JPH0383351A - 電子装置作製方法 - Google Patents

電子装置作製方法

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JPH0383351A
JPH0383351A JP1221214A JP22121489A JPH0383351A JP H0383351 A JPH0383351 A JP H0383351A JP 1221214 A JP1221214 A JP 1221214A JP 22121489 A JP22121489 A JP 22121489A JP H0383351 A JPH0383351 A JP H0383351A
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film
electronic component
chip
pad
silicon
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は半導体装置等の電子部品をより小型化し、よ
り高信頼性化する手段を提供することに関する。
「従来の技術」 従来、電子部品チップの保護膜形成用のファイナル・コ
ーティングは、ウェハ・レベルにて行っていた。このた
め、その後工程にくるワイヤ・ボンディング用のパッド
部のボンディングされていない他部のアルミニューム（
一般には１００　μｍ×１００μ１１１）はエポキシ・
モールド一部に露呈してしまっていた。
このためアルミニューム・パッドはコロージョンを起こ
しやすく、半導体装置の特性劣化、信頼性低下を誘発し
てしまっていた。
本発明はかかる従来の有機樹脂封止を施す電子部品にお
きる信頼性の低下を防ぐための保護膜形成方法に関する
ものである。
従来、本発明人による特許側（半導体装置作製方法　昭
和５８年特許願第１０６４５２号　昭和５８年６月１４
日出願）が知られている。
本発明人の上記提案は、パッドがコロ−ジョンをおこす
ことを防ぐのには有効であるが、長期間湿度のある雰囲
気に保持し、これに半田付を行うとすると、半田付の２
６０°Ｃの急激な温度変化で有機樹脂中の水分が急激に
気化し、プラスチックパッケージにクランクを誘発して
しまった。特に電子部品チップの裏側にあるダイの部分
での有機樹脂との剥離によるものが多かった。これはこ
のダイか金属であり、有機樹脂との熱膨張係数の差によ
る歪エネルギの発生によるものと推定される。
かかる信頼性の低下を補う電子部品の構造およびその対
策が求められていた。
「目的」 この発明は、プラスチック・モールド（有機樹脂）封止
に関し、ファイナルコーティング用保護膜形成を半導体
チップ（トランジスタまたはそれが複数個集積化された
半導体装置等の電子部品を以下電子部品チップまたは単
にチップという）の表面のみならず、リードフレーム（
全面の最終的に電子部品のリードを構成するための集合
体をいう）及びその連結部（電子部品チップのパッドと
リードフレームのステム部のパッドとを連結する半田バ
ンブまたは細線による連結領域のすべて）を覆って保護
膜を設けることにより、高信頼性の電子装置を形成する
ことを目的としている。
この発明は、プラスチック・モールド・パッケージにお
いて、信頼性を低下する水等の湿度が単にプラスチック
・パンケージのバルク（内部）のみならず、リードの表
面（プラスチックモールドとの界面が密着性が悪く、こ
の境界）を伝わって侵入する水に対しても、ブロッキン
グ効果を有した高信頼性の電子装置、特に半導体装置を
設けたことを特徴としている。
「発明の構成」 第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明構造の有機樹脂封止
を施した電子部品の縦断面図の部品を示す。
第１図（Ａ）は金属ダイ（３５”）上にアタッチされた
電子部品チップ（２８）と、このチップの金属バンド、
例えばアルミニュームパッド（３８）とリードフレーム
の電子部品チップとの連結のためのステム（３５）のバ
ンド（３８’）　との間に導体（３７）例えば金の細線
のワイヤポンディングによる連結を行い、さらにこのチ
ップ（２８）表面、パッド（３８）のボンディングされ
ずに露呈した表面、連結ワイヤ（３９）、金属ダイ（３
５’　）の裏面および側面に対し、劣化防止用保護膜、
特に窒化珪素膜、酸窒化珪素膜、炭化珪素膜の下地膜と
ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣという）との多層膜（２７
）（図面では図示しにくいため１層膜として示す）のコ
ーティングを行う。
この窒化珪素膜の如き下地膜とその上のＤＬＣ膜よりな
る保護膜は、室温またはその近傍の温度において、反応
性気体を反応炉に導入し、そこに電気エネルギを供給す
るいわゆるプラズマ気相法により形成せしめた。
かくの如くして、劣化防止用保護膜を下地膜を２００〜
３０００人、一般には約１０００人の厚さに形成した後
、さらにこの上にＤＬＣ膜を３００〜５０００人の厚さ
に形成する。この後、公知のインジェクション・モール
ド法によりエポキシ樹脂（３３）を注入・封止させた。
さらにタイバー（リードフレームのリード間がばらつか
ないように一時的に連結しているもの）を切断するとと
もにフレームをリード部（３７）にて曲げ、さらにリー
ド部を酸洗いした後、リード（３７）にハンダメツキを
行った。
かかる本発明の半導体装置の構造においては、例え信頼
性を低下させる水がモールド材を含侵し、チップ（２８
）、パッド（３８）、ステム（３５）のパッド（３８”
）の表面に集合してもこの水に対しこれらの水が電子部
品チップ等に直接接触しないようにして高信頼性化を図
っている。
また第１図（Ｂ）は電子部品チップ（２８）とリードフ
レームのステム（３５〉との間に細線のワイヤボンドを
行わず、直接半田等の導体にて連結したものである。こ
のためには第１図（Ｂ）において、例えば電子部品チッ
プ（２８）のパッド（３８）をアル短ニウムとその上に
金の２層膜とする。リードフレームのステム（３５）の
パッド（３８′）をニッケルとし、ここに半田バンブを
作り、このバンブをチップのパッド（３８）と位置合わ
せをするとともに、加熱圧着をして連結（３９’）をす
る。すると第１図（Ｂ）に示す如く、電子部品チップの
下に第１図（Ａ）のようなダイ（３５’）がなく、かつ
ボンディングワイヤ（３９）も省略され小型化されたも
のとなる。
さらに第１図（Ａ）　、　（Ｂ）においては、ＰＣＢ　
（プリント回路基板）への電子部品（２９）の密接はダ
イの内側で行っている。このため、半田付の時の２６０
°Ｃ１１０秒の急激な熱上昇に対し、万が−の有機樹脂
中に含浸している水の膨張によるパッケージのクランク
の発生をさらに防ぐ。
第２図は本発明の電子部品チップがリードフレームにボ
ンディングまたはマウントされた構造、即ち基板（２′
）を複数個ホルダに装着して集合さ廿た基体（２）を複
数配設させ、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜等の下
地膜とＤＬＣとの多層の保護膜のコーティングを行うた
めのプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。
図面において、反応系（６）、ドーピング系（５）を有
している。
反応系（６）は、反応空間を有する反応室（１）と予備
室（７）とを有し、ゲート弁（８）　、　（９）とを有
している。反応室（１）は内側に供給側フード（１３）
を有し、フード（１３）は入口側ノズル（３）より反応
性気体を下方向に吹き出し、プラズマ反応をさせ、基板
または基体上に多層の保護膜形成を行った。
反応後は排出側フード（１３”）より排気口（４）を経
てバルブ（２１）、真空ポンプ（２０）に至る。高周波
電源（１０）よりの電気エネルギはマツチングトランス
（２６）をへて、５０にＨｚ　〜５０ＭＩＩｚ例えば１
３．５６ＭＨｚの周波数を上下間の一対の同じ大きさの
網状電極（１１）（１１’）に加える。マツチングトラ
ンスの中点（２５゜）は接地レベル（２５）とし、この
接地レベルと基体（２）との間にはバイアス（Ｉ２）を
ＯＣまたはＡＣバイアス（１〜５００ＫＨｚ例えば５０
ＫＨ２）として加えた。また周辺の反応性気体を反応室
の内壁にまで広がらないようにした。枠構造のホルダ（
４０）は導体の場合は浮いたレベルとし、また絶縁体で
あってもよい。
反応性気体は一対の電極（１１）、　（１１’）により
供給された高周波エネルギにより励起され、また低周波
バイアスエネルギにより被形成面を有する電子部品がバ
イアス印加され、ワイヤボンドがなされ、この電子部品
チップ、このチップにポンディングされたステムまたは
リードフレーム上にコーティングされるようにした。こ
のプラズマＣＶＤ法において、被膜の被形成体（２）（
以下基体（２）という）はサポータ（４０’）上に配設
された枠構造のホルダ（４０）内に一対の電極間の電界
の方向に平行にし、さらにいずれの電極（１１）、（１
１’）からも離間させている。複数の基板は互いに一定
の間隔（３〜１３ｃｍ例えば８ｃ＋ｎ　）または概略一
定の間隔を有して配設されている。この多数の基体（２
）は、グロー放電により作られるプラズマ中の陽光柱内
に配設される。
第３図（Ａ）は基体（２）の部品を拡大したものである
。即ち第２図の基体（２）は電子部品チップをり〜ドフ
レームに５〜ＩＯケマウントした基板（２”）を示す。
電子部品チップ（２８）を第３図（Ａ）で口型で略記し
ている。リードフレームのリードを一時的に固定してい
る上下の補助バー（４１）、（４１’）を第３図（Ａ）
で直線で示している。第３図（Ａ）のＡ−Ａ’の縦断面
図を（Ｂ）に示している。第３図（Ｂ）ではそれぞれの
電子部品（２９−１）　、　（２９−２）　　・・（２
９−ｎ）即ち（２９）に対応して、補助バー（４１）　
、　（４１’）、　　リード（３７）　、パッド（３８
）　、　（３８’）、電子部品チップ（２８）で示して
いる。
第３図（Ｃ）はリードフレーム（２“）に電子部品チッ
プ（２８）がマウントされた一部の拡大図である。
リードフレームの補助バー（４１）　、　（４１’）は
開穴（４３）（４３”）が設けられ、これを利用してホ
ルダのつめにかけて第３図（Ａ）の基体を構成させてい
る。第３図（Ｃ）にはリード（３７）およびその先端部
のステム（３５）が示され、このリードのバラツキを防
ぐタイバー（４２）　、　（４２”）が示されている。
第１図の構造とするには、このタイバー（４２）　、　
（４２°）と補助バー（４１）　、　（４１’　）は有
機樹脂モールド後除去される。
以下に第２図、第３図に示したプラズマＣＶＤ装置を用
いた本発明の２層の保護膜形成の実施例を示す。「実施
例１」 第１図（Ａ）に示した如く、リードフレームのダイ（３
５’）に電子部品チップ（２８）をアタッチし、このチ
ップのパッド（３８）とステムのパッド（３８”）との
間にワイヤボンドを行った。
第３図に示す如く、基体に電子部品チップをマウントし
たリードフレーム（２９−１）　、　（２９−２）　　
・・・（２９−ｎ）即ち（２９）を配設したものである
。このジグのＡ−Ａ”の断面図を（Ｂ）に示す。チップ
（２８）はパッド（３８）　、　（３８’）を含む連結
部でステム（３５）に連結してあり、これらが複数ケフ
レーム上に配設されている。
リードフレーム部はこの実施例では８０ビンの例を示し
ている。そして４２７０イまたは銅フレームのステム（
３５）と、ダイ（３５’）上の電子部品チップ（２８）
めポンディングパッドとの間に直接的にボンディングを
している。しかしこの形状以外の任意のピン数、形状を
も同様に有せしめることが可能であることはいうまでも
ない。
第２図に示した基体を配設させたプラズマＣＶＤ装置に
おいて、ドーピング系は珪化物気体であるジシラン（Ｓ
ｉ、Ｈ，）を（１７）より、また窒化物気体である窒素
を（１４）より、反応室等のエツチング気体例えば弗化
窒素を（１６）より、またエチレン（Ｃ２Ｈ４）を（１
５）より供給している。それらは流量計（１８）　。
バルブ（１９）により制御されている。
例えば、下地膜である窒化珪素を作らんとする場合、基
板温度は外部加熱を特に積極的に行わない室温（プラズ
マによる自己加熱を含む）またはその近傍の温度（３０
０’Ｃまでの温度範囲）とし、反応性基体は反応室に５
ｉｚＨ６／Ｎｚ　＝　１／３として反応室の圧力０．０
１〜０．１ｔｏｒｒ　、例えば０．０５ｔｏｒｒを保持
しつつ供給した。さらに１３．５６ＭＨｚの周波数の高
周波エネルギをＩＫ−の出力で一対の電極（１１）、（
１１′）に供給した。ＡＣバイアス用の５０　Ｋ　ｔｌ
　ｚの周波数の電気エネルギ（２４）を基体（２）に１
００〜５００−の出力で加える。かくして平均５００人
（５００人±１００人）に約３分（平均速度３人／秒）
の被膜形成を行った。
窒化珪素膜はその絶縁耐圧３　Ｘ１０６Ｖ／ｃｍ以上を
有し、比抵抗は２Ｘ１０”０ｃｍであった。赤外線吸収
スペクトルでは８６４ｃｍ　−’の５ｔ−Ｎ結合の吸収
ピークを有し、屈折率は１．７〜１．８であった。
下地膜として酸窒化珪素を作ろうとする時は、このジシ
ラン、窒素に加えてＳｉ２Ｆ６を５ｉＪｈの５〜１０％
を添加した。すると残留酸素が繰り込まれて酸窒化珪素
を作ることができた。
また炭化珪素はシランとエチレンとを混合してプラズマ
ＣＶＤ法により形成した。
更にこの上にＤＬＣ膜を同一反応系で形成した。
即ち下地膜を形成した後、これら全体を真空引きし、１
０１〜ｔｏ−’ｔｏｒｒとした。この系にエチレンを１
００χの濃度で反応室（１）に反応空間の圧力０．０１
〜Ｑ、５ｔｏｒｒ例えばＱ、Ｑ５ｔｏｒｒを保持しつつ
供給した。
高周波バイアスエネルギは同様とした。すると２人／秒
の成長速度でＤＬＣ膜を３００〜３０００人例えば１０
００入の厚さに形成することができた。
ＤＬＣは金属および酸化物上には密着しにくいため、金
属のリードフレーム、電子部品チップに対しても密着性
のよい下地膜を形成した。特にまず窒化珪素膜を２００
〜２０００大形成し、さらにその上に窒化珪素膜と密着
性のよいＤＬＣを３００〜３０００人の厚さに形成した
。このＤＬＣはすべての酸に対して耐久性を有していて
、超高信頼性の電子部品を作るのに優れていた。
このため、アルミニウムのコロ−ジョンをおさえ、さら
に有機樹脂と密着性がよいため、きわめて好ましい。ま
たこのＤＬＣは固有抵抗１０１０〜１０Ｉ２ΩｃＩ１１
を有しているため有効である。
第２図におけるホルダ（４０）は枠の内側の大きさ６０
ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍを有し、電極間距離は３０ｃｍ　（
有効２０ｃｍ　）としている。
即ち、本発明は、下地膜として窒化珪素、酸窒化珪素（
反応ガスに積極的に酸素等の酸化物気体を用いていない
）、炭化珪素に加えて、この上にＤＬＣ膜を形成した多
層膜を電子部品チップとりドフレームとそれらの間の連
結部でそれぞれを互いに連結した後に保護膜としてコー
ティングしている。これらはパッド、チップの露呈した
表面に対しても均一な膜厚で保護膜をコーティングする
ことができる。特に本発明においては、被膜形成の時、
高周波プラズマ発生と同時にＤＣまたはＡＣのバイアス
をリードフレームに印加している。即ち、基体（２）に
印加されたＡＣバイアスを成膜中にすべてのフレームに
同じく加えることができるため、きわめて緻密なりＬＣ
（ＳＰ”結合手を有するダイヤモンド状炭素）膜を作る
ことができる。また反応性気体の活性化は高周波を用い
るため活性化率を高くすることができた。
なお本発明においては、ｐｃｖｏ法において、電気エネ
ルギのみならず、１０〜１５μの波長の遠赤外線または
３００ｎｍ以下の紫外光を同時に加えた光エネルギを用
いるフォトＣＶＤ（またはフォトＦＰＣＶＤ）法を併用
することは有効である。
「効果」 本発明により、金属のリード、電子部品チップ、連結部
と異なる材料は一般に有機樹脂と密着性が悪い。しかし
これらを密着性のよい下地膜を形威し、かつその上にＤ
ＬＣを形成した２層の保護膜とし、このＤＬＣと密着性
のよい有機樹脂で封止することにより高信頼性化を図る
ことができた。特にリードと電子部品チップとを機械的
に有機樹脂で固定保護し、かつこの樹脂の耐水性、耐熱
衝撃性（半田付の際の）に弱いという欠点を保護膜で補
った。
さらに第１図（Ｂ）に示されている如く、第１図（Ａ）
の従来用いられていた構造のグイとワイヤとを除去する
ことにより超小型化を図ることができる。
第１図（Ｂ）の構造に関しても、下地膜とＤＬＣ膜とよ
りなる２層膜（２７〉を形成することができる。
加えて窒化珪素等下地膜とＤＬＣ膜との多層の保護膜は
水、塩素に対するブロッキング効果（マスク効果）が大
きい。このため本発明構造の半導体において、ＰＣＴ　
（プレッシャー・タンカー・テスト）１０ａｔｏＩｌ、
　１００時間、１５０°Ｃの条件下においても、まった
く不良が観察されず、従来のＩＣチップは５０〜ｌＯＯ
フイツトの不良率を有していたが、５〜１０フイツトに
までその不良率を下げることが可能になった。
本発明における保護膜は主として窒化珪素膜とＤＬＣ（
ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜との多層膜とした
。しかしこのＤＬＣ膜と密着性のよい膜をその他の絶縁
膜とし、この上にＤＬＣ膜を形成する多層膜であっても
よい。
さらに本発明において、電子部品チップは半導体集積回
路として示したが、その他、抵抗、コンデンサであって
もよく、ボンディングもワイヤボンディングのみならず
フリップチップボンディング、ハンダバンプボンディン
グでもよい。
上述した説明においては、リードフレーム上に半導体チ
ップを載置した場合について述べているが、本発明は特
にリードフレームに限るものではなく、リードフレーム
と同様の機能を持つものであっても、同様の効果が期待
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電子部品の縦断面図を示す。 第２図は本発明方法を実施するためのプラズマ気相反応
装置の概要を示す。 第３図は第２図の装置のうちの基体部の拡大図を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、フレーム上に電子部品チップを直接または間接的に
    マウントまたはボンディングした電子部品を複数ケ配設
    した基板または該基板を集合させた基体上に保護膜形成
    を行うに際し、プラズマ空間内に前記基板を配設せしめ
    、前記基板または基体上に窒化珪素、酸窒化珪素または
    炭化珪素とダイヤモンド状炭素との多層膜を前記電子部
    品、ボンディング部およびその周辺に前記保護膜として
    形成することを特徴とする電子装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記保護膜として
    の窒化珪素、酸窒化珪素または炭化珪素とダイヤモンド
    状炭素との多層膜は外部より加熱することなしに形成す
    るとともに、該工程の後、樹脂封止処理を行うことを特
    徴とする電子装置作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、グロー放電プラズ
    マは一対の電極間に１０ＫＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の
    高周波電界を加えるとともに、前記電極の中間電位と基
    板との間に１〜１００ＫＨｚの交流バイアスを加えるこ
    とを特徴とする電子装置作製方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0652828A1 (en) * 1992-08-03 1995-05-17 Diamonex, Incorporated Abrasion wear resistant coated substrate product

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