JPS5917266A - 樹脂封止型半導体装置 - 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】 本発明は耐Ｍ性のすぐれた多層配線構造を有する半導体
装置に関する。

耐ｒ８性は、半導体装置に必須の電性であり、該装（−
の高密ＩＷ化、高信頼度化が進むにつれ、耐湿ｆ（−の
帰来も益り厳しくなっている。

を配線導体層間に絶縁膜として用いる多層配線構造を有
する半導体装置は知られている。

このようなポリイミド樹脂膜を構造の一部に有する半導
体装置は、高温度高優度雰囲気中に放置した場合に、パ
ンンベーション膜（二酸化シリコン、窒化ンリコン、リ
ン入り二酸化シリコンなど）とポリイミド樹脂膜との接
着強度は、著しく小さいものとなる。このため、配線導
体金属、例えばＡｔなどが、腐食して断線する故障が起
こり易くなる。

本発明の目的は、前記状況に応じ得る耐湿特性をそなえ
た半導体装置、とくに樹脂個市型半導体装置を祈−俳す
ることである。

その要旨は、 １　多層配線構造を有する半導体装置において、多層配
線の層間Ｐ縁膜が金属アルコキサイドの焼付膜であるこ
とを特徴とする半導体装置。

２２？１以上の金属γルコキサイドの焼付膜であること
を特徴とする第１項記載の半導体装置。

多層配線の層間絶縁膜が金属アルコキサイドとワックス
を含む組成物の焼付膜であることを特徴とする半導体装
置である。

本発明において、多層配線の層間絶縁膜とは、ＬＳＩな
どの集積回路の多層配線における層間絶縁膜を意味する
。具体例を図に示す。

第１図および第２図は多層配線を有するＬＳＩの断面図
を示し、２−Ｉはｍ１層のＡｔ配線、２−■は第２層の
Ａｔ配線である。第１図では本発明の金属アルコキサイ
ドおよび金属アルコキサイドとワックスを含む組成物よ
りなる皮膜を層間絶縁膜（３−１）と表面皮膜（３−１
１）とした例を、また第２図は、該皮膜を層間絶縁膜（
３−Ｉ）とした後、ポリイミド樹脂層（４）を設けた例
を表わしている。

捷た、本発明において、金属アルコキサイドとしては、
例えばポロンメチレート、ボロンエチレート、アルミニ
ウムノチレート、アルミニウムエチレート、−アルミニ
ウムー１−ノロピレート、アルミニウムーローブチレー
ト、モノ−８−ブトキシアルミニウムジイソプロピレー
ト、エチルアルミニウムジエチレート、メチルシリケー
ト、エチルシリクート、ｎ−プチルンリケート、メチル
トリエトキシシラシ、ジエチルジエトキソシラン。

チタンエチレート、チタンー１−グロピレート。

チタン−〇−ブチレート、アンチモンエチレート。

アンチモン−〇−ブチレート、スズメチレート。

スズエチレート、スズー１−フ゛ロビレート、スズ−ロ
ーフチレート、ジルコン−１−プロピレート。

ジルコン−〇−フヂレートなどが使用される。

これらのアルコキサイドは、金属に直接結合した有機基
を有してもよいが、少なくとも２官能性であって、該分
子中に金遣れるアルコキシ基は同一であっても、あるい
は異なっていてもよい。なお、末端基として、モノアル
コレートを少量加用することは許容される。

また、該金属アルコレートは、モノマーの形で２種以上
が混用されてもよいし、その一部もしくは全部が、算縮
合してなるプレポリマーとして混用されることも、ある
いは予めコポリマーに調製されたのち使用されることも
できる。

本発明においては、分子中にシロキサン結合とアルミノ
キサン結合とを含む皮膜であっても有用であって、例え
ば一般式 （式中、Ｉｔ、、　Ｒ’はそれぞれ低級アルキル基、ア
ルケニル基、フェニル基などの炭化水素基を表わし、ｎ
は正の整数を表わす）で示されるポリアルミノシロキサ
ンもしくはその溶液を用いて対象とする物体を被覆する
とか、あるいは一般式（式中、ｌ（は低級アルキル基、
アルケニル基、アリール基などの炭化水素基を表わし　
Ｒ／／は低級アルキル基もしくは低級アルコキシ基、ア
ルケニル基、アリール基などを表わし、Ｒ“の全てが同
一であることを要しない。また、ｔおよびｍは正の整数
である） でそれぞれ示されるシロキサンおよびアルミノキサンの
七ツマ−もしくはプレポリマーを併用するか、またはそ
れらのコポリマーを用いて被覆することによって形成さ
れる。なお、上記において、ヒドロキシル基末端のモノ
マーや、飽和または不飽和炭化水素基末端ポリマー類も
使用可能である。

本発明の絶縁膜は、前述のように、２種以上の金属アル
コキサイドモノマーあるいはプレポリマーを混合した状
態で適用したのち、加熱反応させることによって形成さ
れることができ、１だ、それらをコポリマー化して適用
するか、それぞれのポリマーを混合して適用することに
よって形成されることもできる。モノマー、ポリマー類
の溶剤として、捷た重合反応媒体として、例メーばベン
ゼン、トルエン、キンレン等の炭化水素類、メタノール
、エタノール、１−ノロパノール等の−ｒルコ−ル類、
メチルエヂルケトン、アセトン等のケトン類、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジノチルホルムアミド、
ジノチルスルホキシドなどが、必要に応じて使用される
。

本発明において、金属アルコキサイドの加熱反応柔性は
特に限定されることはなく、例えば予めポリマー化する
には５０〜２００Ｃで、また、半導体素子に適用後重合
させる際には１００〜３００ｔ：’で行なうことができ
る。

なお、本発明の絶縁膜の形成に当って、シラン系化合物
、有機チタネート系化合物、アルミニウノ・キレート系
化合物などのカンプリング剤を併用することも出来る。

本発明者らの研究によれば、前記金属アルコキザイドに
加えてワックスを併用することにより、膜の副クランク
性および、素子との接着性を一層向上することができる
とともに、金属アルコキサイドの加水分解性を抑制する
効果がある。ここで、ワックスとしては、例えば、スパ
ームアセチ（日本油脂社）、硬化ろう（新日本理化社）
、ヘキストワツクスＥ（ヘキストジャバン社）、ヘキス
トワックスＧＬ−７３、ヘキストワックスーθＰ（ヘキ
ストジャバン社）、ライトール（三和油脂社）。

カルナバワックス、密ろう、木ろう、キャンデリラワッ
クス（野田ワックス）などのエステル系ワックス、流動
パラフィン、天然パラフィン、マイクロワックス、ポリ
エチレンワックス、゛フルオロカーボンなどのパラフィ
ン系ワックスなどがあり、これらの１種以上を併用する
ことも出来る。ワックスを併用するに当っては、金属ア
ルコキザイドとともに、前記と同様に、適当な溶媒に溶
解して用いられる。

さて、本発明は、ガラス融着セラミックパッケージ、半
田融着セラミックパッケージ、樹脂パッケージなど全て
のパンケージ手段によって構成される半導体装置に適用
できる。

樹脂パッケージ半導体装置において、その耐湿性改善の
効果が顕著である。

本発明において、パッケージ用樹脂材料としては、例え
ば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂。

尿素樹脂、ノラミン樹脂、付加型イミド樹脂、７リコー
ン樹脂などがある。

なかでもエポキシ樹脂組成物は、封止用として特に好ま
しい。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ
のジグリシジルエーテル、ブタジエンジエボキサイド、
３．４−エポキシ７り口へキンルノチルー（３，４−エ
ポキシ）シクロヘキサンカルホキ／レート、ビニル／ク
ロヘキサンジオキライド、　４．４’−ジ（１，２−エ
ポキシエチルフジフェニルエーテル、４．４’　−（１
，２−エポキシエチル）ビフェニル、２．２−ビス（３
，４−エボキ７ノク口ヘキフル）７０パン、レノ°ルゾ
ンのグリシジルエーテル、フｕＬＩグルンンのジグリシ
ジルエーテル、メチル７０ログルンンのシクリンジルエ
ーテル、ビス−（ｒ２　、３　’−エボキ／／りロペン
チルノエーテル、２−（３，４−エボキ７）フクロヘキ
シン−５，５−スピロ（３，４−エポキシ）−／クロヘ
キブンーｎ】−ジオキサン、ビス−（３，４−エボキ／
−６−メチル７クロヘキシル）アジペート、Ｎ、Ｎ’−
ｍ−フェニレンビス（４，５−エポキシ−１，２−シク
ロヘキサン）ジカルボキシイミドなどの官能のエポキシ
化合物、パラアミノフェノールのトリグリシジルエーテ
ル、ポリアリルグリシジルエーテル、１．３．５−）す
（１，２−エポキシエチル）ベンゼン、　２．２’、４
．４’−テトラグリシドキシベンゾフェノン、フェノー
ルホルムルデビドノボランクのポリグリ７ジルエーテル
、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリフチ１−
ルグ自パンのトリグリ７ジルエーテルなど３官能以上の
エポキシ化合物が用いられる。上記化合物は、用途、目
的に応じて１種以上併用して使用することも出来る。こ
れらのエポキシ樹脂には硬化剤がイノ１用される。それ
らは、垣内弘著；エポキシ樹脂（昭和４５年９月発行）
１０９〜１４９ページ、　ｌ、ｅｅ、　Ｎｅｖｉｌｌｅ
著；　ＥｐｏｘｙＪｊｅｓｉｎｓ　（Ｍｃ（３ｒａｗ−
１，（ｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｉｎｃ。

Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　１９５７年発行１６３〜１４１ペ
ージ。

ｐ　、　Ｅ、Ｂｒｕｎ　ｌ　Ｓ著Ｈ１（ｐｏｘｙ　）（
、ｅｓｌｎｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１ｎｔｅｒｓｃ
ｉｅｎｃｅ　ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、　ＮｅＷ　ｙｏｒ
ｋ。

１９６８年発行）４５〜１１１ページなどに記載の化合
物であり、例えば脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン
、第２および第３アミンを含むアミン類、カルボン酸類
、カルボン酸無水物類、脂肪族および芳香族ポリアミド
オリゴマーおよびポリマー類、三フッ化ホウ素−アミン
コンルックス類。

フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ウレタン
樹脂などの合成樹脂初期縮合物類、その他、ジシアンジ
アミド、カルボン酸ビドラジド、ポリアミノマレイミド
類などがある。

上記硬化剤は、用途、目的に応して１種以上使用するこ
とが出来る。

特に、フェノール、ノボラック樹脂は、硬化樹脂の金属
イン丈−トに対する密着性、成形時の作業性などの点か
ら、上記半導体封止用材料の硬化剤成分として、好適で
ある。

該樹脂組成物には、エポキシ化合物とノボラック型フェ
ノール樹脂の硬化反応を促進する効果が知られている公
知の触媒を使用することが出来る。

かかる触媒としては、例えば、トリエタノールアミン、
テトラメチルブタンジアミン、テトラノチルペタンジア
ミン、テトラメチルヘキサンジアミン、トリエチレンジ
アミン、ジメチルアニリンなどの三級アミン、ジメチル
アミノエタノール。

ジノチルアミノペタノールなどのオキシアルキルアミン
やトリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、Ｎ−メ
チルモルホリン、Ｎ−’エチルモルホリンなどのアミン
類がある。

また、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチ
ルトリメチルアンモニウムクロライド。

ドデシルトリメチルアンモニウムアイオダイド。

トリスチルドテシルアンモニウムクロライ、ドウベンジ
ルジノチルテトラデシルアンモニウムクロライド、ベン
ジルメチルパルミチルアンモニウムクロライド、アリル
ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジル
ジメチルステアリルアンモニウムブロマイド、ステアリ
ルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチ
ルテトラデシルアンモニウムアセテートなどの第４級ア
ンモニウム塩がある。

また、２−エチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダ
ゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール。

２−メチル−４−エチルイミダゾール、■−ブチルイミ
ダゾール、１−プロビル−２−メチルイミダゾール、■
−ベンジルー２−メチルイミダゾール、１−シアノエチ
ル−２−エチルイミダゾール。

１−シアンエチル−２−ウンデシルイミダゾール。

１−７７ノエチルー２−フェニルイミダソー　ル。

■−アジンー２−メチルイミダゾール、■−アジンー２
−ウンデゾルイミタゾールなどのイミダゾール？ｌ’ｌ
、ｌフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、テト
ラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリ
エチルアミンテトラフェニルボレート、Ｎ−エチルモル
ホリンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチ
ルイミダノ°−ルテトラフェニルボレート、２−エチル
−１，４−ジメチルイミダゾールテトラフェニルボレー
トなどのデトラフェニルボロン塩などがある。

本発明においては樹脂組成物に、目的と用途に応じて、
各種の無機物質−？添加剤を配合して用いることか出来
る。それらの具体例をあげればジルコン、シリカ、溶融
石英ガラス、アルミナ、水酸化アルミニウム、ガラス、
石英ガラス、ケイ酸力／ｌ／　シ＋７　ム、　石ニアつ
、炭酸カルシウム、マクネサイト、クレー、カオリン、
メルク、鉄粉、銅粉、マイカ、アスベスト、炭化珪素、
窒化ホウ素、二硫化モリブデン１鉛化合物、鉛酸化物、
亜鉛華、チタン白、カーボンブランクなどの充填剤、あ
るいは、高級脂肪酸、ワックス類などの離型剤、エポキ
シシラン、ビニルシラン、アミノシラン、ボラン系化合
物、アルコキシチタネート系化合物、アルミニウムキレ
ート化合物などのカップリング剤などである。さらに、
アンチモン、燐化合物１臭素や塩素を含む公知の難燃化
剤を用いることが出来る。

本発明においては、半導体装置を封止するための装置、
方法は特に限定されず、例えば前記したような成分から
なる組成物をもって、注型、トランスファ成形など公知
の方法が適用できる。

次に本発明を、実施例を用いて具体的に説明する。

実施例１ モノ−８−ブトキシアルミニウムジイソグロビレートと
末端シラノール基のポリシロキサン化合１モルに対し、
後者０．５モルの割合（重量比）に混合した後、イング
ロパノール溶液（！！度１０．０重■％浴ｉ）に調整し
た。

該樹脂溶液を、多層（２層）配線絶縁膜として用いた場
合の素子構造を、第１図、第２図に示した。

素子の構成は　Ｓ　ｉ素子基板上に、ｂ　’　０２絶縁
層、ポリシリコン層、更に第１層目のアルミニウム配線
（２−Ｉ）を形成した後に、上記樹脂溶液を塗布（スピ
ンナー使用）、焼付け（２７０ｃ。

６０分間）したのち（３−１層）、ポジレジストを塗布
して、スルホールのパターニングを行なった。そのあと
、ＣＦ　４０２　を反応ガスとして、プラズマエッチし
た。次いでＯ！を反応ガスとするプラズマアッシーヤー
によってポジレジストを除去した。

次いで、第２層目のアルミニウム配置（２−ＩＩ）を形
成したのち、さらに上記樹脂溶液を塗布、焼付け（前記
条件と同じ）した。（３−■層）なお、第２図は、第２
層目の皮覆樹脂として、ポリイミド系樹脂（日立化成社
：　ＰＩＱ）を用いた場合（４層）を示している。

本発明の半導体装置を、ガラス融着セラミックパッケー
ジしたメモリ用ＬＳ　１１１！！品（６４にビットＤ−
ＩＬＡ　Ｍ　／’　モリ）は、１２１ｃ、２気圧過飽和
水蒸気中放置試験（ＰＣＴ）２０００時間後も、Ａｔ配
線の腐食による断線故障もなく、信頼性にすぐれたＬＳ
Ｉを得た。

実施例２ モ／−（！カンダリーブトキシアルミニウムインプロビ
レート１．０　重−１ｉ１：部と、ヘキストワックスモ
１０重量部をインプロピルアルコール、１００１ｉ量部
中で加熱混合して、１０重景％溶液を作った。

該溶液を、多層（２層）配線絶縁膜として用いた場合の
素子構造を、第１図、第２図に示した。

素子の構成は、Ｓｌ素子基板上に、ｓＩｏ、絶縁層、ポ
リシリコン層、更に第一層目のアルミニウム配線（２−
Ｉ）を形成した後に、上記樹脂被膜材料を塗布（スピン
ナー使用）、焼付け（２５０Ｃ０６０分間）した（５−
Ｉ）のち、ポジレジストを塗布して、マルホールのパタ
ーニングを行なった。次いで、ＣＦ、−０，を反応ガス
としてプラズマエッチした。次いでＯ３を反応ガスとす
るプラズマアッシャ−によってポジレジストを除去した
。

次いで、第２／ｌｉ目のアルミニウム配線（２−１１１
を形成した後、さらに、上記樹脂液を塗布、焼付け（前
記条件と同じ）した。（３−■層）なお、第２図は、第
２層目の被覆樹脂として、ポリイミド樹脂（日立化成製
Ｐ　Ｉ　Ｑ、　）を用いた場合（４ＩＱ　）を示した。

本発明の半導体装置を、フェノールノボラック樹脂を（
便化剤としたエポキシ系樹脂成形材料を用いて樹脂パッ
ケージしたメモリ用ＬＳＩ製品（１６にビットＤ＝ＲＡ
Ｍメモリ）は、８５ｒ、８５％相対湿度中でバイアス印
加放置で５００時間後も、Ａｔ配線の腐食による断線故
障の発生はなく、耐浸信頼性にすぐれたＬＳＩを得た。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明に係わる半導体装置の素子構
造を説明するための図である。 １・・・半導体素子、２−１・・・第１層配線、２−■
・・・第２層配線、３−■・・・第１層絶縁コート樹脂
、３−ｎ・・・第２層絶縁コート樹脂、４・・・ポリイ
ミド系第　　／　　国 第　２　国 小平市上水本町１４５０番地株式会 社日立製作所武蔵工場内 座・発　明　者　坪崎邦宏 小平市上水本町１４５０番地株式会 社日立製作所武蔵工場内 ＠発　明　者　鈴本克人 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％ 日立市幸町３丁目１番１号株式 会社日立製作所日立研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　多層配線構造を有する半導体装置において、多層
   配線の層間絶縁膜が金属アルコキサイドの焼付膜でシる
   ことを特徴とする半導体装置。 ２２ｆＩ＋以上の金属アルコキサイドの焼付膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。 ３　多層配線構造を有する半導体装置において、多１−
   配線の層間絶縁膜が金属アルコキサイドとワックスを含
   む組成物の焼付膜であることを％徴とする半導体装置。