半导体装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种耐湿性和高温保存特性优异的半导体装置。半导体装置具有包括芯片焊盘部和内引线部的引线框作为基板，该半导体装置还具有：搭载于芯片焊盘部的半导体元件；设置于半导体元件的电极焊盘；将设置于基板的内引线部和电极焊盘连接的铜线；和封装半导体元件和铜线的封装树脂。在深度方向上距离与铜线的接合面至少3μm以下的范围内的电极焊盘的区域，含有离子化倾向比铝小的金属作为主要成分，铜线中的硫含量相对于铜线整体为15ppm以上100ppm以下。
【专利说明】半导体装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及半导体装置。
【背景技术】
[0002]近年来，作为代替金线的接合线，提出了铜线。
[0003]通常，作为铜线的原料的铜在除去杂质并进行精制后使用。但是，这样的高纯度的铜存在加工成导线时或者加工成铜线之后容易被氧化的问题。因此，使用铜线的接合容易引发不良情况，特别是在高温保存时，具有容易劣化的倾向。
[0004]作为使用铜线接合的技术，例如有专利文献I所记载的技术。
[0005]在专利文献I中记载了一种利用铜的接合线将半导体元件的电极和引线连接导出的半导体装置，在接合线与电极的接合界面形成有铜一铝系金属间化合物。根据专利文献I的记载，通过在铜球与铝电极的界面形成CuAl2层，形成铜球与电极密接的状态，因此从耐蚀性等方面考虑，能够提高可靠性。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开昭62 - 265729号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]但是，通过进一步对铜线与铝焊盘的接合部进行热处理，Cu从铜线向CuAl2层扩散，形成Cu组成比比CuAl2高的合金层。根据本发明的发明人的见解可知，Cu组成比比CuAl2高的合金层容易被卤素腐蚀，容易断线。
[0011]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提高铜线与电极焊盘的连接可靠性,并提高耐湿性和高温保存特性。
[0012]用于解决课题的技术方案
[0013]根据本发明，提供一种半导体装置，其具有:
[0014]搭载于基板的半导体元件；
[0015]设置于上述半导体元件的电极焊盘；
[0016]将设置于上述基板的连接端子和上述电极焊盘连接的铜线；和
[0017]封装上述半导体元件和上述铜线的封装树脂，
[0018]在深度方向上距离与所述铜线的接合面至少3μπι以下的范围内的上述电极焊盘的区域含有离子化倾向比铝小的金属作为主要成分，
[0019]上述铜线中的硫含量相对于上述铜线整体为15ppm以上10ppm以下。
[0020]发明效果
[0021]根据本发明，能够提供使铜线与电极焊盘的连接可靠性提高、耐湿性和高温保存特性优异的半导体装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是示意性地表示实施方式的半导体装置的截面图。
【具体实施方式】
[0023]以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。其中，在所有的附图中，对相同的构成要素标注相同的符号，适当地省略说明。
[0024]图1是示意性地表示本实施方式的半导体装置10的截面图。该半导体装置10具有包括芯片焊盘部3a和内引线部3b的引线框3作为基板，该半导体装置10还具有:搭载于芯片焊盘部3a的半导体元件I ;设置于半导体元件I的电极焊盘6 ;将设置于基板的连接端子(内引线部3b)和电极焊盘6连接的铜线4;和封装半导体元件I和铜线4的封装树脂5。
[0025]作为半导体元件1，没有特别限定，例如可以列举集成电路、大规模集成电路、固体摄像元件等。
[0026]作为引线框3，没有特别限制，可以代替引线框3使用电路基板。具体而言，可以使用双列直插式封装体(DIP)、带引线的塑料芯片载体(PLCC)、四面扁平封装体(QFP)^jWh形四面扁平封装体(LQFP)、J形引线小外形封装体(SOJ)、薄型小外形封装体(TSOP)、薄型四面扁平封装体(TQFP)、带载封装体(TCP)、球栅阵列(BGA)、芯片尺寸封装体(CSP)、四方扁平无引脚封装体(QFN)、小外形无引线封装体(SON)、引线框.BGA(LF — BGA)、模塑阵列封装体类型的BGA(MAP - BGA)等现有公知的半导体装置中使用的引线框或电路基板。
[0027]半导体元件I可以是多个半导体元件叠层而成的元件。该情况下，第I段的半导体元件可以隔着膜粘合剂、热固型粘合剂等的芯片粘结材料固化体2与芯片焊盘部3a粘合。第2段以后的半导体元件可以通过绝缘性的膜粘合剂等依次叠层。然后，在各层的适当的位置，预先利用前工序形成电极焊盘6。
[0028]在本发明中，在深度方向上距离与铜线4的接合面一定距离的电极焊盘6的区域，可以含有离子化倾向比Al小的金属。这里，所谓“接合面”，在形成电极焊盘后在电极焊盘表面自然生成的氧化膜或有意形成的保护膜不包括在本发明的接合面的概念中，“接合面”是指:在接合时，以取得与导线实质上导通为目的而形成的电极焊盘表面。另外，电极焊盘6的所谓“深度方向”是指:相对于铜线4与电极焊盘6的接合面，在垂直方向上远离铜线4的方向。
[0029]所谓“在深度方向上距离与铜线4的接合面至少3 μ m以下的范围”，当电极焊盘6的厚度小于3 μ m时，表不电极焊盘6整体；当电极焊盘6的厚度为3 μ m以上时，表不从与铜线4的接合面到深度3 μ m的区域。另外，电极焊盘6的表面可以含有离子化倾向比Al小的金属作为主要成分。电极焊盘6中，至少在深度方向上距离与铜线4接合的表面3 μ m以下、优选Inm以上3μπι以下的区域使用含有离子化倾向比Al小的金属作为主要成分的物质，但更优选电极焊盘6整体含有离子化倾向比Al小的金属作为主要成分。
[0030]在本发明中，所谓“含有离子化倾向比Al小的金属作为主要成分”，优选电极焊盘6的一定区域中的“离子化倾向比Al小的金属”的含量为90质量％以上，更优选为95质量％以上。具体而言，电极焊盘6中的离子化倾向比Al小的金属的含量相对于电极焊盘6整体优选为90质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为99.5质量％以上。
[0031]离子化倾向比Al小的金属优选选自镍、金、钯、银、铜和钼，更优选选自金、钯和铜。它们可以使用一种，也可以选择两种以上使用。
[0032]电极焊盘6可以通过如下方法制作:例如形成通常的钛系阻挡层，再使用将离子化倾向比Al小的金属蒸镀、溅射、电镀、无电解镀等现有的半导体元件用的Al焊盘的形成方法等来制作。
[0033]作为电极焊盘6中的离子化倾向比Al小的金属成分以外的成分，由于在上述焊盘形成工序中采用的蒸镀、溅射、电镀、无电解镀等而不可避免地混入的杂质是允许的。
[0034]另外，本发明的电极焊盘6，如上所述，距离与铜线4接合的表面至少3μπι以下、优选Inm以上3μπι以下的深度方向的区域，只要以上述优选范围含有离子化倾向比Al小的金属即可，电极焊盘6可以由离子化倾向比Al小的金属I层形成，或者也可以为被离子化倾向比Al小的金属层覆盖的、由一层或多层构成的金属层。例如，电极焊盘6可以是被离子化倾向比Al小的金属层覆盖的Al焊盘。其中，所谓“覆盖”既可以是连续的，也可以是一部分。
[0035]所谓“在深度方向上距离与铜线4的接合面至少3μπι以下的范围内的电极焊盘6的区域含有离子化倾向比铝小的金属作为主要成分”是指:在该电极焊盘6的区域中的至少一部分中，含有离子化倾向比铝小的金属作为主要成分，并不限于区域整体。
[0036]铜线4用于将引线框3和搭载于引线框3的芯片焊盘部3a的半导体元件I电连接。在铜线4的表面自然地或工艺上不可避免地形成有氧化膜。在本发明中，铜线4也包括具有这样在铜线表面形成的氧化膜的铜线。
[0037]铜线4的直径在30 μ m以下，进一步优选在25 μ m以下且在15 μ m以上。如果为该范围，铜线前端的球形状稳定，能够提高接合部分的连接可靠性。另外，由于铜线自身的硬度，能够降低导线的塑变。
[0038]铜线4中的铜的含量相对于从铜线4中除去硫和氯后的铜线4整体，优选为99.9?100质量％，更优选为99.99?99.999质量％。
[0039]铜线4通过在作为芯线的铜中掺杂0.001质量％?0.1质量％的Ba、Ca、Sr、Be、
Al或稀土金属，能够进一步改善接合强度。
[0040]在铜线4与电极焊盘6的接合部中，在铜线4的前端形成有铜球4a。
[0041]从不需要原料铜的复杂的精制工序、并且抑制氧化进行良好的导线接合的观点出发，铜线4中的硫含量相对于铜线4整体优选为15ppm以上，更优选为20ppm以上。另一方面，从抑制接合面的腐蚀，得到实用且良好的连接性的观点出发，硫含量相对于铜线4整体优选为10ppm以下，更优选为80ppm以下的含量。通过使硫含量为15ppm以上10ppm以下、更优选为20ppm以上80ppm以下的范围，能够提闻半导体装置的闻温保存特性。
[0042]从不需要原料铜的复杂的精制工序、并且抑制氧化进行良好的导线接合的观点出发，铜线4中的氯含量相对于铜线4整体优选为5ppm以上，更优选为1ppm以上。另一方面，从抑制接合面的腐蚀，得到实用且良好的连接性的观点出发，氯含量相对于铜线4整体优选为10ppm以下,更优选为80ppm以下的含量。通过使氯含量为5ppm以上10ppm以下、更优选为1ppm以上80ppm以下的范围，能够提高半导体装置的高温保存特性。
[0043]封装树脂5是固化型树脂的固化物，具体而言，更优选使含有(A)环氧树脂和(B)固化剂的环氧树脂组合物固化而得到的固化物。
[0044]在本发明中，电极焊盘6与铜线4的接合面由离子化倾向比铝小的金属构成，因此不管封装树脂5中的氯化物(Cl)离子浓度如何，都能够提高连接可靠性。但是，封装树脂5中的Cl离子浓度优选为500ppm以下，更优选为10?300ppm,进一步优选为20?250ppm的范围。
[0045]封装树脂5中的Cl离子浓度可以通过如下方法定量:例如将作为固化物的封装树脂5微粉碎，在5g的粉碎品中加入50ml的蒸馏水，进行125°C、20小时的处理，对处理后的上清液进行离子色谱分析而进行定量。
[0046]另外，作为其它例子，使用低压传递成型机，以模具温度175°C、注入压力7.5MPa、固化时间2分钟的条件，将形成封装树脂5之前的环氧树脂组合物成形为50mmq)X 3mm的试验片，进行175°C、8小时的后固化，使用由此得到的固化物，进行微粉碎后同样进行测定，由此也能够测定封装树脂5中的Cl离子浓度。
[0047]作为(A)环氧树脂，是在I个分子内具有2个以上环氧基的单体、低聚物、聚合物全部，其分子量、分子结构没有特别限定，例如可以列举联苯型环氧树脂、双酚A型环氧树月旨、双酚F型环氧树脂、四甲基双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂、芪型环氧树脂；苯酚线型酚醛型环氧树脂、甲酚线型酚醛型环氧树脂等线型酚醛型环氧树脂；三酚甲烷型环氧树月旨、烷基改性三酚甲烷型环氧树脂等多官能环氧树脂；具有亚苯基骨架的苯酚芳烷基型环氧树脂、具有亚联苯基骨架的苯酚芳烷基型环氧树脂等芳烷基型环氧树脂；二羟基萘型环氧树脂、将二羟基萘的二聚体缩水甘油醚化后得到的环氧树脂等萘酚型环氧树脂；异氰脲酸三缩水甘油酯、异氰脲酸单烯丙基二缩水甘油酯等含三嗪核的环氧树脂；二环戊二烯改性苯酚型环氧树脂等有桥环状烃化合物改性苯酚型环氧树脂，它们可以单独使用I种，也可以并用2种以上。
[0048]另外，上述联苯型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、四甲基双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂、芪型环氧树脂优选具有结晶性的树脂。
[0049]作为环氧树脂(A)，优选使用含有选自下述式(I)所示的环氧树脂、下述式(2)所示的环氧树脂和下述式(3)所示的环氧树脂中的至少I种的环氧树脂。
[0050]
\ I
^gsm-\mmm
O 「Ol⑴
H、Ar1,'Ar2UH
iP\lΓ\μ I
|^5)J
LJn3
[0051]〔式(I)中，Ar1表示亚苯基或亚萘基，在Ar1为亚萘基时，缩水甘油醚基可以与α位、β位中的任意位置结合，Ar2表示亚苯基、亚联苯和亚萘基中的任一个基团，R5和R6分别独立地表示碳原子数I?10的烃基，g为O?5的整数，h为O?8的整数，η3表示聚合度，其平均值为I~3。〕
[0052]
【权利要求】
1.一种半导体装置，其特征在于，具有: 搭载于基板的半导体元件； 设置于所述半导体元件的电极焊盘； 将设置于所述基板的连接端子和所述电极焊盘连接的铜线；和 封装所述半导体元件和所述铜线的封装树脂， 在深度方向上距离与所述铜线的接合面3μπι以下的范围内的所述电极焊盘的区域含有离子化倾向比铝小的金属作为主要成分， 所述铜线中的硫含量相对于所述铜线整体为15ppm以上10ppm以下。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于: 所述铜线中的氯含量相对于所述铜线整体为5ppm以上10ppm以下。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于: 所述电极焊盘含有离子化倾向比铝小的所述金属作为主要成分。
4.如权利要求1?3中任一项所述的半导体装置，其特征在于: 离子化倾向比铝小的所述金属选自镍、金、钯、银、铜和钼。
5.如权利要求1?4中任一项所述的半导体装置，其特征在于: 所述基板为引线框或电路基板。
【文档编号】H01L21/60GK104205315SQ201380015827
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】伊藤慎吾 申请人:住友电木株式会社