半導体発光装置の製造方法およびプラズマを利用したクリーニング方法
【課題】半導体発光装置の製造において、電極に付着したダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサン等の汚染物を効果的に除去する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、ダイボンディングペーストを硬化させた後、半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理後、少なくとも一つの電極と電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える半導体発光装置の製造方法。
【解決手段】少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、ダイボンディングペーストを硬化させた後、半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理後、少なくとも一つの電極と電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の電極表面等に付着する、シリコーンを含むダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサン等の汚染物を効果的に除去できるプラズマ処理工程を有する半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光装置の製造においては、半導体発光素子をダイボンディングペーストにより実装基板上に固定し、ダイボンディングペーストを熱硬化させた後、半導体発光素子の表面に設けられた電極を、実装基板上の電極回路に接続する。半導体発光素子の表面に設けられた電極を実装基板上の電極回路に接続する方法としては、例えば、電極と電極回路とを金線などの金属細線で接続するワイヤボンディングが広く用いられている。
【０００３】
半導体発光装置の発光効率を向上させるためには、高い放熱性が求められる。従来、ダイボンディングペーストとしては、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシダイボンディングペーストが広く用いられていた。しかし、近年、放熱性改善の要求から、エポキシダイボンディングペーストよりも放熱性に優れるシリコーンダイボンディングペーストの使用が主流になっている。
【０００４】
シリコーンダイボンディングペーストは放熱性に優れているが、次のような技術的課題を有するという側面がある。すなわち、シリコーンダイボンディングペーストを硬化させる際に加熱した時、シリコーン樹脂の一部またはその分解物が気化して、半導体発光素子の電極の表面や実装基板上の電極回路の表面に付着して、オルガノポリシロキサン等の汚染物を生成する。このような汚染物は、電極間をワイヤボンディングにより接続する際に、接続強度を低下させたり、また、電気抵抗になったりすることから、除去されることが好ましい。
【０００５】
ところで、半導体発光素子の電極の表面には、電極に含有される金属の酸化物膜が形成されている。このような金属酸化物膜は、金属細線を用いたワイヤボンディングによる接続強度を低下させることが知られている。そこで、特許文献１は、このような金属酸化物膜を除去するために、ワイヤボンディングを行う前に、電極表面をアルゴンプラズマで処理することを提案している。これにより、電極表面に形成された金属酸化物膜を除去することが可能である。
【０００６】
また、従来、基材の表面に撥水性や潤滑性を付与する目的で、意図的にオルガノポリシロキサンの膜を形成させる技術が広く知られている。このような膜は、例えば、成膜装置のチャンバ内に基材を収容し、ガス導入管からオルガノシロキサンの単量体をチャンバ内に導入した後、プラズマ化し、基材の表面に付着させる等の方法により形成される。このような方法においては、基材の表面だけではなく、チャンバ内にもオルガノポリシロキサンの膜が形成され、チャンバを汚染するという問題がある。そこで、チャンバを汚染したオルガノポリシロキサンの膜を除去する方法として、特許文献２は、チャンバ内に付着したオルガノポリシロキサン膜を、酸素のプラズマで酸化させた後、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8等のフッ素系ガスをチャンバ内に導入し、フッ素系ガスをプラズマ化することを提案している。これにより、予め酸化されたオルガノポリシロキサンが効率よく除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０４８２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１が提案するように、電極表面をアルゴンプラズマで処理する方法によって、電極に付着したダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサンは除去され得る。しかし、アルゴンプラズマによる処理は、プラズマ化により発生するイオン等を電極表面に衝突させる物理的なエッチング処理である。そのため、低いプラズマパワーで処理した場合には、オルガノポリシロキサンが、より蒸気圧の低い分子に分解するため、汚染物を除去しにくくなる。一方、高いプラズマパワーで処理した場合には、例えば、電極を形成する金属までエッチングされ、その金属が実装基板や半導体発光素子に付着してしまうという問題がある。
【０００９】
半導体発光装置の性能向上の一つの目標は、より高い輝度を得ることである。そのために、実装基板の表面は、半導体発光素子からの出射光をより多く外部に取り出せるように、高反射性を有するように設計されている。このような場合において、電極を形成する金属がエッチングされ、高反射性を持たせた実装基板の表面に付着すると、その反射性が低下して、光取出し効率が低下してしまう。従って、電極表面をアルゴンプラズマで処理する場合には、通常、低いプラズマパワーで処理することになる。しかし、その場合には、電極表面のオルガノポリシロキサンが蒸気圧の低い分子に分解されるため、充分に除去することが困難になる。
【００１０】
また、特許文献２が開示するように、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8等のフッ素系ガスをプラズマ化した雰囲気でも、オルガノポリシロキサンは除去され得る。しかし、フッ素系ガスのプラズマは、化学的なエッチング処理であり、物理的な衝突エネルギーが小さいため、オルガノポリシロキサンの分解生成物としてケイ素酸化物が析出しやすいという問題がある。また、フッ素系ガスに由来して、フッ素を含有する汚染物が製品に残留する場合があり、製品の信頼性が低下する懸念がある。さらに、予め酸素プラズマでの処理が必要となるが、酸素プラズマは電極等を酸化させるため、半導体発光装置の製造工程では使用できない。
【００１１】
上記状況に鑑み、本発明は、半導体発光装置の製造において、電極に付着したダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサン等の汚染物を効果的に除去する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】
【００１２】
本発明の一局面は、少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、前記半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、前記ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、前記ダイボンディングペーストを硬化させた後、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、前記プラズマ処理後、前記少なくとも一つの電極と前記電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える半導体発光装置の製造方法に関する。
【００１３】
本発明の別の局面は、オルガノシロキサンが付着した基材に、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマ中のイオンを衝突させるとともに、前記プラズマ中のラジカルを前記オルガノシロキサン由来の物質と反応させることにより、前記オルガノシロキサンの少なくとも一部を前記基材から除去する、プラズマを利用したクリーニング方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法によれば、アルゴンプラズマ処理を行う場合のように電極がエッチングされることを抑制できるため、オルガノポリシロキサン等の汚染物を選択的に除去することができる。その結果、アルゴンプラズマで処理したときのようにマウント基板の表面を汚染することが無く、半導体発光素子の電極表面に付着した汚染物を効果的に除去することができる。また、フルオロカーボンから生成されるラジカルの化学反応と、アルゴンイオンの衝突による物理的エッチングとの相乗作用により、低いプラズマパワー条件でも、汚染物を効率良く除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の各工程を説明する模式説明図である。
【図２】プラズマ処理を実施するためのプラズマクリーニング装置の構造を示す模式図である。
【図３】ＣＦ4ガスとＡｒガスとの流量比と、Ａｕまたはフォトレジスト（Photo Resist）樹脂に対するエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の上面図である。
【図５】本発明の効果を確認するための模擬的試験で用いる試料の作製工程を示す図である。
【図６】シェア強度評価で用いるバンプを形成した試料の断面図である。
【図７】模擬的試験で製造されたサンプルの電極表面の元素分析の結果を示すグラフある。
【図８】模擬的試験で製造されたサンプルのボンディングワイヤのシェア強度の結果を示すグラフある。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の半導体発光装置１０の製造方法においては、図１（ａ）に示すように、はじめに、素子電極１ａ，１ｂを表面に有する半導体発光素子２を、シリコーンを含むダイボンディングペースト３により、マウント基板６の表面に固定する。マウント基板６の表面は、半導体発光素子２が配置される実装領域５ａと、電極回路とを備えている。電極回路は、互いに絶縁された基板電極４ａ，４ｂを具備し、これらは素子電極１ａ，１ｂとそれぞれ接続される。
【００１７】
半導体発光素子２の種類は、特に限定されないが、具体的には、例えば、可視光、赤外光等の波長領域の光を発する半導体発光素子が特に限定なく用いられる。これらは、例えばＧａＮなどの半導体材料から作製することができる。
【００１８】
電極回路を備えるマウント基板は、リードフレーム４と樹脂成型によって形成された樹脂部５から構成されている。リードフレーム４は基板電極４ａ，４ｂとなる部材である。樹脂部５はリードフレーム４を上下に挟むように形成されており、その上部には実装領域５ａに固定された半導体発光素子２を取り囲むように形成された反射面（reflector）５ｂを備える。この反射面の表面には銀メッキが施されている。従って、半導体発光素子２から出射した光は基板電極４ａ，４ｂ表面と反射面５ｂとによって上方へ反射される。
【００１９】
マウント基板の構造としては、上記のような金属製のリードフレームと樹脂部を主体とするものに限定されず、プリプレグと銅箔との積層板や、窒化アルミニウム基板のようなセラミクス基板等を用いることができる。また、反射面５ｂとしては、特に限定されないが、光沢のある金属メッキ以外にポリフェニルフタルアミド（ＰＰＡ）等の白色樹脂の表面をそのまま反射面として利用する構造でもよい。
【００２０】
電極回路としての基板電極４ａ，４ｂを形成する金属としては、光沢のある銀または銀を主成分とする銀合金が好ましく用いられる。電極回路は、基板電極４ａと４ｂとを絶縁する領域を除き、反射面で囲まれた領域の全体に形成することが高輝度を得る観点から好ましい。さらに高輝度を得る観点から、基板電極４ａと４ｂの表面に銀メッキを施すことが好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、例えば、図1（ａ）に示すように、マウント基板６の所定の位置に、シリコーンを含むダイボンディングペースト３を塗布した後、半導体発光素子２を固定する。ダイボンディングペースト３は、例えば、ディスペンサーを用いて、マウント基板の所定の実装位置に塗布される。
【００２２】
シリコーンを含むダイボンディングペーストとしては、シリコーンを含む熱硬化性のダイボンディングペーストであれば、特に限定なく用いることができる。シリコーンとは、ポリシロキサン構造を有し、かつ有機基を含むポリマーの総称である。このようなダイボンディングペーストは、例えば、東レ・ダウコーニング（株）や信越化学工業（株）から販売されており、商業的に入手可能である。
【００２３】
次に、半導体発光素子２が固定されたマウント基板６を加熱することにより、ダイボンディングペースト３を硬化させる。加熱温度は、ダイボンディングペーストの種類により適切に選択されるが、具体的には、例えば１５０〜１６０℃程度であることが好ましい。加熱手段は特に限定されないが、例えば、バッチ式もしくはインライン式のキュア装置が用いられる。このとき、電極回路等が酸化されないように、加熱の雰囲気には、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが導入される。電極回路が銀や銀合金を具備する場合、これが酸化されると黒色に変化するため、半導体発光装置の発光効率が低下してしまう。
【００２４】
上記のように、ダイボンディングペースト３が硬化されることにより、半導体発光素子２がマウント基板６に固定される。このとき、ダイボンディングペーストに含まれるシリコーンの未反応物等が、分解したりすることにより気化する。そして、半導体発光素子２の表面に形成された素子電極１ａ，１ｂや、マウント基板６の表面に形成された電極回路と接触し、その場で凝縮又は反応し、その結果オルガノポリシロキサン等の汚染物が生成していると考えられる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体発光素子２を固定したマウント基板６に対し、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってプラズマ処理（プラズマクリーニング）を行う。プラズマ処理は、高周波電源に接続されたアノードとカソードを具備する処理空間内で行われる。処理空間は、減圧ポンプで減圧されるとともに、所定の流量でプラズマ化される混合ガスが導入される。
【００２６】
プラズマ中には、アルゴンイオン（Ａｒ+）やフルオロカーボン由来のラジカルが生成している。プラス電荷を有するアルゴンイオンは、図１（ｂ）に示すように、マイナスに帯電したカソード１２に電気的に引き寄せられ、半導体発光素子２やマウント基板６に衝突する。ラジカルはオルガノポリシロキサン等の汚染物に接触すると反応し、蒸気圧の高いガスを生成する。蒸気圧の高いガスは、減圧ポンプの作用により外部に排気される。この工程により、電極表面等に形成されたオルガノポリシロキサン等の汚染物が除去される。このように、アルゴンイオンによる物理的なエッチングと、フルオロカーボン由来の活性種（ラジカル）による化学的なエッチングが協働的に作用する。これにより、アルゴンだけを用いる場合のように電極がエッチングされることは抑制される。なお、汚染物が除去される際のより詳しいメカニズムについては後述する。
【００２７】
フルオロカーボンは、炭化水素の少なくとも一つの水素をフッ素に置き換えた化合物でれば、特に限定なく用い得るが、その具体例としては、例えば、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2等が挙げられる。
【００２８】
ここで、プラズマ処理に用いる装置について、図２を参照して詳しく説明する。
図２は、プラズマクリーニング装置２０の構造を示す模式図である。プラズマクリーニング装置２０は、プラズマを発生させる空間を提供する処理チャンバ１１を具備し、処理チャンバ１１内部の下方および上方には、カソードを兼ねた支持台１２およびアノード１３が対向配置して設けられている。処理チャンバ１１の内部は、ガス導入口１４を介してアルゴンやフルオロカーボンを含んだ混合ガスを供給するガス供給部１９と接続されている。一方、処理チャンバ１１の内部は、ガス排気口１５を介して減圧ポンプ１６と接続されている。減圧ポンプ１６を稼動させることにより、処理チャンバ１１の内部が減圧される。処理チャンバ１１の内部にガスが導入された状態で、高周波電源１７によりアノード１２とカソード１３との間に高周波電圧を印加すると、導入されたガスがプラズマ化される。ガス流量および減圧ポンプ１６の出力の調整は制御部１８により制御される。
【００２９】
以下、プラズマ処理の手順について説明する。
プラズマ処理においては、はじめに、処理チャンバ１１の内部に配設された支持台１２に、図略の密閉扉から、被処理物である半導体発光素子２が固定されたマウント基板６を載置し、密閉扉を閉める。そして、減圧ポンプ１６を稼動させ、ガス排気口１５から処理チャンバ１１の内部の空気を排気しながら、ガス導入口１４からガスを導入する。本実施形態においては、導入されるガスとして、アルゴンおよびフルオロカーボン（例えばＣＦ4）を含んだ混合ガスを導入する。
【００３０】
ガス供給装置１９からは、予め、所定の流量に調整されたアルゴンとフルオロカーボンとを混合し、混合ガスとしてガス導入口１４から導入してもよく、アルゴンとフルオロカーボンを、複数の導入口から、それぞれの流量を制御しながら個別に導入してもよい。いずれにしても、アルゴンとフルオロカーボンは、処理チャンバ１１の内部で混合される。
【００３１】
処理チャンバ１１に供給するフルオロカーボンのアルゴンに対する流量比（モル流量比）は、アルゴンを１００％とした場合、１０〜４０％であることが好ましく、２０〜４０％であることがより好ましい。アルゴンの比率が高くなるほど、物理的エッチングの影響が大きくなるため、電極がエッチングされやすくなる場合がある。一方、アルゴンの比率が低くなるほど、物理的エッチングの影響が小さくなるため、オルガノポリシロキサン等の汚染物が除去されにくくなったり、酸化ケイ素が析出したりする場合がある。
【００３２】
図３は、ＣＦ4とアルゴンとの流量比と、Ａｕまたはフォトレジスト樹脂（ＰＲ）に対するエッチングレートとの関係を示すグラフである。Ａｕエッチングレートが高いほど、物理的エッチングの影響が大きく、ＰＲエッチングレートが高いほど、化学的エッチングの影響が大きいことを示している。アルゴンを１００％とした場合、フルオロカーボンの流量比が１０〜４０％の範囲で、物理的エッチングと化学的エッチングの影響がバランスよく得られることが理解できる。
【００３３】
次に、処理チャンバ１１の内圧を適度な圧力に制御しながら、高周波電源１７により、アノード１２とカソード１３との間に高周波電圧を印加して、導入されたアルゴンおよびフルオロカーボンをプラズマ化する。例えばプラズマクリーニング装置として、パナソニックファクトリーソリューションズ（株）製の「プラズマクリーナーＰＳＸ３０７」を用いる場合、処理チャンバ１１の内圧は、例えば５〜２０Ｐａ程度であることが好ましい。また、高周波電源のパワーは１００〜２００Ｗ程度であることが好ましい。
【００３４】
そして、プラズマ雰囲気に半導体発光素子が固定されたマウント基板を暴露させた状態で、所定時間経過させることにより、プラズマ処理が終了する。プラズマ処理時間としては、例えば５〜２０秒間が好ましい。
【００３５】
次に、汚染物が除去される際のメカニズムについて考察する。
オルガノポリシロキサン等の汚染物の除去は、次のようなメカニズムによるものと考えられる。ここでは、フルオロカーボンとしてＣＦ4を用いる場合を例にとって説明する。
【００３６】
導入されたアルゴン（Ａｒ）は、高周波電圧によりプラズマ化され、その際電子（ｅ-）、およびＡｒイオンを生成する。また、ＣＦ4も高周波電圧によりプラズマ化され、ＣＦ*（*はラジカルを示す。以下同様）、ＣＦ2*、ＣＦ3*、ＣＦ4*等を生成する。そして、ＡｒイオンはＣＦ*等とともに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））の原理により、オルガノポリシロキサンのＳｉ−Ｏ間の結合を切断する。このメカニズムは、ＡｒイオンアシストによるＲＩＥであり、アルゴンプラズマによる単純な物理的エッチングとは異なっている。ここでは、フルオロカーボンから生成されるラジカルとオルガノポリシロキサン由来の物質との化学反応とアルゴンイオンの衝突による物理的エッチングとの相乗作用が得られる。このようなメカニズムにより、オルガノポリシロキサンは分解され、ＳｉＦ4のような蒸気圧の高い物質となって除去される。シロキサン結合の酸素はＣＯ2等のガスとなって除去されると考えられる。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、プラズマ処理された、半導体発光素子２を固定したマウント基板６において、素子電極１ａ，１ｂと基板電極４ａ，４ｂとを、それぞれ金線８ａ，８ｂで接続する。本実施形態においては、素子電極１ａ，１ｂと基板電極４ａ，４ｂとを接続する方法として、金線で接続するワイヤボンディング法を採用している。このようにして、半導体発光素子２とマウント基板６とが電気的に接続される。
【００３８】
そして、上記のように形成された接続部は、図１（ｄ）に示すように、通常、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂９で封止されて保護される。なお、透明樹脂には、必要に応じて、波長変換により、半導体発光素子２の発光色を変換するための蛍光体を含んでもよい。完成した半導体発光装置の上面図を図４に示す。
【００３９】
上述したように、アルゴンおよびフルオロカーボンの混合ガスをプラズマ化した雰囲気で、各電極表面がクリーニングされているため、素子電極１ａ，１ｂまたは基板電極４ａ，４ｂと金線との接続強度は充分に高くなり、半導体発光装置の信頼性も高いものとなる。従って、透明樹脂による封止工程においても、金線が切断されることが無く、生産の歩留まりも高くなる。
【００４０】
なお、プラズマ処理においては、上記のように、半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンの混合ガスのプラズマによってクリーニングする処理（第一処理）を行った後、さらに、アルゴンプラズマによってクリーニングする処理（第二処理）を行ってもよい。このような第二処理を行うことにより、フルオロカーボンやフッ素を含有する汚染物が、半導体発光素子やマウント基板に残留することを防止することができる。
【００４１】
具体的には、第一処理を終えた後、フルオロカーボンの処理チャンバ内部への導入を停止し、アルゴンの導入と減圧ポンプによる排気を継続する。そして、電極がエッチングされないように高周波電源のパワーを調整しながら、アルゴンをプラズマ化する。第二処理の際の処理チャンバ１１の内圧は、例えば５〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。また、高周波電源のパワーは５０〜１００Ｗ程度であることが好ましい。また、アルゴンプラズマによる処理時間としては、例えば１〜５秒間が好ましい。
【００４２】
次に、本発明の効果を確認するために以下のような模擬的実験を行った。具体的には、プラズマ処理の時間と、オルガノポリシロキサンによる汚染物量やボンディング性能との関係を評価した。なお、以下の実験は何ら本発明を限定するものではない。
【００４３】
《実験例１》
まず、図５（ａ）に示すように、プリント基板（ＦＲ４）に金メッキ３０ａを施した評価用基板３０を準備した。次に、図５（ｂ）に示すように、ホットプレート３１の上方において、金メッキ３０ａがホットプレート側に向くように基板３０を固定し、ホットプレート３１の中央付近２箇所にシリコーンダイボンディングペースト３２（信越シリコーン（株）製のＫＥＲ−３０００−Ｍ２）を、ディスペンサーを用いてそれぞれ１ｍｇずつポッティングした。その後、基板３０とともにホットプレート３１をドーム３３で覆い、ホットプレート３１の温度を１６０℃に設定し、シリコーンダイボンディングペースト３２を２時間加熱した。このような工程により、密閉された空間内で、意図的に、所定量のオルガノポリシロキサンを汚染物として基板３０の金メッキ３０ａに付着させた。
【００４４】
そして、汚染物が付着した基板３０の金メッキ３０ａに対し、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによるプラズマ処理を施した。ここでも、図２に示すようなプラズマクリーニング装置２０（パナソニックファクトリーソリューションズ（株）製の「プラズマクリーナーＰＳＸ３０７」）を用いた。具体的には、容量６Ｌの処理チャンバ１１の内部に設けられたカソードを兼ねた支持台１２に、密閉扉１８を介して、基板３０を載置した。そして、密閉扉１８を閉めて、減圧ポンプ１６を動作させ、ガス排気口１５から処理チャンバ１１の内部の空気を排気しながら、ガス導入口１４からアルゴンおよびＣＦ4ガスを導入した。
【００４５】
なお、アルゴンの流量は１０ｍＬ／分、ＣＦ4の流量は３ｍＬ／分に設定した。また、処理チャンバ１１の内部の内圧は１０Ｐａであった。
そして、処理チャンバ１１の内圧を制御しながら、高周波電源１７により、カソード１２とアノード１３との間に高周波電圧を印加して、導入されたアルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスをプラズマ化させた。高周波電源のパワーは１５０Ｗであった。また、プラズマ処理時間は、５種類のサンプルを得る観点から、５秒、１０秒、２０秒、３０秒および６０秒間とした。
【００４６】
そして、プラズマ処理された、基板３０を処理チャンバ１１から取り出した。次に、図６に示すように、プラズマ処理された基板３０の金メッキ面に、ボンディングマシーンを用いて、直径約２５μｍのボンディングワイヤ（金線）からバンプ３４（直径約７３μｍ、高さ約２３μｍ）を形成した。
上記のサンプル製造を３回繰り返し、合計１５種類のサンプルを得た。
次に、得られたサンプルについて、以下の評価を行った。
【００４７】
［元素分析］
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、金メッキ表面の金（Ａｕ）の濃度に対するケイ素（Ｓｉ）の濃度比（Ｓｉ／Ａｕ）を求めた。結果をグラフとして図７に示す。なお、グラフ中、「ＣＦ／Ａｒ（ｎ）」の表示は、ｎ回目の製造で得られたサンプルの分析結果であることを示している。１〜３回目のいずれの製造で得られたサンプルにおいても、１０秒程度のプラズマ処理により、ケイ素を含む不純物が除去されていることが理解できる。また、不純物除去の効果の再現性が高いことがわかる。
【００４８】
［バンプのシェア強度評価］
基板３０上の金メッキ３０ａの表面に形成されたバンプ３４に対して、（株）レスカ（ＲＨＥＳＣＡ）製のＰＴＲ５０を用いてシェア強度評価を行った。結果をグラフとして図８に示す。１０秒程度のプラズマ処理を行うことで、高いシェア強度が得られている。これは、金メッキ３０ａの表面の不純物が充分に除去されたためと考えられる。
【００４９】
《比較実験例１》
プラズマ処理の際に、ガス導入口１４からアルゴンだけを導入し、ＣＦ4ガスを導入しなかったこと以外、実験例１と同様の操作を行ってサンプルを製造した。なお、アルゴンの流量は５ｍＬ／分に設定した。また、処理チャンバ１１の内部の内圧は７Ｐａであった。高周波電源のパワーは１５０Ｗとした。
上記のサンプル製造を３回繰り返し、合計１５種類の比較実験例１のサンプルを得た。次に、得られたサンプルについて実験例１と同様に評価した。結果を図７、８に示す。グラフ中、「Ａｒ（ｎ）」の表示は、ｎ回目の製造で得られたサンプルの分析結果であることを示している。
【００５０】
比較実験例１では、実験例１と異なり、６０秒のプラズマ処理を行っても、ケイ素を含む不純物が充分に除去されず、かつ効果の再現性も極めて低いことがわかる。また、比較実験例１のバンプのシェア強度も実験例１に比べて大きく低下している。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、シリコーンを含むダイボンディングペーストによるダイボンディングの工程を備える半導体発光装置の製造に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ，１ｂ：素子電極、２：半導体発光素子、３：シリコーンを含むダイボンディングペースト、４：リードフレーム、４ａ，４ｂ：基板電極、５：樹脂部、５ａ：実装領域、５ｂ：反射面、６：マウント基板、７：プラズマ雰囲気、８ａ，８ｂ：金線（ボンディングワイヤ）、９：透明樹脂（封止樹脂）、１０：半導体発光装置、１１：処理チャンバ、１２：カノード、１３：アノード、１４：ガス導入口、１５：排気口、１６：減圧ポンプ、１７：高周波電源、１８：制御部、１９：ガス供給部、２０：プラズマクリーニング装置、３０：基板（ＦＲ４）、３１：ホットプレート、３２：シリコーンを含むダイボンディングペースト、３３：ドーム、３４：バンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の電極表面等に付着する、シリコーンを含むダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサン等の汚染物を効果的に除去できるプラズマ処理工程を有する半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光装置の製造においては、半導体発光素子をダイボンディングペーストにより実装基板上に固定し、ダイボンディングペーストを熱硬化させた後、半導体発光素子の表面に設けられた電極を、実装基板上の電極回路に接続する。半導体発光素子の表面に設けられた電極を実装基板上の電極回路に接続する方法としては、例えば、電極と電極回路とを金線などの金属細線で接続するワイヤボンディングが広く用いられている。
【０００３】
半導体発光装置の発光効率を向上させるためには、高い放熱性が求められる。従来、ダイボンディングペーストとしては、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシダイボンディングペーストが広く用いられていた。しかし、近年、放熱性改善の要求から、エポキシダイボンディングペーストよりも放熱性に優れるシリコーンダイボンディングペーストの使用が主流になっている。
【０００４】
シリコーンダイボンディングペーストは放熱性に優れているが、次のような技術的課題を有するという側面がある。すなわち、シリコーンダイボンディングペーストを硬化させる際に加熱した時、シリコーン樹脂の一部またはその分解物が気化して、半導体発光素子の電極の表面や実装基板上の電極回路の表面に付着して、オルガノポリシロキサン等の汚染物を生成する。このような汚染物は、電極間をワイヤボンディングにより接続する際に、接続強度を低下させたり、また、電気抵抗になったりすることから、除去されることが好ましい。
【０００５】
ところで、半導体発光素子の電極の表面には、電極に含有される金属の酸化物膜が形成されている。このような金属酸化物膜は、金属細線を用いたワイヤボンディングによる接続強度を低下させることが知られている。そこで、特許文献１は、このような金属酸化物膜を除去するために、ワイヤボンディングを行う前に、電極表面をアルゴンプラズマで処理することを提案している。これにより、電極表面に形成された金属酸化物膜を除去することが可能である。
【０００６】
また、従来、基材の表面に撥水性や潤滑性を付与する目的で、意図的にオルガノポリシロキサンの膜を形成させる技術が広く知られている。このような膜は、例えば、成膜装置のチャンバ内に基材を収容し、ガス導入管からオルガノシロキサンの単量体をチャンバ内に導入した後、プラズマ化し、基材の表面に付着させる等の方法により形成される。このような方法においては、基材の表面だけではなく、チャンバ内にもオルガノポリシロキサンの膜が形成され、チャンバを汚染するという問題がある。そこで、チャンバを汚染したオルガノポリシロキサンの膜を除去する方法として、特許文献２は、チャンバ内に付着したオルガノポリシロキサン膜を、酸素のプラズマで酸化させた後、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8等のフッ素系ガスをチャンバ内に導入し、フッ素系ガスをプラズマ化することを提案している。これにより、予め酸化されたオルガノポリシロキサンが効率よく除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０４８２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１が提案するように、電極表面をアルゴンプラズマで処理する方法によって、電極に付着したダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサンは除去され得る。しかし、アルゴンプラズマによる処理は、プラズマ化により発生するイオン等を電極表面に衝突させる物理的なエッチング処理である。そのため、低いプラズマパワーで処理した場合には、オルガノポリシロキサンが、より蒸気圧の低い分子に分解するため、汚染物を除去しにくくなる。一方、高いプラズマパワーで処理した場合には、例えば、電極を形成する金属までエッチングされ、その金属が実装基板や半導体発光素子に付着してしまうという問題がある。
【０００９】
半導体発光装置の性能向上の一つの目標は、より高い輝度を得ることである。そのために、実装基板の表面は、半導体発光素子からの出射光をより多く外部に取り出せるように、高反射性を有するように設計されている。このような場合において、電極を形成する金属がエッチングされ、高反射性を持たせた実装基板の表面に付着すると、その反射性が低下して、光取出し効率が低下してしまう。従って、電極表面をアルゴンプラズマで処理する場合には、通常、低いプラズマパワーで処理することになる。しかし、その場合には、電極表面のオルガノポリシロキサンが蒸気圧の低い分子に分解されるため、充分に除去することが困難になる。
【００１０】
また、特許文献２が開示するように、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8等のフッ素系ガスをプラズマ化した雰囲気でも、オルガノポリシロキサンは除去され得る。しかし、フッ素系ガスのプラズマは、化学的なエッチング処理であり、物理的な衝突エネルギーが小さいため、オルガノポリシロキサンの分解生成物としてケイ素酸化物が析出しやすいという問題がある。また、フッ素系ガスに由来して、フッ素を含有する汚染物が製品に残留する場合があり、製品の信頼性が低下する懸念がある。さらに、予め酸素プラズマでの処理が必要となるが、酸素プラズマは電極等を酸化させるため、半導体発光装置の製造工程では使用できない。
【００１１】
上記状況に鑑み、本発明は、半導体発光装置の製造において、電極に付着したダイボンディングペーストに由来するオルガノポリシロキサン等の汚染物を効果的に除去する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】
【００１２】
本発明の一局面は、少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、前記半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、前記ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、前記ダイボンディングペーストを硬化させた後、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、前記プラズマ処理後、前記少なくとも一つの電極と前記電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える半導体発光装置の製造方法に関する。
【００１３】
本発明の別の局面は、オルガノシロキサンが付着した基材に、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマ中のイオンを衝突させるとともに、前記プラズマ中のラジカルを前記オルガノシロキサン由来の物質と反応させることにより、前記オルガノシロキサンの少なくとも一部を前記基材から除去する、プラズマを利用したクリーニング方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法によれば、アルゴンプラズマ処理を行う場合のように電極がエッチングされることを抑制できるため、オルガノポリシロキサン等の汚染物を選択的に除去することができる。その結果、アルゴンプラズマで処理したときのようにマウント基板の表面を汚染することが無く、半導体発光素子の電極表面に付着した汚染物を効果的に除去することができる。また、フルオロカーボンから生成されるラジカルの化学反応と、アルゴンイオンの衝突による物理的エッチングとの相乗作用により、低いプラズマパワー条件でも、汚染物を効率良く除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の各工程を説明する模式説明図である。
【図２】プラズマ処理を実施するためのプラズマクリーニング装置の構造を示す模式図である。
【図３】ＣＦ4ガスとＡｒガスとの流量比と、Ａｕまたはフォトレジスト（Photo Resist）樹脂に対するエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の上面図である。
【図５】本発明の効果を確認するための模擬的試験で用いる試料の作製工程を示す図である。
【図６】シェア強度評価で用いるバンプを形成した試料の断面図である。
【図７】模擬的試験で製造されたサンプルの電極表面の元素分析の結果を示すグラフある。
【図８】模擬的試験で製造されたサンプルのボンディングワイヤのシェア強度の結果を示すグラフある。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の半導体発光装置１０の製造方法においては、図１（ａ）に示すように、はじめに、素子電極１ａ，１ｂを表面に有する半導体発光素子２を、シリコーンを含むダイボンディングペースト３により、マウント基板６の表面に固定する。マウント基板６の表面は、半導体発光素子２が配置される実装領域５ａと、電極回路とを備えている。電極回路は、互いに絶縁された基板電極４ａ，４ｂを具備し、これらは素子電極１ａ，１ｂとそれぞれ接続される。
【００１７】
半導体発光素子２の種類は、特に限定されないが、具体的には、例えば、可視光、赤外光等の波長領域の光を発する半導体発光素子が特に限定なく用いられる。これらは、例えばＧａＮなどの半導体材料から作製することができる。
【００１８】
電極回路を備えるマウント基板は、リードフレーム４と樹脂成型によって形成された樹脂部５から構成されている。リードフレーム４は基板電極４ａ，４ｂとなる部材である。樹脂部５はリードフレーム４を上下に挟むように形成されており、その上部には実装領域５ａに固定された半導体発光素子２を取り囲むように形成された反射面（reflector）５ｂを備える。この反射面の表面には銀メッキが施されている。従って、半導体発光素子２から出射した光は基板電極４ａ，４ｂ表面と反射面５ｂとによって上方へ反射される。
【００１９】
マウント基板の構造としては、上記のような金属製のリードフレームと樹脂部を主体とするものに限定されず、プリプレグと銅箔との積層板や、窒化アルミニウム基板のようなセラミクス基板等を用いることができる。また、反射面５ｂとしては、特に限定されないが、光沢のある金属メッキ以外にポリフェニルフタルアミド（ＰＰＡ）等の白色樹脂の表面をそのまま反射面として利用する構造でもよい。
【００２０】
電極回路としての基板電極４ａ，４ｂを形成する金属としては、光沢のある銀または銀を主成分とする銀合金が好ましく用いられる。電極回路は、基板電極４ａと４ｂとを絶縁する領域を除き、反射面で囲まれた領域の全体に形成することが高輝度を得る観点から好ましい。さらに高輝度を得る観点から、基板電極４ａと４ｂの表面に銀メッキを施すことが好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、例えば、図1（ａ）に示すように、マウント基板６の所定の位置に、シリコーンを含むダイボンディングペースト３を塗布した後、半導体発光素子２を固定する。ダイボンディングペースト３は、例えば、ディスペンサーを用いて、マウント基板の所定の実装位置に塗布される。
【００２２】
シリコーンを含むダイボンディングペーストとしては、シリコーンを含む熱硬化性のダイボンディングペーストであれば、特に限定なく用いることができる。シリコーンとは、ポリシロキサン構造を有し、かつ有機基を含むポリマーの総称である。このようなダイボンディングペーストは、例えば、東レ・ダウコーニング（株）や信越化学工業（株）から販売されており、商業的に入手可能である。
【００２３】
次に、半導体発光素子２が固定されたマウント基板６を加熱することにより、ダイボンディングペースト３を硬化させる。加熱温度は、ダイボンディングペーストの種類により適切に選択されるが、具体的には、例えば１５０〜１６０℃程度であることが好ましい。加熱手段は特に限定されないが、例えば、バッチ式もしくはインライン式のキュア装置が用いられる。このとき、電極回路等が酸化されないように、加熱の雰囲気には、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが導入される。電極回路が銀や銀合金を具備する場合、これが酸化されると黒色に変化するため、半導体発光装置の発光効率が低下してしまう。
【００２４】
上記のように、ダイボンディングペースト３が硬化されることにより、半導体発光素子２がマウント基板６に固定される。このとき、ダイボンディングペーストに含まれるシリコーンの未反応物等が、分解したりすることにより気化する。そして、半導体発光素子２の表面に形成された素子電極１ａ，１ｂや、マウント基板６の表面に形成された電極回路と接触し、その場で凝縮又は反応し、その結果オルガノポリシロキサン等の汚染物が生成していると考えられる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体発光素子２を固定したマウント基板６に対し、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってプラズマ処理（プラズマクリーニング）を行う。プラズマ処理は、高周波電源に接続されたアノードとカソードを具備する処理空間内で行われる。処理空間は、減圧ポンプで減圧されるとともに、所定の流量でプラズマ化される混合ガスが導入される。
【００２６】
プラズマ中には、アルゴンイオン（Ａｒ+）やフルオロカーボン由来のラジカルが生成している。プラス電荷を有するアルゴンイオンは、図１（ｂ）に示すように、マイナスに帯電したカソード１２に電気的に引き寄せられ、半導体発光素子２やマウント基板６に衝突する。ラジカルはオルガノポリシロキサン等の汚染物に接触すると反応し、蒸気圧の高いガスを生成する。蒸気圧の高いガスは、減圧ポンプの作用により外部に排気される。この工程により、電極表面等に形成されたオルガノポリシロキサン等の汚染物が除去される。このように、アルゴンイオンによる物理的なエッチングと、フルオロカーボン由来の活性種（ラジカル）による化学的なエッチングが協働的に作用する。これにより、アルゴンだけを用いる場合のように電極がエッチングされることは抑制される。なお、汚染物が除去される際のより詳しいメカニズムについては後述する。
【００２７】
フルオロカーボンは、炭化水素の少なくとも一つの水素をフッ素に置き換えた化合物でれば、特に限定なく用い得るが、その具体例としては、例えば、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2等が挙げられる。
【００２８】
ここで、プラズマ処理に用いる装置について、図２を参照して詳しく説明する。
図２は、プラズマクリーニング装置２０の構造を示す模式図である。プラズマクリーニング装置２０は、プラズマを発生させる空間を提供する処理チャンバ１１を具備し、処理チャンバ１１内部の下方および上方には、カソードを兼ねた支持台１２およびアノード１３が対向配置して設けられている。処理チャンバ１１の内部は、ガス導入口１４を介してアルゴンやフルオロカーボンを含んだ混合ガスを供給するガス供給部１９と接続されている。一方、処理チャンバ１１の内部は、ガス排気口１５を介して減圧ポンプ１６と接続されている。減圧ポンプ１６を稼動させることにより、処理チャンバ１１の内部が減圧される。処理チャンバ１１の内部にガスが導入された状態で、高周波電源１７によりアノード１２とカソード１３との間に高周波電圧を印加すると、導入されたガスがプラズマ化される。ガス流量および減圧ポンプ１６の出力の調整は制御部１８により制御される。
【００２９】
以下、プラズマ処理の手順について説明する。
プラズマ処理においては、はじめに、処理チャンバ１１の内部に配設された支持台１２に、図略の密閉扉から、被処理物である半導体発光素子２が固定されたマウント基板６を載置し、密閉扉を閉める。そして、減圧ポンプ１６を稼動させ、ガス排気口１５から処理チャンバ１１の内部の空気を排気しながら、ガス導入口１４からガスを導入する。本実施形態においては、導入されるガスとして、アルゴンおよびフルオロカーボン（例えばＣＦ4）を含んだ混合ガスを導入する。
【００３０】
ガス供給装置１９からは、予め、所定の流量に調整されたアルゴンとフルオロカーボンとを混合し、混合ガスとしてガス導入口１４から導入してもよく、アルゴンとフルオロカーボンを、複数の導入口から、それぞれの流量を制御しながら個別に導入してもよい。いずれにしても、アルゴンとフルオロカーボンは、処理チャンバ１１の内部で混合される。
【００３１】
処理チャンバ１１に供給するフルオロカーボンのアルゴンに対する流量比（モル流量比）は、アルゴンを１００％とした場合、１０〜４０％であることが好ましく、２０〜４０％であることがより好ましい。アルゴンの比率が高くなるほど、物理的エッチングの影響が大きくなるため、電極がエッチングされやすくなる場合がある。一方、アルゴンの比率が低くなるほど、物理的エッチングの影響が小さくなるため、オルガノポリシロキサン等の汚染物が除去されにくくなったり、酸化ケイ素が析出したりする場合がある。
【００３２】
図３は、ＣＦ4とアルゴンとの流量比と、Ａｕまたはフォトレジスト樹脂（ＰＲ）に対するエッチングレートとの関係を示すグラフである。Ａｕエッチングレートが高いほど、物理的エッチングの影響が大きく、ＰＲエッチングレートが高いほど、化学的エッチングの影響が大きいことを示している。アルゴンを１００％とした場合、フルオロカーボンの流量比が１０〜４０％の範囲で、物理的エッチングと化学的エッチングの影響がバランスよく得られることが理解できる。
【００３３】
次に、処理チャンバ１１の内圧を適度な圧力に制御しながら、高周波電源１７により、アノード１２とカソード１３との間に高周波電圧を印加して、導入されたアルゴンおよびフルオロカーボンをプラズマ化する。例えばプラズマクリーニング装置として、パナソニックファクトリーソリューションズ（株）製の「プラズマクリーナーＰＳＸ３０７」を用いる場合、処理チャンバ１１の内圧は、例えば５〜２０Ｐａ程度であることが好ましい。また、高周波電源のパワーは１００〜２００Ｗ程度であることが好ましい。
【００３４】
そして、プラズマ雰囲気に半導体発光素子が固定されたマウント基板を暴露させた状態で、所定時間経過させることにより、プラズマ処理が終了する。プラズマ処理時間としては、例えば５〜２０秒間が好ましい。
【００３５】
次に、汚染物が除去される際のメカニズムについて考察する。
オルガノポリシロキサン等の汚染物の除去は、次のようなメカニズムによるものと考えられる。ここでは、フルオロカーボンとしてＣＦ4を用いる場合を例にとって説明する。
【００３６】
導入されたアルゴン（Ａｒ）は、高周波電圧によりプラズマ化され、その際電子（ｅ-）、およびＡｒイオンを生成する。また、ＣＦ4も高周波電圧によりプラズマ化され、ＣＦ*（*はラジカルを示す。以下同様）、ＣＦ2*、ＣＦ3*、ＣＦ4*等を生成する。そして、ＡｒイオンはＣＦ*等とともに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））の原理により、オルガノポリシロキサンのＳｉ−Ｏ間の結合を切断する。このメカニズムは、ＡｒイオンアシストによるＲＩＥであり、アルゴンプラズマによる単純な物理的エッチングとは異なっている。ここでは、フルオロカーボンから生成されるラジカルとオルガノポリシロキサン由来の物質との化学反応とアルゴンイオンの衝突による物理的エッチングとの相乗作用が得られる。このようなメカニズムにより、オルガノポリシロキサンは分解され、ＳｉＦ4のような蒸気圧の高い物質となって除去される。シロキサン結合の酸素はＣＯ2等のガスとなって除去されると考えられる。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、プラズマ処理された、半導体発光素子２を固定したマウント基板６において、素子電極１ａ，１ｂと基板電極４ａ，４ｂとを、それぞれ金線８ａ，８ｂで接続する。本実施形態においては、素子電極１ａ，１ｂと基板電極４ａ，４ｂとを接続する方法として、金線で接続するワイヤボンディング法を採用している。このようにして、半導体発光素子２とマウント基板６とが電気的に接続される。
【００３８】
そして、上記のように形成された接続部は、図１（ｄ）に示すように、通常、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂９で封止されて保護される。なお、透明樹脂には、必要に応じて、波長変換により、半導体発光素子２の発光色を変換するための蛍光体を含んでもよい。完成した半導体発光装置の上面図を図４に示す。
【００３９】
上述したように、アルゴンおよびフルオロカーボンの混合ガスをプラズマ化した雰囲気で、各電極表面がクリーニングされているため、素子電極１ａ，１ｂまたは基板電極４ａ，４ｂと金線との接続強度は充分に高くなり、半導体発光装置の信頼性も高いものとなる。従って、透明樹脂による封止工程においても、金線が切断されることが無く、生産の歩留まりも高くなる。
【００４０】
なお、プラズマ処理においては、上記のように、半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンの混合ガスのプラズマによってクリーニングする処理（第一処理）を行った後、さらに、アルゴンプラズマによってクリーニングする処理（第二処理）を行ってもよい。このような第二処理を行うことにより、フルオロカーボンやフッ素を含有する汚染物が、半導体発光素子やマウント基板に残留することを防止することができる。
【００４１】
具体的には、第一処理を終えた後、フルオロカーボンの処理チャンバ内部への導入を停止し、アルゴンの導入と減圧ポンプによる排気を継続する。そして、電極がエッチングされないように高周波電源のパワーを調整しながら、アルゴンをプラズマ化する。第二処理の際の処理チャンバ１１の内圧は、例えば５〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。また、高周波電源のパワーは５０〜１００Ｗ程度であることが好ましい。また、アルゴンプラズマによる処理時間としては、例えば１〜５秒間が好ましい。
【００４２】
次に、本発明の効果を確認するために以下のような模擬的実験を行った。具体的には、プラズマ処理の時間と、オルガノポリシロキサンによる汚染物量やボンディング性能との関係を評価した。なお、以下の実験は何ら本発明を限定するものではない。
【００４３】
《実験例１》
まず、図５（ａ）に示すように、プリント基板（ＦＲ４）に金メッキ３０ａを施した評価用基板３０を準備した。次に、図５（ｂ）に示すように、ホットプレート３１の上方において、金メッキ３０ａがホットプレート側に向くように基板３０を固定し、ホットプレート３１の中央付近２箇所にシリコーンダイボンディングペースト３２（信越シリコーン（株）製のＫＥＲ−３０００−Ｍ２）を、ディスペンサーを用いてそれぞれ１ｍｇずつポッティングした。その後、基板３０とともにホットプレート３１をドーム３３で覆い、ホットプレート３１の温度を１６０℃に設定し、シリコーンダイボンディングペースト３２を２時間加熱した。このような工程により、密閉された空間内で、意図的に、所定量のオルガノポリシロキサンを汚染物として基板３０の金メッキ３０ａに付着させた。
【００４４】
そして、汚染物が付着した基板３０の金メッキ３０ａに対し、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによるプラズマ処理を施した。ここでも、図２に示すようなプラズマクリーニング装置２０（パナソニックファクトリーソリューションズ（株）製の「プラズマクリーナーＰＳＸ３０７」）を用いた。具体的には、容量６Ｌの処理チャンバ１１の内部に設けられたカソードを兼ねた支持台１２に、密閉扉１８を介して、基板３０を載置した。そして、密閉扉１８を閉めて、減圧ポンプ１６を動作させ、ガス排気口１５から処理チャンバ１１の内部の空気を排気しながら、ガス導入口１４からアルゴンおよびＣＦ4ガスを導入した。
【００４５】
なお、アルゴンの流量は１０ｍＬ／分、ＣＦ4の流量は３ｍＬ／分に設定した。また、処理チャンバ１１の内部の内圧は１０Ｐａであった。
そして、処理チャンバ１１の内圧を制御しながら、高周波電源１７により、カソード１２とアノード１３との間に高周波電圧を印加して、導入されたアルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスをプラズマ化させた。高周波電源のパワーは１５０Ｗであった。また、プラズマ処理時間は、５種類のサンプルを得る観点から、５秒、１０秒、２０秒、３０秒および６０秒間とした。
【００４６】
そして、プラズマ処理された、基板３０を処理チャンバ１１から取り出した。次に、図６に示すように、プラズマ処理された基板３０の金メッキ面に、ボンディングマシーンを用いて、直径約２５μｍのボンディングワイヤ（金線）からバンプ３４（直径約７３μｍ、高さ約２３μｍ）を形成した。
上記のサンプル製造を３回繰り返し、合計１５種類のサンプルを得た。
次に、得られたサンプルについて、以下の評価を行った。
【００４７】
［元素分析］
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、金メッキ表面の金（Ａｕ）の濃度に対するケイ素（Ｓｉ）の濃度比（Ｓｉ／Ａｕ）を求めた。結果をグラフとして図７に示す。なお、グラフ中、「ＣＦ／Ａｒ（ｎ）」の表示は、ｎ回目の製造で得られたサンプルの分析結果であることを示している。１〜３回目のいずれの製造で得られたサンプルにおいても、１０秒程度のプラズマ処理により、ケイ素を含む不純物が除去されていることが理解できる。また、不純物除去の効果の再現性が高いことがわかる。
【００４８】
［バンプのシェア強度評価］
基板３０上の金メッキ３０ａの表面に形成されたバンプ３４に対して、（株）レスカ（ＲＨＥＳＣＡ）製のＰＴＲ５０を用いてシェア強度評価を行った。結果をグラフとして図８に示す。１０秒程度のプラズマ処理を行うことで、高いシェア強度が得られている。これは、金メッキ３０ａの表面の不純物が充分に除去されたためと考えられる。
【００４９】
《比較実験例１》
プラズマ処理の際に、ガス導入口１４からアルゴンだけを導入し、ＣＦ4ガスを導入しなかったこと以外、実験例１と同様の操作を行ってサンプルを製造した。なお、アルゴンの流量は５ｍＬ／分に設定した。また、処理チャンバ１１の内部の内圧は７Ｐａであった。高周波電源のパワーは１５０Ｗとした。
上記のサンプル製造を３回繰り返し、合計１５種類の比較実験例１のサンプルを得た。次に、得られたサンプルについて実験例１と同様に評価した。結果を図７、８に示す。グラフ中、「Ａｒ（ｎ）」の表示は、ｎ回目の製造で得られたサンプルの分析結果であることを示している。
【００５０】
比較実験例１では、実験例１と異なり、６０秒のプラズマ処理を行っても、ケイ素を含む不純物が充分に除去されず、かつ効果の再現性も極めて低いことがわかる。また、比較実験例１のバンプのシェア強度も実験例１に比べて大きく低下している。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、シリコーンを含むダイボンディングペーストによるダイボンディングの工程を備える半導体発光装置の製造に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ，１ｂ：素子電極、２：半導体発光素子、３：シリコーンを含むダイボンディングペースト、４：リードフレーム、４ａ，４ｂ：基板電極、５：樹脂部、５ａ：実装領域、５ｂ：反射面、６：マウント基板、７：プラズマ雰囲気、８ａ，８ｂ：金線（ボンディングワイヤ）、９：透明樹脂（封止樹脂）、１０：半導体発光装置、１１：処理チャンバ、１２：カノード、１３：アノード、１４：ガス導入口、１５：排気口、１６：減圧ポンプ、１７：高周波電源、１８：制御部、１９：ガス供給部、２０：プラズマクリーニング装置、３０：基板（ＦＲ４）、３１：ホットプレート、３２：シリコーンを含むダイボンディングペースト、３３：ドーム、３４：バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、
前記半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、前記ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、
前記ダイボンディングペーストを硬化させた後、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理後、前記少なくとも一つの電極と前記電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える、半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスにおいて、アルゴンに対するフルオロカーボンの流量比が、１０〜４０％である、請求項１記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理が、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、前記混合ガスのプラズマによってクリーニングする第一処理と、前記第一処理後に、アルゴンのプラズマによってクリーニングする第二処理とを有する、請求項１または２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記電極回路が、銀または銀を主成分とする銀合金を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記マウント基板は、前記半導体発光素子を囲むように形成された、前記半導体発光素子からの出射光を反射する反射面を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
オルガノシロキサンが付着した基材に、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマ中のイオンを衝突させるとともに、前記プラズマ中のラジカルを前記オルガノシロキサン由来の物質と反応させることにより、前記オルガノシロキサンの少なくとも一部を前記基材から除去する、プラズマを利用したクリーニング方法。
【請求項１】
少なくとも一つの電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストにより、表面に少なくとも一つの電極回路を備えるマウント基板上に固定する工程と、
前記半導体発光素子を実装したマウント基板を加熱することにより、前記ダイボンディングペーストを硬化させる工程と、
前記ダイボンディングペーストを硬化させた後、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理後、前記少なくとも一つの電極と前記電極回路とをワイヤボンディングにより接続する工程と、を備える、半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスにおいて、アルゴンに対するフルオロカーボンの流量比が、１０〜４０％である、請求項１記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理が、前記半導体発光素子を固定したマウント基板を、前記混合ガスのプラズマによってクリーニングする第一処理と、前記第一処理後に、アルゴンのプラズマによってクリーニングする第二処理とを有する、請求項１または２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記電極回路が、銀または銀を主成分とする銀合金を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記マウント基板は、前記半導体発光素子を囲むように形成された、前記半導体発光素子からの出射光を反射する反射面を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
オルガノシロキサンが付着した基材に、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマ中のイオンを衝突させるとともに、前記プラズマ中のラジカルを前記オルガノシロキサン由来の物質と反応させることにより、前記オルガノシロキサンの少なくとも一部を前記基材から除去する、プラズマを利用したクリーニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１０１５２（Ｐ２０１３−１１０１５２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１５６４（Ｐ２０１１−２５１５６４）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]