(57)【要約】【課題】  アウトガスがパッケージ表面に付着しない半導体製造方法を提供すること【解決手段】  本発明の半導体製造方法は、ドライ窒素を用いて炉内を常圧にする工程（工程２０１）と、前記炉を真空の状態にする工程（工程２０３）と、前記炉の内部温度を１５０度にして半導体とパッケージ間の接着剤を硬化させて、前記半導体を前記パッケージに固定させる工程（工程２０５）と、前記炉の内部温度を７０度になるまで、前記炉の内部温度を下降させる工程（工程２０７）と、前記ドライ窒素を用いて前記炉内を前記常圧にする工程（工程２０８）と、を有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライ窒素を用いて炉内を常圧にする工程と、
前記炉を真空の状態にする工程と、
前記炉の内部温度を一定温度にして半導体とパッケージ間の接着剤を硬化させて、前記半導体を前記パッケージに固定させる工程と、
前記炉の内部温度を前記一定温度よりも低い温度になるまで、前記炉の内部温度を下降させる工程と、
前記ドライ窒素を用いて前記炉内を前記常圧にする工程と、
を有する半導体製造方法。
【請求項２】
前記接着剤が硬化した後、前記半導体の表面をプラズマ洗浄により洗浄する工程を有する請求項１記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記プラズマ洗浄は、アルゴンと酸素の比が４対１である請求項２記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記炉は、真空対応型のバッチ炉である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体製造方法。
【請求項５】
前記パッケージは、４層の配線を持つアルミナ・セラミック製である請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の属する技術分野は有機性の接着剤を用いてパッケージの中に素子を固定する半導体製造の製造工程に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造する場合にはパッケージ内部に素子を固定し、配線し、封止して製造するのが一般的である。素子をパッケージに固定する場合は接着剤を用いるが、素子の裏面が導電性を持つものはその接着剤に銀ペーストの様な導電性のある接着剤を用いることが多い。反面、素子の裏面が絶縁性の場合は有機系の接着剤を用いて素子を固定する場合が多い。有機系接着剤の多くは熱硬化型であり、接着剤を加熱することで固まり、素子を固定する硬化がある。
【０００３】
有機系の接着剤はその溶剤に有機溶剤を使って粘度を保っている場合が多く、有機溶剤は接着剤硬化の工程に於いて、多くはアウトガスとなって出て行ってしまう場合が多い。接着剤が含む有機溶剤は揮発性の高い物、つまり、分子構造の低いものから揮発性の低い物、つまり、分子構造の高いもの、まで多種多様である。揮発性の高い有機溶剤は放出された後に拡散し易い為、パッケージや素子に付着することが少ないが、高分子の有機溶剤では拡散性が低く、滞留してパッケージや素子の表面に付着する現象が起こる。この状態で温度を上げて硬化処理を行うと表面に付着したアウトガス自体が凝固し、付着した表面に有機物の薄膜を形成する現象が起こる。
【０００４】
有機系接着剤は硬化温度が低いため簡便な恒温層でも硬化は可能である。接着剤硬化には一般的には連続炉が用いられている。これは流れ作業の観点からすると有利だからである。連続炉は不活性ガスや還元ガスを常に流す構造になっているので炉の内部を常に同じ状態に保つ事には優れている。
【０００５】
接着剤としては、熱硬化性樹脂組成物と有機樹脂粒子とを含む絶縁性半導体用樹脂ペーストが使用され、このペーストに温度を与えて硬化させる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４７３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
接着剤を硬化させた場合、アウトガスが低分子で揮発性が高ければアウトガスに因るパッケージ表面の汚染は問題が無いが、アウトガスが高分子でパッケージ表面に滞留する場合はアウトガスがパッケージ表面に付着しない様にする必要がある。
【０００７】
本発明が最終的に解決しようとする課題は、ワイヤーボンドの歩留まりを上げて、最終的な製品歩留まりを向上させることであるが、先ずはアウトガスがパッケージ表面に付着することを防ぐ事が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体製造方法は、ドライ窒素を用いて炉内を常圧にする工程と、前記炉を真空の状態にする工程と、前記炉の内部温度を一定温度にして半導体とパッケージ間の接着剤を硬化させて、前記半導体を前記パッケージに固定させる工程と、前記炉の内部温度を前記一定温度よりも低い温度になるまで、前記炉の内部温度を下降させる工程と、前記ドライ窒素を用いて前記炉内を前記常圧にする工程と、を有する。
【０００９】
前記接着剤が硬化した後、前記半導体の表面をプラズマ洗浄により洗浄する肯定を有する。
前記プラズマ洗浄は、アルゴンと酸素の比が４対１であってもよい。前記炉は、真空対応型のバッチ炉であってもよい。そして、前記パッケージは、４層の配線を持つアルミナ・セラミック製としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明が期待する効果は最終的には組立歩留まりの向上であるが、アウトガスの吸着の結果発生するパッケージ上の配線上に形成される絶縁薄膜の影響により、ワイヤーボンド歩留まりの低下を阻止することである。ワイヤー付着強度を高め、電気特性検査での不良を低減させる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
接着剤から出たアウトガスをパッケージに付着させないと事には２つの意味がある。先ずは発生したアウトガスをパッケージ表面から引き離す。もう一つは既にパッケージの表面に付着してしまったアウトガスをパッケージ表面から引き剥がすことである。その為にはパッケージが置かれている気圧を下げる事である。気圧を下げると気体の運動量が増し、アウトガスの分子がパッケージ表面に衝突しても、運動量の高さから吸着せず、パッケージ表面から離れてしまう。同様に、気圧を下げる事は真空引きをする事であり、アウトガスは真空ポンプに引かれて硬化炉の外に排出されるので炉の中に残らない事になる。
【００１２】
接着剤硬化を硬化させる工程を一般的にキュア工程と呼ぶが、キュア工程に用いられるキュア炉に付いてはバッチ炉又は連続炉があるが、連続炉では炉の入り口と出口が常に空いている為、炉内を真空引きしても真空度を上げることは不可能である。従って、本発明では真空引きのできるバッチ炉を用いることとした。
【００１３】
本発明を実施する為にはダイアッタチ工程から電気特性検査に至る迄の半導体後工程が必要となるが、本発明に関する設備としてはキュア炉に限る為、キュア炉を中心に最良な形態を説明する。
【００１４】
本発明で用いたキュア炉はバッチ炉を用いた。図１は本発明で用いたバッチ炉の模式図である。バッチ炉１０は最高温度が摂氏２００度迄上昇し、ディヒュージョン・ポンプ２０を用いた真空対応型のバッチ炉である。真空度は０．１トール(Torr)迄到達するものを用いた。真空引き後、常圧に戻す為に用いるガスはドライ窒素３０を用いた。ドライ窒素３０は常温で保管し、使用前にドライフィルターを用いて濾過する方法で供給する。ドライ窒素３０は、リークバルブ４０を開くとバッチ炉１０内に供給され、リークバルブ４０を閉じて、ディフュ−ジョン・ポンプ２０を作動させると真空を引くことができる。
【００１５】
硬化処理を行う対象は、個片のパッケージに有機系接着剤を用いて、６部品を実装したものを使用した。個片パッケージは、４層の配線を持つアルミナ・セラミック製のものを用いた。このパッケージを金属製で４０個入りのキャリアテープに入れ、このキャリアテープ１０枚をストッカーに入れたものを１ロットとした。
【００１６】
本発明で使用した接着剤は、メーカ指定の条件によると硬化推奨温度摂氏１５０度、硬化に必要な時間は約１０分と言う仕様のものを用いた。しかし、実際にこの接着剤を用いてみると、メーカ指定の条件では十分な硬化状態が得られず。本発明の実施例では硬化温度摂氏１５０度、硬化時間１時間で用いた。
【００１７】
実装工程としては接着剤硬化後に、表面の洗浄を行う為にプラズマ洗浄を行った後に、ワイヤーボンダーで配線を行う。プラズマ洗浄はアルゴンと酸素の比を４対１とし、９０秒間線上を行う。配線はアニリングされたアルミ線を用い、超音波振動を加えて素子に配線する形式のワイヤーボンダーを用いた。
【００１８】
本実施例では換気を一切行わないで接着剤硬化処理を行った結果から、最終的な条件に行き当たる迄の経過に付いて説明する。
【００１９】
先ずは上記、発明を実施する為の最良の形態で示す１ロット分の製品を図１で示すキュア炉１０に入れて接着剤硬化処理を行う。硬化条件は硬化温度を摂氏１５０度、硬化時間は１時間とした。硬化処理中は排気をする事無く、硬化処理を続けた。硬化処理が終わった後に上記条件でプラズマ洗浄を行った。更に、ワイヤーボンドで配線した後に、２０倍の顕微鏡を用いてワイヤーの付着具合を検査した。付着強度がある程度弱いものも弾く為に、ドライ窒素３０をワイヤーに吹き付けながら検査を行った。検査は全てのワイヤーが付着しているものを良品とし、ワイヤーが一本でも浮いているものを不良品とした。
【００２０】
図２と図３は、接着剤硬化方法を変えながらワイヤーの剥がれ率、つまり不良品率を示した図である。１回目から４回目がバッチ炉のなかの空気を排気する事無く、連続で接着剤硬化工程を行った時のワイヤー付着に関する不良率である。不良率は、初回１７．５％から第４回に至ると５０％迄増加している。真空炉に於いては、真空ポンプで排気しない限り、バッチ炉内の空気を入れ換えることができないので、接着剤から出るアウトガスが高温で変化して素子のパターン上に有機薄膜を形成したと推測されている。どの様な膜が付着したかは、元素分析を行っていないので定かではない。初回の不良率１７．５％でも量産方法としては採用出来ないほどの不良率であるにも係わらず、回を重ねる毎に不良率が上昇し、第４回目には５０％に到達してしまった。これは接着剤のアウトガスがバッチ炉内部の壁等に吸着した後に、新しく接着剤硬化を行う際に素子上に再付着したものと推定される。
【００２１】
ワイヤー歩留まりを向上させる為には、バッチ炉１０内に吸着したアウトガスを接着剤硬化の作業前に取り除いて良いわけで、先ずはワークをバッチ炉１０に入れてから真空引きを行い、最高真空度に到達してから１０分引き続け、その後にドライ窒素３０をバッチ炉１０内に常圧になるまでパージし、その後に接着剤硬化作業を行った。接着剤硬化の条件は硬化温度摂氏１５０度で硬化時間を１時間とした。その結果が図２と図３の第５回目と第６回目である。第５回目で不良率は下がり始め、第６回目で１２％にまで下がったが、引き続き１０％を於ける高い値を示した。原因は硬化中の接着剤から放出されるアウトガスに起因する。
【００２２】
第５回目と第６回目の結果から、接着剤のアウトガスがパッケージ表面に付着する前にパッケージ表面から遠ざける方法を本実施例で説明する。
【００２３】
接着剤から出た質量の重いアウトガスを瞬時に拡散させる為には、バッチ炉１０内を真空にすることが必要である。また、真空ポンプで引くことで、一定方向に空気の流れができる為、派生したアウトガスを真空ポンプの方向に取り去ることができる。
【００２４】
本実施の形態では接着剤硬化の工程中、絶えず真空引きを継続する方法をとった。つまり、バッチ炉１０にドライ窒素３０をパージして炉内を常圧にした後（工程２０１）、ワークをバッチ炉１０内に入れる（工程２０２）。真空引きを開始し、最高到達真空度まで真空を引く（工程２０３）。最高真空度に到達した後、１０分間温度を上げずに真空引きを継続する（工程２０４）。その後、硬化温度、例えば摂氏１５０度まで温度を上昇させる（工程２０５）。炉内温度が１５０度まで到達してから硬化時間、例えば１時間待つ（工程２０６）。その後、自然温度降下で炉内温度が摂氏７０度まで下がるまで待つ（工程２０７）。炉内にドライ窒素３０をパージし、炉内を常圧に戻す（工程２０８）。最後に、手袋を用いてワークをバッチ炉１０から出す（工程２０９）。
【００２５】
この方法を用いて接着剤硬化を行ったワークのワイヤー不良率を、図２の第７回目、第８回目及び第９回目に示す。若干の不良率の差はあるものの、全て１０％を切り、最高では６．６％の不良率まで下がった。この値は、この方法を繰り返して行った場合には殆ど共通した値となり、接着剤のアウトガス以外が原因する不良と判断される。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明はアウトガスの質量が空気より重い有機接着剤を用いてダイアッタチする工程と、金又はアルミワイヤーのワイヤーボンド方式で結線する方式を持つ半導体の実装・組立工程に於いて、製造歩留まりを向上させるのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】真空引き型バッチ式キュア炉の外観図
【図２】ワイヤー剥がれ率の推移
【図３】ワイヤー剥がれ率グラフ
【図４】接着剤硬化方式を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２８】
１０  バッチ炉
２０  ディフュ−ジョン・ポンプ
３０  ドライ窒素
４０  リークバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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