JPH0691069B2 - 材料を半導体ウエハに適用する方法 - Google Patents

材料を半導体ウエハに適用する方法

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JPH0691069B2 JP61168989A JP16898986A JPH0691069B2 JP H0691069 B2 JPH0691069 B2 JP H0691069B2 JP 61168989 A JP61168989 A JP 61168989A JP 16898986 A JP16898986 A JP 16898986A JP H0691069 B2 JPH0691069 B2 JP H0691069B2
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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的には、パターン形成によって粘性の強い
材料を半導体ウエハに適用する方法に関する。更に詳し
く云うと、本発明はスクリーン印刷によってパッシベー
ション材料、アルファ粒子防禦材料又はその他の材料を
半導体ウエハに適用する方法に関する。
〔発明の概要〕
パッシベーション材料、アルファ粒子防禦およびその他
の比較的厚いパターン形成層をスクリーン印刷法によっ
て半導体ウエハに適用する。細かいメッシュのステンレ
ススチールスクリーン上に載せたパターン形成されたエ
マルジョンを高温で焼入れして該エマルジョンを硬化さ
せる。このようにして作られたスクリーンはポリイミド
および硬質シリコンなどのスクリーン可能な重合体に含
まれる浸食性の強い溶剤を用いた何回もの印刷および清
浄化に耐えることができる。
〔従来の技術〕
半導体デバイスの製造においては、ボンディングパッド
を除いたデバイス全体の上に或る種の材料の層を適用す
ることが殆ど例外なく必要である。高密度メモリデバイ
スにおいては、アルファ粒子防禦材料の層を適用するこ
とが必要なことがしばしばある。メサ形デバイスでは、
メサ構造物のエッジにおいて露出された接合を不活性化
（パッシベーション）することが必要である。殆どすべ
ての半導体デバイスにおいて、回路を電気的および機械
的に保護するためパッシベーションを適用することが必
要である。
パッシベーション材料およびその他の材料を半導体デバ
イスに適用する問題に対する先行技術の解決策は多数あ
り多様である。メサ形デバイスのエッジパッシベーショ
ンは小さいガラス粒子を含む感光性混合物を適用するこ
とによって一般に行われる。この材料は従来の写真印刷
を用いてパターンが作られ、焼付け（ベーキング）工程
と焼成（firing）工程の組合せが残っている材料を不活
性化ガラスに変える。アルファ粒子防禦材料およびパッ
シベーション材料の適用は液体をスピンオン（spin o
n）し、次にこれを何らかの方法で乾燥又は硬化させて
所望する層を作ることによって一般に行われる。スピン
オン技術は適用される材料の層の厚さが数万オングスト
ロームに一般に限定される。この範囲の厚さはアルファ
粒子防禦目的には一般に許可できない。更に、スピンオ
ン層はボンディングパッドの上のパッシベーション材料
又はアルファ粒子防禦材料に開口部を形成するために或
る種のパターン形成を行わなければならない。
最近スクリーン印刷装置がエレクトロニクス産業に用い
られるようになり、プリント基板、液晶表示装置および
その他の被覆工程に応用されるようになっている。一般
的には、ステンレススチールメッシュ上に支持された感
光性エマルジョンをパターン化し印刷される表面の区域
を保護し、これらの区域は印刷された材料の被覆を受け
ない。次に、マスクをプリント基板，表示装置又はその
他の製品の上に位置合せし、適用される材料を感光性材
料が除去されているメッシュを通過させる。そのような
技術を用いて、数ミル（25.4μｍ〜254μｍ）の厚さを
もった層を適用することができる。
スクリーン印刷の方法は半導体ウエハにパッシベーショ
ンおよびその他の被覆を適用するのに望ましい方法であ
る。しかし、感光性エマルジョンは現像および定着させ
た後でも一部の望ましいパッシベーションおよびアルフ
ァ粒子防禦材料に用いた溶剤に耐性を示さないことが発
見されている。従って、そのような印刷工程に用いられ
たスクリーンはきわめて頻回に交換しなければならな
い。今までのところパッシベーションおよびアルファ粒
子防禦材料を半導体ウエハに適用するのに用いるスクリ
ーンの寿命を延ばそうとする試みは成功していない。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、本発明の目的は材料を半導体ウエハに適用する
方法を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、スクリーン印刷技術によっ
てパッシベーション，アルファ粒子防禦およびその他の
材料を半導体ウエハに適用する方法を提供することであ
る。
本発明の更にもう１つの目的は、半導体ウエハに適用さ
れるパッシベーション，アルファ粒子防禦およびその他
の材料のスクリーン印刷に用いられるスクリーンの寿命
を延ばすことである。
本発明のこれらの、およびその他の目的および利点は、
スクリーン上に運ばれた感光性エマルジョンをパターン
化し、パターン化したエマルジョンを高温で長期間焼入
し（temper）、焼入れしたスクリーンを用いて半導体ウ
エハ上に材料をスクリーン印刷することによって達成さ
れる。
従って、本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、
感光性エマルジョン（41）をスクリーン（20）に適用す
る第１の工程と、 前記第１の工程後前記感光性エマルジョン（41）にパタ
ーンを形成する第２の工程と、 前記第２の工程後前記パターンを形成した感光性エマル
ジョン（41）を高温で長時間焼入れする第３の工程と、 前記第３の工程後前記エマルジョン（41）に損傷を与え
る溶剤を含む材料を前記スクリーン（20）を通して半導
体ウエハ（10）に適用する第４の工程とを含む、 感光性エマルジョン（41）に損傷を与える溶剤を含む材
料を半導体ウエハ（10）に適用する方法としての構成を
有する。
或いはまた、前記材料がスクリーン可能な重合体である
ことを特徴とする材料を半導体ウエハ（10）に適用する
方法としての構成を有する。
或いはまた、前記焼入れする第３の工程は、前記スクリ
ーン（20）を空気中で、約４時間約100℃の温度にさら
す工程を更に含むことを特徴とする材料を半導体ウエハ
（10）に適用する方法としての構成を有する。
〔実施例〕
第１図は代表的な半導体ウエハ10の一部の斜視図であ
る。パッシベーション又はアルファ粒子防禦層が一般に
適用される工程は、デバイスの前面にメタライゼーショ
ンパターンを作る工程の直後である。この工程はウエハ
10の最終的な厚さを薄くするためにウエハ10の裏面を研
磨しその裏面に必要なメタライゼーションを適用する直
前に行われる。ウエハ10の前面のおいては複数のダイ11
がスクライブグリッド12によって分けられている。各ダ
イ11は本発明には関係ない多数の他の構造物に加えて、
ダイ11のパッケージ封止工程の間に電気的コンタクト
（接触）を形成する必要のある多数のボンディングパッ
ドを含む。
ウエハ10にパッシベーション被覆を適用するには、連続
した電気的絶縁性フイルムをウエハ10の表面に適用する
必要がある。この層はボンディングパッド13を除くウエ
ハ10全体を被覆することが好ましい。パッシベーション
被覆を適用するいかなる方法においても最も重要なのは
大量生産の環境でそのような工程を実施する費用であ
る。
パッシベーション被覆は相対的薄くても効果的なことが
時にはある。しかし、アルファ粒子から回路を防禦する
のに用いられる被覆はそのような粒子に対して実質的に
効果的な断面を呈示するのに十分な厚さでなければなら
ない。アルファ粒子防禦層のために選ばれる特定の材料
によるが、この被覆は数ミルの厚さを必要とするかもし
れない。更に、メサ形デバイスのエッジパッシベーショ
ンも同様な材料層を必要とする。
パッシベーションおよびアルファ粒子防禦層に適した材
料はポリイミド類および硬質（rigid）シリコン類を含
む。しかし、これらの材料のスクリーン可能な形は、ス
クリーンパターンを定める現像、定着されたホトレジス
タを侵す溶剤を含む。この結果スクリーンの有効寿命が
短かくなるため、これらの材料をスクリーン印刷するこ
とは半導体ウエハに材料を適用する他の方法の代わりと
しては経済的ではない。下記に開示してある技術を用い
ることによって、これらの材料は半導体ウエハ上のパッ
シベーションおよび／又はアルファ粒子防禦被覆として
用いるのに適した比較的厚いパターン形成層として適用
することができる。
第２図は本発明を実施するのに用いることができる市販
のスクリーン印刷装置の簡易断面図である。本発明に用
いるのに適したそのような装置の１例としては、日本の
ニューロング社（Newlong）から市販されているLS−15T
V型がある。本発明に用いるのに適したスクリーン印刷
装置はスクリーン印刷装置の基本的部品、即ちパターン
を形成されたスクリーン20を取付ける手段、印刷される
品物をスクリーン20のパターンに正しく合わせる手段、
および材料をスクリーン20を通して印刷される品物の上
に押し出す手段を有しなければならない。更に本発明に
用いるのに適するためには、スクリーン印刷装置は印刷
される品物をスクリーン20のパターンと合うように何回
も置きかえて約10ミクロンの精細度（resolution）内に
入るようにできなければならない。
第２図の簡易図では、スクリーン20を実装する手段は、
スクリーン20のフレーム22がねじ23又はそれと類似した
物によって取外しできるように固定されている固定具21
を含む。
ウエハホルダー25は所定の大きさの半導体ウエハ10を保
持するように適合されたリセス（溝部）を有する。ウエ
ハホルダー25は垂直方向にも水平方向にも移動可能であ
ってウエハ10の搭載および取り降しを行ない、ウエハ10
とスクリーン20のパターンとを正しく合わせる。
材料をスクリーン20を通してウエハ10上に力で押し出す
のに用いられる装置は水平方向にも垂直方向にも移動で
きるブレードキャリア28、ブレードキャリア28に固定さ
れたドクターブレード29、および同じくブレードキャリ
ア28に固定されたスクイージブレード30を含む。ドクタ
ーブレード29は一般には比較的硬いブレードであり、こ
のブレードはスクリーン20の表面から余分の材料をこす
り落とすのに用いられる。スクイージブレード30はそれ
よりやや柔らかいブレードで材料をスクリーン20を通し
て押し出すのに用いられる。
動作すると、ウエハ10が手動又は自動化されたシステム
によってウエハホルダー25の溝部26内に載せられる。こ
の時にはウエハホルダー25はスクリーン20から離れた位
置にある。次にウエハホルダー25は移動してウエハ10が
スクリーン20のパターンと合うようになる。ウエハ10の
上表面とスクリーン20の下の表面との間の間隔が約0.03
0インチであることが有利なことが発見されている。こ
うするとスクイージブレード30は印刷中にスクリーン20
を押しつけてウエハ10の上表面と接触させることができ
るようになる。
印刷される材料の投入量31をドクターブレード29とスク
イージブレード30との間のスクリーン20の上表面に置
く。この場合にもこのことは手で行っても、自動化装置
で行ってもよい。この材料は液体であるが、きわめて粘
度の高い形をしている。この材料の粘度は250,000〜35
0,000センチポアズ（centipoises）とすると有利である
かもしれない。
本発明の目的に適した材料は一般にスクリーン可能な重
合体と云われる。ポリイミド類および硬質シリコン類は
半導体デバイスのパッシベーションおよび／又はアルフ
ァ粒子防禦によって有利なものとなりうる特定の例であ
る。そのような材料はとりわけデュポンケミカル社（Du
pont Chemical Company）のような供給業者から入手で
きる。上述したようにこれらの材料を使用する前に調製
する必要はない。
スクリーン可能な材料の投入量31をドクターブレード29
とスクイージブレード30との間のスクリーン20を置い
て、スクイージブレード30を用いてブレードホルダー28
を下げると所定量の圧力がスクリーン20に加わる。スク
リーン可能な材料をスクリーン20を通してウエハ10上へ
押し出すのに必要な圧力量はその場の場で決定しなけれ
ばならない。圧力が小さすぎるとウエハ10上の所望する
空間を完全に満たすのに十分な材料がスクリーン20を通
して押し出されない。圧力が大きすぎると材料をウエハ
10と、材料でおおうことを意図していない区域を定める
スクリーン20上のエマルジョン41との間に押し出す傾向
があり、従ってパターンの精細度（resolution）を低下
させる。
次にブレードホルダー28をスクリーン20を横切って移動
させるので、材料はスクイージブレード30の前方でスク
リーン20のパターンを通して押し出されウエハホルダー
25のリセス（溝部）26内にあるウエハ10上へ押し出され
る。ブレードホルダー28がウエハ10全体の上を通過する
と圧力を少しゆるめる一方で、ドクターブレード29とス
クリーン20との間の接触を保ちながらブレードホルダー
28を移動させてもとの位置に戻す。ドクターブレード29
はもとの位置に戻る際に余分の材料をスクリーン20の表
面からこすり落とすので、この余分の材料は次にブレー
ドホルダー28からウエハ10上を通過する時に使用しても
よい。一般的には、各ウエハ10を印刷するにはブレード
ホルダー28をウエハ10上を１回通過させるだけでよい。
しかし、スクリーン可能な材料の投入量は一般には数枚
のウエハを印刷するのに十分な量となる。
この時点でウエハホルダー25は下のスクリーン20から周
期動作を外され、新しいウエハが挿入され、周期動作が
再び始まる。
本発明に用いるのに適したスクリーン印刷装置の構造お
よび動作についての上記の簡単な説明は１例を挙げたに
すぎない。何らかの特定の装置を用いる場合には多数の
構造および動作の詳細は上述したのとは異なるものと思
わる。
第３図は本発明の実施に有用なパターンを形成したスク
リーンの一部の拡大断面図である。スクリーンメッシュ
40はステンレススチールワイヤの一様なメッシュからな
ている。そのようなステンレススチールメッシュは広く
市販されている。ステンレススチールメッシュは個々の
ステンレススチールワイヤの太さおよびその間隔を指定
するメッシュ番号によって識別される。200番のメッシ
ュとして指定されているスクリーンメッシュ40を用いた
ステンレススチールメッシュが本発明に用いるのに適し
ていることが発見されている。
スクリーンメッシュ40が印刷されるウエハ10と接触する
スクリーンメッシュ40の底面上にパターンが形成されて
いるエマルジョン41がある。エマルジョン41は不活性化
材料、アルファ粒子防禦材料又はその他の材料を受けな
いウエハの区域を定める。エマルジョン41の下面42はス
クイージブレード30（第２図参照）の圧力によってウエ
ハ10の上面に接触させられている。本発明の特定の実施
例では、約２ミルの厚さを有するエマルジョン41を約1.
5ミルの厚さのスクリーンメッシュ40と組合せて用い
た。この場合には第３図に示すように、エマルジョン41
の下面42は下にあるスクリーンメッシュ40の形を反映し
てやや曲がっている。或る場合にはエマルジョン41の下
面42のこの曲がりのためにスクリーンメッシュ40を通っ
た材料が所望しない区域内へ漏れることがある。そのよ
うな場合には標準的な表面仕上げ技術を用いてエマルジ
ョン41の下面42を平らな面に研磨できることがわかって
いる。
上記の説明から明らかなように、スクリーンメッシュ40
の厚さとエマルジョン41の厚さとを合わせた厚さが、ウ
エハ10に適用した固まる前の材料の層の厚さをほぼ決定
する。従って、スクリーンメッシュ40のサイズおよびエ
マルジョン41の層の厚さを選択することにより、最終的
なパッシベーションおよび／又はアルファ粒子防禦層の
厚さを或る程度制御することができる。
第４図は本発明に用いるパターンを形成したスクリーン
を作るために用いる工程を示すフローチャート図であ
る。先づ第１に、スクリーンフレームの上で延ばしてそ
のフレームに固定したスクリーンメッシュの底面を液体
エマルジョンで被覆する（ステップS1）。一般的にはポ
リビニルアルコールエマルジョンが用いられる。これら
のエマルジョンは紫外線に感光性を示す。次に、このエ
マルジョンを最終的なパッシベーション，アルファ粒子
防禦又はその他の被覆でおおわれる区域のパターンを定
めるマスクを通して紫外線に感光させる（ステップS
2）。
次に、感光させたエマルジョンを選択した特定のエマル
ジョンに適した従来の現像剤を用いて現像する（ステッ
プS3）。次に、パターン形成されたエマルジョンを固
め、もう一度紫外線に感光させ、エマルジョンの化学的
成分を更に橋かけ結合又は重合させる（ステップS4）。
工程におけるここまでのところは、パターン形成スクリ
ーンの作成は先行技術において実施される方法に似てい
る。しかし、これらの先行技術によって作られたスクリ
ーンは、半導体ウエハのパッシベーションおよびアルフ
ァ粒子防禦に有用なスクリーン可能な重合体に含まれて
いる溶剤に耐えられないことが発見されている。そのよ
うな溶剤としてはＮ−メチル−２−ピロリドンおよびキ
シレンがある。米国，インディアナ州，サウスベンドの
マイクロスクリーンプリシジョンプロダクツ社（Micros
creen Precision Products）などの業者から市販されて
いるスクリーンはこれらの先行技術により作られてお
り、２〜３回の印刷および清浄化のくり返しにしか耐え
ない。このためこれらのスクリーンを用いて半導体ウエ
ハにパッシベーションおよびアルファ粒子防禦層を適用
することは不経済である。更に、エマルジョンの安定性
を改善するための、即ち紫外線硬化ステップの時間を長
くするため提案されている方法は、そのような強い溶剤
に対してエマルジョンを硬化させるのに効果的ではな
い。
本発明の原理によるスクリーン作成工程における最後の
工程は、紫外線硬化工程後に約100℃で約４時間炉の中
で焼くことによってスクリーンの焼入れを行うことであ
る（ステップS5）。炉の中の気体は空気である。この方
法によって作られたスクリーンは上述した溶剤を用いて
印刷と清浄化を何百回繰り返し行ってもエマルジョンパ
ターンを著しく損わずにそれに耐えることができる。
本発明の全工程における１つの最後の工程の説明がまだ
残っている点に注目すべきである。即ち、パッシベーシ
ョンおよび／又はアルファ粒子防禦被覆に関するスクリ
ーニングの後で、その被覆は揮発性溶剤を除去したり、
さもなければ層を安定させるために硬化させなければな
らない。これは一般的には対流加熱炉、真空槽又は広帯
域赤外線照射量炉のうちの１つのなかで行われる。この
後者の方法が好ましい方法である。ポリイミド又はシリ
コンのような材料を硬化する場合の一般的方法として、
硬化されていない材料の層を２つの電極の間に含むテス
トコンデンサをウエハとともに硬化室に入れる。このテ
スト構造物のキャパシタンスが所定点により下に低下し
た場合には硬化は完全と考えられる。
〔発明の効果〕
半導体ウエハのパッシベーション，アルファ粒子防禦お
よびその他の層の経済的な適用に適した方法を説明し
た。ここに開示した方法は露出した接合を有するメサ形
デバイス上にエッジパッシベーション層として作用する
のに十分な厚さの層を置くことができる。開示した工程
によって作られたスクリーンは、先行技術のスクリーン
を破壊する溶剤にさらすことも含めて何万回もの印刷と
清浄化のくり返しにも耐えて使用できることを証明して
いる。
本発明をその特定の実施例に関連して説明したが、それ
に対する種々の変形および変更は当業者には明らかであ
ると思われ、それらの変形および変更は本発明の精神お
よび範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
第１図は半導体ウエハの一部の斜視図である。 第２図は本発明の実施に用いるのに適したスクリーン印
刷装置の簡易断面図である。 第３図は本発明の実施に用いるのに適したパターン化ス
クリーンを示す拡大断面図である。 第４図は本発明の実施に用いるのに適したスクリーンを
作る工程を示すフローチャート図である。 10……ウエハ 11……ダイ 12……スクライブグリッド 13……ボンディングパッド 20……スクリーン 21……固定具 22……スクリーン20のフレーム 23……ねじ 25……ウエハホルダー 26……リセス（溝部） 28……ブレードホルダー 29……ドクターブレード 30……スクイージブレード 31……印刷される材料の投入量 40……スクリーンメッシュ 41……エマルジョン 42……エマルジョン41の下面 S1〜S5……ステップ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】感光性エマルジョンをスクリーンに適用す
    る第１の工程と、 前記第１の工程後前記感光性エマルジョンにパターンを
    形成する第２の工程と、 前記第２の工程後前記パターンを形成した感光性エマル
    ジョンを高温で長時間焼入れする第３の工程と、 前記第３の工程後前記エマルジョンに損傷を与える溶剤
    を含む材料を前記スクリーンを通して半導体ウエハに適
    用する第４の工程とを含む、 感光性エマルジョンに損傷を与える溶剤を含む材料を半
    導体ウエハに適用する方法。
  2. 【請求項２】前記材料がスクリーン可能な重合体である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の材料を半
    導体ウエハに適用する方法。
  3. 【請求項３】前記焼入れする第３の工程は、前記スクリ
    ーンを空気中で約４時間約100℃の温度にさらす工程を
    更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    材料を半導体ウエハに適用する方法。
JP61168989A 1985-07-29 1986-07-17 材料を半導体ウエハに適用する方法 Expired - Lifetime JPH0691069B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US759792 1985-07-29
US06/759,792 US4627988A (en) 1985-07-29 1985-07-29 Method for applying material to a semiconductor wafer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6229143A JPS6229143A (ja) 1987-02-07
JPH0691069B2 true JPH0691069B2 (ja) 1994-11-14

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