专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有凸出电极的半导体装置的连接构造。
以前，在用TAB(Tape Automated Bondling，带式自动压焊)技术所装配的半导体器件上边，通常在电极焊盘上形成有突起状的金属电极(以下我们称之为凸出电极)。我们参照
图10—图12来说明现有的半导体装置。图10是具有凸出电极的半导体装置的剖面图，图11是其凸出电极的平面图，图12是已把内引线连接到凸出电极上边的半导体装置的剖面图。在硅等等的半导体基板1上边已形成了集成电路，该集成电路电连到由形成于半导体基板1的表面上的铝之类的金属形成的电极焊盘2上。在含有电极焊盘2的半导体基板1的整个面上形成有氮化硅等等的钝化膜。并在指定的地方设有钝化开口部分9以露出电极焊盘2。通常钝化开口部分指的是以电极焊盘上的不存在钝化膜的区域为底、高度与钝化膜的膜厚相等的四方柱状的空间。
在钝化开口部分9的上边将淀积凸出电极5。通常凸出电极5的中心A被配置为和钝化开口部分9的中心B一致。此外，在已经露出了电极焊盘2的区域和钝化膜3的钝化开口部分周边的区域上形成了壁垒金属层4以使接触电阻稳定。壁垒金属层通常由2层或2层以上的金属薄膜构成。在本例中，壁垒金属层4由第1壁垒金属层41，第2壁垒金属层42和第3壁垒金属层43这三层淀积膜构成。第1壁垒金属层41为Ti、第2壁垒金属42为Ni、第3壁垒金属层为Pd。在第3壁垒金属层43上边形成凸出电极5。
这样一来，电极焊盘2就与第1壁金属层41接触。在用TAB带实装的半导体装置的情况下，金(Au)被用作凸出电极的材料。含于TAB带中的TAB引线的内引线与此凸出电极相连(ILB(InnerLesd Bonding，内(侧)引线压焊)。在该内引线8的表面上已形成了镀锡层7。通过使用内引线8与Au凸出电极接触并加压加热的办法，内引线8和凸出电极5将结合在一起。在这种情况下，将形成因Au与镀层的Sn产生共晶反应而形成的Au-Sn合金、Au-Cu合金、Au-Cu-Sn合金等等的合金b(图12)。由于这种合金的存在才得以确保内引线8与凸出电极5之间的结合强度。
因凸出电极5和内引线8的结合而产生的Au-Sn等的的合金多形成于远离凸出电极5的半导体基板中心的部位上。这是因为在内引线8与凸出电极5没有接触的部分(极端地说来，还包括外(侧)引线)的Sn溶解并与Au反应的缘故。在把内引线8连接到凸出电极5上的情况下，内引线8的顶端朝着半导体基板1的基板中心的方向，连到外引线去的另外一头，被配置为从与半导体基板的中心相反的一边导出。所谓凸出电极5距离半导体基板中心远的部位，指的是导出内引线的半导体基板1这一边的部位。
此外，如图12那样，在内引线8的顶端越过凸出电极5延长到其外侧的情况下，在凸出电极5离半导体基板中心最近的位置上也形成了许多Au-Sn等的合金。
但是，这种合金的量比上述离半导体基板中心远的地方所形成的合金的量要少。合金的析出量，就像这样地因凸出电极的位置而异。首先，从配置在内引线的连接外引线一端方向上的凸出电极5的一边到钝化开口部分9的最近的一边之间(凸出电极距半导体基板中心远的部分)的合金6的析出量最多，而从相邻的钝化开口部分9的这一边附近到凸出电极5离半导体基板中心近的一边的近倍之间的合金6的析出量最少，凸出电极5离半导体基板近的上述一边的部分(凸出电极最靠近半导体基板中心的部分)的合金的析出量居中。例如，在图12中，当凸出电极5的高度h为16μm的时候，在凸出电极5最靠近基板中心的位置上的Au-Sn合金的厚度α为5μm，凸出电极的中心附近处的Au-Sn合金的厚度b为3μm。凸出电极5最靠近基板中心位置处的合金厚度之所以比凸出电极的中心附近的合金厚度厚，是由于在内引8的前端位于凸出电极5的外侧时，没有接触到凸出电极5的部分的内引线8上的镀锡(Sn)也溶解并和凸出电极5进行反应的缘故。
此外，在凸出电极5距基板中心最远的位置上，Au-Sn合金的厚度可达到壁垒金属层4的厚度、Au-Sn合金的顶端部分与凸出电极边沿的距离C为14μm，Au-Sn合金的顶端部分一直达到钝化开口部分9的里边。
随着半导体装置的小型化，凸出电极5也不断地微细化，而高度也不断地降低。在这种情况下，如图12的例子那样，Au-Sn合金6有时候可以达到钝化开口部分9。在凸出电极5和电极焊盘2之间形成有壁垒金属层4。壁垒金属层用于阻止Au和电极焊盘2的Al进行反应，至于阻止Al和Sn的反应的作用尚未考虑。当Sn达到钝化开口部分9时，就存在着与壁垒金属层4反应形成合金，从而产生使凸出电极5的粘着强度下降和电性不良的可能性。
为了防止这种情况的出现，人们想出了使凸出电极5增高的办法。但是，由于凸出电极5通常用镀膜法形成。故比如说当把凸出电极5增高到超过20μm的高度时，形成凸出电极5所要的时间就要增加，吞吐率就要减少。此外，有人也考虑过把钝化开口部分9作成比以前小的方案，但由于用这种方法将会增加电阻故不是一个好办法。
本发明就是根据这样的情况而形成的，其目的是提供一种半导体装置。该装置有着构造新颖的凸出电极内引线表面的镀Sn层与凸出电极反应所形成的Au-Sn合金不会达到钝化开口部分9。
为了解决以上的课题，在本发明把钝化开口部分中心配置为比凸出电极中心还靠近半导体基板中心的位置上。即该钝化开口部分中心被配置为比凸出电极中心更远离外引线，更靠近内引线顶端的位置上。这是本发明的特征。
即本发明的半导体装置的特征是它具备有已形成了半导体器件的半导体基板；形成于上述半导体基板上并与上述半导体器件电连的电极焊盘。在含有上述半导体器件和上述电极焊盘的半导体基板上形成，并具有使上述电极焊盘的指定部位露出来的开口部分的钝化膜；在上述电极焊盘、上述开口部人周边的上述钝化膜和上述开口部分侧壁上形成的壁垒金属层；在上述壁垒金属层上形成的凸出电极和一头与外引线连成整体，另一头连接到上述凸出电极上的内引线。上述内引线被配置为其顶端从靠近上述半导体基板的指定一边的凸出电极一边指向与该边相对的另一边，上述开口部人的中心也比上述凸出电极的中心更靠近与上述电极的上述一边相对的另一边。
上述内引线表面上也可形成镀Sn层，前述凸出电极也可使用Au。也可以使上述凸出电极的高度低于20μm。也可以把从靠近半导体基板的指定一边的凸出电极的边沿到最靠近该凸出电极的上述边沿的上述开口部分的边沿之间的距离做成大于14μm。也可以用上述内引线与上述凸出电极的结合形成Au-Sn等等的合金并使该合金不接触上述开口部分的底面。
通过把钝化开口部分的中心配置的比凸出电极中心还靠近半导体基板中心的位置，就可以防止因内引线的镀Sn层与凸出电极的金属发生反应所生成的Au-Sn等的合金达到钝化开口部分而无需改变凸出电极的高度和钝化开口部分的大小。
下面对附图进行简单说明。
图1是本发明实施例的半导体装置的剖面图；图2是图1的凸出电极部分的平面图。
图3是本发明实施例的半导体装置的剖面图。
图4是本发明实施例的TAB带的平面图。
图5是本发明实施例的剖面图。
图6是本发明实施例的凸出电极部分的半导体基板的平面图。
图7是本发明实施例的凸出电极部分的半导体基板的平面图。
图8是示出图6的凸出电极及其近倍的半导体基板的正面和侧面剖面图。
图9是图6所示的凸出电极及结合于其上边的内引线顶端的平面图。
图10是(采用)现有技术的半导体装置的剖面图。
图11是现有技术的半导体装置的剖面图。
图12是现有技术的半导体装置的剖面图。
实施例我们参照图1—图3来说明本发明的实施例。图1是具有凸出电极的半导体装置的剖面图。图2是其凸出电极的平面图。图3是已把内引线连到凸出电极上的状态的半导体装置的剖面图。
如图1所示，比如说，在由硅半导体构成的半导体基板1上边已经形成了集成电路等的半导体器件，且该半导体器件已电连到在半导体基板1的表面上形成的Al等金属的电极焊盘2上。沿着半导体基板1表面的边沿上设置有多个电极焊盘2，且都离开半导体基板的中心部分。虽然电极焊盘沿着半导体基板的指定的边沿排列，但不需整列，某一焊盘也可进入多少靠近半导体基板上的中心的内部。示于图1的半导体基板1的左侧是指定的一边，右侧有半导体基板的中心。在含有电极焊盘2的半导体基板1整个面上形成了氮化硅等的钝化膜3。钝化膜3的材料也可以使用氧化硅，聚酰亚胺，PSG等等。
接着，在钝化膜3的指定的地方处设置可使电极焊盘2露出来的钝化开口部分9，并使电极焊盘2的表面部分地从此开口部分9露出来。此外，为了使接触电阻稳定，在电极焊盘2已经露出来的区域和钝化膜3的钝化开口9周边的区域上形成了壁垒金属层4。壁垒金属通常由2层或者2层以上的金属薄膜构成。在本实施例中，壁垒金属层4由第1壁垒金属层41、第2壁垒层42和第3壁垒层43的淀积膜构成。第1壁垒金属膜层41例如为Ti，第2壁垒金属膜层42，比如说为Ni，第3壁垒金属膜层43比如说为Pd，在第3壁垒金属膜43的上边形成有凸出电极5。而且，第1壁垒金属层41与电极焊盘2接触。连接TAB带的引线的凸出电极通常以金用作材料。另外，把Cu或Cu合金用作TAB带的材料。
在这里，钝化开口部分指的是以电极焊盘上不存在钝化膜的区域为底面，高度与钝化膜的厚度相等的方柱形的空间。而且凸出电极被形成为可配置于该钝化开口部分的上边的任意位置。以前把钝化开口部分9的中心B和凸出电极的中心A设置于几乎是同一位置上。
但如图2所示，在本发明中，钝化开口部分9从凸出电极5的中心偏离到靠近半导体基板1的基板中心而形成。即在内引线8已连接到凸出电极上去的情况下，钝化开口部分9被配置在凸出电极5的边沿之中偏向半导体基板1的基板中心的一边。即，比起凸出电极5的中心来，钝化开口部分9的中心B更靠近半导体基板1的基板中心。从凸出电极5离钝化开口部分9最远的边到该开口部分9的最近一边之间的距离d大于14μm。该距离d若处于这一范围的话，则Au-Sn等的合金6不会进入该钝化开口部分9里去。减小了产生使凸出电极的粘着强度下降和电性不良的可能性。
内引线8的顶端被配置于凸出电极5的边中靠近半导体基板1的基板中心的边的近倍。与此顶端相反的形成外引线的另一端则被配置于凸出电极5的半导体基板上指定一边的近傍。另一方面，在凸出电极5的各边之中，从最接近钝化开口部分9的边即靠近半导体基板1的基板中心的边，到该开口部分9最近边之间的距离l，此从凸出电极5的各边之中离钝化开口部分9最远的边，到该开口部分9最近边之间的距离d小(l＜d)。本实施例中的凸出电极5的宽度W约40μm，长度L约70μm。而钝化开口部分9的宽度W约20μm，长度l约50μm。内引线8的宽度约20-30μm。
另外，如图3所示，在用TAB带装配半导体装置的时候，把Au用作凸出电极的材料，并使TAB带的内引线8连接到该凸出电极5上。首先，把TAB带载于半导体基板1上并使内引线8载置于凸出电极5上。连续地接于引线8上且被配置为露出到本半导体装置的封装之外的外引线(没有画出来)，被配置于凸出电极5远离半导体基板1中心的一边，即，接近半导体基板指定一边的(图的左侧的边的)外面，内引线8的顶端，则从凸出电极5的靠近半导体基板1的中心的一边(图的右侧的边)向凸出电极之外突出出来。由于在此引线8的表面上形成有Sn的镀层7，故当使内引线8与Au凸出电极5相接触并用热压焊使两者结合时，凸出电极5的Au和镀层的Sn就发生共晶反应而形成Au-Sn合金层6。正是由于此Au-Su等合金的存在下才得以确保内引线8和凸出电极5的结合强度。
但是，当此Au-Sn等的合金层6进入钝化开口部分9中去并达到其底面的时候，Sn就和壁垒金属或电极焊盘2的Al起反应使凸出电极5的紧密结合变坏，或者使之产生电性不良。本发明的Au-Sn等的合金层6被形成为其量与现有技术例相同，但由于钝化开口部分9被配置到凸出电极5的靠近半导体基板1中心的位置处，所以Au-Sn合金层6不会达到钝化开口部分9。
其次，参照图4-图7来说明采用了本实施例所示的新构造的凸出电极的半导体装置。图4是已装上半导体基板(芯片)的TAB带的平面图。图5是半导体装置的剖面图，是沿图4的A-A′线部分的已封好了树脂的状态的剖面图，图6和图7是图4的B区域的扩大平面图。
构成这种TAB带(胶片载体)20的基材的胶片11由绝缘材料形成，这些绝缘材料由具有可挠性的聚酰亚胺和聚酯等的塑料构成。这种胶片11是一种带状材料，在其两侧的边沿上，以一定的间隔形成有用于使胶片移动的传递导孔12。在胶片11的长轴方向的中央部分形成有用于载置半导体基板1的基板载置开口13。在此开口部13的各边上隔指定的间隔彼此相对地形成了细长的台形开口14。TAB带20的引线配置在该中心部分的开口13及其周边部分的台形开口14之间的区域上，中心部分的引线是内引线8，台形开口14所支持的是外引线(管腿)10。引线通常是先把Cu或Cu合金等的金属箔贴在胶片的整个面上，然后用光刻等使金属箔图形化而形成。引线上已施行了镀Sn等处理。内引线8连到在半导体基板1上形成的多个电极焊盘上边形成的凸出电极5上。在本实施例中，引线从半导体基板1导出到4个方向，但也有把引线导向相对的两个方向的类型。
在把半导体基板1装到TAB带20上并把内引线8结合到已经接至电极焊盘上的凸出电极5上之后，用环氧树脂之类的树脂密封体15把TAB带20的指定的区域和半导体基板1封装起来(参看图5)。已被树脂封好的TAB 20，切除引线和胶片的不要的部分。图5是沿图4的A-A′线部分的剖面图，半导体基板1及其周边区域用树脂密封体15封装了起来。用树脂密封体15把半导体基板1，内引线8、胶片11等密封起来，并使外引线10从树脂密封体15中露出来。
图6说明了凸出电极和内引线的连接情况。在半导体基板1上沿着各边形成了多个铝的电极焊盘，并在这些焊盘上介以钝化膜(没有画出)的钝化开口部分9形成有Au的凸出电极5。内引线8就被结合到此凸出电极5上。内引线8的顶端超出凸出电极5向半导体基板1的基板中心O的方向伸出指定的距离f。与处于该顶端相反一侧的外引线相连的部分从半导体基板1伸出去。
图7是连接内引线的另外的例子。在图6的例子中，内引线8的顶端伸出到凸出电极5的外侧的基板中心方向，但也可以使内引线8的顶端处于凸出电极5的边的内侧并使之达不到凸出电极5的与基板中心O接近的一边。
其次，参照图8和图9对凸出电极的详细构造和凸出电极与钝化开口部分的位置关系进行说明。图8是示出图6的凸出电极及其附近情况的半导体基板的正面和侧面剖面图。图9是凸出电极和已结合到其上边的内引线顶端部分的平面图。
如前所述，当把内引线8的顶端部分连接到凸出电极5上的时候，由于内引线8的表面上存在着镀Sn层，易使突出电极5的一部分变为Au-Sn等合金层6那样，在内引线8的侧面和凸出电极5的上表面发生合金化反应并在凸出电极5的侧面和凸出电极5的上表面之间，即在内引线8的顶端部分的两侧形成断面为三角形形状的合金的凸起(fillet)部分16。这种凸起使凸出电极和内引线之间的结合形成得确实可靠。因而，凸起部分越长，则结合的机械强度就越大。另外，为了了解结合状态，用放大镜等等将凸起部分放大以进行检查。
然而，凸出电极5，虽然如图1等所示被说成其上部表面是平坦的，但实际上由于该凸出电极5在半导体基板1上的钝化膜3的上边形成，而且是在电极焊盘2上的钝化开口部分9的上边形成，故上表面不是平坦的，而是形成有凹部51(图8(a))。因此，在此凹部51处，内引线8没有与凸出电极5结合，凸起部分16在此处被分割开来。在现有技术中，由于钝化开口部分9位于凸出电极5的大致中央的位置处，故如图9(a)所示，凸起部分16被分割成两等分(d＝e)。为此，不能提高结合强度，而且也难于用放大镜等进行检查。但是，如果像本发明这样，把钝化开口部分的，从而把钝化膜凹部51的位置挪开一点，配置到偏离开半导体基板1的边上，则在凸起部分的靠近内引线8的顶端部分的根部的一侧，凸起部分变长(d＞e)，结合强度提高，同时也易于进行检查了(图9(b))。
还有一点，一并标记于本申请的请求范围的各构成要素上的数字标号，是为了便于理解本专利申请的发明而加上的，并不是为了把本专利申请所阐述的发明的技术性范围限定了附图所图示的实施例的目的而加上的。
本发明如以上所述，由于由内引线表面的镀锡层和凸出电极的Au所进行的共晶反应等等生成的Au-Sn等的合金层不会达到钝化开口部分，故即便是凸出电极的高度不做成超过20μm的高度，即便是钝化开口部分不做得比现有技术的开口部分小，也可以形成可靠性高的微细凸出电极。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征是具备有已经形成了半导体器件的半导体基板(1)、形成于上述半导体基板上且已与上半导体器件电连的电极焊盘(2)，在含有上述半导体器件和上述电极的上述半导体基板上形成且具有使上述电极焊盘的指定地方露出来的开口部分的钝化膜(3)，形成于上述电极焊盘上、上述开口部分周边的上述钝化膜上以及上述开口部分侧壁上的壁垒金属层(4)，(41，42，43)，形成于上述壁垒金属层上的凸出电极(5)，一端与外引线(管腿)相连，另一端与上述凸出电极相连的内引线(8)，上述内引线被配置为其顶端从靠近上述半导体基板的指定一边的凸出电极的一边，指向与该边相对的另一边，上述开口部分的中心，比上述凸出电极的中心还靠近与上述凸出电极的上述一边相对的另一边。
2.权利要求1所述的半导体装置，其特征是在上述内引线表面上形成镀Sn层(7)，并用金制作上述凸出电极。
3.权利要求1所述的半导体装置，其特征是上述凸出电极的高度低于20μm。
4.权利要求2所述的半导体装置，其特征是上述凸出电极的高度低于20μm。
5.权利要求1所述的半导体装置，其特征是从离半导体基板的指定一边近的凸出电极的边，到离该凸出电极的上述边最近的上述开口部分的边之间的距离大于14μm。
6.权利要求2所述的半导体装置，其特征是从离半导体基板的指定一边近的凸出电极的边，到离该凸出电极的上述边最近的上述开口部分的边之间的距离大于14μm。
7.权利要求3所述的半导体装置，其特征是从离半导体基板的指定一边近的凸出电极的边，到离该凸出电极的上述边最近的上述开口部分的边之间的距离大于14μm。
8.权利要求4所述的半导体装置，其特征是从离半导体基板的指定一边近的凸出电极的边，到离该凸出电极的上述边最近的上述开口部分的边之间的距离大于14μm。
9.权利要求1-8的任意一个权利要求中所述的半导体装置，其特征是通过使上述内引线与上述凸出电极结合形成含金的合金，该合金接触不到上述开口部分的底面。
全文摘要
本发明提供一种新构造的凸极的半导体装置，该装置的内引线表面的镀锡层与凸出电极进行反应所形成的Au-Sn等的合金不会达到钝化开口部分的底面。钝化开口部分9的中心被配置为比凸出电极5的中心更靠近半导体基板中心。更靠近内引线的顶端而远离外引线。通过采用该办法，就可以防止因内引线的镀锡层与凸出电极的金属发生反应而生成的Au-Sn等的合金达到钝化开口部分的底部而无需改变凸出电极5的高度或钝化开口部分9的尺寸。
文档编号H01L21/60GK1132934SQ9511921
公开日1996年10月9日 申请日期1995年11月10日 优先权日1994年11月12日
发明者细美英一, 田洼知章, 田泽浩, 柴崎康司 申请人:株式会社东芝