JPH10270583A

JPH10270583A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH10270583A
Application number: JP9071575A
Authority: JP
Inventors: Koji Ban; 弘司伴; Masaaki Tanno; 雅明丹野; Tadao Takeda; 忠雄竹田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置に形成されている素子などが、光
学的手法によって観察できないようにすることを目的と
する。【解決手段】パシベーション膜３上には、保護膜４が
形成されてる。そして、その保護膜４は、例えば平均粒
径が２μｍ以下の微粒子となっている充填剤５が、バイ
ンダ６に分散された状態となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に表面に保護膜が形成された半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路を備えた半導体チップ（半導体
装置）では、通常、半導体基板上にミクロン〜サブミク
ロンの線幅を有する金属配線層と、その上に形成される
層間絶縁膜とを交互に積層した構成を有している。ここ
で、その層間絶縁膜や、最上層に形成されるパシベーシ
ョン膜（保護膜）は光学的に透明である。また、このよ
うな積層構造の表面には多少うねりはあるものの、表面
はなめらかである。このため、光学顕微鏡等を用いれ
ば、形成されている金属配線による回路パターンは簡単
に観察できる。すなわち、集積回路を備えた半導体チッ
プの回路パターン情報が容易に得られるものとなってい
る。

【０００３】ところで、実装された半導体チップは、通
常ではセラッミックなどのパッケージ内に封止材ととも
に封止され、機械的に保護されているとともに、不可視
化されている。しかしながら、封止材料として一般に用
いられているエポキシ合成樹脂は、発煙硝酸などを用い
ることで半導体チップ自体には損傷を与えることなく、
封止材のみを除去することもできる。すなわち、たとえ
実装されていたとしても、半導体チップ自体に損傷を与
えることなく、それを取り出すことが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体チップ
は、以上に示すように構成されていたので、その回路が
容易に解読されてしまうという問題があった。半導体チ
ップは、知的財産の集約的産物であるため、その回路構
成が容易に観察，解読できる状況は、情報管理の観点か
ら問題である。この発明は、以上のような問題点を解消
するためになされたものであり、半導体装置に形成され
ている素子などが、光学的手法によって観察できないよ
うにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、集積回路を備えた半導体チップ上に、粒子状の充填
剤を含んだバインダからなる保護膜を備えるようにし、
その保護膜を構成する充填剤は、平均粒径が保護膜の膜
厚より小さく、酸，アルカリ，および，有機溶媒に対し
て難溶であり、バインダとは異なる光学特性を有するも
のとした。以上に示すように、半導体装置を構成する集
積回路を備えた半導体チップ上に保護膜を備えるように
したので、保護膜は光が直進して透過できない状態とな
る。加えて、保護膜を除去すると、下層の半導体装置も
変形するなどの影響を受ける。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に関
して説明する。図１は、この発明の実施の形態における
半導体装置の概略構成を示す構成図である。図１に示す
ように、この発明の半導体装置（集積回路を備えた半導
体チップ）は、基板１上の素子形成領域２には素子や配
線層などが形成され、その表面がパシベーション膜３で
覆われている。そのパシベーション膜３上には、保護膜
４が形成されてる。そして、その保護膜４は、例えば平
均粒径が２μｍ以下の微粒子となっている充填剤５が、
バインダ６に分散された状態となっている。

【０００７】この、充填剤５は、例えば、化学耐性の高
いセラミックの微粉末であり、また、バインダ６はポリ
イミドからなる樹脂である。そして、図１に示すよう
に、バインダ６中に添加する充填剤５の量を適宜設定す
ることで、充填剤５の粒子は密に積層され、その間がバ
インダ６で埋められた状態の複合的な構造となる。この
結果、この保護膜４は不透明となり、また、バインダ６
の特性と充填剤５の特性が複合されるものとなり、その
除去が困難なものとなる。

【０００８】ここで、充填剤５は、バインダ６と光学的
な特性が異なり、また、耐酸性，耐アルカリ性などの耐
薬品性（化学耐性）を有するものである。光学的な特性
が異なることにより、この保護膜４下の集積回路パター
ンの光学的な観察が阻害されることになる。ここで、充
填剤５とバインダ６とが共に透明な材料であっても、そ
れらの屈折率が異なれば、観察阻害という機能が発揮さ
れる。そして、充填剤５が光を遮断する材料であれば、
観察阻害という観点からは特に好ましい。この充填剤と
しては、上述したセラミックスの平均粒径が２μｍ程度
の微粉末でも利用可能であるが、より好ましくはその粒
径は１μｍ以下が好適である。セラミックの中でもシリ
カのごとき一部の材料においては、０．１μｍ以下の粉
末も入手できうるが、通常入手できるセラミックス粉末
においては、１μｍ以下の粒径は最も細かい粒径に分類
される。

【０００９】この発明においては、充填剤として特に硫
酸，弗酸，硝酸において耐性の高い材料が好適である。
以下、上述した充填剤として用いることが可能なセラミ
ックについて説明すると、汎用のセラミックを鑑みる
と、特に、炭化珪素，炭化チタン，炭化タングステン，
炭化タンタル，炭化硼素，窒化珪素，窒化硼素，窒化チ
タン，窒化タングステン，シリカ，アルミナ，マイカが
好ましい。これらセラミックの耐食性は材料によって異
なるが、この発明においては、上述した特性を有すれ
ば、いずれの材料であっても差し支えない。

【００１０】一方、バインダに関して、その原料として
は溶剤に可溶の有機化合物、あるいは、ゾルゲル法でガ
ラス化し得ような金属アルコキサイド、あるいはポリシ
ラザンのような無機の熱硬化性材料などが好適である。
これらは、それ自身に付与された架橋性の官能基によっ
て、あるいは、架橋材との混合物とすることによって、
もしくは自信の熱変成特性によって、塗布膜形成後に熱
処理などの適当な硬化処理により硬化しうる材料であ
る。

【００１１】充填剤の量は、保護膜中における体積比で
５ｖ％以上が好ましい。この量以下では、充填剤が疎と
なるため好ましくない。また、充填剤が７０ｖ％以上で
は、膜が脆弱となるため、７０ｖ％未満がよい。さらに
好適なのは、充填剤が２０ｖ％以上６０ｖ％未満であ
る。このような組成とすることにより、充填剤の粒子が
密に積層された複合的な構造となり、バインダの特性と
充填剤の特性が複合され、化学耐性，機械的耐性，熱的
耐性などのバランスがよくなる。

【００１２】また、このような保護膜には、集積回路を
備えた半導体チップ上に形成する関係上、電極間の短絡
を防ぐために、電気絶縁性の高い材料を用いるようにし
た方がよい。従って、バインダ自体はもとより、充填剤
も導電性の材料はさける必要がある。なお、充填剤は、
必ずしも１種類で構成される必要はない。充填剤は、数
種類を混合する用にしてもよく、このようにすること
で、複合的な特性を発現しうることもあり好ましい。

【００１３】ところで、その保護膜４は、少なくとも１
μｍ以上の厚さがないと、充填剤５が単層状になり、除
去しやすくなるために不適である。より好ましくは、保
護膜４の膜厚が３μｍ以上である。一方、保護膜４の膜
厚が１００μｍ以上では、保護膜４による半導体チップ
へのストレスが大きくなり、故障率の増加をもたらすの
で好ましくない。また、保護膜４の膜厚が１００μｍ以
上となると、実装時において容量的にも問題となるため
に好ましくない。従って、好ましくは、保護膜４の膜厚
は１００μｍ未満とした方がよく、より好ましくは、そ
の膜厚が５０μｍ未満である。

【００１４】バインダの樹脂としては、架橋型の樹脂の
中でも熱硬化性の樹脂が好ましい。常温で硬化するもの
はさらに好ましいが、この常温で硬化するものとして光
硬化材料は、不透明な充填剤の存在のために効果的では
ない場合もある。化学耐性が優れているバインダ樹脂の
材料として、ポリエチレン，ポリプロピレン，アクリル
樹脂，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン，ＡＢＳ樹
脂、ポリスチレン，ポリエステル，エポキシ樹脂，フェ
ノール樹脂，メラミン樹脂，ポリウレタン樹脂，シリコ
ーン樹脂，フロロシリコーン樹脂，ポリイミド，ポリエ
ーテルイミド，ポリアミドイミド，ポリベンゾイミダゾ
ール、ポリアリルエーテルニトリル、ポリフェニレンス
ルフィド、非晶ポリアリレート、ポリスルフォン，ポリ
フェニレンエーテル，ポリテトラフロロエチレンをはじ
めとするフッ素樹脂，ポリエーテルケトンなどがある。

【００１５】上述したバインダ樹脂材料の中で、熱硬化
性樹脂となり、封止樹脂として汎用に用いられるエポキ
シ樹脂よりも化学耐性が優れているものは、ポリイミド
樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フッ素樹脂、シリ
コーン樹脂の類である。これらの材料のうち、樹脂が本
質的に熱硬化性であるポリイミドの類においては、プリ
カーサ（precursor）であるポリアミック酸を熱架橋す
ればよいが、樹脂自身に熱硬化性のないものにおいて
は、適宜架橋材を加えて熱架橋性を付与すればよい。

【００１６】また、ゾルゲル法を用いて無機酸化物を形
成する場合には、Ｓｉ（ＯＲ）₄ （ただし、Ｒは炭素の
数が１〜５のアルキル基、特に好適にはエチル基）で示
されるアルコキシシランを、単独あるいは混合の際の主
成分として用いるのが好適である。この材料を用いる場
合、保護膜は次に示すことにより作製すればよい。ま
ず、その材料をアルコールやケトンなどの適当な溶媒に
溶かした溶液に、添加剤の微粒子を分散させて、塗布溶
液を作製する。次に、この塗布溶液を、スプレー法，デ
ィッピング法，スピン法などの方法により所望の半導体
チップ上に塗布する。そして、それらを５０〜２００℃
の熱処理により縮合させて、塗布膜（バインダ）中のア
ルコキシシランをＳｉＯ₂ 化させる。

【００１７】その、熱硬化の際に、縮合を促進させるた
め、塗布溶液に水，酸，アルカリなどを適宜加えておい
てもよい。あるいは、Ｓｉ（ＯＲ）₄ の溶液に変えて、
Ｓｉ（ＯＲ）₄ を部分的にゲル化してオリゴマーあるい
はコロイダルシリカとし、さらにはＯＲの一部または全
部がＯＨに置換されたものの溶液を塗布溶液として用い
るようにしてもよい。なお、このようなゾル（塗布溶
液）に、チタン，ジルコニウム，イットリウム，タング
ステン，アルミニウムなどの類の金属アルコキサイドな
どを加えて、複合的なガラス状バインダを形成させるこ
とも差し支えない。無機酸化物材料は、特に硫酸や硝酸
に対して高い耐性を有する長所がある。

【００１８】また、ＳｉＯ₂ の無機酸化膜をバインダと
して形成する方法として、ポリシラザンの熱変成も好適
である。ポリシラザンの塗布膜を酸化雰囲気中で適宜加
熱することにより、ゾルゲル法で得られるＳｉＯ₂ 膜よ
りも緻密な膜を形成することができる。そして、より緻
密な膜が形成できるので、このポリシラザンの熱変成に
よるバインダは、ゾルゲル方で得られるＳｉＯ₂ からな
るバインダよりも、より化学耐性が向上する。

【００１９】ところで、集積回路の実装段階で、本発明
の保護膜を形成する場合、半導体チップの熱損傷をさけ
るため、加熱処理における温度は２００℃以下の操作が
望ましい。また、この場合において保護膜を形成すると
きの塗布法は、スピンコート，スプレーコート，ポッテ
ィングなど、どのような方法を用いても差し支えない
が、作業性の高い方法は、スプレーコート、もしくは、
ポッティングコートである。なお、この発明による保護
膜は、必ずしも半導体チップが形成されたチップ全面を
覆う必要はない。そのチップの中で所望とする部分のみ
に形成するようにしてもよい。また、形成する保護膜
が、島状に配置されていてもよい。また、保護膜は、半
導体チップの表面上に形成するだけでなく、加えて、半
導体チップの裏面に備えるようにしてもよい。

【００２０】

【実施例】

実施例１以下、この発明の実施例１について、より詳細に説明す
る。まず、この実施例１では、保護膜形成のためのバイ
ンダと充填剤とからなる塗布液を、次に示すことにより
作製した。市販の低温キュア用ポリイミドコーティング
溶液（樹脂分１５％）２ｇに、平均粒径０．７μｍの窒
化珪素粉末０．１ｇを加え、これらの超音波を１時間照
射し、窒化珪素粒をポリイミドコーティング溶液中に分
散させ、スラリー状とした塗布液を作製した。ついで、
この作製した塗布液を、半導体チップ（ＩＣ）のパシベ
ーション膜の上にスプレーした後、１９０℃で１時間加
熱し、塗布膜をイミド化させた。このようにして形成し
た保護膜は、外観上灰色不透明で、表面に若干の凹凸が
あるものの、平均膜厚は約１０μｍであった。

【００２１】次に、半導体チップ上に形成した保護膜の
耐薬品性の調査を行った。まず、形成した保護膜に硫酸
（濃度９６％），硝酸（濃度６１％），弗酸（濃度５０
％）をそれぞれ滴下し、室温で３０分放置した。そし
て、それら酸が滴下された状態での、形成した保護膜の
変化を観察した。観察の結果、いずれの酸に対しても保
護膜は変化せずに安定であった。また、有機溶媒や１０
％の水酸化カリウム溶液にも侵されなかった。また、可
視光域において、この実施例１の保護膜は、肉眼によっ
て不透明であることが確認できた。また、分光光度計を
用いて、３００〜５００ｎｍおよび７００〜１１００ｎ
ｍの波長域における、この実施例１の保護膜の透過率を
測定した。この測定の結果、それらの波長域における透
過率は、３％以下であった。また、より長波長域におけ
る透過率は、赤外分光光度計でその透過率を測定したと
ころ、波長が１〜３μｍで透過率が３％以下であった。

【００２２】実施例２次に、この発明の実施例２に関して説明する。この実施
例２においては、バインダとして超耐候性塗料として市
販されている熱架橋性フッ素樹脂を用いた。また、充填
剤として、平均粒径が０．５μｍの炭化珪素粉末を用い
た。この実施の形態２では、まず、硬化後の膜中に充填
剤が３５％となるように、充填剤をバインダに加えた。
そして、この混合物に超音波を照射して、バインダ中に
充填剤を分散させた。このようにして作製した塗布液を
保護膜形成対象のＩＣ上にスプレーした後、塗布膜が形
成されたＩＣともに１５０℃の熱風に１時間さらすこと
で、塗布膜中のバインダの架橋処理を行った。以上のこ
とにより形成された保護膜の平均膜厚は５０μｍであっ
た。また、上記実施例１と同様に、酸に対する化学耐性
を調査したが、いずれの酸に対しても変化がみられなく
安定であった。また、有機溶剤や濃度１０％の水酸化カ
リウム水溶液に対しても、ほぼ変化はみられず安定であ
った。

【００２３】実施例３以下この発明の実施例３に関して説明する。この実施例
３においては、バインダとして市販のスピンオングラス
溶液（５％）を用いた。また、充填剤として、平均粒径
が０．２μｍのアルミナ粉末を用いた。この実施の形態
３では、まず、硬化後の膜中に充填剤が５０％となるよ
うに、充填剤をバインダに加えた。そして、この混合物
に超音波を照射して、バインダ中に充填剤を分散させ
た。このようにして作製した塗布液を保護膜形成対象の
ＩＣ上に滴下して全域に行き渡らせた後、風乾させた。
そして、塗布膜が形成されたＩＣともに１５０℃で２時
間の熱処理を行い、塗布膜中のバインダの硬化処理を行
った。また、上記実施例１と同様に、以上のことにより
形成された保護膜の酸に対する化学耐性を調査した。こ
の結果、この実施の形態３における保護膜は、弗酸に浸
食されたが、濃硫酸など他の酸には侵されなかった。ま
た、有機溶剤や濃度１０％の水酸化カリウム水溶液に対
しても、変化はみられず安定であった。

【００２４】実施例４以下この発明の実施例４に関して説明する。この実施例
４においては、バインダとして市販のポリシラザンのワ
ニスを用いた。また、充填剤として、平均粒径が０．５
μｍのマイカを用いた。この実施の形態４では、まず、
硬化後の膜中に充填剤が３０％となるように、充填剤を
バインダに加えた。そして、この混合物に超音波を照射
して、バインダ中に充填剤を分散させた。このようにし
て作製した塗布液を保護膜形成対象のＩＣ上にスプレー
した後で風乾させ、塗布膜が形成されたＩＣともに１５
０℃の熱風に２時間さらすことで、塗布膜中のバインダ
の硬化処理を行った。濃硫酸，発煙硝酸，有機溶媒や１
０％の水酸化カリウム溶液にも侵されなかった。また、
弗酸に対しては、徐々に侵されたが、ゾルゲル法で形成
したＳｉＯ₂膜の約３倍の耐性があった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、集
積回路を備えた半導体チップ上に形成され、粒子状の充
填剤を含んだバインダからなる保護膜を備えるように
し、その保護膜を構成する充填剤は、平均粒径が保護膜
の膜厚より小さく、酸，アルカリ，および，有機溶媒に
対して難溶であり、バインダとは異なる光学特性を有す
るものとした。以上に示すように、半導体装置を構成す
る半導体チップ上に備える保護膜を構成するようにした
ので、保護膜は光が直進して透過できない状態となる。
加えて、保護膜を除去すると、下層の半導体装置も変形
するなどの影響を受けることになる。この結果、その保
護膜下の半導体装置に形成されている素子などが、光学
的手法によっては観察できなくなる。また、形成されて
いる保護膜を除去しようとすれば、その下層の素子など
に影響を与えてそれらの形状などに変化を与えてしまう
ので、たとえ保護膜を取り除いたとしても、半導体装置
の本来の状態を観察することはできない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における半導体装置の
概略構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１…基板、２…素子形成領域、３…パシベーション膜、
４…保護膜、５…充填剤、６…バインダ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集積回路を備えた半導体チップと、この
上に形成され粒子状の充填剤を含んだバインダからなる
保護膜を備え、前記充填剤は、平均粒径が前記保護膜の膜厚より小さく、酸，アルカリ，および，有機溶媒に対して難溶であり、前記バインダとは異なる光学特性を有することを特徴と
する半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、前記バインダは、前記充填剤の積層構造の隙間を埋める
ように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】請求項１または２記載の半導体装置にお
いて、前記充填剤は、不透明であることを特徴とする半導体装
置。
【請求項４】請求項１〜３いずれか１記載の半導体装
置において、前記充填剤は、前記バインダ中に体積比で５％以上７０
％未満存在していることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】請求項１〜４いずれか１項記載の半導体
装置において、前記バインダは、所定の処理により硬化する材料から構
成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項５記載の半導体装置において、前記バインダは、熱処理により硬化する材料から構成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項１〜６いずれか１項記載の半導体
装置において、前記保護膜は平均膜厚が１μｍ以上１００μｍ未満であ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項１〜７いずれか１項記載の半導体
装置において、前記充填剤は、平均粒径が１μｍ以下であることを特徴
とする半導体装置。
【請求項９】請求項１〜８いずれか１項記載の半導体
装置において、前記充填剤はセラミックから構成されていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項１０】請求項１〜９いずれか１項記載の半導
体装置において、前記バインダは、ポリシラザンから生成される酸化物か
ら構成されたことを特徴とする半導体装置。