JPS5967658A - 半導体メモリ素子の電極構造 - Google Patents

半導体メモリ素子の電極構造

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JPS5967658A
JPS5967658A JP57177657A JP17765782A JPS5967658A JP S5967658 A JPS5967658 A JP S5967658A JP 57177657 A JP57177657 A JP 57177657A JP 17765782 A JP17765782 A JP 17765782A JP S5967658 A JPS5967658 A JP S5967658A
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JP
Japan
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alpha
solder ball
rays
solder
semiconductor memory
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Pending
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JP57177657A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Doi
土井 紘
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W42/00Arrangements for protection of devices
    • H10W42/20Arrangements for protection of devices protecting against electromagnetic or particle radiation, e.g. light, X-rays, gamma-rays or electrons
    • H10W42/25Arrangements for protection of devices protecting against electromagnetic or particle radiation, e.g. light, X-rays, gamma-rays or electrons against alpha rays, e.g. for outer space applications

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

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】 本発明は、半田lたは鉛を含む材料で電極の実装配+W
k行なった半導体メモリ素子の電極構造に関する。
従来、半導体メモリ素子のtmの実装配線構造として、
第1図に示すように、半田を用いたC0B (Cont
rolled Co11apse Bonding )
方式で笑装配Iwを行なって4g号伝達金行なうものが
俵案芒れている。
この場合、基板4とシリコン(sl)基板5の電極lの
間に、鉛(Pb)と錫(Eln)r主成分とする早出ボ
ール2が置かn1両電極1會この半田ボール2で接続し
、81基板5のメモリ素子部3の信号は該半田ボール2
を通して伝達される。
’zfC,場合によっては、符号6.7で示す部分が機
能素子としてメモリとなっているものもある。
第2図はメモリ素子3の一列であるD−RAMのメモリ
素子の拡大断面構造図である。Cの素子は、空乏層領域
13に電荷がある一定冊存在するか否かに↓シ畳込情報
がゝ0〃かゝゝ1”かの利足全行なう。空乏層領域13
の横方向のセルサイズは500〜600μ−である。な
お、第2図において、符号8に8102層、9にp型基
板、10はビット線、llにワード線、12は配線であ
る。
第2図のメモリ素子に外部からα線14が照射すると、
α線[よシル型基板9のシリコンが′電離し、電子正孔
対を生じる。その後、電子と正孔が再結合しながら基板
中を拡散し、正孔は基板に流れるが、電子は空乏層領域
13に捕えら扛る。
XXo //の状態、即ち空乏層領域13が電子で充ち
ている場合は、α線照射によ)電子の敬が増加するだけ
で、’o”ii持し、影Vt受けない。一方、′l”の
状態、即ち空乏層領域13が10′判2g基準値の何分
の−かの電荷を保持している場合は、α線照射により電
子の数が増加し、91”の状態全保持で@なくなりII
O“の状態に情報反転してしlう(ソフトエラー) E
[能性がある。
このようなα線の照射によるソフトエラーの問題は半導
体メモリ素子の集積度が低い時には七n程問題となって
いなかったが、半導体メモリ素子の微細化が進むにつn
てα線によるソフトエラーの問題が太きくりa−ズアソ
プ芒扛て来た。即ち、微細化により1.込み情報カー1
”とXXO″の時の空乏層領域13が予め保持する電荷
のむの差が小石〈なった結果、第2図のメモリセルに極
<少針の、fallえば1個のα線が入射するたけでソ
フトエラーが生じてしlうというCとが表面化してさた
ここで、鉛葡會む早出ボール2に:)bてみると、従来
は、半田ボール2から図示したα線14がメモリ3を照
射しても、メモリの0N−OFFi決める電荷量が多い
ために特に問題ではなかった。
つ19.5MθVのα線が81結晶の中會進む(約30
μm)際に形成する電子−正孔対の趣は1.4XIOJ
固であり、その電荷量に2.24xLO−’クーロンに
相当する。一方、メモリとして蓄積芒江る電荷量にその
約3倍以上の6XLO−’3クーロンであり、同時に3
個以上のα線が照射テる揶んは無視できる位小さいので
、α線が照射しても問題とならなかった。
メモリの集積度を高めるために、素子の倣#lI k行
なうと、メモリ素子の構造は従来と変化しないか各種二
次元的な寸法は小さくなっている。従っで空乏層領域の
面積が圀えは従来の約1/3゜100〜200pry/
と小さくなる。七のためゝゝ0“とp++定ラーう′直
荷容貸も従来の6×10〜13クーロンの約1/3とな
る。結局、果2図で空乏層領域L3がLUO〜20υ/
l tri” Yこ相当L7mとき、5MeVのα線[
4か入射し、七の結果生じた寛子會全て空乏層領域13
が捕捉すると−」度2.2XLO−”クーロンの′ll
j:荷倉が果lる。この′屯荷蓋は50“に相当する。
従って、1”の状態全保持しているメモ+7−1=ルに
α線が1個入射すれば、七のメモリセルの保持する奄M
蓋にゝ10“の状態に4’lJ肖する値に互で増加して
し互う。このような状態では、α線照射によシ、ソフト
エラーが確実に発生することになる。
この゛ように、上述のような微細化により、半田ポール
2からのα線もソフトエラーを生じせしめる一因と考え
ら几るようになってきたことに鑑み、本発明者が半田ボ
ールについて検討した結果、次のようなことがわかった
=’4” lイ」(生成分Pb−8n)’i素子ノ* 
極接合に使った時、生産性は高くなるが210pbに関
与する2 10 p o  からのα線が他の材料より
も多いため、素子によってはソフトエラーが高くなるこ
とが判った1、この対策として、半田を使用しない製造
工程の開発、α線を多く放出する伽となる2 10 p
 bを除去したPbTh使用した半田の使用およびα線
11α射に傭い素子設計・製作が考えらnる。しかし、
生)壁性回上の点で、一部の素子でに半田の利用が不用
欠である。
Pb中に原子砒化″f、7jは重量比いずルでも極値!
 (0,1%以下)含1nる2 10 p brJ、ソ
フトエラーの発生の根源となるα線ケ多量に放出する。
210 p bば、ウラン系列の壊変に工りzss U
Th−+    U−J)    Th−+    R
a−+   Rn→   Ro→   Pb−+   
 Bi→    PO→の系列の一部として存在する。
110 p b  に2段階のβ壊変にエリ210po
となった後、21°POがα崩壊して206pb (安
定Yなる。ウラン系列で、Pbの同位元素として上記の
210 pb、 206 pbのは力・に214pbが
あるが、この214pbの牛減ル]は26゜8分である
ため、Uとpbとの分離中に壊変するのでソフトエラー
の問題にはならない。結局210pbが問題である。2
10pbの半減期は19.4年であり、β崩壊し、21
0B1になる。210BLの半減期は5.14日であシ
、同じくβ崩壊で210POとなる。210pOの半減
期は138.4日であり、α崩壊しくα線のエネルキ−
は5.305 MeV) 。
206pbになる。
実際に、半UJ]から放出さ扛るα線を計測すると0.
5α/ cA ” h rの場合があった。そして、こ
のエネルギー分布ケ測定すると第3図に示すように、最
大が約5.3MθVで、−fan、以下Oθt2でほぼ
一様に分布していた。ただし、試料に半田450μml
1l塗布したものである。5.3MeVのα線は半田の
表面から放出さnたものである。それ以下、OMeV 
’Jでのα線ハ、当初的5,3MθVのエネルギーのも
のが半田の内部でエネルギー損失したものに相当する。
(α線の発生場所が深い程、エネルギー損失は大きくな
る。) 結局、s、 3 Mθ■のα線葡放田する210poの
伽となる!1opbばpbの同位体であり、pb紮オA
 hしてU?除去しても約20年11j17jつても、
梢N時点の約172しか減少できないことになる。(1
−N製の効果が余りな”o) 勿論、Pbt買M分析計で質爺分離し 21Opbケ除
去する方式が原理的に考えら1するが、1采的に高仙1
とな9、得策でにない。特に、ウランの崩壊系列で放射
平衡が成り立っているときには、210pbは288H
の含有量紮1とすると約4.3×10−9の割合で存在
する。ウラ7ケ除去した後のpbは204 pb、 2
06 Pb、 208 Pbおよび20?pbでほぼl
 00 ’X盆占め、210Pbのhlは上記数イ直よ
りわかるように輛〈倣量(to−’〜LO−6オーダー
)となる。このような倣雇の210pbを204 pb
、 206 pb、208 pb、 207 pbと区
別するのにイ0策でなくかつ実際上手−oJ能である。
結局、鹸10年前[U系統のもの紮除去した261便用
することか考えらルるか、七のようなものは殆んどなく
、実際上困難である。約20年前KUをPbから除去(
硝岬)したとしても、210pbはl/2に減少するた
けであり、抜本的にα線によるソフトエラー防止とはな
V難い。
本発明の目的は、N!Jijじした課題に鑑みλ α線
によるメモリのソフトエラー?著しく低減できる半導体
メモリ素子の電極構造ケ提供するCとにある。
以下、本発明を図面に示す実11ifJ(+すにしたが
ってif卸1vc説りJする。
第4図は本発明による半導体メモリ素子の電極布造の一
実施例を示す部分断面図である、。
この実り山り1」においては、半導体メモリ素子の電極
の実装配線のために半田ボールによるCCB方式の電極
(1°q造が用いら71ている。
七のため、基板4と81基板5との両電極1間V′Cは
半H]ボール2が弁設芒tして論る。そして、この半[
]jボール2の左右両側の外側に、たとえば1模1’i
 3 Uμ74以上のα線シールド材15で↑染わtし
ている。
このα線シールド制御5の拐質は、41機物、半導体、
絶縁物互たeユ金属のいずnでも工ぐ、七のもの自体が
U、Th等の如くα[株]牙放出する放射性元累kl)
pb〜pptのオーダ以下の量しか含lなりものである
。このα線シールド材15として好互しい高シールド拐
科としては、ポリイミド系樹脂、シリコーンゲル、アル
ミキレート等のMtdM化合物、Au等の金属、必るい
ばSlやGe等の半導体等が挙げらf’Lる。
前記α輸シールド相15′+c設ける方式としては、予
め電極1の上に筒状のα線シールド材15奮置き、その
中に半田ボール2を入nる方式、あるいに予め半田ボー
ル2に図示の如きα線シールド材15(5かぶせておく
方式等がある。
本実施例においてに、半田ボール2中の218Pbから
放出されたα+m(5,3MeV以下のエネルギー)は
α緋シールド材1.5によりエネルギー損失するので、
該α線シールド拐15から外に出ることはできなくなる
。本発明者の実験Vこよれば、α線シールドl’15の
外側におけるα線のエネルギー分布ケ測足したところ、
α線は検出さ7’Lず(0゜001α/cd−hr以下
)、半田ボール2t′電極1の実装配線に用Aても、半
田からのα線に起因するソフトエラーは問題にならなく
なった。
第5図に本発明の池の1つの実施[+l−示す部分断面
図である。
この実施し1」においてに、半田ポール20表面全体は
電極lとの接触面(図の上下面)も含めてα線シールド
U’L5aで株わnている。このα線シールド拐15a
の月質は、たとえば金塊元累、合金の如き背体の高シー
ルド材料であれば良く、α線放射元素がppb〜ppt
のオーダ以下しか金子ないものが好1しく、七の埋さは
半田ボール2からのα線エネルギー會外部に放出8せな
いようエネルギー損失’tO−@起こ8せるのに十分な
埋さ、たとえは30μm以上であnば良い。
このα線シールド材15a ’f設ける方式としては、
めっき’E 7(は機械的付着方式等がある。
本実施輿」においても、半田ボール2から放出さnたα
線はα線シールド材15a中でエネルギー損失し、メモ
リ3には入射δルず、α線によるソフトエラーを防止す
ることができる。
本発明に半田に限らず、一般に鉛會含む拐料たとえは鉛
ガラスとメモリとの間にα線シールド相を置く場合にも
適用でさ、メモリのα?IMによるソフトエラーを著し
く低減できる。lた、その他にも、セラミックパンケー
ジ、リード線等からのα線か問題となる場合[は、それ
らとメモリとの間にα線シールドIl’に置くのが良い
。七の場合にも、シールド材の厚さはα線のエネルギー
損失ケ十分に起こすものであるのが良いっ なお、前記両実施し1jでは、α線シールド材として1
層の膜のものを用いているが、同−材料互たは異質月科
の多層膜でも同様の効果が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、半導体メモリ素
子の電極の実装配線として半田または鉛全含む材料音用
いた場合でも、α線によるメモリのソフトエラーを著し
く低減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半田を利用したOOB構造を持つメモリ素子の
部分断面図、 第2図は、p型基板のダイナミックメモリ素子のメモリ
部の拡大部分断面図、 第3図は、半田(Pb−8n)からのα線のエネルギー
スペクトルに示す図、 第4図は本発明による半導体メモリ素子の奄極描造の一
実施列を示ア部分断面図、 第5図は本発明の他の1つの実施列を示す部分断面図で
ある。 l・・・−極、2・・・半田ボール、3・・・メモリ、
4・・・基板、5・・・81基板、14・・・α線、l
 5 、15a・・・α線シールド材。 第  1  図 第  2 図 /4

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■、半田またに鉛を含む材料で電極の実装配線構造なう
    半導体メモリ素子において、実装配線の外側にα線シー
    ルドIを配置することを特徴とする半導体メモリ素子の
    電極構造。
JP57177657A 1982-10-12 1982-10-12 半導体メモリ素子の電極構造 Pending JPS5967658A (ja)

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ID=16034817

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0662870U (ja) * 1993-02-12 1994-09-06 公三 下村 高さを変えることができる安眠枕
JPH0684967U (ja) * 1993-05-19 1994-12-06 香川 マス 健康枕
US5767009A (en) * 1995-04-24 1998-06-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Structure of chip on chip mounting preventing from crosstalk noise

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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