JPS584954A - 樹脂封止型半導体メモリー装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体メモリー装置

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JPS584954A
JPS584954A JP56102597A JP10259781A JPS584954A JP S584954 A JPS584954 A JP S584954A JP 56102597 A JP56102597 A JP 56102597A JP 10259781 A JP10259781 A JP 10259781A JP S584954 A JPS584954 A JP S584954A
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俊一 沼田
Koji Fujisaki
藤崎 康二
Hiroshi Suzuki
宏 鈴木
Junji Mukai
淳二 向井
Mikio Sato
幹夫 佐藤
Yoshiaki Wakashima
若島 喜昭
Daisuke Makino
大輔 牧野
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Hitachi Ltd
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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】 本発明は集積度の高い半導体メモリー装置およびその製
造法に関する。16 th Annualprocee
dings of 1978 1nternation
allelial)ility physics Sy
mposium、 Aprill 8−20,1978
.San DiegOtU、8.Avpp、aa−40
に掲載されたA New physica1MeCh3
niBm for f30ft i:rrors in
 1)ynamicM6mories”によると高集積
度を有する半導体メモリー素子にα線が入射すると、@
′1”→″′0”あるいは′0”→″1”の情報逆転、
所謂、5oft errorが起ることが報告されてい
る。このα線は半導体メモリー素子の封止材料であるセ
ラミック、金属あるいはモールド樹脂などに含まれる微
量のウランおよびトリクλが主な線源である。
したがって、この封止材料からウランおよびトリラムを
除去してやれば上述の問題は解決するわけである。そし
て、前記報告書においては、封止材料を精製することに
よってウランおよびトリウムの含蓄を少なくする試みが
なされているが、高度に精製することは工業的に極めて
困難であるということも報告されている。このため、封
止材料の精製による5oft errorの問題解決は
、実用上困難であると考えられていた。
ところが、本発明者らは封止材料の精製について種々検
討を進めている際、ウランおよびトリウムの含量がある
値以下になるとα線による5ofterror現象が急
激に減少ないし起らなくなることを発見した。
本発明の目的はα線による5oft errorを生じ
ない高集積度半導体メモリー装置を提供することにある
本発明の半導体メモリー装置は、封止材料から入射する
α線により5oft errorを起す集積度を有する
半導体メモリー素子およびそれを封止する封止体(pa
ckage )を含む半導体メモリー装置において、前
記メモリー素子と封止体との間の樹脂だことを特徴とす
る。
本発明によれば、前述の通り、ウランおよびトリウムの
総含量が1p、p、b、以下で、かつ0.2p、p、b
、より多い樹脂状物(以下、単に高純度樹脂状物と略記
する。)を含むα線遁へい層を設けたことにより、5o
ft errorの発生が著しく少ないか、もしくは実
質的に起らない高集積度を有する半導体メモリー装置を
得ることができる。
5oft errorは電気回路的手段によって補正す
ることが可能であり、これによシ、コンピュータなどの
機器の信頼性を確保することができる。しかし、一般に
言われているように、メモリー素子自体(7) 5of
t、error率が1000フイツトを超えている場合
にはもはや電気回路手段による機器の信頼性確保は難か
しくなる。したがって、メモリー素子自体の5oft 
error発生率を1000フィツト以内に抑えること
は重要な意味を有するものである。
本発明者らはウランおよびトリウムの総含量が1p、p
、b、  付近を超えると60(i errorの発生
率が急激に増大することを見出し、これにより本発明を
完成したものである。以上のことから、1p、b、b、
付近に臨界性が存在することが明白であり、本発明は極
めて有効であることがわかる。
また、0.2p、p、b、より多いという限定理由は精
製の容易さを配慮した(のである。
本発明でいう樹脂状物とは合成樹脂、天然樹脂、合成ゴ
ムあるいは天然ゴムなどのポリマである。
合成によって得られるポリマは、モノマを蒸留、再結晶
などにより精製したのち重合することにより比較的容易
に高純度のものを合成できる。また、本発明に用いられ
る樹脂状物の具体的例としては、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリベンズイミダゾール、ポリアミドイミド、ポリ
イミドイソインドロキナゾリン、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フッ素樹脂、ポリ
エステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリシリケート樹脂な
どがある。上記樹脂吻状には遮へい層の7物理的性質を
改善する目的のために各種のフィラーを配合することも
可能である。勿論、フィラーとしては、該フィラー中に
含まれるウランおよびトリウムの含量が前述の条件を満
たすように精製ζ除去した高純度のものでなければなら
ない。即ち、ウランおよびトリウムの総含量が樹脂状物
およびフィラーの全体量に対し、1p、p、b、以下で
、かつ0、21) 、 p、 b 、よシ多い量となる
ように精製されたフィラーである。ここで、高純度のフ
ィラーとしては、有機金属化合物、例えばテトラメチル
シラン、ジメチルジメトキシシラン、トリクロルシラン
、テトラエトキシシラ/ウジメチルジクロルシラン、ジ
フェニルジクロルシランなどのケイ素化合物、アルミニ
ウムトリイソプロピレート、モノー窩−ブトキシアルミ
ニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリブチレー
ト、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピ
レート、アルミニウムトリス(エチルアセテート)など
のアルミニウム化合物、ジルコニウムテトラキスアセチ
ルアセトナートなどのジルコニウム化合物、すリチル酸
亜鉛、オクタン酸亜鉛などの亜鉛化合物。
オクタン酸鉛、テトラZ工、ニル鉛などの鉛化合物。
オクタン酸スズ、テトラフェニルスズなどのスズ化合物
などを蒸留、再結晶などにより精製したのち、空気中や
酸素中で加熱酸化やプラズマ酸化した酸化物あるいは窒
化物などが好適である。なお、上記原料の酸化に先だち
、加水分解や異種の原料を加水分解して重合した6ち酸
化することも実際面で有利である。例えば加熱時の原料
揮散が防止できるという利点がある。このようにして合
成された金属酸化物は、一般に粉末状でありそのままフ
ィラーとして使用できるが、場合によってはさらに微粉
化してから使用してもよい。これらの金属酸化物系フィ
ラーは、一般に使用されている天然物を微粉化したフィ
ラーに比べ、ウラン、トリウムの含有量が極めて少ない
ものを得易い。
この他のフィラーとして、加熱閉環したポリイミド粉、
ポリイミダゾピロロン粉、ポリシッフベース、シリコー
ンゴムなどそれ自身では塗膜形成能がないポリマも゛フ
ィラーとして使用できる。フィラーを含むコート材を用
いると、フィラーを含まない場合に比べ、焼付時の収縮
あるいはヒートサイクルによるクラックの防止、遮へい
層の強度の向上、加熱減量開始温度の向上、熱伝導性(
熱放散性)の向上、熱膨張率の低減などが可能となる。
樹脂状物またはフィラーを含む樹脂状物を遮へい層とし
て形成するに当っては適当な溶剤に溶解ないし懸濁して
使用することができる。溶剤としては樹脂ワニスに用い
られている公知のものを使用すればよい。例えばN−メ
チル−2−ピロリドン、N、N−ジメチルアセトアミド
、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジエチルホ
ルムアミド、N−メチルホルムアミド、ジメチルスルホ
オキシド、N、N’−ジエチルアセトアミド。
N、N−ジメチルメトキシアセトアミド、ヘキサメチル
フオスホルアミド、ピリジン、ジメチルスルホン、テト
ラメチルスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン、
フェノール、クレゾール、キシレノール、ケトン頌、ト
ルエン、ベンゼン、アルコール類などの少なくとも1種
が挙げられる。
また、前記樹脂状物にはアミノシラン、エポキシシラン
、メルカプトシラン、ビニルシランなどの公知のシラン
系カップリング剤、フロロカーボンなどの界面活性剤な
どを必要に応じて添加してもよい。勿論、これらの溶剤
、添加剤もウランおよびトリウムの含有量が少ないもの
でなければならない。
本発明において、高純度樹脂状物もしくはフィラーを含
む高純度樹脂状物からなるα線遮へい層は実用的には3
0μm以上、好ましくは40μm以上の厚さとすること
により十分な5oft error防止効果を発揮させ
ることができる。集積度が低い半導体メモリ素子の場合
では30μmよシ薄い層であっても所期の目的を達成す
ることができる。
前記α線遮へい層は封止体とメモリー素子との間に設け
られるが、その詳細について、以下、図面により説明す
る。第1図はduBl 1n−1ine型レジンパツケ
一ジ半導体メモリー装置へ適用した場合の断面斜視図を
示す。1は半導体メモリー素子、すなわち、シリコンチ
ップ、2はシリコンチップの支時体、3はリード、4は
ボンディングワイヤ、5はレジンパッケージ、6はα線
遮へい層である。この例では、α線遮へい層6はシリコ
ンチップの表面にコートしである。レジンパッケージ5
はエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂のモールドによつで
形成することができる。第2図および第3図はduel
 1n−1ine型セラミツクパツケ一ジ半導体メモリ
ー装置へ適用した場合の断面図を示す。7aおよび7b
はセラミックパッケージでガラスなどのシール材8aお
よび8bによシシールされている。シリコンチ211社
接合材9例えば公知の銀ぺよスト、金−シリコン共晶層
あるいは半田層などによりパッケージ8b上に固着され
ている。第2図、においては、α線遮へい層6はシリコ
ンチップ1表面にコートしてあシ、第3図においてはパ
ッケージ7aの内側表面にコートしである。第2図の場
合はα線遮へい材料は第3図の場合よシ少量で済む。一
方、第3図の場合は、α線遮へい層6としての樹脂状物
に必ずしもフィラーを配合する必要がなくなシ好都合で
ある。すなわち、シリコンチップ1上に直接コートする
場合は、耐クラツク性を付与するためにフィラー添加が
必要な場合があるが、第3図の方式では必ずしもその必
要性はないからである。また、製造作業上においても、
シリコンチップ1やボンディングワイヤ4に接触し、そ
れを破損するという心配がない。第4図および第5図は
メタルキャップ方式%式% 半導体メモリー装置へ適用した場合を示す。第4図およ
び第5図において、10は金めつきコバール(pe−N
i−co金合金などからなるメタルキャップ、11aお
よび11bはリード3とともに一体に成形されたセラミ
ックパッケージ、12はシール材例えばA u −Sn
合金などであり、メタルキャップ10とセラミックパッ
ケージlla間をシールしている。リード3は・側面ろ
う付タイプである。第4図および第5図の場合も、メタ
ルキャップ10およびシール材12の材料構成ならびに
セラミックパッケージllaおよびllbを予備成形、
焼結している点を除いては、基本的には前記第2図およ
び第3図の例と同様である。
半導体メモリー素子が高集積度のメモリー素子、とりわ
け、バイポーラ型半導体メモリー素子の場合はIKピッ
ト以上のメモリー容量を有する集積度、MOS型を始め
とするMIS型半導体メモリー素子にあっては16にビ
ット以)特に64にビット以上のメモリー容量を有する
集積度の場合に5oft ertorを起し易くなるの
で、このような集積度のメモリー素子に対して適用する
と一層効果的である。
本発明において、ウランおよびトリウムの含有量は公知
の放射化分析による値である。本発明においては、原子
炉を用いた中性子放射化分析によって行なった。すなわ
ち 828Uおよび2SJThの(n、r)反応から生
成する23°Uおよび233Thは半減期23.:5分
でβ−崩壊し、それぞれ*!rQpuおよび233U 
に壊変するが、この時放出するr線を計測1、同一条件
で照射した標準試料のr線計数率との比較からUおよび
Thの定量を行なったものである。測定条件は次の通り
Ge(Li)半導体検出器、4000Ch波高分析器、
計数時間500〜6,0.000SeO。
以下に実施例、従来例および比較例を示す。なお、以下
に部とあるのは重量部を示す。
実施例1 市販の3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4
−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートを1m++
Hg、  155〜158Cで真空蒸留したもの50部
、lmHg、65〜67Cで真空蒸留したビニルシクロ
ヘキサンジオキサイドを50部、1m+)(g、  1
13〜115Cで蒸留したメチルナジック酸無水物(硬
化剤)77部、’3wHg。
118〜122Cで蒸留したヘキサヒドロフタル酸無水
物(硬化剤)66部、フィラーとしてエチルシリケート
を168二)70Cで蒸留精製したのち、加水分解し、
空気巾約500Cで4時間別。
熱して製造した粉末370部、テトラフェニルホスホニ
ウムテトラフェニルポレート(硬化促進剤)2部、γ−
グリシドオキシプロビルトリメトキシシラン(カップリ
ング剤)2部を混合して遮へい層としての樹脂状物(組
成物)を調製した。この組成物を放射化分析したところ
、ウラン含量は0.45 p、 I)、 b、、トリウ
ム含量は0.551)、 p、 b。
であった。
次にこの組成物を、メモリー容量16にビットのMOS
型、R,AM型型上モリ−素子厚さ1〜1、5 wmに
なるように被覆し、150Cに3時間加熱して硬イヒさ
せ、遮へい層と封止体とが同質材料になる一体構造の目
的半導体メモリー装置を製造した。
このメモリー装置のソフトエラー率を測定したところ、
9−80フイツト(1フイツトは、1個の素子について
、10′1時間当り1回のエラーが起ることを示す単位
)であった。
従来例 前記実施例1で使用したのと同じエポキシ樹脂素材を精
製しないでそのまま用い、フィラーモ市販の未精製粉末
シリカを用いて封止材料を製造した。この封止材料のウ
ラン含有量は18p、 p、 b、、トリ゛ウムは11
p、p、b、であった。この封止材料を用い、前記実施
例1と同様にメモリー素子全体を被覆し、かつ硬化して
メモリー装置を製造した。該メモリー装置のソフトエラ
ー率は、3.5X104 フィツトであった。
実施例2 実施例1の組成物からフィラーのみを除く各素材を混合
し、樹脂組成物を調゛製し泥。この組成物のウラン含有
量は0.05ν、p、b、であシ、トリウムは0.20
1)、P、b、であった。この組成物を、40〜50μ
mおよび1〜1.5簡の2通シの厚さにコートしたとこ
ろ、焼付終了後、後者の素子はクラックした。
次に、前者の40〜50μm厚さに被覆したメモリー素
子に対し、従来例で用いたのと同じ封止材料を1〜1.
5+m厚さに被覆し、硬化した。得られたメモリー装置
のソフトエラー率は120フイツトであった。
実施例3 n−ブタノールで再結晶した4、4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル、無水酢酸から再結晶した後昇華精製した
ピロメリト酸二無水物を、五酸化りんで乾燥した後蒸留
精製し九N−メチルピロリドン中で当モル比で反応させ
て得たポリアミック酸を、前記実施例1と同様のメモリ
ー素子に塗シ、100Cで2時間、2o6r:で1時間
、 350tll’で1時間加熱することによシ、厚さ
40〜50μmのポリイミド遮へい層を形成した。。
この後、°セラミックパッケージにAu−8′n系シー
ル材を用いてメタルキャップを約3800で融着させて
封止(packaging )  した。
このメモリー装置のソフトエラー率は工50フィツトで
あった。
なお、このポリイミドのウラン含量は、o、osp、p
、b、  、 、ト1リウ遍はo、isp、  β、b
 。
であった。
実施例4 前記実施例3におけるポリアミック酸の精製度を高めた
以外は該実施例3と同様にして半導体メ、モ、リー装置
を製造した。樹脂状物(ポリイミド)中のウラン含量は
o、osp、p、b、、トリウム含量は0.13p−o
p−、b、であった。
上記メモリー装置のソフトエラー率は100フイツトで
あった。
これに対し、ポリイミドで素子をコードせず、セラミッ
ク封止のみ行なった場合のメモリー装置のソフトエラー
率は4.5X10’フイツトであった。
実施例5 エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレー
トを165〜175tr゛、3 wa Hgで蒸留精製
したもの100部をイソプロパツール500部に溶解し
、水10部を加えて混合した後、1日放置した。その後
空気雰囲気中にて、150C。
1時間、200C,1時間、300C,1時間。
400C,1時間、500C,1時間、600C。
イθ 1時間、700C,1時間加熱して酸Jgしたのち、め
のう乳ばちで軽くすシ、微粉末を得た。
この微粉末を、実施例3で調製したのと同様の高純度ポ
リアミック酸フェスに混合し、樹脂組成物を得た。これ
から得られるポリイミドと前記微粉末の割合は、重量比
で40対60であった。この組成物を、前記実施例1と
同様のメモリー素子に40〜50μm厚さに被覆し、低
融点ガラスを融着材とするセラミックパッケージを用い
約450Cでシール処理し、目的の半導体メモリー装置
を製造した。ここで用いた樹脂組成物中のウラン含量は
0.24p、p、b、、)リウ五含量は0.20イツト
であった。
比較例1 蒸留精製したジメチルジクロルシランを加水分解して製
造したα、ω−ジヒドVキシポリジメチルシロキサンと
蒸留精製したケイ酸エチルを架橋剤とするシリコーンに
、微粉末シリカを重量比で60対40の割合で混合し、
ジブチルス、ズジラウレエトを0.2重量%添加した樹
脂組成物を、前記実施例1と同様のメモリー素子に50
〜60μmの厚さに被覆し、若干放置後150C以上の
温度で硬化し、遮へい層を形成した。その後、石英ガラ
ス粉を約70重量%含むエポキシ樹脂成形材料で封止し
た。得られたメモリー装置のソフトエラー率は9.5X
10sフイツトであった。
なお、上記遮へい層中のウランおよびトリウムの総含量
は1.5p、p、b、であった。
実施例6 比較例1の微粉末シリカの代りに、実施例1で用いた蒸
留精製したエチルシリケートから合成したシリカ粉を配
合した樹脂組成物を比較例1と同様にメモリー素子に被
覆し、かつエポキシ樹脂成形材料で封止した。得られた
装置のソフトエラー率は220フイツトであった。なお
上記樹脂組成物のウラン含有量は0.40p、p、b、
、トリウムは0.601)、p、b、であった〇 実施例7 C(CHa)z 5jO)、 (nは3〜6を主体とす
る)の一般式で表わされるポリジメチルシロキサンを1
70〜250Cで蒸留精製したのち、酸素雰囲気中で酸
化し、sio、を主成分とする微粉末を得た。この微粉
末15部を再結晶法で精製したモノマか゛ら合成したポ
リアミック酸フェス(日立化成工業に、に、製商品名P
IQ、不揮発分10%、溶剤は蒸留精製したN−メチル
−2−ピロリドン)100部に添加し、遮へい雇用樹脂
組成物(ワ゛ニス)を調製した。
このフェスをIKビットのバイポーラ型半導体メモリー
素子に塗布し、100Cで2時間、200Cで1時間、
asot:’で1時間加熱することによシ厚さ75〜9
0μmのポリイミドイソインドロキナゾリンジオンから
なる遮へい層を形成した。
この後、セラミックパッケージで封止した。
このメモリー装置のソフトエラー率は800フイツトで
あった。なお、上記フェスのウラン含有量は0.20 
p、p、 b、 、トリウムは0.5 op、p、ba
であった。
比較例2 遮へい雇用樹脂組成物として通常の石英ガラスを粉砕し
て製造した微粉末13部および前記と同じPIQワニス
100部を用いた他は、前記実施例7と同様にしてメモ
リー装置を製造した。
このメモリー装置のソフトエラー率は3S00フイツト
であった。なお、上記組成物のウラン含有量は15p、
p、b、であった。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の実施例になる半導体メモ
リー装置の構造を示す断面図である。 1・・・半導体メモリー素子、2・・・支持体、3・・
・IJ−ド、5・・・し゛ジンパッケージ、6・・・α
線遮へい層、7a、7b・・・セラミックパッケージ、
8a、8b・・・シール材、10・・・メタルキャップ
、lla。 11b・・・セラミックパッケージ、12・・・シール
材。 代理人 弁理士 高橋明夫δ 勃 ′B! 第1頁の続き 0発 明 者 牧野大輔 日立市東町4丁目13番1号日立 化成工業株式会社山崎工場内 0出 願 人 日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿2丁目1番 1号

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ゛1.封止材料から入射するα線によi) 5gft 
    errorを起す集積度を有する半導体メモリー素子お
    よびそれを封止する封止体(package )を含む
    半導体メモリー装置において、前記メモリー素子と封止
    体との間にウランおよびトリウムの総含量が1p、p、
    b、以下で、かつ0.2 p、 p、 b 、よシ多い
    樹脂状物を含むα線速へい層を介在せしめたことを特徴
    とする半導体メモリー装置。 2、封止材料から入射するα線により5oft err
    orを起す集積度を有する半導体メモリー素子の周囲に
    、無機物質を含む封止材料を用いて封止体を形成する半
    導体メモリー装置の製造法において、有機金属化合物を
    精製および酸化する工程を含む手段によって得られる高
    純度フィラーであって、その中のウランおよびトリウム
    の総含量が、樹脂配合後の全体量を基準として、1p、
    p、b、以下で、かつ0.2 p、 I) 、 b 、
    より多い量に相当する量のフィラーを含む樹脂状物を含
    むα線速へい層を前記メモリー素子と封止体との間に介
    在せしめることを特徴とする半導体メモリー装置の製造
    法。
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