JP2579142B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は樹脂封止型半導体装置に関し、特に、熱硬
化性樹脂と充填材とからなる熱硬化性樹脂組成物によっ
て半導体素子を封止した樹脂封止型半導体装置に関する
ものである。
［従来技術］ 従来、この種の装置として第１図に示すものがあっ
た。第１図は、従来の樹脂封止型半導体装置の一例で、
大規模集積回路のパッケージとして多用されているデュ
アル・イン・ライン型パッケージ（以下、DIPと略記す
る）の断面図である。
まず、第１図に示す従来の樹脂封止型半導体装置の構
成について説明する。図において、半導体素子２はロウ
材３によりダイパッド４に固着されている。半導体素子
２上にはアルミニウム配線７が所定の間隔で形成されて
おり、アルミニウム配線７のボンディング・パッド部分
はボンディング・ワイヤ５によってリード・フレーム１
の一端に接続されている。なお、この接続工程をワイヤ
リングという。半導体素子２の表面上には、半導体素子
２の表面を不活性化して保護するためのパッシベーショ
ン膜８が形成されている。エポキシ樹脂６および充填材
９からなる樹脂組成物によって、上述のリード・フレー
ム１の端部と、半導体素子２と、ロウ材３と、ダイパッ
ド４と、アルミニウム配線７と、パッシベーション膜８
と、ボンディング・ワイヤ５とが一体に成形されてい
る。
次に、充填材９について説明する。充填材９としては
石英ガラス粉、ジルコン粉、アルミナ粉、マグネシア
粉、シリカ粉などを使用することができるが、特に大規
模集積回路においてはシリカ粉が従来から一般的に用い
られている。充填材を使用する目的については、特公昭
57−16743および特公昭58−3382において詳細に開示さ
れており、以下に簡単に説明する。
上記充填材の線膨張係数は1.5×10-5／℃以下であ
り、これらの充填材をエポキシ樹脂６に配合することに
より半導体素子２およびボンディング・ワイヤ５の線膨
張係数に近い値の線膨張係数を有する樹脂組成物を得る
ことができる。したがって、エポキシ樹脂６に充填材９
として上述のシリカ粉などを配合したものを成形材料と
して用いて半導体素子２を封止することにより、半導体
装置の熱機械特性を改善することができる。充填材９と
して通常用いられるシリカ粉は溶融シリカであるが、高
い熱伝導性を必要とする場合には、結晶シリカが用いら
れ、特に大規模集積回路ではほとんどの場合結晶シリカ
が用いられている。この結晶シリカはへき開性を有する
ため、微粒粉にした場合鋭角の多面体となる。
第２図は、第１図に示した樹脂封止型半導体装置にお
いて微粒粉にした結晶シリカを充填材として用いた場合
のその拡大断面図である。図において、参照番号2,3,4,
6,7,8,9は第１図と同一部分を示し、10は大規模集積回
路の種類によって異なるが、通常は燐・ガラス膜で形成
されるスムースコート膜である。この図においては、簡
単のためスムースコート膜10の下の構造を省略してい
る。
ところで、特公昭57−16743,特公昭58−3382の各公報
に開示されるように、エポキシ樹脂６に充填材９を充填
すると、次のような問題点を生じるおそれがある。すな
わち、結晶シリカなどの充填材９は鋭角構造を有してい
るため、これが樹脂注入時の圧力（第２図中の矢印方
向）を受けてパッシベーション膜８に突き刺さり、その
下のアルミニウム配線７やスムースコート膜10に達する
可能性がある。その場合、外部から侵入した湿気が、パ
ッシベーション膜８と充填材９との境界面に伝わって、
アルミニウム配線７やスムースコート膜10に達する。こ
のため、アルミニウム配線７の腐蝕などを招き、半導体
装置の信頼性の上で問題が生じるおそれがある。但し、
充填材９の外径寸法よりもパッシベーション膜８の膜厚
の方が厚い場合には、第２図からわかるように、充填材
９がパッシベーション膜８中に埋もれてしまい、樹脂注
入時の圧力が緩和されて、充填材９がアルミニウム配線
７やスムースコート膜10に達せずにパッシベーション膜
８中に留まってしまう。
従来の樹脂封止型半導体装置は以上のように構成され
ているが、パッシベーション膜８の膜厚が１〜２ミクロ
ンであるのに対して、充填材９の外径寸法は最大数10ミ
クロンにわたって分布しているため、パッシベーション
膜８に突き刺さった充填材９が下層のアルミニウム配線
７やスムースコート膜10に達してしまうことがある。こ
のため、半導体装置に外部からの水分の浸入を誘発する
可能性があり、その耐湿性や信頼性が低下するおそれが
あるという欠点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになさ
れたもので、パッシベーション膜に損傷を与えずかつ熱
的・機械的特性の優れた樹脂封止型半導体装置を提供す
ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明における樹脂封止型半導体装置は、半導体素
子と、パッシベーション膜と、熱硬化性樹脂組成物とを
含む。パッシベーション膜は半導体素子上に形成されて
いる。熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と、プラズ
マ励起されたガスを強制冷却することで形成した平均直
径１μｍ以下のSi,O,N,Hからなる化合体フィラメントの
充填材とを有し、半導体素子とパッシベーション膜とを
封止するものである。
［作用］ この発明に係る樹脂封止型半導体装置では、熱硬化性
樹脂組成物の充填材として、プラズマ励起されたガスを
強制冷却することで形成した平均直径１μｍ以下のSi,
O,N,Hからなる化合体フィラメントが用いられるので、
充填材はその大きさが微細になり、元来しなやかなフィ
ラメント構造の作用と相まって、樹脂注入時の圧力によ
り充填材がパッシベーション膜に突き刺さるなどの不都
合が生じず、パッシベーション膜への損傷は全くなく、
極めて熱的・機械的特性の優れた樹脂封止型半導体装置
が得られる。
［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図によって説明する。第
３図は、この発明の一実施例である樹脂封止型半導体装
置の断面図である。図において、参照番号2,3,4,6,7,8,
10は第１図および第２図と同一部分を示す。第３図に示
した実施例の構成は、以下の点を除いて第１図および第
２図に示した従来の樹脂封止型半導体装置の構成と同じ
である。すなわち、樹脂封止の充填材として、従来のシ
リカ粉の代わりにプラズマCVD法（Plasma Chemical Vap
or Deposition）で作製したフィラメント状の微細シリ
コン窒化物からなる充填材18を使用していることであ
る。
次に、この充填材の作用について説明する。充填材18
は、その大きさが微細でしなやかなフィラメント構造を
しているため、従来の鋭角構造の充填材のように、樹脂
注入時の圧力により充填材18がパッシベーション膜８に
突き刺さることがないためパッシベーション膜８への損
傷は全くなく、極めて熱的・機械的特性の優れた樹脂封
止型半導体装置を得ることができる。
次に、この充填材18の作製方法について説明する。第
４図は、プラズマCVD法によりフィラメント状の微細シ
リコン窒化物を作成するプラズマCVD装置の断面側面図
である。図において、石英反応チャンバ12の上流側端に
はガス導入孔11が、その下流側端には真空排気管16が設
けられており、真空排気管16は真空排気ポンプ17に結合
されている。石英反応チャンバ12の上流側には、その外
周壁に沿って加熱用ヒータ13が、その内周壁に沿って電
極板14が設けられている。石英反応チャンバ12の下流側
には、その外周壁に沿って冷却水パイプ15が設けられて
いる。18は、プラズマ合成されたフィラメント状の微細
シリコン窒化物である。
以上のように構成されたプラズマCVD装置において、
石英反応チャンバ12の内部を真空排気管16を通じて真空
排気ポンプ17で排気しつつガス導入孔11から反応ガス
（たとえば、シランガスSiH4とアンモニアガスNH3）を
流し、石英反応チャンバ12の内部を反応ガスで充満させ
てその圧力を0.5〜数Torrにする。この状態で、石英チ
ャンバ12の内部の上流側のガスを加熱用ヒータ13によっ
て300〜500℃に加熱し、その加熱雰囲気中で電極板14に
高周波電圧を加えると、その部分の低圧ガスは電離され
てプラズマ状態となる。このプラズマ化されたガスが冷
却水パイプ15で冷却された部分に流れて冷却されると、
低圧雰囲気中で反応ガスの結合反応が起こり平均径が１
ミクロン以下のフィラメント状の微細シリコン窒化物が
石英反応チャンバ12の内周壁に堆積する。このフィラメ
ント状の微細なシリコン窒化物は窒化シリコンに水素が
含有されたような組成で、LSIチップの表面のパッシベ
ーション膜８に利用しているものと組成的には同じであ
るため、熱膨張率的には従来よく使用されてきた石英粉
末と同等の特性を示し、またエポキシ樹脂とのなじみも
非常に良好である。
なお、上記実施例では、シランガスとアンモニアガス
を用いてプラズマCVD法によりフィラメント状の微細な
シリコン窒化物を作成し、これを充填材として利用する
場合について述べたが、この充填材の線膨張係数を微調
整するために、ガス中に一定量の酸素を混ぜて作成した
窒化物と酸化物の化合体（プラズマオキシナイトライ
ド）を充填材として用いてもよいことは言うまでもな
い。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、樹脂封止の充填材
としてプラズマ励起されたガスを強制冷却することで形
成した平均直径１μｍ以下のSi,O,N,Hからなる化合体フ
ィラメントを用いることによって、パッシベーション膜
に損傷を与えずかつ熱的・機械的特性の優れた樹脂封止
型半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の樹脂封止型半導体装置の一例の断面図
である。 第２図は、第１図に示した従来の樹脂封止型半導体装置
の拡大断面図である。 第３図は、この発明の一実施例である樹脂封止型半導体
装置の断面図である。 第４図は、プラズマCVD法によりフィラメント状の微細
シリコン窒化物を作成するプラズマCVD装置の断面側面
図である。 図において、１はリード・フレーム、２は半導体素子、
３はロウ材、４はダイパッド、５はボンディング・ワイ
ヤ、６はエポキシ樹脂、７はアルミニウム配線、８はパ
ッシベーション膜、９は充填材、10はスムースコート
膜、11はガス導入孔、12は石英反応チャンバ、13は加熱
用ヒータ、14は電極板、15は冷却水パイプ、16は真空排
気管、17は真空排気ポンプ、18はフィラメント状の微細
シリコン窒化物の充填材である。 なお各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体素子と、 前記半導体素子上に形成されたパッシベーション膜と、 熱硬化性樹脂と、プラズマ励起されたガスを強制冷却す
    ることで形成した平均直径１μｍ以下のSi,O,N,Hからな
    る化合体フィラメントの充填材とを有し、前記半導体素
    子と前記パッシベーション膜とを封止する熱硬化性樹脂
    組成物とを含む、樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項２】前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である、
    特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置。
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