DE3048343A1 - Integrierter halbleiterspeicher - Google Patents

Integrierter halbleiterspeicher

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DE3048343A1
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integrated semiconductor
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Withdrawn
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DE19803048343
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Kennetz Dinsdale Tatsfield Westerham Kent Barker
Patrick Joseph Augustine Sidcup Kent McKeown
Joseph Palen Dunton Green Kent Perry
James Maclagen Sidcup Kent Waddell
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TDK Micronas GmbH
Original Assignee
Deutsche ITT Industries GmbH
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Description

P.J.A.Mc Keown et al 15-2-2-1 Fl 1071
Go/Be 15.Dezember 1980
Integrierter Halbleiterspeicher
Die Priorität der Anmeldung Nr.8000919 vom 10.1.1980 in Großbritannien wird beansprucht.
Die Erfindung beschäftigt sich damit, bei integrierten HaIbleiterspeichern mit wahlfreiem Zugriff (RAM) die Effekte eines Beschüsses mit geladenen Teilchen auf ein Mindestmaß zu bringen, wenn nicht gar auszuschließen.
Beim Versuch der Herstellung einer Höchstzahl von einzelnen Elementen, beispielsweise Speicherzellen, bei vorgegebener Blättchenfläche werden integrierte Halbleiterspeicher zunehmend kompakt. Bei solchen hochintegrierten Schaltungen wird gegenwärtig die Erscheinung von "leichten" Fehler (soft errors) beobachtet, die vorübergehend und von zufälliger Natur sind, im Gegensatz zu "schweren" Fehlern (hard errors), die auf Herstellungsfehlern beruhen. Die Verbreitung dieser weichen Fehler ist sehr gering, typischerweise 10 oder 10 Fehler pro Stunde. Sie sind lediglich unter Umständen beobachtbar, wenn eine größere Anzahl von Bauelementen verwendet wird, beispielsweise in einem Rechner.
Die Quelle der "leichten" Fehler ist, wie gegenwärtig nachgewiesen wurde, daß Auftreffen von Alpha-Teilchen (Heliumkernen) auf das Halbleiterplattchen, wobei jedes Teilchen eine große Anzahl von Elektronen-Löcher-Paaren erzeugt, bevor es zur Ruhe kommt. Jedes Alpha-Teilchen kann ein Fehlersignal zur Folge haben, da die Anzahl der erzeugten Paare mit der in einem einzelnen Speicherelement des Bauelements gespeicherten Ladung vergleichbar ist. Die Alpha-Teilchen werden vom
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radioaktiven Zerfall von Spuren von Uran und/oder Thorium im Material des Gehäuses verursacht und weisen eine Energie von ca. 5 MeV auf. Beim Abbremsen in Silicium bewegt sich jedes Teilchen etwa 25 ,um und verliert etwa 3.6 eV für jedes erzeugte Elektron-Loch-Paar. Jedes Teilchen erzeugt somit etwa 1.4 - 10 Elektron-Loch-Paare über eine Entfernung von 25 μχη. Die Erscheinung des "leichten" Fehlers (soft error) wird vollständiger in "New Electronics" vom 6. März 1979, Seiten 30 bis 40, beschrieben.
Zur Ausschaltung des von einem Alpha-Teilchen bewirkten "leichten" Fehlers wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Bei einem größeren Rechnersystem ist es möglieh, Schaltkreise zur Fehlererkennung und -korrektur ungeachtet der Folge eines Verlustes an Geschwindigkeit vorzusehen. Eine weitere Möglichkeit ist eine sehr genaue Qualitätsüberwachung des Gehäusematerials. Die erforderliche Reinigung der betroffenen Materialien führt aber zu hohen Kosten bei dem Endprodukt.
Aufgabe der Erfindung ist daher den erwähnten, auf Alpha-Teilchen beruhenden Effekt von "leichten" Fehlern auf ein Mindestmaß zu vermindern.
Die Erfindung betrifft somit einen integrierten Halbleiterspeicher mit wahlfreiem Zugriff entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil angegebene Ausbildung gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem in einem Gehäuse verkapselten integrierten Halbleiterspeicher wird entsprechend der Erfindung grundsätzlich zwischen der die aktiven Halbleitereleraente enthaltenden Oberfläche des Halbleiterplättchens und dem als Quelle der Alpha-Teilchen wirksamen Gehäuseteil eine Schicht mit einer Dicke größer als die zu erwartende freie Weglänge der Alpha-Teilchen im Polymer angeordnet.
Wir haben gefunden, daß eine auf die aktive Oberflächenseite des Halbleiterplättchens eines Halbleiterbauelements aufgebrachte Beschichtung aus einem organischen Film, der ein Polymer bildet, eine wirksame Abschirmung gegen den Beschüß mit
Alpha-Teilchen ergibt.
Die Energie der Alpha-Teilchen, die während des Zerfalls
von Uran und Thorium emittiert werden, liegt im Bereich von bis 8 MeV. Derartige Teilchen haben eine Reichweite von einigen Zentimetern in Luft, jedoch von lediglich einigen /am in einem festen Material.Ihre Absorptionslänge im Silicium ist jedoch vergleichbar mit den Abmessungen einer integrierten Festkörperschaltung.
Es wurde gezeigt (vergleiche Friedlander & Kennedy-Nuclear & Radiochemistry , John Wiley & Sons Inc. 1962), daß die
Reichweite eines Alpha-Teilchens in einem Festkörper etwa durch die Beziehung gegeben ist
— = 0,9 + 0.0275Z + (0.06 - 0.0086Z) log -,
Ra M
wobei Rz die Reichweite im Element Z bedeutet, ausgedrückt in Milligramm pro Quadratzentimeter, Ra die Reichweite des gleichen Teilchens in Luft, M die Massezahl des Teilchens, im vorliegenden Fall 4, und E die Teilchenenergie sind. Aus der Beziehung wurde die Reichweite der Alpha-Teilchen mit
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Energien zwischen 5 bis 8 MeV in einem Polymer zwischen 20 bis 100 /um liegend berechnet, wobei die genaue Reichweite von der Teilchenenergie und dem Elementargehalt des Polymers abhängt. Allgemein gilt, daß Polymere mit einem großen Kohlenstoff/Wasserstoff-Verhältnis als Alpha-Teilchen-Absorber wirksamer sind.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der Fig. 1 bis 3, die unterschiedliche Herstellungsstadien bei der Herstellung eines gegen Alpha-Teilchen abgeschirmten integrierten Halbleiterspeichers veranschaulichen, ein Ausführungsbeispiel des integrierten Halbleiterspeichers nach der Erfindung beschrieben.
Das in den Figuren dargestellte Halbleiterplättchen 11 eines integrierten Halbleiterspeichers mit wahlfreiem Zugriff wird unter Anwendung von herkömmlichen Herstellungsprozessen der Halbleitertechnik gefertigt, wobei die Fläche des aktiven Halbleiterelements in die eine Oberflächenseite 12 des HaIbleiterplättchens ausgebildet wird. Das Halbleiterplättchen 11 wird dann auf den Gehäusesockel montiert, der aus dem Leiterrahmen 13 besteht, der an dem aus Keramik und Glas bestehenden Gehäuseteil 15 befestigt ist. Zwischen dem Leiterrahmen und den verschiedenen Anschlußflecken auf dem Halbleiterplättchen 11 sind die Drahtverbindungen 14 vorgesehen.
Um die aktive Oberflächenseite 12 des Halbleiterplättchens mit einem gegen Alpha-Teilchen wirksamen Schutz zu versehen, wird eine abgemessene Menge eines flüssigen organischen Monomers auf die Oberflächenseite 12 aufgebracht, wonach man sie in einem ebenen Film 17 auslaufen läßt. Danach wird der Film 17 polymerisiert, beispielsweise durch Erhitzen, durch die Anwendung von Ultraviolettstrahlung oder eines Elektronenstrahls, oder auch durch die Wirkung eines freie
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Radikale bildenden Katalysators, der zum Monomer vor dem Aufbringen zugefügt wurde. Zu diesem Zwecke können verschiedene Polymersysteme verwendet werden, sie müssen jedoch einer Anzahl von Bedingungen erfüllen:
1. Der Polymer darf nicht chemisch mit der aktiven Oberfläche des Bauelements reagieren.
2. Bei der Polymerisation dürfen keine schädlichen Rückstände entstehen. Der Polymer sollte daher vom Olefin-Typ sein, der keine Rückstände erzeugt, oder von Kondensations-Typ, wobei V/asser frei wird. Dieses Wasser dampft.dann während der anschließenden Arbeitsgänge ab.
3. Das Material sollte von Natur aus einen Film bilden, so daß der Monomer sich leicht und gleichförmig über die Oberfläche des Bauelements ausbreitet.
4. Das polymerisierte Material sollte am Bauelement haften und ausreichend elastisch sein, um während der folgenden Arbeitsgänge zum Herstellen des Bauelements einem Abblättern und/oder Beizen Widerstand zu leisten.
5. Der Polymer sollte bei den hohen Temperaturen, welche während der folgenden Fertigstellung des Bauelements angewendet werden, stabil sein.
Es wurde festgestellt, daß ein Polyimid-Monomer, der unter dem Handelsnamen PIQ von Hitachi geliefert wird, diese Bedingungen erfüllt. Dieses Material wurde ursprünglich als Fotolack entwickelt, ergibt aber einen wirksamen Schutz
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gegen Alpha-Teilchen, wenn er in einer Dicke von 20 bis 100 um auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird. Der PIQ-Monomer wird in einer zur Ausbildung einer ebenen Oberfläche ausreichenden Menge auf jedes Bauelementplättchen mittels einer Injektionsspritze aufgebracht und dann durch Erhitzen auf 180 bis 22O°C, vorzugsweise
ergibt die erforderliche Dicke.
auf 180 bis 22O°C, vorzugsweise 200°C, ausgehärtet. Dies
Nach dem Aushärten der Polymer-Schicht wird die Gehäusekappe 18 auf das Bauelement gebracht und das Gehäuse in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 400 G dicht verschmolzen, wobei eine Lotglasschicht 19 den Spalt zwischen den beiden Gehäuseteilen verschmilzt. Unter diesen Bedingungen hat sich der PIQ-Polymerfilm als stabil erwiesen; der Erhitzungsprozess bewirkt tatsächlich ein abschließendes Aushärten des Polymers.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Verkapselung eines Bauelements in einem keramischen Gehäuse, das allgemein als CERTIP-Gehäuse bekannt ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) kann ein Kunststoffgehäuse verwendet werden. Bei Anwendung eines -ähnlichen Verfahrens wird das Gehäuse in einem einzigen Vorgang um das Bauelement gegossen. Da die bei einem Kunststoffvergußprozess angewendeten Temperaturen niedriger sind als die bei einem keramischen Gehäuse erforderlichen, ist auch die Anforderung an den Polymer hinsichtlich der thermischen Stabilität weniger streng.
Eine Anzahl von Polymersystemen können als Abschirmungen gegen Alpha-Teilchen verwendet werden. Zwar wurde PIQ und andere Polyirnid-Harze bereits erwähnt, andere Materialien einschließlich Silicongummi und Isopren-Polymere wie auch andere Copolymer-Systeme, beispielsweise Butadien/Styren, können ebenfalls verwendet werden.
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e e r s e
it

Claims (12)

  1. P.J.A.McKeown 15-2-2-1 Fl 1071
    Go/Be 2.Dezember 1980
    Patentansprüche
    (lj) Integrierter Halbleiterspeicher mit wahlfreiem Zugriff, wobei der Halbleiterspeicher an einer Oberflächenseite eines Halbleiterp]ättchens ausgebildet ist, dadurch gekennzeichne t.
    5
    daß diese Oberflächenseite (12) mit einer Schicht aus einem organischen Polymer in einer solchen Dicke geschützt ist, daß das Auftreten von Alpha-Teilchen auf die Oberflächenseite auf eine Mindestmaß verringert ist.
  2. 2. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenseite (12) des Halbleiterplättchens (11) eine Schutzbedeckungsschicht (17) aus einem organischen Polymer in einer solchen Dicke aufweist, daß die Oberflächenseite (12) gegen das Auftreffen von Alpha-Teilchen geschützt ist.
  3. 3. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder
    2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schutzschicht größer ist als die erwartete freie Weglänge der Alpha-Teilchen, die auf die Oberflächenseite auftreten könnten.
  4. 4. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbedeckungsschicht (17) aus Polyimid besteht.
    130038/0861 r>„
    ORIGiMAL iNSr
    - p-
    P. J. Λ. Mc Keov/n 15-2-2-1 Fl 1071
  5. 5. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem organischen Copolymer besteht.
  6. 6. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche
    2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbedeckungsschicht (17) aus einem organischen Polymer besteht, der durch Bestrahlung mit Ultraviolettlicht oder Elektronen aushärtbar ist.
    10
  7. 7. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche
    2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbedeckungsschicht (17) aus einem organischen Polymer besteht, der thermisch aushärtbar ist.
    15
  8. 8. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplätchen (.11) in einem Gehäuse angeordnet ist.
  9. 9. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättchen (11) in einem Gehäuse aus keramischen Teilen angeordnet ist.
  10. 10. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbedeckungsschicht (17) aus einem Polymer besteht, der bei den Temperaturen, welche in den nach seinem Aufbringen auf das Halbleiterplättchen (11) angewendet werden, chemisch stabil bleibt.
  11. 11. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterspeichers nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflächenseite (12) des Halbleiterplattchens (11) eine zum Schutz gegen Alpha-
    130038/0861
    P.J.A.McKeown 15-2-2-1 Fl 1071
    Strahlen ausreichende Menge aus flüssigem monomeren Polyimid aufgebracht wird, um eine einheitliche Schutzschicht in einer Dicke zwischen 20 bis 100 /um zu erhalten, und daß der Monomer bei Temperaturen zwischen 180 und 2200C ausgehärtet wird.
  12. 12. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterspeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Material der Schutzbedeckungsschicht (17) bedeckte Halblexterplättchen (11) in einem Gehäuse aus keramischen Teilen angeordnet wird und daß die Gehäuseteile unter Verwendung eines Lotes und einer Anwendung von Hitze verbunden werden, wobei als Material der Schutzbedeckungsschicht ein solches verwendet wird, das chemisch beim Verlöten stabil bleibt.
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