半導(dǎo)體裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種耐濕性和高溫保存特性優(yōu)異的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置具有包括芯片焊盤(pán)部和內(nèi)引線部的引線框作為基板，該半導(dǎo)體裝置還具有：搭載于芯片焊盤(pán)部的半導(dǎo)體元件；設(shè)置于半導(dǎo)體元件的電極焊盤(pán)；將設(shè)置于基板的內(nèi)引線部和電極焊盤(pán)連接的銅線；和封裝半導(dǎo)體元件和銅線的封裝樹(shù)脂。在深度方向上距離與銅線的接合面至少3μm以下的范圍內(nèi)的電極焊盤(pán)的區(qū)域，含有離子化傾向比鋁小的金屬作為主要成分，銅線中的硫含量相對(duì)于銅線整體為15ppm以上100ppm以下。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，作為代替金線的接合線，提出了銅線。
[0003]通常，作為銅線的原料的銅在除去雜質(zhì)并進(jìn)行精制后使用。但是，這樣的高純度的銅存在加工成導(dǎo)線時(shí)或者加工成銅線之后容易被氧化的問(wèn)題。因此，使用銅線的接合容易引發(fā)不良情況，特別是在高溫保存時(shí)，具有容易劣化的傾向。
[0004]作為使用銅線接合的技術(shù)，例如有專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)。
[0005]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了一種利用銅的接合線將半導(dǎo)體元件的電極和引線連接導(dǎo)出的半導(dǎo)體裝置，在接合線與電極的接合界面形成有銅一鋁系金屬間化合物。根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)I的記載，通過(guò)在銅球與鋁電極的界面形成CuAl2層，形成銅球與電極密接的狀態(tài)，因此從耐蝕性等方面考慮，能夠提高可靠性。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)昭62 - 265729號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]但是，通過(guò)進(jìn)一步對(duì)銅線與鋁焊盤(pán)的接合部進(jìn)行熱處理，Cu從銅線向CuAl2層擴(kuò)散，形成Cu組成比比CuAl2高的合金層。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的見(jiàn)解可知，Cu組成比比CuAl2高的合金層容易被鹵素腐蝕，容易斷線。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提高銅線與電極焊盤(pán)的連接可靠性,并提高耐濕性和高溫保存特性。
[0012]用于解決課題的技術(shù)方案
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體裝置，其具有:
[0014]搭載于基板的半導(dǎo)體元件；
[0015]設(shè)置于上述半導(dǎo)體元件的電極焊盤(pán)；
[0016]將設(shè)置于上述基板的連接端子和上述電極焊盤(pán)連接的銅線；和
[0017]封裝上述半導(dǎo)體元件和上述銅線的封裝樹(shù)脂，
[0018]在深度方向上距離與所述銅線的接合面至少3μπι以下的范圍內(nèi)的上述電極焊盤(pán)的區(qū)域含有離子化傾向比鋁小的金屬作為主要成分，
[0019]上述銅線中的硫含量相對(duì)于上述銅線整體為15ppm以上10ppm以下。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供使銅線與電極焊盤(pán)的連接可靠性提高、耐濕性和高溫保存特性優(yōu)異的半導(dǎo)體裝置。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是示意性地表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。其中，在所有的附圖中，對(duì)相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號(hào)，適當(dāng)?shù)厥÷哉f(shuō)明。
[0024]圖1是示意性地表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置10的截面圖。該半導(dǎo)體裝置10具有包括芯片焊盤(pán)部3a和內(nèi)引線部3b的引線框3作為基板，該半導(dǎo)體裝置10還具有:搭載于芯片焊盤(pán)部3a的半導(dǎo)體元件I ;設(shè)置于半導(dǎo)體元件I的電極焊盤(pán)6 ;將設(shè)置于基板的連接端子(內(nèi)引線部3b)和電極焊盤(pán)6連接的銅線4;和封裝半導(dǎo)體元件I和銅線4的封裝樹(shù)脂5。
[0025]作為半導(dǎo)體元件1，沒(méi)有特別限定，例如可以列舉集成電路、大規(guī)模集成電路、固體攝像元件等。
[0026]作為引線框3，沒(méi)有特別限制，可以代替引線框3使用電路基板。具體而言，可以使用雙列直插式封裝體(DIP)、帶引線的塑料芯片載體(PLCC)、四面扁平封裝體(QFP)^jWh形四面扁平封裝體(LQFP)、J形引線小外形封裝體(SOJ)、薄型小外形封裝體(TSOP)、薄型四面扁平封裝體(TQFP)、帶載封裝體(TCP)、球柵陣列(BGA)、芯片尺寸封裝體(CSP)、四方扁平無(wú)引腳封裝體(QFN)、小外形無(wú)引線封裝體(SON)、引線框.BGA(LF — BGA)、模塑陣列封裝體類(lèi)型的BGA(MAP - BGA)等現(xiàn)有公知的半導(dǎo)體裝置中使用的引線框或電路基板。
[0027]半導(dǎo)體元件I可以是多個(gè)半導(dǎo)體元件疊層而成的元件。該情況下，第I段的半導(dǎo)體元件可以隔著膜粘合劑、熱固型粘合劑等的芯片粘結(jié)材料固化體2與芯片焊盤(pán)部3a粘合。第2段以后的半導(dǎo)體元件可以通過(guò)絕緣性的膜粘合劑等依次疊層。然后，在各層的適當(dāng)?shù)奈恢?，預(yù)先利用前工序形成電極焊盤(pán)6。
[0028]在本發(fā)明中，在深度方向上距離與銅線4的接合面一定距離的電極焊盤(pán)6的區(qū)域，可以含有離子化傾向比Al小的金屬。這里，所謂“接合面”，在形成電極焊盤(pán)后在電極焊盤(pán)表面自然生成的氧化膜或有意形成的保護(hù)膜不包括在本發(fā)明的接合面的概念中，“接合面”是指:在接合時(shí)，以取得與導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上導(dǎo)通為目的而形成的電極焊盤(pán)表面。另外，電極焊盤(pán)6的所謂“深度方向”是指:相對(duì)于銅線4與電極焊盤(pán)6的接合面，在垂直方向上遠(yuǎn)離銅線4的方向。
[0029]所謂“在深度方向上距離與銅線4的接合面至少3 μ m以下的范圍”，當(dāng)電極焊盤(pán)6的厚度小于3 μ m時(shí)，表不電極焊盤(pán)6整體；當(dāng)電極焊盤(pán)6的厚度為3 μ m以上時(shí)，表不從與銅線4的接合面到深度3 μ m的區(qū)域。另外，電極焊盤(pán)6的表面可以含有離子化傾向比Al小的金屬作為主要成分。電極焊盤(pán)6中，至少在深度方向上距離與銅線4接合的表面3 μ m以下、優(yōu)選Inm以上3μπι以下的區(qū)域使用含有離子化傾向比Al小的金屬作為主要成分的物質(zhì)，但更優(yōu)選電極焊盤(pán)6整體含有離子化傾向比Al小的金屬作為主要成分。
[0030]在本發(fā)明中，所謂“含有離子化傾向比Al小的金屬作為主要成分”，優(yōu)選電極焊盤(pán)6的一定區(qū)域中的“離子化傾向比Al小的金屬”的含量為90質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為95質(zhì)量％以上。具體而言，電極焊盤(pán)6中的離子化傾向比Al小的金屬的含量相對(duì)于電極焊盤(pán)6整體優(yōu)選為90質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為98質(zhì)量％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為99.5質(zhì)量％以上。
[0031]離子化傾向比Al小的金屬優(yōu)選選自鎳、金、鈀、銀、銅和鉬，更優(yōu)選選自金、鈀和銅。它們可以使用一種，也可以選擇兩種以上使用。
[0032]電極焊盤(pán)6可以通過(guò)如下方法制作:例如形成通常的鈦系阻擋層，再使用將離子化傾向比Al小的金屬蒸鍍、濺射、電鍍、無(wú)電解鍍等現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件用的Al焊盤(pán)的形成方法等來(lái)制作。
[0033]作為電極焊盤(pán)6中的離子化傾向比Al小的金屬成分以外的成分，由于在上述焊盤(pán)形成工序中采用的蒸鍍、濺射、電鍍、無(wú)電解鍍等而不可避免地混入的雜質(zhì)是允許的。
[0034]另外，本發(fā)明的電極焊盤(pán)6，如上所述，距離與銅線4接合的表面至少3μπι以下、優(yōu)選Inm以上3μπι以下的深度方向的區(qū)域，只要以上述優(yōu)選范圍含有離子化傾向比Al小的金屬即可，電極焊盤(pán)6可以由離子化傾向比Al小的金屬I(mǎi)層形成，或者也可以為被離子化傾向比Al小的金屬層覆蓋的、由一層或多層構(gòu)成的金屬層。例如，電極焊盤(pán)6可以是被離子化傾向比Al小的金屬層覆蓋的Al焊盤(pán)。其中，所謂“覆蓋”既可以是連續(xù)的，也可以是一部分。
[0035]所謂“在深度方向上距離與銅線4的接合面至少3μπι以下的范圍內(nèi)的電極焊盤(pán)6的區(qū)域含有離子化傾向比鋁小的金屬作為主要成分”是指:在該電極焊盤(pán)6的區(qū)域中的至少一部分中，含有離子化傾向比鋁小的金屬作為主要成分，并不限于區(qū)域整體。
[0036]銅線4用于將引線框3和搭載于引線框3的芯片焊盤(pán)部3a的半導(dǎo)體元件I電連接。在銅線4的表面自然地或工藝上不可避免地形成有氧化膜。在本發(fā)明中，銅線4也包括具有這樣在銅線表面形成的氧化膜的銅線。
[0037]銅線4的直徑在30 μ m以下，進(jìn)一步優(yōu)選在25 μ m以下且在15 μ m以上。如果為該范圍，銅線前端的球形狀穩(wěn)定，能夠提高接合部分的連接可靠性。另外，由于銅線自身的硬度，能夠降低導(dǎo)線的塑變。
[0038]銅線4中的銅的含量相對(duì)于從銅線4中除去硫和氯后的銅線4整體，優(yōu)選為99.9?100質(zhì)量％，更優(yōu)選為99.99?99.999質(zhì)量％。
[0039]銅線4通過(guò)在作為芯線的銅中摻雜0.001質(zhì)量％?0.1質(zhì)量％的Ba、Ca、Sr、Be、
Al或稀土金屬，能夠進(jìn)一步改善接合強(qiáng)度。
[0040]在銅線4與電極焊盤(pán)6的接合部中，在銅線4的前端形成有銅球4a。
[0041]從不需要原料銅的復(fù)雜的精制工序、并且抑制氧化進(jìn)行良好的導(dǎo)線接合的觀點(diǎn)出發(fā)，銅線4中的硫含量相對(duì)于銅線4整體優(yōu)選為15ppm以上，更優(yōu)選為20ppm以上。另一方面，從抑制接合面的腐蝕，得到實(shí)用且良好的連接性的觀點(diǎn)出發(fā)，硫含量相對(duì)于銅線4整體優(yōu)選為10ppm以下，更優(yōu)選為80ppm以下的含量。通過(guò)使硫含量為15ppm以上10ppm以下、更優(yōu)選為20ppm以上80ppm以下的范圍，能夠提聞半導(dǎo)體裝置的聞溫保存特性。
[0042]從不需要原料銅的復(fù)雜的精制工序、并且抑制氧化進(jìn)行良好的導(dǎo)線接合的觀點(diǎn)出發(fā)，銅線4中的氯含量相對(duì)于銅線4整體優(yōu)選為5ppm以上，更優(yōu)選為1ppm以上。另一方面，從抑制接合面的腐蝕，得到實(shí)用且良好的連接性的觀點(diǎn)出發(fā)，氯含量相對(duì)于銅線4整體優(yōu)選為10ppm以下,更優(yōu)選為80ppm以下的含量。通過(guò)使氯含量為5ppm以上10ppm以下、更優(yōu)選為1ppm以上80ppm以下的范圍，能夠提高半導(dǎo)體裝置的高溫保存特性。
[0043]封裝樹(shù)脂5是固化型樹(shù)脂的固化物，具體而言，更優(yōu)選使含有(A)環(huán)氧樹(shù)脂和(B)固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂組合物固化而得到的固化物。
[0044]在本發(fā)明中，電極焊盤(pán)6與銅線4的接合面由離子化傾向比鋁小的金屬構(gòu)成，因此不管封裝樹(shù)脂5中的氯化物(Cl)離子濃度如何，都能夠提高連接可靠性。但是，封裝樹(shù)脂5中的Cl離子濃度優(yōu)選為500ppm以下，更優(yōu)選為10?300ppm,進(jìn)一步優(yōu)選為20?250ppm的范圍。
[0045]封裝樹(shù)脂5中的Cl離子濃度可以通過(guò)如下方法定量:例如將作為固化物的封裝樹(shù)脂5微粉碎，在5g的粉碎品中加入50ml的蒸餾水，進(jìn)行125°C、20小時(shí)的處理，對(duì)處理后的上清液進(jìn)行離子色譜分析而進(jìn)行定量。
[0046]另外，作為其它例子，使用低壓傳遞成型機(jī)，以模具溫度175°C、注入壓力7.5MPa、固化時(shí)間2分鐘的條件，將形成封裝樹(shù)脂5之前的環(huán)氧樹(shù)脂組合物成形為50mmq)X 3mm的試驗(yàn)片，進(jìn)行175°C、8小時(shí)的后固化，使用由此得到的固化物，進(jìn)行微粉碎后同樣進(jìn)行測(cè)定，由此也能夠測(cè)定封裝樹(shù)脂5中的Cl離子濃度。
[0047]作為(A)環(huán)氧樹(shù)脂，是在I個(gè)分子內(nèi)具有2個(gè)以上環(huán)氧基的單體、低聚物、聚合物全部，其分子量、分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有特別限定，例如可以列舉聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)月旨、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、四甲基雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂等雙酚型環(huán)氧樹(shù)脂、芪型環(huán)氧樹(shù)脂；苯酚線型酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂、甲酚線型酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂等線型酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂；三酚甲烷型環(huán)氧樹(shù)月旨、烷基改性三酚甲烷型環(huán)氧樹(shù)脂等多官能環(huán)氧樹(shù)脂；具有亞苯基骨架的苯酚芳烷基型環(huán)氧樹(shù)脂、具有亞聯(lián)苯基骨架的苯酚芳烷基型環(huán)氧樹(shù)脂等芳烷基型環(huán)氧樹(shù)脂；二羥基萘型環(huán)氧樹(shù)脂、將二羥基萘的二聚體縮水甘油醚化后得到的環(huán)氧樹(shù)脂等萘酚型環(huán)氧樹(shù)脂；異氰脲酸三縮水甘油酯、異氰脲酸單烯丙基二縮水甘油酯等含三嗪核的環(huán)氧樹(shù)脂；二環(huán)戊二烯改性苯酚型環(huán)氧樹(shù)脂等有橋環(huán)狀烴化合物改性苯酚型環(huán)氧樹(shù)脂，它們可以單獨(dú)使用I種，也可以并用2種以上。
[0048]另外，上述聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、四甲基雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂等雙酚型環(huán)氧樹(shù)脂、芪型環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)選具有結(jié)晶性的樹(shù)脂。
[0049]作為環(huán)氧樹(shù)脂(A)，優(yōu)選使用含有選自下述式(I)所示的環(huán)氧樹(shù)脂、下述式(2)所示的環(huán)氧樹(shù)脂和下述式(3)所示的環(huán)氧樹(shù)脂中的至少I(mǎi)種的環(huán)氧樹(shù)脂。
[0050]
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[0051]〔式(I)中，Ar1表示亞苯基或亞萘基，在Ar1為亞萘基時(shí)，縮水甘油醚基可以與α位、β位中的任意位置結(jié)合，Ar2表示亞苯基、亞聯(lián)苯和亞萘基中的任一個(gè)基團(tuán)，R5和R6分別獨(dú)立地表示碳原子數(shù)I?10的烴基，g為O?5的整數(shù)，h為O?8的整數(shù)，η3表示聚合度，其平均值為I~3?！?br> [0052]

【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有: 搭載于基板的半導(dǎo)體元件； 設(shè)置于所述半導(dǎo)體元件的電極焊盤(pán)； 將設(shè)置于所述基板的連接端子和所述電極焊盤(pán)連接的銅線；和 封裝所述半導(dǎo)體元件和所述銅線的封裝樹(shù)脂， 在深度方向上距離與所述銅線的接合面3μπι以下的范圍內(nèi)的所述電極焊盤(pán)的區(qū)域含有離子化傾向比鋁小的金屬作為主要成分， 所述銅線中的硫含量相對(duì)于所述銅線整體為15ppm以上10ppm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述銅線中的氯含量相對(duì)于所述銅線整體為5ppm以上10ppm以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述電極焊盤(pán)含有離子化傾向比鋁小的所述金屬作為主要成分。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 離子化傾向比鋁小的所述金屬選自鎳、金、鈀、銀、銅和鉬。
5.如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述基板為引線框或電路基板。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK104205315SQ201380015827
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月23日
【發(fā)明者】伊藤慎吾 申請(qǐng)人:住友電木株式會(huì)社