JP2894921B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
製造方法に関する。より詳しくは、化合物半導体チップ
を樹脂で覆われた状態で内蔵する半導体装置およびその
製造方法に関する。
は、付加反応型のシロキサン化合物(−Si−O−結合
を持つ化合物)を母材とし、この他に無機質充填剤、ガ
ラス繊維、硬化触媒などを添加したもの(付加反応型シ
リコーン樹脂)が用いられている。この付加反応型のも
のは、図12に示すように、所定の硬化条件で付加反応
させることにより、シロキサン結合を主鎖とするシリコ
ーン樹脂(オルガノ・シロキサン・ポリマー)を生成す
ることができる。なお、この例は、シロキサン化合物
(〜O−R2Si−CH−CH2)と(H−R2Si−O
〜)とを触媒の下で付加反応させることにより、シリコ
ーン樹脂(〜O−R2Si−CH2CH2−R2Si−O
〜)を生成する例を示している(Rは有機基を表
す。)。このように付加反応型のものを用いている理由
は、硬化時に無溶剤で副生成物が生じないので化合物半
導体を汚染するおそれがなく、また、加熱によって短時
間で硬化するので生産性向上に寄与するからである。こ
れに対して、縮合反応型のシロキサン化合物を母材とす
るもの(縮合反応型シリコーン樹脂)は、硬化時にアル
コール・水などが生じる。また、硬化時間も比較的長く
かかり、温湿度のばらつきにより硬化状態が変わり易い
ため、生産性が良いとは言えない。このため、化合物半
導体封止用樹脂としては用いられていない。
半導体チップ、例えば発光素子として動作するGaAl
Asチップを上記付加反応型シリコーン樹脂で覆い、所
定の硬化条件で付加反応させたとしても、動作を継続し
たとき発光出力が低下したり、耐圧(逆耐圧)が低下す
るなど、チップの特性が劣化するという問題がある。
チップをシリコーン樹脂で覆われた状態で内蔵する半導
体装置であって、上記化合物半導体チップの特性劣化を
起こさない半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とにある。
に、請求項1に記載の半導体装置は、化合物半導体チッ
プを内蔵する半導体装置において、上記化合物半導体チ
ップがシリコーン樹脂で覆われ、かつ、上記化合物半導
体チップのうち上記シリコーン樹脂に接する部分の元素
が、上記シリコーン樹脂の生成に用いられたシロキサン
化合物に結合されていたアルコキシ基と反応して、該シ
リコーン樹脂のシロキサン基に化学的に結合しているこ
とを特徴とする。
に記載の半導体装置において、上記化合物半導体チップ
は少なくともGaAlAsから構成され、このGaAl
As部分のAlが上記シリコーン樹脂のシロキサン基と
結合していることを特徴とする。
は、化合物半導体チップを内蔵する半導体装置の製造方
法であって、付加反応によりシリコーン樹脂を生成すべ
きシロキサン化合物を母材とし、かつ該シロキサン化合
物の分子の末端にアルコキシ基が結合している化合物半
導体封止用樹脂で上記化合物半導体チップを覆った後、
上記化合物半導体封止用樹脂を反応させて、シリコーン
樹脂を生成させるとともに、上記化合物半導体チップの
うち上記シリコーン樹脂に接する部分の元素を上記シリ
コーン樹脂のシロキサン基と化学的に結合させるように
したことを特徴とする。
チップでは、Alが活性であり、不安定要因となる。つ
まり、空気中では通常、このAlは水酸基(−OH)と
結合しているが、使用環境によって様々な状態をとり、
この結果、チップ特性が影響を受けて劣化すると考えら
れる。そこで、本発明者は、付加反応型シリコーン樹脂
(付加反応によりシリコーン樹脂を生成すべきシロキサ
ン化合物を母材とする化合物半導体封止用樹脂)に、有
機基とオキシ基との結合からなる基(−OR)を含有さ
せた。このようにした場合、化合物半導体チップの活性
元素に結合している水酸基(−OH)と、上記有機基と
オキシ基との結合からなる基(−OR)とが反応して、
上記有機基と水酸基とからなる化合物(R−OH)が離
脱するとともに、上記化合物半導体チップの活性元素
と、付加反応により生成されたシリコーン樹脂中のシロ
キサン基(−Si−O−)とが化学的に結合した状態と
なる。したがって、化合物半導体チップのうち上記シリ
コーン樹脂に接する部分が化学的に安定な状態となり、
上記化合物半導体チップの特性劣化が防止される。な
お、上記したAlと水酸基の結合に限らず、他の様々な
化学結合をとった場合でも同様の作用が考えられる。
なる基(−OR)は、シロキサン化合物の分子の末端に
結合している場合、上記化合物半導体チップの活性元素
に結合している水酸基(−OH)と容易に反応する。こ
の結果、上記化合物半導体チップのうち上記シリコーン
樹脂に接する部分が化学的に安定な状態となり、上記化
合物半導体チップの特性劣化が防止される。ここでは、
水酸基に着目しているが、その他の様々な化学結合をと
った場合でも同様の作用が考えられる。
なる基は、アルコキシ基(−OR′)である場合、上記
化合物半導体チップの活性元素に結合している水酸基
(−OH)と容易に反応する(なお、R′はアルキル基
を表すものとする。)。つまり、上記アルコキシ基(−
OR′)と水酸基(−OH)とが反応して、アルコール
(R′OH)が離脱するとともに、上記化合物半導体チ
ップの活性元素と、付加反応により生成されたシリコー
ン樹脂中のシロキサン基(−Si−O−)とが化学的に
結合した状態となる。この結果、上記化合物半導体チッ
プのうち上記シリコーン樹脂に接する部分が化学的に安
定な状態となり、上記化合物半導体チップの特性劣化が
防止される。なお、離脱するアルコール(R′OH)
は、少量であり、上記化合物半導体チップの特性にほと
んど影響を及ぼさない。
0.1重量パーセント以上含むのが望ましい。化合物半
導体チップのうち上記シリコーン樹脂に接する部分の水
酸基(−OH)を完全に反応させるためである(後
述)。なお、アルコキシ基(−OR′)の含有量が多く
なりすぎると、付加反応型シリコーン樹脂の吸湿性また
は粘性等が問題となる。上記アルコキシ基の含有量の上
限は、この観点から定まると思われる。
チップがシリコーン樹脂で覆われ、かつ、上記化合物半
導体チップのうち上記シリコーン樹脂に接する部分の元
素が上記シリコーン樹脂のシロキサン基(−Si−O
−)と化学的に結合している。したがって、上に述べた
ように、上記化合物半導体チップのうち上記シリコーン
樹脂に接する部分が化学的に安定な状態となり、上記化
合物半導体チップの特性劣化が防止される。
合物半導体チップは少なくともGaAlAsから構成さ
れ、このGaAlAs部分のAlが上記シリコーン樹脂
のシロキサン基(−Si−O−)と結合しているので、
上記Alが化学的に安定な状態となり、この結果、上記
化合物半導体チップの特性劣化が防止される。
よれば、半導体装置に内蔵される化合物半導体チップの
うち、生成されたシリコーン樹脂に接する部分の元素が
上記シリコーン樹脂のシロキサン基(−Si−O−)と
化学的に結合する。したがって、上記化合物半導体チッ
プのうち上記シリコーン樹脂に接する部分が化学的に安
定な状態となり、上記化合物半導体チップの特性劣化が
防止される。
る。
樹脂を用いて、発光素子として動作するGaAlAsチ
ップを封止する例について説明する。
て、付加反応型のシロキサン化合物(−Si−O−結合
を持つ化合物)からなる母材に、有機基とオキシ基との
結合からなる基としてアルコキシ基(−OR′)を所定
の比率で含有させたものを用意する。上記母材は、図1
2に示したシロキサン化合物(〜O−R2Si−CH−
CH2)と(H−R2Si−O〜)との混合物とする。ま
た、図1中に示すように、上記アルコキシ基(−O
R′)は、シロキサン化合物の分子の末端に結合させ
て、(〜O−R2Si−OR′)なる状態で含ませる。
なお、このアルコキシ基は、典型的にはメトキシ基(−
OCH3)であるが、エトキシ基(−OC2H5)やフェ
ノキシ基などであっても良い。また、従来と同様に、こ
の他に無機質充填剤、ガラス繊維、硬化触媒などを添加
しておく。
体封止用樹脂で覆った後、所定の条件で硬化させる。例
えば、温度150〜260℃の範囲内に設定したオーブ
ン中で、1〜2時間加熱して硬化させる。これにより、
図12に示しように、シロキサン化合物(〜O−R2S
i−CH−CH2)と(H−R2Si−O〜)とを触媒の
下で付加反応させてシリコーン樹脂(〜O−R2Si−
CH2CH2−R2Si−O〜)を生成させる。同時に、
図1に示すように、上記GaAlAsチップに接する部
分で、アルコキシ基を含む上記シロキサン化合物(〜O
−R2Si−OR′)同士を反応させて、シリコーン樹
脂(−O−R2Si−O−R2Si−O〜)を生成させ
る。このとき、アルコキシ基(−OR′)は、上記Ga
AlAsチップの活性元素Alに予め結合している水酸
基(−OH)と容易に反応する。つまり、上記アルコキ
シ基(−OR′)と水酸基(−OH)とが反応して、ア
ルコール(R′OH)が離脱するとともに、上記GaA
lAsチップの活性元素Alと、付加反応により生成さ
れたシリコーン樹脂中のシロキサン基(−Si−O−)
とが化学的に結合した状態となる。したがって、化合物
半導体チップのうち上記シリコーン樹脂に接する部分が
化学的に安定な状態となり、チップ特性の劣化が防止さ
れる。この結果、上記化合物半導体チップのうち上記シ
リコーン樹脂に接する部分が化学的に安定な状態とな
り、上記化合物半導体チップの特性劣化が防止される。
なお、離脱するアルコール(R′OH)は、少量であ
り、ほとんど特性に影響を及ぼさない。
ルコキシ基(−OR′)の含有量(添加量)を変化させ
た場合の、高温通電試験による上記GaAlAsチップ
(発光素子)の特性劣化は、図2,図3に示すようなも
のである。図2,図3は、アルコキシ基の添加量がゼロ
の場合(従来品)の変動量を100として、それぞれ発
光出力,逆耐圧の変動量を相対値で表している。図2か
ら明らかなように、発光出力の変動量は、アルコキシ基
の添加量が増すにつれて減少し、添加量が0.1wt%
以上になると略ゼロになっている。また、図3から明ら
かなように、逆耐圧の変動量も、アルコキシ基の添加量
が増すにつれて減少し、添加量が0.1wt%以上にな
ると略ゼロになっている。この結果から、アルコキシ基
を0.1wt%以上添加することによって、GaAlA
sチップの表面を略完全に安定化でき、特性劣化を抑制
できることが分かった。なお、アルコキシ基(−O
R′)の添加量が多くなりすぎると、上記化合物半導体
封止用樹脂の吸湿性または粘性等が問題となる。上記ア
ルコキシ基の添加量の上限は、この観点から定まると思
われる。
(発光素子)を封止する場合について述べたが、当然な
がら、これに限られるものではない。この発明は、Ga
AlAsチップ以外のIII−V族化合物半導体チップを
内蔵する半導体装置に広く適用することができる。さら
に、II−VI族化合物半導体からなるチップ等を内蔵す
る半導体装置にも適用することができる。
脂を適用した半導体装置を例示している。
ォトカプラは、リードフレーム3,4に、それぞれ化合
物半導体発光チップ1,受光チップ2をマウントして、
これらを対向させた状態で、上記化合物半導体発光チッ
プ1と受光チップ2との間に上記化合物半導体封止用樹
脂を設け、この化合物半導体封止用樹脂を加熱により硬
化させてシリコーン樹脂5を生成した後、周囲を遮光性
樹脂6でモールドしたものである。なお、7,8はAu
ワイヤを示している。このフォトカプラでは、化合物半
導体発光チップ1がシリコーン樹脂5で覆われ、かつ、
化合物半導体発光チップ1のうちシリコーン樹脂5に接
する部分の元素がシリコーン樹脂5のシロキサン基(−
Si−O−)と化学的に結合した状態となる。したがっ
て、上に述べたように、化合物半導体発光チップ1のう
ち上記シリコーン樹脂5に接する部分を化学的に安定化
でき、上記化合物半導体発光チップ1の特性劣化を防止
できる。
ている。このフォトカプラは、リードフレーム13に化
合物半導体発光チップ11をマウントし、化合物半導体
発光チップ11を上記化合物半導体封止用樹脂で覆い、
この化合物半導体封止用樹脂を加熱により硬化させてシ
リコーン樹脂15を生成した後、化合物半導体発光チッ
プ11と、リードフレーム14にマウントした受光チッ
プ12とを対向させた状態で、透光性樹脂16,遮光性
樹脂17で順にモールドしたものである。なお、18,
19はAuワイヤを示している。このフォトカプラで
は、化合物半導体発光チップ11がシリコーン樹脂15
で覆われ、かつ、化合物半導体発光チップ1のうちシリ
コーン樹脂15に接する部分の元素がシリコーン樹脂1
5のシロキサン基(−Si−O−)と化学的に結合した
状態となる。したがって、化合物半導体発光チップ11
のうち上記シリコーン樹脂15に接する部分を化学的に
安定化でき、上記化合物半導体発光チップ11の特性劣
化を防止できる。
示している。このフォトカプラは、リードフレーム2
3,24に、それぞれ化合物半導体発光チップ21,受
光チップ22をマウントして、これらを絶縁シート26
を介して同一面上に並べた状態で、上記化合物半導体発
光チップ21と受光チップ22とを包むように上記化合
物半導体封止用樹脂を設け、この化合物半導体封止用樹
脂を加熱により硬化させてシリコーン樹脂25を生成し
た後、周囲を遮光性樹脂27でモールドしたものであ
る。なお、28,29はAuワイヤを示している。この
フォトカプラでは、化合物半導体発光チップ21がシリ
コーン樹脂25で覆われ、かつ、化合物半導体発光チッ
プ21のうちシリコーン樹脂25に接する部分の元素が
シリコーン樹脂25のシロキサン基(−Si−O−)と
化学的に結合した状態となる。したがって、化合物半導
体発光チップ21のうち上記シリコーン樹脂25に接す
る部分を化学的に安定化でき、上記化合物半導体発光チ
ップ21の特性劣化を防止できる。
示している。このフォトカプラは、リードフレーム33
に化合物半導体発光チップ31をマウントし、化合物半
導体発光チップ31を上記化合物半導体封止用樹脂で覆
い、この化合物半導体封止用樹脂を加熱により硬化させ
てシリコーン樹脂35を生成している。この後、シリコ
ーン樹脂35に覆われた化合物半導体発光チップ31
と、リードフレーム34にマウントした受光チップ31
とをそれぞれ透光性樹脂36,37に封止した状態で、
対向させ、周囲を遮光性樹脂38で覆ったものである。
なお、39,40はAuワイヤを示している。このフォ
トカプラでは、化合物半導体発光チップ31がシリコー
ン樹脂35で覆われ、かつ、化合物半導体発光チップ3
1のうちシリコーン樹脂35に接する部分の元素がシリ
コーン樹脂35のシロキサン基(−Si−O−)と化学
的に結合した状態となる。したがって、化合物半導体発
光チップ31のうち上記シリコーン樹脂35に接する部
分を化学的に安定化でき、上記化合物半導体発光チップ
31の特性劣化を防止できる。
ている(同図(a),(c)は、それぞれ同図(b)におけるA
−A′断面、B−B′断面を示している。)。この単体
発光素子は、リードフレーム43のヘッダ部42に化合
物半導体発光チップ41をマウントし、化合物半導体発
光チップ41とリードフレーム44とをAuワイヤ46
で配線した後、化合物半導体発光チップ41を上記化合
物半導体封止用樹脂で覆い、この化合物半導体封止用樹
脂を加熱により硬化させてシリコーン樹脂45を生成し
ている。この後、周囲を透光性樹脂47でモールドした
ものである。この単体発光素子では、化合物半導体発光
チップ41がシリコーン樹脂45で覆われ、かつ、化合
物半導体発光チップ41のうちシリコーン樹脂45に接
する部分の元素がシリコーン樹脂45のシロキサン基
(−Si−O−)と化学的に結合した状態となる。した
がって、上に述べたように、化合物半導体発光チップ4
1のうち上記シリコーン樹脂45に接する部分を化学的
に安定化でき、上記化合物半導体発光チップ41の特性
劣化を防止できる。
ンタラプタ,反射型フォトインタラプタを示している。
図9に示す透過型フォトインタラプタは、リードフレー
ム53,54にそれぞれ化合物半導体発光チップ51,
受光チップ52を取り付け、互いに対向させた状態とな
っている。一方、図10に示す反射型フォトインタラプ
タは、リードフレーム63,64にそれぞれ化合物半導
体発光チップ61,受光チップ62を取り付け、同一面
に並べた状態となっている。59,60,69,70は
Auワイヤを示している。これらの透過型フォトインタ
ラプタ,反射型フォトインタラプタには、図11に示す
ように、作製方法によってそれぞれケースタイプ,T&
Tタイプ,T&Iタイプ,I&Iタイプがある。ケース
タイプとは、図9の透過型フォトインタラプタの例で述
べると、化合物半導体発光チップ51,受光チップ52
を、図8に示した単体発光素子と同様の作製手順によっ
てそれぞれ発光素子,受光素子(いずれも樹脂モールド
56,57完)の形態にし、この後、これらを外装ケー
ス58,68に組み込むものをいう。また、T&Tタイ
プとは、上記発光素子,受光素子がトランスファ成形さ
れ、外装ケース58,68もトランスファ成形で作製さ
れるものをいう。T&Iタイプとは、上記発光素子,受
光素子がトランスファ成形され、外装ケース58,68
がインジェクション成形によって作製されるものをい
う。I&Iタイプとは、上記発光素子,受光素子がイン
ジェクション成形され、外装ケース58,68もインジ
ェクション成形で作製されるものをいう。図10の反射
型フォトインタラプタの各タイプも、透過型フォトイン
タラプタと全く同様に分類される。いずれにしても、作
製に当たっては、まず化合物半導体発光チップ51,6
1をリードフレーム53,63にマウントし、Auワイ
ヤ59,69で配線した後、化合物半導体発光チップ5
1,61を上記化合物半導体封止用樹脂で覆う。そし
て、この化合物半導体封止用樹脂を加熱により硬化させ
てシリコーン樹脂55,65を生成する。このようにし
た場合、化合物半導体発光チップ51,61がシリコー
ン樹脂55,65で覆われ、かつ、化合物半導体発光チ
ップ51,61のうちシリコーン樹脂55,65に接す
る部分の元素がシリコーン樹脂55,65のシロキサン
基(−Si−O−)と化学的に結合した状態となる。し
たがって、化合物半導体発光チップ51,61のうち上
記シリコーン樹脂55,65に接する部分を化学的に安
定化でき、上記化合物半導体発光チップ51,61の特
性劣化を防止できる。
導体装置では、化合物半導体チップがシリコーン樹脂で
覆われ、かつ、上記化合物半導体チップのうち上記シリ
コーン樹脂に接する部分の元素が上記シリコーン樹脂の
シロキサン基(−Si−O−)と化学的に結合している
ので、上記化合物半導体チップのうち上記シリコーン樹
脂に接する部分を化学的に安定化できる。したがって、
上記化合物半導体チップの特性劣化を防止することがで
きる。
合物半導体チップは少なくともGaAlAsから構成さ
れ、このGaAlAs部分のAlが上記シリコーン樹脂
のシロキサン基(−Si−O−)と結合しているので、
上記Alを化学的に安定化でき、この結果、上記化合物
半導体チップの特性劣化を防止できる。
よれば、半導体装置に内蔵される化合物半導体チップの
うち、生成されたシリコーン樹脂に接する部分の元素が
上記シリコーン樹脂のシロキサン基(−Si−O−)と
化学的に結合する。したがって、上記化合物半導体チッ
プのうち上記シリコーン樹脂に接する部分を化学的に安
定化でき、上記化合物半導体チップの特性劣化を防止で
きる。
脂の組成および反応を示す図である。
AlAsチップの高温通電試験による発光出力の変動量
を示す。
AlAsチップの高温通電試験による逆耐圧の変動量を
示す図である。
トカプラを示す図である。
トカプラを示す図である。
トカプラを示す図である。
トカプラを示す図である。
発光素子を示す図である。
型フォトインタラプタを示す図である。
射型フォトインタラプタを示す図である。
る。
び反応を示す図である。
体発光チップ 2,12,22,32,42,52,62 受光チップ 5,15,25,35,45,55,65 シリコーン
樹脂
Claims (3)
- 【請求項1】 化合物半導体チップを内蔵する半導体装
置において、 上記化合物半導体チップがシリコーン樹脂で覆われ、か
つ、上記化合物半導体チップのうち上記シリコーン樹脂
に接する部分の元素が、上記シリコーン樹脂の生成に用
いられたシロキサン化合物に結合されていたアルコキシ
基と反応して、該シリコーン樹脂のシロキサン基に化学
的に結合していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 上記化合物半導体チップは少なくともG
aAlAsから構成され、このGaAlAs部分のAl
が上記シリコーン樹脂のシロキサン基と結合しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 化合物半導体チップを内蔵する半導体装
置の製造方法であって、 付加反応によりシリコーン樹脂を生成すべきシロキサン
化合物を母材とし、かつ該シロキサン化合物の分子の末
端にアルコキシ基が結合している化合物半導体封止用樹
脂で上記化合物半導体チップを覆った後、上記化合物半
導体封止用樹脂を反応させて、シリコーン樹脂を生成さ
せるとともに、上記化合物半導体チップのうち上記シリ
コーン樹脂に接する部分の元素を上記シリコーン樹脂の
シロキサン基と化学的に結合させるようにしたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
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