JPH07130728A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH07130728A JPH07130728A JP27644593A JP27644593A JPH07130728A JP H07130728 A JPH07130728 A JP H07130728A JP 27644593 A JP27644593 A JP 27644593A JP 27644593 A JP27644593 A JP 27644593A JP H07130728 A JPH07130728 A JP H07130728A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- film
- layer
- passivation film
- passivation
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- Pending
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】多層配線構造を有する半導体素子の配線層最上
部にポリアミック酸ワニスをスピンコートし、脱水縮合
させポリイミド膜を形成し、その上に更に、ポリアミッ
ク酸ワニスをスピンコートし、脱水縮合させポリイミド
膜を形成し、これらの操作を数回繰返し多層パッシベー
ションを形成する。 【効果】パッシベーション膜を多層化することで、膜中
に存在するピンホールを減少させることが可能となり、
Ｃｌイオンの透過を防止し多層配線構造を有する半導体
素子の耐湿性が向上する。
部にポリアミック酸ワニスをスピンコートし、脱水縮合
させポリイミド膜を形成し、その上に更に、ポリアミッ
ク酸ワニスをスピンコートし、脱水縮合させポリイミド
膜を形成し、これらの操作を数回繰返し多層パッシベー
ションを形成する。 【効果】パッシベーション膜を多層化することで、膜中
に存在するピンホールを減少させることが可能となり、
Ｃｌイオンの透過を防止し多層配線構造を有する半導体
素子の耐湿性が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多層配線構造を有する半
導体装置及び多層配線構造を有する樹脂封止型半導体装
置に関する。
導体装置及び多層配線構造を有する樹脂封止型半導体装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】つくりこまれた回路を有する半導体素子
があり、その素子上に、回路と上部多層配線層との接合
部分に窓を有する硬化した熱硬化性樹脂からなる絶縁層
がある。その絶縁層上には所定パターンの第一配線金属
層があり一般的にはＡｌが用いられている。第一配線金
属層は、半導体基板と電気的に接合している。第一配線
金属層上に、第一配線金属層とその上の配線金属層を電
気的に接続するための所定の窓を有し、かつ少なくとも
一部が半導体基板の非露出部上に延在する絶縁層があ
り、絶縁層の窓の部分で第一配線金属層に電気的に接続
し、かつ少なくとも一部が絶縁層上に延在する所定パタ
ーンの第二配線金属層を有する二層またはそれ以上の多
層配線構造を有する半導体装置は公知であり、たとえば
特公昭51−44871 号公報には、熱硬化性樹脂として縮合
型ポリイミドを用いた多層配線構造の半導体装置が記載
されている。また、無機物質を層間絶縁膜として多層配
線構造を形成する半導体装置における最上部のパッシベ
ーション膜に有機，無機物質を用いる技術については特
開昭63−308323号公報に示されている。
があり、その素子上に、回路と上部多層配線層との接合
部分に窓を有する硬化した熱硬化性樹脂からなる絶縁層
がある。その絶縁層上には所定パターンの第一配線金属
層があり一般的にはＡｌが用いられている。第一配線金
属層は、半導体基板と電気的に接合している。第一配線
金属層上に、第一配線金属層とその上の配線金属層を電
気的に接続するための所定の窓を有し、かつ少なくとも
一部が半導体基板の非露出部上に延在する絶縁層があ
り、絶縁層の窓の部分で第一配線金属層に電気的に接続
し、かつ少なくとも一部が絶縁層上に延在する所定パタ
ーンの第二配線金属層を有する二層またはそれ以上の多
層配線構造を有する半導体装置は公知であり、たとえば
特公昭51−44871 号公報には、熱硬化性樹脂として縮合
型ポリイミドを用いた多層配線構造の半導体装置が記載
されている。また、無機物質を層間絶縁膜として多層配
線構造を形成する半導体装置における最上部のパッシベ
ーション膜に有機，無機物質を用いる技術については特
開昭63−308323号公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の多層配線
構造を有する半導体装置は耐湿性試験等によりＡｌ配線
が腐食され、半導体装置の耐湿信頼性が低下させられる
という問題がある。これは、Ｃｌイオンを含む水分が、
モールドレジンを通過あるいはモールドレジンとリード
フレーム，Ａｕワイヤ等との界面から侵入し、多層配線
構造最上部のパッシベーション膜上に達した際、そこに
存在するピンホール及びモールドレジンの収縮時に起こ
る応力を受けて生じる剥離やクラック等を通過し、絶縁
層間に存在する亀裂へ侵入するために発生するものと考
えられる。
構造を有する半導体装置は耐湿性試験等によりＡｌ配線
が腐食され、半導体装置の耐湿信頼性が低下させられる
という問題がある。これは、Ｃｌイオンを含む水分が、
モールドレジンを通過あるいはモールドレジンとリード
フレーム，Ａｕワイヤ等との界面から侵入し、多層配線
構造最上部のパッシベーション膜上に達した際、そこに
存在するピンホール及びモールドレジンの収縮時に起こ
る応力を受けて生じる剥離やクラック等を通過し、絶縁
層間に存在する亀裂へ侵入するために発生するものと考
えられる。
【０００４】本発明の目的は、多層配線構造最上部パッ
シベーション膜に存在するピンホールをなくしクラック
の発生をおさえて、耐湿性に優れた半導体装置を提供す
ることにある。
シベーション膜に存在するピンホールをなくしクラック
の発生をおさえて、耐湿性に優れた半導体装置を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明では、下層配線と上層配線との層間絶縁膜
として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導
体装置において、最上部を保護するパッシベーション膜
が２層〜１０層で形成されてなる事を特徴とする半導体
装置を用い、また、下層配線と上層配線との層間絶縁膜
として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導
体装置を更に樹脂により封止されている樹脂封止型半導
体装置において、最上部を保護するパッシベーション膜
が２層〜１０層で形成されてなる事を特徴とする樹脂封
止型半導体装置を用い、また、下層配線と上層配線との
層間絶縁膜として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形
成する半導体装置において、最上部のパッシベーション
膜が有機膜および無機膜であることを特徴とする半導体
装置等を用いることで、解決するものである。ここでい
う多層配線構造とは、半導体装置の高集積度化に伴う、
配線の高密度化を達成するために、半導体チップ上に、
絶縁層を介し、複数層の配線層を有する構造である。パ
ッシベーション膜とは半導体チップ及び配線を保護する
ために形成される膜のことである。この膜は、絶縁特性
に優れ、低誘電率で低熱膨張性である特長を有する有機
物質により形成されたポリイミドなどの有機膜または、
窒化珪素のような無機膜を使うことができる。この膜厚
は１μｍから数十μｍ程度である。本発明においては特
に最上部のパッシベーション膜を多層塗することでピン
ホールフリーのパッシベーション膜を形成し、これによ
り課題を解決する。樹脂封止型半導体装置とは、回路の
書き込まれた半導体素子をエポキシ樹脂のような熱硬化
性樹脂を用いて作成した、高耐熱性でかつ低熱膨張性の
封止材料を用いて封止された半導体装置のことである。
めに、本発明では、下層配線と上層配線との層間絶縁膜
として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導
体装置において、最上部を保護するパッシベーション膜
が２層〜１０層で形成されてなる事を特徴とする半導体
装置を用い、また、下層配線と上層配線との層間絶縁膜
として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導
体装置を更に樹脂により封止されている樹脂封止型半導
体装置において、最上部を保護するパッシベーション膜
が２層〜１０層で形成されてなる事を特徴とする樹脂封
止型半導体装置を用い、また、下層配線と上層配線との
層間絶縁膜として有機絶縁材料を用い多層配線構造を形
成する半導体装置において、最上部のパッシベーション
膜が有機膜および無機膜であることを特徴とする半導体
装置等を用いることで、解決するものである。ここでい
う多層配線構造とは、半導体装置の高集積度化に伴う、
配線の高密度化を達成するために、半導体チップ上に、
絶縁層を介し、複数層の配線層を有する構造である。パ
ッシベーション膜とは半導体チップ及び配線を保護する
ために形成される膜のことである。この膜は、絶縁特性
に優れ、低誘電率で低熱膨張性である特長を有する有機
物質により形成されたポリイミドなどの有機膜または、
窒化珪素のような無機膜を使うことができる。この膜厚
は１μｍから数十μｍ程度である。本発明においては特
に最上部のパッシベーション膜を多層塗することでピン
ホールフリーのパッシベーション膜を形成し、これによ
り課題を解決する。樹脂封止型半導体装置とは、回路の
書き込まれた半導体素子をエポキシ樹脂のような熱硬化
性樹脂を用いて作成した、高耐熱性でかつ低熱膨張性の
封止材料を用いて封止された半導体装置のことである。
【０００６】
【作用】本発明において最上部パッシベーション層を多
層化することでパッシベーション膜中に存在するピンホ
ールを減少させることが可能となり、また、モールドレ
ジンの収縮応力がこの多層化パッシベーション層により
緩和されパッシベーション膜に生じるクラックも減少す
る。さらに多層化パッシベーション層が緩衝材となり多
層配線構造中に生じるクラックも抑制することが可能に
なるので多層配線構造を有する半導体装置の耐湿性の向
上に大きく寄与するものである。
層化することでパッシベーション膜中に存在するピンホ
ールを減少させることが可能となり、また、モールドレ
ジンの収縮応力がこの多層化パッシベーション層により
緩和されパッシベーション膜に生じるクラックも減少す
る。さらに多層化パッシベーション層が緩衝材となり多
層配線構造中に生じるクラックも抑制することが可能に
なるので多層配線構造を有する半導体装置の耐湿性の向
上に大きく寄与するものである。
【０００７】
【実施例】（実施例１）次に、本発明の実施例について
図面を参照して説明する。図１において、Ｎ型半導体領
域１上に通常の拡散技術もしくはイオン打ち込み技術に
より選択的に形成されたＰ型半導体領域２をもつ半導体
素子上に、濃度１４.６％，粘度１０.３ポアズのポリア
ミック酸ワニスを５００rpmで１０sec，３５００rpmで
３０secの条件でスピンコートし、１００℃で１ｈ，３
５０℃で３０min の条件で脱水縮合させ２.０μｍ のポ
リイミド絶縁層３を形成させた。この絶縁層３にネガレ
ジストを塗布し、所定のパターンマスクを介して露光し
現像することでＰ型半導体領域２の部分に窓をあけた。
次にヒドラジン／エチレンジアミン／水を用い４０℃で
絶縁層３のエッチングを行い、その後、ネガレジストを
剥離した。次に、絶縁層３上に配線４（１.０〜１.４μ
ｍ）が形成され、この配線の一部はＰ型半導体領域２に
接続している。この配線４を保護するように絶縁層３と
同様の条件で絶縁層５を形成させ、その上に配線層６を
形成させた。そして配線層６を保護するように絶縁層３
と同様の条件で絶縁層７を形成させた。この絶縁層７を
保護するようにパッシベ−ション層８ａが絶縁層３と同
様のポリアミック酸ワニスを用い、５００rpmで１０se
c，５０００rpmで３０secの条件でスピンコートし、絶
縁層３と同様の硬化条件で形成された。この８ａと同様
の方法で８ａ上に８ｂ，８ｃを形成して多層パッシベ−
ション層を形成した。最後にトランスファーモールド法
により樹脂封止体９を形成した。
図面を参照して説明する。図１において、Ｎ型半導体領
域１上に通常の拡散技術もしくはイオン打ち込み技術に
より選択的に形成されたＰ型半導体領域２をもつ半導体
素子上に、濃度１４.６％，粘度１０.３ポアズのポリア
ミック酸ワニスを５００rpmで１０sec，３５００rpmで
３０secの条件でスピンコートし、１００℃で１ｈ，３
５０℃で３０min の条件で脱水縮合させ２.０μｍ のポ
リイミド絶縁層３を形成させた。この絶縁層３にネガレ
ジストを塗布し、所定のパターンマスクを介して露光し
現像することでＰ型半導体領域２の部分に窓をあけた。
次にヒドラジン／エチレンジアミン／水を用い４０℃で
絶縁層３のエッチングを行い、その後、ネガレジストを
剥離した。次に、絶縁層３上に配線４（１.０〜１.４μ
ｍ）が形成され、この配線の一部はＰ型半導体領域２に
接続している。この配線４を保護するように絶縁層３と
同様の条件で絶縁層５を形成させ、その上に配線層６を
形成させた。そして配線層６を保護するように絶縁層３
と同様の条件で絶縁層７を形成させた。この絶縁層７を
保護するようにパッシベ−ション層８ａが絶縁層３と同
様のポリアミック酸ワニスを用い、５００rpmで１０se
c，５０００rpmで３０secの条件でスピンコートし、絶
縁層３と同様の硬化条件で形成された。この８ａと同様
の方法で８ａ上に８ｂ，８ｃを形成して多層パッシベ−
ション層を形成した。最後にトランスファーモールド法
により樹脂封止体９を形成した。
【０００８】（実施例２）図２に示すように、実施例１
の方法にて二層配線構造体を形成したのち、ポリアミッ
ク酸ワニスを用いパッシベーション層１０ａを形成した
後、パッシベーション層１０ａ上にプラズマＣＶＤ法に
よりＳｉＮ膜１０ｂを形成させ、この上に８ａと同様の
方法で１０ｃを形成させ、有機無機混在の多層パッシベ
ーション層を形成させる。その後にトランスファーモー
ルド法にて樹脂封止体１１を形成した。
の方法にて二層配線構造体を形成したのち、ポリアミッ
ク酸ワニスを用いパッシベーション層１０ａを形成した
後、パッシベーション層１０ａ上にプラズマＣＶＤ法に
よりＳｉＮ膜１０ｂを形成させ、この上に８ａと同様の
方法で１０ｃを形成させ、有機無機混在の多層パッシベ
ーション層を形成させる。その後にトランスファーモー
ルド法にて樹脂封止体１１を形成した。
【０００９】（実施例３）本発明の方法により形成した
ポリイミドパッシベーション膜のＣｌイオンの透過性に
関する実験結果を以下に示す。図３はこの実験に用いた
実験セルで、図中の１２ａ，１２ｂはポリプロピレン製
でそれぞれイオン交換水と１ｗｔ％のNaCl水溶液が入っ
ている。１３はＳｉゴム製のパッキンで、１４はポリイ
ミドパッシベーション膜である。この実験セルを６５
℃，９５％の条件下に放置し、逐次、１２ａよりイオン
交換水をサンプリングしそのＣｌイオン濃度を求めた。
図４は、この実験結果を示したものである。ここで１
５，１７は、それぞれ従来の方法により形成した２.２
μｍおよび４.５μｍの単層構造のポリイミドパッシベ
ーション膜の時間に対するＣｌイオン濃度を示す曲線で
ある。１６は、本発明の方法を用いて形成した４.５μ
ｍ の３層構造を有するポリイミドパッシベーション膜
の時間に対するＣｌイオン濃度を示す曲線である。この
図からも明らかなように本発明によるパッシベーション
膜は、Ｃｌイオンの侵入を防ぐ効果がある。
ポリイミドパッシベーション膜のＣｌイオンの透過性に
関する実験結果を以下に示す。図３はこの実験に用いた
実験セルで、図中の１２ａ，１２ｂはポリプロピレン製
でそれぞれイオン交換水と１ｗｔ％のNaCl水溶液が入っ
ている。１３はＳｉゴム製のパッキンで、１４はポリイ
ミドパッシベーション膜である。この実験セルを６５
℃，９５％の条件下に放置し、逐次、１２ａよりイオン
交換水をサンプリングしそのＣｌイオン濃度を求めた。
図４は、この実験結果を示したものである。ここで１
５，１７は、それぞれ従来の方法により形成した２.２
μｍおよび４.５μｍの単層構造のポリイミドパッシベ
ーション膜の時間に対するＣｌイオン濃度を示す曲線で
ある。１６は、本発明の方法を用いて形成した４.５μ
ｍ の３層構造を有するポリイミドパッシベーション膜
の時間に対するＣｌイオン濃度を示す曲線である。この
図からも明らかなように本発明によるパッシベーション
膜は、Ｃｌイオンの侵入を防ぐ効果がある。
【００１０】（実施例４）本発明の方法を用いパッシベ
ーション膜を形成した半導体装置を試作し、耐湿性信頼
性評価を行った結果を以下に示す。図５は、吸湿（８５
℃，８５％ＲＴ１６８ｈ)後、赤外線リフロー(２４０
℃，１０sec)処理し、１ｗｔ％のＮａＣｌ水溶液中に１
分間浸漬し、乾燥させたサンプルを高温高湿放置（８５
℃，８５％ＲＴ １６８ｈ）した後に動作確認を行った
際の全サンプル中に占める不良サンプルの個数を示した
ものである。この図からも判るように、本発明の方法を
用いパッシベーション膜を形成することで半導体装置の
耐湿性が向上する。
ーション膜を形成した半導体装置を試作し、耐湿性信頼
性評価を行った結果を以下に示す。図５は、吸湿（８５
℃，８５％ＲＴ１６８ｈ)後、赤外線リフロー(２４０
℃，１０sec)処理し、１ｗｔ％のＮａＣｌ水溶液中に１
分間浸漬し、乾燥させたサンプルを高温高湿放置（８５
℃，８５％ＲＴ １６８ｈ）した後に動作確認を行った
際の全サンプル中に占める不良サンプルの個数を示した
ものである。この図からも判るように、本発明の方法を
用いパッシベーション膜を形成することで半導体装置の
耐湿性が向上する。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の耐湿性が
よくなる。
よくなる。
【図１】本発明の一実施例を説明するためのパッシベー
ション膜がＰＩＱ多層膜である多層配線構造を有する半
導体装置の断面図。
ション膜がＰＩＱ多層膜である多層配線構造を有する半
導体装置の断面図。
【図２】本発明の一実施例を説明するためのパッシベー
ション膜がＰＩＱ，ＳｉＮの有機無機混成多層膜である
多層配線構造を有する半導体装置の断面図。
ション膜がＰＩＱ，ＳｉＮの有機無機混成多層膜である
多層配線構造を有する半導体装置の断面図。
【図３】本発明の方法により形成したポリイミドパッシ
ベーション膜のＣｌイオンの透過性に関する実験を行う
ための実験セルの摸式図。
ベーション膜のＣｌイオンの透過性に関する実験を行う
ための実験セルの摸式図。
【図４】各条件で形成したＰＩＱパッシベーション膜を
用い、Ｃｌイオンの膜透過実験を行った際の、時間−濃
度特性図。
用い、Ｃｌイオンの膜透過実験を行った際の、時間−濃
度特性図。
【図５】耐湿性信頼性評価結果の説明図。
１…Ｎ型半導体領域、２…Ｐ型半導体領域、３…ポリイ
ミド絶縁層、４…Ａｌ配線層、５…ポリイミド絶縁層、
６…Ａｌ配線層、７…ポリイミド絶縁層、８ａ…ポリイ
ミドパッシベーション層、８ｂ…ポリイミドパッシベー
ション層、８ｃ…ポリイミドパッシベーション層、９…
樹脂封止体。
ミド絶縁層、４…Ａｌ配線層、５…ポリイミド絶縁層、
６…Ａｌ配線層、７…ポリイミド絶縁層、８ａ…ポリイ
ミドパッシベーション層、８ｂ…ポリイミドパッシベー
ション層、８ｃ…ポリイミドパッシベーション層、９…
樹脂封止体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 克夫 群馬県高崎市西横手町111番地 株式会社 日立製作所半導体事業部内
Claims (8)
- 【請求項１】下層配線と上層配線との層間絶縁膜として
有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導体装置
において、最上部を保護するパッシベーション膜が同一
又は異種材料を複数回重ね塗りすることで、２層ないし
１０層で形成されてなる事を特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】下層配線と上層配線との層間絶縁膜として
有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導体装置
を更に樹脂により封止されている樹脂封止型半導体装置
において、最上部を保護するバッシベーション膜が同一
又は異種材料を複数回重ね塗りすることで、２層ないし
１０層で形成されてなる事を特徴とする樹脂封止型半導
体装置。 - 【請求項３】下層配線と上層配線との層間絶縁膜として
有機絶縁材料を用い多層配線構造を形成する半導体装置
において、最上部のパッシベーション膜が、複数回重ね
塗りすることで２層ないし１０層で形成された有機膜で
あることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、半導体素
子がリニアＩＣロジック，メモリのいずれかである半導
体装置。 - 【請求項５】請求項４において、各層の膜厚が０.５〜
４.０μｍで２〜１０層積層されたパッシベーション膜
からなる半導体装置。 - 【請求項６】請求項１，２または３において、最上部の
パッシベーション膜が特に重ね塗りしたポリイミド多層
膜で形成されている半導体装置。 - 【請求項７】請求項１または２において、最上部のパッ
シベーション膜が無機膜であり各層の膜厚が０.０１〜
２.０μｍで２〜５層積層されたパッシベーション膜か
らなる半導体装置。 - 【請求項８】請求項１または２において、最上部のパッ
シベーション膜が有機膜と無機膜の複合膜からなる半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27644593A JPH07130728A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27644593A JPH07130728A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130728A true JPH07130728A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17569533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27644593A Pending JPH07130728A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07130728A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101298034B1 (ko) * | 2011-11-23 | 2013-08-20 | 주식회사 아이브이웍스 | 패시베이션층 형성 방법 |
| WO2018207647A1 (ja) | 2017-05-09 | 2018-11-15 | 株式会社ダイセル | 絶縁膜形成用組成物、絶縁膜、及び絶縁膜を備えた半導体デバイス |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP27644593A patent/JPH07130728A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101298034B1 (ko) * | 2011-11-23 | 2013-08-20 | 주식회사 아이브이웍스 | 패시베이션층 형성 방법 |
| WO2018207647A1 (ja) | 2017-05-09 | 2018-11-15 | 株式会社ダイセル | 絶縁膜形成用組成物、絶縁膜、及び絶縁膜を備えた半導体デバイス |
| KR20190140073A (ko) | 2017-05-09 | 2019-12-18 | 주식회사 다이셀 | 절연막 형성용 조성물, 절연막 및 절연막을 구비한 반도체 디바이스 |
| US11149118B2 (en) | 2017-05-09 | 2021-10-19 | Daicel Corporation | Insulating film forming composition, insulating film, and semiconductor device provided with insulating film |
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