JPS641049B2

JPS641049B2 -

Info

Publication number: JPS641049B2
Application number: JP12580182A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishikawa; Yasuhide Sugawara; Norimasa Kamezawa; Junji Mukai; Mikio Sato; Naoyuki Nagashima; Yoshiaki Wakashima; Kunihiro Tsubosaki; Katsuto Suzuki; Tokuyuki Kaneshiro
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1989-01-10
Also published as: JPS5917266A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐湿性のすぐれた多層配線構造を有す
る樹脂封止型半導体装置に関する。

耐湿性は、樹脂封止型半導体装置に必須の条件
であり、該装置の高密度化、高信頼度化が進むに
つれ、耐湿性の要求も益々激しくなつている。

従来、ポリイミド樹脂などからなる高分子樹脂
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
する樹脂封止型半導体装置は、高温度高湿度雰囲
気中に放置した場合に、パツシベーシヨン膜（二
酸化シリコン、窒化シリコン、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Al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
をそなえた樹脂封止型半導体装置を提供すること
である。

その要旨は、多層配線構造を有する樹脂封止型半導体装置に
おいて、封止されている半導体素子の多層配線の
層間絶縁膜および多層配線の表面皮膜が金属アル
コキサイドの焼付膜であることを特徴とする樹脂
封止型半導体装置である。

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−は第１層のAl配線、２−
は第２層のAl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
とワツクスを含む組成物よりなる付膜を層間絶縁
膜３−と表面皮膜３−とした例を、また第２
図は、該皮膜を層間絶縁膜３−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。

また、本発明において、金属アルコキサイドと
しては、例えばボロンメチレート、ボロンエチレ
ート、アルミニウムメチレート、アルミニウムエ
チレート、アルミニウム−ｉ−プロピレート、ア
ルミニウム−ｎ−ブチレート、モノ−Ｓ−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
ルシリケート、ｎ−ブチルシリケート、メチルト
リエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、
チタンエチレート、チタン−ｉ−プロピレート、
チタン−ｎ−ブチレート、アンチモンエチレー
ト、アンチモン−ｎ−ブチレート、スズメチレー
ト、スズエチレート、スズ−ｉ−プロピレート、
スズ−ｎ−ブチレート、ジルコン−ｉ−プロピレ
ート、ジルコン−ｎ−ブチ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
であつて、該分子中に含まれるアルコキシ基は同
一であつても、あるいは異なつていてもよい。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、重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つても有用
であつて、例えば一般式（式中、Ｒ、R′はそれぞれ低級アルキル基、ア
ルケニル基、フエ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、Ｒ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、ｌ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
サンのモノマー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
ことによつて形成される。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
ることによつて形成されることができ、また、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つて形成さ
れることもできる。モノマー、ポリマー類の溶剤
として、また重合反応媒体として、例えばベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、メタノ
ール、エタノール、ｉ−プロパノール等のアルコ
ール類、メチルエチルケトン、アセトン等のケト
ン類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジ
メチルホルムアミド、ジメ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
応条件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50〜200℃で、また、半導体
素子に適用後重合させる際には100〜300℃で行な
うことができる。

なお、本発明の絶縁膜の形成に当つて、シラン
系化合物、有機チタネート系化合物、アルミニウ
ムキレート系化合物などのカツプリング剤を併用
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
サイドに加えてワツクスを併用することにより、
膜の耐クラツク性および、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、ワツクスとしては、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（ヘキストジヤパン社）、ヘキスト
ワツクスGL−３、ヘキストワツクス−θP（ヘキ
ストジヤパン社）、ライトール（三和油脂社）、カ
ルナバワツクス、密ろう、木ろう、キヤンデリラ
ワツクス（野田ワツクス）などのエステル系ワツ
クス、流動パラフイン、天然パラフイン、マイク
ロワツクス、ポリエチレンワツクス、フルオロカ
ーボンなどのパラフイン系ワツクスなどがあり、
これらの１種以上を併用することも出来る。ワツ
クスを併用するに当つては、金属アルコキサイド
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。

本発明は、上記の層間絶縁膜および表面層皮膜
を形成することによつて、樹脂封止型半導体装置
の耐湿性を改善することができる。

本発明において、封止用樹脂材料としては、例
えば、エポキシ樹脂、フエノール樹脂、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、メラミン樹脂、付加型イミ
ド樹脂、シ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
スフエノールＡのジグリシジルエーテル、ブタジ
エンジエポキサイド、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、ビニルシクロヘキサンジオキサ
イド、4.4′−ジ（1.2−エポキシエチル）ジフエニ
ルエーテル、4.4′−（1.2−エポキシエチル）ジフ
エニル、2.2−ビス（3.4−エポキシシクロヘキシ
ル）プロパン、レゾルシンのグリシジルエーテ
ル、フロログルシンのジグリシジルエーテル、メ
チルフロログルシンのジグリシジルエーテル、ビ
ス−（2.3′−エポキシシクロペンチル）エーテル、
２−（3.4−エポキシ）シクロヘキサン−５，５−
スピロ（3.4−エポキシ）−シクロヘキサン−ｍ−
ジオキサン、ビス−（3.4−エポキシ−６−メチル
シクロヘキシル）アジペート、N.N′−ｍ−フエ
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、パラアミノフエ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
−トリ（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エノン、
フエノールホルムルデヒドノボラツクのポリグリ
シジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエ
ーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジ
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併用される。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、Lee、Neville著；Epoxy
Resins（McGraw−Hill Book Company Inc.
New York、1957年発行）63〜141ページ、P.E.
Brunis著；Epoxy Resins Technology
（Interscience Publishers、New York、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、三フツ化
ホウ素−アミンコンプレツクス類、フエノール樹
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、カルボン酸ヒドラジド、ポリアミノマレ
イミド類などがある。

上記硬化剤は、用途、目的に応じて１種以上使
用することが出来る。

特に、フエノールノボラツク樹脂は、硬化樹脂
の金属インサートに対する密着性、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ツ
ク型フエ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、テトラメ
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、
ジメ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）フエノ
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、
トリメチルドデシ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、１−
ブチルイミダゾール、１−プロピル−２−メチル
イミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−フエニルイミダ
ゾール、１−アジン−２−メチルイミダゾール、
１−アジン−２−ウンデシルイミダゾールなどの
イミダゾール類、トリフエニルホスフインテトラ
フエニルボレート、テトラフエニルホスホニウム
テトラフエニルボレート、トリエチルアミンテト
ラフエニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテト
ラフエニルボレート、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾールテトラフエニルボレート、２−エチル
−1.4−ジメチルイミダゾールテトラフエニルボ
レートなどのテトラフエ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、各種の無機物質や添加剤を配合して用い
ることが出来る。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、ケイ酸カ
ルシウム、石コウ、炭酸カルシウム、マグネサイ
ト、クレー、カオリン、タルク、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、鉛化合物、鉛酸化物、亜鉛華、チ
タン白、カーボンブラツクなどの充填剤、あるい
は、高級脂肪酸、ワツ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ツプリング剤
などである。さらに、アンチモン、燐化合物、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つて、注型、トラ
ンスフア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。

モノ−セカンダリ−ブトキシアルミニウムイソ
プロピレート1.0重量部と、ヘキストワツクスモ
10重量部をイソプロピルアルコール、100重量部
中で加熱混合して、10重量％溶液を作つた。

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、Si素子基板上に、SiO₂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−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（250℃、60分間）
した５−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つた。次いで、CF₄
−O₂を反応ガスとしてプラズマエツチした。次
いでO₂を反応ガスとするプラズマアツシヤーに
よつ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線２−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PIQ）を用いた場合
（４層）を示した。

本発明の半導体装置を、フエノールノボラツク
樹脂を硬化剤としたエポキシ系樹脂成形材料を用
いて樹脂パツケージしたメモリ用LSI製品（16K
ビツトＤ−RAMメモリ）は、85℃、85％相対湿
度中でバイアス印加放置で500時間後も、Al配線
の腐食による断線故障の発生はなく、耐湿信頼性
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−……第１層配線、２
−……第２層配線、３−……第１層絶縁コー
ト樹脂、３−……第２層絶縁コート樹脂、４…
…ポリイミド系コート樹脂。

Claims

【特許請求の範囲】

１多層配線構造を有する樹脂封止型半導体装置
において、封止されている半導体素子の多層配線
の層間絶縁膜および多層配線の表面皮膜が金属ア
ルコキサイドの焼付膜であることを特徴とする樹
脂封止型半導体装置。