JPH0794502A

JPH0794502A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0794502A
Application number: JP25527493A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Tsunoda; 真由美角田; Kenichiro Hanamura; 賢一郎花村
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、半導体素子表面に、直接又は他の
絶縁層を介して、ポリイミド樹脂層を形成してなる半導
体装置において、ポリイミド樹脂が、（Ａ）全酸成分の
うち50 mol％以上が、ビフェニルエーテルテトラカルボ
ン酸成分からなり、（Ｂ）全ジアミン成分のうち50〜99
mol％が2,2-ビス［4-（4-アミノフェノキシ）フェニ
ル］プロパンのようなジアミン化合物と、50 〜1 mol
％がビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキ
サンのようなジアミノシロキサンであるポリイミド樹脂
で構成される半導体装置である。【効果】本発明の半導体装置は、半導体製造プロセス
において使用される比較的低い温度においても、十分な
成膜性を有し、耐湿性、密着性、加工性に優れたポリイ
ミド樹脂層を形成したものであって、信頼性の高いもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温硬化が可能である
とともに密着性、耐湿性等に優れたポリイミド樹脂の絶
縁層を、半導体素子表面に形成してなる半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子（トランジスタ、ダイオード
等）に形成されたＰＮ接合の露出表面には、シリコーン
樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂膜を形成することが行わ
れている。これらの樹脂は、半導体素子の製造プロセス
において、硬化時間が長いことや溶剤が残存する等の問
題があり、また耐湿性に劣るため素子の信頼性を損なう
ことがあった。そこで、近年これらの問題を解決するた
め、ポリイミド樹脂膜を形成する試みがなされている
が、従来の熱硬化型ポリイミド樹脂を使用して膜を形成
する工程は、かなり高い硬化温度を必要とするため、半
導体素子の信頼性が高温によって損なわれる等の欠点が
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、半導体製造プロセス
において使用される比較的低い温度においても、十分な
成膜性を有し、耐湿性、密着性、加工性に優れたポリイ
ミド樹脂層を形成した信頼性の高い半導体装置を提供し
ようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねて、種々の化学構造の
ポリマーについて検討した結果、後述するポリイミド樹
脂の絶縁層を形成することによって、上記目的が達成で
きることを見いだし、本発明を完成したものである。

【０００５】即ち、本発明は、半導体素子表面に、直接
又は他の絶縁層を介して、ポリイミド樹脂層を形成して
なる半導体装置において、該ポリイミド樹脂層が、下記
の一般式で示されるポリイミド樹脂であって、

【０００６】

【化５】（Ａ）上記ポリイミド樹脂の一般式中におけるＲ¹は4
価の有機酸残基を示して、Ｒ¹を構成する全酸成分のう
ちの 50 mol ％以上が、次の一般式で示されるビフェニ
ルエーテルテトラカルボン酸であり、

【０００７】

【化６】（Ｂ）上記ポリイミド樹脂の一般式中におけるＲ²は2
価のジアミン残基を示し、（b-1 ）Ｒ²を構成する全ジ
アミン成分のうちの 50 〜99 mol％が、次の一般式で示
されるジアミン化合物であり、

【０００８】

【化７】（但し式中Ｘは−ＣＨ₂−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＨ₃）₂
−、−ＳＯ₂−、−Ｃ（ＣＦ₃）₂−を表す）（b-2 ）
Ｒ²を構成する全ジアミン成分のうちの 50 〜1 mol ％
が、次の一般式で示されるジアミノシロキサンである

【０００９】

【化８】（但し、式中Ｒ³及びＲ⁴は 2価の有機基を、Ｒ⁵〜Ｒ
⁸は炭素数 1〜6 の炭化水素を表し、n は 0又は12以下
の整数を表す）ことを特徴とする半導体装置である。

【００１０】本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明にポリイミド樹脂絶縁層として用い
るポリイミド樹脂は、前記化５の一般式で示されるもの
であって（Ａ）酸成分と（Ｂ）ジアミン成分とを反応さ
せて得られるものである。

【００１２】（Ａ）酸成分としては、前記化６の一般式
で示したビフェニルエーテルテトラカルボン酸を使用す
ることができる。ビフェニルエーテルテトラカルボン酸
の具体的な化合物としては、 3,3′,4,4′−ビフェニル
エーテルテトラカルボン酸、2,3,3′,4′−ビフェニル
エーテルテトラカルボン酸若しくはそれらの酸無水物又
はそれらの低級アルキルエステル等が挙げられ、これら
は単独又は混合して使用することができる。ビフェニル
エーテルテトラカルボン酸は、全酸成分の 50mol ％以
上使用することが望ましい。 50 mol ％未満では低温の
硬化が難しく好ましくない。

【００１３】ビフェニルエーテルテトラカルボン酸以外
の酸成分として例えば、 3,3′,4,4′−ビフェニルテト
ラカルボン酸、ピロメリット酸、 3,3′4,4 ′−ビフェ
ニルテトラカルボン酸、 3,3′,4,4′−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸、 2,3,3′,4′−ビベンゾフェノンテ
トラカルボン酸、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン
酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6-ナ
フタレンテトラカルボン酸、 3,4,9,10-テトラカルボキ
シフェニレン、 3,3′,4,4′−ジフェニルメタンテトラ
カルボン酸、2,2-ビス（ 3,4′−ジカルボキシフェニ
ル）プロパン、2,2-ビス（ 3,4′−ジカルボキシフェニ
ル）ヘキサフルオロプロパン、 3,3′,4,4′−ジフェニ
ルスルフォンテトラカルボン酸、2,2-ビス（［4-（3,4-
ジカルボキシフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプ
ロパン等の無水物又は低級アルキルエステル等が挙げら
れ、これらは単独又は混合して前記ビフェニルエーテル
テトラカルボン酸と併用することができる。

【００１４】本発明のポリイミド樹脂に用いる（Ｂ）ジ
アミン成分は、（b-1 ）ジアミン化合物と（b-2 ）ジア
ミノシロキサンとを一定の割合で併用するものである。

【００１５】（b-1 ）ジアミン化合物としては、前記化
７の一般式で示されるものを使用する。その具体的なも
のとして例えば、2,2-ビス［4-（4-アミノフェノキシ）
フェニル］プロパン、2,2-ビス［4-（4-アミノフェノキ
シ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス［4-
（4-アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、2,2-ビス
［4-（4-アミノフェノキシ）フェニル］メタン、2,2-ビ
ス［4-（4-アミノフェノキシ）フェニル］スルホン等が
挙げられ、これらは単独又は混合して使用することがで
きる。このジアミン化合物と後述のジアミノシロキサン
とを一定の割合で併用する。

【００１６】（b-2 ）ジアミノシロキサンとしては、前
記化８の一般式で示されるものを使用する。この具体的
な化合物としては、ビス（γ−アミノプロピル）テトラ
メチルジシロキサン、ビス（4-アミノブチル）テトラメ
チルジシロキサン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラ
フェニルジシロキサン、1,4-ビス（γ−アミノプロピル
ジメチルシリル）ベンゼン等が挙げられ、これらは単独
または混合して使用することができる。

【００１７】ジアミン成分として、上述した（b-1 ）ジ
アミン化合物と（b-2 ）ジアミノシロキサンとを特定の
割合で併用することが重要である。これらの配合割合
は、全ジアミン成分に対して（b-1 ）のジアミン化合物
が 50 〜 99 mol ％、（b-2 ）ジアミノシロキサンが 5
0 〜1 mol ％の割合となるように配合することが望まし
い。（b-1 ）ジアミン化合物が 50 mol ％未満では、耐
強酸性が低下し、また、（b-2 ）ジアミノシロキサンが
1 mol ％未満では半導体素子表面等の無機膜（二酸化ケ
イ素膜や窒化ケイ素膜）に対する密着性が低下し好まし
くない。

【００１８】本発明に用いるポリイミド樹脂は、前述し
た酸成分と前述したジアミン成分とを反応させて得られ
るが、それら酸成分およびジアミン成分がブロックある
いはランダムに含有されていてもよい。

【００１９】このポリイミド樹脂は、その前駆体である
ポリアミック酸樹脂 0.5g ／Ｎ−メチル−2-ピロリドン
10 ml の濃度溶液として、30℃における対数粘度が 0.2
〜 4.0の範囲であることが好ましく、より好ましくは
0.3〜 2.0の範囲である。ポリアミック酸樹脂は、略等
モルの酸成分とジアミン成分とを有機溶媒中で30℃以
下、好ましくは20℃以下の反応温度下に 3〜12時間付加
重合反応させて得られる。この重合反応における有機溶
媒としては、Ｎ，Ｎ′−ジメチルスルホオキシド、Ｎ，
Ｎ′−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ′−ジエチルホル
ムアミド、Ｎ．Ｎ′−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ′
−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチル−2-ピロリドン、
ヘキサメチレンホスホアミド等が挙げられ、これらは単
独または混合して使用することができる。

【００２０】このポリアミック酸樹脂を絶縁保護膜等の
形成材料として使用する場合は、有機溶媒に5 〜40重量
％、好ましくは15〜30重量％の割合で溶解したものを使
用する。この有機溶媒としてＮ，Ｎ′−ジメチルスルホ
オキシド、Ｎ，Ｎ′−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ′
−ジエチルホルムアミド、Ｎ．Ｎ′−ジメチルアセトア
ミド、Ｎ，Ｎ′−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチル−
2-ピロリドン、ヘキサメチレンホスホアミド、γ−ブチ
ルラクトン、シクロヘキサノン等が挙げられ、これらは
単独または混合して使用することができる。こうして調
製したポリアミック酸樹脂溶液は、次のようにして半導
体素子表面に絶縁保護膜を形成することができる。

【００２１】まず、ポリアミック酸樹脂溶液をスプレ
ー、浸漬、スピンコート、ロールコート、カーテンコー
ト等の方法により半導体素子を有する基板に塗布し、熱
風乾燥、遠赤外線乾燥等の方法により50〜100 ℃で溶剤
を除去した後、150 〜200 ℃の温度で5 〜180 分間、熱
処理し目的のポリイミド樹脂の絶縁保護膜を形成するこ
とができる。ついでエポキシ樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリ
コーン樹脂等の成形材料で、注形、トランスファー成
形、射出成形等により0.5 〜5mm 程度の厚さに封止成形
して半導体装置を製造することができる。

【００２２】

【作用】本発明の半導体装置は、絶縁層として特定のポ
リイミド樹脂を用いることによって、低温で硬化させ、
ジアミン成分としてジアミン化合物とジアミノシロキサ
ンを併用させて、半導体素子表面等の無機膜との密着
性、耐湿性を向上させたものであり、信頼性の高いもの
である。

【００２３】

【実施例】次に、本発明を実施例によって説明するが、
本発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。

【００２４】実施例１攪拌機、冷却器および窒素導入管を設けたフラスコに、
2,2-ビス［4-（4-アミノフェノキシ）フェニル］プロパ
ン36.9g （ 0.09mol）と、ビス（γ−アミノプロピル）
テトラメチルジシロキサン 2.49g（ 0.01mol）と、Ｎ−
メチル−2-ピロリドン279.1gを投入し、室温で窒素雰囲
気下に 3,3′,4,4′−ビフェニルエーテルテトラカルボ
ン酸二無水物30.38g（ 0.098mol ）を溶液温度の上昇に
注意しながら分割して加え、室温で12時間攪拌してポリ
アミック酸樹脂溶液を得た。このポリアミック酸樹脂溶
液の一部をメタノールで再沈殿し、得た白色のポリアミ
ック酸樹脂粉末をＮ−メチル−2-ピロリドンで溶解し
0.5g ／100ml 濃度とし30℃での対数粘度を測定したと
ころ 0.95dl ／g であった。

【００２５】比較例１攪拌機、冷却器および窒素導入管を設けたフラスコに、
4,4′−ジアミノジフェニルエーテル18.00g（ 0.09mo
l）と、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシ
ロキサン 2.49g（ 0.01mol）と、Ｎ−メチル−2-ピロリ
ドン167.4gを投入し、室温で窒素雰囲気下にピロメリッ
ト酸二無水物21.36g（ 0.098mol ）を加え、室温で10時
間攪拌してポリアミック酸樹脂溶液を得た。このポリア
ミック酸樹脂溶液の一部をメタノールで再沈殿し、得た
白色のポリアミック酸樹脂粉末をＮ−メチル−2-ピロリ
ドンで溶解し 0.5g ／100ml 濃度とし30℃での対数粘度
を測定したところ 1.01dl ／g であった。

【００２６】比較例２市販のシリコーン樹脂を入手した。

【００２７】比較例３市販のポリアミド樹脂を入手した。

【００２８】実施例および比較例１で得たポリアミック
酸樹脂溶液および比較例２のシリコーン樹脂、比較例３
のポリアミド樹脂を用いて、半導体素子表面に塗布硬化
させて保護膜を形成し、封止樹脂で封止して半導体装置
を製造した。これらの半導体装置について吸水率、耐湿
性、電気特性の試験を行ったのでその結果を表１に示し
た。いずれも本発明の特性が優れており、本発明の効果
を確認することができた。

【００２９】

【表１】＊0 ：300 ℃×1 時間＊1 ：ポリイミド樹脂硬化物を30分間煮沸したときの重
量変化を測定した。＊2 ：半導体装置を125 ℃の飽和水蒸気中で、断線不良
の発生するまでの時間を測定した。＊3 ：製造時素子が破壊した。＊4 ：ポリイミド樹脂硬化物の常温における電気特性を
測定した。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明の半導体装置は、半導体製造プロセスにおい
て使用される比較的低い温度においても、十分な成膜性
を有し、耐湿性、密着性、加工性に優れたポリイミド樹
脂層を形成したものであって、信頼性の高いものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子表面に、直接又は他の絶縁層
を介して、ポリイミド樹脂層を形成してなる半導体装置
において、該ポリイミド樹脂層が、下記の一般式で示されるポリイ
ミド樹脂であって、【化１】（Ａ）上記ポリイミド樹脂の一般式中におけるＲ¹は4
価の有機酸残基を示して、Ｒ¹を構成する全酸成分のう
ちの 50 mol ％以上が、次の一般式で示されるビフェニ
ルエーテルテトラカルボン酸であり、【化２】（Ｂ）上記ポリイミド樹脂の一般式中におけるＲ²は2
価のジアミン残基を示し、（b-1 ）Ｒ²を構成する全ジ
アミン成分のうちの 50 〜99 mol％が、次の一般式で示
されるジアミン化合物であり、【化３】（但し式中Ｘは−ＣＨ₂−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＨ₃）₂
−、−ＳＯ₂−、−Ｃ（ＣＦ₃）₂−を表す）（b-2 ）
Ｒ²を構成する全ジアミン成分のうちの 50 〜1 mol ％
が、次の一般式で示されるジアミノシロキサンである【化４】（但し、式中Ｒ³及びＲ⁴は 2価の有機基を、Ｒ⁵〜Ｒ
⁸は炭素数 1〜6 の炭化水素を表し、n は 0又は12以下
の整数を表す）ことを特徴とする半導体装置。