JP2008501858A - 改良エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
構造の改良されたエッチング方法及びその方法によりエッチングされた構造が開示される。ICパッケージのリードフレームの底部は開示された方法で有利にエッチングされ得る構造の一例である。その方法は基板にエッチングされるエッチマスクを与えるステップを含む。そのエッチマスクはエッチング処理後に十分残るべき領域を覆う第1のサブマスクと、エッチング処理で除去される領域を覆う第2のサブマスクの少なくとも2つのサブマスクを有する。第2のサブマスクは格子状の犠牲的マスクである。第2のサブマスクの存在は第2のサブマスクに覆われている領域におけるエッチング速度を増す。
Description
本発明は構造体のエッチング方法、その方法によりエッチングされた構造体及び特にICパッケージのリードフレームのような構造体のバックエッチングに関する。
半導体装置の製造及びパッケージングは複数のステップからなる。最初のステップとして、半導体装置、すなわちダイ、を多数有するウェーハが処理される。個々のダイは分離され、リードフレーム上に搭載される。ダイ上の接着パッド間の電気的接続を支持することにより半導体装置自体への電気的アクセスを与えるリードフレームはダイがパッケージ及び封止された後にアクセスされ得る。
多くのタイプのパッケージが存在し、例えばより小さいパッケージを製造するための新しいタイプが開発されている。大きいピンは高周波信号の品質を低下させるため、より小さいリードワイヤを支持するより小さいパッケージが特に高周波アプリケーションに求められる。
典型的なパッケージでは、エポキシ樹脂層が半導体装置を覆い、リードはパッケージの側部から突き出ている小さい金属ピンである。しかし、新しいより小さいパッケージタイプでは、リードフレームはパッケージと一体不可分となるように、リードフレームはパッケージの表面、典型的には主にパッケージの裏側、からエッチングされる。
このようなパッケージの一例はPCT出願WO/03/085728に記載されている。そこではダイが既にエッチングされた積層基板に取り付けられている。ダイはエポキシに封入され、パッケージの裏側から突き出たリードを有するパッケージを作るために中間パッケージの裏側がさらにエッチングされる。
例えば所望の方法で突き出したリードを有するパッケージを作るような、所望の方法で基板をパターニングするために、パッケージの表面はエッチマスク及び連続エッチングによりパターン形成される。しかし、エッチング処理においては、マスクに覆われている基板の一部もエッチング中に除去される、いわゆるアンダーエッチング、が起きる。このため、エッチング処理の間は、エッチマスク下でますます材料が除去される。いくつかのアンダーエッチングは通常避けられず、許容されるものであるが、重大なアンダーエッチングは避けるべきである。所定の厚さの基板を除去するため所定のエッチング時間が必要であり、そのため他のパラメータのうち、所望のパターンの最小分解能が基板の厚さの関数となる。しかし、結果として生じる構造体のある厚さが必要とされ、この厚さより基板を薄くするのは不可能である。
本発明の発明者らは所望のエッチマスクのアンダーエッチングが望まれないことを認識し、その結果本発明を考案した。
本発明の第1の目的は例えばパターンのような構造を基板中でエッチングするための改良されたエッチング方法を提供することである。
本発明の別の目的は、電子装置の側部又は表面をパターン形成するための改良されたエッチング方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、後の製造段階でフォトリソグラフィを使用せずに側部又は表面をさらにパターン形成する可能性を許容する、部分的に製造された電子装置の側部又は表面上のエッチマスクを提供することである。
その結果、第1のサブパターンの第1の領域を覆い、エッチング処理後に十分残る第1のサブマスクと、第2のサブパターンの第2の領域を覆い、少なくとも前記第2の領域におけるエッチング速度を増す犠牲的マスクである第2のサブマスクと、の少なくとも2つのサブマスクを有する第2の材料の所望のパターンのエッチマスクを上部に備える第1の材料の基板を与えるステップと、前記基板を所定時間エッチングするステップと、を備える構造のエッチング方法が与えられる。
基板はパターンがエッチング除去されることが望まれる電子装置の底面又は側部にあってもよい。例えば、基板はリードフレームの底部のような積層構造の外部層にある。一般に、基板はあらゆるタイプの構造を覆う外部層でよく、集積回路を有する基板、半導体をベースにしたセンサ、MEMS装置、バルク超音波フィルタのようなフィルタ、受動素子の回路網等を含む。基板は複数の半導体装置を支持する装置の側部でもよく、そして装置の相互接続のための付加的相互接続層として用いてもよい。
一例として、リードフレームは、上部のフォトリソグラフィを通常含む一連の処理ステップで作ってもよい。リードフレームの底部は第1及び第2のサブマスクを含むエッチマスクを備えてもよい。その後、ダイである半導体素子がリードフレームに備えられ、リードフレームが封止内で機械的に固定されるように封止され、このようにしてダイとリードフレームが単一ユニットを形成する。これはよくパッケージングと呼ばれる。後の処理ステップでは、リードフレームは第1のサブマスクによるパターンを備えるためにさらにエッチングされ得る。例えば組立工場でフォトリソグラフィ処理を回避することができるため、リソグラフィを用いないでパッケージング処理後にリードフレームをエッチングできるという利点がある。
一般に、基板は所望の方法でパターン形成される。基板はエッチング処理後に残った領域とエッチング処理で除去される領域の少なくとも2つの領域に分けられる。エッチング処理後に残る所望のパターンは複数の分離構造を備え得る。分離構造の各々はほぼ同じ形状でよく、分離構造のいくつかがほぼ同じ形状で他が違う形状でもよく、様々な異なる形状の分離構造が存在してもよい。
パターンをエッチング除去するために、基板の表面にエッチマスクが備えられる。エッチマスクは2つのサブマスクを有する。エッチング処理後に所望のパターン又は構造を残すための第1のサブマスクと第2のサブマスクである。第2のサブマスクはそれが覆う領域のエッチ速度を増加するという目的を有する犠牲的マスクである。従って第2のサブマスクはエッチング処理により除去される領域に備えられ、第2のサブマスクもエッチング処理により除去される。第1及び第2のサブマスクは1つのステップで備えられてよく、又は2つのステップや一連のステップで備えられてもよい。エッチマスクはエッチマスクを与える好適な方法で与えられる。例えば、エッチマスクはパターンをめっきすることにより与えられ得る。別の例として、エッチマスクはポリマーエッチマスク、すなわちレジストを用いて与えられてもよい。エッチマスクはポジ型又はネガ型のエッチマスクでもよい。
基板の垂直方向、すなわちz方向、のエッチング速度と基板の水平方向、すなわち基板の(x、y)平面の任意の方向、のエッチング速度との比率は第2のサブマスクにより覆われている領域内で増加し得る。
本発明による方法の利点は、基板の厚さの低減なしに基板のエッチング除去による所望のパターンの分解能を向上させることができることである。別の見方では、パターンの所望の分解能を考慮せずに基板の厚さを決定できることが利点となり得る。さらなる利点は、パターンの分解能と比較して十分な厚さを有する基板に、十分均一なエッチングを実現し得ることである。
エッチング処理後に残る所望のパターンは1つ又はそれ以上の分離構造からなる。これらの構造は、エッチング前は表面を第1のサブマスクにより覆われた1つ又はそれ以上の領域であり、第1の領域と呼ばれる。同様に、第2のサブマスクはエッチング処理の間に除去される1つ又はそれ以上の基板の領域を画定し、これらの領域は第2の領域と呼ばれる。エッチマスクにより覆われていない領域が存在してもよく、このような領域もエッチング処理の間に除去される。第1の領域のサイズより第2の領域のサイズが大きいとき、第2のサブマスクが与えられることにより基板の第2の領域が画定される。少なくとも1つの第1の領域より1つ又はそれ以上の第2の領域が大きい場合、本発明によるエッチマスクを備えることが利点となり得る。
基板の材料、すなわち第1の材料、は金属又は金属の導電率を有する材料でよい。材料の例として、Al,Cu,Ni又はこれらの混合体の合金が含まれる。基板は材料の積層体を形成でき、スタックの個々の材料は金属又は金属の導電率を有する材料である。例えば、基板はCu/Al/Cuスタック、Cu/Alスタック、Cu/Ni/Cuスタック等の一部でよい。一般的な例として、基板は個々の金属がエッチングで分離され得る金属スタックの一部でよい。例えばもし基板がリードフレーム部を形成する場合、材料は導電性でよく、得られる構造がリードを構成する。しかし基板は半導体材料又は絶縁材料でもよい。基板の厚さは、25マイクロメートルと75マイクロメートルの間や50マイクロメートルのような、10マイクロメートルと100マイクロメートルの間でよい。
エッチマスクの材料、すなわち第2の材料、ははんだ処理を有する材料でよい。従って、材料ははんだを支持する材料、すなわちはんだにより他の対象物の表面に接着され得る材料でよい。例えば、はんだバンプにより2つの対象物が互いに接着されている所に搭載されるフリップチップとの接続である。材料の例にはAg,Pd,Au,Niまたは例えばNiPdAuのようなこれらの混合体の合金が含まれる。一般的な例として、エッチマスクの材料は基板のエッチング除去に用いられるエッチング液によりエッチングされない又は極めて低い速度でエッチングされる材料でよい。はんだぬれ仕上げを有する材料をエッチマスクとして利用することは利点となり得る。
犠牲的マスクのパターン、いわゆる第2のサブマスクのパターン、は正方格子、長方形格子、六角格子等の格子状でよい。さらに格子の交差点は格子の単純な交差と比較してサイズを大きく又は小さくし得る。第2のサブマスクは格子の分岐を形成し得る、つまり第2のサブマスクは格子の開口の形をしている。
格子は犠牲的マスクのサブユニットで構成され得る。サブユニットは特定のサイズを備え、サブユニットの特徴的なサイズは基板の厚さ及び処理のエッチングファクタに相関を有する。サブユニットの特徴的なサイズは、例えばサブユニットが方形であればサブユニットの幅であり、サブユニットが円形であればサブユニットの直径である。しかし、サブユニットはより複雑な形状を有してもよく、この場合、特徴的なサイズはサブユニットの特徴的な幅又は長さである。
基板の厚さは多くの要素に依存し得るものであり、エッチングファクタはパターンがエッチングされる基板の材料に依存し得る。従って、サブユニットのサイズ及び形状は基板の厚さ及びエッチングファクタに依存し得る。サブユニットの特徴的なサイズと基板の厚さとの比率は0.75と1.25の間で、特徴的なサイズとエッチングファクタとの比率は0.85と1.15の間、0.95と1.05の間又はほぼ同じである。このようにほぼ1:1:1の比率が与えられ得る。
本発明の別の態様によれば、エッチング前は第1のサブパターンの第1の領域を覆い、エッチング処理後に十分残る第1のサブマスクと、第2のサブパターンの第2の領域を覆い、少なくとも前記第2の領域におけるエッチング速度を増す犠牲的マスクである第2のサブマスクと、の少なくとも2つのサブマスクを有するエッチマスクに覆われ、エッチング処理後は前記第1のサブパターンと接触する領域が前記第1のサブパターンの領域の少なくとも30%、例えば少なくとも40%、例えば少なくとも50%、例えば少なくとも60%、例えば少なくとも70%、例えば少なくとも80%、例えば少なくとも90%、例えばほとんど100%、である基板表面上の前記エッチマスクに応じたパターンが与えられる。
エッチマスクのアンダーエッチングにより、エッチング処理後にエッチマスクと接触している基板の領域はエッチマスクの領域より小さい。エッチングされるパターンによって、基板上にエッチング速度の変動が存在し、基板上のアンダーエッチング量の変動の上昇を与える。一般に、本発明の使用により得られるパターンが、本発明を使用せずにエッチング除去された又はエッチング除去を試みた同じパターンよりアンダーエッチングの量が低くなることが利点である。
本発明の結果として、より厚いリードフレームがICパッケージングに利用できる。リードフレームやICパッケージの扱いにあまり注意を払わなくてよいためより固いリードフレームが望まれ、より固いリードフレームが得られるため特定の厚さのリードフレームを用いることが利点となり得る。しかし、より厚いリードフレームはアンダーエッチング量の増大をもたらすため、本発明を利用しないと厚いリードフレームは所望のパターンの得られる分解能を制限する。本発明の結果は第2のサブマスクが与えられた領域でエッチングファクタが増加することである。エッチングファクタは基板材料、第2のサブマスクの形状及びサイズ等の異なる特徴に依存する。しかし、実現し得るエッチングファクタが高いほど、より厚い基板を用いることができる。
本発明のさらなる利点は、本発明の方法により、ICパッケージの製造に使用されるリードフレームの非標準的な底部レイアウトが与えられ得ることである。
本発明のこれら及び他の特徴、特性及び/又は利点は以下に記載の実施形態から明らかになり、参照して説明される。
好適な実施形態は図面を参照して詳細に説明され、図1は半導体装置に取り付けられた従来のリードフレームを示し、図2はICパッケージを示し、図3はICパッケージの底面上のリードの構成の実施例を示し、図4は本発明を利用しないときの基板のエッチングを示し、図5は本発明を利用しないときの基板の別のエッチングを示し、図6はエッチマスクのアンダーエッチングを示し、図7は本発明によるエッチマスクの第1の実施形態を示し、図8は本発明によるエッチング方法を用いたときの基板のエッチングを示し、図9は本発明によるエッチング方法を用いたときのエッチマスクのアンダーエッチングを示し、図10は本発明によるエッチマスクの第2の実施形態を示す。
図面は概略図であり、寸法通りに描かれていない。異なる図面の同様の参照番号は同じ又は同等の部分を示す。図面及び説明は単なる例であり、本発明の範囲を定めるように考慮するべきでない。
半導体装置の製造及びパッケージングは複数のステップを有する。本章では発明は基板の表面上にめっきされたNiPd−Auエッチマスクの使用によりCu/Al/Cu積層板から製造されるリードフレームのバックエッチングに関連して説明される。図1を参照すると、リードフレームの材料はCu7、Al8及びCu6である。従って、本実施形態では、基板はCu層6である。
図1では多くのステップがすでに実施されている。半導体装置に取り付けられる前のリードフレームが図示されている。図1に示されるようなリードフレーム1の製造は当該技術分野で知られている(例えばPCT出願WO/03/085728にみられる)。リードフレームは基板6により裏側にて終端処理される。
図2には最終的なICパッケージ20が示されている。この図では、半導体装置、又はダイ、3はリードフレームの上側に対してワイヤ接合されている。ダイ及びリードフレームの一部はエポキシ4のような封止材料により封入される。リードフレームは小さい凹部5によりエポキシ内で固定される。本発明による最終的なICパッケージへの到達を含むステップは後に続く図面に関連して論じられる。図2では分離したリード(21−23)を作るようにエッチマスク2のパターンに応じて基板6の一部がエッチング除去され、これによりパッケージの外側からダイへの電気的接続が与えられる。保護絶縁層24がリード間に備えられる。保護層はCrO2,TiO2,ZrO2,CeO2又はその同類からなるグループの中から選ばれた材料の層のいわゆる変換層でよい。適切な熱伝導係数の有機物層を適用してもよい。
ICパッケージの裏側から突き出したリードの所望の構造の一例30が図3に示されている(以後リードはフットプリントとも称される)。
図4−6、8及び9ではパッケージの裏側にNiPd−Auパターンが作られる。NiPd−Auパターンはパッケージの裏側のCuをエッチングするためのエッチマスク又はエッチレジストとして使用される。Cu層の厚さは30〜90マイクロメートルの範囲である。図面は通常の顕微鏡の使用により得られる図を示す。
図3に示されるようなパターンでは、パッケージ中央部の領域33は個々のフットプリント31下の領域より何倍も大きい。従って、基板中央部の領域/範囲は文中の各所で第2の領域/範囲と呼ばれるものを画定し、一方フットプリントにより画定される領域/範囲は文中の各所で第1の領域/範囲と呼ばれるものを画定する。エッチング処理後に残す領域のみエッチマスクで覆う通常のエッチング方法を使用した場合、サイズの違いにより、NiPd−Auフットプリント下のCu領域がパッケージ中央部のCuより早くエッチング除去される。フットプリントのサイズは必要とされるICパッケージに応じて変えてよい。しかし典型的なフットプリントのサイズは通常150×250平方マイクロメートル及び250×350平方マイクロメートルである。
図4及び図5では本発明を用いずに典型的なエッチングファクタ0.2〜0.75を達成できた場合のエッチング性能が示されている。エッチングファクタはz方向のエッチング速度とx方向(または(x、y)平面内の他の方向)のエッチング速度との関係である。
図4ではフットプリントが互いに分離するようにフットプリント間の材料が除去された時にエッチングが止められている。しかし、低いエッチングファクタにより、パッケージ中央部のCu33はまだ表面に残っている。
図5では中央部のCu53がほぼ除去されたときにエッチングが止められている。しかし、この場合、フットプリント51も除去される。
パッケージの裏側のCu層の厚さによりNiPd−Auパターンのアンダーエッチングはパッケージの裏側のパターンの高分解能エッチングを難しくする。エッチマスクのアンダーエッチングは基板の断面を示す図6に示される。この場合、Al63に接触するCu62がアンダーエッチングによりほとんど除去されるため、NiPd−Auフットプリント61はほとんどリードフレームから離される。
図7には本発明によるエッチマスク80が示されている。エッチマスクは第1のサブマスクと第2のサブマスクに分けられている。第1のサブマスクは所望のパターンを有する、すなわち所望のフットプリント31に応じて第1のサブマスク70,71,72,73が与えられる、言い換えれば基板の4つの領域70−73に所望のフットプリント31の領域を覆うNiPd−Auマスクが与えられる。第2のサブマスク74は除去される領域に与えられる。図示された実施例では第2のサブマスクは小さい長方形領域のパターンからなる。第2のサブマスクはCuを覆う領域76、すなわち格子の枝、及びCuを覆わない領域75、すなわち格子の開口、からなる。図7に示されるようなエッチマスクの使用により、1〜1.5の最終的なエッチファクタを達成し得るまでエッチング速度を増すことができる。第2のサブマスクは犠牲的なマスクであり、エッチング処理の間に除去される。マスク下の材料がエッチング除去されるために第2のサブマスクは除去される。
図8には図4及び5と同様のリードフレームの底部が示されているが、基板は本発明により、すなわち図7に示すようなエッチマスクを使用して、エッチングされている。パッケージ中央のCuが完全に除去される一方、フットプリント31は除去されていないことがわかる。
図9には図8に示されるようなリードフレームに現れるフットプリントのアンダーエッチングが示される。図8の90という印のついた領域に対応する断面を図示しているが、わずかに傾斜角がある。図では暗い領域93及び多くの明るい点91,92が見られる。暗い領域93はCuが除去された場所であり、一方明るい点はフットプリントである。各フットプリントは2つに分けられ、上部91はNiPd−Auマスクであり、下部92はマスク下の銅である。従って、図6はフットプリントの拡大図を示し、一方図9はわずかに傾斜して複数のフットプリントを示している点を除いて、図は図6に対応する。NiPd−Au下のCu94の幅はNiPd−Auフットプリント95の幅とほぼ同じ大きさであることが分かり、従って図7に示されるエッチマスクの使用によりアンダーエッチングが抑制される。
パッケージ底部上に犠牲的なマスクを作ることは高分解能パターンがエッチングできるという事実をもたらす。パッケージ中央の大きいCu領域の分割はエッチング液と直接接触するCuの領域が減少するという事実をもたらすが、これは第2のサブマスクにより覆われた領域、すなわちパッケージ中央部、でのエッチング速度上昇をもたらす。図7に示されるようなエッチマスクでは小さい長方形は60×60平方マイクロメートルの大きさである。長方形領域のサイズはとりわけ基板の厚さと処理のエッチングファクタに依存する。開口領域の形状は変わってもよい。図10には別の実施例が示されている。パターンには開口100の端部に小さい突出部が与えられている。これは4つのパッド間の開口のサイズを最小にし、開口の対角線を側面と同じ長さにする。
本発明は好適な実施形態と関連して説明したが、ここで説明した特定の形態に限定する意図はない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求の範囲により限定される。
本章では、本発明の明確かつ完全な理解を与えるために、リードフレームのバックエッチング、材料の選択、リードの数及び形状等の開示された実施形態のある特定の詳細が限定というよりむしろ説明の目的で示されている。しかし本発明がこの開示の目的及び範囲から大きく離れずに、ここで示した詳細に完全には従っていない他の実施形態に実施できることが当業者により容易に理解されるべきである。さらに、これと関連し、簡潔さ及び明瞭さの目的で、不要な詳細と混乱の可能性を避けるために、よく知られた装置、回路及び手順の詳細な説明は省略した。
単数の言及は複数も包含し、その逆も同様であり、特定の数の機能又は装置は本発明がその特定の数の機能又は装置に限定されるように解釈されない。さらに、“include”,“comprise”,“has”,“have”,“incorporate”,“contain”及び“encompass”のような表現は非排他的に解釈される、すなわち他の物の存在を排除しないように解釈される。
引用符号は請求の範囲に含まれるが、引用符号の包含は明確化のためだけであり、請求の範囲の限定として解釈するべきでない。
Claims (10)
- 第1のサブパターンの第1の領域を覆い、エッチング処理後に十分残る第1のサブマスクと、第2のサブパターンの第2の領域を覆い、少なくとも前記第2の領域におけるエッチング速度を増す犠牲的マスクである第2のサブマスクと、の少なくとも2つのサブマスクを有する第2の材料の所望のパターンのエッチマスクを上部に備える第1の材料の基板を与えるステップと、
前記基板を所定時間エッチングするステップと、
を備える構造のエッチング方法。 - 少なくとも前記第2の領域では前記基板の垂直方向と水平方向のエッチング速度の比率が増加されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記エッチマスクの少なくとも一部が前記基板のエッチング後に残る第1の範囲を覆い、前記エッチマスクの少なくとも一部が前記基板のエッチングにより除去される第2の範囲を覆い、前記第2の範囲は前記第1の範囲より大きく、前記第2の領域に前記犠牲的マスクが与えられることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第1の材料は導電材料であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第2の材料ははんだ仕上げを有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記犠牲的マスクのパターンは格子であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記格子は前記犠牲的マスクのサブユニットからなり、前記サブユニットの特徴的サイズと前記基板の厚さの比率が0.75と1.25の間、特徴的サイズとエッチングファクタの比率が0.85と1.15の間、0.95と1.05の間、ほぼ同じであるように、前記サブユニット、前記基板の厚さ及び処理のエッチングファクタに相関があることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 底部にエッチマスクが存在するリードフレームへ半導体装置を組み立てるステップと、
前記半導体装置に前記リードフレームに機械的に固定される封止材を与えるステップと、
エッチング処理にて前記リードフレームの層をパターン形成するステップと、
そ備え、前記リードフレームの底部の前記エッチマスクが請求項1記載の前記エッチマスクにより与えられることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1に記載の方法で前記リードフレームの底部をパターン形成することを特徴とする電子装置のリードフレームの底部のパターン形成方法。
- エッチング前は第1のサブパターンの第1の領域を覆い、エッチング処理後に十分残る第1のサブマスクと、第2のサブパターンの第2の領域を覆い、少なくとも前記第2の領域におけるエッチング速度を増す犠牲的マスクである第2のサブマスクと、の少なくとも2つのサブマスクを有するエッチマスクに覆われ、エッチング処理後は前記第1のサブパターンと接触する領域が前記第1のサブパターンの領域の少なくとも50%である基板の上の前記エッチマスクに応じて与えられるパターン。
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