JP3610165B2

JP3610165B2 - 半導体装置の製造方法および製造装置

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Publication number: JP3610165B2
Application number: JP19277996A
Authority: JP
Inventors: 昭浩村田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH1022313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂封止型半導体装置において、素子領域と封止樹脂との密着性を高めることができる、オゾンによる表面処理工程を含む半導体装置の製造方法およびこの製造方法を適用することができる半導体装置の製造装置に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
近年のＬＳＩ等の半導体装置の高集積化および小型化に伴い、例えば、クワットフラットパッケージ（ＱＦＰ）、スモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ）等の面実装パッケージおよびボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）などが用いられている。これらのパッケージにおいては、半導体素子およびボンディングワイヤなどの配線部を含む素子領域を保護するために、素子領域にエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂によって封止部が形成されている。
【０００３】
これらの樹脂封止型半導体装置においては、素子領域と封止樹脂との密着性が不十分であると、両者の界面で部分的にあるいは全面的に剥離を生ずることがある。このような界面の剥離は、この剥離部に水分等が侵入して溜まることにより、半導体素子の電極の腐食や樹脂封止部のクラックの原因になることがあり、半導体装置の信頼性を低下させる。
【０００４】
本発明の目的は、樹脂封止型半導体装置において半導体素子組立体と封止樹脂との密着性を高め、剥離の発生を防止することができる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、半導体素子、半導体素子保持部、リードおよび前記半導体素子の電極と前記リードとを電気的に接続する接続部を含む半導体素子組立体の所定の素子領域を絶縁性樹脂によって封止する成形工程を経る半導体装置の製造方法において、
前記半導体素子組立体は、前記成形工程の前に、オゾンよる表面処理を施され、
前記表面処理は、複数の被処理体である前記半導体素子組立体をオゾン処理部に収容した状態で、オゾン発生部において生成されたオゾンを前記オゾン処理部に導入し、オゾンと前記被処理体とを接触させることによって行われる。
【０００６】
なお、前記素子領域とは、半導体素子、半導体素子保持部、リードの一部およびボンディングワイヤなどの接続部を含む領域を意味する。
【０００７】
請求項１の発明によれば、半導体素子組立体の素子領域を絶縁性樹脂によって封止する成形工程の前に、オゾンによる表面処理を行うため、前記半導体素子組立体と樹脂封止部との密着性を高め、両者の界面での実用上問題となるレベルの部分的あるいは全体的な剥離を防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０００８】
また、この半導体装置の製造方法においては、表面処理は、オゾン処理部と異なるオゾン発生部によって生成されたオゾンをオゾン処理部に導入することによって行われるため、複数の被処理体を所定の条件下で同時に処理することができる。
【０００９】
さらに、この半導体装置の製造方法においては、前記オゾン処理部は前記オゾン発生部と異なる領域であるため、例えばオゾンの発生方法としてプラズマ放電を用いた場合であっても、処理ガスにラジカルやイオンなどの電気的に活性な種を実質的にほとんど含まないため、半導体素子に電気的ダメージを与えることなく、表面処理を行うことができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、
前記オゾン処理部において、複数の前記被処理体は、その被処理面が互いに離間した状態で容器に収容されることにより、バッチ処理によって表面処理される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、複数の被処理体は、その被処理面が互いに離れた状態で容器に収容され、バッチ処理が可能であるため、オゾンによる表面処理を高い効率で行うことができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２において、
前記オゾン処理部において、オゾンの濃度は５〜５０ｇ／ｃｍ^３である。
【００１３】
オゾン処理に用いられるオゾンの濃度は、被処理体の汚染原因などによって異なり、特に制限されるものではないが、上記濃度範囲５〜５０ｇ／ｃｍ^３で良好な洗浄効果が得られる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記オゾン処理部での表面処理は、大気圧またはその近傍の圧力下で行われる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、オゾン処理部において真空あるいは減圧のための設備を要しないため、プロセスを単純化することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記オゾン発生部において、オゾンは、大気圧またはその近傍の圧力下でプラズマを誘起することによって生成される。
【００１７】
なお、前記大気圧の近傍の圧力下とは、真空あるいは減圧のための設備を必要としない気圧を意味する。
【００１８】
請求項５の発明によれば、オゾン発生部においてオゾンが大気圧またはその近傍の圧力下でプラズマを誘起することによって形成されるため、真空あるいは減圧のための設備を必要とせず、プロセスを単純化することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、
酸素雰囲気または酸素を含む雰囲気においてオゾンを発生させるオゾン発生部、
前記オゾン発生部において発生したオゾンを導入して、複数の被処理体にオゾンを接触させ、被処理体の表面処理を行うオゾン処理部、および
前記オゾン発生部と前記オゾン処理部とを連結するオゾン供給路を含み、
前記被処理体は、半導体素子、半導体素子保持部、リードおよび前記半導体素子の電極と前記リードとを電気的に接続する接続部を含む半導体素子組立体である。
【００２０】
なお、前記酸素を含む雰囲気としては、空気などをあげることができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、オゾン処理部において複数の被処理体を同時に処理することができるため、オゾンによる表面処理を効率良く行うことができる。
【００２２】
また、前記オゾン処理部は前記オゾン発生部と異なる領域であるため、例えばオゾンの発生方法としてプラズマ放電を用いた場合であっても、処理ガスにラジカルやイオンなどの電気的に活性な種を実質的に含まないため、半導体素子に電気的ダメージを与えることなく、表面処理を行うことができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項６において、
前記オゾン処理部は、複数の前記被処理体が、その被処理面が互いに離間した状態で収容された容器を収容することができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、前記オゾン処理部に多くの被処理体を収容することができるため、バッチ処理により効率の良い表面処理を行うことができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項６または７において、
前記オゾン処理部において、オゾンの濃度は５〜５０ｇ／ｃｍ^３に設定される。
【００２６】
被処理体の表面処理に必要なオゾンの濃度を前記範囲に設定することにより、良好な表面処理を行うことができる。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項６ないし８のいずれかにおいて、
前記オゾン発生部は、大気圧またはその近傍の圧力下でプラズマを誘起することによってオゾンを生成する。
【００２８】
請求項９の発明によれば、大気圧またはその近傍の圧力下でオゾンを生成することができるため、真空や減圧のための設備を必要せず、装置をシンプルにかつ小型にすることができる。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項６ないし９のいずれかにおいて、
前記オゾン発生部は、処理ガス供給部、５０ｋＨｚ以下の低周波数の交流電圧または直流電圧を出力する電源、および処理ガスに前記電圧を印加する一対の電極を含む。
【００３０】
請求項１０の発明によれば、プラズマ発生用の交流周波数を５０ｋＨｚ以下とすることにより、一対の電極に印加される交流電圧のピークツーピーク（ｐｅａｋｔｏｐｅａｋ）電圧を大きく確保することができ、ヘリウムなどの比較的高価なガスを用いずに、大気圧またはその近傍の圧力下で処理ガスを十分に活性化して安定したプラズマを生成することができる。このことは、直流電圧を印加した場合にも認められた。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の製造方法および製造装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
（製造装置）
図１は、本発明の製造装置の一例を示す模式図である。本実施の形態にかかる製造装置１００は、オゾン発生部４０、オゾン処理部６０、オゾン供給路７０、パージガス供給路８０および排気部９０から構成されている。
【００３３】
前記オゾン発生部４０は、図２に示すように、密閉可能なチャンバー（図示せず）と、このチャンバー内に対向して配置される一対の電極４２および４４と、一方の電極４２に貫通して形成されたガス供給路４６を含む処理ガス供給部と、処理ガス排出部（図示せず）と、を含んで構成される。前記処理ガス供給部は、図示しないボンベ等から酸素ガスあるいは圧縮空気が供給され、少なくとも処理ガスが前記電極４２および電極４４の間に供給されるように構成されている。そして、チャンバー内の圧力は、大気圧あるいはそれに近い圧力となっている。
【００３４】
一方の前記電極４２は、高周波電源４８に接続され、他方の前記電極４４は接地され、プラズマ発生装置を構成している。また、前記電極４２は、セラミックスなどの絶縁体５０を介して支持部５２に支持されている。
【００３５】
本実施の形態においては、一対の電極４２および電極４４間に、５０ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧あるいは直流電圧が印加される。
【００３６】
このように、比較的低周波数の交流電圧を印加する理由は下記の通りである。すなわち、一般的には、大気圧プラズマを生成するためには、比較的プラズマの発生しやすいヘリウムガスを大量に必要とする。この場合には、一対の電極間に印加される交流電圧の周波数を、商用周波数である１３．５６ＭＨｚとすることができる。しかしながら、通常、ヘリウムガスを要せずに、空気または酸素等の雰囲気では、商用周波数である１３．５６ＭＨｚの交流電圧では大気圧プラズマを生成することができない。本実施の形態では、５０ｋＨｚ以下の比較的低周波数の交流電圧または直流電圧を一対の電極に印加することで、大気圧プラズマを安定して生成できる。この理由は、低周波数の交流電圧の場合、そのｐｅａｋｔｏｐｅａｋ電圧を大きくでき、結果としてプラズマの生成に寄与するエネルギーを確保できるからと推測される。
【００３７】
前記オゾン処理部６０は、密閉可能なチャンバー６２から構成されている。このチャンバー６２は、複数の被処理体１０が搭載される容器（マガジン）Ｍが単数あるいは複数収容可能な空間を備えている。容器Ｍは、チャンバー６２のドア（図示せず）の開閉によって、マニュアルあるいは自動的に出し入れされる。前記容器Ｍは、例えば上下方向に複数の棚を有し、各棚に被処理体１０が載置される。そして、容器Ｍの各棚は、被処理体１０の被処理面にオゾンガスが十分に到達するように設定されている。また、前記チャンバー６２の側面には、オゾン濃度を検出するためのオゾン検知器６６が単数もしくは複数設けられている。オゾン検知器６６のデータは、オゾン処理部６０へ供給されるオゾンガスの量を制御するためのデータとして使用される。
【００３８】
前記オゾン供給路７０は、オゾン発生部４０で生成されたオゾンを含む処理ガス（以下、単に「処理ガス」という。）をオゾン処理部６０に供給するためのパイプ７２を有している。このパイプ７２には、処理ガスの供給および供給量を制御するためのバルブ機構が設けられている。このバルブ機構は特に制限されるものではないが、例えばソレノイドバルブ７４および流量計７６を備えている。また、前記パイプ７２は、好ましくは、前記オゾン処理部６０の複数箇所において処理ガスを供給するために、複数の経路に分岐された分岐パイプ７２ａないし７２ｄを有している。
【００３９】
この実施の形態においては、分岐パイプはチャンバー６２に対して縦方向に配列されているが、横方向あるいは両方向であってもよい。また、処理ガスの供給面は側面だけでなく、上側あるいは下側の面からであってもよい。
【００４０】
前記パージガス供給路８０は、オゾン処理部６０内のオゾンを含むガスを排出するためのものである。パージガス供給路８０は、パージガス、例えば窒素ガスあるいは空気などを供給するパイプ８２と、パージガスの供給あるいは供給量を制御するためのバルブ機構、例えばソレノイドバルブ８４および流量計８６などを備えている。
【００４１】
前記排気部９０は、オゾン処理部６０内のガスを排出するためのパイプ９２、ソレノイドバルブ９４、流量計９６、および有害ガスを処理するための除害部９８を備えている。処理ガスとして用いられるオゾンは人体に有害なため、これを排出する際には、除害部９８において例えば活性炭と排出ガスとを接触させるなどの方法によって処理する必要がある。
【００４２】
（被処理体）
次に、オゾンガスによる表面処理が施される被処理体（半導体素子組立体）１０について説明する。被処理体１０は、例えば、ＱＦＰタイプなどの面実装型半導体装置の製造に用いられる。
【００４３】
図３に示す被処理体１０は、リードフレーム１２の半導体素子保持部を構成するダイパット１４上に、銀ペーストと呼ばれる接着層１８によって半導体素子１６が固定されている。半導体素子１６の電極（図示せず）とリードフレーム１２のインナーリード（図示せず）とはワイヤボンディング２０によって電気的に接続されている。
【００４４】
被処理体１０は、前述した製造装置１００によってオゾンによる表面処理を行った後に、図４に示すように、被処理体である半導体素子組立体１０の素子領域を絶縁性樹脂によって被覆する成形工程を経て、樹脂封止部２２が形成される。その後、一般的な手法によって、例えば、ダムバーを除去するトリミング工程およびアウターリードを成形するフォーミング工程などを経て、ＱＦＰタイプなどの面実装型半導体装置が製造される。
【００４５】
（表面処理）
次に、オゾンによる表面処理工程の一例について、図１および図５を参照しながら説明する。
【００４６】
（ａ）まず、オゾン処理部６０内に、被処理体１０が搭載された例えばアルミニウム製容器Ｍをセットした後、オゾン処理部６０のチャンバー６２を密閉状態、つまり、チャンバー６２のドアを閉じる。このとき、オゾン供給路７０のソレノイドバルブ７４およびパージガス供給路８０のソレノイドバルブ８４は閉じられている。この状態では、オゾン処理部６０内は外部の雰囲気と同じである。
【００４７】
（ｂ）ついで、オゾン発生部４２内に生成したオゾンを含む処理ガスをオゾン供給路７０を介してオゾン処理部６０のチャンバー６２内に供給する。つまり、ソレノイドバルブ７４が開かれ、処理ガスは、予め設定された流量で、分岐パイプ７２ａないし７２ｄを介してオゾン処理部６０のチャンバー６２内に供給される。
【００４８】
オゾン処理部６０における表面処理は、主に、オゾンの濃度および処理時間によって左右される。オゾンの濃度および処理時間は、例えば被処理体の汚染原因やオゾン処理部６０あるいは容器Ｍの構造などによって異なり、特に限定されるものではないが、例えばオゾン濃度は５〜５０ｇ／ｃｍ^３、および処理時間は１〜９０分程度に設定されることが好ましい。また、オゾン処理部６０内の圧力は大気圧あるいはその近傍に設定される。
【００４９】
（ｃ）オゾン処理部６０におけるオゾンによる表面処理が終了したときには、オゾン発生部４０からの処理ガスの供給を止め、かつ排気部９０のソレノイドバルブ９４を開き、代わりにパージガス供給路８０のソレノイドバルブ８４を開くことにより、所定量のパージガスをオゾン処理部６０のチャンバー６２内に供給する。チャンバー６２から排気部９０のパイプ９２に送られたガスは、除害部９８によってオゾンガスを含まない状態に浄化され、人体に無害なガスとして排出される。
【００５０】
（ｄ）オゾン処理部６０のチャンバー６２内のオゾンガスが完全に排出された段階で、パージガスの供給を停止し、被処理体１０の容器Ｍをオゾン処理部６０の外部に取り出す。
【００５１】
（ｅ）以後は、上記（ａ）ないし（ｄ）のプロセスを繰り返すことにより、被処理体１０をバッチ処理によって効率良く処理することができる。そして、前記表面処理の全工程は大気圧または大気圧近傍の圧力下において行われるため、真空あるいは減圧のための設備を必要とせず、装置並びにラインの簡素化を図ることができる。
【００５２】
なお、オゾンは、不安定で分解しやすいので、パージガスの供給および時間の経過によって希釈，消滅するが、オゾンを完全にかつ、迅速にチャンバ６２内から除去したい場合には、パイプ９２とチャンバの接続部を、チャンバの下方、つまり少なくともチャンバの高さの半分以下の部分に設けると良い。
【００５３】
これは、オゾンが空気より重く、パージガスを導入した際に下にしずむ傾向があるためである。
【００５４】
（実験例）
次に、本発明の表面処理の効果を確認するために行った実験の結果を示す。
【００５５】
（１）サンプル
実験にあたっては、ＱＦＰタイプの半導体装置であって、半導体素子組立体を純水によって洗浄，乾燥した後の放置時間のみが異なる４種のサンプル（Ａ〜Ｄ）を採用した。サンプルＡは放置時間が２０時間、サンプルＢは放置時間が１０時間、サンプルＣは放置時間が５時間、およびサンプルＤは放置時間が１時間である。なお、各サンプルは、それぞれ６個ずつについて実験を行った。
【００５６】
実施例のサンプル：
本発明にかかるオゾンによる表面処理を次の条件で行った。すなわち、オゾンを発生させるためのガスとして酸素を用い、図２に示したプラズマ発生装置によって、オゾン濃度が約４０ｇ／ｃｍ^３の処理ガスを生成した。そして、オゾン処理部において、前記処理ガスを用い、大気圧で２０分間表面処理を行った。
【００５７】
比較例のサンプル：
オゾンにより表面処理を行わないほかは、実施例のサンプルと同様の方法で作成された。
【００５８】
参考例のサンプル：
表面処理として、本発明のオゾンによる表面処理の代わりに図２に示すタイプのプラズマ発生装置を用いて直接表面処理を行った。このときの条件としては、キャリアガスとしてヘリウムを２０リットル／分、反応ガスとして酸素を０．９リットル／分で供給し、電力４００Ｗで２０分間プラズマ処理を行った。
【００５９】
（２）実験方法
各サンプルについて、以下の方法（ａ）〜（ｃ）で、半導体素子とパッケージ（樹脂封止部）との剥離の状態を調べた。
【００６０】
（ａ）サンプルを１２５℃で大気中に２４時間放置する。
【００６１】
（ｂ）サンプルを８５℃、相対湿度８５％で大気中に２４時間放置する。
【００６２】
（ｃ）サンプルを日本クラウトクレイマー（株）製の超音波探傷装置で調べることによって、０．１μｍ以上の傷を検出し、剥離の状態を間接的に調べた。
【００６３】
（３）実験結果
実験の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】

表１から明らかなように、本発明のオゾンによる表面処理を行った実施例のサンプルについては、半導体素子とパッケージとの間の剥離がいずれのサンプルについても認められなかった。これに対し、比較例のサンプルにおいては、サンプルＡについて４個、サンプルＢについて１個、半導体素子とパッケージとの間に剥離が認められた。
【００６５】
なお、被処理体に直接プラズマ処理を行った参考例のサンプルについては、どのサンプルについても剥離が認められなかった。このことから、本発明の実施例のサンプルは、プラズマ処理の場合と同様に優れた表面処理効果により、剥離のない高い密着性を有することがわかる。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれに限定されることなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、前記実施例においては、被処理体としては、ＱＦＰ，ＳＯＰ，ＴＱＦＰ（スィンクワットフラットパッケージ），ＴＳＯＰ（スィンスモールアウトラインパッケージ）などの面実装タイプの半導体装置について述べたが、本発明の被処理体はこれらに限定されず、樹脂封止部を有する他の半導体装置、例えばＢＧＡなどに適用することができる。
【００６７】
また、前述した実施の形態においては、オゾン発生部としてプラズマによるオゾン発生装置を用いたが、オゾン発生部の構成はこれに限定されず、例えば、磁場マイクロ波プラズマ発生装置、反応性イオンビームによるプラズマ発生装置、などを用いることができる。
【００６８】
また、前述した実施の形態においては、オゾン処理部内の圧力を大気圧またはその近傍の圧力としたが、オゾン処理部内を減圧状態もしくは大気圧以上の高圧状態としてもよい。しかしながら、装置の簡易化およびコストの低減を考慮すれば、オゾン処理部内の圧力は大気圧もしくはその近傍とするのが好ましい。
【００６９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造装置の一例を概略的に示す模式図である。
【図２】図１に示すオゾン発生部の一例を概略的に示す模式図である。
【図３】被処理体（半導体素子組立体）の構成例を示す模式図である。
【図４】図３に示す半導体素子組立体に樹脂封止部を形成した状態を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる半導体装置の製造方法における、オゾンを含む処理ガスによる表面処理の工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０被処理体（半導体素子組立体）
１２リードフレーム
１４ダイパット
１６半導体素子
１８接着層
２０ボンディングワイヤ
２２樹脂封止部
４０オゾン発生部
４２，４４電極
４６ガス供給路
６０オゾン処理部
６２チャンバー
７０オゾン供給路
８０パージガス供給路
９０排気部
Ｍ容器
１００製造装置

Claims

酸素雰囲気または酸素を含む雰囲気においてオゾンを発生させるオゾン発生部、
前記オゾン発生部において発生したオゾンを導入して、複数の被処理体にオゾンを接触させ、被処理体の表面処理を行うオゾン処理部、および
前記オゾン発生部と前記オゾン処理部とを連結するオゾン供給路を含み、
前記被処理体は、半導体素子、半導体素子保持部、リードおよび前記半導体素子の電極と前記リードとを電気的に接続する接続部を含み、所定の素子領域を絶縁性樹脂によって被覆する成形工程を経る前の半導体素子組立体であり、
前記オゾン発生部は、処理ガス供給部、５０ｋＨｚ以下の低周波数の交流電圧または直流電圧を出力する電源、および処理ガスに前記電圧を印加する一対の電極を含む、半導体装置の製造装置。
請求項１において、
前記オゾン処理部は、複数の前記被処理体が、その被処理面が互いに離間した状態で収容された容器を収納することができる半導体装置の製造装置。
請求項１または２において、
前記オゾン処理部において、オゾンの濃度は５〜５０ｇ／ｃｍ^３に設定される半導体装置の製造装置。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記オゾン発生部は、大気圧またはその近傍の圧力下でプラズマを誘起することによってオゾンを生成する半導体装置の製造装置。