JPH01251744A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は樹脂封止型半導体装置に関し、更に詳しくはパ
ッシベーション用、α線遮蔽用などの半導体素子保護膜
材料として耐湿性、密着性１作業性などに優れたポリイ
ミド樹脂を用いた樹脂封止型半導体装置に係る。

（従来の技術） 半導体基板に形成された素子は、外部環境の影響を受は
易いため、保護膜を設けて信頼性を保持している。従来
、こうした保護膜としては、無機材料である二酸化ケイ
素、窒化ケイ素、アルミナなどが用いられている。一方
、有機材料ではポリイミド樹脂が簡易な保護膜形成プロ
セスを有し、比較的低温での安定化処理法を採用できる
ことから、近年無機材料に代って広く用いられるように
なってきている。

例えば特開昭５０−８４８９号公報には、半導体基板を
７ミノシランカツプリング剤で前処理してポリイミド樹
脂の密着性の向上を図る技術が開示されている。しかし
、この方法ではポリイミド樹脂の室温での密着性は向上
するものの、高温高湿下に長時間さらされると密着性が
低下して外界から水分が侵入し、半導体素子などの不良
が発生するという問題があった。

また、従来の樹脂封止型半導体装置は、半導体基板上に
二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどの無機材料か
らなる保護膜を形成し、更にエポキシ樹脂組成物などで
封止した構造を有している。しかし、エポキシ樹脂など
の封止樹脂は水分を透過する性質があり、しかも素子ベ
レットの大型化に伴って封止ｖｉ４脂と半導体基板との
熱膨張係数の差異に基づいて保護膜にクラックが発生し
やすいため、水分の侵入などによりアルミニウムなどか
らなる配線パターンの腐食の発生が認められるようにな
ってきた。その対策として上記保護膜の上に更にポリイ
ミド保護膜を形成することが行われている。

このポリイミド樹脂保護膜には、半導体基板（無機材料
からなる保護ｎ々）及び封止樹脂の両者に対して良好な
密着性を有すること、耐湿性、低応力化などの性能が要
求される。しかしながら。

従来のポリイミド樹脂はこれらの性能を満たすことがで
きず、半導体装置の信頼性を確保することができなかっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、半導体基板及び封止樹脂との密着性に優れ、耐湿性
が著しく改善され、更には大型ペレットの封止樹脂のク
ラック発生を防止することができるポリイミド樹脂を保
護膜として用いた樹脂封止型半導体装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段と作用）本発明の樹脂封
止型半導体装置は、素子が形成された半導体基板の表面
に保護膜としてテトラカルボン酸単位とジアミン単位と
の縮重合体からなるポリイミド樹脂を被覆し、更に成形
材料樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置において、上
記ポリイミド樹脂を構成するテトラカルボン酸単位の５
０モル％以上カ３３′、４，４°−ベンゾフェノンテト
ラカルポン酸単位であることを特徴とするものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明において、ポリイミド樹脂を構成するテトラカル
ボン酸単位としては、３．３’、４．４’−ベンゾフェ
ノンテトラカルポン酸二無水物のほかに、例えばピロメ
リット酸二無水物、　２，３．３’　、４’−へンゾフ
ェノンテトラカルポン酸二無水物、２，３，３′、４゛
−ベンゾフェノンテトラカルポン酸二無水物、３゜３’
　、４．４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物。

ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタンニ無水物
、２，２−ビス（３“、４′−ジカルボキシフェニル）
プロパンニ無水物、２，２−ビス（３’、４’−ジカル
ボキシフェニル）へキサフロロプロパンニ無水物、ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホンニ無水物、
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジメチルシラン
ニ無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）テト
ラメチルジシロキサンニ無水物、１，４，５゜８−ナフ
タリンテトラカルボン酸二無水物、　２，３，６゜７−
ナフタリンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカ
ルボン酸二無水物などを挙げることができる。

テトラカルボン酎二無水物としては、３．３′、４゜４
′−ベンゾフェノンテトラカルポン酸二無水物のほか１
以上の群より選択される１種又は２種以上のものが用い
られる。

本発明において、ポリイミド樹脂を構成するジアミン単
位としては、例えば厘−フェニレンジアミン、ｐ−フェ
ニレンジアミン、　２．４−トリレンジアミン、３，３
′−ジアミノジフェニルエーテル、４．４’−ジアミノ
ジフェニルエーテル、３．４−ジアミノジフェニルエー
テル、３，３°−ジアミノジフェニルスルホン、４，４
°−ジアミノジフェニルスルホン、３゜４°−ジアミノ
ジフェニルスルホン、３，３−ジアミノジフェニルメタ
ン、４，４−ジアミノジフェニルメタン、３．４゛−ジ
アミノジフェニルメタン、４，４゜−ジアミノジフェニ
ルスルフィド、３，３°−ジアミノジフェニルケトン、
４，４°−ジアミノジフェニルケトン、３．４°−ジア
ミノジフェニルケトン、２，２゛−ビス（ｐ−アミノフ
ェニル）プロパン、２，２°−ビス（ｐ−アミノフェニ
ル）へキサフロロプロパン、ｘ、３−ヒス（ｍ−アミノ
フェノキシベンゼン）　、　１．３−ビス（ｐ−アミノ
フェノキシベンゼン）　、　１．４−ヒス（ｐ−アミノ
フェノキシベンゼン）、４−メチル−２゜４−ヒス（ｐ
−アミノフェニル）−１−ペンテン、４−メチルー２，
４−ビス（ｐ−７ミノフエニル）−２−ペンテン、１．
４−ビス（α、α−ジメチルーｐ−アミノベンジル）ベ
ンゼン、イミノ　−ジーｐ−フェニレンジアミン、１．
５−ジアミノナフタレン、２．６−ジアミノナフタレン
、４−メチル−２，４−ビス（ｐ−アミノフェニルペン
タン）、５（または８）−アミノ−１−（ｐ−７ミノフ
エニル）−１，３，３−トリメチルインダン、ビス（ｐ
−７ミノフエニル）ホスフィンオキシト、４．４′−ジ
アミノアゾベンゼン、４，４°−ジアミノジフェニル尿
素、４，４°−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビフェニ
ル、２，２−ビス（ｐ−（ｐ’−７ミノフエノキシ）フ
ェニル〕プロパン、２，２−ビス（ｐ−（ｏｒ−７ミノ
フエノキシ）フェニル〕ベンゾフェノン、　４．４’−
ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホン、４
，４°−ビス〔ｐ−（α、α　−ジメチル−ｐ゛−アミ
ノベンジル）フェノキシフベンゾフェノン、４．４゛−
ビス〔ｐ−（α、α−ジメチルーｐ−アミノベンジル）
フェノキシフジフェニルスルホン、ビス（４−７ミノフ
エニル）ジメチルシラン、ビス（４−アミノフェニル）
テトラメチルジシロキサン、ビス（ｐ−アミノフェニル
）テトラメチルジシロキサンなどの芳香族ジアミンを挙
げることができる。なお、これらの芳香族ジアミンの芳
香核の水素原子が、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、
メチル基、メトキシ基、シアノ基、フェニル基等の群よ
り選択される少なくとも１種の置換基により置換された
化合物であってもよい。

また、ジアミンとしては、上述した芳香族ジアミンのほ
かにも、例えば３，３°−ジヒドロキシ−４゜４°−ジ
アミノビフェニル、３，３°−ジアミノ−４，４−ジヒ
ドロキシビフェニル、２，２−ビス（３−ヒドロキシ−
４−アミノフェニル）へキサフロロプロパン、２．２−
ビス（４−ヒドロキシ−３−７ミノフエニル）ヘキサフ
ロロプロパン、２−（３−ヒドロキシ　−４−アミノフ
ェニル）−２−（４−ヒドロキシ−３−７ミノフエニル
）へキサ２０ロプロパン、ビス（γ−アミノプロピル）
テトラメチルジシロキサン、１．４−ビス（γ−アミノ
プロピルジメチルシリル）ベンゼン、ビス（４−７ミノ
ブチル）テトラメチルジシロキサン、ビス（γ−７ミノ
プロビル）テトラフエニルジシロキサン、 （式中、文は２〜１２の正数） などを挙げることができる。

ジアミンとしては、以上の群より選択される１種又は２
種以上のものが用いられる。

本発明において、ポリイミド樹脂を構成するテトラカル
ボン酸単位の５０モル％以上を３３′、４，４°−ベン
ゾフェノンテトラカルポン酸単位としたのは、テトラカ
ルボン酸単位のうち３３“、４．４’−ベンゾフェノン
テトラカルポン酸単位が５０モル％未満のポリイミド樹
脂では、絶縁膜及び封止樹脂との密着性が劣り、耐湿性
が低く、樹脂封止型半導体装置の信頼性を向上すること
ができないためである。

なお、本発明の樹脂封止型半導体装はの信頼性を一層向
上させるためには、ポリイミド樹脂を構成するジアミン
単位のうち２〜１５モル％をシリコーン含有ジアミン単
位とすることが望ましい。

本発明に係るポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミッ
ク酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを有機
溶媒中で重縮合反応させることにより合成することがで
きる。この際、用いられる有機溶媒としては、例えば、
Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセ
トアミド、Ｎ−メチル　−２−ピロリドン、Ｎ−メチル
−（−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン、スルホラ
ン、Ｎ、Ｎ、Ｎ’　、Ｎ’−テトラメチル尿素、ヘキサ
メチルホスホルアミドなどを挙げることができる。

この反応では、テトラカルボン酸二無水物とジアミンと
の割合は、 当量比がほぼ　１：１となる割合とする０反応条件は、
反応温度−１Ｏ〜５０℃、反応時間１０分〜２０時間の
範囲である。

以上の条件で製造されるポリアミック酸については、基
板への塗布工程における作業が容易であリ、基板に塗布
したときに充分な物理的強度を保持し得る膜が形成でき
、しかもヒドラジン等のアルカリによるポリアミック酸
膜又はポリイミド膜のパターン加工が容易となるような
分子量を有することが望ましい。この観点から０．５ｇ
　ｙａＩＢ度のポリアミックｍ　／　Ｎ−メチル−２−
ピロリドン溶液の３０℃における対数粘度が０．４〜１
．０　ｄｌ／　ｇであることが望ましく、特に好ましく
は０．５〜０．９　ｄｌ／ｇの範囲である。これは、ポ
リアミック酸溶液の対数粘度が０．４ｄｌ／　ｇ未満で
は充分な物理的強度を保持した膜が形成できず、一方１
．０ｄｌ／　ｇを超えると塗布工程におけるポリアミッ
ク酸溶液の取扱いが困難で作業性が悪くなり、かつポリ
アミック酸膜又はポリイミド膜のパターン加工性が劣る
傾向にあるためである。

ポリアミック酸溶液の対数粘度が上記範囲となるような
ポリアミック酸を製造するために、アニリン、ｐ−アミ
ノフェノール等の単官能アミノ化合物、又は無水フタル
酸、無水マレイン酸等のジカルボン酸無水物を分子量調
節剤として用いることができる。

以上のようにして合成されたポリアミック酸溶液を基板
に塗布した後、加熱乾燥して溶媒を除去し、得られたポ
リアミック酸膜を１００〜４００°Ｃに加熱して環化反
応を起させ１本発明に係るポリイミド樹脂を製造する。

更に、上記のように半導体基板上に保護膜となるポリイ
ミド膜を形成した後、樹脂封止型半導体装置を製造する
際に用いられる封止樹脂については特に限定されるもの
ではなく、公知のエポキシ樹脂組成物を用いることがで
きる。また、フェノールノボラック樹脂硬化のエポキシ
封止樹脂を低応力化するために、シロギサン変成フェノ
ールノボラックエポキシ樹ｌＩＭ（特開昭５８−２１４
１７号公報）、アルキルフェノール変成フェノールノポ
ラックエボキシ樹脂（特開昭５９−３０８２０号公報）
などの変成エポキシ樹脂組成物を用いてもよい。

この封止の最も一般的な方法としては低圧トランスファ
ー成形法があるが、インジェクション成形、圧縮成形、
注型などによる封止も可能である。なお、これらの成形
時において、エポキシ樹脂の硬化温度は　１５０℃以上
であることが望ましい。

本発明の樹脂封止型半導体装置は、ＳｉＯ□、ＰＳＧ　
（リンケイ酸ガラス）、ＳｉＮｘ等のパッシベーション
膜との密着性に優れ、特にエポキシ系又はフェノール系
封止樹脂との密着性が極めて良好なポリイミド樹脂を保
護膜として用いているので、界面からの水分の侵入を阻
止してＬＳＩの回路を形成しているアルミニウム等の金
属の腐食を効果的に防止することができ、ＬＳＩの信頼
性の大幅な向上をもたらす。

（実施例） 以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。

実施例１ 攪拌杯、温度計、滴下ロートを取付けた反応フラスコ内
に３，３′、４，４°−ベンゾフェノンテトラカルポン
酸二無水物２９．１８　ｇ　（０，０８９モル）、ピロ
メリット酸二無水物８．５４ｇ　（０，０３モル）、無
水フタル酸０．３Ｅｉ　ｇ　（０，００２４モル）及び
Ｎ−メチル−２−ピロリドン１５０ｇを仕込み、充分に
攪拌して０℃まで冷却した。この懸濁液を０℃に保持し
、　４．４’−ジアミノジフェニルエーテル２２．Ｈｇ
　（０，１１３モル）及びビス（γ−７ミノプロビル）
テトラメチルジシロキサン１．８４　ｇ　（０，００７
モル）をＮ−メチル−２−ピロリドン　１００　ｇに溶
解した溶液を滴下ロートから徐々に滴下した０滴下終了
後、０〜１５℃で６時間攪拌を続け、ポリアミック酸を
合成した。このポリアミック酸溶液から０．５ｇ／ｄｌ
濃度のポリアミック醜／Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶
液を調製し、３０℃において対数粘度を測定したところ
、０．９９ｄｌ／ｇであった・ 実施例２〜９及び比較例１．２（従来品）実施例１と同
様にして第１表に示す原料組成でポリアミック酸を合成
し、対数粘度を測定した。

なお、実施例２〜９及び比較例１．２では、反応溶媒で
あるＮ、Ｎ−ジメチルアセトアミドを、得られるポリア
ミック酸の濃度が１６〜１８重量になる範囲で用いた。

また、以下に第１表で用いた略号を説明する。

ＰＭＤＡ　：ピロメリット酸二無水物 ＢＴＤＡ　：　３，３’　、４．４−ベンゾフェノンテ
トラカルポン酸二無水物 ＢＰＯＡ　：　３，３’　、４．４−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物 ＯＤＡ　：　４，４°−ジアミノジフェニルエーテルＤ
ＰＥ　　：　３，４’−ジアミノジフェニルエーテルＤ
ＤＳ　：　４，４’−ジアミノジフェニルスルホンＴＰ
Ｅ−Ｑ：１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼ
ンＢＡＰＰ　：　２，２−ビス［４−（４−アミノフェ
ノキシ）フェニル］プロパン ＴＳＬ　：　　ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチ
ルジシロキサン 以上の実施例１〜９及び比較例１．２で合成したポリア
ミック酸溶液を用いてポリイミド膜を作成し、下記の評
価を行なった。

■ＰＳＧ　（リンケイ酸ガラス）膜との密着性ＰＳＧ膜
を形成したシリコンウェハ上に、スピンコード法により
ポリアミック酸溶液を塗布し、その上に２ｍｍ＋角のＰ
ＳＧ膜付シリコンチップを・成せ、９０℃で３０分間乾
燥し、１５０℃で３０分間、２５０℃で１時間及び３５
０℃で３０分間熱処理し、約５μｍに調製されたポリイ
ミド膜を形成した０作製直後（Ｏｈｒ）の試料、及びプ
レッシャークツカー内で１２０℃、２．２気圧の水蒸気
中に１００時間放置した後の試料について、２ｍｍ角の
チップのせん断破壊強度を測定した。

■半導体封止用エポキシ樹脂との密着性ＰＳＧ膜を形成
したシリコンウェハ上に、スピンコード法によりポリア
ミック酸溶液を塗布し、９０℃で３０分間乾燥し、１５
０℃で３０分間、２５０℃で１時間及び３５０℃で３０
分間熱処理した０次に、このポリイミド膜付シリコンウ
ェハを１０ｍ＋厘Ｘ　３０ｍｍの大きさにグイシングし
、半導体封止用エポキシ樹脂（ＫＥ−３００７Ｓ、東芝
ケミカル社製商品名）を用い、低圧トランスファー成形
機により　１７５℃、８０ｋｇ／ｃａ＋２．３分間の成
形条件で上記シリコンウェハ上に３＋ｓｍ角の封止樹脂
を形成した。■と同様に、作製直後（Ｏｈｒ）の試料、
及びプレッシャークツカー内で１２０℃、２．２気圧の
水蒸気中に１００時間放置した後の試料について、封止
樹脂のせん断破壊強度を測定した。

これらの結果を第１表に併記する。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の樹脂封止型半導体装置は、
ＰＳＧ膜など絶縁膜及び封止樹脂との密着性が著しく改
善されたポリイミド樹脂を用いているので、素子の高集
積化及び基板の大型化に伴って要求される高耐湿性１表
面実装指向に対応して高信頼性を達成することができ、
その工業的価値は極めて大きい。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　素子が形成された半導体基板の表面に保護膜としてテ
   トラカルボン酸単位とジアミン単位との縮重合体からな
   るポリイミド樹脂を被覆し、更に成形材料樹脂で封止し
   た樹脂封止型半導体装置において、上記ポリイミド樹脂
   を構成するテトラカルボン酸単位の５０モル％以上が３
   ３′、４、４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸単位
   であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。