JPH03171654A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ フィラ入り樹脂でモールドした半導体装置とその製造方
法に間し、 大きな径のフィラを用いつつ、半導体チップの表面等に
ダメージを与えることを防止することのできる半導体装
置を提供することを目的とし、半導体チップをフィラを
含むモールド樹脂でモールドした半導体装置であって、
モールド樹脂の周辺部分にのみ所定径以上のフィラが含
まれているように楕成する． ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置とその製造方法に関し、特にフィラ
入り樹脂でモールドした半導体装置とそのｌ造方法に関
する． 樹脂モールド半導体装置において、モールド樹脂は、そ
の熱膨張係数が８１等の半導体の熱！ＩＩｊ脹係数と大
きく異なり、その破壊に対する強度が弱く、吸湿性が無
視できない等の課題を有する．これら？性質を改善する
ためにエボキシ等のモールド樹脂にはＳｉＯ■粒等のフ
ィラが混入されている．Ｃ従来の技術コ 半導体集積回路装置（ＩＣ）において、集積化が進み、
ピン数の増大、半導体チップの寸法増大が生じている．
このような状況の下、モールド樹脂のフィラを増量する
ことが要求される．ところで、フィラを増量すると半導
体チップに局部応力が加えられたり、絶縁膜のクラック
が生じたりする等の問題が生じる．以下、より詳細に説
明する．第２図（Ａ）〜（Ｃ）に従来の技術を示す．第
２図（Ａ）において、半導体チップ５１はリードフレー
ムのステージ５２上にダイス付け剤５３によってダイス
付けされている．半導体チツプ５１の表面は、Ｓｉｎ２
等の絶縁膜５５等によって覆われている．この絶縁膜５
５の上にアルミニウム配線層５６が形成される．このア
ルミニウム配線層５６は層間絶縁膜５７で覆われ、その
上にアルミニウム配線層５８が形成される．この上層ア
ルミニウム配線層５８を覆ってカバー膜等の絶縁膜５９
が形成されている．このような構成の半導体チップの周
囲をエボキシ樹脂等のモールド樹脂６１が封止している
．モールド樹脂６１は、Ｓｉｎ．粒子等のフィラを含ん
でいる． 第２図（Ｂ）は、モールド樹脂が大きなフィラを含む場
合に起こる問題を示す．モールド樹脂６１中の大きなフ
ィラ６３が半導体チップ表面上に近接し、表面の絶縁膜
５９と接触する．接触によって局部的応力が働くが、状
況により大きなフィラ６３の角が絶縁Ｈ５９に刺さるこ
ともある．このようにして、絶縁１１ｌ５９にクラック
６７が発生する．クラックはアルミニウム配線層５８に
は伝達しないが、その下の絶縁膜５７に伝わることがあ
る．すると、眉間絶縁膜５７中のクラック６９によって
、下層アルミニウム配線層と上層アルミニウム配線層５
８を結ぶ通路が形成される．ＩＣの使用につれて、アル
ミニウム配線層からクラック中にアルミニウムが戒長し
、下層アルミニウム配線層５６と上層アルミニウム配線
層５８を接続してしまうことがある．すなわち、アルミ
ニウム配線層間が短絡してＩＣの機能を破壊してしまう
．第２図（Ｃ）は、他の問題を示す．Ｓｉｎ２等のフィ
ラとエボキシ樹脂等のモールド樹脂との界面は、比較的
弱く脆い性質を有する．図に示すように、大きなフィラ
６３ａ，６３ｂ、６３ｃ間ないし半導体チップ等のイン
サートと大きなフィラが近接して配置されると、フィラ
とモールド樹脂との界面は接着力が弱いのでフィラ間な
いしインサートとフィラ間の樹脂は強い応力を受け、ク
ラックが発生し易くなる．やがてクラックとフィラが半
導体チップ５１表面からモールド樹脂６１の表面まで接
続するようになる．すなわち、７イラ界面を介した経路
がモールド樹脂中に形成され、このようなクラックが半
導体チップとモールド樹脂体表面とを接続してしまうと
、水分等の通路が形成されてしまう．なお、第２図（Ｃ
）中において、７１はリードフレームのリードであり、
７２は半導体チップのボンディングパッドをリードフレ
ームのリード７１を接続するボンディングワイヤである
． 上述のような点を改善するため、フイラの径をある値以
下のものに限ることが行われる．たとえば、７４μｍ以
上のフイラを除外し、混入するフィラ径を７４μｍ以下
のものに制限する．ところが、フイラ径を小さなものに
限定すると、別の問題が生じる． まず、径の小さなフイラのみを多量に含むモールド樹脂
は、粘度が上昇してしまう．モールド樹脂の粘度が上昇
すると、ボンデイングワイヤの流れや切れ、リードフレ
ームのステージの変位や曲がり等が発生してしまう．モ
ールド樹脂の粘度自体を下げると、樹脂の特性が変化し
、耐熱性等の性質が劣化してしまう．このため、樹脂の
粘度を下げることには限界があり、フイラ径の減少によ
る粘度上昇を防ぐことは困難である． また、フィラ径を制限すると、エアベント等において、
フィラによる最密充填楕遺が形成し難くなり、エアベン
トからパリ・フラッシュの発生が顕著となる． 第３図は、最密充填構造の例を示す．モールド樹脂がエ
アベントから押出される時に、モールド樹脂が種々の大
きさのフィラを含んでいると、大きなフィラ１４と小さ
なフィラ１３とが噛み合って詰り、最密充填＃Ｊ遣を形
成しやすい．間隙の少ないＩ＆密充填構造が形成される
と、エアベントからのモールド樹脂の洩れは止まる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明した従来の技術によれば、大きな径のフィラを
用いると、゛半導体装置の絶縁展のクラック等を発生さ
せてしまい、配線層間の短絡等を生じてしまう． フィラ径を小さなものに限定すると、モールド樹脂の粘
性が上昇してしまい、ボンディングワイヤの流れや切れ
、リードフレームのステージの変形、エアベント部から
パリ・フラッショの発生等が発生してしまう． 本発明の目的は、大きな径のフィラを用いつつ、半導体
チップの表面等にダメージを与えることを防止すること
のできる半導体装置を提供することである． 本発明の他の目的は、モールド樹脂中に大きなフィラを
混入しつつ、これらの大きなフィラが半導体チップに近
接しないようにすることのできる半導体装置の製造方法
を提供することである．ＥｆｉＪｄ題を解決するための
手段］ 第１図（Ａ）〜｛Ｃ）は本発明の原理説明図である． 第１図（Ａ）において、半導体装置１は、ステージ３と
リード４とを含むリードフレームとリードフレームのス
テージ３上にダイス付けされた半導体チップ２と、半導
体チッグ２とリードフレームのリード４とを接続するボ
ンディングヮイヤ６と、半導体チップ２をモールドする
モールド樹脂７とを含む．モールド樹脂７の外測の部分
８は大きな径のフィラを含む．すなわち、モールド樹脂
は、大きなフィラを含むが、これらの大きなフィラはモ
ールド樹脂の外側部分８のみに配置される．大きな径の
フィラは、第１図（Ｂ）に示すように、大きな径のフィ
ラ粒子９の表面に磁性体ＷＡＩＯを付着させたものであ
る． このように、磁性体ＩｌｌＩ１０を付着させた大きなフ
ィラ粒子は、第１図（Ｃ）に示すように、磁場内に置か
れると、磁気的力によって吸引される．第１図（Ｃ）に
おいて、１１は磁力線を示す．半導体装置の製造方法の
トランスファモールドの工程において、モールドすべき
空間の外側部分に集中する磁場を形成し、磁性体膜をコ
ートした大きなフィラ粒子を混入したモールド樹脂をモ
ールド空間に注入して樹脂モールド半導体装置を形威す
る． ［作用］ 大きなフィラ粒子をモールド樹脂に混入した時に起きる
事故は、大きなフィラ粒子が半導体チップに接触するこ
と等によって生じる．もし大きなフィラ粒子が半導体チ
ップ周辺に近付かなければ、これらの事故は防止できる
．従って、モールド樹脂７の外測部分にのみ大きなフィ
ラを含むモールド樹脂８を配置できれば、大きなフィラ
を使用しても事故は発生しない． 大きなフィラ粒子の表面に磁性体膜をコートすると、こ
れらの磁性体膜を介して大きなフィラ粒子に磁気的力を
及ぼすことができる．モールド空間に所定の磁場を形成
すると、大きな粒子の行動を制御することができる， ［実施例］ エボキシ樹脂等のモールド樹脂に混入するフィラとして
、種々の径の８１０２粒子を準備する．これらの８１０
２粒子の内、径５０μｍ以上のものを大きなフィラ粒子
として、その表面に磁性体膜をコーティングする． 第４図は大きなフィラ粒子に磁性体膜をコーティングす
る１つの方法を示す．底面にメッシュを有するメッシュ
容器２７内に５０μｍ以上の径を有するフィラ粒子を装
填し、真空槽２１内に搭載し、回転させることによって
フィラ粒子を撹拌できるようにする．メッシュ容器２．
７の下方には、るつぼ２２が配置され、るつぼ２２内に
ＰｔＢＣｏ２Ｆ８３０４等の磁性体１’ｆＪ′ｆ＃２３
を装填ｔル．ｌｔ抗，ｌ＋０熱ヒータ、電子ビーム源等
によって構成される加熟ａ２５によって、磁性体原料２
３を加熱し、蒸発させる．蒸発した磁性体原料２４は上
方に飛び出し、メッシュ容器２７のメッシュを通過して
内部のフィラ粒子表面に付着する．メッシュ容器２７を
回転し、フィラ粒子を攪拌することによってフィラ粒子
表面に所望の厚さの磁性体膜を形成することができる．
なお、雰囲気中に酸素等の反応ガスを混入し、反応性物
理ｔｆ！積を行ってもよい．このようにして、所定の径
以上のフィラの表面には磁性体膜をコーティングし、そ
れ以下の径のフィラには磁性体膜を設けず、所定の比で
混合し、モールド樹脂に全体として６０〜８５重量％の
フィラを混入する．なお、このような磁性体膜をコート
シた大きな径のフィラは、全フィラの内のたとえば５重
量％以内混入する． トランスファモールドの工程においては、第５図に示す
ように、モールドダイ３１、３２を合せてモールド空間
を構成し、上述のように準備した大径磁性＃膜コートフ
ィラ、小径フィラを含むモールド樹脂３５を注入する．
この際、モールド空間の周辺に複数の磁石対３３を配置
する．磁石対から発生する磁力線はモールド空間周辺部
において集中的に分布する．このような空間内にモール
ド樹脂３５が流れていくと、モールド樹脂３５中の大き
な径のフィラは表面に磁性体膜がコーティングされてい
るので、磁力線によってトラップされ、モールド空間の
周辺部のみに止どまる．このようにして、モールド空間
中央部に配置された半導体チップ３８周辺には大径フィ
ラはほとんど近接しない． また、エアベント部においては、種々の大きさのフィラ
が含まれるため、最密充填構造が容易に形威され、パリ
・フラッシュが防止される．このようにして、第１図（
Ａ）に示すようなモールドｖＩＪ脂の外ｌｌＩ１部分に
のみ大きなフィラを含む樹脂モールド半導体装置ｌが形
成される．モールド樹脂に種々の径のフィラが含まれる
ため、モールド樹脂の流動性が向上し、ボンディングワ
イヤの流れや切れが防止できる．ステージの変位も発生
しにくい． また、半導体チップやリードフレームのステージ等のイ
ンサート周辺には大きな径のフィラが近接しにくいので
、半導体チッグ表面上の絶縁膜にクラックを発生させる
ことも防止される．上述の実施例においては、径５０μ
ｍ以上のＳｉ０２粒子に磁性体膜をコートしたが、磁性
体膜をコートするフィラ粒子の径は５０μｍ以外の値と
することもできる．たとえば、７４μｍ以上のフィラに
磁性体膜をコートするようにしてもよい．但し、７４μ
ｍ以下のフィラであっても、モールド樹脂内のインサー
トに傷を与える可能性はあるので、５０μｍ以上のフィ
ラ粒子に磁性体膜をコートすることが望ましい．また、
フィラ粒子にコートする磁性体膜は、たとえば厚さ２μ
ｍ以上の膜とする．特にその行動を制御したい大きな径
のフィラについては、その行動を十分制御できるように
磁性体膜の厚さを選ぶ．すなわち、磁性体膜の性質、厚
さおよび印加する磁場の強度を考慮して磁性体膜の厚さ
を選択する． 上述の実施例の効果を確認するため、以下に説明するテ
ストを行った． まず、２層のアルミニウム配線層を含むテストエレメン
トグルーグの半導体チップ（　６１Ｈｌ口）を作或した
．この初期テストエレメントグルーグに塩酸を染み込ま
せ、アルミニウム配線層に到達したクラックの数を数え
た． 次に、エボキシ樹脂によってモールドを行った．モール
ド方法は何の対策も行わなかったものと、従来の技術の
棚で説明した対策により７４μｍ以上のフィラを除外し
たものと、上述の実施例により大きなフィラに磁性体膜
をコートし、種々の径のフィラを混入したものとの３種
類で行った．モールド後半導体装置を開封し、テストエ
レメントグループに塩酸を染み込ませ、アルミニウム配
線層まで到達している傷をカウントした．結果を以下の
表に示す． ｌ フィラによるストレス ７４μｍ以上の フィラ除外 大径フィラ 磁性体膜コート ０／１ ■ Ｃ ０／ＩＩＣ この表の結果から明らかなように、上述の実施例によれ
ば、大きなフィラを用いているにもかかわらず、大きな
フィラを除外した従来の技術の結果と同等の結果を得た
． また、上述の３つの方法によるモールドの作業性の特徴
を以下の表２にまとめて示す．表２から明らかなように
、作業性に関しては７４μｍ以上の大きな径のフィラを
除外すると、粘性上昇により種々の問題が発生するのに
対し、上述の実施例の場合には、作業性は極めて良好で
あり、対策のないものと比べても優れている．表２ ワイヤ ステージ パリ ７４μｍ　　　　　　　　×　　　　　×　　　　　　
　×以上除外 磁性体膜　　　　　○　　　○　　　　○コート 以上実施例に沿って説明したが、、本発明はこれらに制
限されるものではない．たとえば、種々の変更、改良、
組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう． たとえば、磁性体膜として絶縁物を用いる場合を説明し
たが、モールド樹脂のβステージ化のための予備加熱を
赤外線予熱とせず、他の加熱方法を利用すれば、金属磁
性体を用いることもできる．たとえば、Ｆｅ，　Ｎｉ、
ＣＯ等の磁性体を用いることもできる．また、磁性体膜
のコーティングを蒸着によって行う場合を説明したが、
スパッタリング、イオンプレーティング等によって行っ
てもよい．モールド空間に磁場を発生させる磁石は、電
磁石でも永久磁石でもよい．モールドダイは非磁性体で
作成することが好ましいが、磁極近傍のみを非磁性体と
することもできる． ［発明の効果Ｊ 以上説明したように、本発明によれば、モールド樹脂中
に大きな径のフィラを混入し、かつこれらの大きな径の
フィラがモールド内のインサートに傷を与えないように
することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の原理説明図、第２図（
Ａ）〜（．　Ｃ　）は従来の技術を示す断面図、 第３図はＩ＆密充填梢遣の例を示す概略図、第４図は磁
性＃膜のコーティング工程を示す概略図、 第５図はトランスファモールドの工程を説明するための
＃Ｉ＃ｉ断面図である． ９ １０ ｌ３ １　４ ２１ 半導体装置 半導体チップ リードフレームのステージ リードフレームのリード ボンディングワイヤ モールドｉ！Ｉ１脂 大きな径のフィラを含むモール ド樹脂 大きな径のフィラ粒子 磁性体膜 小さなフィラ 大きなフィラ 真空槽 ２　２ ２３ ２５ ２　７ ３　１、 ３３ ３５ ３８ るつぼ 磁性体原料 加熱源 メッシュ容器 モールドダイ 磁石 モールド樹脂 半導体チップ （Ａ）半導体装星 （Ｂ）大きなフィラ （Ｃ）磁場による大きなフィラの吸弓 本発明の原理説明図 第１ 図 （Ａ）樹賞旨モ ルド構造 （Ｂ）太きｔフィラによる絶縁膜クラツク従来の技術 第２図（その１〉 （Ｃ）大きなフィラを介した経路 第２図（その２） ｌ４；大きなフィラ 最密充填構造の例 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、半導体チップ（２）をフィラを含むモールド樹
   脂（７）でモールドした半導体装置であって、モールド
   樹脂の周辺部分にのみ所定径以上のフィラが含まれてい
   ることを特徴とする半導体装置。
2. （２）、所定径以上のフィラ粒子（９）に磁性体膜（１
   ０）を付着させる工程と、 該所定径以上のフィラおよび所定径以下のフィラをモー
   ルド樹脂に混合し、フィラを含むモールド樹脂を準備す
   る工程と、 トランスファモールドのモールドダイ外側からモールド
   用空間の周辺部分にのみ所定強度以上の磁場を形成し、
   フィラを含むモールド樹脂で半導体チップをモールドす
   る工程と を含む半導体装置の製造方法。