JPH0652735B2 - Resin-sealed semiconductor device - Google Patents

Resin-sealed semiconductor device

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JPH0652735B2
JPH0652735B2 JP1201184A JP20118489A JPH0652735B2 JP H0652735 B2 JPH0652735 B2 JP H0652735B2 JP 1201184 A JP1201184 A JP 1201184A JP 20118489 A JP20118489 A JP 20118489A JP H0652735 B2 JPH0652735 B2 JP H0652735B2
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JP
Japan
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film
substrate
guard ring
semiconductor device
resin
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JP1201184A
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雄次 原
達 伊藤
達郎 戸谷
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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。
The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device having a wide conductor film on the periphery of a semiconductor substrate.

論理回路を含むLSI等において、第1図,第1A図に
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GN
D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。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
に四隅部に大きい(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。
In an LSI or the like including a logic circuit, a semiconductor element region 2 forming an active region is formed on one main surface of a semiconductor substrate (chip) 1 as shown in FIGS. 1 and 1A, and an insulating film on the peripheral surface of the substrate is formed. A wiring 4 made of an aluminum film, a bonding pad 5 and a guard ring 6 for preventing the inversion layer are provided on the outer side of the wiring 3, and the wiring 4 is connected to the ground line GN.
There is known a structure in which the chip surface is covered with passivation such as phosphosilicate glass (PSG) or a silicon nitride film so as to expose the pad portion 5 by being connected to D. When the semiconductor device having such a structure is sealed with a resin, a strong stress due to the mold resin is applied to the guard ring 6 especially at the four corners of the chip because a large (strong) stress is applied to the four corners.
It was found that cracks in the passivation film occur on and around the top.

また、かかる構造の半導体素子を高温高湿雰囲気中で耐
湿テストを行なった場合に、層間絶縁膜であるPSG
(リン酸化合物含有シリケート・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。
In addition, when a semiconductor device having such a structure is subjected to a humidity resistance test in a high temperature and high humidity atmosphere, PSG which is an interlayer insulating film is used.
It was also found that phosphorus was eluted from the (phosphate compound-containing silicate glass) film, the coating passivation film was peeled off, and the corrosion of the aluminum wiring reached the active area of the chip, causing deterioration of the characteristics.

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。
The inventor of the present invention has improved the above-mentioned defects by paying attention to the fact that the defects such as cracks on the passivation film on and around the guard ring at the chip corner portion are related to the width of the guard ring made of aluminum. Therefore, it is an object of the present invention to improve characteristic defects and moisture resistance in a resin-sealed semiconductor device.

以下、本発明を実施例にそって具体的に説明する。ま
ず、本発明の検討段階で考えられ、本発明の構成の基礎
となったスリット方式について第2図、第2A図を参照
して説明する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples. First, the slit system which was considered in the examination stage of the present invention and was the basis of the constitution of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 2A.

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(SiO膜)からなる。8は第1の表面絶縁
膜で例えば薄いSiO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SiO膜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例えばPSG,CVD(気
相化学反応生成)SiOプラズマ生成シリコンナイト
ライド又はSOG(スピンオン・グラス)等からなる。
In the figure, 1 is a silicon semiconductor substrate, 2 is a semiconductor element region formed on one main surface of the substrate, for example, an impurity of a conductivity type different from that of the substrate is introduced by means of diffusion or the like. 3 is a field insulating film, which is made of, for example, a thick semiconductor oxide film (SiO 2 film). Reference numeral 8 is a first surface insulating film made of, for example, a thin SiO 2 film. Reference numeral 9 denotes a second surface insulating film, which is formed of, for example, a PSG (phosphorus oxide-containing silicate glass) film and has a role of a getter for impurities such as sodium into which phosphorus invades from the outside. An aluminum (Al) wiring 10 makes ohmic contact with the semiconductor region 2 through the through holes of the PSG film 9 and the SiO 2 film 8. Reference numeral 5 is a bonding pad formed as an outer terminal of the aluminum wiring, and 6 is a guard ring formed along the peripheral portion of the substrate, which is made of an aluminum film. The guard ring on the corner of the substrate is provided with a slit 10 along the corner. An insulating film 7 as a passivation film is made of, for example, PSG, CVD (gas phase chemical reaction generation) SiO 2 plasma generation silicon nitride or SOG (spin on glass).

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。
In such a structure, by providing a slit in the guard ring, defects such as cracks in the passivation film can be prevented for the following reasons.

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、第3図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。
As shown in FIG. 3, stress is concentrated on the edges of the chip, especially on the corners, as shown in FIG. Tend, and also
It was experimentally confirmed that the larger the width of the aluminum film of the guard ring, the more remarkable. It was also confirmed by various experiments that when the slits are formed at the corners of the guard ring, the width of the guard ring is reduced by the width of the slit, and the cause of cracking is eliminated. However, in order to prevent an increase in the resistance of the aluminum film of the guard ring as a wiring, the width of the slit must be made a small area to some extent. Therefore, it is appropriate that the slit has a width of about 10 μm outside the center of the aluminum ring and a length that covers the inside corner.

本発明はこのような、所謂、スリット方式の変形に関
し、コーナー部の幅を限定する手段として、略L字形状
のスリットの替りに小孔の配列を形成することを特徴と
する。本発明の望ましい実施形態によれば、10μm角
の小孔が複数個並べられる。本発明の小孔の配列によれ
ば、アルミニウム膜の配線としての抵抗の増大を出来る
限り小さくすることができる。
The present invention relates to such a so-called slit type deformation, and is characterized by forming an array of small holes instead of the substantially L-shaped slits as a means for limiting the width of the corner portion. According to the preferred embodiment of the present invention, a plurality of 10 μm square small holes are arranged. According to the arrangement of the small holes of the present invention, the increase in resistance of the aluminum film as the wiring can be minimized.

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施例によって示す。
The relationship between the shape of the corner portion of the guard ring and the incidence rate of the defect in the corner portion will be shown by the following examples.

第4図はコーナーを加工しないガードリング上のパッシ
ベージョン膜クラックの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=1.1μ
m/0.2μmの2層構造を用いる。第5図はガードリン
グのコーナーの形状及びAl膜の幅Lを示す。第4図に
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の小さいことが明らかである。
FIG. 4 shows the Al (aluminum) width dependence of the cracks of the passivation film on the guard ring where the corners are not processed. In this case, the chip size is 4.7 × 4.7 mm 2 , and the temperature cycle is −55 ° C. to 150 ° C. and 20 times. PSG / P-SiN / PSG = 0.85 / 1.1 for the passivation film
/0.2(μm)3 layer structure and P-SiN / PSG = 1.1μ
A two-layer structure of m / 0.2 μm is used. FIG. 5 shows the shape of the corner of the guard ring and the width L of the Al film. As shown in FIG. 4, in the relationship between the defect rate of the corner and the Al width,
It is clear that the smaller L is, the smaller the defect rate is.

第6図はガードリングのコーナー部に第7図で示すよう
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を依存
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。第6図によればスリッ
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。
FIG. 6 shows the dependence of the slit width W in the Al film of the cracks in the passivation film of the guard ring when the slits are formed at the corners of the guard ring as shown in FIG. In this case, the passivation film is a two-layer film in which the ○-○ curve is P = SiN / PSG = 1.1 μm / 0.2 μm, Δ
... △ curve is PSG / P-SiN / PSG = 0.85 μm / 1.
It is a 3-layer film of 1 μm / 0.2 μm. According to FIG. 6, it is apparent that the defect rate of the corner portion is significantly reduced when the slit width is 20 μm to 40 μm.

第8図はガードリングコーナーに第9図(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4.7×4.7
mm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第6図の例の場合と同じである。
第9図において、(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,11c)、3本の場合、(D)は
孔の列12が1列の場合、(E)は孔の列(12a,12
b,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。第8図からわかるようにスリットの形成
と同様に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。
Fig. 8 shows the cracks on the passivation film of the guard ring when the slits and holes of various shapes shown in Fig. 9 (A) (B) ... (E) are formed at the guard ring corner (including the case not formed). 3 shows the morphological dependence of slits and hole arrays in the Al film of FIG. The semiconductor pellet in this case is 4.7 x 4.7
The mm square and the temperature cycle are −55 ° C. to 150 ° C. 20 times.
The passivation film is the same as in the example of FIG.
In FIG. 9, (A) is a case where no slits are processed, (B) is a long slit (11), (C) is a short slit (11a, 11b, 11c), and 3 cases are, (D) when the row 12 of holes is one row, (E) is the row of holes (12a, 12)
The shape of each guard ring corner part when b, 12c) is three rows is shown. As can be seen from FIG. 8, it is apparent that the defect rate of the corner portion decreases when the hole array is formed similarly to the formation of the slit.

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。封止樹脂体に関しては、ガ
ードリング部の表面に直接塗布するアンダーコーティン
グ樹脂を包含することもありうる。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the structure and shape of the passivation film formed on the Al guard ring can be appropriately modified. The shape of the guard ring itself may be changed depending on the arrangement of the internal circuit and the bonding pad. The encapsulating resin body may include an undercoating resin applied directly to the surface of the guard ring portion.

本発明はガードリングを有し、層間にグラスフロー等の
リン高濃度膜を用いた全ての半導体装置、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。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective for improving the moisture resistance by being applied to all semiconductor devices having a guard ring and using a phosphorus high concentration film such as glass flow between layers, in particular, plastic sealing type, LSI and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は従来の半導体装置のチップ表面の一部を示す平
面図、第1A図は第1図におけるA−A視断面図であ
る。第2図は本発明の検討段階で発明された半導体装置
の一部を示す平面図、第2A図は第2図におけるA−A
視断面図である。第3図は樹脂モールドストレスの分布
状態を示す曲線図、第4図は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、第5図は第4図のため
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。第6図乃至第9図は本発明のための各実施
例を示すものである。これらのうち、第6図はガードリ
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、第7図は第6図のために用い
られるコーナー形状を示す平面図、第8図はガードリン
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、第9図(A)〜(E)
は第8図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。 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、1
0……Al配線、11……スリット、12……孔。
FIG. 1 is a plan view showing a part of a chip surface of a conventional semiconductor device, and FIG. 1A is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 2 is a plan view showing a part of a semiconductor device invented in the examination stage of the present invention, and FIG. 2A is a line AA in FIG.
FIG. FIG. 3 is a curve diagram showing the distribution of resin mold stress, FIG. 4 is a curve diagram showing the Al width dependence of the passivation film crack, and FIG. 5 is a guard ring showing the corner shape used for FIG. FIG. 6 to 9 show each embodiment for the present invention. Of these, FIG. 6 is a curve diagram showing the slit width dependence of the guard ring passivation film / cracks in the Al film, FIG. 7 is a plan view showing the corner shape used for FIG. 6, and FIG. Is a curve diagram showing the morphological dependence of the slits and hole rows in the Al film of the guard ring passivation film / cracks, FIGS. 9 (A) to (E)
FIG. 9 is a plan view showing a corner shape used for FIG. 8. 1 ... Semiconductor substrate (chip), 2 ... Semiconductor element region,
3 ... Insulating film, 4 ... Wiring, 5 ... Bonding pad, 6 ... Guard ring, 7 ... Passivation film,
8: first surface insulating film, 9: second surface insulating film, 1
0 ... Al wiring, 11 ... slit, 12 ... hole.

───────────────────────────────────────────────────── 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53−89688(JP,A) 特開 昭54−133090(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tatsuro Totani 1479 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo In-house Hitachi Micro Computer Engineering Stock Association (56) Reference JP-A-53-89688 (JP, A) JP-A-SHO 54-133090 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】四角形の半導体基板の一主面に形成された
素子領域と、上記基板の隅部を含む基板周辺部の絶縁膜
上に形成され、上記基板の隅部において屈曲部を有して
上記基板の一辺から隣接する他の辺に沿って延在する導
体膜と、上記導体膜の上面および側面を覆うように形成
された保護膜とを有し、上記基板を樹脂体により封止し
た半導体装置において、上記導体膜の延在方向に沿い、
かつ上記屈曲部において、互いに近接して、実質的にス
リットと等価な複数の孔の列が設けられ、上記保護膜
を、それら孔内における導体膜の側面および絶縁膜に接
するように延在させたことを特徴とする樹脂封止型半導
体装置。
1. A device region formed on one main surface of a quadrilateral semiconductor substrate and an insulating film in a peripheral portion of the substrate including a corner portion of the substrate, and having a bent portion at the corner portion of the substrate. And a conductor film extending from one side of the substrate along another side adjacent thereto, and a protective film formed so as to cover the upper surface and the side surface of the conductor film, and the substrate is sealed with a resin body. In the semiconductor device described above, along the extending direction of the conductor film,
Further, in the bent portion, a plurality of rows of holes that are substantially equivalent to slits are provided close to each other, and the protective film is extended so as to be in contact with the side surface of the conductor film and the insulating film in the holes. A resin-sealed semiconductor device characterized by the above.
【請求項2】上記孔の列を複数列平行に設けたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体
装置。
2. The resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of rows of the holes are provided in parallel.
JP1201184A 1989-08-04 1989-08-04 Resin-sealed semiconductor device Expired - Lifetime JPH0652735B2 (en)

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