の効果をより確実にするた
めに、上記チタン層３の周囲のみならず、その上面をも
保護金属層４で覆っている。

【００２４】すなわち、そのためには、平面的に見て上
記チタン層３を包含する領域に、パターンニングによっ
て上記保護金属層４を形成するのである。

【００２５】上記保護金属層４に用いるべきハンダ付け
性に優れた金属としては、ニッケルあるいは銀が、経済
性の面で適当である。かかる保護金属層４の形成手法
は、上記チタン層３の形成手法と同様の手法を採用する
ことができる。

【００２６】すなわち、図３の(c) および(d) に示すよ
うに、チップの全面を覆うようにして銀またはニッケル
を蒸着し、そして、不要部分をエッングによって除去す
るのである。この際、重要なことは、本願発明では、上
記エッチングに用いるべきマスクとして、その開口が上
記チタン層３の平面領域を含む形状となっているという
ことである。

【００２７】このようにして、上記チタン層３の周囲側
面および上面の全てが、保護金属層４によって覆われ
る。

【００２８】そして、この保護金属層４の上には、従前
と同様の手法によって、バンプ５が形成される。このバ
ンプ５の材質としては、従前と同様、銀が適当である。

【００２９】この実施例においては、上記保護金属層４
として銀を採用する場合、上記銀バンプ５は、上記銀か
らなる保護金属層４の上面に銀メッキを施すことによっ
て、容易に形成することができる。

【００３０】上記のようにして、バンプ５が形成された
シリコンチップ２は、従前と同様の手法によって、ハン
ダ６，６を介して上下一対のフレーム７，７間に固定さ
れ、その後、モールド樹脂８によってチップ２ないしフ
レーム７，７の一部が包み込まれる。

【００３１】上記フレーム７，７の外端部は、樹脂モー
ルドパッケージ８から側方に突出して、端子リードを形
成している。

【００３２】図１および図２から明らかなように、バン
プ５とシリコンチップ２との間に介装されるチタン層３
は、モールド樹脂８に対して直接露出することはない。
したがって、このダイオード装置１を高温高湿度の環境
下で用いたとしても、そして、上記リード端子とモール
ド樹脂８との間のわずかなすきまから水分が内部に侵入
してきても、この水分が上記チタン層３に直接触れると
いうことはない。

【００３３】したがって、従前のようにチタン層３が水
分による腐食を受け、ダイオードとしての特性不良を起
こしたり、端子不良を起こしたりということはなくな
る。

【００３４】とりわけ、ショットキーバリヤダイオード
においては、シリコンチップ２とこれに形成されるチタ
ン層３との界面がダイオード特性にとってきわめて重要
であるため、このチタン層３の腐食は、ダイオード特性
にとって致命的であったが、本願発明によれば、かかる
問題をきわめて有効に回避することができるのである。

【００３５】しかも、構造的に簡単であり、しかもこの
構造を達成するための手法も比較的簡単であり、本願発
明を実施するにあったてほとんどコスト上昇を招くこと
がない。

【００３６】さらに、上記保護金属層４を形成するべき
金属は、ニッケルあるいは銀などのようなハンダ付け性
に優れた金属が採用されるので、図１および図２に表れ
ているように、バンプ５が形成されたチップ２を上下二
つのフレーム７，７間にハンダ６，６を介して固定する
に際し、上記保護金属層４の外周がハンダ６，６によっ
て馴染みよく覆われることにもなる。そうすると、上記
チタン層３は、保護金属層４とハンダ６とによって二重
に保護されることになり、耐湿性の向上という本願発明
の効果がさらに増強される。

【００３７】なお、上記構造をもつ実施例について、温
度１２５℃、２気圧、湿度８５％の環境下においてスチ
ームプレッシャー試験を行った場合、従来例の構造では
５０時間の耐性しかなかったが、上記の実施例では１０
００時間を越える耐性を有することが明らかとなってい
る。

【００３８】もちろん、本願発明の範囲は、上述の実施
例に限定されることはない。

【００３９】上記の実施例では、チタン層３の周囲のみ
ならず、その上面をも保護金属層４で覆ったが、図４に
示すチップ２のように、チタン層３の周囲のみを保護金
属４で覆うことも、もちろん、本願発明の範囲に含まれ
る。

【００４０】そして、上記の実施例はシリコンチップ２
とチタン層３との界面にダイオード特性を与えたショッ
トキーバリヤダイオードについての例であるが、チップ
内にＰＮ接合部分を設けてダイオード特性をもたせる一
般のダイオード装置においても、バンプによる電極を形
成するにあたって、チタン層がポリシリコンを介してチ
ップ上に形成されており、このチタン層の低い耐湿性の
ゆえに、かかるダイオードを高温多湿下で用いた場合に
は、同様の問題が生じる。したがって、かかる一般的な
ダイオード装置についても、同様に本願発明を適用しう
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のモールド型半導体装置の一例である
モールド型ダイオード装置の一実施例の断面図である。

【図２】図１の構造の要部拡大図である。

【図３】チップ上にチタン層を介してバンプを形成して
ゆく本願発明方法の一例の説明図である。

【図４】本願発明の他の実施例を示す断面図である。

【図５】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体装置 ２ チップ ３ チタン層 ４ 保護金属（層） ５ バンプ ６ ハンダ ７ フレーム ８ モールド樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面の一部領域に設けたチタン層上に金
   属バンプを積層して電極を形成した半導体チップをハン
   ダを介して一対のフレーム間にサンドイッチ状に固定
   し、上記半導体チップないし上記フレームを樹脂モール
   ドパッケージで包み込んでなるモールド型半導体装置に
   おいて、 上記チタン層の周囲をハンダ付け性に優れた金属で囲ん
   だことを特徴とする、モールド型半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体チップの一面の一部領域にチタン
   層を形成し、 平面的に上記チタン層を包含する領域にハンダ付け性に
   優れた金属よりなる保護金属層をパターンニング形成
   し、 上記保護金属層上に金属バンプを積層形成した後、 上記の各固定を経た半導体チップをハンダを介して一対
   のフレーム間にサンドイッチ状に固定し、 上記半導体チップないしこれを挟むフレームをモールド
   樹脂で包み込むことを特徴とする、モールド型半導体装
   置の製造方法。