(57)【要約】【課題】  中空構造を有する半導体装置の接着剤層を均一な厚みに容易に形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  中空構造を有する半導体装置の接着剤層３を形成する部分に接着性を向上させる改質処理を行う改質処理工程と、この改質処理を行った面に、接着剤層３を均一に塗布したシート１４の接着剤層３の面を張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シート１４を引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層３を形成する接着剤層形成工程とを有する。この方法により、改質処理を施した部分にのみ均一な接着剤層３が形成され、かつ、改質処理、貼る、剥がす、の３つの工程で短時間に処理が完結するため、従来課題となっていた、品質、作業効率、コストを全て解決できる有効な手だてとなる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造を有する半導体装置の接着剤層を形成する部分に接着性を向上させる改質処理を行う改質処理工程と、この改質処理を行った面に、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤層面を張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
中央に中空部を有する凹型のパッケージの接着剤層を形成する部分に接着強度を向上させる改質処理を行う改質処理工程と、パッケージの中空部内に半導体素子を搭載する搭載工程と、前記改質処理を行った面に、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤層面を張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、パッケージの接着剤層が形成された箇所に前記中空部を覆う蓋部材を接着する蓋部材接着工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体素子の電極部と半導体装置の外部電極部とを電気的に接続せしめる経路を形成したインターポーザーを設けるインターポーザー工程と、このインターポーザー上に封止剤を用いて、半導体素子を内包するリブとこのリブに囲まれた凹部とを有するパッケージを形成するパッケージ形成工程と、パッケージの表面に接着性を向上させる改質処理を施す改質処理工程と、パッケージ形成工程において形成されたパッケージにおけるリブに囲まれた凹部内に半導体素子を搭載固定する半導体素子搭載工程と、半導体素子搭載工程で搭載固定された半導体素子の電極部分とインターポーザーの外部電極に繋がる経路とを電気的に接続する接続工程と、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤面と前記改質処理を行った面とを張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、蓋部材と接着剤層とを接着し、接着剤層を硬化させて、凹部内を密閉する蓋部材接着工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
パッケージ形成工程において、インターポーザーに、半導体素子を内容するリブに囲まれた凹部からなる複数のパッケージ群を形成し、蓋部材接着工程後に、パッケージ群の連結部分を切断して、個々の半導体装置に分割する請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
封止剤が、エポキシ系、フェノール系もしくはビフェニール系の絶縁樹脂剤を主成分とする樹脂である請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
接着剤層形成工程において、ポリオレフィン、塩化ビニール等の合成樹脂を主成分とする均一な厚みを持つ樹脂基材に、エポキシ系・アクリル系樹脂を主成分とし、初期状態において粘着性を有し、後の紫外線照射処理、あるいは加熱処理によって、またはその両方の処理を経て完全硬化する性質を持った接着剤層を均一に形成した２層構造のシートを用意し、シートの接着剤層を蓋部材が当接する面に転写することにより蓋部材を接着する接着剤層を形成する請求項２〜５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
改質処理工程において、その改質処理後の接着力が、被着対象となる接着剤層との接着力に関して、樹脂基材と接着剤層との接着力より上回るように構成した請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ内部に中空部を有する構造の半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、この半導体装置において、蓋部材を接着させて密閉する際に必要な接着剤層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージ内部に中空部を有する構造の半導体装置は、従来、以下のようにして製造されていた。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、半導体素子５１を収容する中空部５２を中央に有する凹型のパッケージ（容器）５３を作成し、このパッケージ５３における中空部５２を四方から囲むように立設されたリブ５３ａの上面に接着剤層５４を形成し、この接着剤層５４を介して、中空部５２を上方から覆う蓋部材５５を被せて張り合わせ、この後、紫外線照射、加熱硬化等の硬化工程を経て、接着剤層５４を硬化させていた。
【０００３】
前記接着剤層５４を形成する方法としては、図１４（ａ）に示すように、ディスペンサー５６等の塗布装置を用いて液状の接着剤５４’を塗布する方法、あるいは、図１４（ｂ）に示すように、マスク５８を用いて、液状の接着剤５４’を印刷転写する方法、もしくは、図１４（ｃ）に示すように、接着剤５４’を塗布したシート５９を用意し、塗布部分に併せてトリミングした後、加熱転写する方法等が取られていたが、昨今では、図１４（ａ）に示すように、ディスペンサー５６を用いて液状の接着剤５４’を塗布する塗布方法を用いることが一般的であった（特許文献１等）。
【０００４】
また、蓋部材に接着剤層を形成した物を用意して、蓋部材を凹型容器に張り合わせる方法もあるが、その場合においても、接着剤層の形成方法は上記図１４（ａ）に示した手法と同様に、ディスペンサー等の塗布装置を用いて液状の接着剤を蓋部材に塗布する方法で行っていた（特許文献２等）。
【特許文献１】特開２００４−２２９２８号公報
【特許文献２】特開昭５９−４１８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では下記のような課題が発生していた。
図１４（ａ）に示すように、ディスペンサー５６等の塗布装置を用いて接着剤層５４を形成する方法や、図１４（ｂ）に示すように、印刷マスク５８を用いて接着剤層５４を形成する方法では、接着剤５４’が液状であるので、接着剤５４’の塗布量、塗布位置、塗布厚みの均一化が難しく、塗布厚みの不均一から、接着強度の低下、蓋部材５５の傾きを誘発し、半導体装置の品質低下を引き起こす要因の一つとなっていた。
【０００６】
また、図１４（ｃ）に示すように、予め接着剤５４’を塗布したシート５９を用意し、塗布部分に併せてシート５９をトリミングする方法の場合においては、均一な接着剤層５４を形成することが可能であるが、シート５９の作成およびトリミングに多大なコストがかかっていた。また、図１４（ａ）に示すようにディスペンサー５６を用いる方法においても、個々の半導体装置の全てに個別に塗布する必要があることから、多くの作業時間を必要とし、作業効率が悪いという課題もあった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、中空構造を有する半導体装置の接着剤層を均一な厚みに容易に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置の製造方法は、中空構造を有する半導体装置の接着剤層を形成する部分に接着性を向上させる改質処理を行う改質処理工程と、この改質処理を行った面に、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤層面を張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
この方法により、改質処理を施した部分にのみ均一な接着剤層が形成され、かつ、改質処理、貼る、剥がす、の３つの工程で短時間に処理が完結するため、従来課題となっていた、品質、作業効率、コストを全て解決できる有効な手だてとなる。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、中央に中空部を有する凹型のパッケージの接着剤層を形成する部分に接着強度を向上させる改質処理を行う改質処理工程と、パッケージの中空部内に半導体素子を搭載する搭載工程と、前記改質処理を行った面に、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤層面を張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、パッケージの接着剤層が形成された箇所に前記中空部を覆う蓋部材を接着する蓋部材接着工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子の電極部と半導体装置の外部電極部とを電気的に接続せしめる経路を形成したインターポーザーを設けるインターポーザー工程と、このインターポーザー上に封止剤を用いて、半導体素子を内包するリブとこのリブに囲まれた凹部とを有するパッケージを形成するパッケージ形成工程と、パッケージの表面に接着性を向上させる改質処理を施す改質処理工程と、パッケージ形成工程において形成されたパッケージにおけるリブに囲まれた凹部内に半導体素子を搭載固定する半導体素子搭載工程と、半導体素子搭載工程で搭載固定された半導体素子の電極部分とインターポーザーの外部電極に繋がる経路とを電気的に接続する接続工程と、接着剤層を均一に設けたシートの接着剤面と前記改質処理を行った面とを張り合わせる張り合わせ工程と、半導体装置の改質処理を行った面から前記シートを引き剥がして、改質処理を施した部分に均一な接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、蓋部材と接着剤層とを接着し、接着剤層を硬化させて、凹部内を密閉する蓋部材接着工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、中空構造を持つ半導体装置において、蓋部材を接着する際に、少ない作業工数で、均一な厚みの接着剤層を効率的に形成でき、接着剤層の厚みが均一化できるため、半導体装置の品質の向上も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図、図２〜図１２は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す図である。この実施の形態では、中空構造を有する代表的な半導体装置の例として、半導体チップとして電荷結合素子を搭載した中空構造の半導体装置であるイメージセンサーパッケージの場合を解説する。
【００１４】
まず、本発明の製造方法により製造する半導体装置（イメージセンサーパッケージ）について説明する。
外周部四方にリブ１ａが立設され中央に中空部１ｂを有する凹型のパッケージ（容器）１内に、電荷結合素子（以下、ＣＣＤチップ２と称す）からなる半導体素子が搭載されている。そして、パッケージ１のリブ１ａ上に接着剤層３を介して、透光性を有するカバーガラスからなる蓋部材４が張り合わされており、この蓋部材４により、ＣＣＤチップ２が搭載された中空部１ｂが上方から覆われている。また、パッケージ１の底面部１ｃには、インナーリード部５が設けられており、このインナーリード部５とＣＣＤチップ２の電極パッドとが金属細線６を介して接続されている。
【００１５】
図２はリードフレームの平面図、図３は樹脂封止によって中空構造のパッケージを形成した状態を示す断面図である。
図２に示すように、まず、ＣＣＤチップ２（図６などを参照）と電気的に接続するためのインナーリード部５と、このインナーリード部５に電気的に接続される外部電極端子部７とを有するインターポーザー（中継用基板）８を用意する（インターポーザー工程）。インターポーザー８の形態は、リードフレームもしくは回路基板が用いられる場合が一般的であり、本実施の形態では、金属製のリードフレームをインターポーザー８として使用している。本発明の実施の形態に係るインターポーザー８はイメージセンサーパッケージの作成が効率的に行えるように、ＣＣＤチップ２が搭載される部分（図２において、仮想線で示す）が複数存在していることを特徴としている。
【００１６】
図３に示すように、このインターポーザー８上に、エポキシ系、フェノール系もしくはビフェニール系の絶縁樹脂剤を主成分とする封止剤を用いて、ＣＣＤチップ２の搭載容器となる中空構造のパッケージ１を一括で封止形成し、複数の中空のパッケージ１を有するパッケージ群１０を構成する（パッケージ形成工程）。
【００１７】
図４は前記パッケージ形成工程で形成された中空パッケージ群１０における個々のパッケージ構造を示す断面図である。図４に示すように、この中空のパッケージ１には、蓋部材４を支持し、中空構造の壁面部分となるリブ１ａと、ＣＣＤチップ２が配置されるとともにパッケージ１の底面部１ｃとなるダイパッド部と、個々のパッケージ１の蓋部材４が当接するリブ１ａの上面であるシールエリア１ｄと、外部電極端子部７と、内部電極端子を構成するインナーリード部５とが設けられている。
【００１８】
次に、図５に示すように、パッケージ形成工程で形成された中空のパッケージ１のシールエリア１ｄおよびダイパッド部に対応する底面部１ｃに、被着対象物との接着力を強化する目的で、表面改質処理を施す（改質処理工程）。この表面改質処理によって、処理対象物（パッケージ１）の表面に付着した油脂・粉塵等の接着力を損なう要因となる物質が除去され、さらに、処理対象物の表面に微細な起伏が作成されてアンカー効果が得られ、接着力を強化する（接着性を向上させる）ことが可能となる。
【００１９】
ここで、表面改質処理の具体的な処理方法としては、例えば酸素等のプラズマ化したガスを目標物であるパッケージ１の表面に照射し、化学反応により、表面に付着した汚染物質をＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２のガスに変換して除去するプラズマアッシング工法、微細な研磨粒子を含んだスラリーを目標物に噴射し、表層の僅かな部分とともに、汚染物質を研磨除去するブラスト工法が有効である。
【００２０】
実際の試作結果ではプラズマ工法においては、装置出力５００Ｗで３０秒〜７０秒の処理条件にて接着力の大幅な増加が見られ、ブラスト工法においては、研磨粒子にアルミナを使用し、粒径＃８００〜＃１２００、噴射時間３０〜６０秒にて良好な結果が得られた。なお、この表面改質を行う工程は、後述する、ダイスボンド工程、ワイヤーボンド工程の後に行ってもよいが、その場合、搭載済みのＣＣＤチップ２に表面改質がなされないように、遮蔽を行う必要がある。
【００２１】
次に、図６に示すように、個々のパッケージ１にＣＣＤチップ２を搭載する（半導体素子搭載工程（ダイスボンド工程））。この実施の形態では、個々のパッケージ１のダイパッド部（底面部１ｃ）にＣＣＤチップ２が、たとえばＡｇペーストなどのダイスボンド材を接合材料１１として装着され、加熱硬化等の処理を経て固定される。
【００２２】
さらに、図７に示すように、金属細線６でＣＣＤチップ２の電極パッドとインナーリード部５とを電気的に接続する（接続工程（ワイヤーボンディング工程））。ここで、金属細線６は一般的にＡｌやＡｕを使用する。Ａｌで構成された金属細線６で接続する場合、ウェッジボンディング方法である超音波と荷重を掛けて接続する。Ａｕで構成された金属細線６で接続する場合、ボールボンディング方法である超音波と荷重と熱を掛けて接続する。なお、図７における１３は、金属細線６を出しながら接続させるキャピラリーである。
【００２３】
図８〜１０は本発明の主要部分である、蓋部材の接着剤層を効率的かつ高品質に形成する工程を示した図である。
イメージセンサーでは、その使用目的から、イメージセンサーパッケージに気密性と透光性とを持たせることが必要となるため、ガラス等の透光性を有する蓋部材４を載せて、接着密封を行うが、その際、蓋部材４が当接するシールエリア１ｄに予め、紫外線硬化型接着剤、もしくは熱硬化型接着剤からなる接着剤層３を形成する必要がある。
【００２４】
具体的な方法として、まず、図８に示すように、ポリオレフィン・塩化ビニル等の合成樹脂を主成分とする平坦なシート基材１４上に、これも極めて平坦で厚みの均一な接着剤層３を付加した２層構造の転写シート１５を用意する。この転写シート１５の接着剤層３はエポキシ系・アクリル系樹脂を主成分とし、初期状態において粘着性を有し、後の紫外線照射処理、あるいは加熱処理によって、またはその両方の処理を経て完全硬化する性質を持った接着剤層３であり、厚みは３０〜８０μｍの範囲である。一方、シート基材１４の厚みは１００〜２００μｍの範囲で、接着剤層３との界面には容易に剥離しないように表面改質処理が施されていることが望ましい。なお、この転写シート１５はＣＣＤチップ２などの半導体チップのダイシングカット、あるいはダイスボンドを行う際に広く使用されている一般的な粘着シートであり、容易に作成、または入手可能な物を想定している。
【００２５】
続いて、図９に示すように、転写シート１５の接着剤層３上に、パッケージ１のシールエリア１ｄが接する状態で、パッケージ群１０を貼り付け、その後、接着剤層３がシールエリア１ｄの表面の微細な起伏に沿ってなじむ迄の間、室温にて放置する。放置時間は使用する接着剤層３の粘度、チキソ比によって変動するが、概ね１時間以上は必要である。
【００２６】
放置後、転写シート１５をパッケージ群１０より引き剥がし、接着剤層３のシールエリア１ｄへの転写を行う（接着剤層形成工程）が、引き剥がす際の角度θはパッケージ群１０の変形を防止し、より小さな力で剥がせるように、できるだけ、１８０度に近い角度で剥がすことが望ましい。
【００２７】
図１０は接着剤層３の転写のメカニズムを示した図である。
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、改質処理を行ったシールエリア１ｄの表面は非常に強固な接着力を有し、転写シート１５におけるシート基材１４と接着剤層３との界面１６と、接着剤層３とシールエリア１ｄとの界面１７とを比較した場合、後者の接着力が大きく上回る状態となっているため、引き剥がしの際に、シールエリア１ｄの表面に接着された接着剤層３ａがシート基材１４から剥がれて、シールエリア１ｄに付着する。一方、シールエリア１ｄに接していない接着剤層３ｂは、シート基材１４との界面にのみ接着力を有する状態であり、引き剥がしの際にシート基材１４に付着して乖離するため、シールエリア１ｄとの界面で接着剤層３の破断が生じ、シールエリア１ｄにのみ接着剤層３（３ａ）の転写が行われる。また、本発明の製造方法で転写された接着剤層３の厚みは転写シート１５の接着剤層３の厚みと同一である故に極めて均一である。
【００２８】
この後、図１１に示すように、中空パッケージ群１０に、蓋部材４であるカバーガラスを固着密閉する（蓋部材接着工程）。すなわち、接着剤層形成工程において形成された接着剤層３の上にカバーガラスからなる蓋部材４を載せて、固定する。この時、接着剤層３がカバーガラスの当接する部分に均等に接して、界面に気泡が発生しないように、相当の放置期間を設けるか、カバーガラスの上から加重をかけ、接着剤層３と、カバーガラス（蓋部材４）のなじみをよくすることが重要である。
【００２９】
続いて、接着剤層３の硬化処理を行って、パッケージ１の密封構造を構築する。接着剤層３の硬化方法としては、使用する接着剤層３の種類によって異なるが、アクリル系の光硬化型接着剤においては紫外線１８の照射、エポキシ系の熱硬化型接着剤ではベーキング等の加熱による硬化を行う。
【００３０】
そして、最後に、図１２に示すように、パッケージ群１０を個片化し、イメージセンサーパッケージ３０として完成させる。つまり、パッケージ群１０における個々のパッケージ１を連結していた部分（連結部１９）を、リードカット金型、ダイシングソー等の切断治具２０を用いて切断除去し、パッケージ群１０を個々のイメージセンサーパッケージ３０に分割し、完成させる（分割工程）。
【００３１】
この方法により、改質処理を施した部分にのみ均一な接着剤層３が形成される。このように接着剤層３の厚みが均一化できるため、半導体装置の品質の向上も実現できる。また、改質処理をした後に、均一な厚みの接着剤層３を形成したシート基材１４をパッケージ１に貼って剥がすだけで、均一な厚みの接着剤層３をシールエリア１ｄに形成する処理が完結するため、品質がよいだけでなく、作業効率もよく、しかも製造コストを低減できる。
【００３２】
ところで、本実施の形態では、中空のパッケージ１を一括で複数作成し、パッケージ群１０を分割する形態について説明しているが、初めからパッケージ１を個片で作成してもよい。この形態においても、蓋部材４を接着する際には接着剤層３の形成が必要であり、本発明を適用することにより、効率的で高品質な半導体装置を製造することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法は、中空構造を持つ半導体装置の製造方法に適用可能であり、中でも、蓋部材を接着する際に必要な、接着剤層の形成方法に関して特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いるリードフレーム（インターポーザー）の平面図
【図３】同半導体装置の製造方法における、樹脂封止によって中空構造のパッケージを形成した状態を示す断面図
【図４】同半導体装置の製造方法における、中空構造のパッケージの断面図
【図５】同半導体装置の製造方法における改質処理工程を示す断面図
【図６】同半導体装置の製造方法における半導体素子搭載工程（ダイスボンド工程）を示す断面図
【図７】同半導体装置の製造方法における接続工程（ワイヤーボンディング工程）を示す断面図
【図８】同半導体装置の製造方法に用いる転写シートの断面図
【図９】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ同半導体装置の製造方法における接着剤層形成工程（転写工程）を示す断面図
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同半導体装置の製造方法における接着剤層の転写メカニズムを説明するための断面図
【図１１】同半導体装置の製造方法におけるカバーガラスを固着密閉する蓋部材接着工程を示す断面図
【図１２】同半導体装置の製造方法における中空パッケージ群を個片化する分割工程を示す断面図
【図１３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来の半導体装置の製造方法における蓋部材を貼り付ける方法を説明する断面図
【図１４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同従来の半導体装置の製造方法における接着剤層の形成方法を簡略的に示す断面図
【符号の説明】
【００３５】
１      パッケージ（凹型容器）
１ａ    リブ
１ｂ    中空部
１ｃ    底面部
１ｄ    シールエリア
２      ＣＣＤチップ（半導体素子）
３      接着剤層
４      蓋部材
５      インナーリード部
６      金属細線
７      外部電極端子部
８      インターポーザー（中継用基板）
１０    パッケージ群
１４    シート基材（シート）
１５    転写シート
３０    イメージセンサーパッケージ（半導体装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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