JPH0322699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体チツプ上の選択された領域を
封止材を貫いて露出するようにした封止方法に係
るものである。

半導体デバイスは、その多数の用途に対して、
デバイスが使用される環境の、デバイスの退化お
よび損傷に導びくような有害な要因からデバイス
を保護するため、およびデバイスがそれが使用さ
れる環境を汚染する可能性を低下するために、あ
る種の不活性の保護コーデイング内に封止される
ことが所望される。また、化学的にセンシテイブ
な電界効果型トランジスタ変換器（以下、FET
変換器という。）呼称される特定の種類の半導体
デバイスにおいては、デバイス上の特定の領域を
封止材料の窓孔あるいは開口を介して露出された
ままとしておくことが必要である。これらのデバ
イスは、その数個の実施例が1977年５月３日発行
のジヨンソン等に対する合衆国特許第4020830号
に記載されているが、一般に、半導体基板材料
と、該基板材料の表面に位置せしめられたいわゆ
るゲート領域によつて分離されたソース領域およ
びドレイン領域と、ソース、ドレインおよびゲー
ト領域上に位置する電気絶縁材料と、ゲート領域
上方の電気絶縁材料上に位置する化学的選択シス
テムとを備えている。一般的にはメイブレイン
（膜状物）の形をとつているこの化学的選択シス
テムは、該システムが接触するある物質と反応
し、それによつてゲート領域に形成されている電
界を変調するようになつている。この変調は、そ
れらの物質の化学的な特性に依存するものであ
り、それによつてこれらの化学的な特性の尺度を
与えるものである。この尺度により測定されるも
のは、イオン活性度、免疫化学物質濃度、還元可
能なガスの濃度、酸素および基質の濃度の測定な
どである。

化学的にセンシテイブなFET変換器は、特に、
さまざまな物質および化学薬品溶液にさらされる
ことによつて利用されるから、化学的選択システ
ムが上方に位置するゲート領域を除くデバイスの
表面全体を被覆（封止）することが必要である。
化学的にセンシテイブなFET変換を封止するの
にこれまで使用されている技術は、例えば、ゲー
ト領域の上の窓孔あるいは開口を除くデバイス上
に、エポキシあるいはその他の封止材を手で配材
するという簡単な技術である。この技術における
明白な問題は、それが時間がかかり、それ故に高
価であるとともにデバイス相互間の均一性を保持
することが困難であるということである。もちろ
ん、デバイスが小さくなればなる程、手で封止材
を塗布し、かつゲート領域の上に適切な窓孔をな
おも残すようにすることが困難となるものであ
る。

化学的にセンシテイブなFET変換器に封止材
を塗布する他の技術としては、複数個のデバイス
を有するチツプあるいはウエーハの表面全体上に
エポキシあるいはその他の封止材を手でデポジツ
トしたり、スピンニングしたりする技術、あるい
はその他の塗布技術がある。そして、封止材にフ
オトレジスト材料が積重ねられ、このフオトレジ
スト材料が所定の光パターンに露光され、現像さ
れる。この場合には、封止材料は、露光パターン
に基いてエツチング（腐蝕）されて、チツプある
いはウエーハにおけるデバイスのゲート領域の上
に窓孔が形成される。この技術の問題点は、エツ
チング材が、封止材料に全体としてＶ字形の横断
面を有する窓孔を腐蝕により形成しようとする傾
向があるが故に、かくして形成された窓孔が垂直
の壁面を有しないことである。封止材に形成され
る窓孔は、チツプあるいはウエーハ上におけるデ
バイスの密着したパツキングを可能とするために
（チツプあるいはウエーハ上にデバイスを高い密
度で形成するために）垂直の壁面を有することが
望ましいのである。

本発明の目的は、１個あるいはそれ以上の個数
の領域を封止材の窓孔を介して露出したままとす
るようにした半導体デバイスを封止するための簡
単で安価で有効な方法を提供することである。

本発明の他の目的は、封止された半導体デバイ
スの大規模な製造を容易とする方法を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は、均一な製品を生ぜ
しめる封止方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、封止材の窓孔ある
いは開口がほぼ垂直な側壁面を有する封止方法を
提供することである。

本発明の上記した目的およびその他の目的は、
封止材を貫いて露出せしめられるべき複数個の領
域を有する半導体ウエーハの少なくとも一部を封
止するための方法の特定の例証的な実施例の中で
実現されている。この方法は、ドライフイルムフ
オトレジスト材料の１枚あるいはそれ以上の枚数
のシートをウエーハの表面にラミネートし、次い
でフオトマスクを、その所定の光透過パターンが
チツプ表面の選択された範囲と一致するようにウ
エーハと整列させ、それから光をフオトマスクに
照射してこの光をフオトマスクの光透過パターン
を介してウエーハ上に照射させ、次にフオトレジ
スト材料を現像して、露出せしめられるべき領域
上から材料を除去せしめるよう構成されいる。か
くしてフオトレジスト材料内に窓孔が画成される
のであるが、このフオトレジスト材料は、ウエー
ハの残余の部分に対する封止材として役立つもの
である。

本発明方法は、ウエーハ上に形成された化学的
にセンシテイブなFET変換器を封止するのに特
に有利である。そのような場合においては、窓孔
はデバイスのゲート領域上に形成されるが、これ
に次いでこれらの窓孔内に該窓孔の側面に接着す
るように化学的にセンシテイブなメンブレインを
形成するのである。フオトレジスト材料内に形成
された窓孔の壁面には、塩化ビニールマトリツク
スのような代表的なメンブレイン材料が良く接着
することが見出されている。

上述した封止方法は、予め選択された位置に大
きさの均一な複数個の窓孔を有する封止された半
導体デバイスを効果的に製造し得るものである。
かくして製造されたデバイスは、品質が良好であ
り、かつかなり均一な作動特性を有するものであ
る。

本発明の上記した目的、特徴および利点ならび
にその他の目的、特徴および利点は、添付図面に
関連してなされる以下の詳細な説明を考慮するこ
とにより明らかとなるであろう。

第１図には、複数個の半導体チツプ、すなわち
デバイスが形成されたシリコンウエーハが図示さ
れており、それらの半導体チツプのうちの１個８
は拡大して図示されている。ウエーハ４は、通常
の半導体技術を使用して、ウエーハの大きさとチ
ツプの大きさとに基いて多数個、例えば200ない
し2000個、の半導体チツプを有するように構成さ
れる。そのようなウエーハの形成後、それらのウ
エーハは各別のチツプに分離するようにカツトさ
れる。

第１図に示された半導体チツプ８は、代表的に
はシリコン製とされる基板１２と、１対の電界効
果型トランジスタゲート領域１６および２０とを
備えている。かくしてチツプ８は、各々ゲート領
域を有する２個の相互に別個の半導体デバイスを
担持しているのであり、このゲート領域は、当該
デバイスが接触される物質の化学的な特性を検出
するのに利用されるものである。基板１２上に
は、各デバイスを外部回路に接続し得るように複
数個のボンデイングパツド２４が形成される。こ
のような半導体デバイスの構成および動作は、上
記のジヨンソン等の特許から理解できるものであ
る。

本発明の好ましい実施例によると、ドライフイ
ルムフオトレジスト材料２８のシートが１枚以上
ウエーハ４上に載置されて、圧縮および加熱工程
によつて該ウエーハ上にラミネートされる。ドラ
イフイルムフオトレジストシートの適切なもの
は、ブランド名「リストン（Riston）」によりデ
ユポン社から入手可能である。これらのシートは
50ミクロンの肉厚を有しており、第１図の実施例
においてそのようなシートが２枚、ウエーハとそ
れら２枚のシートを加熱されたシリコンゴムロー
ラを有する形式のリンガー中に通すことによつて
ウエーハ４上にラミネートされる。選択される圧
力は、ウエーハを損傷することなしにシートをウ
エーハに対して押圧するに充分なものとすべきで
ある。

ドライフイルムフオトレジスト材料２８がウエ
ーハ上にラミネートされた後、ガラス製あるいは
その他の適宜の材料製の普通のフオトマスクがウ
エーハ上に載置されかつ該ウエーハと整列され
る。このフオトマスクは光透過パターンを有して
おり、このパターンは以下に記載するようにウエ
ーハの所定の領域と整列される。次いでこのフオ
トマスクとウエーハとが照度の高い紫外線に露光
され、その結果この紫外線がフオトマスクの光透
過パターンを介してドライフイルムフオトレジス
ト層２８上に透過する。もしこのフオトレジスト
材料がネガデイブタイプであつたならば、フオト
マスクの光透過パターンは、光が、ウエーハのデ
バイスに形成された、チツプ８の領域１６および
２０のようなゲート領域に一致する範囲（および
ボンデイングパツド２４を含む範囲）を除くドラ
イフイルムフオトレジスト層２８の全ての範囲に
照射するのを許容する。もしドライフイルムフオ
トレジスト材料がポジテイブタイプであつたなら
ば、フオトマスクの光透過パターンは、光が、半
導体デバイスに形成されたゲート領域（およびポ
ンデイングパツドを含む領域）と一致するフオト
レジスト層２８の範囲のみに照射するのを許容す
る。

ウエーハは、次にフオトマスクにおける光透過
パターンによつて画成されるフオトレジスト材料
を除去するように現像される。もしドライフイル
ムフオトレジスト層２８がネガテイブであつたな
らば、現像液は、光を照射されなかつたフオトレ
ジスト材料を除去することになり、またもしポジ
テイブであつたならば、現像液は光を照射された
範囲のフオトレジスト材料を除去することになる
ものである。いずれの場合においても、フオトマ
スクの光透過パターンは、半導体チツプのゲート
領域（およびボンデイングパツド領域）の上にあ
るフオトレジストが除去されるように選択され
る。これにより、デバイスのゲート領域を露出さ
せるドライフイルムフオトレジスト材料２８に、
窓孔３２のような窓孔あるいは開口が形成せしめ
られる。このドライフイルムフオトレジスト層２
８は、この結果形成される窓孔の側面がほぼ垂直
となるように「現像」を行なうものであり、これ
によりデバイスがウエーハ上に窓閉してパツキン
グされるのを可能としている、すなわちウエーハ
上に高い密度でデバイスを形成できるのである。

フオトレジスト材料２８がウエーハ４に塗布さ
れ、現像された後、このウエーハがカツトされ
る。そして所望の電気接続が行なわれた後、その
ボンデイングパツド領域が封止されるものであ
る。

上に説明したシステムにおいては、ドライフイ
ルムフオトレジスト材料は、封止材として作用す
るとともに、その下にある半導体デバイスの領域
を露出させる窓孔の精密な形成をも可能とするも
のである。また、このフオトレジスト材料は、封
止に次いで化学的にセンシテイブなメンブレイン
材料をゲート領域上の窓孔内の載置するのを容易
とすることも見出されている。これは、高度に可
塑化された塩化ビニールのような代表的な使用さ
れる化学的にセンシテイブなメンブレイ材料がド
ライフイルムフオトレジスト材料の窓孔の側面に
良く接着するからである。かくして、フオトレジ
スト材料に形成された窓孔は、半導体デバイスの
所望の領域を露出させるとともに、化学的にセン
シテイブなメンブレイン材料を受止める枠として
機能するものである。メンブレイン材料は、マイ
クロインジエクシヨンによつて窓孔に塗布した
後、室温で硬化させて該メンブレインを所定の箇
所に固定するようにしてもよいものである。

第２図は、半導体デバイスを封止するための封
止システムの他の例を示している。このシステム
においては、ドライフイルムフオトレジスト層が
ウエーハ１０４上に載置された後に前述のように
「現像」が行なわれてチツプのゲート領域上に煙
突あるいはピラー１０８が形成される。この後、
各別の半導体チツプを得るためにウエーハがカツ
トされ、次いで所望の電気接続が行なわれた後、
封止材１１２がチツプのデバイス部をカバーする
ように各チツプに塗布される。そのような封止材
は、手操作により、ピラー１０８の高さよりもわ
ずかに低い厚さとなるように塗布してよいもので
ある。また、これに代えて、チツプを穴の中に載
置してこれに封止材１１２を、ピラーの高よりも
わずかに低い厚さとなるように注入するようにし
てもよいものである。封止材１１２がチツプに塗
布された後、ピラー１０８がエツチングされてこ
の封止材に窓孔が形成される。

封止システムのこの実施例の１つの利点は、封
止材の選択におけるフレキシビリテイが大きいこ
とである。また、処理中、ゲート領域がピラー１
０８によつて保護されるのであるが、これはゲー
ト領域に対する汚染、損傷などを防止する一助と
なつているものである。

以上に説明した方法は、本発明の本質の適用を
単に例証しているにすぎないものであると理解す
べきである。当業者ならば、本発明の要旨および
範囲を逸脱すること無しに様々な改変および実施
態様を案出し得るであろう。そのような改変およ
び実施態様は、特許請求の範囲によつててカバー
されるように意図されているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面が封止された一部が拡大図示さ
れた本発明の一実施例による半導体ウエーハの斜
視図であり、第２図は、表面が封止された同じく
一部が拡大図示された本発明の他の実施例による
半導体ウエーハの斜視図である。 ４……シリコンウエーハ、８……半導体チツプ
あるいはデバイス、１２……基板、１６……電界
効果型トランジスタゲート領域、２０……電界効
果型トランジスタゲート領域、２４……ボンデイ
ングパツド、２８……ドライフイルムフオトレジ
スト材料（ドライフイルムフオトレジスト層）、
３２……窓孔、１０４……ウエーハ、１０８……
ピラー、１１２……封止材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 封止材を貫いて露出される複数個の領域、お
   よびこれらの領域のそれぞれに対応したゲート領
   域を有する複数個の電界効果型トランジスタデバ
   イスを備えたウエーハであつて、ウエーハの上記
   ゲート領域は上記ウエーハから分離された半導体
   デバイスが接触する物質の化学的特性を検出する
   のに使用されるものであるウエーハの少なくとも
   一部を封止する半導体チツプ封止方法において、 ドライフイルムフオトレジスト材料のシートを
   １枚あるいはそれ以上の枚数、上記ウエーハの表
   面にラミネートするラミネート工程と、 フオトマクスを、その所定の光透過パターンが
   上記ウエーハの表面の特定の範囲の一致するよう
   に上記ウエーハと整列させる工程と、 光を上記フオトマスクに照射して該マスクの上
   記光透過パターンを介して上記ウエーハ上に上記
   光を照射させる工程と、 上記ドライフイルムフオトレジスト材料を現像
   して該材料を上記ウエーハの上記範囲上から除去
   し、それによつて上記領域を露出させる窓孔を上
   記ドライフイルムフオトレジスト材料内に画成す
   る工程と、 化学的にセンシテイブなメンブレインシステム
   を上記各窓孔内に塗布して、該メンブレインシス
   テムを上記窓孔の側面に接着するとともに、露出
   された上記領域をカバーする塗布工程とを備えた
   ことを特徴とする半導体チツプ封止方法。 ２ ラミネート工程を、 ドライフイルムフオトレジスト材料のシートを
   ウエーハ上に載置する工程と、 上記ウエーハと上記ドライフイルムフオトレジ
   スト材料のシートとを１対の加熱されたローラの
   間に通過させて上記シートを加熱するとともに上
   記ウエーハに対して押圧する工程とより構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   半導体チツプ封止方法。 ３ 塗布工程を、メンブレインシステムをマイク
   ロインジエクシヨンによつて窓孔内に挿入する工
   程と、該メンブレインシステムを所定の位置にお
   いて硬化する工程とより構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の半導体チツプ封
   止方法。 ４ 封止材を貫いて露出される複数個の領域、お
   よびこれらの領域のそれぞれに対応したゲート領
   域を有する複数個の電界効果型トランジスタデバ
   イスを備えたウエーハの少なくとも一部を封止す
   る半導体チツプ封止方法において、 ドライフイルムフオトレジスト材料を上記ウエ
   ーハの表面上にラミネートする工程と、 フオトマスクを、その予め選択された光透過パ
   ターンが上記領域に対して所定の関係で配置され
   るように上記ウエーハと整列する工程と、 上記フオトマスクを光に露出させて該フオトマ
   スクの上記光透過パターンを介して上記ウエーハ
   に光を照射する工程と、 上記ドライフイルムフオトレジスト材料を現像
   液を用いて洗浄して上記領域上に位置するドライ
   フイルムフオトレジスト材料のうちピラーを除く
   全てのドライフイルムフオトレジスト材料を上記
   ウエーハから除去する工程と、 ドライフイルムフオトレジスト材料の上記ピラ
   ーによつてカバーされる範囲を除く全ての範囲を
   カバーするように上記ウエーハの上記表面に封止
   材を塗布する封止材塗布工程と、 上記ウエーハを腐食材を用いて洗浄して上記ド
   ライフイルムフオトレジスト材料の上記ピラーを
   除去して上記領域を露出させる工程とを備えたこ
   とを特徴とする半導体チツプ封止方法。 ５ 封止材塗布工程を、 ウエーハをカツトして各別の相互に分離した半
   導体デバイスを得る工程と、 該半導体デバイスを電気的にボンデイングする
   工程と、 ピラーによつてカバーされる範囲を除く各デバ
   イスの範囲をカバーするように封止材を塗布する
   工程とより構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載の半導体チツプ封止方法。