JPH02220442A - 半導体装置の保護膜補強構造 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路等の半導体装置のチップ表面を覆う窒
化シリコン等の保護膜をクランク等の損傷から保護する
ための補強構造に関する。

〔従来の技術〕

周知のように集積回路装置等の半導体チップ上には、内
部に組み込まれた回路要素間の相互接続等のためにふつ
うはアルミの配線膜が配設され、この配線膜やその下側
の半導体層等を外気と遮断するため、さらにその上に窒
化シリコン膜等の保護膜がチップ全面を覆うように設け
られる。

しかし、この半導体チップはもちろん外部と接続する要
があるので、保護膜の所定の接続膜の端部の上側を覆う
部分には窓が明けられ、この窓部内に外部との接続点と
して接続パッドやバンプ電極が設けられる。第４図はか
かる半導体チップをプラスチックパッケージ内に収納し
た半導体装置を示すものである。

第４図において、集積回路等が組み込まれた半導体基板
１の表面は通例のように酸化膜２で覆われており、その
上にアルミ等の金属からなる通常は１〜２ｎ程度の厚み
の配線膜３が多数個配設される。この接続膜３は酸化膜
２に明けた窓を介して図示しない適宜の個所で基板ｌと
接続されているが、図ではこの接続ｌＩ３の端部のみが
示されている。さらにこの接続膜３を含むチップの全面
上は、窒化シリコン等の例えば１．５ｎ前後の厚みの保
護ｌ１１４により覆われ、その接続膜３の端部上に図示
のように窓を明けて接続膜３を露出させることにより、
チップの外部との接続点としてこの例では接続パッド４
ａが形成されている。

この半導体チップをプラスチックパッケージ内に収納す
るには、よく知られているようにグイバッド７ａと複数
個のり一ド７ｂを備えたいわゆるリードフレーム７を利
用し、まずそのグイバフドアａ上にチップをはんだ付は
等の手段で固定した上で、チップの接続パッド４ａと対
応するり一ド７ｂとの間をボンディング線８によって接
続する。ついでエポキシ系等の樹脂９を加熱加圧下で例
えばトランスフ１モールド法によって成形し、さらにリ
ード７ｂをリードフレーム７から切り離すことにより、
半導体チップを図示のようにプラスチックパッケージに
収納した半導体装置が得られる。

なお、半導体装置はかかるプラスチックパッケージ内に
収納されるとはもちろん限らず、最近ではむしろ半導体
チップ状態のままで配線基板等に実装されることがかな
り多くなっている。この場合、外部との接続はチップに
設けられた接続点としての接続パッドやバンブ電極を相
手方導体と一般的には加熱加圧条件下で圧接ないしはん
だ付けすることによって行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のようにプラスチックパッケージに収納
し、あるいはチップのままで実装したいずれの半導体装
置でも、耐久性試験や耐候性試験中にその特性がとくに
劣化しやすいものが若干発生する問題があり、この発生
確率が電流容量の大きなものほど高くなる傾向が認めら
れる。

この問題の原因を解明するため、とくに特性劣化がとく
に早く起きた半導体装置を分解して調査したところ、保
護膜のとくに接続パッドやバンブ電極の付近の個所に第
４図にＣで示すようなりラックが入りないし破損が認め
られるものが発見された。かかるクランクや破損がある
と、とくにチップのままで実装されるものは容易に外気
が半導体内に侵入して特性が急激に低下し、プラスチッ
クパッケージに収納した場合でも特性が劣化しやすくな
るものと考えられる。また、クラックや破損の発生原因
は樹脂成形時を含めた加熱時の熱歪みにあり、これに接
続のための圧接時の機械歪みが加わるものと考えられる
。

この問題゛の対策としては、保護膜の強度に影響し得る
それ用の窒化シリコン等の生成条件や厚みを制御するこ
とができ、また膜下の接続膜によって保護膜に段差が付
く個所にクランクや破損が発生しやすいので、保護膜の
厚みも制御することができる。しかし、かかる観点から
なされた種々の試作と実験の結果では、いずれの手段に
も一応の効果は認められるものの効果が必ずしも充分か
つ安定でなく、かかる対策だけでは問題を完全に解決し
得るには至らなかった。

本発明の目的はかかる問題点を解決して、半導体装置用
チップ内に加熱工程時等に熱的歪みが発生しても特性の
劣化を防止できる半導体装置の保１１１１１補強構造を
得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、半導体装置のチップ上に配
設された金属膜の少なくとも周縁を覆う保護膜上に、金
属膜の周縁の近傍範囲を覆いかつ金属膜を外側から囲む
ように補強膜を設けることによって達成される。

なお、上記の補強膜としては、保ＤＩ膜と密着性の良好
な金属例えばチタンやクロムの膜を用い、あるいは樹脂
例えばポリイミド樹脂を用いるのが好適であり、その厚
みはとくに薄くない限り例えば０．１ｎ以上もあれば充
分であるが、金属膜周縁の保護膜に段差が付くので実際
上はこの段差よりも厚い目とするのが最も望ましい。

補強膜に金属を用いる場合は補強膜を環状に形成するの
が望ましく、この場合の金属膜の周縁より内側に延びる
寸法は補強膜の厚みの２〜４倍程度に、外側寸法は段差
部に対する余裕を見て２〜６倍程度とするのが好適であ
る。

保護膜を樹脂膜とする場合は必ずしも環状に形成しなく
ても、単純に金属膜を囲む形状に形成することでよ（、
この場合の補強膜の金属膜周縁からの内側寸法は厚みの
２〜５倍程度とするのが好適である。

かかる補強膜の形状はもちろんフォトエツチング法によ
り形成されるが、樹脂膜には感光性樹脂を利用するのが
最も便利である。

（作用） 保護膜は半導体装置を外気の影響から遮断するもので、
それ用の窒化シリコン等は稠密な組織で生成されるが、
その反面やや硬くて応力により損傷しやすく、と（にそ
の下の金属膜のサイズが大きいと、それとの熱膨張係数
差に基づく熱応力によりクランクが入りやすく、圧接時
等に機械応力が重なると破損に至りやすい、このクラッ
クや破損が生じやすくなる金属膜の限界寸法は通常のア
ルミ膜の場合で経験上１００ｎ程度である。

本発明はかかる点に着目して、上記構成にいう補強膜を
接続パッド用等の比較的サイズの大きな金属膜の周縁の
近傍範囲を覆い、かつ金属膜を外側から囲むように保護
膜上に設けることにより、保護膜に熱歪みが発生しても
補強膜により熱応力を緩和しながら保１！Ｉｌｌの強度
をバックアップしてクランクの発生を防止するとともに
、万一クランクが若干発生しても、その上の補強膜によ
って外気がクランク部から半導体内に侵入するのを遮断
するようにしたものである。

〔実施例〕

以下、第１図から第３図までを参照しながら本発明の若
干の実施例を説明する。これらの図中の（川はいずれも
半導体チップ中の補強膜が設けられる要部の拡大断面で
あり、（ロ）に示された平面図のＸ−Ｘ矢視断面に相当
する。

第１図は金属ｌＩ２３により接続パッド４ａが形成され
る場合に本発明を適用した実施例を示すものである。同
図（萄に示すように、集積回路等を組み込ンダ半導体基
板１を覆う酸化ｌｌ１２上に基板１と適宜の個所で接続
された金属１！１３が配設され、同図（ハ）に示すよう
に接続１ｉｌａａ用のこの金属１Ｉｉ３の端部が膨出さ
れる。保護ｌｌＩ４はまずこの金属膜３を含むチップ全
面を覆って設けられ、これに窓を明けて金属ｆｉ３の膨
出部を露出させることにより接続バッド４ａが形成され
る。前述のように、金属膜３はふつうアルミ膜で１〜２
ｎの厚みとされ、保護膜４はふつう窒化シリコン膜で１
．５ｎ前後の厚みとされる。接続パッド４ａ用の金属膜
３の膨出部の寸法は１００〜２００　ｎ角程度である。

第１図の実施例では補強膜１０として金属が用いられる
。この金属としては保護膜４の窒化シリコンと密着性の
よいチタンやクロムを用いるのが好適である。補強膜１
０用にかかる金属をチップの全面に、金属ｌＩ！３の厚
みによっても異なるが例えば１−の厚みに被着し、これ
をフォトエツチングすることにより金属で構成された補
強Ｍ１０を図のように環状に形成する。この環状の補強
１１１１０の接続パッド用金属膜３の周縁からの寸法は
、例えば内側で３ｎ程度、外側で５ｎ程度とされる。

このように接続パッドでは保護膜４は金属膜３の周縁部
のみを覆い、補強膜ｌＯはその内側部分がこの被覆部の
一部のみを覆うように設けられる。

補強膜１０の金属膜３の周縁より外側部の寸法は、保護
膜４の厚みの５倍を越えない程度とするのが経験上適当
である。かかる補強１１１１０を備えた接続パッドでは
、第４図のボンディング線８の接続はもちろん、外部導
体を例えば４００〜５００°Ｃの条件下で圧接しても、
保護膜４にクランク等の発生がないことが確かめられて
いる。

第２図は補強膜１０をバンブ電極６の周縁の保護膜４上
に設けた実施例を示す、よく知られているように、この
バンブ電極６を設けるには、同図（ａ）のように保護膜
４の窓部内に露出された金属膜３上にふつうチタンおよ
びバラジニウムからなる２層構成のｌｎ程度の厚みの下
地金属膜５を付け、さらにその上に金やこの例のように
はんだのバンブ電極６を電解めっき法等で数＋ｎ程度の
高さに成長させる。なお、このバンブ電極６は同図（ｂ
）　ニ示すように前と同じく接続１ｇ１３ａ用の金属１
１１３を膨出させた部分上に設けられている。

この実施例でも補強膜ＩＯは金属で構成されており、そ
の材料、厚み９寸法等も第１図の場合と同程度とするこ
とでよい、バンブ電極６が金の場合は外部導体と圧接さ
れ、この例のようにはんだの場合にはふつう３００″Ｃ
前後の温度条件で外部導体等とはんだ付は接続されるが
、いずれの場合も補強膜１０により保護１ｇ１４のクラ
ンク発生が有効に防止される。なお、この実施例の補強
膜に後述の樹脂膜を利用すると有利な場合がある。

第３図は金属膜３を利用して形成されるキャパシタ上の
保ｆｉｌ膜３に樹脂の補強膜１１を設ける実施例を示す
、同図（ａ）のように、半導体基板１のｐ形の半導体領
域ｌｐ内に正の電圧が掛けられるｎ形層Ｉｎが拡散され
、その上の薄い酸化ｌ１１２をこれとともに挟むように
金ｆｆＥＷｉ、３が配設されており、さらにその上を保
１１１１５１４が覆っている。キャパシタを構成するに
は、金属膜３はふつう数百μ角程度の大きさとされるが
、図では便宜上そのサイズがかなり縮小して描かれてい
る。

補強Ｍ４１１用の樹脂には例えばポリイミド樹脂が用い
られ、その樹脂液を硬化時に例えば１〜２ｎの厚みにな
るように比較的薄（全面塗着して乾燥させ、そのフォト
エツチングにより補強膜１１をこの例では同図（ｂ）の
ような環状に形成する。なおこの原、感光性ポリイミド
樹脂を用いればフォトエツチング用のフォトレジスト膜
を省略できる。かかるパターンニングの後、ポリイミド
樹脂を通例のように３５０°Ｃ程度の温度で完全硬化さ
せて補強１１１１１を完成する。

かかる樹脂の補強膜１１は必ずしもこの例のような環状
パターンとする要はなく、サイズの大きな金属膜３を囲
む単純なパターンに、ただし金属膜３の周縁付近を必ず
覆うように形成してもよい。

なお、補強１１１１１で金属膜３の全面を覆うと、その
補強効果は却って減退してしまう。

この実施例における補強１１１１１を備えるキャパシタ
は、もちろん外部導体と加熱条件下で接続されるわけで
はないが、第４図のような樹脂成形時の加熱により従来
は保護１Ｉｉ４が１員傷しやすかった問題を本発明によ
り解消することができる。

なお、以上のいずれの実施例においても、金属膜３で構
成された接ｌａ膜３ａの部分には補強膜１０ないし１１
を−・々設ける必要はない、これは、接続膜３ａの幅が
数ｎ程度と狭くて、その周縁上の保護膜４にかかる熱応
力が小さいからである。

以上説明した実施例かられかるように、本発明はかかる
実施例に限定されることなく、必要に応じて補強膜の材
料や寸法を含めて種々の態様で適宜に実施をすることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による半導体装置の保護膜補
強構造では、半導体装置のチップ上に配設された金属膜
の少なくともｌｉｔ録を覆う保護膜上に、金属膜の周縁
の近傍範囲を覆いかつ金属膜を外側から囲むように補強
膜を設けることにより、半導体チップの接続点の外部接
続工程やその樹脂成形工程時等に局部的ないし全体的に
かなり高温に加熱されて、サイズの大きな金属膜の周縁
付近の保護膜に熱歪みが発生しても、補強膜により熱応
力を緩和しながら保護膜の強度をバックアップしてクラ
ックの発生を有効に防止するとともに、万一クランクが
若干発生してもその上の補強膜によって外気がクランク
部から半導体内に侵入するのを遮断することができる。

これにより、従来接続バッドやバンプ電極の周縁付近に
発生しやすかった保ａｌｌ！のクランクや破損を未然に
防止して、比較的大電流容量の半導体装置等に特性劣化
が発生する確率を従来より１桁以上減少させることがで
きる。

また本発明は、半導体装置がプラスチックパッケージに
収納される場合にも、チップ状態のまま実装される場合
にも広く適用できる。

このように、本発明は半導体装置とくに比較的大電流容
量のものに実施してその動作信鯨性を高め、かつ製作歩
留まりを改善してその経済性を向上する著効を奏するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までが本発明に関し、第１図は本発明
による半導体装置の保護膜補強構造を接続パッド部に適
用した実施例の、第２図は本発明をバンプ電極部に適用
した実施例の、第３図は本発明をキャパシタ部に適用し
た実施例のそれぞれ要部拡大断面図およびその平面図で
ある。第４図は半導体チップをプラスチックパッケージ
に収納した従来の半導体装置の断面図である。これらの
図において、 ｌ：基板、１ｎ：ｎ形層、１ｐ：ｐ形半導体領域、２：
酸化膜、３：金属膜、３ａ：接続膜、４：保護膜、４ａ
＝接続パツド、５：下地膜、６：バンブ電掻、７：リー
ドフレーム、７ａ：グイパッド、７ｂ：リード、８：ボ
ンディング線、９：樹脂パッケージ、１０：金属の補強
膜、１１：樹脂の補強膜、Ｃ：クラック等の損傷、であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置のチップ上に配設された金属膜の少なくとも
   周縁を覆う保護膜上に、金属膜の周縁の近傍範囲を覆い
   かつ金属膜を外側から囲むように補強膜を設けたことを
   特徴とする半導体装置の保護膜補強構造。