(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも接合面及び前記接合面の近傍の基板表面にフラックスを塗布し、電子部品を搭載してハンダリフローさせ、その後ウェット洗浄することにより、少なくとも前記接合面以外の前記基板表面に付着する残渣を取り除くとともに、引き続き活性酸素を含む雰囲気においてドライ洗浄を連続して行い、前記電子部品をモールドすることを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
接合面にフラックスを塗布し、チップを搭載してハンダリフローさせ、その後ウェット洗浄することにより表面付着残渣を取り除くとともに、引き続き活性酸素によりドライ洗浄を連続して行ってモールドすることを特徴とするチップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチップ等の電子部品を基板へ実装するための技術であって、特にベアチップを基板に搭載する場合の基板表面に形成されたハロゲン化合物残渣を効果的に除去することができるようにした実装方法とこれにより製造された半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板にチップを実装搭載する場合には一般的にハンダ接合が行われる。このハンダ接合した後は特別な洗浄処理はしてないが、特にハンダ接合に際してフラックスを使用した場合には、フラックス中に存在するＣｌ等の残渣を洗浄処理をするようにしていた。また、ハンダの濡れ性を改善するためにハロゲン物質を用いて接合処理することも行われている。このようなフラックス等の中に存在したり、あるいはハンダ材料中に存在するハロゲン物質は、ハンダのリフロー処理に際してハンダ表面に塩化錫や塩化鉛、あるいはフッ化錫やフッ化鉛などのハロゲン残渣を生成してしまう。ハロゲン付着物などの付着汚染に関しては、一定の基準を満たしているか否かの基板検査が行われ、一定の基準以下であることを確認した後に出荷している。この付着物除去のために、従来からウェットもしくはドライ洗浄方式で洗浄除去するようにしていた。
【０００３】
しかし、これらの洗浄方式では表層部上への付着物を除去することができるものの、表層部に化合物として存在するハロゲンを除去することができなかった。このようなハロゲン化合物の存在は、活性種が基板表面部に存在することを意味し、これが特に微細化技術としてベアチップ実装を行った場合に電気的特性に悪影響を与えてしまうおそれがあった。例えば、基板へチップを実装する場合は、通常、パッケージ化されたＩＣを実装するが、最近では細密化のための究極の接合方式といわれているベアチップ実装を行う方向にある。これはＩＣをパッケージとせずに直接基板に実装するようにしたもので、チップ全面に接続端子を採ることができ、単位面積当たりの接続端子数を増大し、チップサイズを小さくでき、合わせて配線距離の最短化、高速化により電気的特性に優れたものとなり、接続信頼性が極めて高い。このようなベアチップ実装に際して、残渣としてハロゲン化合物が表層部に残存することは電気的特性に与える影響が大きく、例えば、狭ピッチになった場合のリード間にハロゲン化合物が存在するためにマイグレーション等の問題を生じてしまう。特に将来的にウェハへの直接実装に移行するような場合でのハロゲン残渣を除去することは極めて重要である。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、今後のさらなる微細な実装、例えばベアチップ実装に移行すると、狭ギャップのウェット洗浄が困難となるばかりか、シリコン基板上に残留するハロゲンがシリコン基板上のパッシベーション膜と反応して腐食、ピンホールの原因となってしまうおそれがあるとの観点から、基板にチップをハンダ接合する場合の特に活性種としてのハロゲン化合物が基板表面部に残留しないように洗浄除去するための方法およびこれによって作成された半導体パッケージを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電子部品の実装方法は、基板の少なくとも接合面及び前記接合面の近傍の基板表面にフラックスを塗布し、電子部品を搭載してハンダリフローさせ、その後ウェット洗浄することにより、少なくとも前記接合面以外の前記基板表面に付着する残渣を取り除くとともに、引き続き活性酸素によりドライ洗浄を連続して行ってモールドする構成としたことを特徴とする。
また、本発明に係るチップの実装方法は、接合面にフラックスを塗布し、チップを搭載してハンダリフローさせ、その後ウェット洗浄することにより表面付着残渣を取り除くとともに、引き続き活性酸素によりドライ洗浄を連続して行ってモールドする構成とすることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００８】
図１に示した第１のチップ実装方法は次のように処理するようにしている。まずベアチップのバンプにフラックスを転写する（ステップ１００）。転写方式はフラックスを回転式の転写ステージに塗布し、それをさらにベアチップ上のバンプの部分のみに塗布する。次いで、ベアチップを搭載基板に位置合わせする（ステップ１１０）。搭載ベアチップの位置認識はカメラを用いて行うのが一般的である。これをリフロー炉に搬送し、フェイスダウン接合を行う（ステップ１２０））。ハンダの融点以上の雰囲気加熱により、ハンダを溶かし、ハンダ接合を完了する。この時のフラックス塗布により基板における金属表面の酸化物がエッチングされる。これはフラックスに含まれるＦ、Ｃｌ、Ｉを含む水酸化物は、簡単にＦ-、Ｃｌ-、Ｉ-の負イオンを作り、これらは金属（殆どが正イオン）と簡単に結合して溶け出す。これによって金属表面の酸化物エッチングができるのである。
【０００９】
このようにハンダ接合した基板を必要に応じてウェット洗浄処理する（ステップ１３０）。これはベアチップと基板とのギャップ部のフラックス残渣を除去してモールドするために行われ、溶剤を用いたり界面活性剤を利用した水系の洗浄方式が採用される。フラックス残渣が無視できる程度であればこの工程を省略することができる。すなわち、フラックスとしてハロゲン系のものを多く含んでいる場合には、ハンダ接合後に残渣としてハロゲンが残留すると、腐食あるいは電極間の絶縁抵抗の低下を招くことはよく知られている。したがって、ハロゲン系の多く含んだフラックスを使用している場合には、ウェット洗浄をなしてフラックス残渣を除去する必要があるのである。ハロゲンの少ないフラックスを使用している場合には、このウェット洗浄工程は省略できる。
【００１０】
ウェット洗浄しただけでは、基板に付着したハロゲンおよび有機材（例えば松ヤニ）を洗い流すだけで、基板とハロゲンで形成される基板表面のハロゲン化合物は残留する。そこで、ハンダ接合した基板は、次にドライ洗浄処理に移行するのである（ステップ１４０）。これは基本的にはフラックスに含まれるＣｌを主とするハロゲン、およびこれと金属と化合物であるハロゲン化合物のハロゲンを酸素と置換するようにしている。あるいは、フラックスに含まれる有機物、および基板表面の有機物上に残るハロゲンを含む有機物をアッシングすなわち灰（ガス状）にして除去するようにしている。有機物はＨ、Ｃ、Ｏ、Ｎの結合体であると考えられるが、有機物をフラックス処理すると上記結合体にＨＣｌ、ＨＦが残留する。この残留層をオゾンや酸素ラジカル等の活性酸素の雰囲気にておくことにより、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｎの結合を切断して水やガスとなり、同時にハロゲン化合物ＨＣｌ、ＨＦもガスとして除去されるのである。
【００１１】
このドライ洗浄処理は、酸素を含むプラズマに晒すことで実現することができ、例えば図２（１）に示しているように、真空チャンバ１０に内蔵したテーブル１２にワーク１４を載置し、真空ポンプにより１Ｐａ（パスカル）位まで排気した後、図示しないガス供給手段により酸素ガスを真空チャンバ１０内に導入して５Ｐａ位に保持する。プラズマ発生用電極１６に繋がれた高周波電源１８を投入してプラズマを発生させる。高周波電源出力を２００Ｗ、処理時間約１０分で完了する。もちろん、残留したハロゲン量が多い場合は高周波電源出力を大きくし、あるいは処理時間を長くする必要がある。また、処理圧力も５Ｐａに限らず広い範囲での処理が可能である。このようなドライ洗浄処理により、基板表面に残留したハロゲン化合物は、活性な酸素、例えば酸素単原子ラジカルＯ*、酸素単原子Ｏ、オゾンＯ3に晒すと、ハロゲン化合物のハロゲンは酸素と入れ替わり、酸化物が残ることになる。この結果、基板表層部のハロゲン化合物としての塩化錫や塩化鉛、あるいはフッ化錫やフッ化鉛は、酸化錫、酸化鉛となり、活性種がなくなり、ベアチップ搭載基板の安定性を確保することができる。
【００１２】
また、真空プラズマ処理に限らず大気圧プラズマ処理によっても可能である。これは図２（２）に示しているように、上部電極２０と下部電極２２とを対向させておき、その間にワーク２４をセットする。電極２０、２２間に１〜２０ｋＶの交流電圧を印加し、酸素を含むエアーの放電を行う。これを５分間行わせるのである。この場合、望ましくは両電極２０、２２間に酸素を積極導入するようにすればよい。当該方法も残留ハロゲン量により処理条件は左右される。
【００１３】
ここで、真空、大気圧両方法において、必ずしも被処理物を直接プラズマに晒す必要はない。なお、上述した真空プラズマ処理や大気圧プラズマ処理の場合において、熱をアシストとして加えると効果的にハロゲンの置換処理ができる。
【００１４】
次に、ベアチップ搭載基板の隙間にモールド剤を侵入塗布する（図１ステップ１５０）。塗布方法は接合済みのベアチップの１辺脇をディスペンサにより描画することにより、絶縁性のモールド剤を封入する。その後、乾燥炉にてモールド剤の乾燥を行い完了する。このモールド剤の封入に際して前処理として上述したドライ洗浄処理を行っていることにより、基板表面の濡れ性が向上し、もって本実施形態のように狭いギャップへのモールド剤封入の場合に、簡単にモールド剤をギャップに流れ込んでベアチップと搭載基板にしっかり密着するという効果も得られる。
【００１５】
次に、図３に他の実施形態を示す。これは、まず、ベアチップのハンダバンプ部にフッ化処理を行う（ステップ２００）。すなわち基板をＨＦ雰囲気やフッ素プラズマ等に晒し、基板表面にハロゲン化物層を成膜するようにしている。これにより、ハロゲン化物層が金属基材の表面を覆って金属基材の酸化を防止するとともに、ハンダ接合時にハロゲンが金属基材中への拡散、大気中への蒸発により、金属基材がハンダを構成する金属と結合しやすくなり、フラックスを用いることなくハンダの濡れ性を改善することができ、フラックスなしで容易にハンダ接合を行うことができる。このような処理の後、ベアチップの接合を行う（ステップ２１０）。接合方法はベアチップの保持部が加熱加圧できるツールを用いて搭載基板、ベアチップの能動面を位置認識し、ベアチップを加熱しながらハンダ付けするようにしている（ステップ２２０）。このハンダ接合後に、ドライ洗浄をなすようにしている（ステップ２３０）。このような処理ではフラックスレスであるため、ウェット洗浄を省略することができる。ドライ洗浄処理は前述した方法と同様に、酸素を含むプラズマに基板を晒すことで実現することができ、真空チャンバに内蔵したテーブルにワークを載置した状態で、真空ポンプにより１Ｐａ位まで排気した後、ガス供給手段により酸素ガスを真空チャンバ内に導入して５Ｐａ位に保持する。プラズマ発生用電極に繋がれた高周波電源を投入してプラズマを発生させる。高周波電源出力を２００Ｗ、処理時間約１０分で完了する。このようなドライ洗浄処理により、基板表面に残留したハロゲン化合物は、活性な酸素、例えば酸素単原子ラジカルＯ*、酸素単原子Ｏ、オゾンＯ3に晒すと、ハロゲン化合物のハロゲンは酸素と入れ替わり、酸化物が残ることになる。この結果、基板表層部のハロゲン化合物としてのフッ化錫やフッ化鉛は、酸化錫、酸化鉛となって活性種が除去されため、ベアチップ搭載基板のマイグレーションの問題を改善することができる。最終的にベアチップと搭載基板のギャップ内にモールド剤を封入して処理を完了する（ステップ２４０）。
【００１６】
更に、プラズマ以外の処理方法として、オゾン雰囲気中にワークを配置したり、あるいはワークへＵＶ照射を行うことによっても可能である。オゾンを利用したチップ実装時におけるハロゲン化合物の洗浄処理装置の概要を図４（１）に示している。処理容器３０内にワーク３２を内蔵しておき、処理容器３０に接続されたオゾン発生器３４からオゾンを供給する。オゾン発生器３４には酸素あるいはエアーが供給され、約１００ｐｐｍのオゾンを生成して処理容器３０に導入する。このオゾンの流れの中にワーク３２を配置し、約３０分間の処理を行う。このような処理によっても基板表層部のハロゲン化合物としてのフッ化錫やフッ化鉛を酸化錫、酸化鉛等にして活性種を除去することができるため、ベアチップ搭載基板のマイグレーションの問題を改善することができる。
【００１７】
図４（２）は、上記装置構成に加えてＵＶアシストを行うようにしたものである。このため処理容器３０に内蔵されたワーク３２に紫外線を照射するＵＶ照射装置３６を設けている。この照射装置３６がハロゲン化合物の酸化物への転換処理を促進する。
【００１８】
更に、同図（３）は（１）の装置に加熱ユニット３８を加えることによって加熱アシストを行うようにしたものである。ワーク３２をインライン下におき、処理部４０の入口に設けた加熱ユニット３８によりワーク３２を加熱する。処理部４０にはオゾン発生器３４から供給されたオゾンが導入され、ワーク３２をオゾンの流れの中に置いている。これによってもハロゲン化合物の酸化物への転換処理を促進することができる。
【００１９】
なお、上記実施例ではハロゲン化合物を酸化物に置換処理する例について説明したが、これは窒化物への転換処理を行うようにしてもよいのはもちろんである。要するにハロゲン化合物を活性でない安定した化合物へ転換処理し、あるいはアッシング処理することができるものであればよい。
【００２０】
上述したように、本実施形態では、基板にチップ特にベアチップとハンダ接合することで実装するに際して、ハンダ接合のためにフラックス処理もしくはフッ化処理の後に接合面以外の表面に残留するハロゲン化合物を酸化もしくは窒化処理することによりマイグレーションなどの問題を改善することができ、とくにドライ洗浄方式によって行うので、微細化が要求されているベアチップ実装技術に極めて有効な作用を果たすものである。
【００２１】
尚、本実施の形態では、ベアチップ実装について詳述したが、他の電子部品の実装方法についても、本発明が適用可能であることは言うまでもない。但し、ベアチップ実装のように隣り同士の接合面の距離が短い場合においては、特に有効である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は接合面をフラックス処理もしくはフッ化処理してチップを基板回路にハンダ接合し、その後基板表面に残留するハロゲン化合物を酸化もしくは窒化処理して非活性化合物に転換するように構成することで、チップをハンダ接合する場合の特に活性種としてのハロゲン化合物を取り除くことができ、残留するハロゲンが基板上のパッシベーション膜と反応して腐食、ピンホールの原因となってしまうことを有効に防止して、ベアチップ実装に極めて有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るチップ実装処理の工程図である。
【図２】同処理に用いられるドライ洗浄装置の断面図である
【図３】第２の実施形態に係るチップ実装処理の工程図である。
【図４】オゾンを用いたドライ洗浄装置の構成例の断面図である。
【符号の説明】
１０      真空チャンバ
１２      テーブル
１４      ワーク
１６      プラズマ発生用電極
１８      高周波電源
２０      上部電極
２２      下部電極
２４      ワーク
３０      処理容器
３２      ワーク
３４      オゾン発生器
３６      ＵＶ照射装置
３８      加熱ユニット
【図１】
0003543573.tif 000002
【図２】
0003543573.tif 000003
【図３】
0003543573.tif 000004
【図４】
0003543573.tif 000005