JP2533293B2 - 樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置の製造方法

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JP2533293B2
JP2533293B2 JP6142055A JP14205594A JP2533293B2 JP 2533293 B2 JP2533293 B2 JP 2533293B2 JP 6142055 A JP6142055 A JP 6142055A JP 14205594 A JP14205594 A JP 14205594A JP 2533293 B2 JP2533293 B2 JP 2533293B2
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雄次 原
達 伊藤
達郎 戸谷
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の周辺部に幅
広い導体膜を有する樹脂封止型半導体装置に関する。 【0002】 【従来の技術】論理回路を含むLSI等において、図
1,図2に示すように半導体基板(チップ)1の一主面
にアクティブ領域を構成する半導体素子領域2が形成さ
れ、基板周辺部表面の絶縁膜3上にアルミニウム膜から
なる配線4、ボンディングパッド5とその外側に反転層
防止のためのガードリング6を設けてこれをグランドラ
インGNDに接続し、上記パッド部5を露出するように
チップ表面をリンシリケートガラス(PSG)、シリコ
ンナイトライド膜等のパッシベーションで覆った構造が
知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このような構造の半導
体素子をレジンで封止した場合、モールドレジンによる
強い応力が特にチップ周辺の四隅部に大きい(強い)応
力が加わりガードリング6上及び周辺でパッシベーショ
ン膜のクラックが生ずることがわかった。 【0004】特に、パッシベーション膜をプラズマ生成
シリコンナイトライド膜(P−SiN膜)で構成した場
合、P−SiN膜が機械的強度に優れていることから、
そのパッシベーション膜にクラックが発生しないものと
信じられていたが、チップ周辺の幅広い導体膜上に発生
することを確認した。 【0005】また、かかる構造の半導体素子を高温高湿
雰囲気中で耐湿テストを行った場合に、層間絶縁膜であ
るPSG(リン酸化物含有シリケート・ガラス)膜のリ
ン溶出を生じ、被覆パッシベーション膜の剥離を起こ
し、アルミニウム配線の腐食がチップのアクティブ領域
まで到達し、特性劣化の原因となることもわかった。 【0006】本願発明者は前記したチップコーナー部の
ガードリング上及び周辺のパッシベーション膜クラック
等の欠陥がアルミニウムからなるガードリングの幅に関
係することに着目して上記欠点の改良を行なった。した
がって本発明の目的とするところは樹脂封止型半導体装
置における特性不良の改善、耐湿性の向上にある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明によれば半導体基
板の一主面に形成された素子領域と、基板周辺部の絶縁
膜上に形成された導体膜と、上記導体膜上に形成された
保護絶縁膜とを有し、上記基板と樹脂体により封止した
半導体装置において、上記導体膜の実質な幅を限定する
ように上記導体膜の延在方向にスリット又は孔の列を設
け、上記導体膜上の保護絶縁膜としてプラズマ生成した
シリコンナイトライド膜を用いたことを特徴とする。 【0008】以下本発明をいくつかの実施例にそって具
体的に説明する。 【0009】 【実施例】図3,図4は本発明による樹脂封止型半導体
装置の一つの望ましい実施形態を示すものである。 【0010】同図において、1はシリコン半導体基板、
2は基板の一主面に形成された半導体素子領域で例えば
基板と異なる導電型の不純物が拡散等の手段により導入
され形成されたものである。3はフィールド絶縁膜で例
えば厚い半導体酸化膜(SiO2膜)からなる。8は第
1の表面絶縁膜で例えば薄いSiO2膜からなる。9は
第2の表面絶縁膜で例えばPSG(リン酸化物含有シリ
ケート・ガラス)膜から形成されリンが外部より侵入す
るナトリウム等の不純物のゲッタの役目を有する。10
はアルミニウム(Al)配線でPSG膜9及びSiO2
8のスルーホール(透孔)を通して半導体領域2にオー
ミックコンタクトする。5はアルミニウム配線の外端子
として形成されたボンディングパッド、6は基板周辺部
にそって形成されたガードリングでアルミニウム膜から
なる。上記基板の隅部(コーナー)上のガードリングに
コーナーにそった「 状のスリット10が設けられる。
7はパッシベーション膜としての絶縁膜でプラズマ生成
シリコンナイトライド(P−SiN)からなる。 【0011】かかる構造において、ガードリングにスリ
ットを設けることにより下記の理由でパッシベーション
膜クラック等の欠陥を防止できる。 【0012】樹脂封止された半導体チップ周辺部上のガ
ードリングにパッシベーション膜クラック等の発生する
原因としては、図5に示すようにチップの中心より端
部、特に隅部(コーナー)にストレスが集中する傾向に
あり、又、ガードリングのアルミニウム膜の幅が大きい
ほど著しいことが実験的に確かめられた。又、種々の実
験によってガードリングのコーナー部にスリットを形成
するとスリットの幅だけガードリングの幅が少なくな
り、クラック発生の原因が取除かれることが確認され
た。しかしガードリングのアルミニウム膜の配線として
の抵抗の増大を防ぐためにはスリットの幅はある程度小
さい面積にしなければならない。このためスリットはア
ルミニウムのリングの中央より外側に約10μmの幅で
かつ内側コーナーをカバーする長さとすることが適当で
ある。ガードリングのコーナー部の幅を限定する手段と
してスリット以外に小孔の配列、あるいはコーナーの内
側又は外側にテーパ部を設けるという手段でもよい。小
孔の場合10μm角の小孔を複数個並べると特によい。 【0013】ガードリングのコーナー部の形状とコーナ
ー部欠陥発生率の関係を下記の各実験例によって示す。 【0014】図6はコーナーを加工しないガードリング
上のパッシベーション膜クラックのAl(アルミニウ
ム)幅依存性を示す。この場合、チップ寸法は4.7×
4.7mm2、温度サイクルは−55℃〜150℃で20
回とする。パッシベーション膜にはPSG/P−SiN
/PSG=0.85/1.1/0.2(μm)3層構造及
びP−SiN/PSG=1.1μm/0.2μmの2層構
造を用いる。図7はガードリングのコーナーの形状及び
Al膜の幅Lを示す。図6に示すようにコーナー部欠陥
率−Al幅の関係において、Lが小さいほど欠陥率が小
さいことが明らかである。 【0015】図8はガードリングのコーナー部に図9で
示すように「 状のスリットを形成した場合のガードリ
ング部パッシベーション膜クラックのAl膜中スリット
幅W依存性を示す。この場合のパッシベーション膜は○
−○曲線がP−SiN/PSG=1.1μm/0.2μm
の2層膜、△…△曲線がPSG/P−SiN/PSG=
0.85μm/1.1μm/0.2μmの3層膜である。
図8によればスリット幅20μm〜40μmでコーナー
部欠陥率が著しく低下することが明らかである。 【0016】図10はガードリングコーナーに図11
(A)(B)…(E)に示した各種形状のスリット,孔
列を形成した場合(形成しない場合も含む)についての
ガードリング部パッシベーション膜クラックのAl膜中
のスリット及び孔列の形態依存性を示す。この場合の半
導体ペレットは4.7×4.7mm角、温度サイクルは−
55℃〜150℃20回である。パッシベーション膜は
図8の例の場合と同じである。 【0017】図11において、(A)はスリット等を全
く加工しない場合、(B)は長いスリット(11)1本
の場合、(C)は短いスリット(11a,11b,11
c)、3本の場合、(D)は孔の列12が1列の場合、
(E)は孔の列(12a,12b,12c)が3列の場
合の各ガードリングコーナー部の形状を示す。図10か
らわかるようにスリット及び孔列を形成した場合にコー
ナー部の欠陥率が低下するのが明らかである。 【0018】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、P−S
iN膜を含むパッシベーション膜のクラック発生をより
完全に防止することができる。従来、このP−SiN膜
は緻密な膜で機械的強度が強いものと信じられ、特に、
樹脂封止型半導体装置の耐湿性を向上せしめるパッシベ
ーション膜として有効なものと信じられてきた。しか
し、上述せるように本願発明者の実験検討によって、幅
広い導体膜上では、まだクラックが発生することを発見
した。この対策として上述した本発明のようにスリット
又は孔の列を導体膜に形成することによって、P−Si
N膜の耐湿性の効果を一層完全なものとすることができ
る。これによって、本発明によれば、高信頼性の半導体
装置を得ることができる。 【0019】本発明は、上記実施例のみに限定されるも
のではない。例えば、Alガードリング上に形成される
パッシベーション膜の構成、形状は適宜に変形できる。
ガードリング自体の形状は内部回路やボンディングパッ
ドの配置によって変形することがありうる。樹脂封止体
に関しては、ガードリング部の表面に直接塗布するアン
ダコーティング樹脂を包含することもありうる。 【0020】本発明はP−SiN膜をパッシベーション
膜として使用する全ての半導体装置、特にプラスチック
封止型、LSI等に適用し、耐湿性向上に有効である。
【図面の簡単な説明】 【図1】従来の半導体装置のチップ表面の一部を示す平
面図、 【図2】図1におけるA−A視断面図である。 【図3】本発明の一実施例による半導体装置の一部を示
す平面図、 【図4】図3におけるA−A視断面図である。 【図5】樹脂モールドストレスの分布状態を示す曲線
図、 【図6】パッシベーション膜クラックのAl幅依存性を
示す曲線図、 【図7】図6のために用いられるコーナー形状を示すガ
ードリングの一部平面図である。 【図8】ガードリング部パッシベーション膜・クラック
のAl膜中スリット幅依存性を示す曲線図、 【図9】図8のために用いられるコーナー形状を示す平
面図、 【図10】ガードリング部パッシベーション膜・クラッ
クのAl膜中のスリット及び孔列の形態依存性を示す曲
線図、 【図11】図10のために用いられるコーナー形状を示
す各平面図である。 【符号の説明】 1…半導体基板(チップ)、2…半導体素子領域、3…
絶縁膜、4…配線、5…ボンディングパッド、6…ガー
ドリング、7…パッシベーション膜、8…第1の表面絶
縁膜、9…第2の表面絶縁膜、10…Al配線、11…
スリット、12…孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸谷 達郎 東京都小平市上水本町1479番地 日立マ イクロコンピュータエンジニアリング株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−211648(JP,A) 特開 昭52−104063(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.次の工程から成る樹脂封止型半導体装置の製造方
    法。 (1)半導体基板主面に半導体酸化膜より成るフィール
    ド絶縁膜を選択的に形成する工程、 (2)前記フィールド絶縁膜に囲まれた半導体基板主面
    に半導体素子領域を形成する工程、 (3)前記フィールド絶縁膜上に、前記半導体素子領域
    に対して電気的に接続される所定の幅を有する配線層、
    ボンディングパッド及び前記配線層よりも実質的に幅広
    く、かつ半導体基板のコーナー部に沿って設けられ、そ
    のコーナー部において配線幅を実質的に限定するスリッ
    ト乃至それと等価な複数の孔の列が設けられた配線層を
    形成する工程、 (4)前記所定幅を有する配線層、ボンディングパッド
    及び前記スリット乃至それと等価な複数の孔の列が設け
    られた配線層を覆うようにしてPSG及びそのPSG膜
    よりも厚いプラズマ生成によるシリコンナイトライド
    らなる積層保護膜を形成する工程、 (5)前記積層保護膜を選択的に除去することで、前記
    所定幅を有する配線層及び前記スリット乃至それと等価
    な複数の孔の列が設けられた配線層を覆い、前記ボンデ
    ィングパッドの一部を露出させる工程、 (6)前記積層保護膜が形成された半導体基板を樹脂体
    によりモールドする工程。
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