[发明专利]在半导体芯片进行接合的构造和应用该构造的半导体装置

说明书

本发明涉及具有用导电焊盘等把半导体芯片连接到绝缘衬底上，并进行了树脂封装或气密封装的构成的无引线方式的半导体装置(以下，称之为无引线半导体装置)。

一般说，半导体装置通常具备半导体芯片和对其进行封装的封装。此外，半导体装置有着被使用于多种多样的领域中去的倾向，人们认为其应用领域还会更广。特别是象多媒体等那样需要对大量的信息瞬时地进行处理的领域中，要求更高密度化，更超微细化的半导体装置，该要求被认为今后还会加强。为了满足这样的要求，半导体芯片中的微细化技术的进步是很突出的。

如上所述，高密度化和超微细化后的半导体装置，为了与外部进行连接而具备有多个电极，这些电极大多用铝形成。另一方面，装配半导体芯片的封装具有用于安装半导体芯片的装配基板和与半导体芯片的铝电极电连的引线框架。

其中，在采用把半导体芯片装配到封装内的办法构成的半导体装置中，一种形式为在把半导体芯片安装到装配基板上同时，把半导体芯片的电极用导线电连到引线框架上。在这样的半导体装置中，采用树脂把半导体芯片和导体线及引线框架的一部分一起进行树脂封装的封装方式(以下，称之为树脂封装方式)，但是由于产量性不好故未被广为采用。特别是在其中，有一种被称之为无引线封装方式的半导体装置。图7示出了现有的无引线封装方式的半导体装置(以下，叫做无引线半导体装置)之一例。参看图7。使已接合到已形成于半导体芯片1的下表面上的铝电极焊盘52上的导体突起55面朝下，用合金焊锡4接合到基板3上，用树脂56封装。在这样的树脂封装方式的无引线半导体装置的情况下，作为与半导体芯片1上的铝电极焊盘52接合的导体突起55，通常使用金突起。这是因为由于金具有大的延展性，树脂填充时和填充后的应力难于发生断线，以及金在金属中最不活泼，不会被树脂中的杂质和水分腐蚀，此外，即便是在大气中也不会被氧化等的缘故。

采用用树脂把上述半导体芯片封装起来的树脂封装方式制造的无引线半导体装置，在因其内部所产生的热而变成高温的情况下，或者在被放置于高温气氛中的情况下，在半导体芯片的铝电极焊盘和与该铝电极焊盘电连的金突起之间的接合部分上，将产生合金层，结果是存在着在短期间内接合强度会变弱的缺点。此外，人们还指出，在长时间地进行高温试验的情况下，在上述铝电极上会发生被称之为柯肯多尔(Kirkendull)气泡的龟裂。因此，这种树脂封装方式的半导体装置有着连接可靠性显著不好的缺点。

在需要瞬时地处理多媒体等的大量的信息的领域中使用的半导体装置借助于技术进步所带来的高密度化，高速化。一个芯片的发热量已变得比现有的半导体装置大了起来。

现有的树脂封装型半导体装置只要考虑半导体芯片的结温小于100℃，即便是考虑到车载用等的特殊用途，考虑在125℃下工作就足够了。以前，在用于较大功率的特殊的用途的LSI中，使用的是陶瓷封装等气密封装封装。此外，在消耗大功率的用途中用树脂封装型半导体装置的情况下，采用必须要用热沉等的办法，使得半导体芯片的结温不会上升到某一温度以上。

但是封入陶瓷封装中去的半导体装置由于制造工序复杂而价格昂贵，所以在产量性，经济性方面，不能替换树脂封装型半导体装置。此外，在树脂封装型半导体装置中设置热沉使得即便是消耗大功率结温也不会上升这种做法，由于要设置热沉，会使制造工序变得复杂，在产量性和经济性方面也存在着问题。从这样的事实来看，要想经济地生产在多媒体等领域中所用的发热量大的高速、高密度的LSI，就必须是保证125℃以上的结温的树脂封装型半导体装置。

于是，本发明者们为了在树脂封装型半导体装置中保证125℃以上结温进行了实验。

实验结果是弄明白了如下事实：在想保证125℃的结温的情况下正常工作，易出问题的是金突起与铝电极焊盘之间的接合部分的接合强度的劣化。因为在长时间保持150℃以上的结温的情况下，在铝电极焊盘与金突起的接合部分处将生长紫斑等的合金层，这种合金层将使铝电极与金丝间的接合强度劣化从而会发生金突起从铝电极焊盘上剥离的故障。

此外，还了解了因铝电极焊盘和金突起的接合部分的接合强度劣化所引起的金突起从铝电极上剥离的发生概率取决于封装树脂的玻璃转变点。就是说，在使用玻璃转变点低于150℃的低转变点的树脂的情况下，发生铝电极与金突起之间的剥离的概率高，而另一方面，如果用玻璃转变点高达200℃的树脂来封装的话，铝电极与金突起之间的剥离概率却会降低。

但是玻璃转变点高的树脂，由于虽然杨氏系数低而坚硬，由于没有柔韧性，所以在装配性上有问题。就是说，在树脂已吸收了水分的状态下，当进行接合加热时，树脂内的水分就会急剧的蒸发易于产生树脂裂纹。