DE3100303C2 - Halbleiterspeichereinrichtung - Google Patents

Halbleiterspeichereinrichtung

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Akio Nishikawa
Mikio Sato
Hiroshi Hitachi Suzuki
Goro Fujisawa Tanaka
Yoshiaki Kawasaki Wakashima
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Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

In einer Halbleiterspeichereinrichtung, die Halbleiterspeicherelemente umfaßt, welche einen solchen Integrationsgrad in Speicherschaltungen haben, daß Fehler durch Fremdkörpereinwirkung aufgrund von einfallenden α-Strahlen erzeugt werden, die von einem Gehäusematerial herkommen, und ein Gehäuse, mit dem die Speicherelemente verkapselt sind und das aus dem Gehäusematerial hergestellt ist, wird, wenn eine α-Strahlen-Abschirmungsschicht, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist, das ein oder mehrere hochreine Füllmaterialien enthalten kann und das eine Gesamtmenge an Uran und Thorium von 1 Teil pro Milliarde oder weniger enthält, zwischen die Speicherelemente und das Gehäuse eingefügt wird, die Erzeugung von Fehlern durch Fremdkörpereinwirkung wesentlich vermindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterspeichereinrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.
In einem Aufsatz, dessen Titel in deutscher Übersetzung lautet »Ein neuer physikalischer Mechanismus für Fehler durch Fremdkörpereinwirkung in dynamischen Speichern« (englischer Originaltitel: »A new Physical Mechanism for Soft Errors in Dynamic Memories«) und der im »16th Annual Proceedings of 1978 international Reliability Physics Symposium, April 18—20, 1978, San Diego. USA« auf den Seiten 33 — 40 wiedergegeben ist, wird berichtet daß beim Einfallen von Λ-Strahlen in Halbleiterspeicherzellen oft eine Umkehr der Information von »i«—»»0« oder »0«—»-»1« bewirkt wird, d. h. Fehler durch Fremdkörpereinwirkung verursacht werden. Eine Hauptquelle für die α-Strahlen sind SDurenmengen an Uran und Thorium, die im Gehäusematerial
ίο für die Halbleiterspeicherelemente enthalten sind, wie beispielsweise in Keramik, Metallen, Preßharzen oder dergleichen. Infolgedessen kann, wenn man Uran und Thorium aus einem solchen Gehäusematerial vollstän- <3g entfernt, die vorstehend erwähnte Schwierigkeit behoben werden. Gemäß dem genannten Bericht wurde versucht, Gehäusematerialien zu reinigen, um den Gehalt an Uran und Thorium zu vermindern, jedoch ist eine solche Reinigung bis zu einem hohen Niveau industriell mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden.
Infolgedessen hat es sich als praktisch schwierig erwiesen, das Problem der Fehler durch a-Sirahien-Einwirkung durch Reinigung des Gehäusematerials zu lösen.
Die DE-OS 29 51 762 betrifft eine Halbleitervorrichtung, die ein Abschirmungsteil (11,21) zur Abschirmung von durch das Einsiegelungselement abgestrahlten .t-Teilchen vorgesehen ist, wobei laut Anspruch 2 dieses Abschirmelement ein Siliciumteil und nach Anspruch 3 eine Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,999 Prozent darstellt. Der Abschirmeffekt beruht auf der hohen Reinheit des eingesetzten Abschirmungsmaterials.
In diesem Zusammenhang muß darauf hingewiesen werden, daß die Asuführungen auf Seite 5, ab Zeile 21 so nicht stimmen können, da Werkstoffe, die kein Uran und Thorium enthalten, nicht existieren.
Eine Menge an U und Th in der Größenordnung von Teilen pro Milliarde war in der Vergangenheit kein Problem, jedoch wurden durch die Entwicklung der halbleitertechnologie und die Steigerung der Speicherkapazität bis zu 16 K-Bits oder mthr, beispielsweise bis zu 64 K-Bits oder noch mehr, die Einwirkungen der λ-Strahlen aus so geringen Mengen an U und Th ein ernstes Problem.
In Beispiel 2 der DE-OS 29 51 762 wird die Angabe gemacht, daß das Harz (12) ein Silikonkautschuk, Polyimidharz, Polyimidisoindolchinazolindionharz und dergleichen sein kann.
Wenn statt einer Al· bzw. Si-Schicht eine Har/.schichi verwendet wird, können wegen ihrer vielen unterschiedlichen Eigenschaften die bei einer Al- oder Si-Schicht angewandten Verfahren im Falle der Harzschicht keine Anwendung finden.
Das Silikonharz kann nicht direkt auf die Speicherschicht oder den Chip aufgebracht werden und muß deshalb auf der Rückseite des Gehäusematerials angebracht werden. Sollte ein anderes der erwähnten Harze verwendet werden, z. B. Polyimidharz, so wäre es in der gleichen Weise angebracht worden. Über die Reinheit der Harze ist nichts ausgesagt.
In »Nachrichtentechnische Zeitschrift« 1979, Heft 6,
S. 375 bis 381, wird nur die allgemeine Vorstellung offenbart, einen Chip durch Harztröpfchen abzuschirmen. Dort wird nichts über die Reinheit des Harzes von U- und Th-Mengen gesagt, auch nichts über die Form des Harzes oder der Dicke. Bei Verwendung eines nur wc·
b5 nig gereinigter! Harzes können die gewünschten I£rgebnisse nicht erzielt und die gestellte Aufgabe nicht gelöst werden.
Beispielsweise wird ferner in Beispiel 11 und l'ig. 11
31 OO
der DE-OS 29 51 762 Polyimidharz 22 als Haftmittel zur Anbringung des Si-Substrates 11, das die «-Strahlen-Abschirmschicht darstellt, verwendet In Beispiel 15 und Fig. 17 wird zur Haftung des Si-Substrates Polyimidharz 12 verwendet Ober die Reinheit des Polyimidharzes wird hier ebenfalls nichts ausgesagt
Aufgabe der Erfindung ist es, eine «-Strahlen-Abschirmschicht innerhalb einer Speichereinrichtung bereitzustellen, die die Fehlerrate erheblich herabsetzt Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst
Zwischen einer Harzabschirmschicht und einer Abschirmschicht aus Aluminium, Silicium oder anderen Stoffen bestehen in technologischer Hinsicht vielerlei Unterschiede. So kann die Ai- bzw. Si-Schicht nicht dirckt auf dem Chip oder auf den Speicherelementen ausgebildet werden, was mit einem Harz bei den entsprechenden niedrigen Temperaturen durchaus möglich ist Line Schicht aus Aluminium oder Silicium wird auf den Chip mit Hilfe eines Klebstoffs aufgebracht, was bei der Verwendung eines Harzabschirmelements nicht not wendig ist. Die Metallschicht kann zwar gereinigt werden, aber die Reinigung ist sehr kompliziert, was bei Harzen wesentlich einfacher ist Außerdem ist die Haftfähigkeit der Metallabschirmschicht von dem Klebstoff abhängig, während die Haftfähigkeit der Harzschicht an sich hervorragend ist und das Zwischenschalten eines besonderen Klebstoffs nicht notwendig ist Außerdem kann bei dem Auftragen einer Harzschicht die Schichtdicke beliebig eingestellt werden, was bei Metallschichten nicht möglich ist. Man muß dann mehrere aufeinandersetzen und diese verkleben. So sind z. B. für eine Dicke von 30 μπι mindestens 6 Schichten notwendig. Außerdem muß man auch darauf achten, daß der Klebstoff gereinigt ist.
Geht man von einer Harzschicht aus, so zeigt die Struktur der Fig. 17 der DE-OS 29 51 762, daß die alleinige Verwendung einer Polyimidschicht zur Abschirmung gegen «-Strahlen nicht möglich ist In diesem Fall wird sogar das Polyimidharz 12 nur für das Anbringen bzw. Ankleben des Siliciumsubstrates 11 verwendet und braucht nicht dick aufgeschichtet zu sein.
Aus der oben zitierten Stelle geht eindeutig hervor, daß seinerzeit nicht daran gedacht wurde, die bekannte ΛΙ- bzw. Si- oder SiO-Schicht durch rinen irgendwie gearteten Kunststoff zu ersetzen, ja es wurde geradezu von diesem Ersatz abgeraten, was insbesondere interessant ist in dem Verhältnis der beiden Literaturstellen zueinander. In der DE-OS ?9 51 762 wird von der Lösung der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift«, 1979, Heft 6, S. 375 bis 381, abgeraten.
In bezug auf die genannte zweite Literaturstelle ist zu sagen, daß nicht ein beliebiges Harz eingesetzt werden kann, um den gewünschten Effekt zu bringen. Zwar mag der Hinweis im Anspruch 1 sehr simpel sein, daß man ein Harzmaterial nimmt, das einen Teil pro Milliarde oder weniger an Uran und Thorium enthält, für die Funktionsfähigkeit des Erfindungsgegenstandes ist dies jedoch sehr wichtig.
I lerkömmlich verwendetes Harz enthält viel von Verschicdenen Quellen, z. B. vom Reaktor und dergleichen, stammendes U und Th. Das Vergleichsbeispiel 1 vorliegender Erfindung zeigt diesen Fall deutlich auf. In diesem Verglcichsbeispiel wurde Siliciumdioxidpulver zur Kontrolle des thermalen Expansionskoeffizienten des Harzes verwendet. Bei de: Verwendung eines solchen I lar/cs werden keine guten Ergebnisse erzielt. Deshalb isi die erfindungsgemäß vorgesehene Reinigung des Harzes bis zu einer Gesamtmenge an U und Th von 1 ppb(Teil pro Milliarde) sehr wichtig.
Diesseits wurden also Untersuchungen über die Reinigung von Gehäusematerialien durchgeführt und es wurde gefunden, daß die Erscheinung von Fehlern durch «-Strahlen-Einwirkung merklich vermindert war oder kaum stattfand, wenn der Gehalt an Uran und Thorium unterhalb gewisser Werte lag.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine einen hohen Integrationsgrad in Speicherschaltungen aufweisende Halbleiterspeichereinrichtung zur Verfugung gestellt die nur wenige Fehler durch Einwirkung aufgrund von «-Strahlen hervorbringt
In der Zeichnung sind in der F i g. 1 bis 5 Querschnittsansichten einiger Beispiele der Halbleiterspeichereinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung dargestellt
Gemäß der Erfindung kann eine einen hohen Integrationsgrad in Speicherschaltungen aufweisende Halbleiterspeichereinrichtung hergestellt weiv-n, die bemerkenswert wenige oder praktisch keine F'efsr durch «- Strahlen-Einwirkung hervorbringt, indem eine «-Strahlen-Abschirmschicht die aus einem Harzmaterial hergestellt ist, welches Uran und Thorium in einer Gesamtmenge VO-: 1 Gewichtsteil pro Milliarde Gewichtsteile der «-Strahlen-Abschirmschicht (bzw. 1 Teil pro 109 Teile) oder weniger enthält und mindestens 40 μπι dick ist (ein solches Material wird nachstehend als »hochreines Harzmaterial« bezeichnet), zwischen der Oberfläche der Speicherelemente und dem Gehäuse angeordnet wird. Es ist möglich, Fehler durch Fremdkörpereinwirkung («-Strahlen-Einfall) mittels elektrischer Schaltungen zu korrigieren, und auf diese Weise ist es möglich, die Betriebszuverlässigkeit der Einrichtungen, wie beispielsweise von Rechnern, sicherzustellen. Jedoch wird, wie allgemein anerkannt ist, das Sicherstellen der Betriebszuverlässigkeit von Einrichtungen mittels elektrischer Schaltungen schwierig, wenn die Rate der fehler durch Fremdkörpereinwirkung bei Speicherelementen selbst über 1000 Fitte (1 Fitt bedeutet daß ein Fehler pro 10" Stunden pro einem Speicherelement stattfindet) beträgt Daher ist es von wesentlicher Bedeutung, die Erzeugungsrate von Fehlern durch «-Strahlen-Einwirkung in Speicherelementen selbst auf weniger als 1000 Fitte herabzudrücken.
Die Erzeugungsrate von Fehlern durch Λ-Strahlen-Einwirkung wird unter 100 Fitte herabgedrückt, indem die Gesamtmenge an Uran und Thorium so klein gemacht wird, daß sie 0.2 Teile pro Milliarde oder weniger beträgt
Die «-Strahlen-Abschirmschicht wird zwischen den Speicherelementen und dem Gehäuse ausgebildet, wie vorsieheno' erwähnt. Im einzelnen ist es zu bevorzugen, die obere Oberfläche der Speicherelemente in dem Bereich, welcher dem Bereich des Einfallswinkel von a-Strahlen von 20° bis 90° (senkrechter Einfall) entspricht, mit der «-Strahlen-Abschirmschicht abzudecken. Es ist noch mehr zu bevorzugen, die gesamten Oberflächen der Halbleiterspeicherelemente vollständig mit der «- Strahlen-Abschirmungschicht abzudecken. In jedem Fall kann die «-Strahlen-Abschirmschicht direki auf den Oberflächen der Halbleiterspeicherelemente ausgebildet werden, oder sie kann ohne direkte Berührung mit den Speicherelemente«; ausgebildet werden, beispielsweise auf der Seite bzw. am Keramikgehäuse, d. h. auf der Rückseite des Gehäuses.
Das Harzmateria!, das die Λ-Strahlen-Abschirmungsschicht bildet, besteht aus Polymer bzw. Polymeren, wie
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beispielsweise synthetischen Harzen, natürlichen Harzen, synthetischen Gummis bzw. Kautschuken, natürlichen Gummis bzw. Kautschuken, und dergl. Im Falle von Polymeren, die durch Synthese erhalten worden sind, können hochgereinigte Polymere leicht durch Polymerisation von Monomeren hergestellt werden, die ihrerseits gereinigt sind, beispielsweise durch Destillation, Rekristallisation, und dgl. Beispiele von Harzmaterialien sind Polyimide, Polyamide, Polybenzimidazol, Palyamid-imide, Polyimidisoindrochinazolindion, Ep oxyharze. Phenolharze, Diallylphthalatharze, Fluorharze, Polyesterharze, Silikonharze, Polysilikatharze und dgl. Das Harzmaterial kann verschiedene Arten von Füllmaterialien zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der «-Strahlen-Abschirmungsschicht enthalten. Es erscheint überflüssig, darauf hinzuweisen, daß die Füllmaterialien hochgereinigte Füllmaterialien im Sinne der Erfindung sein sollten, damit die oben genannten Bedingungen hinsichtlich des Gehalts an Uran und Thorium erfüllt sind.
Hochreine Füllmaterialien werden in der Weise hergestellt, daß man als Ausgangsmaterialien organometallische Verbindungen verwendet, wie beispielsweise Siliciumverbindungen, z. B. Tetramethylsilan, Dimethyl-dimethoxysilan, Trichlorsilan, Tetraäthoxysilan, Dimethyidichlorsilan. Diphenyldichlorsilan. etc.; Aluminiumverbindungen, z. B. Aluminiumtriisopropylat, Monosek.-butoxyaluminium-diisopropylat. Aluminium-tributylat, Äthylacetacetat-aluminiumdiisopropylat, Aluminium-tris{äthylacetacetdt) etc.; Zirconiumverbindungen, z. B. Zirconium-tetrakisacetylacetonat, etc.; Zinkverbindungen, z. 3. Zinksalicylat, Zinkoctoat, etc.; Bleiverbindungen, z. B. Bleioctoat, Tetraphenylblei etc.; Zinnverbindungen, z. B. Zinnoctoat, Tetraphenylzinn, etc.
Diese Verbindungen werden vorzugsweise verwendet, nachdem sie gereinigt worden sind, und zwar z. B. durch Destination. Rekristallisation oder dergu und sie werden in Luft oder in Sauerstoff durch Erhitzungsoxidation oder Plasmaoxidation oxidiert, so daß man hochreine Füllmaterialien in der Form von Oxiden oder Nitriden erhält Bei der praktischen Behandlung ist es vorteilhaft, diese Ausgangsmaterialien zu hydrolysieren oder andere Arten von Ausgangsmaterialien zu hydrolysieren, und zwar gefolgt von einer Polymerisation vor der Oxidation dieser Ausgangsmaterialien. Beispielsweise ergibt sich ein Vorteil insofern, als eine Flüchtigkeitszerstäubung der Ausgangsmaterialien während des Erhitzens verhindert werden kann. Die auf diese Weise synthetisch hergestellten Metalloxide liegen allgemein in Pulverzustand vor und können, wie sie sind, als Füllmaterialien verwendet werden. Nötigenfalls können diese Metalloxide feiner gemahlen werden. Es ist !eicht, diese Metalloxid-Füllmaterialien zu erhalten, die bemerkenswert kleine Mengen an Uran und Thorium im Vergleich mit allgemein verwendeten Füllmaterialien enthalten, welche durch Feinmahlen von natürlichen Produkten hergestellt werden.
Andere Beispiele von Füllmaterialien sind Polymere, die aus sich selbst heraus keine Filmbildungsfähigkeit haben, wie beispielsweise Polyimidpulver, dessen Ring durch Erhitzen geschlossen worden ist, Polymidazopyrrolonpulver. Poly-Schiff-Basen, Silikongummi bzw. -kautschuk, und dgl.
Die Verwendung von Beschichtungsmaterial, das ein Füllmaterial enthält, ermöglicht es, die Erzeugung von Rissen, welche durch Schrumpfung während der Zeit des Brennens oder während Erhitzungszyklen verursacht werden, zu verhindern, die Festigkeit der Abschirmungsschicht zu verbessern, die Temperatur, bei welcher ein Gewichtsverlust beim Erhitzen beginnt, zu verbessern, die Wärmeleitfähigkeit (Wärmeau.sbreitung.s- bzw. -verteilungseigenschaften) zu verbessern, und clic Wärmeausdehungskoeffizienten zu vermindern.
Wenn die Abschirmungsschicht unter Verwendung von Harzmaterial oder ein Füllmaterial enthaltendem Harzmateria! ausgebildet wird, kann ein geeignetes Lösungsmittel zum Auflösen oder Dispergieren des llar/-materials mit oder ohne Füllmaterial verwendet werden. Als Lösungsmittel können solche Lösungsmittel verwendet werden, wie sie konvcntionellerweisc als Lösungsmittel für Harzfirnisse verwendet werden. Beispiele solcher Lösungsmittel sind N-Methyl-2-pyrrolidon.
N.N-Dimethylacetamid, N.N-Dimethylformamid, N,N-Diäthylformamid, N-Methyiformamid, DimethylMilfoxid. Ν,Ν-Diäthylacetamid. N.N-Dimcthylmcthoxy-acctamid, Hexamethylphosphoramid, Pyridin, Dimethylsulion, Tetramethyisuifon, Dimeihyiieiratncihyicn-suiioii.
Phenol, Kresol, Xylenole, Ketone,Toluon, Benzol, Alkohole und dgl. Diese Lösungsmittel können allein oder in einer Mischung derselben verwendet werden. Dax Harzmaterial kann nötigenfalls eines oder mehrere konventionelle Silankettenkopplungsmittcl enthalten, wie beispielsweise Aminosilan, Epoxysilan, Mcrcaptosilan, Vinylsüan und dergl., und ein oder mehrere oberflächenaktive Mittel, wie beispielsweise Fluorkohlcnstoffc. und dgl. Es erscheint überflüssig, darauf hinzuweisen, daß diese Lösungsmittel und Zusätze Uran und Thorium in bemerkenswert kleinen Mengen oder überhaupt nicht enthalten sollen.
Die «-Strahlen-Abschirmungsschicht, die aus hochreinem Harzmaterial hergestellt ist. das ein oder mehrere Füllmaterialien oder kein Füllmaterial enthält, und die eine Dicke von 40 μίτι oder mehr hat. erbringt ausreichende Wirkungen zur Verhinderung von Fehlern durch Frerridkörpereinwirkurig.
Die Ausbildung der «-Strahlen-Abschirmungsschicht zwischen dem Gehäuse und den Speicherelementen sei nachstehend in näheren Einzelheiten unter Bc/.ugnah me auf die Figuren der Zeichnung erläutert. Die F i g. 1 ist eine perspektivische Schnittansicht einer Halbleilerspeichereinrichtung vom Dual-in-linc-Typ mit Ilar/gehäuse, auf die die Erfindung angewandt ist. In F i g. I ist mit 1 ein Halbleiterspeicherelement bezeichnet, das ein Siliciumchip ist, das Bezugszeichen 2 ist einem Träger für den Siliciumchip zugeordnet, mit 3 ist eine Leitung bezeichnet, das Bezugszeichen 4 ist einem Verbindungsdraht zugeordnet, mit 5 ost ein Harzgehäuse (das bci- spielsweise durch Vergießen, Verpressen od. dg1 von Harz um das Halbleiterspeicherelement herum ausgebildet ist) bezeichnet, und 6 ist eine Λ-Strahlen-Abschirmungsschicht. In diesem Beispiel ist die «-Strahlen-Abschirmungsschicht 6 auf die Oberfläche des Siliciumchips durch Beschichten aufgebracht. Das Harzgehäusc 5 kann durch Formpressen eines hitzehärtbaren Harzes, wie beispielsweise eines Epoxyharzes, ausgebildet werden. Die F i g. 2 und 3 sind Querschnittsansichten von Halbleiterspeichereinrichtungen vom Dual-in-line-Typ mit Keramikgehäuse, auf die die Erfindung angewandt wird. Mit 7a und 7b sind Keramikgehäuse bezeichnet, die mit Abdichtungsmaterialien 8a und Sb, beispielsweise Glas, dicht verschlossen sind. Ein Siliciumchip 1 isi auf dem Gehäuseteil 8b mit einem Verbindungsmittel, wie beispielsweise einer Siiberpaste, einer eütektischcn Gold-Silicium-Kristallschicht oder einer Lötmittel- bzw. Lötschicht wie konventionellerweise verwendet, befestigt In F i g. 2 ist die ar-Strahlen-Abschirmungsschicht 6
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durch Beschichtung auf der Oberfläche des Siliciumehips 1 aufgebracht, während sie in Fig.3 durch Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Gehäuseteils Tu aufgebracht ist. Im Falle der F i g. 2 wird eine kleinere Menge an Λ-Strahlen-Abschirmungsmaterial verwendet, als d»s im Falle der F i g. 3 geschieht. Andererseits ist es im Falle der Fig.3 nicht immer notwendig, ein Füllmaterial zum Harzmaterial, das die A-Strahlen-Abschirmungsschicht 6 bildet, hinzuzufügen; das ist vorteilhaft. Mit anderen Worten bedeutet das, daß es oft erforderlich ist, dem Harzmaterial ein Füllmaterial hinzuzufügen, um eine Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildung zu erzielen, wenn das Harzmaterial durch Beschichtung direkt auf dem Siliciumchip 1 aufgebracht wird, jedoch ist im Falle der F i g. 3 ein solches Hinzufügen von Füllmaterial nicht immer notwendig. Weiterhin besteht keine Gefahr, daß der Siliciumchip 1 und der Verbindungsdraht 4 während des Herstellungsvorgangs der Halbleiterspeicher berührt und beschädigt werden.
Die Fig.4 und 5 sind Querschnittsansichten von llalblciterspcichereinrichtungen vom Dual-in-line-Typ mit einem Keramikgehäuse (zusammengebrannte Keramik — geschichtete Keramik) mit einer Metallkappe, auf welche die Erfindung angewandt wird. In den F i g. 4 und 5 ist mit 10 eine Metallkappe bezeichnet, die zum Beispiel aus goldplattiertem Koval (einer Fe-Ni-Co-Legierung) hergestellt ist, und mit lla und 1 Ii) sind Keramikgehäuseteile bezeichnet, die in einem Stück zusamme" mit der Leitung 3 ausgebildet werden, und das Bezugszeichen 12 ist einem Dichtungsmaterial zugeordnet, wie beispielsweise einer Au — Sn-Legierung, welche die Grenzfläche zwischen der Metallklappe 10 und dem Keramikgehäuseteil Ha dicht verschließt. Die Leitung3 ist vom Scitenhartlöt-Typ. Die in den Fig.4 und 5 gezeigten Beispiele sind grundsätzlich die gleichen, wie sie in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, mit Ausnähme des materiellen Aufbaus der Metallkappe 10 und des Abdichiungsmaterials 12, sowie der Tatsache, daß die Keramikgehäuse Ua und 11b vorgeformt und gesintert werden.
Da Fehler durch Fremdkörpereinwirkung leicht in I lalbleiterspeicherelementen verursacht werden, die einen hohen Integrationsgrad haben, beispielsweise bei einem Halbleiterspeicherelement, bei dem eine Seite des Spcichereiements etwa 3 bis 10 mm lang ist, wird die Erfindung im Falle von Halbleiterspeicherelementen vom bipolaren Typ, und zwar von solchen, die einen Integrationsgrad von einer Speicherkapazität von 1 K-Bit oder mehr haben, sowie im Falle von Halbleiterspeichcrelementen vom MIS-(Metall-Isolator-Halbleiier)-Typ, und zwar solchen, die einen Integrationsgrad von einer Speicherkapazität von 10 K-Bits oder mehr, insbesondere 64 K-Bits oder mehr, haben, wirksamer, wenn sie auf Speicherelemente angewandt wird, die einen solchen Integrationsgrad haben, wie er vorstehend erwähnt ist.
Der Gehalt an Uran und Thorium kann mittels einer konventionellen Radioaktivierungsanalyse bestimmt werden. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Werte beispielsweise durch das Neutronenradioaktivierungs-Analyseverfahren unter Verwendung eines Kernreaktors erhalten. Uran-239 und Thorium-233, die durch die ΠΑ-Reaktion aus Uran-238 und Thorium-232 gebildet werden, zerfallen durch /f-Zerfaü mit einer Halbwertszeit von 23,5 Minuten zu Plutonium-239 bzw. Uran-233. Die hierbei ausgestrahlten ^-Strahlen werden gezählt bzw. gemessen, und die Mengen an Uran und Thorium können quantitativ durch Vergleich mit der
Zähl- bzw. Meßrate der /-Strahlen einer Standardprobe, die unter den gleichen Bedingungen bestrahlt worden ist, bestimmt werden. Die Meßbedingungen sind folgende:
Detektor: Ein Ge-(Li)-Halbleiterdetektor
Analysator: Ein 4000 Kanal Wellenhöhenanalysator
Zähl- bzw.
Meßzeit: 500 bis 60 000 Sekunden.
Die Erfindung sei nun durch die folgenden Beispiele und Experimente verdeutlicht, worin alle Teile Gewichtsteile sind:
Beispiel 1
Ein Harzmaterial (Zusammensetzung) zum Ausbilden einer «-Strahlen-Abschirmschicht wurde in der Weise hergestellt, daß die folgenden Anteile miteinander gemischt wurden: 50 Teile von 3,4-Epoxycyclohexy-methyl-S^-epoxycyclohexancarboxylat, das durch Vakuumdestillation eines kommerziell erhältlichen solchen Materials unter einem Druck von 1 mm Hg bei 155° bis 158°C gereinigt worden war; 50 Teile von Vinylcyclohexan-dioxid, das unter 1 mm Hg bei 65° bis 67°C vakuumdestilliert worden war; 77 Teile Methyl-Nadicanhydrid (ein Härtungsmittel), das unter 1 mm Hg bei 113° bis 115° C vakuumdestilliert worden war; 66 Teile von Hexahydrophthalsäureanhydrid (ein Härtungsmittel), das unter 3 mm Hg bei 118° bis 122° C destilliert worden ist; 370 Teile von Pulvern als Füllmaterialien, die durch Reinigen von Äthylsilikat bei 168° bis 170° C hergestellt worden waren, gefolgt von einer Hydrolyse und einem Erhitzen in der Luft bei etwa 5000C während 4 Stunden: 2 Teile von Tetraphenylphosphoraum-tetraphenylborat (ein Härtungsbeschleuniger); und 2 Teile von /-Glycidoxypropyi-tri.-nethoxysibn (ein Verkettungsmittel). Die Radioaktivierungsanalyse dieser Zusammensetzung zeigte, daß der Urangehalt 0,45 Teile pro Milliarde und der Thoriumgehalt 0,55 Teiie pro Milliarde betrug.
Diese Zusammensetzung wurde durch Beschichtung auf Direktzugriffsspeicherelemente vom MOS-Typ aufgebracht, die eine Speicherkapazität von 16 K-Bit hatten, so daß sich eine Dicke von 1 bis 1,5 mm ergab, und dann erfolgte ein Härten bei Erhitzung auf 1500C während 3 Stunden, so daß die gewünschte Halbleiterspeichereinrichtung hergestellt wurde, die eine Integralstruktur hatte, worin die Abschirmungsschicht und das Gehäuse aus den gleichen Materialien hergestellt waren.
D:e Fehlerrate von Fehlern durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei dieser Einrichtung 900 Fine.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Gehäusematerial unter Verwendung des gleichen Epoxyharzrohmaterials hergestellt, wie es in Beispiel 1 verwendet worden war, jedoch ohne Reinigung, und mit nichtgereinigten, kommerziell erhältlichen Siliciumdioxidpulvern als Füllmaterial. Das erhaltene Gehäusematerial enthielt Uran in einer Menge von 18 Teilen pro Milliarde und Thorium in einer Menge von 11 Teilen pro Milliarde. Es wurde eine Speichereinrichtung hergestellt indem dieses Gehäusematerial auf die Gesamtheit der Speicherelemente durch Beschichter, aufgebracht und gehärtet wurde, und zwar in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei dieser Speichereinrichtung 3,5 χ 10" Fitte.
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Beispiel 2
Es wurde eine Harzzusammensetzung durch Mischen der gleichen Bestandteile, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden waren, hergestellt, jedoch mit Ausnahme des Füllmaterials. Pie erhaltene Harzzusammensetzung enthielt Uran in einer Menge von weniger als 0,02 Teile pro Milliarde unc Thorium in einer Menge von weniger als 0,05 Teile pro Milliarde. Die Harzzusammensetzung wurde in zwei Arten durch Beschichten auf Speicherelemente aufgebracht; d. h. 40 bis 50 μιτι dick und 1 bis 1,5 mm dick, und sie wurde gebrannt. Nach dem Brennen entstanden Risse in den letzteren Speicherelementen.
Die Speicherelemente, die mit der Harzzusammensetzung in einer Dicke von 40 bis 50 μπι beschichtet worden waren, wurden mit dem gleichen Gehäusematerial, wie es im Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden i k iH d
g
ar mit einer Dicke
1 bis ! 5
gehärtet. Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung bei der erhaltenen Speichereinrichtung war 30 Fine.
Beispiel 3
Poly(säureamid) wurde hergestellt durch Reagieren von 4,4'-Diaminodipheny!äther, der in n-Butanol rekristallisiert worden war, mit Pyromellitsäure-dianhydrid, das durch Rekristallisation von Essigsäureanhydrid erhalten worden war, gefolgt durch Reinigung mittels Sublimation in äquimolaren Mengen in N-Methylpyrrolidon, das durch Trocknen mit Phosphorsäureanhydrid erhalten worden war, gefolgt durch Reinigung mittels Destillation. Das erhaltene Poly(säureamid) wurde auf die gleichen Speicherelemente, wie sie in Beispiel ! benutzt worden waren, durch Beschichten aufgebracht und erhitzt, und zwar während 2 Stunden mit 100° C, während 1 Stunde mit 200° C und während 1 Stunde mit 350° C, so daß sich eine Abschirmungsschicht von Polyamid ergab, die eine Dicke von 40 bis 50 μηι hatte.
Nachfolgend wurde eine Metallkappe auf ein Keramikgehäuse bei etwa 380"€ unter Verwendung eines Au-Sn-Reihenabdichtungsmaterials zur Ausbildung eines Gehäuses aufgeschmolzen.
Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 25 Fitte.
Das oben erwähnte Polyimid enthielt Uran in einer Menge von weniger als 0,02 Teile pro Milliarde und Thorium in einer Menge von weniger als 0,05 Teile pro Milliarde.
Beispiel 4
Es wurde eine Halbleiterspeichereinrichtung in der gleichen Weise hergestellt, wie im Beispiel 3 beschrieben, jedoch mit der Ausnahme, daß keine Reinigungsbehandlung durchgeführt wurde. Das Harzmaterial (Polyimid) enthielt Uran in einer Menge von 0,07 Teile pro Milliarde und Thorium in einer Menge von 0,13 Teile pro Milliarde.
Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 100 Fitte.
Andererseits betrug die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung bei einer Speichereinrichtung, die nur mittels eines keramischen Gehäuses sshne Beschichtung mit Polyimid hergestellt worden war, 4.5 xlO6Frtte.
Beispiel 5
Äthylacetacetataluminium-diisopropylat, das durch Destillation bei 165° bis 175°C unter 3 mm I Ig gereinigt worden war, wurde in einer Menge von 100 Teilen in 500 Teilen Isopropanol aufgelöst, mit 10 Teilen Wasser gemischt und 1 Tag stehengelassen. Dann wurde die Mischung an Luft während 1 Stunde mit 1500C, wahrend 1 Stunde mit 200°C, während 1 Stunde mit 300"C, während 1 Stunde mit 400°C, während 1 Stunde mil 500°C, während 1 Stunde mit 600C und während 1 Stunde mit 700°C zum Zwecke der Oxidation erhitzt, nachfolgend wurde sie in einem Achatmörser sacht zerrieben, so daß feines Pulver erhalten wurde. Das feine Pulver wurde mit dem gleichen hochreinen Poly(säuri:- amid)-Firnis, wie er in Beispiel 3 hergestellt worden war, gemischt, so daß eine Harzzusammensetzung erhalten wurde. Das Mischungsverhältnis des erhaltenen Polyimifk mit dem feinen Pulver betrug gewichtsmäßig 40:60. Die Harzzusammensetzung wurde durch Beschichten auf die gleichen Speicherelemente aufgebracht, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden waren, und zwar so, daß sich eine Abschirmungsschicht ergab, die eine Dicke von 40 bis 50 μιτι hatte. Es wurde eine Halbleiterspeichereinrichtung hergestellt, indem ein Keramikgehäuse und ein niedrigschmelzendes Glas als Schmelzmaterial verwendet wurden, und diese Anordnung wurde einer Abdichtungsbehandlung bei etwa 450° C unterworfen.
Die Harzzusammensetzung enthielt Uran in einer Menge von weniger als 0.07 Teile pro Milliarde und Thorium in einer Menge von weniger als 0,05 Teile pro Milliarde.
Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 40 Fitte.
Experiment 1
Es wurde eine Harzzusammensetzung hergestellt durch Vermischen eines Silicium enthaltende «,w-Dihydroxypolydimethylsiloxans, hergestellt durch Hydrolyse von Dimethyldichlorsilan, gereinigt durch Destillation, und Äthylsilikat, gereinigt durch Destillation, als Vernetzungsmittel mit feingepulvertem Siliciumdioxid in einem Gewichtsverhältnis von 60/40, gefolgt durch Hinzufügen von 0,2 Gew.-% von Dibutylzinnlaurai. Die Harzzusammensetzung wurde auf die gleichen Speicherelemente, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden
so waren, in einer Dicke von 50 bis 60 μπι durch Beschichtung aufgebracht, sie wurde eine Weile stehengelassen, und sie wurde bei einer Temperatur, die höher als 1500C war, gehärtet, so daß sie eine Abschirmungsschicht ergab. Es wurde eine Speichereinrichtung durch Verkapsein der erhaltenen Speicherelemente mit einem Epoxyharz-Formpreßmaterial, das etwa 70 Gew.-% Silicium-Glas-Pulver enthielt, hergestellt
Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 95XlO3FiUe.
Die Abschirmungsschicht enthielt Uran und Thorium in Mengen von 1,5 Teile pro Milliarde insgesamt.
Beispiel 6
Es wurde eine Harzzusammensetzung in der gleichen Weise, wie im Experiment 1 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der Tatsache, daß Siliciumdioxidpufver, die
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11
synthetisch aus durch Destillation gereinigtem Äthylsilikat hergestellt worden waren, wie sie in Beispiel 1 verv. endet worden sind, anstelle des feingepulverten Siliciumdioxids verwendet wurden. Es wurde eine Speichereinrichtung in der gleichen Weise hergestellt, wie im I-Apcrinient I beschrieben, indem die oben erwähnte Harz/.usamrnensetzung und das Epoxyharzgehäuse (wie die Epoxyhar/.vijrkapsclung auch bezeichnet werden kann) verwendet wurden.
Die Fchlerratc der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 40 Fine.
Die oben erwähnte Harzzusammensetzung enthielt Uran in einer Menge von weniger als 0,05 Teile pro Milliarde.
Beispiel 7
Polydimeihylsiloxan, das durch die Formel [(CIIOjSiO],, v. adergegeben wird, worin η hauptsächlieh 3 bis b ist, wurde durch Destillation bei 170° bis 250"C gereinigt und in einer Sauerstoffatmosphäre oxidiert, so daß ein feines Pulver erhalten wurde, welches SiO2 als Hauptanteil enthielt. Es wurde eine Harzzusainmcnsct/.ung zur Ausbildung einer Abschirmungsschicht gebildet, indem 15 Teile des erwähnten feinen Pulvers zu 100 Teilen von Poly(säureainid)-Fimis hinzugefügt wurden, der aus dem durch Rekristallisation gereinigten Monomer (PIQ, ein Warenzeichen der Hitachi Chemical Co., Ltd., nichtflüchtiger Gehalt 10%, ein durch Destillation gereinigtes Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon) synthetisiert worden war. Dieser Firnis wurde durch Beschichtung auf Halbleiterspeicherelemcntc vom bipolaren Typ aufgebracht, die eine Kapazität von 1 K-Bit hatten, und während 2 Stunden mit !00°C. während 1 Stunde mit 200°C und während 1 Stunde mit 350°C erhitzt, so daß er eine Abschirmungsschicht ergab, die aus Polyimid-sioindrochinazolindion bestand und eine Dicke von 75 bis 90 μητι hatte. Die Speicherelemente wurden zur Ausbildung einer Speichercinrichtung mit einem Keramikgehäuse verkapselt.
Die Fchlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 15 l'itlc.
Der vorstehend genannte Firnis enthielt Uran in einer Menge von weniger als 0,02 Teile pro Milliarde und Thorium in einer Menge von weniger als 0,05 Teile pro Milliarde.
Experiment 2
Es wurde eine Speichereinrichtung in der gleichen Weise wie in Beispiel 7 beschrieben, hergestellt, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, daß als Harzzusammensetzung zur Ausbildung einer Abschirmungsschicht eine solche verwendet wurde, die durch Mischen von 15 Teilen feiner Pulver aus kommerziell erhältlichem Siliciumdioxid-Glas und 100 Teilen des gleichen PIQ-Firnisses, wie er in Beispiel 7 verwendet worden war, hergestellt wurde.
Die Fehlerrate der Fehler durch Fremdkörpereinwirkung betrug bei der erhaltenen Speichereinrichtung 3500 Fitte.
Die vorstehend erwähnte Harzzusammensetzung enthielt Uran in einer Menge von 15Teilen pro Milliarde.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

31 OO 303 Patentansprüche:
1. Halb'ieiterspeichereinrichtung mit Halbleiterspeicherelementen, welche einen solchen Integrationsgrad in Speicherschaltungen haben, daß Fehler aufgrund des Einfalls von α-Strahlen hervorgerufen werden, die von einem Gehäusematerial herkommen, mit einem Gehäuse, das die Speicherelemente aufnimmt bzw. verkapselt, und mit einer a-Strahlen-Abschirmschicht aus Harzmaterial zwischen der Oberfläche der Speicherelemente und dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzmaterial der a-Strahlen-Abschirmschicht (6) einen Gesamtgehalt an Uran und Thorium von 1 Gewichtsteil oder weniger pro Milliarde Gewichtsteile der a-Strahlen-Abschirmschicht (6) aufweist und mindestens 40 μίτι dick ist.
2. Halbleiterspeichereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunterteil (7b) und das Gehäuseoberteii (7a) aus Keramik bestehen.
3. Halbleiterspeichereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil teilweise durch eine Metallkappe (30) gebildet ist
4. Halbleiterspeichereinrichtuivg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) aus Harz besteht
5. Halbleiterspeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die a-Strahlen-Atochirmschicht (6) auf der Oberfläche der Speicherelemente (Llaufget'.ut ist.
6. Halbleiterspeichereirrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die α-Strahlen- Abschirmschicht (6) auf der den Speicherelementen (1) zugewandten Seite des Gehäuseoberteils (7a; 1 la; 12; 10) angebracht ist.
7. Halbleiterspeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) aus dem gleichen Harzmaterial wie die «-Strahlen-Abschirmschicht (6) besteht.
8. Halbleiterspeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzmaterial ein synthetisches Harz, ein natürliches Harz, ein synthetischer Gummi bzw. Kautschuk oder ein natürlicher Gummi bzw. Kautschuk ist.
9. Halbleiterspeichereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz ein Polyimid. ein Polyamid, Polybenzimidazol, ein Polyamid-imid, ein Polyimid-isoindrochinazolindion, ein Epoxyharz, ein Phenolharz, ein Diallylphthalatharz, ein Fluorharz, ein Poylesterharz, ein Silikonharz oder ein Polysilikatharz ist.
10. Halbleiterspeichereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzmaterial ein oder mehrere Füllmaterialien enthält.
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