JPS59191353A - 多層配線構造を有する電子装置 - Google Patents

多層配線構造を有する電子装置

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JPS59191353A
JPS59191353A JP58065337A JP6533783A JPS59191353A JP S59191353 A JPS59191353 A JP S59191353A JP 58065337 A JP58065337 A JP 58065337A JP 6533783 A JP6533783 A JP 6533783A JP S59191353 A JPS59191353 A JP S59191353A
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film
wiring
resin
layer wiring
insulating film
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Kazumichi Fujioka
藤丘　一道
Tokio Kato
加藤　登季男
Hidekazu Takahashi
英一 高橋
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering 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】 １技術分野］ 本発明は、配線技術さらには多層配線に適用して特に有
効な技術であって、例えば多層配線構造を有する電子装
置、さらに具体的には多層配線構造を有する樹脂封止型
半導体集積回路装置に関するものである。
［背景技術］ 多層配線構造を有する半導体装置は、例えば米国特許第
４００１８７０号明細書によってよく知られている。こ
の明細書によれば、眉間絶縁膜としてポリイミド系樹脂
の如く有機材料を用いている。
しかし、このポリイミド系樹脂の欠点はそれ自身水分を
含んでおり、配線材料として周知のアルミニウムを用い
た場合、そのアルミニウムが水分によって腐食されてし
まうという危険がある。また、薄く形成することか困難
であるため必然的にその層間絶縁膜（ポリイミド系樹脂
膜）のコンタクトホールは天外くなってしまう。この結
果、微細化を計ることがむずかしい。
それゆえ、高信頼度および高密度を有する半導体集積回
路装置が得られない。
そこで、高信頼度ならびに高密度配線構造を有する半導
体集積回路装置を得るために、第１図に示すように眉間
絶縁膜４そして最上層配線（第２層目配線５）を保護す
る保護膜６として無機材料、例えばＣＶＤ　　Ｅ’５Ｇ
（Ｃｈｅｈ＋１ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅ　−ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ−Ｆ’ｂｏｓｐｈｒｕｓ　５ｉｌｉｃａｔｅ　
Ｇｌａｓｓ）の適用が本願発明者等によって考えられた
。しかしながら、以ドに述べる新らたな問題が発生した
。
半導体集積回路装置のコスト低減のためにパッケージ（
封止体）材料として樹脂を用い、その樹脂を周知のトラ
ンスファモールド法によりパッケージ成形を行なった。
ところが、♀のトランスファモールド法は軟化した樹脂
を型枠内に圧入するという手法であるため、第１図で示
すように保護膜６に対して圧力Ｐ、、Ｐ２．Ｐ、が加わ
り、また、樹脂封止後の温度サイクル試験による熱スト
レスによって、保護膜６ならびに層間絶縁膜４かクラッ
クしてしまう問題があった。クラックは層間絶縁膜４の
Ｂ部分やＣ部分、特に段差Ａ部分で発生した。そして、
特に段差Ａ部分でもｆｊｔＪ２層目配線５の端部が第１
層目配線３の端部に近接しているようなところで多く見
られた。
結果として、クラックした保護膜６の一部分や層間絶縁
膜４の一部分から水分が侵入し、アルミニウムより成る
配線３，５を腐食させ、また、第１層配線３と第２層配
線５とが短絡したりし、高信頼性の半導体集積回路装置
が得られなかった。
なお、第１図において、１は半導体（Ｓ　ｉ）基板。
２は熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）である。
［発明の目的］ 本発明の目的は高信頼度の多層配線構造を有する電子装
置を提供することにある。
本発明の具体的な目的は高信頼度かつ高密度を有する樹
脂封止型半導体集積回路装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、上層配線と上層配線との層間絶縁膜として無
機絶縁材料のような水分を含まない、かつ薄く形成でト
るものを用いて、配線の腐食防止や微細加工（微細スル
ーホール形成）を可能にし、ファイナルパッシベーショ
ン膜としてポリイミド系樹脂のような有機樹脂材料を用
いて、この有機樹脂膜によって樹脂封止の際に加えられ
る圧力また、樹脂封止後の温度サイクルによる熱ストレ
スを吸収し、もって無機層間絶縁膜のクラックを防止し
、高信頼度かつ高密度の多層配線構造を有する電子装置
を達成するものである。
［実施例１ 第２図に本発明の最も代表的な一実施例である二層配線
構造を有する半導体集積回路装置の部分断面図を示す。
以下、第２図を用いて説明する。
１０は電子部品のサブストレートであり、バイポーラ型
の半導体集積回路装置の場合は、半導体基体であり、さ
らに具体的にはＰ型シリコン基板（図示せず）」二に形
成したＮ型エピタキシアル半導体である。１１はＮ型エ
ピタキシアル半導体１０内に通常の拡散技術もしくはイ
オン相込み技術により選択的に形成されたＰ型半導体領
域である。
なお、実際の半導体集積回路装置の場合、周知のように
Ｐ型半導体領域１１の形成にとどまるものではなく、ア
イソレーション領域や埋込領域等が形成されるものであ
るが、第１図におり・では、こられの領域の図示は割愛
した。１２はエピタキシフル半導体１０の表面を熱酸化
することによって形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ２）
膜であり、この５ｉＣｈ膜１２はＰ壁領域１１を選択形
成するためのマスクとして用いられる。ＳｉＯ２膜１２
主１２上１層目の配線１３（厚さ：１．０〜１．４μ）
が形成され、この配線１３の一部はＰ型半導体領域１］
にフンタクトしている。配線１３はＰｕｒｅなアルミニ
ウム（Ｐｕｒｅ　ＡＮ）が使用されている。配線１３を
保護するようにエピタキシアル半導体すなわち半導体基
体１０上全体に眉間絶縁としての絶縁膜１４か形成され
ている。この層間絶縁膜１４は、ＣＶＤ−ＰＳＧ（厚さ
：６０００人＞、ｓ。
Ｇ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ、厚さ：２０００人）
そしてＰ−”Ｓ；Ｎ（プラズマナイトライド、厚さ２２
４００人）が順次積層構造を成して形成された無機質の
層間絶縁膜である。上記ＣＶ　Ｄ　−Ｐ　Ｓ　Ｇは表面
安定化のために、ＳＯＧは段差を少なくするために、そ
してＪＩＳ　ｉ　Ｎ　ｌｉ　Ｐ　Ｓ　Ｇかホールなどの
欠陥密度が多いためにその表面を保護するためにそれぞ
れ用いられる。この層間絶縁膜１・１上には第２層の配
線１５やこの配線１５（厚さ：１．７・〜２゜０μ）と
同時パターンニングによって形成したボンディングバン
ド１Ｇが位置している。配線１５およびポンディングパ
ッド１６は耐腐食を計るためにＳｉを含むアルミニウム
か使用されている。
配線１５−ヒにはファイナルパッシベーションとして、
まずＣＶ　ｌ）　−Ｐ　Ｓ　Ｃｉ膜１７ａ（厚さ：１２
０ＵＯ）＼）そしてこのＣＶ　Ｄ　−Ｐ　Ｓ　Ｇ膜１７
ａ−１＝には本発明の特徴点τ′あるポリイミド系樹脂
膜１°７ｂ（１！ｙさ：約３．８μ）が形成されている
。ポリイミド系樹脂膜１７１〕としてはポリイミド・イ
ソインドロキナゾリンジオン（ＰＴＱ）が好ましい。な
お、ポリイミド系イＪ脂膜１７Ｉ）の下地７アイナルパ
ツシベーシヨンとしてＣＶＤ−ＰＳＧ膜１７ａを形成し
ておく理由は、第２Ｍ目の配線１５がモールド時の圧力
により配線ずれを起こして断線しないように、ある程度
かたいパッシベーション膜で保護しておくためにある。
また、耐湿性向上のためにある。ポリイミド系樹脂を直
接第２層目の配線１５上に被覆すると、このポリイミド
系樹脂がやわらかいためにモールド時の圧力により配線
ずれを起こし断線不良となる場合かある。また、ポリイ
ミド系樹脂自身水分を含んでいるためアルミニウム腐食
を起こす場合がある。上記ＣＶＤ−ＰＳＧ膜１７ａなら
びにポリイミド系樹脂１７ｂはポンディングパッド１６
を露出するように選択的にエツチングされている。そし
て、このポンディングパッド１６にはＡ、ｕワイヤー１
８又はＡ１ワイヤーがネイルヘッドボンディングあるい
は超音波ボンディングによってボンディングされている
。なお、ワイヤーの他端は図示していないが、リードの
先端にボンディングされている。このことは後述する第
２図の説明から容易に理解することができるであろう。
ワイヤボンディングされた電子部品すなわち半導体ベレ
ットはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂１９によってモ
ールドすなわちパッケージジグされている。パッケージ
ジグは周知のトランスファモールド′法によって達成で
きる。第３図は」二記のトランス７アモールド法によっ
て完成した本発明に係る電子装置すなわち多層配線構造
を有する樹脂封止型半導体集積回路装置の斜視図を示し
ている。第３図はＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　０ｕｓｔ、１ｎ
ｅＰａｃｋａ８ｅ）と称する薄形パッケージ゛であり、
リード２３には半田がジャブ付けされる。なお、２０は
前述した多層配線構造を有する半導体ベレット、２１は
その半導体ペレッ）２０を支持するタブ部である。半導
体ベレット２０はこのタブ部２１に対してＡｇペースト
により固着されている。２２はワイヤ、そして２４はト
ランス７７モールド法によって成形した樹脂封止体であ
る。
［効果１ 上述した本発明の樹脂封止型半導体集積回路装置を温度
サイクル寿命の如く信頼度試験を行なった結果、以下に
示す効果が確認で外だ。
（１）試験方法：温度サイクル寿命（高温槽１５０℃と
低温槽−５５°Ｃとに交互に試験品を入れ、眉間絶縁膜
のクラック発生状況を調べる。）（２）試験品および試
験数 Ａサンプル（ファイナルパッシベーション膜はＣＶＤ−
ＰＳＧのみ：従来品）−−−−−−３０個。
Ｂサンプル（ファイナルパッシベーション膜はＣＶ　Ｄ
　−Ｐ　Ｓ　ＧとＰＩＱの２層構造二本発明品）−−−
−−−３０個。
（３）結果 Ａサンプル　　Ｂサンプル ２０リサイクル　１３／３０　　　０／３０５００サイ
クル　　７　／　１７　　　０　／　３０１０００サイ
クル　　４／１０　　　０／３０２０００サイクル　　
１／６　　　　０／３０なお、試験結果は、クラック発
生品数／試験数である。
本発明によれば、上記の試験結果から明らかなように、
ポリイミド系樹脂が、やわらかい材質なために熱ストレ
スにより封止用レジンと半導体ベレットとの間に発生す
る応力を吸収しボリイミド系樹脂下の層間絶縁膜に加わ
る応力を小さくしている。この結果、第２図において、
フフイナルパッシベーションとしてのＣＶ　Ｄ　−Ｆ’
　Ｓ　Ｇ膜１７ａや層間絶縁としてのＣＶＤ−ＰＳＣ；
膜１４にクラックが生しない。特に段差部りのような充
分厚く形成されないところのＣＶ　Ｄ　−Ｐ　Ｓ　Ｇ膜
にもクラックが生じないから、第１層目の配、１１３（
下層配線）と第２層目の配ｍ１５（上層配線）とが短絡
するようなことがなくなった。
したか“って、本発明によれば、高信頼度ならびに高密
度配線構造を有する半導体集積回路装置か摺られる。ま
た、本発明によれば、耐熱ストレス性が向上したため、
前述したようにり一１’への半田イ詔すの際にジャブ付
け、すなわち半ＩＨ槽内へ半導体集積回路装置を浸すこ
とも可能である。
以」二本発明者等によってなされた発明を実施例にもと
づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。たとえば、第４図
に本発明の他の実施例である多層配線構造を有する半導
体集積回路装置の部分断面図を示す。４図に示す半導体
集積回路装置は、ＣＶＤ−ＰＳＧ膜１７ａとポリイミド
糸通１脂１７ｂとの間にＳＯＧ膜１７ｃを介在させたも
のである。特にＳＯＧ膜１７ｃを介在させることによっ
て段差を小さくし、もって層間絶縁膜のクラック発生を
一層防止している。この上うな７アイナルパツシベーシ
ヨン構造（１７ａ、　、ｉ　７ｃ＋　１７ｂ）は三層も
しくはそれ以上の多層配線構造のように段差か急峻とな
るものへの適用が有効である。
前記実施例ではポリイミド系樹脂を直接覆うように樹脂
封止体が形成されているが、プラズマナイトライド（Ｐ
−３ｉＮ）を薄く介在させ、耐湿性向」二を計ってもよ
い。また、前記実施例では、ポリイミド系樹脂はワイヤ
ボンディング前に形成したものであるが、７アイナルバ
ツシベーシヨンはＣＶＤ−ＰＳＧ膜のみとし、ワイヤボ
ンディング後かつモールド前に、半導体ベレット主面に
ボンディング等によりポリイミド系樹脂を被覆してもよ
い。
本発明において、半導体基板内に形成される半導体領域
はバイポーラＩＣを構成するものであってもよく、また
ＭＯ８ＩＣを構成するものであってもよく、さらにはこ
れらの複合ＩＣ（Ｂｉ　　ＭＯ８ＩＣ）を構成するもの
であってもよい。
［利用分野１ 以上の説明では主として本発明者等によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体装置の多層
配線技術に適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、たとえば基体をセラミック、ガ
ラスあるいはベークライトを用いたＨｌ’Ａ多層配線を
有する電子部品への適用にも有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を成すに先立って考えられた半導体集積
回路装置の部分断面図である。 第２図は本発明の一実施例を示す樹脂封止型半導体集積
回路装置の部分断面図である。 第３図は本発明を適用′した樹脂封止型半導体集積回路
装置（パッケージ外観）を示す斜視図である。 第４図は本発明の他の実施例を示す樹脂封止前の半導体
集積回路装置を示す部分断面図である。 １０−一−−半導体基体、　ｉ　ｉ　−−−−ｐ型半導
体領域。 １２・−一一熱酸化膜、１３−−−−第１層目の配線（
下層配線）、１４−−−一層間絶縁膜、１５−−−−第
２層目の配線（上層配線）、１６−−−−ボンデイング
パツド＋　　１７ａ−−−−ＣＶＤ　　Ｐ　ＳＧ、１７
ｂ−−−−ポリイミド系樹脂、１７ｃｍ−−−８ＯＧ、
１８＝−−−ワイヤー、１９−−−一樹脂封止体、２０
−−−−半導体ペレ、２）、２１−−−一タブ、２２−
−−−ワイヤー、２３−−−−リード゛、２４−ＡＡ４
脂封止体。 第１図 第２図 第３図 ５ 第４図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、下層配線と上層配線との眉間絶縁膜として無機絶縁
    材料が用いられ、最上層配線を保護する保護膜としてポ
    リイミド系樹脂材料が用いられた電子部品であって、そ
    の電子部品は樹脂封止体により封止されていることを特
    徴とする多層配線構造を有する電子装置。 ２゜上記樹脂封止体はトランス７アモールドによって成
    形されてなることを特徴とする特許ｄ青水の範囲第１項
    記載の多層配線構造を有する電子装置。
JP58065337A 1983-04-15 1983-04-15 多層配線構造を有する電子装置 Pending JPS59191353A (ja)

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EP0122631A2 (en) 1984-10-24
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