JPH09293837A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09293837A
JPH09293837A JP8106842A JP10684296A JPH09293837A JP H09293837 A JPH09293837 A JP H09293837A JP 8106842 A JP8106842 A JP 8106842A JP 10684296 A JP10684296 A JP 10684296A JP H09293837 A JPH09293837 A JP H09293837A
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JP
Japan
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groove
semiconductor device
resin
film
cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP8106842A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Kumazawa
鉄雄 熊沢
Hideo Miura
英生 三浦
Makoto Kitano
誠 北野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂モールドを行ってもセルを拘束せずに変形
をさせ、メモリ動作を確保する。 【解決手段】シリコンウエハ上に誘電体薄膜を形成して
多数のキャパシターセルを形作り、薄膜下部から一方の
電極,上部から他方の電極を取り出す素子構造におい
て、セルの回りに溝を形成し、上記溝を埋めないで保持
した構造、上記溝と上記セルの上部に保護膜を付けた状
態でも上記溝が充填されないで溝形状を保持した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体素子ではSi,As基板に各種の
拡散層を形成してトランジスタ,メモリセル,ゲート,
配線,電極を作る。表面にはSiO2 膜,PIQ膜が付
けられる。こうして作られた半導体素子は多層膜構造と
なっており、隣接するセルを相互に分離させるため切り
込みがあり、その結果、素子表面は厚さ方向には凹凸形
態を呈する。この凹部には酸化膜を付け平坦化を行って
配線を形成している。また、PIQ膜を付けることによ
り凹部が埋められ表面は平らにされる。後工程ではリー
ド付け,ワイヤボンディング,樹脂モールドしてパッケ
ージに組み立てられるが、樹脂には石英を材料としたフ
ィラーが混在される。このフィラーが素子表面下の拡散
領域を押し付け、局部の応力を高め、欠陥を発生させる
危険性がある。この危険性を取り除くためSiO2 膜の
厚膜化,フィラー形状の適正化などの対策が施されてい
る。しかしながら、素子の高密度化,高速化が進められ
ると応力に対して敏感となり欠陥が発生し易くなるとい
う問題がある。
【0003】また、強誘電体メモリではメモリ機能材料
として圧電体膜が使われる。この圧電体膜は電圧を印加
してメモリ動作を行う。プラス,マイナスの電圧印加に
よって圧電体膜は伸び,縮む。セルが自由に変形できる
状態でメモリの働きである残留分極を取り出すことがで
きる。しかし、従来のメモリセル構造ではメモリ動作の
電圧印加に対してセル周囲が拘束されているため、変形
が自由にできずメモリ残留分極が十分に取り出せない。
また、素子が樹脂モールドパッケージに組み込まれたと
き、セルの伸び,縮み変形がメモリ素子を包むモールド
樹脂によって加圧された状態で拘束されていると電圧印
加しても変形が自由にできない。このためメモリ機能が
十分に取り出せないという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】基板上に機能要素であ
るメモリセル,配線,電極が形成されて保護膜が付けら
れる。メモリセルの周囲酸化膜,樹脂膜等で囲まれ変形
が拘束された状態となっている。一方、強誘電体メモリ
は電圧印加によって本質的にセルの伸び,縮み現象を伴
う。この伸び,縮みを自由にさせることがメモリ動作を
適切に行うには必要となる。伸び,縮みを円滑にさせる
ことが課題となる。
【0005】素子は樹脂モールドによってレジンパッケ
ージに組み立てられる。トランスモールドではモールド
マシーンから樹脂を加熱,加圧して金型内のキャビティ
に押し出しチップをモールドする。従って、封止され、
固められた素子は圧縮された状態になっており、同時に
素子表面に存在する充填粒子の先端がセル表面を局部的
に圧縮、あるいは接触する危険性が大きい。また、素子
が圧縮されているため強誘電体メモリ、例えば、PZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)ではメモリ動作を行う際の電
圧印加に対して所定の変形ができず、ヒステリシス特性
が悪化する。従って、樹脂モールドを行ってもセルを拘
束せずに変形をさせ、メモリ動作を確保するのが課題で
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は印加電圧したときメモリセルが拘束されずに変形で
きるようにセル周囲に溝を作って空間を設けた構造とす
ることによって解決する手段を取った。この場合の素子
のパッケージングにおける溝の空間を保持する方法とし
てはフィルム,粒状体で覆う封止,剛体プレートを用い
る手段を取った。
【0007】ウエハ上に形成するセルの周囲に溝を作る
と、セルに電圧印加したとき溝空間があるため変形が拘
束されず面内,面外に自由に伸び,縮む。従って、電圧
印加により分極を起こさせたとき、これに伴う変形が自
由にできるため残留分極が低下せず目的とする電圧−分
極の十分なヒステリシス特性を得ることができ問題を解
決する。
【0008】このセル周囲の空間は樹脂モールドの構造
においても確保されるため実装された状態においても上
述のヒステリシス特性が得られ問題が解決される。
【0009】
【発明の実施の形態】
(実施例1)添付の図面を参照して本発明の説明をす
る。図1は強誘電体メモリ材料の一つであるPZT(チ
タン酸ジルコン酸鉛)を使ってセルで形成した本発明の
一例を示す図である。シリコンウエハ上にトタンジスタ
を形成する。トランジスタから引き出された配線はコン
タクトホール1を通じて誘電体セルの下部電極3に接続
させている。薄膜層2はメタル電極の結合密着性を確保
し、原子の拡散を防止するバリアメタル層である。電極
3に積層してPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜層4を
形成した。PZT層4の上に堆積して上部電極5を形成
している。PZT,電極からなるメモリセルの側面には
絶縁膜7を付けた。次いで上部電極5の配線接続をとる
ため導電用メタル薄膜6を被せた。メタル薄膜6は並列
配列された多数のセルの電極に繋がっている。この構成
ではメタル層6を介して各セルに配線されており電気的
に同電位となっている。セルとセルの間には溝8の空間
を形成した。メタル薄膜6の上に保護膜としてPIQ膜
を付ける場合もある。保護膜がある場合にも溝8の空間
は確保した。
【0010】図2はウエハに形成されたメモリセル10
と溝11の配列にフィルム9を接着する工程を示す。フ
ィルムは厚さ3μmの接着剤付きのポリイミドフィルム
である。100℃の高温域でフィルムを片面から押圧し
て張り付けた。フィルムの厚さと剛性を利用して溝とフ
ィルムとの間に空間12を設けた。室温に下げたとき空
間の空気圧は低下するのでわずか撓んだ状態になる。フ
ィルムの接着は低圧雰囲気でフィルムを素子面に合わ
せ、片面からガス圧を用いて加圧させながら押圧して接
着する方法で行ってもよい。フィルムが接着されたとき
空間の空気圧をできるだけ下げるようなプロセスをと
る。これはフィルム接着後にワイヤボンディングして樹
脂モールドされて作成されたパッケージが回路基板には
んだ付けされるとき、200℃を越える高温に曝されて
ガス圧が上昇したときのフィルムの剥離や、樹脂の破損
を起こす危険性を取り除くためである。
【0011】(実施例2)図3は剛性のあるプレートを
介在させて溝の空間を形成した実施方法を示す。プレー
ト15はエポキシ系樹脂からなる。プレートの厚さは
0.2mm であり、セルと接着される側の面には接着剤1
6をコートしてある。接着剤の代わりに薄い粘着性のテ
ープを張ったプレートを用いる場合もある。接着剤は気
密性を保持するが厚さが薄すぎると密着性がよすぎてセ
ル上部と剛体接合されることになる。剛体接合されると
温度変化,電圧印加によるセル稼働においてセルの変形
が一部拘束される不具合が生ずる。そのため、セルとプ
レートとの間で変形を吸収,緩和させるため所定の厚さ
が必要である。密着性と変形の吸収の両者を取り込んだ
最適な厚さを決め接着した。
【0012】プレート材料は樹脂系材料の他にアルミニ
ウム,鉄系合金,銅などの金属材料を用いる場合もあ
る。金属プレートを使用すると放熱性がよくなること、
電気的には配線接続してグランドプレーンとすることに
よりノイズ低減,高速演算処理に対応できる。
【0013】溝を形成した素子を搭載したパッケージを
図4に示す。素子16上の電極は素子中央の長手方向に
2列に形成している。電極の領域を除いた部分にサイズ
が合致する樹脂プレート15を載せた。プレート15は
素子上に中央の電極領域を挟んで2枚である。プレート
15は接着剤が塗布されているので素子上に接着され
る。この接着はリード17の接合の際にリード17を加
圧してもプレート15が位置ずれを起こさない程度の強
度を必要とする。プレート15を接着した後、プレート
15上に接着剤を印刷により塗布した。予めエッチング
によって形成したリードフレームをプレート15に載
せ、リード端を加圧してプレートとリードを接着した。
リードは互いに電気的に絶縁されていることが必要であ
るためプレートが金属材料である場合には電気絶縁コー
ティングを施して使用する。リードを接合した後ワイヤ
18をボンディングした。この状態で金型に挿入して樹
脂19でモールドした。
【0014】次いでリードの他端をU字形に折り曲げ
た。この構造は素子上にリードが載せられたLOC(le
ad on Chip)構造である。本提案の素子はLOC構造以
外の構造にも容易に搭載可能である。また、プレートに
代わって前記実施例で述べたフィルムを用いる場合にも
同様に組み立てることができる。
【0015】(実施例3)図5は柔らかい樹脂ボールを
素子表面のセルと溝の配列上に敷いた実施例を示す。樹
脂ボール13はポリアクリル酸ブチル、あるいはシリコ
ンの材料で作られている。樹脂ボール13の径は溝の開
口よりも大きいものを使用した。薄接着剤を塗布した素
子表面にボールを付けた。ボールを高さ方向に数個以上
積層させたシート状のものを形成して張り付ける場合も
ある。ボールを付けた後、ワイヤボンディングを行い、
トランスファモールドで樹脂封止した。
【0016】
【発明の効果】本発明の強誘電体の素子構造ではセル周
囲に溝が形成されており、この溝は樹脂封止型にパッケ
ージングされても溝周りの空間は確保される。このた
め、素子を働かせる電圧を印加しても誘電体の持つ特有
な挙動である伸び,縮みが拘束されない。これによっ
て、分極が低下せず強誘電体のメモリ機能を最大限に取
り出すことができ、同時に長期にわたる使用に耐えるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の素子のセルの断面図。
【図2】本発明のフィルムとセルの構成による実施例の
説明図。
【図3】本発明を実現する第二の実施例の説明図。
【図4】本発明を実現する樹脂封止装置の説明図。
【図5】本発明を実現する第三の実施例の説明図。
【符号の説明】
1…コンタクトホール、2…薄膜層、3…電極、4…P
ZT層、5…上部電極、6…メタル、7…絶縁膜、8,
11…溝、9…フィルム、10…メモリセル、12…空
間、13,19…樹脂、14…ボール、15…プレー
ト、16…接着剤、17…リード、18…ワイヤ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコンウエハ上に誘電体薄膜を形成して
    多数のキャパシターセルを形作り、薄膜下部から一方の
    電極,上部から他方の電極を取り出す素子構造におい
    て、セルの回りに溝を形成し、上記溝を埋めないで保持
    した構造,上記溝と上記セルの上部に保護膜を付けた状
    態でも上記溝が充填されないで溝形状を保持した構造で
    あることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1の素子において、上記素子の表面
    をフィルムで覆い、上記素子の表面凹凸の凹部である溝
    に隙間空間が設けた状態とし、ワイヤボンディングを行
    った後、樹脂を封止した半導体装置。
  3. 【請求項3】半導体素子,上記半導体素子にボンディン
    グされるワイヤ,上記ワイヤに接続されたリード、およ
    びこれらを封止する樹脂、あるいはケースから組み立て
    た半導体装置において、上記素子の表面と封止樹脂との
    間に弾性体を設け、上記素子の表面の凹凸の溝を確保し
    たことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項3の上記弾性体は、樹脂からなりそ
    の厚さは上記素子の表面の凹部の深さより厚いこと、あ
    るいは、球形,楕円形からなる弾性体樹脂ボールであ
    り、ボールの大きさは素子表面の溝凹部の径と等しい
    か、径より大きい半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、上記素子の表面を剛性
    のアルプレートで覆い、上記素子の表面の凹凸の凹部で
    ある溝に隙間空間が設けた状態とし、ワイヤボンディン
    グを行った後、樹脂を封止した半導体装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、上記誘電体薄膜にヒス
    テリシス特性を有する強誘電体材料を用いた半導体装
    置。
  7. 【請求項7】請求項6において、上記強誘電体材料がチ
    タン酸ジルコン酸鉛である半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270611A (ja) * 1997-01-22 1998-10-09 Hitachi Ltd 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法
US6657245B2 (en) 1997-01-22 2003-12-02 Hitachi, Ltd. Resin-encapsulated semiconductor apparatus and process for its fabrication
US7161793B2 (en) 2002-11-14 2007-01-09 Fujitsu Limited Layer capacitor element and production process as well as electronic device

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