JPH08330478A - 熱中性子遮蔽体を備えた集積回路 - Google Patents
熱中性子遮蔽体を備えた集積回路Info
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- JPH08330478A JPH08330478A JP8081543A JP8154396A JPH08330478A JP H08330478 A JPH08330478 A JP H08330478A JP 8081543 A JP8081543 A JP 8081543A JP 8154396 A JP8154396 A JP 8154396A JP H08330478 A JPH08330478 A JP H08330478A
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Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 宇宙線などにより発生する熱中性子を遮蔽
し、それによる障害発生を抑止することができる集積回
路パッケージを提供する。 【解決手段】 集積回路のための熱中性子遮蔽体は、熱
中性子が回路素子により吸収されるのを抑止する。熱中
性子が回路素子により吸収されると、不安定な同位体が
発生し、そしてこの不安定な同位体は、その後で崩壊し
て電荷のバーストを発生する。この電荷のバーストは、
蓄積された電荷に障害を与え、そしてソフト・エラーを
生ずることがある。この遮蔽体の製造は、（絶縁体の上
に配置された層、またはプラスチックの封止部材の充填
材の中のような）集積回路の段階と、または（充填材ま
たは容器壁の上の薄膜層のような）基板の段階とのいず
れかで実施することができる。
し、それによる障害発生を抑止することができる集積回
路パッケージを提供する。 【解決手段】 集積回路のための熱中性子遮蔽体は、熱
中性子が回路素子により吸収されるのを抑止する。熱中
性子が回路素子により吸収されると、不安定な同位体が
発生し、そしてこの不安定な同位体は、その後で崩壊し
て電荷のバーストを発生する。この電荷のバーストは、
蓄積された電荷に障害を与え、そしてソフト・エラーを
生ずることがある。この遮蔽体の製造は、（絶縁体の上
に配置された層、またはプラスチックの封止部材の充填
材の中のような）集積回路の段階と、または（充填材ま
たは容器壁の上の薄膜層のような）基板の段階とのいず
れかで実施することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の譲渡人と同じ譲渡人
に譲渡された１９９３年２月１６日出願の米国特許出
願、番号第０８／０１７，５４３号に、本発明に関連す
る事項が開示されている。
に譲渡された１９９３年２月１６日出願の米国特許出
願、番号第０８／０１７，５４３号に、本発明に関連す
る事項が開示されている。
【０００２】本発明は半導体デバイスに関する。さらに
詳細にいえば、本発明は半導体デバイスの段階の封止と
装置の段階の容器との両方に関する。
詳細にいえば、本発明は半導体デバイスの段階の封止と
装置の段階の容器との両方に関する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、
Ａ／Ｄ変換器などのような多くのディジタル半導体デバ
イスの動作は、ディジタル信号の記憶のための接続位置
の静電容量に蓄積された電荷に基づいて動作する。した
がって、この接続位置の静電容量に対し予期されない電
荷の移動があるような現象が起こると、このようなデバ
イスの動作は非常に敏感に反応する。例えば、航空機の
中のシリコン・デバイスは宇宙線の照射を受ける。この
宇宙線の中には、高エネルギ（１〜１０ＭｅＶ）の中性
子が含まれている。図１は、高エネルギ中性子束の線量
を高度の関数として示したグラフである。このような高
エネルギ中性子は集積回路基板の中のシリコン原子核と
反応し、そして多数の反跳原子核を生ずる。これらの反
跳原子核は電荷のバーストを生じ、そしてこの電荷のバ
ーストが基板の中の静電容量性接続位置にまで移動し、
そしてそこに蓄積されている電荷に障害を与え得る。ゴ
セット（Ｇｏｓｓｅｔｔ）他の論文「大気中の中性子の
環境下での単一事象現象（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｖｅｎｔ
Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎ Ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔｓ）」、ＩＥ
ＥＥ Ｔｒ．Ｎｅｕ．Ｓｃｉ．、第４０巻、１８４５頁
（１９９３年）は、バイポーラＳＲＡＭの中における障
害を解析している。
Ａ／Ｄ変換器などのような多くのディジタル半導体デバ
イスの動作は、ディジタル信号の記憶のための接続位置
の静電容量に蓄積された電荷に基づいて動作する。した
がって、この接続位置の静電容量に対し予期されない電
荷の移動があるような現象が起こると、このようなデバ
イスの動作は非常に敏感に反応する。例えば、航空機の
中のシリコン・デバイスは宇宙線の照射を受ける。この
宇宙線の中には、高エネルギ（１〜１０ＭｅＶ）の中性
子が含まれている。図１は、高エネルギ中性子束の線量
を高度の関数として示したグラフである。このような高
エネルギ中性子は集積回路基板の中のシリコン原子核と
反応し、そして多数の反跳原子核を生ずる。これらの反
跳原子核は電荷のバーストを生じ、そしてこの電荷のバ
ーストが基板の中の静電容量性接続位置にまで移動し、
そしてそこに蓄積されている電荷に障害を与え得る。ゴ
セット（Ｇｏｓｓｅｔｔ）他の論文「大気中の中性子の
環境下での単一事象現象（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｖｅｎｔ
Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎ Ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔｓ）」、ＩＥ
ＥＥ Ｔｒ．Ｎｅｕ．Ｓｃｉ．、第４０巻、１８４５頁
（１９９３年）は、バイポーラＳＲＡＭの中における障
害を解析している。
【０００４】海面の高さにおいて、宇宙線にはいくらか
の高エネルギ中性子が含まれているが、大気中を運動す
る中性子は、通常、（主として窒素および酸素の原子核
との散乱により）熱平衡状態に近付き、そしてそれらの
エネルギはｋＴ（室温では０．０２５ｅＶ）に接近する
傾向がある。図２は、海面の高さにおける中性子束をエ
ネルギの関数として示したグラフである。ヘス（Ｈｅｓ
ｓ）他の論文「宇宙線中性子のエネルギ・スペクトル
（Ｃｏｓｍｉｃ−Ｒａｙ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇ
ｙ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、第１
１６巻、４４５頁（１９５９年）、ジーグラ（Ｚｉｅｇ
ｌｅｒ）他の論文「電子デバイスに及ぼす海面高さの宇
宙線の効果（Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｅａ Ｌｅｖｅｌ
Ｃｏｓｍｉｃ Ｒａｙｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第
５２巻、４３０５頁（１９８１年）、ナカムラ（Ｎａｋ
ａｍｕｒａ）他の論文「宇宙線中性子の高度変化（Ａｌ
ｔｉｔｕｄｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｓｍｉ
ｃ−Ｒａｙｓ Ｎｅｕｔｒｏｎｓ）」、ＨｅａｌｔｈＰ
ｈｙｓ．第５３巻、５０９頁（１９８７年）を参照され
たい。ｋＴよりも十分に大きなエネルギを有する中性子
が物体を透過する時、これらの中性子は熱平衡状態に近
付くことを継続する。したがって、熱中性子の線源は連
続的であると考えることができる。
の高エネルギ中性子が含まれているが、大気中を運動す
る中性子は、通常、（主として窒素および酸素の原子核
との散乱により）熱平衡状態に近付き、そしてそれらの
エネルギはｋＴ（室温では０．０２５ｅＶ）に接近する
傾向がある。図２は、海面の高さにおける中性子束をエ
ネルギの関数として示したグラフである。ヘス（Ｈｅｓ
ｓ）他の論文「宇宙線中性子のエネルギ・スペクトル
（Ｃｏｓｍｉｃ−Ｒａｙ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇ
ｙ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、第１
１６巻、４４５頁（１９５９年）、ジーグラ（Ｚｉｅｇ
ｌｅｒ）他の論文「電子デバイスに及ぼす海面高さの宇
宙線の効果（Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｅａ Ｌｅｖｅｌ
Ｃｏｓｍｉｃ Ｒａｙｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第
５２巻、４３０５頁（１９８１年）、ナカムラ（Ｎａｋ
ａｍｕｒａ）他の論文「宇宙線中性子の高度変化（Ａｌ
ｔｉｔｕｄｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｓｍｉ
ｃ−Ｒａｙｓ Ｎｅｕｔｒｏｎｓ）」、ＨｅａｌｔｈＰ
ｈｙｓ．第５３巻、５０９頁（１９８７年）を参照され
たい。ｋＴよりも十分に大きなエネルギを有する中性子
が物体を透過する時、これらの中性子は熱平衡状態に近
付くことを継続する。したがって、熱中性子の線源は連
続的であると考えることができる。
【０００５】このような宇宙線による障害の危険性を補
償するための１つの方式は、接触点位置の静電容量値を
単に大きくし、予期しない電荷により障害が発生するた
めには大きな電荷が必要であるようにすることである。
けれども、接触点位置の静電容量値を大きくするには、
回路が使用する基板面積を大きくする必要があり、した
がって、コストが増大する。
償するための１つの方式は、接触点位置の静電容量値を
単に大きくし、予期しない電荷により障害が発生するた
めには大きな電荷が必要であるようにすることである。
けれども、接触点位置の静電容量値を大きくするには、
回路が使用する基板面積を大きくする必要があり、した
がって、コストが増大する。
【０００６】半導体デバイスの封止の方式は、典型的に
は、２つの種類に分類される。すなわち、プラスチック
封止およびセラミック封止である。プラスチック封止
は、半導体ダイとその接続導線およびリードフレーム
を、典型的には、２７％のノバラック・エポキシ樹脂
と、７０％の不活性充填材と、２％の難燃性材と、１％
の着色材と、それに硬化促進剤と、硬化剤と、鋳型から
の分離剤とで作成される厚さ２ｍｍのプラスチック被覆
体で取り囲むことにより行われる。充填材は粉末の石英
であり得る。けれども、石英は、典型的な場合には、ウ
ラニウムおよびトリウムを天然の不純物として含有して
いる。ＵおよびＴｈは放射性崩壊によりアルファ粒子を
発生する。高エネルギ中性子の反応により生ずるシリコ
ン原子核の反跳生成物が電荷のバーストを生ずるのと同
じように、これらのアルファ粒子も電荷のバーストを発
生する。この電荷のバーストは同じように移動でき、そ
して接続点位置に蓄積されている信号電荷に障害を与え
る。このようなアルファ粒子により発生する障害を制御
するための初期の方式は、半導体ダイとそのまわりのプ
ラスチック体との間に、厚さ３０μｍのシリコン・ゴム
層のような、アルファ粒子吸収障壁体を配置することで
あった。アルファ粒子はこの吸収障壁体を通過する時に
エネルギを失い、そして、その典型的な飛程は、種々の
密度の部材の中において、１〜１０ＭｅＶのアルファ粒
子に対し、５〜１００μｍである。そして部材の密度が
大きくなれば、アルファ粒子の飛程はさらに短くなる。
したがって、厚さ３０μｍのシリコン・ゴム障壁体によ
り、集積回路のデバイスの活性領域にアルファ粒子が到
達する前に、典型的なアルファ粒子はそのエネルギの大
部分を失いがちである。
は、２つの種類に分類される。すなわち、プラスチック
封止およびセラミック封止である。プラスチック封止
は、半導体ダイとその接続導線およびリードフレーム
を、典型的には、２７％のノバラック・エポキシ樹脂
と、７０％の不活性充填材と、２％の難燃性材と、１％
の着色材と、それに硬化促進剤と、硬化剤と、鋳型から
の分離剤とで作成される厚さ２ｍｍのプラスチック被覆
体で取り囲むことにより行われる。充填材は粉末の石英
であり得る。けれども、石英は、典型的な場合には、ウ
ラニウムおよびトリウムを天然の不純物として含有して
いる。ＵおよびＴｈは放射性崩壊によりアルファ粒子を
発生する。高エネルギ中性子の反応により生ずるシリコ
ン原子核の反跳生成物が電荷のバーストを生ずるのと同
じように、これらのアルファ粒子も電荷のバーストを発
生する。この電荷のバーストは同じように移動でき、そ
して接続点位置に蓄積されている信号電荷に障害を与え
る。このようなアルファ粒子により発生する障害を制御
するための初期の方式は、半導体ダイとそのまわりのプ
ラスチック体との間に、厚さ３０μｍのシリコン・ゴム
層のような、アルファ粒子吸収障壁体を配置することで
あった。アルファ粒子はこの吸収障壁体を通過する時に
エネルギを失い、そして、その典型的な飛程は、種々の
密度の部材の中において、１〜１０ＭｅＶのアルファ粒
子に対し、５〜１００μｍである。そして部材の密度が
大きくなれば、アルファ粒子の飛程はさらに短くなる。
したがって、厚さ３０μｍのシリコン・ゴム障壁体によ
り、集積回路のデバイスの活性領域にアルファ粒子が到
達する前に、典型的なアルファ粒子はそのエネルギの大
部分を失いがちである。
【０００７】その後、不純物の少ない石英の充填材を用
いることにより、放射線量を０．００１アルファ粒子／
ｃｍ2 ／時間以下にすることができ、したがって実効的
に問題点を解決し、そして障壁体に対する必要性をなく
する。
いることにより、放射線量を０．００１アルファ粒子／
ｃｍ2 ／時間以下にすることができ、したがって実効的
に問題点を解決し、そして障壁体に対する必要性をなく
する。
【０００８】セラミック封止は、典型的には、９０％ア
ルミナと１０％ガラスの本体と、金メッキされたコバー
ルの蓋と、ガラス封止体と、パッケージ空洞の中の空気
とを備えている。これらの部品のすべては、アルファ粒
子を放射する放射性不純物を含有するはずである。例え
ば、空洞の中の空気はラドンを含有するはずである。こ
れらの部品は、特にアルミニウムおよび金は、精製を行
うことにより放射性同位体の量を限定することができ、
そして過剰なアルファ粒子が発生することによる障害を
回避することができる。
ルミナと１０％ガラスの本体と、金メッキされたコバー
ルの蓋と、ガラス封止体と、パッケージ空洞の中の空気
とを備えている。これらの部品のすべては、アルファ粒
子を放射する放射性不純物を含有するはずである。例え
ば、空洞の中の空気はラドンを含有するはずである。こ
れらの部品は、特にアルミニウムおよび金は、精製を行
うことにより放射性同位体の量を限定することができ、
そして過剰なアルファ粒子が発生することによる障害を
回避することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明により、半導体ダ
イの段階と回路基板容器の段階との両方の段階におい
て、集積回路基板封止体の中に、熱中性子吸収体層を備
え得る。熱中性子吸収体層の好ましい実施例は、 157Ｇ
ｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、および10Ｂのような異常に大
きな吸収断面積を有する同位体の化合物を備えている。
イの段階と回路基板容器の段階との両方の段階におい
て、集積回路基板封止体の中に、熱中性子吸収体層を備
え得る。熱中性子吸収体層の好ましい実施例は、 157Ｇ
ｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、および10Ｂのような異常に大
きな吸収断面積を有する同位体の化合物を備えている。
【００１０】この熱中性子吸収体層により、宇宙線によ
り発生する熱中性子が原因でデバイスに障害が発生する
頻度を小さくできるという利点が得られる。宇宙線によ
り発生するこれらの熱中性子はデバイスを構成している
部材と反応し、そして２次放射線を発生する。そしてこ
の２次放射線が原因で障害が起こることがありうる。さ
らに、熱中性子吸収体層を用いることにより、接続点位
置の静電容量の障害頻度を抑止することができる。回路
基板容器の段階で熱中性子吸収体層を備えることによ
り、集積回路パッケージを特別の事前の配慮を行うこと
なく用いることができる。
り発生する熱中性子が原因でデバイスに障害が発生する
頻度を小さくできるという利点が得られる。宇宙線によ
り発生するこれらの熱中性子はデバイスを構成している
部材と反応し、そして２次放射線を発生する。そしてこ
の２次放射線が原因で障害が起こることがありうる。さ
らに、熱中性子吸収体層を用いることにより、接続点位
置の静電容量の障害頻度を抑止することができる。回路
基板容器の段階で熱中性子吸収体層を備えることによ
り、集積回路パッケージを特別の事前の配慮を行うこと
なく用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】パッケージ部材の好ましい実施例 図２は、宇宙線で発生した熱中性子束の線量の図であっ
て、その強度は０．０２ｎ／ｃｍ2 ・秒の程度であり、
そして低エネルギの中性子が多い。熱中性子はよく用い
られる部材の多くの原子核により容易に吸収される。そ
の吸収断面積は、典型的には、原子核の寸法に対応する
断面積、すなわち、10-24 ｃｍ2 の程度である。したが
って、厚さ１００ｃｍの固体部材は、入射する熱中性子
の約９０％を吸収するであろう。しかし、高エネルギの
中性子が同じ部材に入射した場合には最初は吸収率は小
さく、そして熱平衡状態に近付いて熱中性子を生じがち
である。けれども、大部分の熱中性子は集積回路のよう
な薄い構造体を相互作用しないで通過するはずである。
て、その強度は０．０２ｎ／ｃｍ2 ・秒の程度であり、
そして低エネルギの中性子が多い。熱中性子はよく用い
られる部材の多くの原子核により容易に吸収される。そ
の吸収断面積は、典型的には、原子核の寸法に対応する
断面積、すなわち、10-24 ｃｍ2 の程度である。したが
って、厚さ１００ｃｍの固体部材は、入射する熱中性子
の約９０％を吸収するであろう。しかし、高エネルギの
中性子が同じ部材に入射した場合には最初は吸収率は小
さく、そして熱平衡状態に近付いて熱中性子を生じがち
である。けれども、大部分の熱中性子は集積回路のよう
な薄い構造体を相互作用しないで通過するはずである。
【００１２】けれども、ある種の同位体は、下記の表に
示されるように、異常に大きな熱中性子吸収断面積を有
する。
示されるように、異常に大きな熱中性子吸収断面積を有
する。
【００１３】
【表１】 同位体 吸収断面積（×10-24 ／ｃｍ2 ）157 Ｇｄ 260,000149 Ｓｍ 42,000113 Ｃｄ 20,00010 Ｂ 3,800
【００１４】10Ｂのこの大きな吸収断面積は、絶縁体と
して用いられるホウ・リン・ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）
のような、ホウ素を用いた通常の半導体部材の比較的薄
い層でも、熱中性子のかなりの部分を吸収することを意
味する。そして熱中性子のこの吸収により、励起した11
Ｂ原子核が発生する。励起した11Ｂ原子核は、下記のよ
うに壊変する。
して用いられるホウ・リン・ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）
のような、ホウ素を用いた通常の半導体部材の比較的薄
い層でも、熱中性子のかなりの部分を吸収することを意
味する。そして熱中性子のこの吸収により、励起した11
Ｂ原子核が発生する。励起した11Ｂ原子核は、下記のよ
うに壊変する。
【００１５】
【数１】ｎ＋10Ｂ → 11Ｂ* → α＋ 7Ｌｉ＋γ
【００１６】アルファ粒子は約１．４７ＭｅＶのエネル
ギを有し、Ｌｉ原子核は約０．８４ＭｅＶのエネルギを
有し、そしてガンマ線は約０．４７８ＭｅＶのエネルギ
を有する。これらの壊変生成物はそれぞれ電荷のバース
トを発生する可能性があり、そしてこれらの電荷のバー
ストは障害の原因となる。実際、１．４７ＭｅＶのアル
ファ粒子は、シリコンおよび二酸化シリコンのような部
材の中で約１０〜２０μｍの飛程を有し、したがって、
これは集積回路ダイの内部においてかなりの量の電荷が
発生することを意味する。同様に、 7Ｌｉは数μｍの飛
程を有する。この電荷発生の効率は、アルファ粒子や 7
Ｌｉが減速すると共に増大し、したがって障害を回避す
るために、飛程の終点付近は重要な部分から遠く離れて
いなければならない。10Ｂは、ホウ・リン・ケイ酸ガラ
ス（ＢＰＳＧ）のような電気的絶縁体層の構成元素であ
る。ホウ・リン・ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）は、シリコ
ン・ダイの上のデバイスの一部分を構成する。
ギを有し、Ｌｉ原子核は約０．８４ＭｅＶのエネルギを
有し、そしてガンマ線は約０．４７８ＭｅＶのエネルギ
を有する。これらの壊変生成物はそれぞれ電荷のバース
トを発生する可能性があり、そしてこれらの電荷のバー
ストは障害の原因となる。実際、１．４７ＭｅＶのアル
ファ粒子は、シリコンおよび二酸化シリコンのような部
材の中で約１０〜２０μｍの飛程を有し、したがって、
これは集積回路ダイの内部においてかなりの量の電荷が
発生することを意味する。同様に、 7Ｌｉは数μｍの飛
程を有する。この電荷発生の効率は、アルファ粒子や 7
Ｌｉが減速すると共に増大し、したがって障害を回避す
るために、飛程の終点付近は重要な部分から遠く離れて
いなければならない。10Ｂは、ホウ・リン・ケイ酸ガラ
ス（ＢＰＳＧ）のような電気的絶縁体層の構成元素であ
る。ホウ・リン・ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）は、シリコ
ン・ダイの上のデバイスの一部分を構成する。
【００１７】図３の横断面正面図は、このような熱中性
子吸収体と、絶縁体層の中の10Ｂにより障害を引き起こ
す２次放射線とを概略的に示した図である。図３をさら
に詳細に説明すれば、熱中性子３０２が10Ｂ３０４によ
り吸収される。10Ｂ３０４は、ＢＰＳＧ層３０６の１つ
の構成成分である。発生した11Ｂは、 7Ｌｉ３０８と、
α粒子３１０と、γ線３１２とに壊変する。 7Ｌｉは酸
化物層（厚さ約 0.3μｍ）を貫通し、そしてシリコン基
板３２２の中に電子・ホール対３２０を発生する。発生
した電子はソースにまで移動でき、そしてポリシリコン
のコンデンサ極板３２６に既に蓄積されている電荷（多
分１）に付加される。このことにより、コンデンサ極板
３２６に蓄積されている電荷は、１から０に変わるはず
である。
子吸収体と、絶縁体層の中の10Ｂにより障害を引き起こ
す２次放射線とを概略的に示した図である。図３をさら
に詳細に説明すれば、熱中性子３０２が10Ｂ３０４によ
り吸収される。10Ｂ３０４は、ＢＰＳＧ層３０６の１つ
の構成成分である。発生した11Ｂは、 7Ｌｉ３０８と、
α粒子３１０と、γ線３１２とに壊変する。 7Ｌｉは酸
化物層（厚さ約 0.3μｍ）を貫通し、そしてシリコン基
板３２２の中に電子・ホール対３２０を発生する。発生
した電子はソースにまで移動でき、そしてポリシリコン
のコンデンサ極板３２６に既に蓄積されている電荷（多
分１）に付加される。このことにより、コンデンサ極板
３２６に蓄積されている電荷は、１から０に変わるはず
である。
【００１８】同じように、熱中性子が他の原子核により
吸収されると放射線および電荷を発生し、それにより接
続点位置の静電容量に蓄積されている信号電荷に障害を
与え得る。実際、プラスチックで封止された集積回路の
中に通常用いられる下記の元素は、熱中性子に対しかな
り大きな断面積を有する。すなわち、Ｈ（0.33）、Ｎ
（ 1.8）、Ａｌ（0.23）、Ｓｉ（0.17）、Ｐ（0.16）、
Ｃｒ（ 3.1）、Ｆｅ（2.56）、Ａｓ（ 4.3）、Ｗ（ 1
8.）、およびＡｕ（98.7）である。ここで、括弧の中の
断面積は10-24 ｃｍ2 を単位として表されている。Ｈお
よびＮはプラスチック封止体の中に存在し、Ａｌおよび
Ｗは相互接続体の中に存在し、Ａｕは相互接続導線の中
に存在し、ＣｒおよびＦｅはリードフレームの中に存在
し、ＰはＢＰＳＧ、ＰＳＧ、および不純物が添加された
ソース／ドレインの中に存在し、Ａｓは不純物が添加さ
れたソース／ドレインの中に存在し、そしてＡｓはプラ
スチック・フィルタ、およびＢＰＳＧ、ＰＳＧ、および
不純物が添加されていないガラスのような絶縁体、ポリ
シリコン線、コンデンサ極板、基板の中に存在しがちで
ある。
吸収されると放射線および電荷を発生し、それにより接
続点位置の静電容量に蓄積されている信号電荷に障害を
与え得る。実際、プラスチックで封止された集積回路の
中に通常用いられる下記の元素は、熱中性子に対しかな
り大きな断面積を有する。すなわち、Ｈ（0.33）、Ｎ
（ 1.8）、Ａｌ（0.23）、Ｓｉ（0.17）、Ｐ（0.16）、
Ｃｒ（ 3.1）、Ｆｅ（2.56）、Ａｓ（ 4.3）、Ｗ（ 1
8.）、およびＡｕ（98.7）である。ここで、括弧の中の
断面積は10-24 ｃｍ2 を単位として表されている。Ｈお
よびＮはプラスチック封止体の中に存在し、Ａｌおよび
Ｗは相互接続体の中に存在し、Ａｕは相互接続導線の中
に存在し、ＣｒおよびＦｅはリードフレームの中に存在
し、ＰはＢＰＳＧ、ＰＳＧ、および不純物が添加された
ソース／ドレインの中に存在し、Ａｓは不純物が添加さ
れたソース／ドレインの中に存在し、そしてＡｓはプラ
スチック・フィルタ、およびＢＰＳＧ、ＰＳＧ、および
不純物が添加されていないガラスのような絶縁体、ポリ
シリコン線、コンデンサ極板、基板の中に存在しがちで
ある。
【００１９】図４の横断面図は、リードフレーム４０４
の上でプラスチック封止体４０６により封止された、プ
ラスチック封止集積回路４００の好ましい第１実施例の
概要図である。プラスチック封止体４０６は、充填材の
成分として 157Ｇｄを有する。実際、熱中性子は、ダイ
４０２またはリードフレーム４０４のいずれかに到達す
るためには、プラスチック封止体４０６の中を約１ｍｍ
進まなければならない。したがって、ダイ４０２または
リードフレーム４０４に到達する熱中性子束は、もしプ
ラスチック封止体４０６が約０．６％の 157Ｇｄを含有
するならば、１００の減少因子だけ小さくすることがで
きる。
の上でプラスチック封止体４０６により封止された、プ
ラスチック封止集積回路４００の好ましい第１実施例の
概要図である。プラスチック封止体４０６は、充填材の
成分として 157Ｇｄを有する。実際、熱中性子は、ダイ
４０２またはリードフレーム４０４のいずれかに到達す
るためには、プラスチック封止体４０６の中を約１ｍｍ
進まなければならない。したがって、ダイ４０２または
リードフレーム４０４に到達する熱中性子束は、もしプ
ラスチック封止体４０６が約０．６％の 157Ｇｄを含有
するならば、１００の減少因子だけ小さくすることがで
きる。
【００２０】同様に、プラスチック封止体４０６の対応
する構成成分として、また別の熱中性子吸収体を用いる
ことができる。例えば、約５％の 113Ｃｄにより100 の
減少因子が得られるはずである。さらに熱中性子吸収体
が少量であると減少因子は小いさくなり、そして熱中性
子吸収体が多量であると減少因子は大きくなるはずであ
る。したがって、状況に応じて吸収体の量を調整するこ
とができる。この減少は、吸収体の原子核の横断面積
と、吸収体の原子核の密度と、吸収体の厚さとの積に対
して、指数関数に従って変化する。したがって、もし半
導体ダイ４０２からアルファ粒子とＬｉの侵入距離を越
えた遠い距離において入射熱中性子の全部をほぼ（例え
ば、９９％）吸収するように10Ｂの密度が十分に高いな
らば、有害な反応生成物（アルファ粒子およびＬｉ）が
発生するにもかかわらず、プラスチック体４０６の中に
10Ｂをさえ用いることができる。したがって、１０〜２
０μｍのアルファ粒子の侵入距離はプラスチック体４０
６の無視し得る部分であり、そして４０％10Ｂを有する
１ｍｍのプラスチック体または２０％10Ｂを有する２ｍ
ｍのプラスチック体は、入射熱中性子の９９％を吸収す
るはずである。もちろん、２０％10Ｂを有する１ｍｍの
プラスチック体は入射熱中性子の９０％を吸収し、そし
て９０％の吸収が行われれば、それは特定の回路を遮蔽
するのに十分のはずである。
する構成成分として、また別の熱中性子吸収体を用いる
ことができる。例えば、約５％の 113Ｃｄにより100 の
減少因子が得られるはずである。さらに熱中性子吸収体
が少量であると減少因子は小いさくなり、そして熱中性
子吸収体が多量であると減少因子は大きくなるはずであ
る。したがって、状況に応じて吸収体の量を調整するこ
とができる。この減少は、吸収体の原子核の横断面積
と、吸収体の原子核の密度と、吸収体の厚さとの積に対
して、指数関数に従って変化する。したがって、もし半
導体ダイ４０２からアルファ粒子とＬｉの侵入距離を越
えた遠い距離において入射熱中性子の全部をほぼ（例え
ば、９９％）吸収するように10Ｂの密度が十分に高いな
らば、有害な反応生成物（アルファ粒子およびＬｉ）が
発生するにもかかわらず、プラスチック体４０６の中に
10Ｂをさえ用いることができる。したがって、１０〜２
０μｍのアルファ粒子の侵入距離はプラスチック体４０
６の無視し得る部分であり、そして４０％10Ｂを有する
１ｍｍのプラスチック体または２０％10Ｂを有する２ｍ
ｍのプラスチック体は、入射熱中性子の９９％を吸収す
るはずである。もちろん、２０％10Ｂを有する１ｍｍの
プラスチック体は入射熱中性子の９０％を吸収し、そし
て９０％の吸収が行われれば、それは特定の回路を遮蔽
するのに十分のはずである。
【００２１】セラミックの封止部材（主としてアルミ
ナ）に同様に熱中性子吸収体を付加することにより、セ
ラミック封止体の中の半導体ダイに対し、対応する保護
性能が得られがちである。セラミック封止体と蓋との両
方は、熱中性子吸収体を有することが可能のはずであ
る。
ナ）に同様に熱中性子吸収体を付加することにより、セ
ラミック封止体の中の半導体ダイに対し、対応する保護
性能が得られがちである。セラミック封止体と蓋との両
方は、熱中性子吸収体を有することが可能のはずであ
る。
【００２２】さらに、プリント配線基板および取付け用
エポキシ樹脂に同じように熱中性子吸収体を付加するこ
とにより、プリント配線基板に直接に接着される裸の半
導体ダイに対し、熱中性子に対する保護性能が得られが
ちである。
エポキシ樹脂に同じように熱中性子吸収体を付加するこ
とにより、プリント配線基板に直接に接着される裸の半
導体ダイに対し、熱中性子に対する保護性能が得られが
ちである。
【００２３】容器の好ましい実施例 図５は、封止された集積回路５１１〜５１５を収納して
いるプリント配線基板５０１〜５０３を取り囲む容器５
００の好ましい実施例の図である。この容器は、壁５２
２の内側に、熱中性子吸収体の層５２０を有する。吸収
体層５２０は、前記の実施例のプラスチック体４０６の
部材と単に同じ部材であり得る。実際、１３％10Ｂの厚
さ３ｍｍの層を用いることにより、入射熱中性子の９９
％が集積回路５１１〜５１５のいずれにも到達しないよ
うに阻止することができる。さらに、吸収の後に放射さ
れる２次アルファ粒子および 7Ｌｉは、集積回路５１１
〜５１５の（プラスチックまたはセラミックの）封止体
に侵入するのに十分なエネルギを有していない。したが
って、吸収体層５２０によりプラスチック体４０６と同
じ保護性能が得られるが、吸収体層５２０を備えること
により、集積回路５１１〜５１５の製造の際の処理工程
を変更する必要がないので、製造工程上に大きな柔軟性
を得ることができる。
いるプリント配線基板５０１〜５０３を取り囲む容器５
００の好ましい実施例の図である。この容器は、壁５２
２の内側に、熱中性子吸収体の層５２０を有する。吸収
体層５２０は、前記の実施例のプラスチック体４０６の
部材と単に同じ部材であり得る。実際、１３％10Ｂの厚
さ３ｍｍの層を用いることにより、入射熱中性子の９９
％が集積回路５１１〜５１５のいずれにも到達しないよ
うに阻止することができる。さらに、吸収の後に放射さ
れる２次アルファ粒子および 7Ｌｉは、集積回路５１１
〜５１５の（プラスチックまたはセラミックの）封止体
に侵入するのに十分なエネルギを有していない。したが
って、吸収体層５２０によりプラスチック体４０６と同
じ保護性能が得られるが、吸収体層５２０を備えること
により、集積回路５１１〜５１５の製造の際の処理工程
を変更する必要がないので、製造工程上に大きな柔軟性
を得ることができる。
【００２４】熱中性子吸収体は、容器の壁５２２を構成
する部材の一部分として、または別に取り付けられた１
個の層（または複数個の層）５２０として、作成するこ
とができる。予め作成された別の吸収体層５２０を接着
剤により取り付けることもできるし、または別の吸収体
層５２０を壁５２２の上に沈着することにより作成する
こともできる。そして１個または複数個の吸収体層５２
０を、容器の壁５２２の内側または外側または両側に作
成することができる。
する部材の一部分として、または別に取り付けられた１
個の層（または複数個の層）５２０として、作成するこ
とができる。予め作成された別の吸収体層５２０を接着
剤により取り付けることもできるし、または別の吸収体
層５２０を壁５２２の上に沈着することにより作成する
こともできる。そして１個または複数個の吸収体層５２
０を、容器の壁５２２の内側または外側または両側に作
成することができる。
【００２５】容器の壁の中に取り付けられた熱中性子吸
収体は、入射熱中性子が２の因子だけしか小さくならな
い低レベルにおいても、有用であり得る。けれども、１
０またはそれを越える因子だけ小さくすることを達成す
ることは、困難ではない。さらに、容器の壁に開口部が
あると減少因子は小さくなるが、しかし、それは受入れ
可能のはずである。
収体は、入射熱中性子が２の因子だけしか小さくならな
い低レベルにおいても、有用であり得る。けれども、１
０またはそれを越える因子だけ小さくすることを達成す
ることは、困難ではない。さらに、容器の壁に開口部が
あると減少因子は小さくなるが、しかし、それは受入れ
可能のはずである。
【００２６】半導体ダイ吸収層の好ましい実施例 図６は、ＢＰＳＧ６０４〜６０６の上に配置された被覆
体の中に熱中性子吸収部材の層６０２を備えた、集積回
路６００の好ましい実施例の図である。層６０２は、熱
中性子を薄い層（製造工程に支障をきたさないように、
厚さがせいぜい数μｍ）の中で吸収する。したがって、
高い 157Ｇｄ濃度を有することが好ましく、そしてＢＰ
ＳＧ６０４〜６０６に対する熱中性子束を２またはそれ
以上の因子だけ小さくする、または１０といったさらに
高い因子さえも得ることができる。実際、高濃度のＧｄ
およびさらに厚い層を用いることにより、さらに大きな
減少因子を得ることができるが、このような層の作成を
製造工程の中に組み込むことは困難のはずである。
体の中に熱中性子吸収部材の層６０２を備えた、集積回
路６００の好ましい実施例の図である。層６０２は、熱
中性子を薄い層（製造工程に支障をきたさないように、
厚さがせいぜい数μｍ）の中で吸収する。したがって、
高い 157Ｇｄ濃度を有することが好ましく、そしてＢＰ
ＳＧ６０４〜６０６に対する熱中性子束を２またはそれ
以上の因子だけ小さくする、または１０といったさらに
高い因子さえも得ることができる。実際、高濃度のＧｄ
およびさらに厚い層を用いることにより、さらに大きな
減少因子を得ることができるが、このような層の作成を
製造工程の中に組み込むことは困難のはずである。
【００２７】もちろん、集積回路封止体の中に層６０２
と熱中性子吸収体との両方を一緒に用いることができ
る。
と熱中性子吸収体との両方を一緒に用いることができ
る。
【００２８】変更実施例および利点 前記の好ましい実施例は、集積回路デバイスを遮蔽する
ために熱中性子吸収体を備えるという特徴を保持したま
ま、種々に変更することができる。
ために熱中性子吸収体を備えるという特徴を保持したま
ま、種々に変更することができる。
【００２９】例えば、製造を便利にするために、または
入射中性子のさらに大きなパーセントまたはさらに小さ
なパーセントを吸収するために、熱中性子吸収体の層の
厚さとパーセントとを変更することができる。さらに、
別々に積層された層としてまたは同じ層の中で混合され
た層として、種々に組み合わせられた吸収体を用いるこ
とができる。
入射中性子のさらに大きなパーセントまたはさらに小さ
なパーセントを吸収するために、熱中性子吸収体の層の
厚さとパーセントとを変更することができる。さらに、
別々に積層された層としてまたは同じ層の中で混合され
た層として、種々に組み合わせられた吸収体を用いるこ
とができる。
【００３０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）（イ） デバイスを備えたダイと、（ロ） 前記
ダイに隣接し、かつ熱中性子吸収体を備え、かつ前記ダ
イに入射する熱中性子を前記熱中性子吸収体がない場合
に比べて約１０またはそれ以上の因子だけ小さくするた
めに十分な量の前記熱中性子吸収体を備えた、封止部材
と、を有する、封止された集積回路。 （２） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記封止部材がプラスチック部材および充填部
材を有し、かつ前記封止部材が前記ダイを取り囲んでい
る、前記封止された集積回路。 （３） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、
113Ｃｄ、10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群
から選定される、前記封止された集積回路。 （４） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記封止部材がセラミック部材を有する、前記
封止された集積回路。 （５）（イ） 表面にデバイスを備えた基板と、（ロ）
前記表面の上に配置され、かつ前記層が熱中性子吸収
体を備えない場合に比べて入射する熱中性子を約２また
はそれ以上の因子だけ小さくする、熱中性子吸収体を備
えた前記層と、を有する、集積回路。 （６） 第５項記載の集積回路において、（イ） 前記
熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、
10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群から選定さ
れる、前記集積回路。 （７） 第６項記載の集積回路において、（イ） 前記
集積回路に隣接し、かつ熱中性子吸収体を有する、封止
部材、をさらに有する、前記集積回路。 （８）（イ） 内部の集積回路に入射する熱中性子を吸
収する熱中性子吸収体を有し、かつ前記熱中性子吸収体
がない場合に比べて入射する熱中性子を約２またはそれ
以上の因子だけ小さくする、容器の壁、を有する、集積
回路容器。 （９） 第８項記載の集積回路容器において、（イ）
前記熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、
10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群から選定さ
れる、前記集積回路容器。 （１０） 第８項記載の集積回路容器において、（イ）
前記熱中性子吸収体が壁に取り付けられた層の中に配
置される、前記集積回路容器。 （１１） 集積回路５１１〜５１５のための熱中性子遮
蔽体５２０は、熱中性子が回路素子により吸収されるの
を抑止する。熱中性子が回路素子により吸収されると、
不安定な同位体が発生し、そしてこの不安定な同位体
は、その後で崩壊して電荷のバーストを発生する。この
電荷のバーストは、蓄積された電荷に障害を与え、そし
てソフト・エラーを生ずることがある。この遮蔽体の製
造は、（絶縁体の上に配置された層、またはプラスチッ
クの封止部材の充填材の中のような）集積回路の段階
と、または（充填材または容器壁の上の薄膜層のよう
な）基板の段階とのいずれかで実施することができる。
る。 （１）（イ） デバイスを備えたダイと、（ロ） 前記
ダイに隣接し、かつ熱中性子吸収体を備え、かつ前記ダ
イに入射する熱中性子を前記熱中性子吸収体がない場合
に比べて約１０またはそれ以上の因子だけ小さくするた
めに十分な量の前記熱中性子吸収体を備えた、封止部材
と、を有する、封止された集積回路。 （２） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記封止部材がプラスチック部材および充填部
材を有し、かつ前記封止部材が前記ダイを取り囲んでい
る、前記封止された集積回路。 （３） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、
113Ｃｄ、10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群
から選定される、前記封止された集積回路。 （４） 第１項記載の封止された集積回路において、
（イ） 前記封止部材がセラミック部材を有する、前記
封止された集積回路。 （５）（イ） 表面にデバイスを備えた基板と、（ロ）
前記表面の上に配置され、かつ前記層が熱中性子吸収
体を備えない場合に比べて入射する熱中性子を約２また
はそれ以上の因子だけ小さくする、熱中性子吸収体を備
えた前記層と、を有する、集積回路。 （６） 第５項記載の集積回路において、（イ） 前記
熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、
10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群から選定さ
れる、前記集積回路。 （７） 第６項記載の集積回路において、（イ） 前記
集積回路に隣接し、かつ熱中性子吸収体を有する、封止
部材、をさらに有する、前記集積回路。 （８）（イ） 内部の集積回路に入射する熱中性子を吸
収する熱中性子吸収体を有し、かつ前記熱中性子吸収体
がない場合に比べて入射する熱中性子を約２またはそれ
以上の因子だけ小さくする、容器の壁、を有する、集積
回路容器。 （９） 第８項記載の集積回路容器において、（イ）
前記熱中性子吸収体が 157Ｇｄ、 149Ｓｍ、 113Ｃｄ、
10Ｂ、およびそれらの組み合わせから成る群から選定さ
れる、前記集積回路容器。 （１０） 第８項記載の集積回路容器において、（イ）
前記熱中性子吸収体が壁に取り付けられた層の中に配
置される、前記集積回路容器。 （１１） 集積回路５１１〜５１５のための熱中性子遮
蔽体５２０は、熱中性子が回路素子により吸収されるの
を抑止する。熱中性子が回路素子により吸収されると、
不安定な同位体が発生し、そしてこの不安定な同位体
は、その後で崩壊して電荷のバーストを発生する。この
電荷のバーストは、蓄積された電荷に障害を与え、そし
てソフト・エラーを生ずることがある。この遮蔽体の製
造は、（絶縁体の上に配置された層、またはプラスチッ
クの封止部材の充填材の中のような）集積回路の段階
と、または（充填材または容器壁の上の薄膜層のよう
な）基板の段階とのいずれかで実施することができる。
【図１】宇宙線中性子束の線量を高度の関数として示し
たグラフ。
たグラフ。
【図２】宇宙線中性子束の線量を中性子のエネルギの関
数として示したグラフ。
数として示したグラフ。
【図３】熱中性子の相互作用を示した図。
【図４】入射する熱中性子束を減少させる好ましい方式
の第１実施例の図。
の第１実施例の図。
【図５】入射する熱中性子束を減少させる好ましい方式
の第２実施例の図。
の第２実施例の図。
【図６】入射する熱中性子束を減少させる好ましい方式
の第３実施例の図。
の第３実施例の図。
４０２ 半導体ダイ ４０６ 熱中性子吸収体を含有する封止部材 ５１０〜５１５ 集積回路 ５２０、６０２ 熱中性子遮蔽体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート バウマン アメリカ合衆国テキサス州ダラス，メイル ステーション 4201，ピー．オー．ボッ クス 655303
Claims (1)
- 【請求項１】（イ） デバイスを収容したダイと、
（ロ） 前記ダイに隣接し、熱中性子吸収体を収容し、
かつ前記ダイに入射する熱中性子を前記熱中性子吸収体
がない場合に比べて約１０またはそれ以上の因子だけ少
なくするために所定量の前記熱中性子吸収体を収容した
封止部材と、を備えた封止集積回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US415399 | 1995-04-03 | ||
| US08/415,399 US6239479B1 (en) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | Thermal neutron shielded integrated circuits |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330478A true JPH08330478A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=23645540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8081543A Pending JPH08330478A (ja) | 1995-04-03 | 1996-04-03 | 熱中性子遮蔽体を備えた集積回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6239479B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08330478A (ja) |
| KR (1) | KR960039325A (ja) |
| SG (1) | SG43298A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20040187050A1 (en) * | 2003-03-19 | 2004-09-23 | Baumann Robert Christopher | Test structure and method for accurate determination of soft error of logic components |
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| US12424565B2 (en) | 2021-08-30 | 2025-09-23 | Micron Technology, Inc. | Radiation protection for semiconductor devices and associated systems and methods |
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| US4415526A (en) * | 1977-05-31 | 1983-11-15 | Metco Properties | Metal phthalocyanine on a substrate |
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| JP3175979B2 (ja) * | 1992-09-14 | 2001-06-11 | 株式会社東芝 | 樹脂封止型半導体装置 |
-
1995
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1996
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