JP2009108339A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置のリードの表面に形成するめっき膜に発生するウィスカーを防止できる技術を提供することにある。特に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜において、ウィスカーの発生を防止できる技術を提供する。
【解決手段】リードの表面上に形成されるめっき膜において、めっき膜を構成する錫の面方位のうち特定の面方位がリードの表面に並行するようにめっき膜を形成する。具体的には、錫の（００１）面がリードの表面に並行するようにめっき膜を構成する。これにより、リードを構成する銅の線膨張係数よりもめっき膜を構成する錫の線膨張係数を小さくすることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜を使用する半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。

非特許文献１には、錫を主成分とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜に発生する針状結晶（ウィスカー）についての考察が記載されている。この考察では、錫の微細構造に発生するストレス（歪エネルギー密度）に基づいて、錫に生じるウィスカーの成長を論じている。その概要は以下のようなものである。β−Ｓｎ構造の錫に発生する弾性的な異方性、熱膨張による異方性および可塑性を考慮した有限要素法（ＦＥＭ：finite element method）によるモデル化が確立されている。そして、銅からなるリードフレームにコーティングされた錫の結晶粒（グレイン）の幾何学的パターンを生成するために、Ｖｏｒｏｎｏｉ図形が使用されている。結晶方位は、サンプル（試料）に対するＸ線回折測定法を使用することにより、モデル（有限要素法）における錫の結晶粒（グレイン）に割り当てられる。このモデルは、熱サイクルテスト下で、錫めっきされたパッケージのリードに適用される。そして、歪エネルギー密度（ＳＥＤ：strain energy density）がそれぞれの結晶粒（グレイン）に対して計算される。その結果、計算された歪エネルギー密度がより高いサンプルほど、より長いウィスカーが発生する傾向があり、かつ、よりウィスカーの発生密度が大きくなることが観測された。このことから、Ｘ線回折測定法を使用することにより
錫めっき膜の結晶構造を測定し、この測定結果とＦＥＭモデルを結合させて解析する技術は、錫めっき膜に発生するウィスカーを検討するうえで重要な指標となりうるとしている。
IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRONICS PACKAGING MANUFACTURING ,pp265-pp273,VOL.29,NO.4,OCTOBER 2006

半導体装置の一形態として、半導体チップをタブ上に搭載し、タブ上に搭載した半導体チップと複数のリードとをワイヤで電気接続する技術がある。そして、この半導体装置は、半導体チップを封止体で樹脂封止し、封止体から複数のリードのそれぞれの一部が露出した構造をしている。このような構造を有する半導体装置は、封止体から露出しているリードを用いて半導体装置を実装基板に実装するものである。

半導体装置のリードと実装基板の端子とは、例えば、半田を用いて接続される。このとき、リードは通常銅を主材料としているので、リードと半田との濡れ性の向上、リードの腐食防止あるいは酸化防止のため、通常、リードの表面にめっき膜を形成することが行なわれている。この目的を実現する観点、かつ、コスト削減の観点から、めっき膜には錫を主材料とする膜が使用される。

しかし、錫を主材料とするめっき膜では、ウィスカーと呼ばれる針状結晶が形成されることが問題となっている。すなわち、めっき膜の表面から数十μｍ〜数百μｍの長さをもつウィスカーが突き出る構造が顕在化している。このようなウィスカーが生じると、隣接するリードがめっき膜に形成されるウィスカーによって電気的に接続される事態が生じる。このことは、隣接するリードがウィスカーにより電気的に接続されることにより、半導体装置にショート不良が発生することを意味する。したがって、錫を主材料とするめっき膜において、ウィスカーの発生を抑制することが必要となる。

ウィスカーが発生するメカニズムは、めっき膜内に生じる圧縮応力が原因である。すなわち、めっき膜に圧縮応力が加わると、圧縮応力に耐え切れなくなっためっき膜の一部が突き出ることによりウィスカーが発生するものと考えられる。このウィスカーの発生原因となる圧縮応力は３つの原因によって発生することが知られている。

第１の原因は、リードを構成する銅とめっき膜を構成する錫との化合物がめっき膜内に形成され、この化合物による体積が膨張することで発生する圧縮応力である。第２の原因は、めっき膜に外部から荷重が加わることにより発生する圧縮応力である。さらに、第３の原因は、リード（銅）の線膨張係数よりも、めっき膜（錫）の線膨張係数のほうが大きくなるため、高温と低温を繰り返す熱負荷が加わった際、高温時に発生する圧縮応力である。

以上のような原因で発生する圧縮応力により、めっき膜にウィスカーが発生することになる。従来技術では、錫を主材料とするめっき膜に発生するウィスカーを防止するために、めっき膜中に鉛元素を導入することが行なわれている。詳細なメカニズムは不明であるが、錫を主材料とするめっき膜に鉛を添加することで、めっき膜にウィスカーが発生することを抑制できるのである。

しかし、近年、鉛は環境に流出すると有害になることから、様々な製品の無鉛化が進められ、半導体装置においても無鉛化が要求されてきている。したがって、ウィスカーの発生を抑制するために、錫を主材料とするめっき膜に鉛が添加されてきたが、近年では、鉛をめっき膜に添加しない傾向が強まってきている。このような鉛フリーの傾向化に伴い、錫を主成分とするめっき膜に再びウィスカーの発生が問題として顕在化してきている。特に、近年では、半導体装置（例えば、ＱＦＰ（Quad Flat Package））の小型化および集積化に伴い、隣接するリード間のピッチも狭くなっているので、めっき膜に発生するウィスカーは重要な問題となってきている。

本発明の目的は、半導体装置のリードの表面に形成するめっき膜に発生するウィスカーを防止できる技術を提供することにある。特に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜において、ウィスカーの発生を防止できる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

代表的な実施の形態による半導体装置は、（ａ）半導体チップと、（ｂ）前記半導体チップと電気的に接続された、銅を主材料とする複数のリードと、（ｃ）前記複数のリードの表面に形成されためっき膜であって、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しない前記めっき膜と、（ｄ）前記半導体チップを封止する封止体とを備える。そして、前記封止体から前記複数のリードのそれぞれの一部が露出する半導体装置であって、前記めっき膜の面内方向の線膨張係数が、前記銅の線膨張係数よりも小さいことを特徴とするものである。

したがって、めっき膜の表面内の線膨張係数は、銅（リード）の線膨張係数よりも小さくなるので、高温と低温を繰り返す熱負荷がかかっても、高温でめっき膜の表面に圧縮応力が働くことを抑制できる。つまり、めっき膜の表面内における線膨張係数が銅の線膨張係数よりも小さいので、めっき膜は、銅を主材料とするリードに引っ張られる。すなわち、めっき膜には圧縮応力ではなく引張応力が働くので、圧縮応力に起因したウィスカーの発生を防止することができる。

また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、（ａ）銅を主材料とするリードフレームを用意する工程と、（ｂ）前記リードフレームに形成されている複数のリードの表面に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜を形成する工程と、（ｃ）前記リードフレームのタブ上に半導体チップを搭載する工程とを備える。次に、（ｄ）前記半導体チップと、前記リードフレームに形成されている前記複数のリードとをワイヤで接続する工程と、（ｅ）前記半導体チップを封止して封止体を形成する工程と、（ｆ）前記リードフレームを切断して前記封止体を個片化する工程とを備える。ここで、前記めっき膜の面内方向の線膨張係数が、前記複数のリードを構成する前記銅の線膨張係数よりも小さくなるように前記めっき膜を形成することを特徴とするものである。

これにより、高温時にめっき膜には圧縮応力ではなく引張応力が働くので、圧縮応力に起因したウィスカーの発生を防止することができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

めっき膜の表面内における線膨張係数が銅の線膨張係数よりも小さいので、圧縮応力に起因したウィスカーの発生を防止することができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における半導体装置の外観を示す斜視図である。本実施の形態１における半導体装置のパッケージ形態は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）である。図１に示すように、本実施の形態１における半導体装置１は、直方体の形状をした樹脂（封止体）２で覆われており、この樹脂２の四側面からリード３が突出している。リード３は、Ｌ字型に曲げられた構造をしている。

図２は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面を示す断面図である。図２に示すように、リード３は、樹脂２の側面から突出しているアウターリード３ａと樹脂２の内部に形成されているインナーリード３ｂから構成されている。左右のインナーリード３ｂで挟まれた（複数のインナーリード３ｂで囲まれた）中央部には、タブ４が形成されており、このタブ４上に半導体チップ５が配置されている。半導体チップ５には、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）などの回路素子や配線が形成されており、最上層にボンディングパッド５ａが形成されている。ボンディングパッド５ａ上は、ワイヤ６と接続されており、このワイヤ６はインナーリード３ｂに接続されている。

図３は、図２の領域Ｂを拡大した図である。すなわち、図３は、樹脂２から露出しているリード３（アウターリード３ａ）を拡大した断面図である。図３に示すように、リード３の表面（裏面も含む）には、めっき膜１０が形成されている。リード３は銅を主材料として構成されており、めっき膜１０は、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しない膜から形成されている。このようにリード３には、めっき膜１０が形成されているが、リード３の表面にめっき膜１０を形成するのは、例えば、以下に示す理由による。

図１に示す半導体装置１は、実装基板上に実装されるが、このとき、実装基板上に形成されている端子と半導体装置１に形成されているリード３が電気的に接続される。この端子とリード３との電気的な接続には、半田が用いられる。したがって、銅よりなるリード３を直接端子と半田で接続することも可能であるが、リード３の半田に対する濡れ性を向上させるために、リード３の表面にめっき膜１０が形成されるのである。このようにリード３の表面にめっき膜１０を形成することにより、リード３と半田との間の濡れ性が向上し、半田を介したリード３と実装基板上の端子との接続信頼性を向上することができる。めっき膜１０には、半田との濡れ性が良好な錫を主材料とする膜が使用される。さらに、リード３の表面にめっき膜１０を形成することにより、リード３の腐食防止および酸化防止を図ることができる。

半導体装置１は、動作環境に応じて室温より高温な状態と常温より低温な状態との熱サイクルにさらされる。つまり、半導体装置１には、熱負荷が加えられる。ここで、リード３の表面にめっき膜１０が形成されているが、リード３は銅を主成分とする一方、めっき膜１０は錫を主材料としている。したがって、銅と錫とは線膨張係数が異なることから、半導体装置１に熱サイクルが加えられると、銅と錫に応力が働くことになる。例えば、銅の線膨張係数は１７．２×１０^−６Ｋ^−１であり、一般的な錫の線膨張係数は２４．３×１０^−６Ｋ^−１である。このように、一般的な錫の線膨張係数は、銅の線膨張係数に比べて高くなっている。例えば、半導体装置１が高温状態に置かれると、リード３を構成する銅の膨張よりも、めっき膜１０を構成する錫の膨張が大きくなる。このため、めっき膜１０には、リード３よりも膨張しようとするが、リード３による銅の膨張がこれについていくことができないため、めっき膜１０には、リード３からの拘束により圧縮応力が生じることになる。このように錫の一般的な線膨張係数が銅の線膨張係数に比べて大きいので、高温時に、めっき膜１０に圧縮応力が働くことになる。さらに、この高温状態では結晶を構成する原子が熱拡散により拡散しやすい傾向があるため、圧縮応力がめっき膜１０に加わると、めっき膜１０に針状結晶（ウィスカー）が形成されやすくなる。つまり、めっき膜１０からウィスカーが突き出ることになる。このウィスカーの長さは、例えば、数十μｍから数百μｍにもなる。

半導体装置１には、樹脂２から複数のリード３が露出しているが、半導体装置１の小型化および高集積化により、隣接するリード３間の距離が狭くなってきている。このことから、リード３の表面に形成されるめっき膜１０にウィスカーが形成されると、ウィスカーによって隣接するリード３が電気的に接続され、半導体装置１にショート不良が発生することになる。したがって、高温時の圧縮応力に起因したウィスカーの発生を防止する必要がある。なお、熱サイクルの低温時には、めっき膜１０およびリード３は縮むが、めっき膜１０を構成する錫の線膨張係数が、リード３を構成する銅の線膨張係数よりも大きいため、めっき膜１０のほうがリード３よりも大きく縮む。このため、めっき膜１０には、引張応力が働く。すなわち、熱サイクルの低温時においては、めっき膜１０に圧縮応力が働かないので、ウィスカーの発生は問題とならない。以上のことから、熱サイクルの高温時にめっき膜１０に発生するウィスカーを防止する必要があることがわかる。

従来技術としてウィスカーの発生を抑制するため、錫を主材料とするめっき膜に鉛を添加することが行なわれてきている。詳細なメカニズムは不明であるが、鉛をめっき膜に含有させることで、めっき膜におけるウィスカーの発生を防止することができるのである。

しかし、近年、鉛は環境に流出すると有害になることから、様々な製品の無鉛化が進められ、半導体装置においても無鉛化が要求されてきている。したがって、ウィスカーの発生を抑制するために、錫を主材料とするめっき膜に鉛が添加されてきたが、近年では、鉛をめっき膜に添加しない傾向が強まってきている。このような鉛フリーの傾向化に伴い、錫を主成分とするめっき膜に再びウィスカーの発生が問題として顕在化してきている。

そこで、本実施の形態１では、錫を主成分とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜１０に生じるウィスカーを以下に示す点に着目して防止している。この点について説明する。まず、ウィスカーの発生原因は、熱サイクルの高温時にめっき膜１０に発生する圧縮応力が原因である。そして、この圧縮応力は、めっき膜１０の線膨張係数がリード３の線膨張係数よりも大きいことにより生じるものである。このことから、本実施の形態１では、めっき膜１０の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくなるように構成している。これにより、熱サイクルの高温時において、めっき膜１０の膨張よりもリード３の膨張のほうが大きくなり、めっき膜１０に圧縮応力ではなく引張応力が働くことになる。したがって、めっき膜１０に圧縮応力が働かないことから、高温時の圧縮応力によって、めっき膜１０に形成されるウィスカーの発生を防止することができるのである。

ここで、疑問になるのは、めっき膜１０の主材料は錫であり、リード３の主材料は銅であることである。すなわち、一般的な錫の線膨張係数は、銅の線膨張係数に比べて大きくなっている。それにもかかわらず、錫を主材料とするめっき膜１０の線膨張係数を、銅を主材料とするリード３の線膨張係数よりも小さくすることが可能なのかが問題となる。錫の結晶構造は、α−Ｓｎ構造とβ−Ｓｎ構造の２種類がある。α−Ｓｎ構造は低温での結晶構造であり、室温付近の半導体装置１の動作温度範囲では、錫の結晶構造はβ−Ｓｎ構造をしている。このβ−Ｓｎ構造においては、面方位によって線膨張係数が異なるという特徴を有している。本実施の形態１では、錫の結晶構造において、面方位によって線膨張係数が異なるという異方性に着目している。すなわち、錫よりなる一般的なめっき膜は、多結晶構造であり、めっき膜１０中に複数の結晶粒（グレイン）を含んでいる。めっき膜に形成されているそれぞれの結晶粒では様々な面方位を向いている。つまり、一般的なめっき膜１０は、様々な面方位を向いている結晶粒から形成されていることになる。言い換えれば、めっき膜１０を構成する個々の結晶粒がある１つの面方位に揃っている状態（単結晶）にはなっていない。したがって、様々な面方位を向いている結晶粒のそれぞれは、異なる線膨張係数を有しており、これらの結晶粒からなるめっき膜の線膨張係数は、それぞれの結晶粒の線膨張係数を平均化したものになる。つまり、一般的なめっき膜１０は、様々な面方位を向いている結晶粒が均等に含まれている膜から形成されていることが前提となっており、２４．３×１０^−６Ｋ^−１という錫の線膨張係数は、均等に含まれている面方位の異なる結晶粒のそれぞれの線膨張係数を平均化したものとなっている。このことから、錫の結晶では、表面に並行な方向の面方位によって値が異なることになる。本実施の形態１では、めっき膜１０の表面に並行な方向の面方位が特定の面方位を有している場合に、銅の線膨張係数よりも小さくなる点に着目している。

まず、錫の結晶構造を説明する前に面方位の概念について説明する。原子の存在する結晶面の位置と方向とは、その結晶面上の一直線上にない３点によって決定される。この３点の座標を格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３を単位として与えることにより、結晶面を決定することができる。この結晶面は、以下に示す規則により決定された指数（インデックス）によって面の方向を表すことができる。すなわち、結晶面が結晶軸を切り取る長さを格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３を単位として表す。そして、格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３を単位として表した数の逆数を求め、同じ比をなす３個の整数に簡約する。その結果を括弧でくくって（ｈｋｌ）とし、この（ｈｋｌ）を結晶面の面指数とする。これにより、（ｈｋｌ）が結晶面を示すことになる。

具体的に（ｈｋｌ）で特定される結晶面の一例について説明する。図４は、ある結晶面を示す図である。図４において、この面は、結晶軸ａとは３ａ_１で交わる。同様に結晶軸ｂとは２ａ_２で交わり、結晶軸ｃとは２ａ_３で交わっている。したがって、この結晶面が結晶軸を切り取る長さを格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３で表すと、（３、２、２）となる。この数の組の逆数は、（１／３、１／２、１／２）である。したがって、この逆数の組と同じ比をもつ最小の整数の組は、（２、３、３）となる。このことから、この結晶面の指数は（２３３）となる。

さらに、（ｈｋｌ）で特定される結晶面の例について説明する。図５は立方格子の（００１）面を示している。すなわち、斜線で示す結晶面は、結晶軸ａとは交わらないので、結晶軸ａとは∞ａ_１で交わるということができる。同様に結晶軸ｂとは交わらないので、結晶軸ｂと∞ａ_２で交わり、結晶軸ｃとは１ａ_３で交わっている。したがって、この結晶面が結晶軸を切り取る長さを格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３で表すと、（∞、∞、１）となる。この数の組の逆数は、（１／∞（＝０）、１／∞（＝０）、１）である。したがって、この逆数の組と同じ比をもつ最小の整数の組は、（０、０、１）となる。このことから、この結晶面の指数は（００１）となる。

図６は立方格子の（１１０）面を示している。すなわち、斜線で示す結晶面は、結晶軸ａとは１ａ_１で交わるということができる。同様に結晶軸ｂとは１ａ_２で交わり、結晶軸ｃとは交わらないので、結晶軸ｃとは∞ａ_３で交わっているということができる。したがって、この結晶面が結晶軸を切り取る長さを格子定数ａ_１、ａ_２、ａ_３で表すと、（１、１、∞）となる。この数の組の逆数は、（１、１、１／∞（＝０））である。したがって、この逆数の組と同じ比をもつ最小の整数の組は、（１、１、０）となる。このことから、この結晶面の指数は（１１０）となる。

以上のようにして、結晶面を整数の組による指数（ｈｋｌ）で表すことができることがわかる。続いて、錫の結晶構造について説明する。図７は、錫のβ−Ｓｎ構造を示す図である。図７に示すように、β−Ｓｎ構造は複雑な構造をしている。そして、結晶軸ａ方向の格子定数と結晶軸ｂ方向の格子定数は５．８３２Åとなっており、結晶軸ｃ方向の格子定数は３．１８１Åとなっている。図７に示す結晶構造では、例えば、（ｈｋｌ）面として、（００１）、（１０１）、（２２０）、（２１１）、（１１２）、（３２１）、（４２０）、（４１１）、（３１２）など様々な面方位が存在する。このように複数の異なる面方位を有するβ−Ｓｎ構造では、それぞれの面方位で結晶軸方向の線膨張係数が異なっている。

この例を図８に示す。図８における線膨張係数α_ｘ、α_ｙ、α_ｚは、それぞれ、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向における線膨張係数を示している。ここで、ｘｙｚ座標系は、結晶軸ａ、ｂ、ｃによる座標系と異なる座標系である。すなわち、結晶軸ａ、ｂ、ｃによる座標系は、結晶面の面方位を決定する座標系であり、ｘｙｚ座標系はｘｙ平面をリード３の表面に対応させた座標系である。

図８は、それぞれの面方位での結晶軸方向の線膨張係数（単位×１０^−６Ｋ^−１）を示す表である。例えば、面方位（００１）がｘｙ平面に並行するような結晶構造の場合、ｘ軸方向の線膨張係数α_ｘは１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）であり、ｙ軸方向の線膨張係数α_ｙは１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）である。また、ｚ軸方向の線膨張係数αｚは２８．４０（×１０^−６Ｋ^−１）である。したがって、ｘｙ面内での線膨張係数の平均値α（＝（α１＋α２）／２）は１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）であり、銅の線膨張係数１７．２（×１０^−６Ｋ^−１）よりも小さくなることがわかる。このことから、錫の（００１）面をリード３の表面に並行になるように錫を形成することにより、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ平面）の線膨張係数を、リード３を構成する銅の線膨張係数よりも小さくすることができる。つまり、リード３の表面と並行な面を（００１）面とする錫の単結晶でめっき膜１０を構成することにより、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の面内方向の線膨張係数よりも小さくすることできる。これにより、めっき膜１０を形成したリード３に高温の熱負荷がかかった状態でも、めっき膜１０に圧縮応力が働かず、めっき膜１０でのウィスカーの発生を防止することができる。

これに対し、面方位（２２０）がｘｙ平面に並行するような結晶構造の場合、ｘ軸方向の線膨張係数α_ｘは１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）であり、ｙ軸方向の線膨張係数α_ｙは２８．４０（×１０^−６Ｋ^−１）である。また、ｚ軸方向の線膨張係数αｚは１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）である。したがって、ｘｙ面内での線膨張係数の平均値αは２２．１０（×１０^−６Ｋ^−１）であり、銅の線膨張係数１７．２（×１０^−６Ｋ^−１）よりも大きくなってしまうことがわかる。このことから、錫の（２２０）面をリード３の表面に並行になるように錫を形成することでは、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ平面）の線膨張係数を、リード３を構成する銅の線膨張係数よりも小さくすることはできなくなる。

このようにリード３の表面に並行する面方位によって、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ平面）の線膨張係数が異なる数値になることがわかる。したがって、図８に示す表から、面方位（００１）、（１０１）、（１１２）などをリード３の表面に並行するような結晶構造でめっき膜１０を形成することにより、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができる。特に、（００１）面がリード３の表面に並行するような結晶構造では、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ平面）の線膨張係数が最も小さくなることから、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくする観点からは望ましい結晶構造であることがわかる。

以上のことをまとめると、以下に示すようになる。図９は、リード３の断面を示す断面図である。図９に示すように、リード３の表面にめっき膜１０が形成されている。このとき、リード３の表面をｘｙ面とする座標系をとるとき、このｘｙ平面と並行する錫の面方位を特定の面方位とすることにより、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることが本実施の形態１における特徴の１つである。銅の結晶構造は、錫の結晶構造のように線膨張係数の異方性は存在しないことから、銅を主材料とするリード３の線膨張係数は、１７．２×１０^−６Ｋ^−１である。これに対し、めっき膜１０を構成する錫は、線膨張係数の異方性が存在する。したがって、例えば、ｘｙ面と並行する錫の面方位を（００１）面とすることにより、錫のめっき膜１０の面内方向における線膨張係数が１５．８０（×１０^−６Ｋ^−１）となるので、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができるのである。すなわち、めっき膜１０を構成する結晶構造として、リード３の表面（ｘｙ面）と並行する錫の面方位が（００１）面である単結晶とすることで、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができる。ここでは、リード３の表面（ｘｙ面）と並行する錫の面方位が（００１）面である単結晶について説明しているが、リード３の表面（ｘｙ面）と並行する錫の面方位が（１０１）面や（１１２）面のようにｘｙ方向の線膨張係数が銅の線膨張係数よりも小さくなる単結晶でも同様の効果が得られる。

上記では、例えば、リード３の表面（ｘｙ面）と並行する錫の面方位が（００１）面である単結晶からめっき膜１０を構成する例について説明しているが、めっき膜１０を錫の単結晶から構成するのではなく多結晶から構成する場合にも一定条件のもと、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができる。

図１０は、めっき膜１０を錫の多結晶から構成する例を示している。この場合、図１０に示すように、リード３の表面（ｘｙ面）と並行する錫の面方位が（００１）、（１０１）、（２２０）、（２１１）、（３１２）などとなっている結晶粒からめっき膜１０が形成されている。このとき、めっき膜１０の体積中、（ｈｋｌ）面がめっき膜１０の表面と並行である結晶粒が占める割合をｘ（ｈｋｌ）、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ面）における線膨張係数の平均値をα（ｈｋｌ）としたとき、めっき膜１０の全体の線膨張係数は、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）と見積もることができる。そこで、不等式ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（銅の線膨張率）を満たすようにめっき膜１０を形成することにより、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも小さくなる。ただし、上述した不等式において、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）＝１を満たしている。

したがって、上述した不等式を満たす多結晶からめっき膜１０を形成することにより、高温時にめっき膜１０に圧縮応力が生じることはないので、めっき膜１０にウィスカーが発生することを防止できる。特に、（００１）面がめっき膜１０の表面と並行である結晶粒では、めっき膜１０の表面内における線膨張係数（平均値）が一番小さくなることから、この構造を有する結晶粒が上述した不等式を満たす条件に最も効果的な結晶粒であることがわかる。以上のことから、（００１）面、（１１２）面や（１０１）面がめっき膜１０の表面に並行である結晶粒が、めっき膜１０内になるべく多く存在するようにめっき膜１０を形成することにより、上述した不等式による条件を満たすめっき膜１０を形成することができる。

次に、めっき膜１０の（００１）面がリード３の面内方向と並行するように、めっき膜１０を形成する方法について説明する。図１１に示すように、リード３の表面にまず、電界めっき法により金膜１１を形成する。その後、金膜１１上に電解めっき法で錫を主材料とするめっき膜１０を形成する。このように錫を主材料とするめっき膜１０とリード３との間に金膜１１を形成することにより、めっき膜１０の（００１）面がリード３の面内方向と並行するように形成することができる。

以下に、金膜１１上にめっき膜１０を形成することにより、めっき膜１０の（００１）面がリード３の面内方向と並行するように形成できるメカニズムについて説明する。図１２は、リード３の表面に形成された金原子１２を示す平面図である。図１２に示すように、リード３の表面に電界めっき法により金原子１２よりなる金膜が形成される。このとき、金膜は、（００１）面がリード３の表面に並行になるように形成される。すなわち、図１２には、金膜の（００１）面を構成する金原子１２が配置されている。このように、（００１）面がリード３の表面に並行するように金膜を形成するには、金膜を形成する電界めっき法において、電流値、温度およびめっき液の組成を調整することなどにより実現できる。例えば、電界めっき法による金膜の形成を中庸過電圧の条件で行なうことにより、リード３の表面に（００１）面が並行するように金原子１２を形成することができる。この方法の詳細は、例えば、参考文献（Journal of Electroanalytical Chemistry、９巻、７０ページ、１９６５年）に記載されている。

図１２において、金膜の（００１）面を構成する金原子１２の格子定数は４．０７８５Åであり、図１２に示す間隔Ｌの距離は５．７６８Åとなっている。続いて、この金膜上に錫原子を形成する。図１３は、錫を主材料とするめっき膜の（００１）面での錫原子１３の配列を示す図である。（００１）面内の錫原子１３の格子定数は５．８３２Åである。したがって、図１２に示す間隔Ｌ（５．７６８Å）と、図１３に示す錫原子１３の格子定数（５．８３２Å）とは、ほぼ等しい値を有することから、金膜の（００１）面上に錫の（００１）面が成長しやすくなる。つまり、金膜の（００１）面と錫の（００１）面との界面では、図１４に示すように金原子１２と錫原子１３が配列される。

図１４に示すように、金膜上に錫を主材料とするめっき膜を形成する場合には、（００１）面を構成するように金原子１２が配列されており、この金原子１２で満たされていない空間にちょうどはまるように錫原子１３が配置されていくことになる。このとき、錫原子１３が金原子１２の配置されていないスペースに配置されるが、このスペースの間隔Ｌが錫の（００１）面の格子定数とほぼ等しくなる。このことから、自然と金膜上には（００１）面がリード３の表面に並行するように錫原子１３が成長することになる。つまり、（００１）面を有する金膜上には錫の（００１）面が成長しやすい状況になっている。このように金膜の（００１）面がリード３の表面に並行になるように金膜を形成すると、金原子の配列構成および錫における（００１）面の格子定数の関係から、金膜上に錫の（００１）面が形成されやすくなるという点を見出したことに本実施の形態１の特徴の１つがある。これにより、金膜を介してリード３上に錫の（００１）面がリード３の表面と並行するめっき膜を形成することができるのである。

本実施の形態１では、錫を主材料とするめっき膜とリードとの間に金膜を形成する例について説明したが、金膜の他に銀膜を形成するようにしてもよい。すなわち、銀膜の（００１）面も金膜の（００１）面と同等な構成をしており、格子間隔も似ている。したがって、銀膜上に錫を主材料とするめっき膜を形成する場合、銀原子の配置されていないスペースに錫原子が配置されるようになる。このとき、スペースの間隔が錫の（００１）面の格子定数とほぼ等しくなる点が金膜の場合と同様である。このことから、自然と銀膜上には（００１）面がリード３の表面に並行するように錫原子１３を成長させることができる。

また、金膜はリード全体を覆うように形成する必要はなく、部分的にリード上に形成されていてもよい。これは、金膜は、錫の（００１）面がリードの表面に並行になるように形成するために用いられるからである。すなわち、錫を主成分とするめっき膜が、リードの表面と並行する面方位の異なる複数の結晶粒から構成される場合（多結晶の場合）には、（００１）面がリードの表面に並行になる結晶粒が形成される領域に金膜が形成されていればよいからである。

さらに、めっき膜が完成した後に加熱処理が実施され、金膜を構成する金原子がリードを構成する銅あるいはめっき膜を構成する錫の内部に拡散することで消滅しても問題はない。金膜は、錫の（００１）面がリードの表面に並行になるように形成するために用いられる膜であり、金膜が消滅しても、めっき膜が完成した後は、錫の（００１）面がリードの表面に並行になっている状態を維持するからである。したがって、完成した半導体装置においては、リード上に金膜を形成したにもかかわらず、リード上には金膜が存在せず直接錫を主材料とするめっき膜が形成されている構造になっている場合もある。

次に、本実施の形態１における半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態１のパッケージ形態としてＱＦＰについて説明したが、以下に示す製造方法ではＱＦＰと同じ表面実装型のパッケージ形態であるＳＯＰ（Small Outline Package）について説明する。パッケージ形態がＱＦＰやＳＯＰであっても基本的な製造工程は同様である。

まず、図１５において、半導体ウェハ２０を用意する。半導体ウェハ２０は複数のチップ領域に区分けされており、複数のチップ領域のそれぞれにＬＳＩ（Large Scale Integration Circuit）が形成されている。ＬＳＩはいわゆるウェハプロセス（前工程）で形成される。

続いて、ブレード２１によって半導体ウェハ２０を切断する。すなわち、半導体ウェハ２０をチップ領域単位で切断することにより、半導体チップを取得する。一方、半導体チップを搭載するためのリードフレームを用意する。このリードフレーム２２は、例えば、銅を主材料としている。続いて、リードフレームに形成されているリードの表面にめっき膜を形成する。このめっき工程で本実施の形態１における技術的思想が具現化される。例えば、上述したように、リードの表面にまず、電界めっき法により金膜を形成する。その後、金膜上に電解めっき法で錫を主材料とするめっき膜を形成する。このように錫を主材料とするめっき膜とリードとの間に金膜を形成することにより、めっき膜の（００１）面がリードの面内方向と並行するように形成することができる。このめっき方法によりめっき膜は、（００１）面がリードの面内方向と並行する単結晶状態の錫や、あるいは、上述した不等式ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（銅の線膨張率）を満たす多結晶状態の錫から形成することができる。

そして、図１６に示すように、めっき処理したリードパターンが形成されているリードフレーム２２のタブ上に半導体チップ２０ａを搭載する。半導体チップ２０ａは、ダイボンダによりリードフレーム２２に形成されているタブ上に搭載される。

次に、図１７に示すように、タブ上に搭載した半導体チップ２０ａに形成されているパッド（図示せず）と、リードフレーム２２に形成されている複数のリード（インナーリード）とをワイヤ２３により接続する。ワイヤ２３はキャピラリを使用することによりパッドとリードとを接続する。

その後、図１８に示すように、リードフレーム２２に搭載された半導体チップ２０ａとインナーリードを含む領域を樹脂２４によって封止する。樹脂２４による封止は、半導体チップ２０ａを外力による衝撃や水分の浸入から保護するために行なわれる。

次に、リードフレーム２２から樹脂２４で封止した封止体を個片化する。これにより、図１９に示す半導体装置２５を得ることができる。半導体装置２５は、樹脂２４による封止体と、この封止体から突出しているリード（アウターリード）２６から構成される。そして、封止体から突出しているリード２６の表面にめっき膜（図示せず）が形成されている。

本実施の形態１によれば、リード２６の表面に形成されるめっき膜（錫）の面内方向の線膨張係数をリード２６（銅）の線膨張係数よりも小さくすることができる。したがって、めっき膜を形成したリード２６に高温の熱負荷がかかった状態でも、めっき膜に圧縮応力が働かず、めっき膜でのウィスカーの発生を防止することができる。一方、めっき膜（錫）の面内方向の線膨張係数をリード２６（銅）の線膨張係数よりも小さくすると、低温の熱負荷が加わった場合に、めっき膜に圧縮応力が働くことになる。しかし、低温時には原子の拡散が起こりにくくなるので、圧縮応力によるウィスカーは発生しない。すなわち、低温時の圧縮応力はウィスカー発生の問題とはならない。

以上のことから、本実施の形態１における半導体装置２５によれば、リード２６の表面に形成されためっき膜でのウィスカーの発生を防止することができる。ウィスカーが発生する場合には、隣接するリード２６間の間隔Ｐを狭くすると、ウィスカーを介して隣接するリード２６が電気的に接続され半導体装置２５にショート不良が発生してしまう。これに対し、本実施の形態１では、リード２６の表面に形成されているめっき膜にウィスカーが発生しないので、隣接するリード２６間の間隔Ｐを狭くすることができる。例えば、隣接するリード２６間の間隔Ｐを０．５ｍｍ以下とすることができ、半導体装置２５の多ピン化あるいは小型化を図ることができる。このようにして、本実施の形態１における半導体装置２５を製造することができる。

本実施の形態１の特徴の１つは、錫を主材料とするめっき膜の面内方向における線膨張係数を、リードを構成する銅の線膨張係数よりも小さくする点にある。この構造を実際に具現化する１つの方法として、めっき膜の面内方向に並行する錫の面方位を特定の面方位にすることで実現している。例えば、めっき膜を錫の多結晶から形成する場合は、上述した不等式ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（銅の線膨張率）を満たすように個々の結晶粒を形成する必要がある。このようにめっき膜を錫の多結晶から形成する場合に、本実施の形態１による構成が使用されているかについては、何らかの確認手法が必要となる。以下では、検証対象となるめっき膜が本当に上述した不等式を満たしているかについて確認する方法について説明する。

結晶構造の解析には一般的にＸ線回折測定が使用される。Ｘ線回折測定とは、結晶にＸ線を入射させると、規則的に配置されている個々の原子によってＸ線が回折され、この回折現象によって結晶から出射されたＸ線の強度がある場所では強め合う一方、他のある場所では弱め合うという強弱が出る。この強弱を観測することにより結晶構造を解析することができる。

図２０は、複数の面方位がランダムに存在する粉末状態の錫結晶についてＸ線回折測定を行なった結果である。図２０において、横軸は結晶面間隔を示しており、縦軸はＸ線回折相対強度を示している。図２０に示すように、Ｘ線回折相対強度には複数のピークからなるスペクトルが検出されている。このスペクトルが検出される結晶面間隔を調べることにより、このスペクトルがどの面方位を示しているかがわかる。粉末状態の錫結晶では、面方位の異なる結晶粒が同等に含まれていることを前提としている。したがって、図２０では、それぞれのスペクトルの大きさが異なっているが、これは、ある面方位を有する結晶粒が多く含まれているということを示しているものではない。すなわち、面方位によって検出されるスペクトルの大きさが異なるのである。例えば、（２００）面のスペクトル強度は大きくなる傾向があり、（００１）面のスペクトル強度は小さくなる傾向があるということがわかる。具体的に、結晶面（面方位）のＸ線回折相対強度を（２００）面の強度を１００として表すと、（１０１）面の強度が９０、（２２０）面の強度が３４、（２１１）面の強度が７４、（００１）面の強度が１７、（１１２）面の強度が２３、（４００）面の強度が１３、（３２１）面の強度が２０、（４２０）面の強度が１５、（４１１）面の強度が１５、（３１２）面の強度が２０となる。

次に、図２１は、実際にリードに形成されためっき膜についてＸ線回折測定を行なった結果を示している。図２１に示すように、例えば、このめっき膜においては、リードの表面に並行する面方位が（２１１）面と、（００１）面と、（４１１）面と、（３１２）面の４つが検出されていることを示している。ただし、図２１に示すそれぞれのＸ線回折相対強度がそれぞれの面方位を有する結晶粒の割合を示しているとはいうことはできない。なぜなら、同じ割合で異なる面方位の結晶粒が含まれていても、図２０で説明したようにＸ線回折相対強度は面方位ごとに異なるからである。したがって、図２１に示す測定結果から、面方位が異なる結晶粒の割合を算出するためには、図２０に示す測定結果で定量化する必要がある。

図２１の測定結果は（００１）面の強度を１００とすると、（２１１）面の強度が７．４、（００１）面の強度が１００、（４１１）面の強度が１５、（３１２）面の強度が２０となる。これらのデータを図２０に示す粉末状態の錫の測定結果で割り算すると、（２１１）面の強度が７．４／７４＝０．１、（００１）面の強度が１００／１７＝５．８８、（４１１）面の強度が１５／１５＝１、（３１２）面の強度が２０／２０＝１となる。この割り算した値は、めっき膜に含まれる異なる面方位の結晶粒の割合を示していることになる。さらに４つの面方位におけるＸ線回折相対強度を合計で１になるように規格化する。つまり、これらの合計である７．９８（０．１＋５．８８＋１＋１）で割り算することによって、不等式中のｘ（ｈｋｌ）を求めることができる。具体的には、ｘ（２１１）が０．０１２５、ｘ（００１）が０．７３７、ｘ（４１１）が０．１２５、ｘ（３１２）が０．１２５となる。そして、図８に示す値を使用することにより、ｘ（２１１）×α（２１１）＋ｘ（００１）×α（００１）＋ｘ（４１１）×α（４１１）＋ｘ（３１２）×α（３１２）＝１６．９×１０^−６と算出され、この値は銅の線膨張率１７．２×１０^−６よりも小さくなることがわかる。以上のようにＸ線回折相対強度の測定結果を利用することにより、検証対象となるめっき膜が本当に上述した不等式を満たしているかについて確認することができる。上述した例からもわかるように、リードの表面に並行する面方位が（００１）面を多く含むめっき膜は、めっき膜の表面内における線膨張係数を小さくする効果がある。リードの表面に並行する面方位が（００１）面を多く含むかについて検証するには、Ｘ線回折相対強度のピークがより大きくなることによって判別することができる。特に（００１）面によるＸ線回折相対強度のピークが最も高くなると、めっき膜の表面内における線膨張係数を小さくする効果が顕著になる。

結晶構造のひずみによって（００１）面に対応するＸ線回折相対強度の現れる位置は多少ずれることがあるが、結晶面間隔０．１６ｎｍから０．１８ｎｍの間に現れる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、リードの表面上に形成するめっき膜を多層構造にする例について説明する。図２２は、本実施の形態２における半導体装置において、リード３上に形成されているめっき膜の構成を示す断面図である。図２２において、リード３の表面上には金膜１１が形成されており、この金膜１１上に錫を主材料とするめっき膜１０が形成されている。このめっき膜１０が１層目のめっき膜となり、めっき膜１０上に、さらに、錫を主材料とするめっき膜１５が形成されている。このように本実施の形態２では、金膜１１上にめっき膜１０とめっき膜１５よりなる多層膜が形成されている。

このとき、金膜１１は金膜１１上に形成されるめっき膜１０の結晶面（面方位）を特定方向に制御する機能を有している。具体的には、前記実施の形態１で述べたとおり、金膜１１の（００１）面がリード３の表面に並行になるように形成されており、この金膜１１上に形成されるめっき膜１０は、錫の（００１）面がリード３の表面に並行になるように形成される。

したがって、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができるのである。すなわち、めっき膜１０を構成する結晶構造として、リード３の表面と並行する錫の面方位が（００１）面である単結晶とすることで、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数をリード３の線膨張係数よりも小さくすることができる。

さらに、めっき膜１０を錫の単結晶から構成するのではなく多結晶から構成するようにしてもよい。具体的には、前記実施の形態１と同様に、めっき膜１０の体積中、（ｈｋｌ）面がめっき膜１０の表面と並行である結晶粒が占める割合をｘ（ｈｋｌ）、めっき膜１０の面内方向（ｘｙ面）における線膨張係数の平均値をα（ｈｋｌ）としたとき、めっき膜１０の全体の線膨張係数は、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）と見積もることができる。そこで、不等式ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（銅の線膨張率）を満たすようにめっき膜１０を形成することにより、めっき膜１０の面内方向の線膨張係数は銅の線膨張係数よりも小さくすることができる。

次に、めっき膜１０上に形成されるめっき膜１５は、めっき膜１０と同様の構成をとってもよいし、異なる構成をとってもよい。ただし、めっき膜１５も面内方向の線膨張係数が銅の線膨張係数より小さくすることが望ましい。めっき膜１５において、例えば、めっき膜１５の面内方向の線膨張率が銅の線膨張率よりも大きくなると、めっき膜１５に圧縮応力が発生し、ウィスカーの発生原因となるからである。したがって、めっき膜１５は、めっき膜１０と同様の構成にする必要はないが、上述した不等式を満たす構成をとって、めっき膜１５の面内方向の線膨張係数を銅の線膨張係数よりも小さくすることが望ましい。具体的には、めっき膜１５もリード３の表面と並行する錫の面方位が（００１）面、（１０１）面、（１１２）面などである単結晶から構成することや、めっき膜１５の表面に並行する面方位が（００１）面、（１０１）面、（１１２）面などである結晶粒を多く含む多結晶から構成することができる。

なお、前記実施の形態１と同様に、金膜１１はリード全体を覆うように形成する必要はなく、部分的にリード上に形成されていてもよい。これは、金膜１１は、錫の（００１）面がリードの表面に並行になるように形成するために用いられるからである。すなわち、錫を主成分とするめっき膜が、リードの表面と並行する面方位の異なる複数の結晶粒から構成される場合（多結晶の場合）には、（００１）面がリードの表面に並行になる結晶粒が形成される領域に金膜１１が形成されていればよいからである。

さらに、めっき膜が完成した後に加熱処理が実施され、金膜１１を構成する金原子がリード３を構成する銅あるいはめっき膜１０を構成する錫の内部に拡散することで消滅しても問題はない。金膜１１は、錫の（００１）面がリード３の表面に並行になるように形成するために用いられる膜であり、金膜１１が消滅しても、めっき膜１０が完成した後は、錫の（００１）面がリード３の表面に並行になっている状態を維持するからである。したがって、図２３に示すように、リード３上に金膜１１を形成したにもかかわらず、リード３上には金膜１１が存在せず直接錫を主材料とするめっき膜１０が形成されている構造になっている場合もある。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の外観を示す図である。 図１のＡ−Ａ線で切断した断面を示す断面図である。 図２に示す半導体装置に形成されているリードの一部を拡大した断面図である。 面方位を説明するための図である。 （００１）面を示す図である。 （１１０）面を示す図である。 錫の結晶構造（β−Ｓｎ構造）を示す図である。 面方位によって錫の線膨張係数が異なることを説明する表である。 リード上に形成された単結晶構造のめっき膜を示す断面図である。 リード上に形成された多結晶構造のめっき膜を示す断面図である。 リードとめっき膜の間に金膜を形成する例を示す断面図である。 （００１）面を構成する金原子の配列を示す図である。 （００１）面を構成する錫原子の配列を示す図である。 金膜とめっき膜の界面における金原子と錫原子の配列を示す図である。 実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す図であって、ダイシングを説明する図である。 図１５に続く半導体装置の製造工程を示す図であって、リードフレーム上に半導体チップを搭載する工程を示す図である。 図１６に続く半導体装置の製造工程を示す図であって、半導体チップとリードとをワイヤで電気的に接続する工程を示す図である。 図１７に続く半導体装置の製造工程を示す図であって、半導体チップを樹脂で封止する工程を示す図である。 実施の形態１における半導体装置の外観を示す図である。 粉末状態の錫結晶をＸ線回折測定した結果を示す図であり、結晶面間隔とＸ線回折相対強度との関係を示す図である。 めっき膜を構成する錫結晶をＸ線回折測定した結果を示す図であり、結晶面間隔とＸ線回折相対強度との関係を示す図である。 実施の形態２におけるリードに形成されているめっき膜の構成を示す断面図である。 実施の形態２におけるリードに形成されているめっき膜の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 樹脂
３ リード
３ａ アウターリード
３ｂ インナーリード
４ タブ
５ 半導体チップ
５ａ ボンディングパッド
６ ワイヤ
１０ めっき膜
１１ 金膜
１２ 金原子
１３ 錫原子
１５ めっき膜
２０ 半導体ウェハ
２０ａ 半導体チップ
２１ ブレード
２２ リードフレーム
２３ ワイヤ
２４ 樹脂
２５ 半導体装置
２６ リード
ａ 結晶軸
ｂ 結晶軸
ｃ 結晶軸
Ｌ 間隔
Ｐ 間隔

Claims (14)

1. （ａ）半導体チップと、
   （ｂ）前記半導体チップと電気的に接続された、銅を主材料とする複数のリードと、
   （ｃ）前記複数のリードのそれぞれの表面に形成されためっき膜であって、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しない前記めっき膜と、
   （ｄ）前記半導体チップを封止する封止体とを備え、
   前記封止体から前記複数のリードのそれぞれの一部が露出する半導体装置であって、
   前記めっき膜の面内方向の線膨張係数が、前記銅の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置であって、
   前記めっき膜を構成する前記錫は、複数の結晶粒を有する多結晶であり、
   前記複数の結晶粒の中には、（００１）面が前記めっき膜の表面に並行となる結晶粒が含まれていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項２記載の半導体装置であって、
   前記めっき膜の体積中、（ｈｋｌ）面が前記めっき膜の表面と並行である結晶粒が占める割合をｘ（ｈｋｌ）、（ｈｋｌ）面が前記めっき膜の表面と並行である結晶粒の前記めっき膜の面内方向における線膨張係数の平均値をα（ｈｋｌ）とするとき、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（ただし、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）＝１）を満たすことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項２記載の半導体装置であって、
   前記複数のリードと前記めっき膜の間には金膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４記載の半導体装置であって、
   前記金膜は、（００１）面が前記めっき膜の表面と並行するように形成されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１記載の半導体装置であって、
   前記めっき膜に対してＸ線回折を使用することにより結晶構造を解析すると、Ｘ線回折による強度ピークは結晶面間隔の値が０．１６ｎｍから０．１８ｎｍの間に現れることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６記載の半導体装置であって、
   結晶面間隔の値が０．１６ｎｍから０．１８ｎｍの間に現れる強度ピークは、最も高いピークであることを特徴とする半導体装置。
8. （ａ）半導体チップと、
   （ｂ）前記半導体チップと電気的に接続された、銅を主材料とする複数のリードと、
   （ｃ）前記複数のリードのそれぞれの表面に形成されためっき膜であって、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しない前記めっき膜と、
   （ｄ）前記半導体チップを封止する封止体とを備え、
   前記封止体から前記複数のリードのそれぞれの一部が露出する半導体装置であって、
   前記めっき膜は、面内方向の線膨張係数が、前記銅の線膨張係数よりも小さい膜を含むことを特徴とする半導体装置。
9. 請求項８記載の半導体装置であって、
   前記めっき膜に含まれ、面内方向の線膨張係数が前記銅の線膨張係数よりも小さい膜は、前記複数のリードのそれぞれと直接接触していることを特徴とする半導体装置。
10. （ａ）銅を主材料とするリードフレームを用意する工程と、
    （ｂ）前記リードフレームに形成されている複数のリードの表面に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しないめっき膜を形成する工程と、
    （ｃ）前記リードフレームのタブ上に半導体チップを搭載する工程と、
    （ｄ）前記半導体チップと、前記リードフレームに形成されている前記複数のリードとをワイヤで接続する工程と、
    （ｅ）前記半導体チップを封止して封止体を形成する工程と、
    （ｆ）前記リードフレームを切断して前記封止体を個片化する工程とを備え、
    前記めっき膜の面内方向の線膨張係数が、前記複数のリードを構成する前記銅の線膨張係数よりも小さくなるように前記めっき膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記めっき膜を構成する前記錫は、複数の結晶粒を有する多結晶であり、
    前記複数の結晶粒の中に、（００１）面が前記めっき膜の表面に並行となる結晶粒が含まれるように前記めっき膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記めっき膜の体積中、（ｈｋｌ）面が前記めっき膜の表面と並行である結晶粒が占める割合をｘ（ｈｋｌ）、（ｈｋｌ）面が前記めっき膜の表面と並行である結晶粒の前記めっき膜の面内方向における線膨張係数の平均値をα（ｈｋｌ）とするとき、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）×α（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）×α（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）×α（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）≦１７．２×１０^−６（ただし、ｘ（ｈ_１ｋ_１ｌ_１）＋ｘ（ｈ_２ｋ_２ｌ_２）＋・・・＋ｘ（ｈ_ｎｋ_ｎｌ_ｎ）＝１）を満たすような前記めっき膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１０記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記（ｂ）工程は、
    （ｂ１）前記リードフレームに形成されている前記複数のリードの表面に、金膜を形成する工程と、
    （ｂ２）前記（ｂ１）工程後、前記金膜上に、錫を主材料とし、かつ、鉛を含有しない前記めっき膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 請求項１３記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記（ｂ１）工程は、前記金膜を（００１）面が前記めっき膜の表面と並行するような条件で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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