JP2009158722A - 半導体装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部へと好適に放熱することができるとともに、クラックの発生が確実に防止された信頼性の高い半導体装置、および、かかる半導体装置を備える電子機器を提供すること。
【解決手段】半導体装置１０は、半導体チップ１と、半導体チップ１を支持固定する金属製のダイパッド２と、半導体チップ１をダイパッド２に接合固定する接合膜３とを有し、接合膜３は、金属原子と、該金属原子と結合する酸素原子と、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方に結合する脱離基とを含み、この接合膜３は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与することにより、接合膜３の表面付近に存在する前記脱離基が、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方から脱離し、前記接合膜３の表面の前記領域に発現する接着性によって、半導体チップ１とダイパッド２とを接合している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置および電子機器に関するものである。
集積回路等が形成された半導体素子のパッケージングとして、例えば、ダイパッドに、半導体素子が支持固定され、封止樹脂等でモールディングされたＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等の樹脂パッケージ型半導体装置が知られている。
このようなパッケージ（半導体装置）において、ダイパッドは、半導体素子を支持固定するものであるが、これに加え、半導体素子を駆動させる際に、半導体素子から発せられる熱を半導体装置の外側へと放熱する機能も有するものである。
このようなダイパッドと半導体素子との接合には、エポキシ系接着剤等の接着剤が用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
ところが、このような接着剤は、伝熱性の低い樹脂材料を主材料として構成されたものであるため、半導体素子から発する熱を十分にダイパッドに伝えることができないという問題があった。このような半導体装置では、半導体装置内部に熱が留まり、半導体装置を構成する各部材（半導体素子、ダイパッド、封止樹脂等）の熱膨張率の差や、封止樹脂中に含まれる吸湿水分の気化によって、内部応力が発生し、半導体装置にクラックが発生してしまう。そして、かかる問題を解決することを目的に、接着剤にＡｇ粉を混合する試みが行われているが、接着剤にＡｇ粉等の金属粉を添加すると、接着剤としての接合力が低下するという問題があった。
特開平９−１９９５１８号公報
本発明の目的は、外部へと好適に放熱することができるとともに、クラックの発生が確実に防止された信頼性の高い半導体装置、および、かかる半導体装置を備える電子機器を提供することにある。
このような目的は以下の本発明により達成される。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、
前記半導体素子を支持固定する金属製の支持台と、
前記半導体素子を前記支持台に接合固定する接合膜とを有し、
前記接合膜は、金属原子と、該金属原子と結合する酸素原子と、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方に結合する脱離基とを含み、
当該接合膜は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に発現する接着性によって、前記半導体素子と前記支持台とを接合していることを特徴とする。
これにより、外部へと好適に放熱することができるとともに、クラックの発生が確実に防止された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本発明の半導体装置では、前記金属原子は、インジウム、スズ、亜鉛、チタン、およびアンチモンのうちの少なくとも１種であることが好ましい。
接合膜を、これらの金属原子を含むものとすることにより、接合膜は、優れた導電性と伝熱性とを発揮するものとなる。その結果、半導体装置を駆動させ、半導体素子が発熱した際にも、半導体素子と接合膜を介して接合された支持台により、半導体素子の熱を半導体装置の外部に放出することができる。このような半導体装置では、クラックの発生がより確実に防止され、半導体装置の信頼性を特に高いものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記脱離基は、水素原子、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子、またはこれらの各原子で構成される原子団のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらの脱離基は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、エネルギーを付与することによって比較的簡単に、かつ均一に脱離する脱離基が得られることとなり、接合膜の接着性をより高度化することができる。結果として、得られる半導体装置の信頼性をさらに高いものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または二酸化チタン（ＴｉＯ２）に、脱離基として水素原子が導入されたものであることが好ましい。
かかる構成の接合膜は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、このような接合膜は、支持台に対して特に強固に接着するとともに、半導体素子に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、支持台と半導体素子とを強固に接合することができる。また、かかる構成の接合膜は、優れた伝熱性を有するため、半導体素子で生じた熱を、接合膜を介して効率よく支持台に伝えることができる。その結果、より効果的に半導体装置外に放熱することができ、製造される半導体装置の信頼性をさらに高いものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜中の金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３であることが好ましい。
これにより、接合膜の安定性が高くなり、接合膜を介して半導体素子と支持台とをより強固に接合することができるようになる。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、
前記半導体素子を支持固定する金属製の支持台と、
前記半導体素子を前記支持台上に接合固定する接合膜とを有し、
前記接合膜は、金属原子と、有機成分で構成される脱離基とを含み、
当該接合膜は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記接合膜から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に発現する接着性によって、前記半導体素子と前記支持台とを接合していることを特徴とする。
これにより、内部において剥離の発生が確実に防止された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜は、有機金属材料を原材料として、有機金属化学気相成長法を用いて成膜されたものであることが好ましい。
かかる方法によれば、比較的簡単な工程で、かつ、均一な膜厚の接合膜を成膜することができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜は、低還元性雰囲気下で成膜されたものであることが好ましい。
これにより、接合膜として、純粋な金属膜が形成されることなく、有機金属材料中に含まれる有機物の一部を残存させた状態で成膜することができる。すなわち、接合膜および金属膜としての双方の特性に優れた接合膜を形成することができる。すなわち、接合膜を介した半導体素子と支持台との接合強度が特に優れたものとなるとともに、半導体素子が発する熱を、接合膜および支持台を介して半導体装置の外へと放熱することができる。
本発明の半導体装置では、前記脱離基は、前記有機金属材料に含まれる有機物の一部が残存したものであることが好ましい。
このように成膜した際に膜中に残存する残存物を脱離基として用いる構成とすることにより、形成された金属膜中に脱離基を導入する必要がなく、比較的簡単な工程で接合膜を成膜することができる。
本発明の半導体装置では、前記脱離基は、炭素原子を必須成分とし、水素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの少なくとも１種を含む原子団で構成されることが好ましい。
これらの脱離基は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、エネルギーを付与することによって比較的簡単に、かつ均一に脱離する脱離基が得られることとなり、接合膜の接着性をより高度化することができる。結果として、得られる半導体装置の信頼性をさらに高いものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記脱離基は、アルキル基であることが好ましい。
アルキル基で構成される脱離基は、化学的な安定性が高い。そのため、脱離基としてアルキル基を備える接合膜は、劣化するのが好適に抑制される。また、このような接合膜は、優れた撥水性を発現するものであり、半導体装置として、例えば、樹脂パッケージ型の半導体装置にこのような接合膜を用いる場合には、樹脂パッケージ内の水分によって、接合膜が変性（劣化）するのがより確実に防止される。結果として、半導体装置の信頼性を長期間にわたって特に優れたものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記有機金属材料は、金属錯体であることが好ましい。
金属錯体を用いて接合膜を成膜することにより、金属錯体中に含まれる有機物の一部を残存した状態で、確実に接合膜を形成することができる。
本発明の半導体装置では、前記金属原子は、銅、アルミニウム、亜鉛および鉄のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これにより、接合膜を、これらの金属原子を含むものとすることにより、接合膜は、優れた伝熱性を発揮するものとなる。特に、接合膜が優れた伝熱性を有することにより、半導体素子で生じた熱を、接合膜を介して効率よく支持台に伝えることができる。その結果、より効果的に半導体装置外に放熱することができ、製造される半導体装置の信頼性をさらに優れたものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜中の金属原子と炭素原子との存在比は、３：７〜７：３であることが好ましい。
これにより、接合膜の安定性が高くなり、接合膜を介して半導体素子と支持台とをより強固に接合することができるようになる。また、接合膜の伝熱性は特に優れたものとなり、半導体素子で生じた熱を、接合膜を介して効率良く支持台に伝えることができる。その結果、より効果的に半導体装置外に放熱することができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が、当該接合膜から脱離した後に、活性手が生じることが好ましい。
これにより、支持台や半導体素子等の被着体に対して、化学的結合に基づいて強固に接合可能な接合膜が得られる。
本発明の半導体装置では、前記活性手は、未結合手または水酸基であることが好ましい。
これにより、支持台や半導体素子等の被着体に対して、特に強固な接合が可能となる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜の平均厚さは、０．１〜１０００ｎｍであることが好ましい。
これにより、半導体素子を支持台に高い寸法精度で強固に接合することができる。これにより、例えば、リードと半導体素子とをワイヤーボンディングで通電するような構成の半導体装置を製造する際に、半導体素子とリードとの接合精度を十分に高いものとすることができる。これにより、半導体装置の信頼性をさらに高いものとすることができる。
本発明の半導体装置では、前記接合膜は、流動性を有さない固体状をなしていることが好ましい。
これにより、接合膜を用いて得られた半導体装置の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。また、従来に比べ、短時間で強固な接合が可能になる。
本発明の半導体装置では、前記半導体素子の前記接合膜と接している面には、予め、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されていることが好ましい。
これにより、半導体素子の表面を清浄化および活性化し、接合膜と支持台との接合強度を高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記支持台の前記接合膜と接している面には、予め、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されていることが好ましい。
これにより、支持台の表面を清浄化および活性化し、接合膜と半導体装置との接合強度を高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記表面処理は、プラズマ処理であることが好ましい。
これにより、支持台や半導体素子の表面を特に最適化することができる。
本発明の半導体装置では、前記半導体素子と前記接合膜との間に、中間層が介挿されていることが好ましい。
これにより、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
本発明の半導体装置では、前記支持台と前記接合膜との間に、中間層が介挿されていることが好ましい。
これにより、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
本発明の半導体装置では、前記中間層は、酸化物系材料を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、支持台や半導体装置と接合膜との間の接合強度を特に高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記接合膜を加熱する方法、および前記接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合膜に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
本発明の半導体装置では、前記エネルギー線は、波長１２６〜３００ｎｍの紫外線であることが好ましい。
これにより、接合膜に付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜中の脱離基を確実に脱離させることができる。その結果、接合膜の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜に接着性を発現させることができる。
本発明の半導体装置では、前記加熱の温度は、２５〜１５０℃であることが好ましい。
これにより、接合膜が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記圧縮力は、０．２〜１０ＭＰａであることが好ましい。
これにより、圧力が高すぎて支持台や半導体素子に損傷等が生じるのを防止しつつ、半導体装置の接合強度を確実に高めることができる。
本発明の半導体装置では、前記エネルギーの付与は、大気雰囲気中で行われることが好ましい。
これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギーの付与をより簡単に行うことができる。
本発明の半導体装置では、前記支持台は、リードフレームのダイパッドであることが好ましい。
これにより、半導体装置に外部から加わる熱、および半導体素子が発する熱をより好適に半導体装置外部へと放熱することができる。
本発明の電子機器は、本発明の半導体装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
以下、本発明の半導体装置および電子機器を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜半導体装置＞
まず、本発明の半導体装置について説明する。
図１は、本発明の半導体装置の好適な実施形態を示す横断面図、図２は、図１に示す半導体装置におけるＩの構成の接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図、図３は、図１に示す半導体装置におけるＩの構成の接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図、図４は、Ｉの構成の接合膜を成膜する際に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図、図５は、図４に示す成膜装置が備えるイオン源の構成を示す模式図、図６は、IIの構成の接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図、図７は、IIの構成の接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図、図８は、IIの構成の接合膜を成膜する際に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図、図９は、図１に示す半導体装置の製造方法（製造工程）を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図１〜図７中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
図１に示す半導体装置１０は、樹脂封止型の半導体装置（半導体パッケージ）であり、半導体チップ（半導体素子）１と、半導体チップ１を支持固定する金属製のダイパッド（支持台）２と、半導体チップ１をダイパッド２に接合固定する接合膜３と、半導体チップ１を電気的に接続するリード４と、半導体チップ１を封止する封止体６とを有している。以下、各部の構成について説明する。
ダイパッド２は、半導体チップ１を支持する金属製の支持台である。また、このようなダイパッド２は、半導体チップ１から発する熱等を半導体装置１０の外部に放熱する機能も有するものである。
このダイパッド２の構成材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉやこれらの合金等の各種金属材料を用いることができる。また、ダイパッド２は、上述したような金属基板の半導体チップ１が搭載される側の表面が、銀メッキや、金メッキの層が設けられていてもよい。これにより、半導体チップ１が発する熱を、後述する接合膜３を介して、半導体装置１０の外部へとより好適に放熱することができる。
また、ダイパッド２の平面視形状は、特に、限定されないが、例えば、半導体チップ１の平面視形状に対応し、正方形、長方形等の四角形であるのが好ましい。
ダイパッド２の外周部には、放射状に形成された複数のリード４が設けられている。
リード４は、一方の端部が、封止体６から突出（露出）しており、他方の端部が後述するワイヤー５で半導体チップ１と接合している。
このリード４は、導電性材料で構成され、例えば、前述したダイパッド２の構成材料と同一のものを用いることができる。
さらに、このようなリード４は、上述したダイパッド２と同様のメッキ層が設けられたものであってもよい。
ダイパッド２には、接合膜３を介して半導体チップ１が接合固定されている。
本発明では、この接合膜３の構成に特徴を有する。なお、接合膜３については、後に詳述する。
また、ダイパッド２と接合膜３との絶縁性を確保することを目的に、ダイパッド２と接合膜３との間に絶縁膜を設けてもよい。このような絶縁膜の構成材料としては、例えば、樹脂材料、金属酸化物などが挙げられ、さらに、金属酸化物で構成された膜の接合膜３と接する側にクロメート処理を施してもよい。
また、半導体チップ１は、図示しない端子を有しており、この端子とリード４とが、導電性のワイヤー５を介して、導通している。
このワイヤー５は、例えば、Ａｕ線やＡｌ線で構成されている。
そして、封止体６は、リード４の一方の端部を露出した状態で、半導体チップ１、ダイパッド２、接合膜３、およびワイヤー５の全体を封止するとともに、リード４の一部を封止している。
この封止体６の構成材料としては、例えば、エポキシ系樹脂等の各種樹脂材料、セラミック材料、または、樹脂材料にセラミック材料を混合したもの等を用いることができる。
ここで、接合膜３について説明する。
本発明では、この接合膜３の構成に特徴を有しており、具体的には、接合膜３としては、次のようなＩまたはIIの構成のものが用いられる。
以下、ＩおよびIIの構成の接合膜３について、それぞれ、詳述する。また、本実施形態では、ダイパッド２側に設けられた接合膜３について説明した後、この接合膜３で半導体チップ１をダイパッド２に接合する場合について説明する。
Ｉ：まず、Ｉの構成の接合膜３は、ダイパッド２上に設けられ、金属原子と、この金属原子に結合する酸素原子と、これら金属原子および酸素原子の少なくとも一方に結合する脱離基３０３とを含むものである（図２参照。）。換言すれば、接合膜３は、金属酸化物で構成される金属酸化物膜に脱離基３０３を導入したものと言うことができる。
このような接合膜３は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３が接合膜３（金属原子および酸素原子の少なくとも一方）から脱離し、図３に示すように、接合膜３の少なくとも表面３５の付近に、活性手３０４が生じるものである。そして、これにより、接合膜３表面に接着性が発現する。かかる接着性が発現すると、半導体チップ１を、接合膜３を備えたダイパッド２に強固に接合、固定することができる。また、このような接合膜３は、優れた伝熱性を有しており、半導体チップ１が発する熱を接合膜３を介してダイパッド２に効率良く伝えることができる。以上のように、接合膜３自体、優れた接着性を発現するとともに、接合膜３の構成材料として、金属原子を含有するものである。そのため、従来のダイパッドと半導体チップとの接合に用いられていた接着剤のように、Ａｇ粉等の金属粉を添加することなく、接合膜３の伝熱性は優れたものとなる。結果として、半導体装置１０は、半導体装置１０の外部へと効率良く放熱することができるとともに、クラックの発生が確実に防止された信頼性の高いものとなる。さらに、半導体チップ１が発する熱を半導体装置１０の外部へと効率良く放熱することができるため、半導体チップの特性が、熱によって変質してしまうのを、長期間にわたって防止することができる。
また、接合膜３は、金属原子と、この金属原子と結合する酸素原子とで構成されるもの、すなわち主として金属酸化物で構成されるものであることから、変形し難い強固な膜となる。このため、半導体装置１０では、半導体チップ１のダイパッド２からの剥離をより確実に防止することができる。
さらに、接合膜３は、流動性を有さない固体状をなすものである。このため、流動性を有する液状または粘液状（半固形状）の接着剤に比べて、接着層（接合膜３）の厚さや形状がほとんど変化しない。したがって、このような接合膜３を備える半導体装置１０では、ワイヤー５の半導体チップ１の端子への接続（ワイヤーボンディング）を、より高精細に行うことができる。特に、半導体チップ１として、備えられた端子の大きさが比較的小さい、高密度、高性能の半導体チップ１において、より正確にワイヤーボンディングを行うことができる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。
以上のような接合膜３としての機能が好適に発揮されるように、金属原子が選択される。
具体的には、金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉおよびＰｂ等が挙げられる。中でも、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｔｉ（チタン）およびＳｂ（アンチモン）のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いるのが好ましい。接合膜３を、これらの金属原子を含むもの、すなわちこれらの金属原子を含む金属酸化物に脱離基３０３を導入したものとすることにより、接合膜３は、優れた導電性および伝熱性を発揮するものとなる。なお、かかる接合膜３は、高い透明性も有する。
より具体的には、金属酸化物としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および二酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。
なお、金属酸化物としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いる場合には、インジウムとスズとの原子比（インジウム／スズ比）は、９９／１〜８０／２０であるのが好ましく、９７／３〜８５／１５であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果をより顕著に発揮させることができる。
また、接合膜３中の金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。金属原子と酸素原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜３の安定性が高くなり、ダイパッド２と半導体チップ１とをより強固に接合することができるようになる。
また、脱離基３０３は、前述したように、金属原子および酸素原子の少なくとも一方から脱離することにより、接合膜３に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないよう接合膜３に確実に結合しているものが好適に選択される。
かかる観点から、脱離基３０３には、水素原子、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子、またはこれらの各原子で構成される原子団のうちの少なくとも１種が好適に用いられる。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜３の接着性をより高度なものとすることができる。
なお、上記の各原子で構成される原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、カルボキシル基、アミノ基およびスルホン酸基等が挙げられる。
以上のような各原子および原子団の中でも、Ｉの構成の接合膜３では、脱離基３０３は、特に、水素原子であるのが好ましい。水素原子で構成される脱離基３０３は、化学的な安定性が高いため、脱離基３０３として水素原子を備える接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
以上のことを考慮すると、接合膜３としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または二酸化チタン（ＴｉＯ２）の金属酸化物に、脱離基３０３として水素原子が導入されたものが好適に選択される。
かかる構成の接合膜３は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、このような接合膜３は、ダイパッド２に対して特に強固に接着するとともに、半導体チップ１に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、ダイパッド２と半導体チップ１とを強固に接合することができる。
また、接合膜３の平均厚さは、０．１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、２〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜３の平均厚さを前記範囲内とすることにより、半導体チップ１とダイパッド２との接合強度を十分に高いものとしつつ、半導体チップ１が発する熱を、接合膜３を介してダイパッド２に効率良く伝えることができ、半導体装置１０内に熱が留まるのをより確実に防止することができる。
すなわち、接合膜３の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、接合膜３の材料等によっては、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜３の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、半導体チップ１が発する熱を十分に半導体装置１０外部へと放熱することが困難となるおそれがある。
さらに、接合膜３の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜３にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、ダイパッド２の接合面（接合膜３に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜３を被着させることができる。その結果、接合膜３は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、ダイパッド２と半導体チップ１とを接合した際に、接合膜３の半導体チップ１に対する密着性を高めることができる。
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜３の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜３の伝熱性、および膜自体の機械的強度の低下が認められない範囲で、接合膜３の厚さをできるだけ厚くすればよい。
以上説明したような接合膜３は、接合膜３のほぼ全体に脱離基３０３を存在させる場合には、例えば、Ｉ−Ａ：脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で、物理的気相成膜法により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物材料を成膜することにより形成することができる。また、接合膜３の表面３５付近に偏在させる場合には、例えば、Ｉ−Ｂ：金属原子と前記酸素原子とを含む金属酸化物膜を成膜した後、この金属酸化物膜の表面付近に含まれる金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することにより形成することができる。
以下、Ｉ−ＡおよびＩ−Ｂの方法を用いて、接合膜３を成膜する場合について、詳述する。
Ｉ−Ａ：Ｉ−Ａの方法では、接合膜３は、上記のように、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で、物理的気相成膜法（ＰＶＤ法）により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物材料を成膜することにより形成される。このようにＰＶＤ法を用いる構成とすれば、金属酸化物材料をダイパッド２に向かって飛来させる際に、比較的容易に金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することができるため、接合膜３のほぼ全体に亘って脱離基３０３を導入することができる。
さらに、ＰＶＤ法によれば、緻密で均質な接合膜３を効率よく成膜することができる。これにより、ＰＶＤ法で成膜された接合膜３は、半導体チップ１に対して特に強固に接合し得るものとなる。また、ＰＶＤ法で成膜された接合膜３は、ダイパッド２に対しても高い密着性を示す。このため、ダイパッド２と半導体チップ１との間に高い接合強度が得られる。さらに、ＰＶＤ法で成膜された接合膜３は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、半導体装置１０の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
また、ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法等が挙げられるが、中でも、スパッタリング法を用いるのが好ましい。スパッタリング法によれば、金属原子と酸素原子との結合が切断することなく、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気中に、金属酸化物の粒子を叩き出すことができる。そして、金属酸化物の粒子が叩き出された状態で、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスと接触させることができるため、金属酸化物（金属原子または酸素原子）への脱離基３０３の導入をより円滑に行うことができる。
以下、ＰＶＤ法により接合膜３を成膜する方法として、スパッタリング法（イオンビームスパッタリング法）により、接合膜３を成膜する場合を代表に説明する。
まず、接合膜３の成膜方法を説明するのに先立って、ダイパッド２上にイオンビームスパッタリング法により接合膜３を成膜する際に用いられる成膜装置２００について説明する。
図４に示す成膜装置２００は、イオンビームスパッタリング法による接合膜３の形成がチャンバー（装置）内で行えるように構成されている。
具体的には、成膜装置２００は、チャンバー（真空チャンバー）２１１と、このチャンバー２１１内に設置され、ダイパッド２（成膜対象物）を保持する基板ホルダー（成膜対象物保持部）２１２と、チャンバー２１１内に設置され、チャンバー２１１内に向かってイオンビームＢを照射するイオン源（イオン供給部）２１５と、イオンビームＢの照射により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）を発生させるターゲット（金属酸化物材料）２１６を保持するターゲットホルダー（ターゲット保持部）２１７とを有している。
また、チャンバー２１１には、チャンバー２１１内に、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガス（例えば、水素ガス）を供給するガス供給手段２６０と、チャンバー２１１内の排気をして圧力を制御する排気手段２３０とを有している。
なお、本実施形態では、基板ホルダー２１２は、チャンバー２１１の天井部に取り付けられている。この基板ホルダー２１２は、回動可能となっている。これにより、ダイパッド２上に接合膜３を均質かつ均一な厚さで成膜することができる。
イオン源（イオン銃）２１５は、図５に示すように、開口（照射口）２５０が形成されたイオン発生室２５６と、イオン発生室２５６内に設けられたフィラメント２５７と、グリッド２５３、２５４と、イオン発生室２５６の外側に設置された磁石２５５とを有している。
また、イオン発生室２５６には、図４に示すように、その内部にガス（スパッタリング用ガス）を供給するガス供給源２１９が接続されている。
このイオン源２１５では、イオン発生室２５６内に、ガス供給源２１９からガスを供給した状態で、フィラメント２５７を通電加熱すると、フィラメント２５７から電子が放出され、放出された電子が磁石２５５の磁場によって運動し、イオン発生室２５６内に供給されたガス分子と衝突する。これにより、ガス分子がイオン化する。このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４との間の電圧勾配により、イオン発生室２５６内から引き出されるとともに加速され、開口２５０を介してイオンビームＢとしてイオン源２１５から放出（照射）される。
イオン源２１５から照射されたイオンビームＢは、ターゲット２１６の表面に衝突し、ターゲット２１６からは粒子（スパッタ粒子）が叩き出される。このターゲット２１６は、前述したような金属酸化物材料で構成されている。
この成膜装置２００では、イオン源２１５は、その開口２５０がチャンバー２１１内に位置するように、チャンバー２１１の側壁に固定（設置）されている。なお、イオン源２１５は、チャンバー２１１から離間した位置に配置し、接続部を介してチャンバー２１１に接続した構成とすることもできるが、本実施形態のような構成とすることにより、成膜装置２００の小型化を図ることができる。
また、イオン源２１５は、その開口２５０が、基板ホルダー２１２と異なる方向、本実施形態では、チャンバー２１１の底部側を向くように設置されている。
なお、イオン源２１５の設置個数は、１つに限定されるものではなく、複数とすることもできる、イオン源２１５を複数設置することにより、接合膜３の成膜速度をより速くすることができる。
また、ターゲットホルダー２１７および基板ホルダー２１２の近傍には、それぞれ、これらを覆うことができる第１のシャッター２２０および第２のシャッター２２１が配設されている。
これらシャッター２２０、２２１は、それぞれ、ターゲット２１６、ダイパッド２および接合膜３が、不用な雰囲気等に曝されるのを防ぐためのものである。
また、排気手段２３０は、ポンプ２３２と、ポンプ２３２とチャンバー２１１とを連通する排気ライン２３１と、排気ライン２３１の途中に設けられたバルブ２３３とで構成されており、チャンバー２１１内を所望の圧力に減圧し得るようになっている。
さらに、ガス供給手段２６０は、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガス（例えば、水素ガス）を貯留するガスボンベ２６４と、ガスボンベ２６４からこのガスをチャンバー２１１に導くガス供給ライン２６１と、ガス供給ライン２６１の途中に設けられたポンプ２６２およびバルブ２６３とで構成されており、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスをチャンバー２１１内に供給し得るようになっている。
以上のような構成の成膜装置２００を用いて、以下のようにしてダイパッド２上に接合膜３が形成される。
まず、ダイパッド２を用意し、このダイパッド２を成膜装置２００のチャンバー２１１内に搬入し、基板ホルダー２１２に装着（セット）する。
次に、排気手段２３０を動作させ、すなわちポンプ２３２を作動させた状態でバルブ２３３を開くことにより、チャンバー２１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
さらに、ガス供給手段２６０を動作させ、すなわちポンプ２６２を作動させた状態でバルブ２６３を開くことにより、チャンバー２１１内に脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを供給する。これにより、チャンバー内をかかるガスを含む雰囲気下（水素ガス雰囲気下）とすることができる。
脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスの流量は、１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、金属原子および酸素原子の少なくとも一方に確実に脱離基３０３を導入することができる。
また、チャンバー２１１内の温度は、２５℃以上であればよいが、２５〜１００℃程度であるのが好ましい。かかる範囲内に設定することにより、金属原子または酸素原子と、前記原子成分を含むガスとの反応が効率良く行われ、金属原子および酸素原子に確実に、前記原子成分を含むガスを導入することができる。
次に、第２のシャッター２２１を開き、さらに第１のシャッター２２０を開いた状態にする。
この状態で、イオン源２１５のイオン発生室２５６内にガスを導入するとともに、フィラメント２５７に通電して加熱する。これにより、フィラメント２５７から電子が放出され、この放出された電子とガス分子が衝突することにより、ガス分子がイオン化する。
このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４とにより加速されて、イオン源２１５から放出され、陰極材料で構成されるターゲット２１６に衝突する。これにより、ターゲット２１６から金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）の粒子が叩き出される。このとき、チャンバー２１１内が脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを含む雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）であることから、チャンバー２１１内に叩き出された粒子に含まれる金属原子および酸素原子に脱離基３０３が導入される。そして、この脱離基３０３が導入された金属酸化物がダイパッド２上に被着することにより、接合膜３が形成される。
なお、本実施形態で説明したイオンビームスパッタリング法では、イオン源２１５のイオン発生室２５６内で、放電が行われ、電子ｅ−が発生するが、この電子ｅ−は、グリッド２５３により遮蔽され、チャンバー２１１内への放出が防止される。
さらに、イオンビームＢの照射方向（イオン源２１５の開口２５０）がターゲット２１６（チャンバー２１１の底部側と異なる方向）に向いているので、イオン発生室２５６内で発生した紫外線が、成膜された接合膜３に照射されるのがより確実に防止されて、接合膜３の成膜中に導入された脱離基３０３が脱離するのを確実に防止することができる。
以上のようにして、厚さ方向のほぼ全体に亘って脱離基３０３が存在する接合膜３を成膜することができる。
Ｉ−Ｂ：また、Ｉ−Ｂの方法では、接合膜３は、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物膜を成膜した後、この金属酸化物膜の表面付近に含まれる金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することにより形成される。かかる方法によれば、比較的簡単な工程で、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を偏在させた状態で導入することができ、接合膜および金属酸化物膜としての双方の特性に優れた接合膜３を形成することができる。
ここで、金属酸化物膜は、いかなる方法で成膜されたものでもよく、例えば、ＰＶＤ法（物理的気相成膜法）、ＣＶＤ法（化学的気相成膜法）、プラズマ重合法のような各種気相成膜法や、各種液相成膜法等により成膜することができるが、中でも、特に、ＰＶＤ法により成膜するのが好ましい。ＰＶＤ法によれば、緻密で均質な金属酸化物膜を効率よく成膜することができる。
また、ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法およびレーザーアブレーション法等が挙げられるが、中でも、スパッタリング法を用いるのが好ましい。スパッタリング法によれば、金属原子と酸素原子との結合が切断することなく、雰囲気中に金属酸化物の粒子を叩き出して、ダイパッド２上に供給することができるため、特性に優れた金属酸化物膜を成膜することができる。
さらに、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を導入する方法としては、各種方法が用いられ、例えば、Ｉ−Ｂ１：脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で金属酸化物膜を熱処理（アニール）する方法、Ｉ−Ｂ２：イオンインプラテーション法等が挙げられるが、中でも、特に、Ｉ−Ｂ１の方法を用いるのが好ましい。Ｉ−Ｂ１の方法によれば、比較的容易に、脱離基３０３を金属酸化物膜の表面付近に選択的に導入することができる。また、熱処理を施す際の、雰囲気温度や処理時間等の処理条件を適宜設定することにより、導入する脱離基３０３の量、さらには脱離基３０３が導入される金属酸化物膜の厚さの制御を的確に行うことができる。
以下、金属酸化物膜をスパッタリング法（イオンビームスパッタリング法）により成膜し、次に、得られた金属酸化物膜を、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で熱処理することにより、接合膜３を得る場合を代表に説明する。
なお、Ｉ−Ｂの方法を用いて接合膜３の成膜する場合も、Ｉ−Ａの方法を用いて接合膜３を成膜する際に用いられる成膜装置２００と同様の成膜装置が用いられるため、成膜装置に関する説明は省略する。
まず、ダイパッド２を用意する。そして、このダイパッド２を成膜装置２００のチャンバー２１１内に搬入し、基板ホルダー２１２に装着（セット）する。
次に、排気手段２３０を動作させ、すなわちポンプ２３２を作動させた状態でバルブ２３３を開くことにより、チャンバー２１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
また、このとき、加熱手段を動作させ、チャンバー２１１内を加熱する。チャンバー２１１内の温度は、２５℃以上であればよいが、２５〜１００℃程度であるのが好ましい。かかる範囲内に設定することにより、膜密度の高い金属酸化物膜を成膜することができる。
次に、第２のシャッター２２１を開き、さらに第１のシャッター２２０を開いた状態にする。
この状態で、イオン源２１５のイオン発生室２５６内にガスを導入するとともに、フィラメント２５７に通電して加熱する。これにより、フィラメント２５７から電子が放出され、この放出された電子とガス分子が衝突することにより、ガス分子がイオン化する。
このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４とにより加速されて、イオン源２１５から放出され、陰極材料で構成されるターゲット２１６に衝突する。これにより、ターゲット２１６から金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）の粒子が叩き出され、ダイパッド２上に被着して、金属原子と、この金属原子に結合する酸素原子とを含む金属酸化物膜が形成される。
なお、本実施形態で説明したイオンビームスパッタリング法では、イオン源２１５のイオン発生室２５６内で、放電が行われ、電子ｅ−が発生するが、この電子ｅ−は、グリッド２５３により遮蔽され、チャンバー２１１内への放出が防止される。
さらに、イオンビームＢの照射方向（イオン源２１５の開口２５０）がターゲット２１６（チャンバー２１１の底部側と異なる方向）に向いているので、イオン発生室２５６内で発生した紫外線が、成膜された接合膜３に照射されるのがより確実に防止されて、接合膜３の成膜中に導入された脱離基３０３が脱離するのを確実に防止することができる。
次に、第２のシャッター２２１を開いた状態で、第１のシャッター２２０を閉じる。
この状態で、加熱手段を動作させ、チャンバー２１１内をさらに加熱する。チャンバー２１１内の温度は、金属酸化物膜の表面に効率良く脱離基３０３が導入される温度に設定され、１００〜６００℃程度であるのが好ましく、１５０〜３００℃程度であるのがより好ましい。かかる範囲内に設定することにより、次工程において、ダイパッド２および金属酸化物膜を変質・劣化させることなく、金属酸化物膜の表面に効率良く脱離基３０３を導入することができる。
次に、ガス供給手段２６０を動作させ、すなわちポンプ２６２を作動させた状態でバルブ２６３を開くことにより、チャンバー２１１内に脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを供給する。これにより、チャンバー２１１内をかかるガスを含む雰囲気下（水素ガス雰囲気下）とすることができる。
このように、前工程でチャンバー２１１内が加熱された状態で、チャンバー２１１内を、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを含む雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）とすると、金属酸化物膜の表面付近に存在する金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３が導入されて、接合膜３が形成される。
脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスの流量は、１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、金属原子および酸素原子の少なくとも一方に確実に脱離基３０３を導入することができる。
なお、チャンバー２１１内は、前記工程において、排気手段２３０を動作させることにより調整された減圧状態を維持しているのが好ましい。これにより、金属酸化物膜の表面付近に対する脱離基３０３の導入をより円滑に行うことができる。また、前記工程の減圧状態を維持したまま、本工程においてチャンバー２１１内を減圧する構成とすることにより、再度減圧する手間が省けることから、成膜時間および成膜コスト等の削減を図ることができるという利点も得られる。
この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
また、熱処理を施す時間は、１５〜１２０分程度であるのが好ましく、３０〜６０分程度であるのがより好ましい。
導入する脱離基３０３の種類等によっても異なるが、熱処理を施す際の条件（チャンバー２１１内の温度、真空度、ガス流量、処理時間）を上記範囲内に設定することにより、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を選択的に導入することができる。
以上のようにして、表面３５付近に脱離基３０３が偏在する接合膜３を成膜することができる。
II：次に、IIの構成の接合膜３は、ダイパッド２上に設けられ、金属原子と、有機成分で構成される脱離基３０３を含むものである（図６参照。）。
このような接合膜３は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３が接合膜３の少なくとも表面３５付近から脱離し、図７に示すように、接合膜３の少なくとも表面３５付近に、活性手３０４が生じるものである。そして、これにより、接合膜３の表面に接着性が発現する。かかる接着性が発現すると、半導体チップ１を、接合膜３を備えたダイパッド２に強固に接合、固定することができる。また、このような接合膜３は、優れた伝熱性を有しており、半導体チップ１が発する熱を接合膜３を介してダイパッド２に効率良く伝えることができる。以上のように、接合膜３自体、優れた接着性を発現するとともに、接合膜３の構成材料として、金属原子を含有するものである。そのため、従来のダイパッドと半導体チップとの接合に用いられていた接着剤のように、Ａｇ粉等の金属粉を添加することなく、接合膜３の伝熱性は優れたものとなる。結果として、半導体装置１０は、半導体装置１０の外部へと効率良く放熱することができるとともに、クラックの発生が確実に防止された信頼性の高いものとなる。さらに、半導体チップ１が発する熱を半導体装置１０の外部へと効率良く放熱することができるため、半導体チップの特性が、熱によって変質してしまうのを、長期間にわたって防止することができる。
また、接合膜３は、金属原子と、有機成分で構成される脱離基３０３とを含むもの、すなわち有機金属膜であることから、変形し難い強固な膜となる。このため、半導体装置１０では、半導体チップ１のダイパッド２からの剥離をより確実に防止することができる。
このような接合膜３は、流動性を有さない固体状をなすものである。このため、流動性を有する液状または粘液状（半固形状）の接着剤に比べて、接着層（接合膜３）の厚さや形状がほとんど変化しない。したがって、このような接合膜３を備える半導体装置１０では、ワイヤー５の半導体チップ１の端子への接続（ワイヤーボンディング）を、より高精細に行うことができる。特に、半導体チップ１として、備えられた端子の大きさが比較的小さい、高密度、高性能の半導体チップ１において、より正確にワイヤーボンディングを行うことができる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。
以上のような接合膜３としての機能が好適に発揮されるように、金属原子および脱離基３０３が選択される。
具体的には、金属原子としては、例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、各種ランタノイド元素、各種アクチノイド元素のような遷移金属元素、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｐｏのような典型金属元素等が挙げられる。
ここで、遷移金属元素は、各遷移金属元素間で、最外殻電子の数が異なることのみの差異であるため、物性が類似している。そして、遷移金属は、一般に、硬度や融点が高く、電気伝導性および熱伝導性が高い。このため、金属原子として遷移金属元素を用いた場合、接合膜３に発現する接着性をより高めることができる。また、それとともに、接合膜３の導電性および伝熱性をより高めることができる。
また、金属原子として、Ｃｕ、Ａｌ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いた場合、接合膜３は、優れた導電性および伝熱性を発揮するものとなる。また、接合膜３を後述する有機金属化学気相成長法を用いて成膜する場合には、これらの金属を含む金属錯体等を原材料として用いて、比較的容易かつ均一な膜厚の接合膜３を成膜することができる。
また、脱離基３０３は、前述したように、接合膜３から脱離することにより、接合膜３に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないよう接合膜３に確実に結合しているものが好適に選択される。
具体的には、IIの構成の接合膜３では、脱離基３０３としては、炭素原子を必須成分とし、水素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの少なくとも１種を含む原子団が好適に選択される。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜３の接着性をより高度なものとすることができる。
より具体的には、原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、カルボキシル基の他、前記アルキル基の末端がイソシアネート基、アミノ基およびスルホン酸基等で終端しているもの等が挙げられる。
以上のような原子団の中でも、脱離基３０３は、特に、アルキル基であるのが好ましい。アルキル基で構成される脱離基３０３は、化学的な安定性が高いため、脱離基３０３としてアルキル基を備える接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
また、かかる構成の接合膜３において、金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。金属原子と炭素原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜３の安定性が高くなり、ダイパッド２と半導体チップ１とをより強固に接合することができるようになる。また、接合膜３を優れた導電性および伝熱性を発揮するものとすることができる。
また、接合膜３の平均厚さは、０．１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、２〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜３の平均厚さを前記範囲内とすることにより、半導体チップ１とダイパッド２との接合強度を十分に高いものとしつつ、半導体チップ１が発する熱を、接合膜３を介してダイパッド２に効率良く伝えることができ、半導体装置１０内に熱が留まるのをより確実に防止することができる。
すなわち、接合膜３の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、接合膜３の材料等によっては、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜３の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、半導体チップ１が発する熱を十分に半導体装置１０外部へと放熱することが困難となるおそれがある。
さらに、接合膜３の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜３にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、ダイパッド２の接合面（接合膜３に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜３を被着させることができる。その結果、接合膜３は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、ダイパッド２と半導体チップ１とを接合した際に、接合膜３の半導体チップ１に対する密着性を高めることができる。
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜３の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜３の伝熱性、および膜自体の機械的強度の低下が認められない範囲で、接合膜３の厚さをできるだけ厚くすればよい。
以上説明したような接合膜３は、いかなる方法で成膜してもよいが、例えば、II−Ａ：金属原子で構成される金属膜に、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物を、金属膜のほぼ全体に付与して接合膜３を形成する方法、II−Ｂ：金属原子で構成される金属膜に、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物を、金属膜の表面付近に選択的に付与（化学修飾）して接合膜３を形成する方法、II−Ｃ：金属原子と、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物とを有する有機金属材料を原材料として有機金属化学気相成長法を用いて接合膜３を形成する方法等が挙げられる。これらの中でも、II−Ｃの方法により接合膜３を成膜するのが好ましい。かかる方法によれば、比較的簡単な工程で、かつ、均一な膜厚の接合膜３を形成することができる。
以下、II−Ｃの方法、すなわち金属原子と、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物とを有する有機金属材料を原材料として有機金属化学気相成長法を用いて接合膜３を形成する方法により、接合膜３を得る場合を代表に説明する。
まず、接合膜３の成膜方法を説明するのに先立って、接合膜３を成膜する際に用いられる成膜装置５００について説明する。
図８に示す成膜装置５００は、有機金属化学気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」と省略することもある。）による接合膜３の形成をチャンバー５１１内で行えるように構成されている。
具体的には、成膜装置５００は、チャンバー（真空チャンバー）５１１と、このチャンバー５１１内に設置され、ダイパッド２（成膜対象物）を保持する基板ホルダー（成膜対象物保持部）５１２と、チャンバー５１１内に、気化または霧化した有機金属材料を供給する有機金属材料供給手段５６０と、チャンバー５１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスを供給するガス供給手段５７０と、チャンバー５１１内の排気をして圧力を制御する排気手段２３０と、基板ホルダー５１２を加熱する加熱手段（図示せず）とを有している。
基板ホルダー５１２は、本実施形態では、チャンバー５１１の底部に取り付けられている。この基板ホルダー５１２は、モータの作動により回動可能となっている。これにより、ダイパッド２上に接合膜を均質かつ均一な厚さで成膜することができる。
また、基板ホルダー５１２の近傍には、それぞれ、これらを覆うことができるシャッター５２１が配設されている。このシャッター５２１は、ダイパッド２および接合膜３が不要な雰囲気等に曝されるのを防ぐためのものである。
有機金属材料供給手段５６０は、チャンバー５１１に接続されている。この有機金属材料供給手段５６０は、固形状の有機金属材料を貯留する貯留槽５６２と、気化または霧化した有機金属材料をチャンバー５１１内に送気するキャリアガスを貯留するガスボンベ５６５と、キャリアガスと気化または霧化した有機金属材料をチャンバー５１１内に導くガス供給ライン５６１と、ガス供給ライン５６１の途中に設けられたポンプ５６４およびバルブ５６３とで構成されている。かかる構成の有機金属材料供給手段５６０では、貯留槽５６２は、加熱手段を有しており、この加熱手段の作動により固形状の有機金属材料を加熱して気化し得るようになっている。そのため、バルブ５６３を開放した状態で、ポンプ５６４を作動させて、キャリアガスをガスボンベ５６５から貯留槽５６２に供給すると、このキャリアガスとともに気化または霧化した有機金属材料が、供給ライン５６１内を通過してチャンバー５１１内に供給されるようになっている。
なお、キャリアガスとしては、特に限定されず、例えば、窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガス等が好適に用いられる。
また、本実施形態では、ガス供給手段５７０がチャンバー５１１に接続されている。ガス供給手段５７０は、チャンバー５１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスを貯留するガスボンベ５７５と、前記低還元性雰囲気下とするためのガスをチャンバー５１１内に導くガス供給ライン５７１と、ガス供給ライン５７１の途中に設けられたポンプ５７４およびバルブ５７３とで構成されている。かかる構成のガス供給手段５７０では、バルブ５７３を開放した状態で、ポンプ５７４を作動させると、前記低還元性雰囲気下とするためのガスが、ガスボンベ５７５から、供給ライン５７１を介して、チャンバー５１１内に供給されるようになっている。ガス供給手段５７０をかかる構成とすることにより、チャンバー５１１内を有機金属材料に対して確実に低還元な雰囲気とすることができる。その結果、有機金属材料を原材料としてＭＯＣＶＤ法を用いて接合膜３を成膜する際に、有機金属材料に含まれる有機成分の少なくとも一部を脱離基３０３として残存させた状態で接合膜３が成膜される。
チャンバー５１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素ガスおよびヘリウム、アルゴン、キセノンのような希ガス等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、有機金属材料として、後述する２，４−ペンタジオネート−銅（II）や［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］等のように分子構造中に酸素原子を含有するものを用いる場合には、低還元性雰囲気下とするためのガスに、水素ガスを添加するのが好ましい。これにより、酸素原子に対する還元性を向上させることができ、接合膜３に過度の酸素原子が残存することなく、接合膜３を成膜することができる。その結果、この接合膜３は、膜中における金属酸化物の存在率が低いものとなり、優れた導電性を発揮することとなる。
また、キャリアガスとして前述した窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも１種を用いる場合には、このキャリアガスに低還元性雰囲気下とするためのガスとしての機能をも発揮させることができる。
また、排気手段５３０は、ポンプ５３２と、ポンプ５３２とチャンバー５１１とを連通する排気ライン５３１と、排気ライン５３１の途中に設けられたバルブ５３３とで構成されており、チャンバー５１１内を所望の圧力に減圧し得るようになっている。
以上のような構成の成膜装置５００を用いてＭＯＣＶＤ法により、以下のようにしてダイパッド２上に接合膜３が形成される。
まず、ダイパッド２を用意する。そして、このダイパッド２を成膜装置５００のチャンバー５１１内に搬入し、基板ホルダー５１２に装着（セット）する。
次に、排気手段５３０を動作させ、すなわちポンプ５３２を作動させた状態でバルブ５３３を開くことにより、チャンバー５１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
また、ガス供給手段５７０を動作させ、すなわちポンプ５７４を作動させた状態でバルブ５７３を開くことにより、チャンバー５１１内に、低還元性雰囲気下とするためのガスを供給して、チャンバー５１１内を低還元性雰囲気下とする。ガス供給手段５７０による前記ガスの流量は、特に限定されないが、０．１〜１０ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。
さらに、このとき、加熱手段を動作させ、基板ホルダー５１２を加熱する。基板ホルダー５１２の温度は、形成する接合膜３の種類、すなわち、接合膜３を形成する際に用いる原材料の種類によっても若干異なるが、８０〜３００℃程度で有るのが好ましく、１００〜２７５℃程度であるのがより好ましい。かかる範囲内に設定することにより、後述する有機金属材料を用いて、優れた接着性を有する接合膜３を成膜することができる。
次に、シャッター５２１を開いた状態にする。
そして、固形状の有機金属材料を貯留された貯留槽５６２が備える加熱手段を動作させることにより、有機金属材料を気化させた状態で、ポンプ５６４を動作させるとともに、バルブ５６３を開くことにより、気化または霧化した有機金属材料をキャリアガスとともにチャンバー内に導入する。
このように、前記工程で基板ホルダー５１２が加熱された状態で、チャンバー５１１内に、気化または霧化した有機金属材料を供給すると、ダイパッド２上で有機金属材料が加熱されることにより、有機金属材料中に含まれる有機物の一部が残存した状態で、ダイパッド２上に接合膜３を形成することができる。
すなわち、ＭＯＣＶＤ法によれば、有機金属材料に含まれる有機物の一部が残存するように金属原子を含む膜を形成すれば、この有機物の一部が脱離基３０３としての機能を発揮する接合膜３をダイパッド２上に形成することができる。
このようなＭＯＣＶＤ法に用いられる、有機金属材料としては、特に限定されないが、例えば、２，４−ペンタジオネート−銅（II）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８キノリノレート）アルミニウム（III）（Ａｌｍｑ３）、（８−ヒドロキシキノリン）亜鉛（Ｚｎｑ２）、銅フタロシアニン、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセトネート）（ビニルトリメチルシラン）［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセトネート）（２−メチル−１−ヘキセン−３−エン）［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＭＨＹ）］、Ｃｕ（パーフルオロアセチルアセトネート）（ビニルトリメチルシラン）［Ｃｕ（ｐｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］、Ｃｕ（パーフルオロアセチルアセトネート）（２−メチル−１−ヘキセン−３−エン）［Ｃｕ（ｐｆａｃ）（ＭＨＹ）］のような金属錯体、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ジエチル亜鉛のようなアルキル金属や、その誘導体等が挙げられる。これらの中でも、有機金属材料としては、金属錯体であるのが好ましい。金属錯体を用いることにより、金属錯体中に含まれる有機物の一部を残存した状態で、接合膜３を確実に形成することができる。
また、本実施形態では、ガス供給手段５７０を動作させることにより、チャンバー５１１内を低還元性雰囲気下となっているが、このような雰囲気下とすることにより、ダイパッド２上に純粋な金属膜が形成されることなく、有機金属材料中に含まれる有機物の一部を残存させた状態で成膜することができる。すなわち、接合膜および金属膜としての双方の特性に優れた接合膜３を形成することができる。
気化または霧化した有機金属材料の流量は、０．１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、０．５〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、均一な膜厚で、かつ、有機金属材料中に含まれる有機物の一部を残存させた状態で、接合膜３を成膜することができる。
以上のように、接合膜３を成膜した際に膜中に残存する残存物を脱離基３０３として用いる構成とすることにより、形成した金属膜等に脱離基を導入する必要がなく、比較的簡単な工程で接合膜３を成膜することができる。
なお、有機金属材料を用いて形成された接合膜３に残存する前記有機物の一部は、その全てが脱離基３０３として機能するものであってもよいし、その一部が脱離基３０３として機能するものであってもよい。
以上のようにして、ダイパッド２上にＩまたはＩＩの構成の接合膜３を成膜することができる。
なお、ダイパッド２の少なくとも接合膜３を形成すべき領域には、上記の方法により接合膜３を形成するのに先立って、ダイパッド２の構成材料に応じて、予め、ダイパッド２と接合膜３との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。
かかる表面処理としては、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。このような処理を施すことにより、ダイパッド２の接合膜３を形成すべき領域を清浄化するとともに、該領域を活性化させることができる。これにより、接合膜３とダイパッド２との接合強度を高めることができる。
また、これらの各表面処理の中でもプラズマ処理を用いることにより、接合膜３を形成するために、ダイパッド２の表面を特に最適化することができる。
また、表面処理に代えて、ダイパッド２の少なくとも接合膜３を形成すべき領域には、あらかじめ、中間層を形成するようにしてもよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、特に限定されるものではないが、例えば、接合膜３との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能、接合膜３を成膜する際に接合膜３の膜成長を促進する機能（シード層）、接合膜３を保護する機能（バリア層）等を有するものが好ましい。このような中間層を介してダイパッド２と接合膜３とを接合することになり、信頼性の高い半導体装置１０を得ることができる。
かかる中間層の構成材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、銅およびその合金等の金属系材料、金属酸化物、金属窒化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料、樹脂系接着剤、樹脂フィルム、樹脂コーティング材、各種ゴム材料、各種エラストマーのような樹脂系材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各種材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、ダイパッド２と接合膜３との間の接合強度を特に高めることができる。
以上のようにして、ダイパッド２の一方の面に接合膜３を設けることができる。
なお、上記では、接合膜３をダイパッド２に設ける構成について説明したが、接合膜３は、半導体チップ１に設けるようにしてもよい。この場合、半導体チップ１の少なくとも接合膜３を形成すべき領域に、予め、前述したような表面処理を施したり、前述した中間層を設けるようにすればよい。
さらに、接合膜３は、ダイパッド２と半導体チップ１との双方に設けるようにしてもよい。この場合には、表面処理や中間層の形成は、ダイパッド２と半導体チップ１の双方に行ってもよく、いずれか一方に選択的に行うようにしてもよい。
＜製造方法＞
次に、本実施形態の半導体装置１０の製造方法について説明する。
図９は、本実施形態の半導体装置１０の製造方法を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図９中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［１］まず、ダイパッド（支持台）２と、複数のリード４とを備えるリードフレーム２０を準備する。その後、前述したような方法で、ダイパッド２上に接合膜３をパターニングして形成する（図９（ａ）参照）。なお、このような接合膜３を形成する領域は、後に接合する半導体チップ１の形状に合わせた領域のみに形成してもよいし、ダイパッド２の上面全体に形成してもよい。
［２］次に、接合膜３の表面３５に対してエネルギーを付与する。なお、表面３５へのエネルギーの付与は、ダイパッド２の上面全体にわたってエネルギーを付与することにより行われてもよいし、表面３５に選択的にエネルギーを付与することにより行われてもよい。
ここで、接合膜３にエネルギーを付与すると、接合膜３では、脱離基３０３の結合手が切れて接合膜３の表面３５付近から脱離し、脱離基３０３が脱離した後には、活性手が接合膜３の表面３５付近に生じる。これにより、接合膜３の表面３５に、半導体チップ１との接着性が発現する。
このような状態の接合膜３は、半導体チップ１と、化学的結合に基づいて強固に接合可能なものとなる。
ここで、接合膜３に付与するエネルギーは、いかなる方法を用いて付与されるものであってもよいが、例えば、接合膜３にエネルギー線を照射する方法、接合膜３を加熱する方法、接合膜３に圧縮力（物理的エネルギー）を付与する方法、接合膜３をプラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法、接合膜３をオゾンガスに曝す（化学的エネルギーを付与する）方法等が挙げられる。中でも、本実施形態では、接合膜３にエネルギーを付与する方法として、特に、接合膜３にエネルギー線を照射する方法を用いるのが好ましい。かかる方法は、接合膜３に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギーを付与する方法として好適に用いられる。
このうち、エネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザ光のような光、Ｘ線、γ線、電子線、イオンビームのような粒子線等や、またはこれらのエネルギー線を２種以上組み合わせたものが挙げられる。
これらのエネルギー線の中でも、特に、波長１２６〜３００ｎｍ程度の紫外線を用いるのが好ましい（図９（ｂ）参照）。かかる範囲内の紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜３中の脱離基３０３を確実に脱離させることができる。これにより、接合膜３の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜３に接着性を確実に発現させることができる。
また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基３０３の脱離を効率よく行わせることができる。さらに、紫外線には、例えば、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、１２６〜２００ｎｍ程度とされる。
また、ＵＶランプを用いる場合、その出力は、接合膜３の面積に応じて異なるが、１ｍＷ／ｃｍ２〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｍＷ／ｃｍ２〜５０ｍＷ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。なお、この場合、ＵＶランプと接合膜３との離間距離は、３〜３０００ｍｍ程度とするのが好ましく、１０〜１０００ｍｍ程度とするのがより好ましい。
また、紫外線を照射する時間は、接合膜３の表面３５付近の脱離基３０３を脱離し得る程度の時間、すなわち、接合膜３に必要以上に紫外線が照射されない程度の時間とするのが好ましい。これにより、接合膜３が変質・劣化するのを効果的に防止することができる。具体的には、紫外線の光量、接合膜３の構成材料等に応じて若干異なるものの、０．５〜３０分程度であるのが好ましく、１〜１０分程度であるのがより好ましい。
また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的（パルス状）に照射されてもよい。
一方、レーザ光としては、例えば、エキシマレーザのようなパルス発振レーザ（パルスレーザ）、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのような連続発振レーザ等が挙げられる。中でも、パルスレーザが好ましく用いられる。パルスレーザでは、接合膜３のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による接合膜３の変質・劣化を確実に防止することができる。すなわち、パルスレーザによれば、接合膜３の内部にまで蓄積された熱の影響がおよぶのを、防止することができる。
また、パルスレーザのパルス幅は、熱の影響を考慮した場合、できるだけ短い方が好ましい。具体的には、パルス幅が１ｐｓ（ピコ秒）以下であるのが好ましく、５００ｆｓ（フェムト秒）以下であるのがより好ましい。パルス幅を前記範囲内にすれば、レーザ光照射に伴って接合膜３に生じる熱の影響を、的確に抑制することができる。なお、パルス幅が前記範囲内程度に小さいパルスレーザは、「フェムト秒レーザ」と呼ばれる。
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、２００〜１２００ｎｍ程度であるのが好ましく、４００〜１０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
また、レーザ光のピーク出力は、パルスレーザの場合、パルス幅によって異なるが、０．１〜１０Ｗ程度であるのが好ましく、１〜５Ｗ程度であるのがより好ましい。
さらに、パルスレーザの繰り返し周波数は、０．１〜１００ｋＨｚ程度であるのが好ましく、１〜１０ｋＨｚ程度であるのがより好ましい。パルスレーザの周波数を前記範囲内に設定することにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇して、脱離基３０３を接合膜３の表面３５付近から確実に切断することができる。
なお、このようなレーザ光の各種条件は、レーザ光を照射された部分の温度が、好ましくは常温（室温）〜６００℃程度、より好ましくは２００〜６００℃程度、さらに好ましくは３００〜４００℃程度になるように適宜調整されるのが好ましい。これにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇して、脱離基３０３を接合膜３から確実に切断することができる。
また、接合膜３に照射するレーザ光は、その焦点を、接合膜３の表面３５に合わせた状態で、この表面３５に沿って走査されるようにするのが好ましい。これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、表面３５付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、接合膜３の表面３５に存在する脱離基３０３を選択的に脱離させることができる。
また、接合膜３に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられるが、中でも、特に、大気雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギー線の照射をより簡単に行うことができる。
このように、エネルギー線を照射する方法によれば、接合膜３の表面３５付近に対して選択的にエネルギーを付与することが容易に行えるため、例えば、エネルギーの付与によるダイパッド２および接合膜３の変質・劣化を防止することができる。これにより、半導体装置１０の信頼性をさらに高めることができる。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、接合膜３から脱離する脱離基３０３の脱離量を調整することが可能となる。このように脱離基３０３の脱離量を調整することにより、接合膜３と半導体チップ１との間の接合強度を容易に制御することができる。
すなわち、脱離基３０３の脱離量を多くすることにより、接合膜３の表面３５付近に、より多くの活性手が生じるため、接合膜３に発現する接着性をより高めることができる。一方、脱離基３０３の脱離量を少なくすることにより、接合膜３の表面３５付近に生じる活性手を少なくし、接合膜３に発現する接着性を抑えることができる。
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
ここで、エネルギーが付与される前の接合膜３は、図２および図６に示すように、その表面３５付近に脱離基３０３を有している。かかる接合膜３にエネルギーを付与すると、脱離基３０３（図２では、水素原子、図６では、メチル基）が接合膜３から脱離する。これにより、図３および図７に示すように、接合膜３の表面３５に活性手３０４が生じ、活性化される。その結果、接合膜３の表面に接着性が発現する。
ここで、本明細書中において、接合膜３が「活性化された」状態とは、上述のように接合膜３の表面３５および内部の脱離基３０３が脱離して、接合膜３の構成原子において終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態の他、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、さらに、これらの状態が混在した状態を含めて、接合膜３が「活性化された」状態と言うこととする。
したがって、活性手３０４とは、図３および図７に示すように、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手３０４が存在するようにすれば、半導体チップ１に対して、特に強固な接合が可能となる。
なお、後者の状態（未結合手が水酸基によって終端化された状態）は、例えば、接合膜３に対して大気雰囲気中でエネルギー線を照射することにより、大気中の水分が未結合手を終端化することによって、容易に生成されることとなる。
また、本実施形態では、接合膜３と半導体チップ１とを接着する（貼り合わせる）前に、予め、接合膜３に対してエネルギーを付与する場合について説明しているが、かかるエネルギーの付与は、接合膜３と半導体チップ１とを貼り合わせる（重ね合わせる）際、または貼り合わせた（重ね合わせた）後に行うようにしてもよい。
［３］次に、半導体チップ１を用意する。そして、図９（ｃ）に示すように、活性化させた接合膜３と半導体チップ１とが密着するようにして、接合膜３を半導体チップ１に接触させる。これにより、前記工程［２］において、接合膜３が半導体チップ１（被着体）に対する接着性が発現していることから、接合膜３と半導体チップ１とが化学的に結合することとなり、接合膜３が半導体チップ１に接着して、半導体チップ１がダイパッド２に実装（搭載）される。
このようにして接合膜３と半導体チップ１とが接合された半導体装置１０では、従来の接合方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて、接合膜３と半導体チップ１とが接合されている。このため、半導体装置１０の製造時間を短縮することができ、半導体装置１０の生産性を高めることができる。また、接合膜３と半導体チップ１とが極めて剥離し難く、結果として、半導体チップ１とダイパッド２との接合強度を優れたものとすることができ、クラックの発生が確実に防止された、信頼性の高い半導体装置１０を得ることができる。
また、後に詳述するが、ダイパッド２および半導体チップ１の各熱膨張率が互いに異なる場合には、接合膜３と半導体チップ１とを貼り合わせる際の条件を以下のように最適化するのがよい。これにより、接合膜３と半導体チップ１とをより強固に接合することができる。
例えば、ダイパッド２と半導体チップ１の熱膨張率が互いに異なっている場合、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
具体的には、ダイパッド２と半導体チップ１との熱膨張率の差にもよるが、ダイパッド２および半導体チップ１の温度が２５〜５０℃程度である状態下で、接合膜３を半導体チップ１に貼り合わせるのが好ましく、２５〜４０℃程度である状態下で貼り合わせるのがより好ましい。このような温度範囲であれば、ダイパッド２と半導体チップ１との熱膨張率の差がある程度大きくても、接合界面に発生する熱応力を十分に低減することができる。その結果、半導体装置１０におけるクラックの発生をより確実に防止することができる。
また、この場合、具体的なダイパッド２と半導体チップ１との間の熱膨張係数の差が、５×１０−５／Ｋ以上あるような場合には、上記のようにして、できるだけ低温下で接合を行うことが特に推奨される。
さらに、ダイパッド２と半導体チップ１は、互いに剛性が異なっているのが好ましい。これにより、接合界面に熱応力が発生したとしても、この熱応力を接合膜３および半導体チップ１のいずれか一方で吸収して、接合膜３と半導体チップ１とをより強固に接合することができる。
また、ダイパッド２および半導体チップ１の各熱膨張率が互いに異なる場合には、例えば、接合膜３の熱膨張係数を、ダイパッド２の熱膨張係数と半導体チップ１の熱膨張係数との間に調整するようにしてもよい。これにより、半導体装置１０が熱膨張した場合でも、半導体チップ１のダイパッド２からの剥離をより確実に防止することができる。
かかる接合膜３の熱膨張係数は、その成膜時の原料の比率、成膜条件等を適宜設定することにより調整可能である。
以上説明したような半導体チップ１の接合膜３との接合に供される領域には、ダイパッド２と同様に、半導体チップ１の接合膜３と接する表面に、接合膜３との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。これにより、接合膜３と半導体チップ１との接合強度をより高めることができる。
なお、表面処理としては、ダイパッド２に対して施す前述したような表面処理と同様の処理を適用することができる。
さらに、半導体チップ１の接合膜３との接合に供される領域に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜３と半導体チップ１との接合強度を十分に高くすることができる。
このような基や物質としては、例えば、水素原子、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような官能基、ラジカル、開環分子、２重結合、３重結合のような不飽和結合、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの基または物質が挙げられる。このような基または物質を有する表面は、接合膜３に対する接合強度のさらなる向上を実現し得るものとなる。
また、このようなものを有する表面が得られるように、上述したような各種表面処理を適宜選択して行うことにより、接合膜３と特に強固に接合可能な半導体チップ１が得られる。
また、表面処理に代えて、半導体チップ１の接合膜３との接合に供される領域には、予め、接合膜３との密着性を高める機能を有する中間層を形成しておいてもよい。これにより、かかる中間層を介して接合膜３と半導体チップ１とを接合することになり、より接合強度の面発光レーザ搭載基板が得られるようになる。
かかる中間層の構成材料には、前述のダイパッド２に形成する中間層の構成材料と同様のものを用いることができる。
ここで、本工程において、接合膜３と半導体チップ１とを接合するメカニズムについて説明する。
例えば、半導体チップ１の接合膜３との接合に供される領域に、水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜３と半導体チップ１とが接触するように、これらを貼り合わせたとき、接合膜３の表面３５に存在する水酸基と、半導体チップ１の前記領域に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、接合膜３と半導体チップ１とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合を伴って表面から切断される。その結果、接合膜３と半導体チップ１との接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が結合する。これにより、接合膜３と半導体チップ１とがより強固に接合されると推察される。
なお、前記工程［２］で活性化された接合膜３の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程［２］の終了後、できるだけ早く本工程［３］を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程［２］の終了後、６０分以内に本工程［３］を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜３の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程で接合膜３を半導体チップ１に貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
換言すれば、活性化させる前の接合膜３は、脱離基３０３を備えた状態で化学的に比較的安定な膜であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の接合膜３は、長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような接合膜３を備えたダイパッド２を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程［２］に記載したエネルギーの付与を行うようにすれば、半導体装置１０の製造効率の観点から有効である。
［４］次に、ダイパッド２上に接合膜３を介して接合された半導体チップ１の端子（図示せず）と、リード４との間に、ワイヤーボンディングによりワイヤー５を形成し、その後、トランスファー成形等により封止体６を形成する。（図９（ｄ））そして、リードフレーム２０から樹脂止めのタイバーを打ち抜き、トリム＆フォーム工程を行い、半導体装置１０が製造される（図９（ｅ））。
以上のようにして、半導体装置１０を得ることができる。
このようにして得られた半導体装置１０は、ダイパッド２と半導体チップ１との間の接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する半導体装置１０は、各部の剥離を十分に防止し得るものとなる。すなわち、得られる半導体装置１０は、耐久性に優れたものとなる。また、本発明によれば、ダイパッド２と半導体チップ１とが上記のような優れた接合強度で接合されるとともに、半導体チップ１が発する熱を外部へと好適に放熱することができる信頼性の高い半導体装置１０を効率よく作製することができる。
なお、このような半導体チップとダイパッドとの接合方法としては、接着剤による接合の他に、個体接合により、半導体チップとダイパッドとを接合する方法も考えられるが、個体接合では、高温（例えば、７００〜８００℃）下で接合を行うため、半導体チップの特性が変化してしまい、半導体チップとダイパッドとの接合には一般的に用いることができない。仮に、個体接合を用いた場合でも、従来のシリコン基板同士を直接接合するような固体接合では、接合に供される基板の表面を活性化させても、その活性状態は、大気中で数秒〜数十秒程度の極めて短時間しか維持することができなかった。このため、表面の活性化を行った後、接合する２つの基板を貼り合わせる等の作業に要する時間を、十分に確保することができないという問題があった。
これに対し、本発明によれば、比較的長時間に亘って活性状態を維持することができる。このため、貼り合わせ作業に要する時間を十分に確保することができ、接合作業の効率化を高めることができる。なお、比較的長時間に亘って活性状態を維持し得ることは、有機成分で構成される脱離基３０３が脱離した活性化状態が安定化していることに起因しているものと推察される。
＜電子機器＞
次に、上述した半導体装置１０を備える本発明の電子機器について説明する。
なお、以下では、本発明の電子機器の一例として、携帯電話を代表に説明する。
図１０は、携帯電話の実施形態を示す斜視図である。
図１０に示す携帯電話は、表示部１００１を備える携帯電話本体１０００を有している。携帯電話本体１０００には、上述した半導体装置１０が内蔵されており、これらは、携帯電話機本体１０００において光信号出力手段などとして用いられる。
なお、半導体装置１０は、図１０で説明した携帯電話の他に、種々の電子機器に対して適用できる。
例えば光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、無線ＬＡＮ等にも適用できる。
半導体装置１０は、上述したように外部への放熱性に優れるとともに、半導体チップ１とダイパッド２とが強固に接合され、クラックの発生が抑えられた信頼性の高いものである。したがって、このような半導体装置１０を搭載した電子機器は、使用環境によらず、長期間にわたって誤作動の発生が抑制された、信頼性の高いものとなる。
以上、本発明の半導体装置および電子機器を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、半導体装置および電子機器を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
例えば、本発明の半導体装置および電子機器は、前記実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、上述した実施形態では、ダイパッド上に１つの半導体チップ（半導体素子）が搭載された半導体装置について説明したが、本発明の半導体装置は、ダイパッド上に複数の半導体チップが搭載されたものであってもよい。なお、このようにダイパッド上に複数の半導体チップを備える半導体装置の場合、ダイパッドの半導体チップが搭載される面側に、搭載される半導体チップに対応する領域に一括で上述したような接合膜を形成するのが好ましい。これにより、接着剤を用いて各半導体チップをダイパッドに搭載するよりも、より短時間で高密度に半導体チップを実装することができる。
また、前述した実施形態では、支持台としてのダイパッドとリードとを有するリードフレームを備えたリード端子型の半導体パッケージ（例えば、ＱＦＰ）について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等のエリアアレー型（面実装タイプ）の半導体パッケージにも用いることができる。
本発明の半導体装置の好適な実施形態を示す横断面図である。 図１に示す半導体装置におけるＩの構成の接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図である。 図１に示す半導体装置におけるＩの構成の接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。 Ｉの構成の接合膜を成膜する際に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。 図４に示す成膜装置が備えるイオン源の構成を示す模式図である。 IIの構成の接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図である。 IIの構成の接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。 IIの構成の接合膜を成膜する際に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す半導体装置の製造方法（製造工程）を説明するための図である。 携帯電話の実施形態を示す斜視図である。
符号の説明
１……半導体チップ ２……ダイパッド ３……接合膜 ３０３……脱離基 ３０４……活性手 ３５……表面 ４……リード ５……ワイヤー ６……封止体 １０……半導体装置 ２０……リードフレーム ２００……成膜装置 ２１１……チャンバー ２１２……基板ホルダー ２１５……イオン源 ２１６……ターゲット ２１７……ターゲットホルダー ２１９……ガス供給源 ２２０……第１のシャッター ２２１……第２のシャッター ２３０……排気手段 ２３１……排気ライン ２３２……ポンプ ２３３……バルブ ２５０……開口 ２５３……グリッド ２５４……グリッド ２５５……磁石 ２５６……イオン発生室 ２５７……フィラメント ２６０……ガス供給手段 ２６１……ガス供給ライン ２６２……ポンプ ２６３……バルブ ２６４……ガスボンベ ４１０……配線基板 ４１２……電極 ４１３……絶縁基板 ４１４……リード ４１５……電極 ４１６……導電層 ５００……成膜装置 ５１１……チャンバー ５１２……基板ホルダー ５２１……シャッター ５３０……排気手段 ５３１……排気ライン ５３２……ポンプ ５３３……バルブ ５６０……有機金属材料供給手段 ５６１……ガス供給ライン ５６２……貯留槽 ５６３……バルブ ５６４……ポンプ ５６５……ガスボンベ ５７０……ガス供給手段 ５７１……ガス供給ライン ５７３……バルブ ５７４……ポンプ ５７５……ガスボンベ １０００……携帯電話本体 １００１……表示部

Claims (31)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子を支持固定する金属製の支持台と、
    前記半導体素子を前記支持台に接合固定する接合膜とを有し、
    前記接合膜は、金属原子と、該金属原子と結合する酸素原子と、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方に結合する脱離基とを含み、
    当該接合膜は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が、前記金属原子および前記酸素原子の少なくとも一方から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に発現する接着性によって、前記半導体素子と前記支持台とを接合していることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記金属原子は、インジウム、スズ、亜鉛、チタン、およびアンチモンのうちの少なくとも１種である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記脱離基は、水素原子、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子、またはこれらの各原子で構成される原子団のうちの少なくとも１種である請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記接合膜は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または二酸化チタン（ＴｉＯ２）に、脱離基として水素原子が導入されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記接合膜中の金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３である請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 半導体素子と、
    前記半導体素子を支持固定する金属製の支持台と、
    前記半導体素子を前記支持台上に接合固定する接合膜とを有し、
    前記接合膜は、金属原子と、有機成分で構成される脱離基とを含み、
    当該接合膜は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記接合膜から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に発現する接着性によって、前記半導体素子と前記支持台とを接合していることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記接合膜は、有機金属材料を原材料として、有機金属化学気相成長法を用いて成膜されたものである請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記接合膜は、低還元性雰囲気下で成膜されたものである請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記脱離基は、前記有機金属材料に含まれる有機物の一部が残存したものである請求項７または８に記載の半導体装置。
  10. 前記脱離基は、炭素原子を必須成分とし、水素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの少なくとも１種を含む原子団で構成される請求項７ないし９のいずれかに記載の半導体装置。
  11. 前記脱離基は、アルキル基である請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記有機金属材料は、金属錯体である請求項７ないし１１のいずれかに記載の半導体装置。
  13. 前記金属原子は、銅、アルミニウム、亜鉛および鉄のうちの少なくとも１種である請求項６ないし１２のいずれかに記載の半導体装置。
  14. 前記接合膜中の金属原子と炭素原子との存在比は、３：７〜７：３である請求項６ないし１３のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が、当該接合膜から脱離した後に、活性手が生じる請求項１ないし１４のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記活性手は、未結合手または水酸基である請求項１５に記載の半導体装置。
  17. 前記接合膜の平均厚さは、０．１〜１０００ｎｍである請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体装置。
  18. 前記接合膜は、流動性を有さない固体状をなしている請求項１ないし１７のいずれかに記載の半導体装置。
  19. 前記半導体素子の前記接合膜と接している面には、予め、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されている請求項１ないし１８のいずれかに記載の半導体装置。
  20. 前記支持台の前記接合膜と接している面には、予め、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されている請求項１ないし１９のいずれかに記載の半導体装置。
  21. 前記表面処理は、プラズマ処理である請求項１９または２０に記載の半導体装置。
  22. 前記半導体素子と前記接合膜との間に、中間層が介挿されている請求項１ないし２１のいずれかに記載の半導体装置。
  23. 前記支持台と前記接合膜との間に、中間層が介挿されている請求項１ないし２２のいずれかに記載の半導体装置。
  24. 前記中間層は、酸化物系材料を主材料として構成されている請求項２２または２３に記載の半導体装置。
  25. 前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記接合膜を加熱する方法、および前記接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われる請求項１ないし２４のいずれかに記載の半導体装置。
  26. 前記エネルギー線は、波長１２６〜３００ｎｍの紫外線である請求項２５に記載の半導体装置。
  27. 前記加熱の温度は、２５〜１５０℃である請求項２５または２６に記載の半導体装置。
  28. 前記圧縮力は、０．２〜１０ＭＰａである請求項２５ないし２７のいずれかに記載の半導体装置。
  29. 前記エネルギーの付与は、大気雰囲気中で行われる請求項２５ないし２８のいずれかに記載の半導体装置。
  30. 前記支持台は、リードフレームのダイパッドである請求項１ないし２９のいずれかに記載の半導体装置。
  31. 請求項１ないし３０のいずれかに記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
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