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JP2014220439A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置 Download PDF

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JP2014220439A
JP2014220439A JP2013099833A JP2013099833A JP2014220439A JP 2014220439 A JP2014220439 A JP 2014220439A JP 2013099833 A JP2013099833 A JP 2013099833A JP 2013099833 A JP2013099833 A JP 2013099833A JP 2014220439 A JP2014220439 A JP 2014220439A
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JP
Japan
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semiconductor chip
chip
semiconductor
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die pad
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金本 光一
Koichi Kanemoto
光一 金本
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体装置の製造方法は、ダイパッド6のチップ搭載面において複数の半導体チップ1、2を隣り合うように配置する工程を含んでいる。また、半導体装置の製造方法は、半導体チップ1と半導体チップ2との間を、ワイヤ5ccを介して電気的に接続する工程を含んでいる。ここで、ワイヤ5ccを接続する工程で第2ボンド側となる半導体チップ1のパッド(チップ間接続用パッド)1pccは、半導体チップ1の表面1aの周縁部からの距離が遠くなるように設けられている。【選択図】図6

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えば、隣り合って配置される半導体チップ同士を、ワイヤを介して電気的に接続する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開2004−356382号公報(特許文献1)には、一つのダイパッドに平面配置された二つの半導体チップ間を、ワイヤを介して電気的に接続した半導体装置が記載されている。
また、特開2011−124487号公報(特許文献2)には、配線基板上に平面配置される二つの半導体チップ間を、ワイヤを介して電気的に接続した半導体装置が記載されている。
特開2004−356382号公報 特開2011−124487号公報
1つの半導体装置内に複数種類の半導体チップを混載することでシステムを構築するSiP(System in Package)型の半導体装置がある。このSiPの構成としては、半導体チップ上に別の半導体チップを積層する積層タイプと、半導体チップの隣に別の半導体チップを並べて配置する平置きタイプがある。平置きタイプの場合、半導体装置の薄型化、および半導体チップと基材とを接続するワイヤ長を低減できる点で、積層タイプよりも有効である。
また、上記とは別に、半導体チップを搭載するダイパッドを封止体から露出させる、ダイパッド露出型の半導体装置がある。ダイパッド露出型の半導体装置は、半導体チップの熱をダイパッドから外部に放出し易いので、放熱性を向上させることができる。
ところが、ダイパッド露出型の半導体装置において平置きタイプを採用し、互いに隣り合う2つの半導体チップ同士を、ワイヤを介して電気的に接続する場合、このワイヤの接続部における電気的信頼性に課題があることが判った。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置の製造方法は、ダイパッドのチップ搭載面において複数の半導体チップを互いに隣り合うように配置する工程を含んでいる。また、半導体装置の製造方法は、上記複数の半導体チップ間を、ワイヤを介して電気的に接続する工程を含んでいる。ここで、上記ワイヤを接続する工程で第2ボンド側となる第1半導体チップのチップ間接続用パッドは、上記第1半導体チップの表面の周縁部からの距離が遠くなるように設けられているものである。
上記一実施の形態によれば、実装強度を向上させた半導体装置を効率的に製造することができる。
一実施の形態である半導体装置の上面図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 図1に示す封止体を透視した状態で半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。 図1のB−B線に沿った断面図である。 図3に示す半導体チップの周辺の拡大平面図である。 図5に示す半導体チップ間を電気的に接続している部分の拡大断面図である。 図1〜図6に示す半導体装置の組み立てフローを示す説明図である。 図7に示す基材準備工程で準備するリードフレームを示す拡大平面図である。 図9は、図7に示す半導体チップ準備工程で半導体チップを取得する前の、半導体ウエハの素子形成面側を示す平面図である。 図8に示すダイパッド上に、複数の半導体チップを搭載した後の状態を示す拡大平面図である。 図10のA−A線に沿った拡大断面図である。 図10に示す半導体チップと図8に示す複数のリード、および図10に示す複数の半導体チップ間を電気的に接続した状態を示す拡大平面図である。 図12に示す複数の半導体チップ間、および半導体チップとリードの間の電気的接続状態を示す拡大断面図である。 図12に示す複数の半導体チップを樹脂で封止した時の実装面側の状態を示す拡大平面図である。 図7に示す封止工程において、成形金型内にリードフレームを配置した状態を示す断面図である。 図14に示すリードフレームの樹脂からの露出面に金属膜を形成した状態を示す拡大断面図である。 図14に示す複数のリードの露出面に金属膜を形成し、それぞれ切断した後、成形した状態を示す拡大平面図である。 図17に示す吊りリードを切断して、デバイス形成部毎に個片化した状態を示す拡大平面図である。 図2に対する変形例である半導体装置を示す断面図である。 図8に示すダイパッドの変形例を示す拡大平面図である。 図20に示す窪み部の周辺の拡大断面図である。 図8に示すダイパッドの他の変形例を示す拡大平面図である。 図22に示す突出部材の周辺の拡大断面図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Cu層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
(実施の形態1)
以下の実施の形態で説明する技術は、半導体チップおよび半導体チップを封止する封止体を有する半導体装置に広く適用することができる。本実施の形態では、一例として、半導体チップを封止する封止体の四つの側面のそれぞれから、外部端子である複数のリードが露出する、QFP(Quad Flat Package)型の半導体装置に適用した実施態様について説明する。
<半導体装置>
まず、本実施の形態の半導体装置10の構成の概要について、図1〜図4を用いて説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の平面図である。また、図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。また、図3は、図1に示す封止体を透視した状態で半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。また、図4は図1のB−B線に沿った断面図である。
図1〜図3に示すように、半導体装置10は、半導体チップ1(図2、図3参照)と、半導体チップ2(図2、図3参照)と、半導体チップ1および半導体チップ2の周囲に配置される外部端子である複数のリード3と、半導体チップ1、半導体チップ2および複数のリード3を相互に電気的に接続する導電性部材である複数のワイヤ5(図2、図3参照)と、を有している。また、半導体チップ1、2および複数のワイヤ5は、封止体(樹脂体)4で封止されている。また、複数のリード3のそれぞれのインナ部3a(図3参照)は封止体4で封止され、かつ複数のリード3のそれぞれのアウタ部3bは、封止体4から露出している。
図1に示すように、半導体装置10が備える封止体4の平面形状は四角形から成る。封止体4は上面4aと、この上面4aとは反対側の下面(裏面、実装面)4b(図2参照)と、この上面4aと下面4bとの間に位置する複数の(4つの)側面4cとを有している。
封止体4は、平面視において、X方向に延びる辺(主辺)S1、辺S1と対向する辺(主辺)S2、X方向とは交差(直交)するY方向に沿って延びる辺(主辺)S3、および辺S3と対向する辺(主辺)S4を備えている。そして、封止体4が備える4つの側面4cは封止体4の各辺に沿って配置されている。また、図1に示す例では、封止体4の各辺が交わる角部4dが面取り加工されている。
ここで、封止体4の角部4dとは、封止体4の四辺(四つの主辺)のうち、交差する任意の二辺(二つの主辺)の交点である角の周辺領域を含んでいる。なお、厳密には、図1および図3に示すように、封止体4の角部4dは、面取り加工されているので、主辺の交点は封止体4の角部4dよりも外側に配置される。しかし、面取り加工部は、主辺の長さと比較して十分に小さいため、本願では、面取り加工部の中心を封止体4の角と見做して説明する。つまり、本願においては、封止体4の四辺(四つの主辺)のうち、任意の二辺(二つの主辺)が交差する領域であって、該領域が面取り加工されている場合にはその面取り加工部が角部4dに相当し、該領域が面取り加工されていない場合には、任意の二辺(二つの主辺)の交点が角部4dに相当する。以下、本願において、封止体4の角部4dと説明するときは、特に異なる意味、内容で用いている旨を明記した場合を除き、上記と同様の意味、内容として用いる。
また、半導体装置10では、平面形状が四角形からなる封止体4の各辺(各主辺)に沿って、それぞれ複数のリード3が配置されている。複数のリード3は、それぞれ金属材料からなり、本実施の形態では、例えば銅(Cu)を主成分とする金属部材である。
複数のリード3のアウタ部3bは、封止体4の側面4cにおいて、封止体4の外側に向かって突出している。また、複数のリード3のアウタ部3bの露出面には、例えば、半田材からなる金属膜(外装めっき膜)SDが形成されている。外部端子である複数のリード3のアウタ部3bのそれぞれに、半田材などの金属膜SDを形成することにより、半導体装置10を図示しない実装基板に実装する際に、接続材となる半田の濡れ性を向上させることができる。これにより、複数のリード3と図示しない実装基板側の端子との接合強度を向上させることができる。
また、図2および図3に示すように、封止体4の内部には、半導体チップ1および半導体チップ2が封止されている。図2に示すように、半導体チップ1は、表面1a、表面1aの反対側に位置する裏面1bを有している。図3に示すように、半導体チップ1は、平面視において四角形を成し、表面1aには、表面1aの外縁を構成する4つの辺のそれぞれに沿って複数のパッド(ボンディングパッド)1pdが形成されている。半導体チップ1の表面1aには、半導体チップ1の基板および配線を覆う絶縁膜が形成されており、複数のパッド1pdの表面は、この絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、このパッド1pdは金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。
また、半導体チップ1(詳しくは、半導体チップ1が有する半導体基板)は、例えばシリコン(Si)から成る。図示は省略するが、半導体チップ1の主面(詳しくは、半導体チップ1の半導体基板の上面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。そして、複数のパッド1pdは、半導体チップ1の内部(詳しくは、表面1aと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この半導体素子と電気的に接続されている。つまり、複数のパッド1pdは、半導体チップ1に形成された回路と、電気的に接続されている。詳細は後述するが、半導体チップ1には、例えば制御回路が形成され、複数のパッド1pdのうちの、少なくとも一部は、この制御回路と電気的に接続されている。
また、図2に示すように、半導体チップ2は、表面2a、表面2aの反対側に位置する裏面2bを有している。図3に示すように、半導体チップ2は、平面視において半導体チップ1の表面1aより面積が大きい四角形を成し、表面2aには、表面2aの外縁を構成する4つの辺のそれぞれに沿って複数のパッド(ボンディングパッド)2pdが形成されている。パッド2pdは、上記したパッド1pdと同様に、半導体チップ2の基板および配線を覆う絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、このパッド2pdは金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。
また、半導体チップ2(詳しくは、半導体チップ2が有する半導体基板)は、例えばシリコン(Si)から成る。図示は省略するが、半導体チップ2の主面(詳しくは、半導体チップ2の半導体基板の上面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。そして、複数のパッド2pdは、半導体チップ2の内部(詳しくは、表面2aと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この半導体素子と電気的に接続されている。つまり、複数のパッド2pdは、半導体チップ2に形成された回路と、電気的に接続されている。詳細は後述するが、半導体チップ2には、例えば記憶回路が形成され、複数のパッド2pdのうちの、少なくとも一部は、この制御回路と電気的に接続されている。
また、半導体チップ1および半導体チップ2は、それぞれリード3と電気的に接続されている。また、本実施の形態では、半導体チップ1のパッド1pdの一部と、半導体チップ2のパッド2pdの一部は、リード3を介さずに、ワイヤ5を介してお互いに電気的に接続されている。半導体チップ1に形成された回路と半導体チップ2に形成された回路は電気的に接続され、一つのシステムを構成する。このように、一つの封止体4内に封止される複数の半導体チップ間を電気的に接続して、システムを構成する半導体パッケージをSiP型の半導体装置と呼ぶ。SiP型の半導体装置が有するシステム回路には、種々の適用例があるが、例えば、記憶回路が形成されたメモリチップと、メモリチップを制御する制御回路が形成されたコントローラチップとを一つの封止体4内に封止する例を挙げることができる。図3に示す例に当てはめて説明すると、例えば、半導体チップ2は、記憶回路が形成されたメモリチップ、半導体チップ1は、半導体チップ2に形成された記憶回路の動作を制御する制御回路が形成された、コントローラチップである。
本実施の形態のように、複数の半導体チップに形成された回路同士を接続してシステムを構成する場合、一つの半導体チップ内にシステムを構成する全ての回路を形成する場合よりも、汎用性を向上させることができる。例えば、メモリチップの種類を変更することで、システムの有する記憶回路の容量を変更することができる。
また、本実施の形態のように、一つの封止体4内に搭載される、複数の半導体チップ間を、リード3を介さず、ワイヤ5を介して電気的に接続する場合、半導体チップ間の伝送距離を短くすることができる。これにより、伝送経路内におけるノイズを低減し、電気的特性を向上させることができる。
また、図2および図3に示すように、半導体チップ1および半導体チップ2のそれぞれは、一つのダイパッド(チップ搭載部)6に搭載されている。ダイパッド6は、チップ搭載面である上面6aおよび上面6aの反対側に位置する下面6bを有している。ダイパッド6は、リード3と同じ金属材料、例えば、例えば銅(Cu)を主成分とする金属材料から成る。
また、図2に示すように、ダイパッド6の下面6bは、封止体4の下面4bにおいて、封止体4から露出している。つまり、半導体装置10は、ダイパッド露出型(タブ露出型)の半導体装置である。封止体4よりも熱伝導率が大きいダイパッド6の下面6bを封止体4から露出させることで、ダイパッド6が露出しない半導体装置と比較して、パッケージの放熱性を向上させることができる。また、半導体装置10を図示しない実装基板に実装する際に、ダイパッド6の下面6bを実装基板の端子と、例えば半田材(接合材)を介して接続すれば、半導体装置10で発生した熱をさらに効率的に実装基板側に放熱することができる。
ところで、本実施の形態に対する変形例としては、半導体チップ1を搭載するチップ搭載部と、半導体チップ2を搭載するチップ搭載部を、別々に設けることもできる。ただし、放熱面積を大きくする観点からは、本実施の形態のように、半導体チップ1および半導体チップ2の平面積の合計よりも大きい平面積を有するダイパッド6を設け、一つのダイパッド6に半導体チップ1および半導体チップ2を搭載することが好ましい。
また、図3に示すように、半導体チップ1および半導体チップ2の周囲(言い換えれば、ダイパッド6の周囲)には、例えば、複数のリード3が配置されている。複数のリード3のそれぞれは、封止体4により封止されるインナ部3aと、封止体から露出するアウタ部3bと、を有している。そして、半導体チップ1の表面1aに形成された複数のパッド1pd、および半導体チップ2の表面2aに形成された複数のパッド2pdは、封止体4の内部に位置する複数のリード3のインナ部3aと、複数のワイヤ(導電性部材)5を介してそれぞれ電気的に接続されている。
ワイヤ5は、例えば、金(Au)から成り、ワイヤ5の一部(例えば一方の端部)がパッド1pd、またはパッド2pdに接合され、他部(例えば他方の端部)がインナ部3aのボンディング部に接合されている。なお、図示は省略するが、リード3のインナ部3aのボンディング部の表面には、めっき膜が形成されている。めっき膜は例えば、銀(Ag)、金(Au)、あるいはパラジウム(Pd)を主成分とする材料(例えば、パラジウム(Pd)膜上に薄い金(Au)膜が形成された積層構造)から成る。インナ部3aのボンディング部の表面に、銀(Ag)、金(Au)、あるいはパラジウム(Pd)を主成分とする材料(例えば、パラジウム(Pd)膜上に薄い金(Au)膜が形成された積層構造)から成るめっき膜を形成することにより、金(Au)からなるワイヤ5との接合強度を向上させることができる。
また、図3に示すようにダイパッド6の周囲には複数の吊りリード8が配置される。吊りリード8は、半導体装置10の製造工程において、リードフレームの支持部にダイパッド6を支持するための部材であって、図3に示す例では、ダイパッド6の角部から封止体4の角部4dに向かって4本の吊りリード8が配置されている。詳しくは、複数の吊りリード8は、それぞれ一方の端部がダイパッド6の角部(角)に接続されている。また複数の吊りリード8はそれぞれ他方の端部が封止体4の角部4dに向かって延び、角部4dの近傍において二又に分岐して、封止体4から露出している。吊りリード8を封止体4の角部4dに向かって、延ばすことにより、封止体4の各辺(各主辺)に沿って配置される複数のリード3の配列を阻害することなく配置できる。
また、本実施の形態では、ダイパッド6の上面6aと、リード3のインナ部3aの上面が異なる高さに配置されている。図2に示す例では、インナ部3aの位置よりもダイパッド6の上面6aの方が低い位置(封止体4の下面4b側)に配置されている。言い換えれば、封止体4の厚さ方向において、インナ部3aよりもダイパッド6の方が封止体4の下面4b側に配置されている。このため、図3に示す複数の吊りリード8には、ダイパッド6の上面6aの位置がリード3のインナ部3aの上面とは異なる高さに位置するように折り曲げられたオフセット部(図3に示す例ではダウンセット部)8aがそれぞれ設けられている。
また、図4に示すように本実施の形態では、ダイパッド6を封止体4の下面4bにおいて、封止体4から露出させるので、オフセット部8aにおける高低差が大きくなる。このため、図4に示す例では、複数の吊りリード8のそれぞれは、折り曲げ加工部であるオフセット部8a1とオフセット部8a2を有している。なお、封止体4の厚さが薄い製品の場合には、このオフセット部8aにおける高低差は小さくなるため、図4のように複数のオフセット部を必ずしも設ける必要はない。言い換えると、吊りリード8に設けられるオフセット部8aの数は、1つであっても良い。
また、図2に示すように半導体チップ1は、裏面1bをダイパッド6の上面6aと対向させた状態で、接着材(ダイボンド材)7を介してダイパッド6上に搭載されている。また、半導体チップ2は、裏面2bをダイパッド6の上面6aと対向させた状態で、接着材7を介してダイパッド6上に搭載されている。つまり、半導体チップ1および半導体チップ2は、それぞれ複数のパッド1pd、2pdが形成された表面(主面)1a、2aの反対面(裏面1b、2b)をチップ搭載面(上面6a)と対向させる、所謂、フェイスアップ実装方式により搭載されている。この接着材7は、半導体チップ2をダイボンディングする際の接着材であって、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂に、銀(Ag)などから成る金属粒子を含有させた樹脂接着剤、または半田材などの金属接合材を用いている。
<半導体チップ間の接続構造の詳細>
次に、図3に示す複数のワイヤ5のうち、半導体チップ1と半導体チップ2を電気的に接続するワイヤ5ccの周辺構造の詳細について説明する。図5は、図3に示す半導体チップの周辺の拡大平面図である。また、図6は、図5に示す半導体チップ間を電気的に接続している部分の拡大断面図である。
図5に示すように、平面視において四角形を成す半導体チップ1の表面1aには、表面1aの各辺に沿って、それぞれ複数のパッド1pdが配列されている。半導体チップ1が有する複数のパッド1pdのうち、半導体チップ2とワイヤ5ccを介して電気的に接続されているパッド1pccは、表面1aの周縁部の各辺のうち、半導体チップ2と対向する辺1c1(もしくは、辺1c1を有する側面)に沿って配置されている。一方、半導体チップ1の辺1c1以外の辺1c2(もしくは、辺1c2を有する側面)に沿って配列されている複数のパッド1pclには、ワイヤ5clの一方の端部が接続されている。ワイヤ5clの他方の端部は、図3に示すリード3に接続されている。
また、平面視において四角形を成す半導体チップ2の表面2aには、表面2aの各辺に沿って、それぞれ複数のパッド2pdが配列されている。半導体チップ2が有する複数のパッド2pdのうち、半導体チップ1とワイヤ5ccを介して電気的に接続されているパッド2pccは、表面2aの周縁部の各辺のうち、半導体チップ1と対向する辺2c1(もしくは、辺2c1を有する側面)に沿って配置されている。一方、半導体チップ2の辺2c1以外の辺2c2(もしくは、辺2c2を有する側面)に沿って配列されている複数のパッド2pclには、ワイヤ5clの一方の端部が接続されている。ワイヤ5clの他方の端部は、図3に示すリード3に接続されている。
また、図2および図4に示すように、本実施の形態の半導体チップ1の厚さ(表面1aおよび裏面1bのうちの一方から他方までの距離)は、半導体チップ2の厚さ(表面2aおよび裏面2bのうちの一方から他方までの距離)よりも小さい。図2および図4に示す例では、例えば半導体チップ1の厚さ(図2に示すZ方向における長さ)は200μm程度であり、半導体チップ2の厚さは400μm程度である。半導体チップ1と半導体チップ2とを電気的に接続する方法として、本実施の形態では、半導体チップ1のパッド1pccと半導体チップ2のパッド2pccとを、ワイヤ5ccを介して接続している。このように、平面視において隣り合って配置される半導体チップ1、2間を、ワイヤ5を介して接続する場合、ワイヤループを形成する観点から、半導体チップ1の表面1aと、半導体チップ2の表面2aとを、異なる高さに配置することが好ましい。また表面1aと表面2aとの高低差は、200μm程度が好ましい。
また、本実施の形態では、上記の通り、半導体チップ1の厚さが200μm程度と薄型化されている。この理由は詳細には後述するが、1枚の半導体ウエハから取得する半導体チップの数を増加させる観点から隣り合うチップ領域の配置間隔を小さくすると、半導体チップの厚さを薄くしなければ、個片化工程において、チッピングなどの問題が発生する懸念がある。このため、半導体チップ1の厚さは200μm程度と薄くなっている。
このように半導体チップ1の厚さが薄く、かつ、半導体チップ間をワイヤ5ccにより接続する場合、半導体チップ1の表面1a上を覆う、封止体4の厚さが厚くなる。特に、本実施の形態では、上述したように、ダイパッド6の下面6bを封止体4から露出させるため、ダイパッド6の位置をリード3の位置よりも下方(実装面方向)に大きくオフセットしている。
この結果、図2に示すように、半導体チップ1、半導体チップ2、ダイパッド6、およびリード3を封止体4、(後述するリードフレーム)、もしくは半導体チップ1、2の厚さ方向に沿って切断した断面視において、半導体チップ1の表面1aおよび半導体チップ2の表面2aは、リード3のインナ部3a(詳しくは、インナ部3aの上面3t)と、ダイパッド6との間に位置する。言い換えれば、封止体4、(後述するリードフレーム)、もしくは半導体チップ1、2の厚さ方向において、半導体チップ1の表面1aの高さは、リード3のインナ部3aの上面3tとダイパッド6の上面6aの間に位置している。また、半導体チップ2の表面2aの高さは、リード3のインナ部3aの上面3tとダイパッド6の上面6aの間に位置している。上記高さとは、半導体チップ1、半導体チップ2、ダイパッド6、リード3、もしくは封止体4の厚さ方向(図2ではZ方向)における位置のことである。
したがって、本実施の形態の場合、半導体チップ1の表面1a上を覆う、封止体4の厚さが特に厚くなる。この場合、半導体装置10に熱負荷が加えられた時に、封止体4の構成材料と、半導体チップ1の構成材料の線膨張係数の違いに起因した応力が発生しやすくなる。また、この応力は、半導体チップ1の表面1aの周縁部において最も大きくなる。また、平面視において、パッケージ(封止体4の中央部)を基点として反り変形が生じる方向に応力が発生するので、パッケージの中央部で、かつ半導体チップ1の表面1aの周縁部に相当する部分では、最も応力が大きくなる。
本願発明者の検討によれば、この応力が大きくなる部分にワイヤ5ccの接続部分が配置されている場合、応力の影響により、ワイヤ5ccとパッド1pccとの接続部分が損傷する懸念があることが判った。
そこで、本実施の形態では、ワイヤ5ccとパッド1pccとの接続部分を、応力が最も大きくなる位置から離れるようにしている。すなわち、図5に示すように、半導体チップ1の表面1a側に配置される複数のパッド1pdのうち表面1aの辺1c1に沿って配置される、チップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1が大きくなるようにしている。
一方、半導体チップ2は、図6に示すように半導体チップ1よりも厚いので、半導体チップ2のパッド2pdとワイヤ5ccとの接続部分は、上記した応力の影響を受けにくい。したがって半導体チップ2の複数のパッド2pdのうち、ワイヤ5ccが接続されるパッド2pccは、他のパッド2pclと同様に、表面2aの周縁部側に寄せて配置されている。
このため、図5に示すように、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ2の表面2a側に配置される複数のパッド2pdのうち表面2aの辺2c1に沿って配置される、チップ間接続用のパッド2pccから辺2c1までの距離D2よりも大きくなっている。
また、半導体チップ1の表面1aに形成された複数のパッド1pccと複数のパッド1pclの位置を比較すると、以下である。すなわち、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ1の表面1a側に配置される複数のパッド1pdのうち、表面1aの辺1c2に沿って配置される、リード接続用のパッド1pclから辺1c2までの距離D3よりも大きくなっている。
半導体チップ2は、複数のパッド2pdのそれぞれを表面2aの周縁部側に配置することで、表面2aの中央に設けられる、論理回路やメモリ回路などの主回路が形成された領域(以下アクティブ領域と記載する)の面積を大きくすることができる。アクティブ領域は、半導体基板の主面(半導体素子形成面)において論理回路を含む主回路を構成する半導体素子形成用領域、および半導体基板上において、半導体素子形成用領域と厚さ方向に重なる部分である。
一方、半導体チップ1は、複数のパッド1pdのうちの一部(パッド1pcc)を周縁部よりも内側に寄せて配置するので、アクティブ領域の面積は小さくなる。あるいは、アクティブ領域上に複数のパッド1pccが形成される事になる。しかし、上記した応力の影響を受け易い、辺1c1に沿って配列されるパッド1pcc以外のパッド1pclを、それぞれ表面1aの周縁部に寄せて配置することで、アクティブ領域の面積を大きくできる。
また、上記では、複数のパッド1pdおよび複数のパッド2pdのそれぞれが、アクティブ領域の外側に形成される例について説明したが、変形例としては、複数のパッド1pdおよび複数のパッド2pdの一部、または全部を、アクティブ領域内に形成することもできる。この場合、アクティブ領域に形成された半導体素子や、配線層が、ワイヤボンディング時の外力により損傷することを抑制する技術が必要となる。詳細については、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する際に説明する。
また、図6に示すように、半導体チップ1の表面1a、および半導体チップ2の表面2aの周縁部には、金属パターンMPTが形成されている。この金属パターンは、例えば、半導体チップ1や半導体チップ2を個片化する前のウエハ状態において、半導体素子やチップ配線を形成する際に、形成状態を評価するために設けられた、テストパターンの残留物である。
上記のようなテストパターンは、TEG(Test Element Group)と呼ばれ、複数のチップ領域を有する半導体ウエハにおいて、隣り合うチップ領域の間に設けられたスクライブ領域に形成される。半導体ウエハを個片化して半導体チップ1や半導体チップ2を取得する際には、スクライブ領域に切断加工を施す。このため、スクライブ領域に形成されたTEGの周囲に十分な加工用のマージンがあれば、個片化の際にTEG全体を取り除くことができる。
しかし、一枚の半導体ウエハから取得できる半導体チップの数を増加させる観点からは、スクライブ領域の幅を狭くすることが好ましい。このため、切断加工時にTEGの周囲に十分な加工用のマージンが確保し難くなり、TEGの一部が残ってしまう。図6に示す金属パターンMPTはTEGの一部には限定されないが、金属パターンMPTが形成される理由の一つとして、上記のようにTEGの一部が残ることが挙げられる。
ここで、半導体チップ1の表面1aや半導体チップ2の表面2aの周縁部に、金属パターンMPTが残っている場合、例えばワイヤ5と金属パターンMPTが接触すると、電気的信頼性低下の原因になる。例えば、ワイヤ5と金属パターンMPTが接触することで、ワイヤ5を含む伝送経路中のインピーダンスが変化してしまう場合がある。また例えば、金属パターンMPTを介して、隣り合うワイヤ5が電気的に接続してしまう懸念がある。
図6に示すように、ワイヤ5ccの一方の端部は、半導体チップ2のパッド2pccに接続され、他方の端部は、半導体チップ1のパッド1pccに接続されている。詳細は後述するが、本実施の形態では、ワイヤボンディング工程において、ワイヤ5ccの一方の端部をパッド2pccと接続した後、ワイヤ5ccの他方の端部をパッド1pccと接続する。言い換えれば、ワイヤ5ccとパッド2pccの接続部分は、第1ボンド側、ワイヤ5ccとパッド1pccの接続部分(詳しくは、ワイヤ5ccが突起電極1bpを介してパッド1pccと接続されている部分)は、第2ボンド側になっている。
ワイヤ5ccとパッド2pccの接続部分は、第1ボンド側なので、半導体チップ2の金属パターンMPTを跨ぐようにワイヤループ形状を形成することで、ワイヤ5ccと半導体チップ2の金属パターンMPTが接触することを容易に防止できる。
一方、ワイヤ5ccとパッド1pccの接続部分は、第2ボンド側なので、ワイヤ5ccは、半導体チップ2の金属パターンMPTよりも半導体チップ1の金属パターンMPTと、接触し易くなっている。
そこで、本実施の形態の半導体装置10では、第2ボンド側になるパッド1pccの位置を、表面1aの周縁部から遠ざけるように配置している。言い換えれば、図5に示すように、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ2のチップ間接続用のパッド2pccから辺2c1までの距離D2よりも大きくなっている。
これにより、図6に示すように半導体チップ1の表面1aの周縁部において、金属パターンMPTからワイヤ5ccまでの高低差HT1を大きくすることができる。この結果、ワイヤ5ccと半導体チップ1の金属パターンMPTとの接触を抑制できる。
また、断面図による図示は省略するが、図5に示す半導体チップ1の表面1aに形成された複数のパッド1pdのうち、半導体チップ間の接続用に設けられたパッド1pcc以外のパッド1pclは、何れも第1ボンド側になっている。図6に示すように半導体チップ間を、ワイヤ5を介して電気的に接続する場合には、少なくとも、一方の接続部分を第2ボンド側にする必要がある。しかし、図2に示すように、半導体チップ1のパッド1pdとリード3を接続する場合には、リード3との接続部分を第2ボンド側にすることができる。このため、半導体チップ1の複数のパッド1pclは、表面1aの周縁部に近づけて配置しても、金属パターンMPT(図6参照)との接触をワイヤ5clのループ形状により抑制することができる。
この結果、図5に示すように、本実施の形態では、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ1のリード接続用のパッド1pclから辺1c2までの距離D3よりも大きくなっている。
また、図5および図6に示すように、本実施の形態では、チップ間接続用のパッド1pccには突起電極1bpが形成され、ワイヤ5ccの一方の端部は、突起電極1bpに接合されている。ワイヤボンディング工程において、第2ボンド側となる接続部分には、ワイヤ5を圧着する際の力、およびワイヤ5を切断する際の力が必要になるため、第1ボンド側と比較して、パッド1pccの周囲に発生する応力が大きくなり易い。このため、パッド1pccの直下に配置されている回路素子が、応力の影響により損傷する懸念がある。上記したようにパッド1pccは、半導体チップ1のアクティブ領域に配置される場合には、パッド1pccの直下に配置されている部材が破損すると、半導体装置10の信頼性低下の原因になる。特に、トランジスタなどの半導体素子と、パッド1pdとを電気的に接続する、チップ配線層を構成する絶縁材料として、誘電率を低減させた、所謂、Low−k膜、と呼ばれる絶縁材料を使用する場合、外力が印加されると、クラックが発生し易い。
そこで、本実施の形態では、チップ間接続用のパッド1pccに突起電極1bpを形成し、ワイヤ5ccの一方の端部を、突起電極1bpに接合している。突起電極1bpは、例えば金などの比較的やわらかい金属材料で形成されており、ワイヤ5ccを接合する際に半導体チップ1に印加される応力を緩和することができる。したがって、パッド1pccの下層に配置される回路素子の破損を抑制することができる。
<半導体装置の製造方法>
次に、図1〜図6に示す半導体装置10の製造工程について、説明する。本実施の形態における半導体装置10は、図7に示す組立てフローに沿って製造される。図7は、図1〜図6に示す半導体装置の組み立てフローを示す説明図である。
1.基材準備工程;
まず、図7に示す基材準備工程として、図8に示すようなリードフレーム(基材)LFを準備する。図8は、図7に示す基材準備工程で準備するリードフレームを示す拡大平面図である。
本工程で準備するリードフレームLFは、枠部LFbの内側に複数のデバイス形成部LFaを備えている。リードフレームLFは、金属から成り、本実施の形態では、例えば銅(Cu)を主成分とする金属から成る。また、各デバイス形成部LFaの周囲には、各デバイス形成部LFaの周囲をそれぞれ囲むように枠部LFbが配置されている。この枠部LFbは、後述する個片化工程(図7参照)において、切断される領域である。また、枠部LFbは、複数のリード3の周囲を囲むように形成されている。
また、各デバイス形成部LFaの中央部には、平面視において四角形を成すダイパッド6が形成されている。ダイパッド6のチップ搭載面である上面6aには、半導体チップ1(図3参照)を搭載する予定領域であるチップ搭載領域6cb1、および半導体チップ2を搭載する予定領域であるチップ搭載領域6cb2が設けられている。
なお、図8ではチップ搭載領域6cb1およびチップ搭載領域6cb2の位置を明示するため、二点鎖線を付して示しているが、チップ搭載領域6cb1およびチップ搭載領域6cb2とそれ以外の領域に目視可能な境界線が設けられていなくても良い。
また、ダイパッド6の4つの角部には、それぞれ吊りリード8の一方の端部が接続され、デバイス形成部LFaの角部に向かって延びるように配置されている。また、吊りリード8の他方の端部は、枠部LFbに接続されている。ダイパッド6は吊りリード8を介して枠部LFbに繋がっており、枠部LFbに支持されている。
また、本工程で準備するリードフレームが有する吊りリード8には、それぞれオフセット部8aが形成されている。図8では、見易さのため、符号を省略しているが、図4を用いて説明したように、複数の吊りリード8のそれぞれは、折り曲げ加工部であるオフセット部8a1とオフセット部8a2を有している。
また、ダイパッド6の周囲には、複数の吊りリード8の間に、それぞれ複数のリード3が形成されている。複数のリード3は、枠部LFbにそれぞれ接続されている。また、複数のリード3は、タイバーTBを介して互いに連結されている。タイバーTBは、複数のリード3を連結する連結部材としての機能の他、図8に示す封止工程において、樹脂の漏れ出しを抑制するダム部材をとしての機能を有する。
また、ダイパッド6の周囲には、複数の吊りリード8の間に、それぞれ複数のリード3が形成されている。また、複数のリード3は、ダイパッド6に対して、複数のリード3よりも外側に配置される枠部LFbにそれぞれ接続されている。枠部LFbは複数のリード3、吊りリード8、およびダイパッド6と一体に形成されている。
2.半導体チップ準備工程;
また、図7に示す半導体チップ準備工程では、図5および図6を用いて説明した半導体チップ1および半導体チップ2を準備する。図9は、図7に示す半導体チップ準備工程で半導体チップを取得する前の、半導体ウエハの素子形成面側を示す平面図である。図5および図6に示す半導体チップ2は、平面サイズ、厚さ、および形成される回路が異なる点を除き、半導体チップ1の製造方法と同様に形成することができるので、本セクションでは代表例として半導体チップ1を取り上げて説明する。
図5に示す半導体チップ1に形成されている回路やパッド1pd、および突起電極1bpは、図9に示すようなウエハ(半導体ウエハ)WHの状態で形成される。ウエハWHは、略円形の平面形状を成し、表面(主面、上面)1aおよび表面1aの反対側に位置する裏面(主面、下面)(図示は省略)を有している。
また、ウエハWHは、表面1aに形成された複数のチップ領域WHc、複数のチップ領域WHcのうちの互いに隣り合うチップ領域WHc間に形成されたスクライブ領域WHdを有している。複数のチップ領域WHcのそれぞれは、図5および図6を用いて説明した半導体チップ1に対応し、半導体基板の素子形成面上に複数の半導体素子および半導体素子と電気的に接続される複数のパッド1pdが形成されている。また、複数のパッド1pdのうち、図5に示す半導体チップ2と電気的に接続される予定のパッド1pccには、図9に示すように予め突起電極1bpが形成されている。
また、ウエハWHのスクライブ領域WHdには、金属パターンWHmが配置されている。この金属パターンWHmは、例えば、TEGと呼ばれる評価用の素子であって、ウエハWHに複数の半導体素子や配線層からなる集積回路を形成した時に、正しく形成されているかどうかを検査するために形成される。ただし、スクライブ領域WHdに形成される金属パターンWHmは、TEGに限定されず、例えば、アライメントマークとして金属パターンWHmを形成する場合がある。また、図9では複数の金属パターンWHmを形成する例を示しているが、金属パターンWHmの数は限定されず、例えばスクライブ領域WHdに1つの金属パターンWHmが配置される場合、あるいは、複数列のスクライブ領域WHdに1つの金属パターンWHmを配置する場合が含まれる。
図5に示す半導体チップ1は、図9に示すスクライブ領域WHdに沿って切断することで、複数のチップ領域WHcのそれぞれを個片化することで取得できる。切断方法は、例えば、図示しないダイシングブレードをスクライブ領域WHdの延在方向に沿って走行させて、切削加工を施すことにより切断できる。
ここで、半導体チップ1の製造効率を向上させる観点からは、一枚のウエハWHにおけるチップ領域WHcの占有面積を大きくして、半導体チップの取得数を増加させることが好ましい。言い換えれば、スクライブ領域WHdの幅Wdを狭くする事が好ましく、例えば図9に示す例では、60μm程度である。一方、金属パターンWHmの平面サイズは、金属パターンWHmの機能に応じて決定されるので、小型化には限界がある。例えば、金属パターンWHmをTEGとして利用する際に、図示しない検査用の端子を接触させる必要がある。この場合、検査用の端子のコンタクト性を考慮して平面サイズを決定する必要があり、出来る限り大きくすることが好ましい。この結果、金属パターンWHmはチップ領域WHcの近傍に配置されることになる。
このように、半導体チップの取得数を増加させるためにスクライブ領域WHdの幅Wdを狭くすると、金属パターンWHmとチップ領域WHcの間のマージンが小さくなる。このため、スクライブ領域WHdを切断する際の加工精度を考慮すると、金属パターンWHmの一部を残すように切断することになる。この結果、図6に示すように半導体チップ1の表面1aの周縁部には、金属パターンMPTが形成されている。
また、図9に示すスクライブ領域WHdの幅Wdを狭くすると、ダイシングブレードによる切削加工幅も狭くなる。しかし、切断対象物であるウエハWHの厚さが厚い状態で切削加工幅を狭くすると、切削加工領域に隣接する部分で、チッピングなどが発生する場合がある。このため、本実施の形態では、ウエハWHの厚さが200μm以下になるように予め裏面側を研削した後、切削加工を施している。
3.半導体チップ搭載工程;
次に、図7に示す半導体チップ搭載工程として、図10に示すように半導体チップ1をチップ搭載領域6cb1に、半導体チップ2をチップ搭載領域6cb2に、それぞれ搭載する。図10は、図8に示すダイパッド上に、複数の半導体チップを搭載した後の状態を示す拡大平面図である。また、図11は、図10のA−A線に沿った拡大断面図である。
本工程では、図11に示すように、半導体チップ1の裏面1bをダイパッド6の上面6aと対向させた状態で、半導体チップ1をダイパッド6のチップ搭載領域6cb1(図10参照)に、所謂フェイスアップ実装方式で搭載する。また、半導体チップ2の裏面2bをダイパッド6の上面6aと対向させた状態で、半導体チップ2をダイパッド6のチップ搭載領域6cb2(図10参照)に、所謂フェイスアップ実装方式で搭載する。
また、半導体チップ1および半導体チップ2は、それぞれ、接着材7を介して、ダイパッド6の上面6a上に搭載される。接着材7は、硬化(熱硬化)させる前には流動性を有するペースト材である。このようにペースト材を接着材7として用いる場合には、まず、ダイパッド6上に、接着材7を塗布し、その後、半導体チップ1(半導体チップ2)の裏面1b(裏面2b)をダイパッド6の上面6aに接着する。そして、接着後に、接着材7を硬化させる(例えば熱処理を施す)と、図11に示すように、半導体チップ1および半導体チップ2は接着材7を介してダイパッド6上に接着固定される。
半導体チップの搭載順序としては、例えば、半導体チップ2を先に搭載し、その後、半導体チップ1を搭載する。ただし、変形例としては、相対的に厚さが薄い半導体チップ1を先に搭載した後、半導体チップ2を搭載することもできる。この場合、半導体チップ2を搭載する際に、既に搭載された半導体チップ1に搭載用の治具が接触し難い点で好ましい。
また、本工程では、図10に示すように、半導体チップ2の表面2aの周縁部を構成する四辺のうちの辺2c1と、半導体チップ1の表面1aの周縁部を構成する四辺のうちの辺1c1とが、互いに隣り合うように搭載する。これにより、チップ間接続用のパッド1pccとパッド2pccの距離を近づけることができる。
なお、本実施の形態では、接着材7に、熱硬化性樹脂からなるペースト材を用いる実施態様について説明したが、種々の変形例を適用することができる。例えば、ペースト材ではなく、両面に接着層を備えるテープ材(フィルム材)である接着材を、予め半導体チップ1の裏面1b、および半導体チップ2の裏面2bに貼り付けておき、テープ材を介して半導体チップ1、2をダイパッド6上に搭載しても良い。
4.ワイヤボンディング工程;
次に、図7に示すワイヤボンディング工程として、図12に示すように、半導体チップ1のパッド1pclとリード3とを、ワイヤ(導電性部材)5clを介して、それぞれ電気的に接続する。また、半導体チップ2のパッド2pclとリード3とを、ワイヤ5clを介して電気的に接続する。また、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccと半導体チップ2のチップ間接続用のパッド2pccとを、ワイヤ5ccを介して電気的に接続する。図12は、図10に示す半導体チップと図8に示す複数のリード、および図10に示す複数の半導体チップ間を電気的に接続した状態を示す拡大平面図である。また、図13は、図12に示す複数の半導体チップ間、および半導体チップとリードの間の電気的接続状態を示す拡大断面図である。
本工程では、例えば、図13に示すように、ダイパッド6上に半導体チップ1および半導体チップ2が搭載されたリードフレームLFを、ヒートステージ(リードフレーム加熱台)HS上に配置する。そして、半導体チップ1のパッド1pdとリード3、半導体チップ2のパッド2pdとリード3、および半導体チップ1のパッド1pccと半導体チップ2のパッド2pccを、それぞれワイヤ5を介して電気的に接続する。
ワイヤ5の接続方法は、は、例えばキャピラリCPを介してワイヤ5を供給し、超音波と熱圧着を併用してワイヤ5を接合する、所謂、ネイルヘッドボンディング方式を適用することができる。
また、半導体チップ1、2のパッド1pcl、2pclとリード3とを、それぞれ電気的に接続する時には、ワイヤ5clの一方の端部を、先にパッド1pcl、またはパッド2pclに接合する。そして、キャピラリCPからワイヤ5を繰り出しながらワイヤ5をリード3の接続部(ボンディング部)に向かって移動させてワイヤ5のループ形状を形成する。次に、リード3のインナ部3aにワイヤ5clの他方を接合した後、ワイヤ5を切断することにより、パッド1pcl、2pclとリード3とが電気的に接続される。つまり、本実施の形態では、ワイヤ5clを、半導体チップ1、2のパッド1pcl、2pclに先に接合する、所謂、正ボンディング方式で接続する。
また、リード3の一部(インナ部3aの先端に配置されたボンディング部)には、例えば、銀(Ag)、あるいは金(Au)からなるめっき膜(図示は省略)が形成されており、ワイヤ5の一部は、このめっき膜を介してリード3と電気的に接続されている。また、ワイヤ5は金属からなり、本実施の形態では、例えば金(Au)からなる。
また、半導体チップ1のパッド1pccと半導体チップ2のパッド2pccとを電気的に接続する時は、ワイヤ5ccの一方の端部を、相対的に厚さが大きい半導体チップ2のパッド2pccに先に接続する。そして、キャピラリCPからワイヤ5を繰り出しながらワイヤ5を半導体チップ1のパッド1pcc(詳しくは突起電極1bp)に向かって移動させてワイヤ5のループ形状を形成する。次に、パッド1pccに予め形成された突起電極1bpにワイヤ5ccの他方を接合した後、ワイヤ5を切断することにより、パッド1pccとパッド2pccとが電気的に接続される。つまり、本実施の形態では、相対的に厚さが小さい半導体チップ1のパッド1pccが第2ボンド側になっている。
ここで、本実施の形態では、図10に示すように、第2ボンド側になるパッド1pccの位置を、表面1aの周縁部から遠ざけるように配置している。言い換えれば、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ2のチップ間接続用のパッド2pccから辺2c1までの距離D2よりも大きくなっている。
これにより、図6に示すように半導体チップ1の表面1aの周縁部において、金属パターンMPTからワイヤ5ccまでの高低差HT1を大きくすることができる。この結果、ワイヤ5ccと半導体チップ1の金属パターンMPTとの接触を抑制できる。また、半導体チップ1のパッド1pcc以外のパッド、すなわち、半導体チップ1のパッド1pcl、半導体チップ2のパッド2pccおよびパッド2pclは、それぞれ第1ボンド側になる。したがって、表面1aまたは表面2aの周縁部において、金属パターンMPT(図6参照)との接触をワイヤ5clのループ形状により抑制することができる。
また、図13に示すように、チップ間接続用のパッド1pccには突起電極1bpが予め形成され、ワイヤ5ccの一方の端部は、突起電極1bpに接合されている。このため、ワイヤ5ccをパッド1pccに直接接合する場合と比較して、圧着時に印加される応力を低減できる。したがって、パッド1pccの下層に配置される回路素子の破損を抑制することができる。
5.封止工程;
次に、図7に示す封止工程として、図14に示すように、封止体4を形成し、図13に示すダイパッド6、半導体チップ1、半導体チップ2、複数のワイヤ5、および複数のリードのインナ部3aを樹脂で封止する。図14は、図12に示す複数の半導体チップを樹脂で封止した時の実装面側の状態を示す拡大平面図である。また、図15は、図7に示す封止工程において、成形金型内にリードフレームを配置した状態を示す断面図である。
本工程では、図14に示すように、各デバイス形成部LFaに設けられた複数のリード3のアウタ部3bがそれぞれ露出するように、封止体4を形成する。また、本実施の形態では、デバイス形成部LFaに設けられたダイパッド6の下面6bがそれぞれ露出するように、封止体4を形成する。本工程では、例えば、図15に示す成形金型50でリードフレームLFを挟んだ状態で、成形金型50内に軟化した樹脂を圧入した後、硬化させる、所謂トランスファモールド方式により封止体4を形成する。
成形金型50は、リードフレームLFの上側に配置する上型(金型)51と、リードフレームLFの下側に配置する下型(金型)52とを備える。上型51は、リードフレームLFを押さえるクランプ面(金型面、押し付け面、面)51aと、クランプ面51aの内側に形成されたキャビティ(窪み部)51bを備える。また、下型52は、クランプ面51aと対向するように配置されてリードフレームLFを押さえるクランプ面(金型面、押し付け面、面)52aと、クランプ面52aの内側に形成されたキャビティ(窪み部)52bを備える。
封止工程では、キャビティ51bおよびキャビティ52bを組み合わせて形成される空間に封止用の樹脂を圧入し、ダイパッド6、半導体チップ1、半導体チップ2、複数のワイヤ5、および複数のリードのインナ部3aを樹脂で封止する。そして、キャビティ51b、52bに供給した樹脂を熱硬化させることで封止体4を形成する。
また、本工程では、ダイパッド6の下面6bを、キャビティ52bの底面に接触させた状態で樹脂を供給する。あるいは、本実施の形態の変形例として、キャビティ52bに樹脂製のフィルム材を配置する時は、フィルム材とダイパッド6の下面6bとを接触させる。このように、ダイパッド6の下面6bを成型用の治具(下型52やフィルム材)に接触させた状態で樹脂を供給することにより、ダイパッド6のチップ搭載面とは反対側の面である下面6bが露出するように、封止体4を形成することができる。
また、本実施の形態では、上記したように、半導体チップ1の表面1aの高さは、リード3のインナ部3aの上面3tとダイパッド6の上面6aの間に位置している。また、半導体チップ2の表面2aの高さは、リード3のインナ部3aの上面3tとダイパッド6の上面6aの間に位置している。このため、図示しない比較例として半導体チップの上面が、リードのインナ部の上面よりも高くなっている場合と比較して、半導体チップ1の表面1a上、および半導体チップ2の表面2a上、すなわち、ワイヤ5による接続部分に供給される樹脂量が多くなっている。そして、封止工程において、樹脂の供給量が多くなると、樹脂の供給圧力によりワイヤ5のループ形状が変形しやすくなる。
上記したように、半導体チップ間を接続するワイヤ5ccの第2ボンド側では、ワイヤ5ccと半導体チップ1の表面1aとの距離が第1ボンド側よりも近い。このため、表面1aの周縁部に金属パターンMPT(図11参照)が形成されている場合、樹脂の供給圧力でワイヤ5ccが変形すると、金属パターンMPTとワイヤ5ccが接触する可能性がある。
ここで、本実施の形態では、封止工程において、金属パターンMPTと接触する可能性が最も大きい部分において、ワイヤ5ccと表面1aの高低差が大きくなるように、パッド1pccの位置を、表面1aの周縁部から遠ざけるように配置している。すなわち、図10に示すように、半導体チップ1の表面1a側に配置される複数のパッド1pdのうち表面1aの辺1c1に沿って配置される、チップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1が大きくなるようにしている。
一方、半導体チップ2の表面2aは、図13に示すようにパッド2pccとの接続部分から上方にワイヤ5ccを延ばすようにワイヤ5ccのループ形状を形成することで、半導体チップ2の周縁部と、ワイヤ5ccの高低差を容易に調整することができる。したがって半導体チップ2の複数のパッド2pdのうち、ワイヤ5ccが接続されるパッド2pccは、他のパッド2pclと同様に、表面2aの周縁部側に寄せて配置されている。
この結果、図10に示すように、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ2の表面2a側に配置される複数のパッド2pdのうち表面2aの辺2c1に沿って配置される、チップ間接続用のパッド2pccから辺2c1までの距離D2よりも大きくなっている。
また、半導体チップ1の表面1aに形成された複数のパッド1pd同士で比較すると、以下である。すなわち、半導体チップ1のチップ間接続用のパッド1pccから辺1c1までの距離D1は、半導体チップ1の表面1a側に配置される複数のパッド1pdのうち表面1aの辺1c2に沿って配置される、リード接続用のパッド1pclから辺1c2までの距離D3よりも大きくなっている。半導体チップ1の表面1a側に配置される複数のパッド1pdのうち表面1aの辺1c2に沿って配置される、リード接続用のパッド1pclは、図13に示すように、ワイヤ5clの第1ボンド側になっている。このため、パッド1pclにおけるワイヤ5clとの接続部分から上方にワイヤ5clを延ばすようにワイヤ5clのループ形状を形成することで、半導体チップ1の周縁部と、ワイヤ5ccの高低差を容易に調整することができる。したがって、仮に、辺1c2(図10参照)に金属パターンMPT(図11参照)が形成されていた場合でも、ワイヤ5clと金属パターンMPTとが接触することを抑制できる。
6.めっき工程;
次に、図7に示すめっき工程として、図16に示すように、複数のリード3の封止体4からの露出面に金属膜SDを形成する。図16は、図14に示すリードフレームの樹脂からの露出面に金属膜を形成した状態を示す拡大断面図である。
本工程では、樹脂から露出した金属部材の表面に、例えば、電解めっき法により半田からなる金属膜SDを形成する。本実施の形態の金属膜SDは、鉛(Pb)を実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなり、例えば錫(Sn)のみ、錫−ビスマス(Sn−Bi)、または錫−銅−銀(Sn−Cu−Ag)などである。
電解めっき法により金属膜SDを形成する場合、樹脂から露出した金属部材の表面に金属膜SDが形成される。したがって、本実施の形態では、封止体4の外側に露出するリード3のアウタ部3bの上面および下面を覆うように、金属膜SDが形成される。また、本実施の形態ではダイパッド6の下面6bが封止体4の下面4bにおいて、封止体4から露出している。したがって、電解めっき法により金属膜SDを形成する場合、ダイパッド6の下面6bを覆うように金属膜SDが形成される。金属膜SDの膜厚は、製品仕様に応じて変更することができるが、例えば、10μm〜20μm程度の厚さを有する膜を形成する。
7.リード成形工程;
次に、図7に示すリード成形工程では、図17に示すように、複数のリード3のそれぞれを切断し、図2に示すような曲げ加工を施す。図17は、図14に示す複数のリードの露出面に金属膜を形成し、それぞれ切断した後、成形した状態を示す拡大平面図である。
本工程では、複数のリード3を連結しているタイバーTBを切断する。また、複数のリード3のそれぞれを枠部LFbから切り離す。これにより、複数のリード3は、それぞれが分離した独立部材になる。また、複数のリード3が切り離された後は、封止体4および複数のリード3は、吊りリード8を介して枠部LFbに支持された状態になる。
複数のリード3やタイバーTBは、例えば、図示しない切断金型を用いて、プレス加工により切断することができる。また、切断後の複数のリード3は、例えば、図示しない成形金型を用いたプレス加工で曲げ加工を施すことにより、例えば図2に示すように成形することができる。本工程では、リード3のアウタ部3bが実装面に向かって延びるように曲げ加工を施している。図2に示す例では、封止体4の下面4b側が実装面になっているので、封止体4の上面4aから下面4bに向かう方向に複数のリード3のそれぞれに、曲げ加工を施す。
8.個片化工程;
次に、図7に示す個片化工程では、図18に示すように、複数の吊りリード8をそれぞれ切断して、複数のデバイス形成部LFaのそれぞれにおいて半導体パッケージを分離する。図18は、図17に示す吊りリードを切断して、デバイス形成部毎に個片化した状態を示す拡大平面図である。
本工程では複数の吊りリード8、および封止体4の角部に残った樹脂を切断して、半導体装置(検査体10t)を取得する。切断方法は、例えば、上記リード成形工程と同様に、図示しない切断金型を用いて、プレス加工により切断することができる。なお、詳しくは、本工程の後、外観検査、電気的試験など、必要な検査、試験を行い、合格したものが、図1〜図6を用いて説明した、完成品の半導体装置10となる。そして、半導体装置10は出荷され、あるいは図示しない実装基板に実装される。
<変形例>
以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
(変形例1)
例えば、上記実施の形態では、図2に示すように、封止体4の下面4b側が実装面となっており、ダイパッド6の下面6bが実装面側において露出した実施態様について説明した。しかし、図19に示す変形例の半導体装置10Aのように、ダイパッド6が、実装面とは反対側の面において露出する構造としても良い。図19は、図2に対する変形例である半導体装置を示す断面図である。図19に示す半導体装置10Aは、上記した図7に示すリード成形工程において、封止体4の下面4bから上面4aに向かう方向に複数のリード3のそれぞれに、曲げ加工を施すことにより形成される。
半導体装置10Aの場合、リード3のアウタ部3bの曲げ加工の方向以外は、上記実施の形態で説明した半導体装置10の上下を反転させた構造になっている。このため、半導体装置10Aの実装面が下に向くように配置すると、半導体チップ1の表面1aおよび半導体チップ2の表面2aは、それぞれリード3の上面3tよりも上方に位置している。
(変形例2)
また例えば、上記実施の形態では、図8に示すダイパッド6のチップ搭載面において、チップ搭載領域6cb1およびチップ搭載領域6cb2の周囲は、平坦になっている実施態様について説明した。しかし、図20に示す変形例のように、チップ搭載領域6cb1およびチップ搭載領域6cb2の周囲に、複数の窪み部6dpを形成することができる。図20は、図8に示すダイパッドの変形例を示す拡大平面図である。また、図21は、図20に示す窪み部の周辺の拡大断面図である。
図20や図21に示す複数の窪み部6dpをチップ搭載領域6cb1、6cb2の周囲に配置することで、ダイパッド6と封止体4(図2参照)の接触を増大させることができる。これにより、ダイパッド6と封止体4密着強度を向上させて、剥離の進展を抑制することができる。
(変形例3)
また例えば、上記変形例2とは別の変形例として、図22および図23に示すように、ダイパッド6の周縁部に、封止体4に封止される突出部材6fnを取り付けることもできる。図22は、図8に示すダイパッドの他の変形例を示す拡大平面図である。また、図23は、図22に示す突出部材の周辺の拡大断面図である。
図22および図23に示す突出部材6fnは、例えばダイパッド6と一体に形成されており、ダイパッド6と突出部材6fnの境界には曲げ加工が施されている。これにより、図23に示すように、ダイパッド6の下面6bは、封止体4から露出しているが、突出部材6fnの下面6fnbは、封止体4に封止されている。
図22および図23に例示するような突出部材6fnを設けると、半導体装置10(図2参照)を実装した後、温度サイクル負荷が印加された時に、平面視において、パッケージ(封止体4の中央部)を基点として反り変形が生じ難くなる。したがって、封止体4の反り変形の影響により、図6に示すワイヤ5ccとパッド1pccとの接続部分の損傷を更に抑制できる。
(変形例4)
また例えば、上記実施の形態では、SiP型の半導体装置の例として、一方の半導体チップがメモリチップ、他方の半導体チップがコントローラチップの場合を取り上げて説明した。しかし、半導体チップ間を電気的に接続して構成されるシステムは上記の他、種々の変形例を適用できる。例えば、複数の制御回路を電的に接続してシステムを構成する場合、第1の半導体チップと第2の半導体チップ間をワイヤ5を介して電気的に接続し、第1の半導体チップに形成された第1の制御回路を、第2の半導体チップに形成された第2の制御回路により制御することもできる。
(変形例5)
さらに、上記実施の形態で説明した技術思想の要旨を逸脱しない範囲内において、変形例同士を組み合わせて適用することができる。
1、2 半導体チップ
1a、2a 表面(主面、上面)
1b、2b 裏面
1bp 突起電極
1c1、1c2、2c1、2c2 辺(側面)
1pcc、2pcc パッド(チップ間接続用パッド)
1pcl、2pcl パッド(リード接続用パッド)
1pd、2pd パッド(ボンディングパッド)
3 リード
3a インナ部
3b アウタ部
3t 上面
4 封止体(樹脂体)
4a 上面
4b 下面(裏面、実装面)
4c 側面
4d 角部
5 ワイヤ(導電性部材)
5cc ワイヤ(チップ間接続用ワイヤ)
5cl ワイヤ(リード接続用ワイヤ)
6 ダイパッド(チップ搭載部)
6a 上面
6b 下面
6cb1、6cb2 チップ搭載領域
6dp 窪み部
6fn 突出部材
6fnb 下面
7 接着材(ダイボンド材)
8 吊りリード
8a、8a1、8a2 オフセット部
10、10A 半導体装置
10t 検査体
50 成形金型
51 上型(金型)
51a、52a クランプ面(金型面、押し付け面、面)
51b、52b キャビティ(窪み部)
52 下型(金型)
D1、D2、D3 距離
HS ヒートステージ(リードフレーム加熱台)
HT1 高低差
LF リードフレーム(基材)
LFa デバイス形成部
LFb 枠部
MPT 金属パターン
S1、S2、S3、S4 辺(主辺)
SD 金属膜(外装めっき膜)
TB タイバー
Wd 幅
WH ウエハ(半導体ウエハ)
WHc チップ領域
WHd スクライブ領域
WHm 金属パターン

Claims (17)

  1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
    (a)ダイパッド、前記ダイパッドを支持する複数の吊りリードおよび平面視において前記ダイパッドの周囲に配置された複数のリードを備えたリードフレームと、
    第1主面、前記第1主面の各辺に沿って前記第1主面上に形成された複数の第1パッドおよび前記第1主面とは反対側の第1裏面を有する第1半導体チップと、
    第2主面、前記第2主面の各辺に沿って前記第2主面上に形成された複数の第2パッドおよび前記第2主面とは反対側の第2裏面を有する第2半導体チップと、
    をそれぞれ準備する工程;
    (b)前記(a)工程の後、前記ダイパッドのチップ搭載面における第1チップ搭載領域に前記第1半導体チップを搭載し、
    前記ダイパッドのチップ搭載面において前記第1チップ搭載領域の隣に位置する第2チップ搭載領域に前記第2半導体チップを搭載する工程;
    (c)前記(b)工程の後、前記第1半導体チップの前記複数の第1パッドのうちの複数のリード接続用パッドと前記複数のリードのうちの第1リード群とを複数のワイヤを介して、
    前記第2半導体チップの前記複数の第2パッドのうちの複数のリード接続用パッドと前記複数のリードのうちの第2リード群とを複数の第2ワイヤを介して、
    前記第1半導体チップの前記複数の第1パッドのうちの複数のチップ間接続用パッドと前記第2半導体チップの前記複数の第2パッドのうちの複数のチップ間接続用パッドとを複数の第3ワイヤを介して、
    それぞれ電気的に接続する工程;
    (d)前記ダイパッドの前記チップ搭載面とは反対側の面および前記複数のリードのそれぞれの一部が露出するように、前記ダイパッド、前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記複数の第1ワイヤ、前記複数の第2ワイヤおよび前記複数の第3ワイヤを樹脂で封止する工程;
    ここで、
    前記(b)工程では、前記第1主面の第1辺と前記第2主面の第1辺とが互いに隣り合うように、前記第1半導体チップおよび第2半導体チップを搭載し、
    前記(c)工程では、前記第2半導体チップに前記複数の第3ワイヤのそれぞれの一部を電気的に接続した後、前記第1半導体チップに前記複数の第3ワイヤのそれぞれの他部を電気的に接続し、
    前記第1半導体チップの第1辺に沿って形成された前記第1半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第1半導体チップの第1辺までの距離は、前記第2半導体チップの第1辺に沿って形成された前記第2半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第2半導体チップの第1辺までの距離よりも大きく、
    前記リードフレームの厚さ方向において、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップの前記第1主面および前記第2主面は、前記複数のリードのそれぞれと前記ダイパッドの間に位置する。
  2. 請求項1において、
    前記第1半導体チップの厚さは、前記第2半導体チップの厚さよりも薄い、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2において、
    前記(a)工程で準備する前記第1半導体チップの前記第1主面の周縁部には、金属パターンが形成されている、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3において、
    前記(d)工程では、成形金型が有するキャビティ内に、前記第1半導体チップ、第2半導体チップ、前記ダイパッド、前記複数の第1ワイヤ、前記複数の第2ワイヤ、前記複数の第3ワイヤ、および前記複数のリードそれぞれの一部を配置した状態で、前記キャビティ内に樹脂を圧入して封止体を形成する、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1において、
    前記(a)工程では、前記複数のチップ間接続用パッドのそれぞれに、突起電極が予め形成された前記第1半導体チップを準備する、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1において、
    前記(a)工程で準備する前記第1半導体チップには、前記第1主面の第2辺に沿って、前記第1半導体チップの複数のリード接続用パッドの一部が配置されており、
    前記第1半導体チップの前記第2辺に沿って配置される前記第1半導体チップの複数のリード接続用パッドから前記第1半導体チップの前記第2辺までの距離は、前記第1半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第1半導体チップの第1辺までの距離よりも小さい、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1において、
    前記(a)工程で準備する前記リードフレームの前記複数の吊りリードのそれぞれには、第1折り曲げ加工部と、第2折り曲げ加工部と、が形成されている、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1において、
    前記(a)工程で準備する前記リードフレームの前記ダイパッドには、前記第1チップ搭載領域および前記第2チップ搭載領域の周囲に、複数の窪み部が形成されている、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項3において、
    前記(a)工程で準備する前記第2半導体チップの前記第2主面の周縁部には、金属パターンが形成されている、半導体装置の製造方法。
  10. ダイパッドと、
    前記ダイパッドに接続される複数の吊りリードと、
    平面視において前記ダイパッドの周囲に配置されている複数のリードと、
    第1主面、前記第1主面の各辺に沿って前記第1主面上に形成された複数の第1パッドおよび前記第1主面とは反対側の第1裏面を有し、前記ダイパッドのチップ搭載面の第1チップ搭載領域に搭載されている第1半導体チップと、
    第2主面、前記第2主面の各辺に沿って前記第2主面上に形成された複数の第2パッドおよび前記第2主面とは反対側の第2裏面を有し、前記ダイパッドの前記チップ搭載面の第2チップ搭載領域に搭載されている第2半導体チップと、
    前記第1半導体チップの前記複数の第1パッドのうちの複数のリード接続用パッドと前記複数のリードのうちの第1リード群とに接続されている複数の第1ワイヤと、
    前記第2半導体チップの前記複数の第2パッドのうちの複数のリード接続用パッドと前記複数のリードのうちの第2リード群とに接続されている複数の第2ワイヤと、
    前記第1半導体チップの前記複数の第1パッドのうちの複数のチップ間接続用パッドと前記第2半導体チップの前記複数の第2パッドのうちの複数のチップ間接続用パッドとに電気的に接続されている複数の第3ワイヤと、
    前記ダイパッドの前記チップ搭載面とは反対側の面および前記複数のリードのそれぞれの一部が露出するように、前記ダイパッド、前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記複数の第1ワイヤ、前記複数の第2ワイヤ、および前記複数の第3ワイヤを封止する封止体と、
    を有し、
    前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップは、前記第1主面の第1辺と前記第2主面の第1辺とが互いに隣り合うように、前記ダイパッドに搭載されており、
    前記第1半導体チップの第1辺に沿って形成された前記第1半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第1半導体チップの第1辺までの距離は、前記第2半導体チップの第1辺に沿って形成された前記第2半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第2半導体チップの第1辺までの距離よりも大きく、
    前記封止体の厚さ方向において、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップの前記第1主面および前記第2主面は、前記複数のリードのそれぞれと前記ダイパッドの間に位置する、半導体装置。
  11. 請求項10において、
    前記第1半導体チップの厚さは、前記第2半導体チップの厚さよりも薄い、半導体装置。
  12. 請求項11において、
    前記第1半導体チップの前記第1主面の周縁部には、金属パターンが形成されている、半導体装置。
  13. 請求項10において、
    前記第1半導体チップの複数のチップ間接続用パッドのそれぞれには、突起電極が形成され、前記複数の第3ワイヤのそれぞれは、一方の端部が前記突起電極に接合されている、半導体装置。
  14. 請求項10において、
    前記第1半導体チップには、前記第1主面の第2辺に沿って、前記第1半導体チップの複数のリード接続用パッドの一部が配置されており、
    前記第1半導体チップの前記第2辺に沿って配置される前記第1半導体チップの複数のリード接続用パッドから前記第1半導体チップの前記第2辺までの距離は、前記第1半導体チップの複数のチップ間接続用パッドから前記第1半導体チップの第1辺までの距離よりも小さい、半導体装置。
  15. 請求項10において、
    前記複数の吊りリードのそれぞれには、第1折り曲げ加工部と、第2折り曲げ加工部と、が形成されている、半導体装置。
  16. 請求項10において、
    前記ダイパッドには、前記第1チップ搭載領域および前記第2チップ搭載領域の周囲に、複数の窪み部が形成されている、半導体装置。
  17. 請求項12において、
    前記第2半導体チップの前記第2主面の周縁部には、金属パターンが形成されている、半導体装置。
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