JP2014189411A - 半導体パッケージカバー用人工水晶基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
一度以上育成・精製した人工水晶だけを人工水晶育成の原料とすることで、α線放出量が極めて少ない半導体パッケージカバー用人工水晶基板を提供する。
【解決手段】
水熱合成法により半導体パッケージカバー用人工水晶基板を製造する方法であって、人工水晶の育成に用いる原料水晶に少なくとも１回以上育成・精製された人工水晶のみを用いて半導体パッケージカバーを製造し、該半導体パッケージカバーからのα線放出量を規定値以下に抑制したことを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法及びこの製造方法により製造された半導体パッケージカバー用人工水晶基板に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体パッケージカバー用水晶基板とその製造方法に係り、特にα線放出量が少ない人工水晶のみを人工水晶育成の際に原料水晶として用いて育成した半導体パッケージカバー用人工水晶基板とその製造方法に関する。

固体撮像素子であるＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等を収納する半導体パッケージの前面に設けられ、固体撮像素子を保護するとともに、透光窓として使用される半導体パッケージカバーガラスには、α線の放出量が少ないことが要求されている。その理由は、固体撮像素子に最も接近して半導体パッケージ内に組み込まれるカバーガラスから放出されるα線により、組み込まれた固体撮像素子が、ソフトエラーを生じるためである。

そのため、半導体パッケージに使用されるカバーガラスには、これから放出されるα線量が０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈ以下のものが、さらに、α線を放出する放射性同位元素、特にウラン（Ｕ）とトリウム（Ｔｈ）の含有量が、それぞれ２ｐｐｂ，８ｐｐｂ以下が好ましいとされている［特許文献１（特開２００６−９６５７５号公報）参照］。

このため、従来のガラスを用いた半導体パッケージのカバーガラスの製造工程では、高純度のガラス原料が用いられている。

近年、半導体パッケージ用のカバーガラスに、その部品点数を減らすために、従来のガラスに代えて人工水晶を用いた光学用ローパスフィルタや波長板に用いる人工水晶基板が直接使用されるようになってきた［特許文献２（特開２００８−４２７９７号公報）］。

しかしながら、通常、人工水晶の育成には、ラスカと称される天然産出の原料が原料水晶として使用されている。そのため、この天然原料が、α線を放出する要因となる放射線同位元素、とくに前述したウラン（Ｕ）やトリウム（Ｔｈ）、を含む可能性が高い。

例えば、天然水晶の中で、煙水晶、アメジスト（紫水晶）等の着色水晶は、水晶の着色が自然界で放射線の暴露を受けたことによる水晶結晶の欠陥に由来することから、その成長した環境が放射線環境の下にあった証拠であり、そのため、天然水晶を使用して人工水晶を育成する際、人工水晶からウラン、トリウム等の放射性同位元素を排除することは極めて困難である。

そこで、人工水晶を使用して育成した人工水晶は、α線放出量が、通常の低α線量のガラスよりも少ないので、少なくとも一度以上、人工育成により精製した人工水晶のみを人工水晶の育成原料として用いることで、天然由来のα線放出成分、例えばウランやトリウム、を育成される人工水晶から排除できるようになる。

特開２００６−９６５７７５号公報 特開２００８−４２７９７号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、一度以上人工水晶の育成を行い精製した人工水晶のみを人工水晶育成の原料とすることで、α線の放出量が極めて少ない半導体パッケージ用のカバーに用いる水晶基板を提供することにある。

本発明は、水熱合成法により半導体パッケージカバー用人工水晶基板を製造する方法であって、人工水晶の育成に用いる原料水晶に少なくとも１回以上育成・精製した人工水晶のみを用いて人工水晶を育成し、該半導体パッケージカバーからのα線放出量を規定値以下に抑制したことを特徴とする。

また、本発明は、半導体パッケージカバーからのα線放出量が、０．００１ｃ／ｃｍ²・ｈ未満であることを特徴とする。

さらに、本発明は、α線放出源が、人工水晶基板に含まれる放射性同位元素であるウラン及びトリウムであって、ウランの含有量が２ｐｐｂ以下、またトリウムの含有量が８ｐｐｂ以下であることを特徴とする。

またさらに、本発明は、育成される人工水晶が、光学用人工水晶であることを特徴とする。

また、本発明は、育成される人工水晶が、光学用ランパート人工水晶であることを特徴とする。

本発明によれば、α線放出量が極めて少ない半導体パッケージカバー用人工水晶基板が得られ、半導体パッケージに収納されたＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子がソフトエラーを生じるのが、大幅に回避される。

本発明の半導体パッケージカバー用の人工水晶基板の育成に用いるオートクレーブの縦断面図である。 本発明の半導体パッケージカバー用の人工水晶基板の育成方法の工程図である。

以下、本発明の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法について添付した図面に基いて説明する。

本発明の実施形態では、図１に示したような、オートクレーブ１により、水熱合成法により半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造（育成）を行う。

すなわち、図１に示すオートクレーブ１の圧力容器１０、精製した人工水晶のみからなる育成原料を入れる原料入れ１３、対流制御板１４、育成枠１５等を用いて、α線放出量が極めて少ない半導体パッケージカバー用人工水晶基板を育成する。

本発明の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の育成に用いるオートクレーブ１を構成する圧力容器１０は、所定の圧力と温度に耐えられるような特殊鋼材からなり、圧力容器１０の上部は、カバー１６をクランプ１７で密閉する構造となっている。

ここで、３６０〜４００°Ｃ程度の温度に加熱される圧力容器１０の下部室１２ａには、準備した精製済の人工水晶を、小片に粉砕して原料水晶を入れる原料入れ１３が設置され、また、人工水晶からなる種水晶を保持する育成枠１５が設置され、上部室１２ｂと下部室１２ａとは、圧力容器１０内の水溶液の対流を制御する孔が多数個形成された対流制御板１４により区分されている。

そして、圧力容器１０内に、約１Ｎの濃度の水酸化ナトリウム、または
０．５Ｎの濃度の炭酸ナトリウム溶液を適正な充填率、例えば８０〜８５％で満たし、シ−ルリング１８を介してカバー１６をクランプして圧力容器１０を密閉する。また、カバー１６の頂部には、圧力容器１０内の圧力を測定するために、圧力計１９が、また、圧力容器１０の外周面には、熱電対２１ａ〜２１ｄが、設けられている。

さらに、圧力容器１０の上部室１２ｂに人工水晶からなる種水晶Ｓを保持した育成枠１５を取り付け、バンドヒータ１１により圧力容器１０を加熱し、下部室１２ａと上部室１２ｂとの間に温度差を形成し、下部室１２ａで小片に粉砕した人工水晶を水溶液中に溶解させる。

そして、当該下部室１２ａと上部室１２ｂとの温度差によって、溶液中に溶解した人工水晶が上部室１２ｂに運ばれ、上部室１２ｂ内で冷却され、過飽和状態となる。そして、過飽和状態となった人工水晶は、育成枠１５に取り付けた種水晶Ｓ上に析出し、人工水晶からなる種水晶Ｓが順次成長してα線の放出量が少ない人工水晶、特に光学用人工水晶または光学用ランパート人工水晶、が育成（製造）される。

すなわち、本発明の半導体パッケージカバー用の人工水晶基板の製造方法は、図２に示すように、まず、少なくとも一回以上オートクレーブ内で育成して精製され、ウラン、トリウム等の放射性同位元素成分の含有量を後述する規定量以下に排除したインゴット状のアズグロウン人工水晶を準備する（工程Ｓ１）。

次いで、このインゴット状のアズグロウン人工水晶を破砕機等で所定の大きさの小片に粉砕する（工程Ｓ２）。

さらに、粉砕した人工水晶の小片をオートクレーブ内に配置した原料入れに所定量装填する（工程Ｓ３）。

そして、前述した水熱合成法によりオートクレーブ内で人工水晶を育成して種水晶Ｓ上に析出させ人工水晶基板を製造する（工程Ｓ４）。

最後に、育成・製造した人工水晶基板をオートクレーブから取り出す（工程Ｓ５）。

従来の人工水晶の育成方法では、ラスカという天然原料（屑水晶）を育成に用いるためα線を放出する要因となる天然由来の放射性同位元素、特にウラン（Ｕ）やトリウム（Ｔｈ）、に暴露されたため、これらの放射性同位元素が育成した人工水晶中に含有されている可能性が極めて高い。このため、オートクレーブ１の下部室１２ａに設けた水晶原料入れ１３に装填した育成材料である天然水晶に含まれているウラン、トリウムから放射線が放出され、育成中の人工水晶は、この放射線にさらされることによりα線を放出するようになる。

これに対して、本発明の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造（育成）方法によれば、一度以上育成・精製してウラン、トリウム等の天然由来の成分（放射性同位元素）を排除した人工水晶のみを原料として用い、育成領域から隔離された水晶原料入れ１３にウラン、トリウムを含まない、あるいは含んだとしても微量の人工水晶なる原料を装填して育成を行うので、ウラン、トリウム等の放射線源から隔離して人工水晶の育成を行うことができるようになる。そのため、育成中の人工水晶が、前述した放射線にさらされることが殆どなくなるため、育成された人工水晶からのα線放出量が大幅に低減するようになる。

そのため、本発明では、人工水晶を原料として用いて育成した人工水晶を半導体パッケージ用カバーガラスにガラス材料に代えて人工水晶基板として用いるので、前記した放射性同位元素成分を排除でき、カバーガラスからのα線の放出量を従来のものと比べて、天然由来のウラン、トリウムの含有量を極めて少なくすることができるようになる。

ここで、通常、半導体パッケージ用カバーガラスで許容されるα線放出量は、０．０１ｃ／ｃｍ²・ｈ以下、好ましいα線放出量は、０．００５ｃ／ｃｍ²・ｈ以下、さらに好ましいα線放出量は、０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈとされている（特許文献１、段落［００１９］参照）。ここで、単位：ｃ／ｃｍ²・ｈは、１ｃｍ²当たり、１時間当たりのα線の検出個数を示す。

これに対して、本発明者の知見によると、従来の天然原料を使用して育成した人工水晶のα線放出量は、表１に示すようになっている。

すなわち、表１は、本発明者が民間分析機関に委託して、天然水晶を原材料として使用した育成した成膜付き水晶基板の表面から放出されるα線表面密度（α線放出量）を測定したものである。このα線表面密度の測定は、平面視矩形状のＡ４サイズの保持具に同じ寸法の水晶板を載置して行った。

この測定には、表１に示すように試作（１）と試作（２）を測定対象とした。

この測定結果を見ると、天然原料を用いて育成した水晶基板の表面から放出されるα線表面密度（α線放出量）は、測定誤差（±０．００１ｃ／ｃｍ²・ｈ)を考慮しても、前述したいずれの許容されるα線放出量の値（例えば、さらに好ましいα線放出量：０．００３ｃ／ｃｍ²・ｈ）をも下回っていることが分かる。

しかし、本発明の人工水晶のみを育成原料として育成した人工水晶基板のα線放出量は、本発明者の分析によれば、常に０．００１ｃ／ｃｍ²・ｈ未満であった。

また、半導体パッケージ用カバーガラスで許容される放射線同位元素含有量は、ウラン（Ｕ）量が、５ｐｐｂ以下, トリウム（Ｔｈ）量が、１０ｐｐｂ以下、望ましい放射線同位元素量は、ウラン（Ｕ）２ｐｐｂ以下、トリウム（Ｔｈ）８ｐｐｂ以下とされている（前出引用文献１、段落［００１９］参照）。

しかし、本発明の人工水晶のみを育成原料として育成した人工水晶基板の放射線同位元素含有量は、本発明者の分析によれば、ウラン（Ｕ）１ｐｐｂ以下、トリウム（Ｔｈ）２ｐｐｂ以下であって、大幅に前出の要求される放射線同位元素含有量（ウラン、トリウム）を下回っている。

このように、本願発明によれば、常に要求されるα線放出量を大幅に下回る半導体パッケージカバー用人工水晶基板が得られ、半導体パッケージに組み込まれたカバーからのα線放出量が低減し、半導体パッケージ内に組む込まれた固体撮像素子のソフトエラーが回避されることになる。

１ オートクレーブ
１０ 圧力容器
１１ バンドヒータ
１２ａ 下部室
１２ｂ 上部室
１３ 水晶原料入れ
１４ 対流制御板
１５ 育成枠
１６ カバー
１７ クランプ
１８ シールリング
１９ 圧力計
２０ 保温体
２１ａ−２１ｄ 熱電対
Ｓ 種水晶（人工水晶）

Claims (9)

1. 水熱合成法により半導体パッケージカバー用人工水晶基板を製造する方法で
   あって、人工水晶の育成に用いる原料水晶に少なくとも１回以上育成・精製した人工水晶のみを用いて該半導体パッケージカバーからのα線放出量を規定値以下に抑制したことを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法。
2. 前記α線放出量の規定値が、０．００１ｃ／ｃｍ²・ｈ未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法。
3. α線放出源が、前記人工水晶基板に含まれる放射性同位元素であるウラン及びトリウムであって、前記ウランの含有量が２ｐｐｂ以下、またトリウムの含有量が８ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法。
4. 育成される前記人工水晶が、光学用人工水晶であることを特徴とする請求項１から３に記載の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法。
5. 育成される前記人工水晶が、光学用ランパート人工水晶であることを特徴とする請求項１から３に記載の半導体パッケージカバー用人工水晶基板の製造方法
6. 請求項１に記載の製造方法によって製造された半導体パッケージカバー用人工水晶基板であって、前記人工水晶基板のα線放出量が、０．００１ｃ／ｃｍ²・ｈ未満であることを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板。
7. 請求項３に記載の製造方法によって製造された半導体パッケージカバー用人工水晶基板であって、前記ウランの含有量が２ｐｐｂ以下、また、トリウムの含有量が８ｐｐｂ以下であることを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板。
8. 請求項１から５に記載の製造方法によって製造された半導体パッケージカバー用人工水晶基板であって、育成される前記人工水晶が、光学用人工水晶であることを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板。
9. 請求項１から５に記載の製造方法によって製造された半導体パッケージカバー用人工水晶基板であって、育成される前記人工水晶が、光学用ランパート人工水晶であることを特徴とする半導体パッケージカバー用人工水晶基板。