專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有凸出電極的半導體裝置的連接構(gòu)造。
以前，在用TAB(Tape Automated Bondling，帶式自動壓焊)技術(shù)所裝配的半導體器件上邊，通常在電極焊盤上形成有突起狀的金屬電極(以下我們稱之為凸出電極)。我們參照

圖10—圖12來說明現(xiàn)有的半導體裝置。圖10是具有凸出電極的半導體裝置的剖面圖，圖11是其凸出電極的平面圖，圖12是已把內(nèi)引線連接到凸出電極上邊的半導體裝置的剖面圖。在硅等等的半導體基板1上邊已形成了集成電路，該集成電路電連到由形成于半導體基板1的表面上的鋁之類的金屬形成的電極焊盤2上。在含有電極焊盤2的半導體基板1的整個面上形成有氮化硅等等的鈍化膜。并在指定的地方設有鈍化開口部分9以露出電極焊盤2。通常鈍化開口部分指的是以電極焊盤上的不存在鈍化膜的區(qū)域為底、高度與鈍化膜的膜厚相等的四方柱狀的空間。
在鈍化開口部分9的上邊將淀積凸出電極5。通常凸出電極5的中心A被配置為和鈍化開口部分9的中心B一致。此外，在已經(jīng)露出了電極焊盤2的區(qū)域和鈍化膜3的鈍化開口部分周邊的區(qū)域上形成了壁壘金屬層4以使接觸電阻穩(wěn)定。壁壘金屬層通常由2層或2層以上的金屬薄膜構(gòu)成。在本例中，壁壘金屬層4由第1壁壘金屬層41，第2壁壘金屬層42和第3壁壘金屬層43這三層淀積膜構(gòu)成。第1壁壘金屬層41為Ti、第2壁壘金屬42為Ni、第3壁壘金屬層為Pd。在第3壁壘金屬層43上邊形成凸出電極5。
這樣一來，電極焊盤2就與第1壁金屬層41接觸。在用TAB帶實裝的半導體裝置的情況下，金(Au)被用作凸出電極的材料。含于TAB帶中的TAB引線的內(nèi)引線與此凸出電極相連(ILB(InnerLesd Bonding，內(nèi)(側(cè))引線壓焊)。在該內(nèi)引線8的表面上已形成了鍍錫層7。通過使用內(nèi)引線8與Au凸出電極接觸并加壓加熱的辦法，內(nèi)引線8和凸出電極5將結(jié)合在一起。在這種情況下，將形成因Au與鍍層的Sn產(chǎn)生共晶反應而形成的Au-Sn合金、Au-Cu合金、Au-Cu-Sn合金等等的合金b(圖12)。由于這種合金的存在才得以確保內(nèi)引線8與凸出電極5之間的結(jié)合強度。
因凸出電極5和內(nèi)引線8的結(jié)合而產(chǎn)生的Au-Sn等的的合金多形成于遠離凸出電極5的半導體基板中心的部位上。這是因為在內(nèi)引線8與凸出電極5沒有接觸的部分(極端地說來，還包括外(側(cè))引線)的Sn溶解并與Au反應的緣故。在把內(nèi)引線8連接到凸出電極5上的情況下，內(nèi)引線8的頂端朝著半導體基板1的基板中心的方向，連到外引線去的另外一頭，被配置為從與半導體基板的中心相反的一邊導出。所謂凸出電極5距離半導體基板中心遠的部位，指的是導出內(nèi)引線的半導體基板1這一邊的部位。
此外，如圖12那樣，在內(nèi)引線8的頂端越過凸出電極5延長到其外側(cè)的情況下，在凸出電極5離半導體基板中心最近的位置上也形成了許多Au-Sn等的合金。
但是，這種合金的量比上述離半導體基板中心遠的地方所形成的合金的量要少。合金的析出量，就像這樣地因凸出電極的位置而異。首先，從配置在內(nèi)引線的連接外引線一端方向上的凸出電極5的一邊到鈍化開口部分9的最近的一邊之間(凸出電極距半導體基板中心遠的部分)的合金6的析出量最多，而從相鄰的鈍化開口部分9的這一邊附近到凸出電極5離半導體基板中心近的一邊的近倍之間的合金6的析出量最少，凸出電極5離半導體基板近的上述一邊的部分(凸出電極最靠近半導體基板中心的部分)的合金的析出量居中。例如，在圖12中，當凸出電極5的高度h為16μm的時候，在凸出電極5最靠近基板中心的位置上的Au-Sn合金的厚度α為5μm，凸出電極的中心附近處的Au-Sn合金的厚度b為3μm。凸出電極5最靠近基板中心位置處的合金厚度之所以比凸出電極的中心附近的合金厚度厚，是由于在內(nèi)引8的前端位于凸出電極5的外側(cè)時，沒有接觸到凸出電極5的部分的內(nèi)引線8上的鍍錫(Sn)也溶解并和凸出電極5進行反應的緣故。
此外，在凸出電極5距基板中心最遠的位置上，Au-Sn合金的厚度可達到壁壘金屬層4的厚度、Au-Sn合金的頂端部分與凸出電極邊沿的距離C為14μm，Au-Sn合金的頂端部分一直達到鈍化開口部分9的里邊。
隨著半導體裝置的小型化，凸出電極5也不斷地微細化，而高度也不斷地降低。在這種情況下，如圖12的例子那樣，Au-Sn合金6有時候可以達到鈍化開口部分9。在凸出電極5和電極焊盤2之間形成有壁壘金屬層4。壁壘金屬層用于阻止Au和電極焊盤2的Al進行反應，至于阻止Al和Sn的反應的作用尚未考慮。當Sn達到鈍化開口部分9時，就存在著與壁壘金屬層4反應形成合金，從而產(chǎn)生使凸出電極5的粘著強度下降和電性不良的可能性。
為了防止這種情況的出現(xiàn)，人們想出了使凸出電極5增高的辦法。但是，由于凸出電極5通常用鍍膜法形成。故比如說當把凸出電極5增高到超過20μm的高度時，形成凸出電極5所要的時間就要增加，吞吐率就要減少。此外，有人也考慮過把鈍化開口部分9作成比以前小的方案，但由于用這種方法將會增加電阻故不是一個好辦法。
本發(fā)明就是根據(jù)這樣的情況而形成的，其目的是提供一種半導體裝置。該裝置有著構(gòu)造新穎的凸出電極內(nèi)引線表面的鍍Sn層與凸出電極反應所形成的Au-Sn合金不會達到鈍化開口部分9。
為了解決以上的課題，在本發(fā)明把鈍化開口部分中心配置為比凸出電極中心還靠近半導體基板中心的位置上。即該鈍化開口部分中心被配置為比凸出電極中心更遠離外引線，更靠近內(nèi)引線頂端的位置上。這是本發(fā)明的特征。
即本發(fā)明的半導體裝置的特征是它具備有已形成了半導體器件的半導體基板；形成于上述半導體基板上并與上述半導體器件電連的電極焊盤。在含有上述半導體器件和上述電極焊盤的半導體基板上形成，并具有使上述電極焊盤的指定部位露出來的開口部分的鈍化膜；在上述電極焊盤、上述開口部人周邊的上述鈍化膜和上述開口部分側(cè)壁上形成的壁壘金屬層；在上述壁壘金屬層上形成的凸出電極和一頭與外引線連成整體，另一頭連接到上述凸出電極上的內(nèi)引線。上述內(nèi)引線被配置為其頂端從靠近上述半導體基板的指定一邊的凸出電極一邊指向與該邊相對的另一邊，上述開口部人的中心也比上述凸出電極的中心更靠近與上述電極的上述一邊相對的另一邊。
上述內(nèi)引線表面上也可形成鍍Sn層，前述凸出電極也可使用Au。也可以使上述凸出電極的高度低于20μm。也可以把從靠近半導體基板的指定一邊的凸出電極的邊沿到最靠近該凸出電極的上述邊沿的上述開口部分的邊沿之間的距離做成大于14μm。也可以用上述內(nèi)引線與上述凸出電極的結(jié)合形成Au-Sn等等的合金并使該合金不接觸上述開口部分的底面。
通過把鈍化開口部分的中心配置的比凸出電極中心還靠近半導體基板中心的位置，就可以防止因內(nèi)引線的鍍Sn層與凸出電極的金屬發(fā)生反應所生成的Au-Sn等的合金達到鈍化開口部分而無需改變凸出電極的高度和鈍化開口部分的大小。
下面對附圖進行簡單說明。
圖1是本發(fā)明實施例的半導體裝置的剖面圖；圖2是圖1的凸出電極部分的平面圖。
圖3是本發(fā)明實施例的半導體裝置的剖面圖。
圖4是本發(fā)明實施例的TAB帶的平面圖。
圖5是本發(fā)明實施例的剖面圖。
圖6是本發(fā)明實施例的凸出電極部分的半導體基板的平面圖。
圖7是本發(fā)明實施例的凸出電極部分的半導體基板的平面圖。
圖8是示出圖6的凸出電極及其近倍的半導體基板的正面和側(cè)面剖面圖。
圖9是圖6所示的凸出電極及結(jié)合于其上邊的內(nèi)引線頂端的平面圖。
圖10是(采用)現(xiàn)有技術(shù)的半導體裝置的剖面圖。
圖11是現(xiàn)有技術(shù)的半導體裝置的剖面圖。
圖12是現(xiàn)有技術(shù)的半導體裝置的剖面圖。
實施例我們參照圖1—圖3來說明本發(fā)明的實施例。圖1是具有凸出電極的半導體裝置的剖面圖。圖2是其凸出電極的平面圖。圖3是已把內(nèi)引線連到凸出電極上的狀態(tài)的半導體裝置的剖面圖。
如圖1所示，比如說，在由硅半導體構(gòu)成的半導體基板1上邊已經(jīng)形成了集成電路等的半導體器件，且該半導體器件已電連到在半導體基板1的表面上形成的Al等金屬的電極焊盤2上。沿著半導體基板1表面的邊沿上設置有多個電極焊盤2，且都離開半導體基板的中心部分。雖然電極焊盤沿著半導體基板的指定的邊沿排列，但不需整列，某一焊盤也可進入多少靠近半導體基板上的中心的內(nèi)部。示于圖1的半導體基板1的左側(cè)是指定的一邊，右側(cè)有半導體基板的中心。在含有電極焊盤2的半導體基板1整個面上形成了氮化硅等的鈍化膜3。鈍化膜3的材料也可以使用氧化硅，聚酰亞胺，PSG等等。
接著，在鈍化膜3的指定的地方處設置可使電極焊盤2露出來的鈍化開口部分9，并使電極焊盤2的表面部分地從此開口部分9露出來。此外，為了使接觸電阻穩(wěn)定，在電極焊盤2已經(jīng)露出來的區(qū)域和鈍化膜3的鈍化開口9周邊的區(qū)域上形成了壁壘金屬層4。壁壘金屬通常由2層或者2層以上的金屬薄膜構(gòu)成。在本實施例中，壁壘金屬層4由第1壁壘金屬層41、第2壁壘層42和第3壁壘層43的淀積膜構(gòu)成。第1壁壘金屬膜層41例如為Ti，第2壁壘金屬膜層42，比如說為Ni，第3壁壘金屬膜層43比如說為Pd，在第3壁壘金屬膜43的上邊形成有凸出電極5。而且，第1壁壘金屬層41與電極焊盤2接觸。連接TAB帶的引線的凸出電極通常以金用作材料。另外，把Cu或Cu合金用作TAB帶的材料。
在這里，鈍化開口部分指的是以電極焊盤上不存在鈍化膜的區(qū)域為底面，高度與鈍化膜的厚度相等的方柱形的空間。而且凸出電極被形成為可配置于該鈍化開口部分的上邊的任意位置。以前把鈍化開口部分9的中心B和凸出電極的中心A設置于幾乎是同一位置上。
但如圖2所示，在本發(fā)明中，鈍化開口部分9從凸出電極5的中心偏離到靠近半導體基板1的基板中心而形成。即在內(nèi)引線8已連接到凸出電極上去的情況下，鈍化開口部分9被配置在凸出電極5的邊沿之中偏向半導體基板1的基板中心的一邊。即，比起凸出電極5的中心來，鈍化開口部分9的中心B更靠近半導體基板1的基板中心。從凸出電極5離鈍化開口部分9最遠的邊到該開口部分9的最近一邊之間的距離d大于14μm。該距離d若處于這一范圍的話，則Au-Sn等的合金6不會進入該鈍化開口部分9里去。減小了產(chǎn)生使凸出電極的粘著強度下降和電性不良的可能性。
內(nèi)引線8的頂端被配置于凸出電極5的邊中靠近半導體基板1的基板中心的邊的近倍。與此頂端相反的形成外引線的另一端則被配置于凸出電極5的半導體基板上指定一邊的近傍。另一方面，在凸出電極5的各邊之中，從最接近鈍化開口部分9的邊即靠近半導體基板1的基板中心的邊，到該開口部分9最近邊之間的距離l，此從凸出電極5的各邊之中離鈍化開口部分9最遠的邊，到該開口部分9最近邊之間的距離d小(l＜d)。本實施例中的凸出電極5的寬度W約40μm，長度L約70μm。而鈍化開口部分9的寬度W約20μm，長度l約50μm。內(nèi)引線8的寬度約20-30μm。
另外，如圖3所示，在用TAB帶裝配半導體裝置的時候，把Au用作凸出電極的材料，并使TAB帶的內(nèi)引線8連接到該凸出電極5上。首先，把TAB帶載于半導體基板1上并使內(nèi)引線8載置于凸出電極5上。連續(xù)地接于引線8上且被配置為露出到本半導體裝置的封裝之外的外引線(沒有畫出來)，被配置于凸出電極5遠離半導體基板1中心的一邊，即，接近半導體基板指定一邊的(圖的左側(cè)的邊的)外面，內(nèi)引線8的頂端，則從凸出電極5的靠近半導體基板1的中心的一邊(圖的右側(cè)的邊)向凸出電極之外突出出來。由于在此引線8的表面上形成有Sn的鍍層7，故當使內(nèi)引線8與Au凸出電極5相接觸并用熱壓焊使兩者結(jié)合時，凸出電極5的Au和鍍層的Sn就發(fā)生共晶反應而形成Au-Sn合金層6。正是由于此Au-Su等合金的存在下才得以確保內(nèi)引線8和凸出電極5的結(jié)合強度。
但是，當此Au-Sn等的合金層6進入鈍化開口部分9中去并達到其底面的時候，Sn就和壁壘金屬或電極焊盤2的Al起反應使凸出電極5的緊密結(jié)合變壞，或者使之產(chǎn)生電性不良。本發(fā)明的Au-Sn等的合金層6被形成為其量與現(xiàn)有技術(shù)例相同，但由于鈍化開口部分9被配置到凸出電極5的靠近半導體基板1中心的位置處，所以Au-Sn合金層6不會達到鈍化開口部分9。
其次，參照圖4-圖7來說明采用了本實施例所示的新構(gòu)造的凸出電極的半導體裝置。圖4是已裝上半導體基板(芯片)的TAB帶的平面圖。圖5是半導體裝置的剖面圖，是沿圖4的A-A′線部分的已封好了樹脂的狀態(tài)的剖面圖，圖6和圖7是圖4的B區(qū)域的擴大平面圖。
構(gòu)成這種TAB帶(膠片載體)20的基材的膠片11由絕緣材料形成，這些絕緣材料由具有可撓性的聚酰亞胺和聚酯等的塑料構(gòu)成。這種膠片11是一種帶狀材料，在其兩側(cè)的邊沿上，以一定的間隔形成有用于使膠片移動的傳遞導孔12。在膠片11的長軸方向的中央部分形成有用于載置半導體基板1的基板載置開口13。在此開口部13的各邊上隔指定的間隔彼此相對地形成了細長的臺形開口14。TAB帶20的引線配置在該中心部分的開口13及其周邊部分的臺形開口14之間的區(qū)域上，中心部分的引線是內(nèi)引線8，臺形開口14所支持的是外引線(管腿)10。引線通常是先把Cu或Cu合金等的金屬箔貼在膠片的整個面上，然后用光刻等使金屬箔圖形化而形成。引線上已施行了鍍Sn等處理。內(nèi)引線8連到在半導體基板1上形成的多個電極焊盤上邊形成的凸出電極5上。在本實施例中，引線從半導體基板1導出到4個方向，但也有把引線導向相對的兩個方向的類型。
在把半導體基板1裝到TAB帶20上并把內(nèi)引線8結(jié)合到已經(jīng)接至電極焊盤上的凸出電極5上之后，用環(huán)氧樹脂之類的樹脂密封體15把TAB帶20的指定的區(qū)域和半導體基板1封裝起來(參看圖5)。已被樹脂封好的TAB 20，切除引線和膠片的不要的部分。圖5是沿圖4的A-A′線部分的剖面圖，半導體基板1及其周邊區(qū)域用樹脂密封體15封裝了起來。用樹脂密封體15把半導體基板1，內(nèi)引線8、膠片11等密封起來，并使外引線10從樹脂密封體15中露出來。
圖6說明了凸出電極和內(nèi)引線的連接情況。在半導體基板1上沿著各邊形成了多個鋁的電極焊盤，并在這些焊盤上介以鈍化膜(沒有畫出)的鈍化開口部分9形成有Au的凸出電極5。內(nèi)引線8就被結(jié)合到此凸出電極5上。內(nèi)引線8的頂端超出凸出電極5向半導體基板1的基板中心O的方向伸出指定的距離f。與處于該頂端相反一側(cè)的外引線相連的部分從半導體基板1伸出去。
圖7是連接內(nèi)引線的另外的例子。在圖6的例子中，內(nèi)引線8的頂端伸出到凸出電極5的外側(cè)的基板中心方向，但也可以使內(nèi)引線8的頂端處于凸出電極5的邊的內(nèi)側(cè)并使之達不到凸出電極5的與基板中心O接近的一邊。
其次，參照圖8和圖9對凸出電極的詳細構(gòu)造和凸出電極與鈍化開口部分的位置關(guān)系進行說明。圖8是示出圖6的凸出電極及其附近情況的半導體基板的正面和側(cè)面剖面圖。圖9是凸出電極和已結(jié)合到其上邊的內(nèi)引線頂端部分的平面圖。
如前所述，當把內(nèi)引線8的頂端部分連接到凸出電極5上的時候，由于內(nèi)引線8的表面上存在著鍍Sn層，易使突出電極5的一部分變?yōu)锳u-Sn等合金層6那樣，在內(nèi)引線8的側(cè)面和凸出電極5的上表面發(fā)生合金化反應并在凸出電極5的側(cè)面和凸出電極5的上表面之間，即在內(nèi)引線8的頂端部分的兩側(cè)形成斷面為三角形形狀的合金的凸起(fillet)部分16。這種凸起使凸出電極和內(nèi)引線之間的結(jié)合形成得確實可靠。因而，凸起部分越長，則結(jié)合的機械強度就越大。另外，為了了解結(jié)合狀態(tài)，用放大鏡等等將凸起部分放大以進行檢查。
然而，凸出電極5，雖然如圖1等所示被說成其上部表面是平坦的，但實際上由于該凸出電極5在半導體基板1上的鈍化膜3的上邊形成，而且是在電極焊盤2上的鈍化開口部分9的上邊形成，故上表面不是平坦的，而是形成有凹部51(圖8(a))。因此，在此凹部51處，內(nèi)引線8沒有與凸出電極5結(jié)合，凸起部分16在此處被分割開來。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于鈍化開口部分9位于凸出電極5的大致中央的位置處，故如圖9(a)所示，凸起部分16被分割成兩等分(d＝e)。為此，不能提高結(jié)合強度，而且也難于用放大鏡等進行檢查。但是，如果像本發(fā)明這樣，把鈍化開口部分的，從而把鈍化膜凹部51的位置挪開一點，配置到偏離開半導體基板1的邊上，則在凸起部分的靠近內(nèi)引線8的頂端部分的根部的一側(cè)，凸起部分變長(d＞e)，結(jié)合強度提高，同時也易于進行檢查了(圖9(b))。
還有一點，一并標記于本申請的請求范圍的各構(gòu)成要素上的數(shù)字標號，是為了便于理解本專利申請的發(fā)明而加上的，并不是為了把本專利申請所闡述的發(fā)明的技術(shù)性范圍限定了附圖所圖示的實施例的目的而加上的。
本發(fā)明如以上所述，由于由內(nèi)引線表面的鍍錫層和凸出電極的Au所進行的共晶反應等等生成的Au-Sn等的合金層不會達到鈍化開口部分，故即便是凸出電極的高度不做成超過20μm的高度，即便是鈍化開口部分不做得比現(xiàn)有技術(shù)的開口部分小，也可以形成可靠性高的微細凸出電極。
權(quán)利要求
1.一種半導體裝置，其特征是具備有已經(jīng)形成了半導體器件的半導體基板(1)、形成于上述半導體基板上且已與上半導體器件電連的電極焊盤(2)，在含有上述半導體器件和上述電極的上述半導體基板上形成且具有使上述電極焊盤的指定地方露出來的開口部分的鈍化膜(3)，形成于上述電極焊盤上、上述開口部分周邊的上述鈍化膜上以及上述開口部分側(cè)壁上的壁壘金屬層(4)，(41，42，43)，形成于上述壁壘金屬層上的凸出電極(5)，一端與外引線(管腿)相連，另一端與上述凸出電極相連的內(nèi)引線(8)，上述內(nèi)引線被配置為其頂端從靠近上述半導體基板的指定一邊的凸出電極的一邊，指向與該邊相對的另一邊，上述開口部分的中心，比上述凸出電極的中心還靠近與上述凸出電極的上述一邊相對的另一邊。
2.權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征是在上述內(nèi)引線表面上形成鍍Sn層(7)，并用金制作上述凸出電極。
3.權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征是上述凸出電極的高度低于20μm。
4.權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其特征是上述凸出電極的高度低于20μm。
5.權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征是從離半導體基板的指定一邊近的凸出電極的邊，到離該凸出電極的上述邊最近的上述開口部分的邊之間的距離大于14μm。
6.權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其特征是從離半導體基板的指定一邊近的凸出電極的邊，到離該凸出電極的上述邊最近的上述開口部分的邊之間的距離大于14μm。
7.權(quán)利要求3所述的半導體裝置，其特征是從離半導體基板的指定一邊近的凸出電極的邊，到離該凸出電極的上述邊最近的上述開口部分的邊之間的距離大于14μm。
8.權(quán)利要求4所述的半導體裝置，其特征是從離半導體基板的指定一邊近的凸出電極的邊，到離該凸出電極的上述邊最近的上述開口部分的邊之間的距離大于14μm。
9.權(quán)利要求1-8的任意一個權(quán)利要求中所述的半導體裝置，其特征是通過使上述內(nèi)引線與上述凸出電極結(jié)合形成含金的合金，該合金接觸不到上述開口部分的底面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新構(gòu)造的凸極的半導體裝置，該裝置的內(nèi)引線表面的鍍錫層與凸出電極進行反應所形成的Au-Sn等的合金不會達到鈍化開口部分的底面。鈍化開口部分9的中心被配置為比凸出電極5的中心更靠近半導體基板中心。更靠近內(nèi)引線的頂端而遠離外引線。通過采用該辦法，就可以防止因內(nèi)引線的鍍錫層與凸出電極的金屬發(fā)生反應而生成的Au-Sn等的合金達到鈍化開口部分的底部而無需改變凸出電極5的高度或鈍化開口部分9的尺寸。
文檔編號H01L21/60GK1132934SQ9511921
公開日1996年10月9日 申請日期1995年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月12日
發(fā)明者細美英一, 田洼知章, 田澤浩, 柴崎康司 申請人:株式會社東芝