专利名称：半导体封装体、其制造方法及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装有LSI芯片、固体摄像元件、受发光元件等的由树脂构成的半导体封装体、其制造方法及半导体器件。
背景技术：
以往，半导体封装体的铸模工序，是通过在与模槽邻接的区域，将具有连接引线及各引线之间的堵住杆(dam bar)等的引线框架夹在铸模模具的下模具和上模具之间，向模槽内铸模树脂进行的。
图9为示出了具备以往的拥有突出部分(overhang)结构的半导体封装体的光学器件的结构的剖面图。
如图9所示，光学器件，包括固体摄像元件、受发光元件、LSI等光学芯片101；用于在光学芯片101和外部设备之间进行信号的授受的引线102；连接光学芯片101和引线102的金属细线107；将引线102封上的矩形封闭体103；以及安装在封闭体103的上面的玻璃窗、全息照像等盖部件105。封闭体103，通过铸模时流入的树脂形成为一体。
并且，在封闭体103的上面安装有盖部件105，在封闭体凹部的中央部安装有光学芯片101。也就是说，成了在被封闭体103及玻璃窗105包围的内部空间106内布置了光学芯片101的结构。
众所周知，在以往的半导体封装体中，由于引线和树脂之间的粘合强度不够，因此在引线和树脂之间产生脱落，水分和湿气通过粘合面渗透到内部，因树脂的部分性脱落而产生的破坏屑，进入制造工序中的设备类和半导体器件内，造成种种不良影响。
发明内容
本发明的目的在于通过研究提高半导体封装体中的引线对于树脂等的粘合力的方法，来提供一种可靠性较高的半导体封装体、其制造方法及半导体器件。
本发明的半导体封装体，是在具有将引线的各一部分封上的封闭体的半导体封装体中，在各引线的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金属氧化膜的。
因此，能够提高构成密闭体的铸模树脂和引线的粘合力，抑制引线和铸模树脂之间的水分和湿气的侵入、剥离等，谋求可靠性的提高。
通过使金属氧化膜的厚度小于等于10nm，既能够维持引线框架的镀金工序等的高效率，又能够发挥上述效果。
本发明的半导体器件，为将半导体芯片收纳在上述半导体封装体内的半导体器件。
本发明的半导体封装体的制造方法，为在对引线框架进行氧化处理，在引线框架的表面上形成厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金属氧化膜后，利用铸模材料，将多根引线的各一部分铸模，形成封闭体的方法。
使用此方法，能够获得上述半导体封装体的结构。
通过氧化时，在氧浓度为20％±5％的环境中，在200℃～260℃的范围内将引线框架保持一小时，能够获得牢固的金属氧化膜。
(发明的效果)使用本发明的半导体封装体、其制造方法及半导体器件，能够获得引线和铸模树脂之间粘合力较高、可靠性较高的半导体封装体或者半导体器件。
附图的简单说明
图1为示出了本发明的实施例所涉及的半导体器件的结构的剖面图。
图2(a)、图2(b)为示出了实施例中的铸模工序结束时的半导体封装体的结构的立体图及剖面图。
图3为示出了仅拔出实施例中的引线弯曲工序结束时的半导体封装体的剖面图。
图4(a)、图4(b)为示出了用于粘合力的测定中的装置的概要结构的立体图及剖面图。
图5为示出了引线和树脂(环氧树脂)之间的粘合力相对于金属氧化膜的厚度的变化的图。
图6为示出了对于不对引线进行用于粘附力改善的处理、具有自然氧化膜的取样(POR)，利用氧化处理(退火处理)形成了金属氧化膜的取样(sample)，不进行氧化处理而利用喷砂(blast)处理增加引线表面的粗躁度的取样，进行了氧化处理和喷砂处理的取样的剪(切)粘附力进行测定的结果图。
图7(a)、图7(b)为针对图6所示的取样中的、不进行任何处理的取样(POR)和仅进行了退火处理的取样，测定氧化膜的厚度，将测定的结果进行比较的图。
图8(a)、图8(b)为示出了金属表面和树脂分子之间的粘合状态的图、及示出了金属上的氧化膜和树脂分子之间的粘合状态的图。
图9为示出了具备以往的半导体封装体的光学器件的结构的剖面图。
(符号的说明)1-半导体器件；2-半导体封装体；11-半导体芯片；12-引线；13-封闭体；15-盖部件；17-金属细线；20-金属氧化膜；30-引线框架；30a-内部引线；30b-外部引线；30c-堵住杆。
具体实施例方式
图1为示出了本发明的实施例所涉及的半导体器件1的结构的剖面图。但是，在图1的左端，示出了通过引线间的树脂部分的剖面结构，在图1的右端，示出了通过引线的剖面结构。如同图所示，半导体器件1，包括固体摄像元件、受发光元件、LSI等半导体芯片11；用于在半导体芯片11和外部设备之间进行信号的授受的引线12；为连接半导体芯片11和引线12的电连接部件的金属细线17；将引线12封上的封闭体13；以及安装在封闭体13的上面的玻璃窗、全息照像等盖部件15。封闭体13，是通过铸模时流入的环氧树脂形成为一体的。
并且，在封闭体13的上面安装有盖部件15，在封闭体13凹部的中央部安装有半导体芯片11。也就是说，成了在被封闭体13及盖部件15包围的内部空间16内布置了半导体芯片11的结构。
在本实施例中，半导体封装体2由引线12及封闭体13构成，通过对此半导体封装体2安装半导体芯片11、金属细线17及盖部件15，构成半导体器件1。
这里，本实施例的半导体封装体的特征在于在引线12的表面上形成有通过氧化处理的金属氧化膜20(Fe-Ni合金氧化膜)。此氧化膜的厚度，在大于等于1.7nm小于等于80nm的范围内。
本实施例中的金属氧化膜20，是通过在氧浓度为20％±5％的环境中，在200℃～260℃的范围内将引线框架保持一小时形成的。
在本实施例中，由于在引线12的表面通过热处理形成有厚于自然氧化膜的金属氧化膜，因此能够使引线12和封闭体13的树脂之间的粘合力提高，能够抑制水分和湿气侵入引线12和封闭体13之间，引线12和封闭体13剥离的现象。
其次，对利用了本发明的实施例所涉及的树脂铸模的半导体封装体的制造工序加以说明。
图2(a)、图2(b)为示出了铸模工序结束时的半导体封装体的结构的立体图及剖面图。图2(b)中的左端示出了不通过引线的剖面，图2(b)的右端示出了通过引线的剖面。另外，图2(a)和图2(b)的缩尺不同。如图2(a)、图2(b)所示，利用由铸模树脂构成的封闭体13将引线框架25封上。封闭体13是通过铸模时流入的树脂形成为一体的。
在引线框架30中，将比堵住杆30c靠内的引线称为内部引线30a，将比堵住杆30c靠外的引线称为外部引线30b。对引线框架30设置有多数封闭体形成区域。并且，在封闭体13的内侧，内部引线30a端部的上面露出在外，在此露出的部分中进行连线焊接(wire bonding)。
并且，对于引线框架30，在铸模工序前，在氧浓度为20％±5％的环境中，进行在200℃～260℃的范围内将引线框架保持一小时的退火处理，在引线框架30的表面形成有金属氧化膜20。
其次，通过从图2所示的结构体打通堵住杆30c及封闭体13的一部分，进行连线焊接或者进行连线焊接和盖部件的安装，然后，从引线框架主体切开外部引线的前端，同时，沿着没有设置引线的封闭体的侧面切断引线框架，来将各半导体封装体从引线框架分离开。
然后，将引线12的向外侧突出的部分(外部引线)向下方弯曲，完成能够在半导体封装体2的母衬底实际安装的形状(引线弯曲工序)。
图3为示出了仅拔出引线弯曲工序结束时的半导体封装体的剖面图。图3中的左端示出了不通过引线的剖面，图4的右端示出了通过引线的剖面。
在本实施例的工序中，由于在进行铸模工序前，利用为了氧化的退火处理，在引线框架30的表面形成有金属氧化膜20，因此在铸模后，能够实现在铸模树脂和引线12之间的牢固的粘合，获得可靠性较高的半导体封装体和半导体器件。
另外，也可以在将半导体芯片11装在封闭体13之前，进行引线弯曲工序，形成图3所示的半导体封装体。并且，也可以在装了盖部件15后，进行引线弯曲工序。
-证实通过金属氧化膜提高粘合力的作用的试验-图4(a)、图4(b)为示出了用于粘合力的测定中的装置的概要结构的立体图及剖面图。如图4(a)所示，在构成引线框架的金属板的表面形成具有各种厚度的金属氧化膜而成的粘附体，在粘附体上进行铸模形成有塔状成形物。并且，如图4(b)所示，在将粘附体及成形物设置成热平板状，使粘附体的左端紧密接触于固定部件的状态下，利用弯曲部件向成形物施加弯曲负荷，从此时的负荷测定了粘附力。
图5为示出了引线和树脂(环氧树脂)之间的粘附力相对于金属氧化膜的厚度的变化的图。如同图所示，得知在氧化膜厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的范围内能够获得较大的粘附力。
图6为示出了将对引线不进行特殊处理、具有自然氧化膜的取样(POR)，利用氧化处理(退火处理)形成了金属氧化膜的取样，不进行氧化处理而利用喷砂处理增加引线表面的粗躁度的取样，进行了氧化处理和喷砂处理的取样的剪(切)粘附力进行了测定的结果图。
如同图所示，与不进行任何处理的取样相比，在进行了退火处理的取样中，剪(切)粘附力的最大值、最小值、平均值都变大了。而仅进行了喷砂处理的取样、进行了氧化处理和喷砂处理的取样，虽然剪(切)粘附力的最大值提高了，但是最小值下降了，差异变大了。因此，从图6的结果，能够认为通过氧化处理形成了氧化膜的取样对提高粘附力最有效。
图7(a)、图7(b)为针对图6所示的取样中的、不进行任何处理的取样(POR)和仅进行了退火处理的取样，测定氧化膜的厚度，将测定的结果进行比较的图。测定条件，为分析区域×3000、台(stage)角度30°、电子射线的加速电压10keV、电子射线电流10nA、离子束能量1keV、溅射率约1.82nm/min、蚀刻间隔1(min)。在图7(a)、图7(b)中，横轴示出了溅射时间，纵轴示出了元素的检测强度，实线L-1示出了氧的检测强度，虚线L-2示出了Ni的检测强度，点线L-3示出了Fe的检测强度。从实线L-1所示峰值的时间到实线L-1和虚线L-2交叉的时间为止为溅射时间。并且，从溅射率约为1.82nm/min，得知不进行任何处理的取样中的氧化膜(自然氧化膜)的厚度为1.82×0.5(溅射时间)＝0.91(nm)。并且，仅进行了退火处理的取样中的金属氧化膜的厚度，为1.82×0.92＝1.7(nm)。也就是说，形成了大于等于1.7nm的厚度的金属氧化膜的引线，与仅形成有自然氧化膜的引线相比，能够发挥更大的粘附强度。
另外，当形成图5、图6、图7(a)、图7(b)所示的取样时，在氧浓度20％的环境中用200℃进行一小时加热处理。并且，进行了改变氧浓度和加热温度的实验的结果，为通过在氧浓度20％±5％的环境中，在200℃～260℃的范围内进行一小时加热，能够形成可有效地抑制引线和铸模树脂之间的脱落的牢固的金属氧化膜。
综合图5、图6、图7(a)、图7(b)的数据，得知通过形成大于等于1.7nm小于等于80nm的厚度的金属氧化膜，能够谋求引线和铸模树脂之间的粘附强度的提高。
而若在引线框架形成有厚的氧化膜，在预铸模成形后在引线表面进行镀金处理的话，则如果不进行长时间镀金处理，恐怕不能形成稳定的膜。特别是，若金属氧化膜的厚度超过10nm，则镀金前处理的时间变长，导致处理能力的下降。
因此，若考虑到制造效率的话，最好引线表面的金属氧化膜的厚度大于等于1.7nm小于等于10nm。
-增强引线和铸模树脂之间的粘附力(粘合力)的原理-其次，针对本发明中增强引线和铸模树脂之间的粘附力(粘合力)的原理，所能够考虑的理由加以说明。
在媒质A和媒质B之间的粘合中，若使媒质A为铸模树脂，媒质B为引线的话，则粘合为机械粘合或者化学粘合的任意一种，不能考虑通过溶剂的物理粘合。在不进行喷砂处理等的平坦部件之间的结合中，由于机械粘合强度不那么高，因此最好利用化学粘合。在将环氧树脂等铸模树脂作为媒质A的材料使用时，一般认为与粘合有关的反应基是侧链的OH基。一般认为这是因为侧链的OH基比在末端的OH基(环氧硬化反应时形成的OH基)的自由度高的缘故。
图8(a)、图8(b)为示出了金属表面和树脂分子之间的粘合状态的图、及示出了金属上的氧化膜和树脂分子之间的粘合状态的图。
如图8(a)所示，能够认为即使在铸模树脂有OH基，若在引线那里没有与OH基结合的反应基的话，也不能获得牢固的粘合。而如图8(b)所示，若在引线表面形成有氧化膜的话，则通过醚基的C-O间的一次结合、和通过羟基的O-H间的二次结合(氢结合)，能够获得较高的粘合力。
根据发明者们的实验，得知在为难以被氧化的金属时几乎没能获得太高的粘合力。能够认为这是因为连接铸模树脂和金属的氢基较少的缘故。但是，得知即使为难以形成氧化膜的金属时，若设法形成氧化膜的话，也能够获得较高的粘合力。
另外，得知当引线为铜合金时，若氧化膜太厚的话，则由于氧化层的结构为两重，因而相反粘合力反倒下降。因此，在氧化膜的适当范围中存在有上限。
在本实施例中，对封闭体是容器状、具有内部空间类型的加以了说明，本发明的半导体器件，也能够适用于没有内部空间，在半导体芯片和金属细线的周围也充满铸模材料的类型。
(实用性)本发明的半导体封装体、其制造方法及半导体器件，能够作为装载了固体摄像元件和受发光元件、存储器、逻辑部等LSI的半导体器件或者其制造方法使用。
权利要求
1.一种半导体封装体，具有用于在半导体芯片和外部设备之间授受信号的多根引线、和至少将上述多根引线的各一部分封上的封闭体，其特征在于在上述各引线的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金属氧化膜。
2.根据权利要求1所述的半导体封装体，其特征在于上述金属氧化膜的厚度小于等于10nm。
3.一种半导体器件，具有半导体芯片、用于在半导体芯片和外部设备之间授受信号的多根引线、将上述半导体器件的一部分和上述各引线电连接的连接部件、以及至少将上述多根引线的各一部分封上的封闭体，其特征在于在上述各引线的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金属氧化膜。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于上述金属氧化膜的厚度小于等于10nm。
5.一种半导体封装体的制造方法，其特征在于包括将具有框架主体，和基本端连接在框架主体、前端与半导体芯片设置区域对着的多根引线的引线框架准备好的工序a；通过对上述引线框架进行氧化处理，在引线框架的表面上形成厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金属氧化膜的工序b；以及利用铸模材料，将上述多根引线的各一部分铸模，形成封闭体的工序c。
6.根据权利要求5所述的半导体封装体的制造方法，其特征在于在上述工序b中，在氧浓度为20％±5％的环境中，在200℃～260℃的范围内将引线框架放置一小时。
7.根据权利要求5或6所述的半导体封装体的制造方法，其特征在于在上述工序b中，形成厚度小于等于10nm的金属氧化物。
全文摘要
本发明公开了一种半导体封装体、其制造方法及半导体器件。本发明的目的在于提供一种实现引线和铸模树脂之间较强的粘合力、可靠性较高的半导体封装体、其制造方法及半导体器件。半导体器件(1)，包括半导体芯片(11)、用于进行半导体芯片(11)和外部设备之间的信号授受的引线(12)、金属细线(17)、将引线(12)封上的封闭体(13)、以及盖部件(15)。在引线(12)的表面上，形成有通过氧化处理的金属氧化膜(20)。此氧化膜的厚度，大于自然氧化膜，在小于等于80nm的范围内。
文档编号H01L21/50GK1731580SQ20051008595
公开日2006年2月8日 申请日期2005年7月21日 优先权日2004年8月6日
发明者稻生寿穗, 平野辰也, 清水克敏 申请人:松下电器产业株式会社