DE19932399A1

DE19932399A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Isolieren von Metallen in Verkapselungsmaterial, das bei der Halbleitervorrichtung verwendet wird

Info

Publication number: DE19932399A1
Application number: DE19932399A
Authority: DE
Inventors: Yukio Takigawa; Ei Yano
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: KR20000011578A; KR100582037B1; JP2000036552A; DE19932399B4; US6278192B1; TW510029B

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit erhöhter Zuverlässigkeit, die erhalten wird, indem ein Wafer zerschnitten wird, der durch eine Verkapselungsmaterialschicht auf solch eine Weise verkapselt ist, daß jede der Endflächen von Bondhügeln für einen externen Anschluß exponiert ist, und ein Verfahren zum Isolieren von Metall in einem Verkapselungsmaterial, um ein Messen zu ermöglichen. Die Halbleitervorrichtung umfaßt ein Halbleiterelement, Bondhügel, die auf einer Oberfläche von ihm für externe Anschlüsse gebildet sind, und eine Verkapselungsmaterialschicht, welche Verkapselungsmaterialschicht aus einem Verkapselungsmaterial gebildet ist, das mehr als 70 Gewichts-% und nicht mehr als 90 Gewichts-% Quarzgut auf der Basis des Gesamtgewichtes des Verkapselungsmaterials enthält. Das Metall in dem Verkapselungsmaterial, das eine Harzkomponente und einen Quarzgutfüller umfaßt, wird zum Messen isoliert, indem das Verkapselungsmaterial zu einem Lösungsmittel hinzugefügt wird, welches die Harzkomponente lösen kann, lösungsmittelunlösliche Substanzen von der Lösung getrennt werden, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, die unlöslichen Substanzen in eine Flüssigkeit gegeben werden, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat, um die unlöslichen Substanzen zu dispergieren, und dann der Niederschlag zurückgewonnen wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die erhalten werden, indem ein Wafer, der mit einer Verkapse lungsmaterialschicht auf solch eine Weise verkapselt ist, daß jede der Endflächen von Bondhügeln oder -inseln für einen externen Anschluß exponiert ist, in individuelle elementare Vorrichtungen zerschnitten wird, und ein Verfahren für deren Herstellung.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Neue Trends zur Größenverringerung und Miniaturisierung von elektronischen Geräten werden begleitet von der Entwick lung von miniaturisierten und dünneren Halbleitervorrichtun gen, die eine höhere Qualität haben. Bei früheren Halblei tervorrichtungen wurde ein Halbleiterfunktionselement und ein Leiterrahmen verwendet, und in solch einer Vorrichtung waren Bereiche, außer Stellen, die für das Montieren der Vorrichtung auf ein gedrucktes Substrat erforderlich waren, verkapselt, um zum Zweck des Schutzes vor einer äußeren Umgebung von einem Verkapselungsmaterial bedeckt zu sein. Daher war die Entwicklung hinsichtlich einer Miniaturisie rung von Halbleitervorrichtungen hauptsächlich auf Leiter rahmen, die als Substrat dienen, und Verkapselungsmateria lien gerichtet. Als Resultat sind TSOPs (dünne kleine Packungen), die eine kleinere Menge Verkapselungsmaterial haben und dünner gebildet sind, QFPs (quadratische Flachpackun gen), die für eine größere Anzahl von Anschlußstiften geeig net sind, etc., entwickelt worden.

Eine Halbleitervorrichtung mit einem Leiterrahmen und einer größeren Anzahl von Anschlußstiften hat eine größere Packungsgröße und ist schwieriger zu montieren, da die äußeren Anschlüsse eine kleinere Teilung haben. Packungen des BGA[ball grid array]-(Kugelrasterarray)-Typs und Packun gen in Chipgröße (CSPs-chip size packages), die vor kurzem entwickelt worden sind, sind Halbleitervorrichtungen, bei denen die obigen Probleme gelöst sind. Beispielsweise ent halten die Packungen in Chipgröße zum Beispiel solche, die erhalten werden, indem ein Wafer, der auf einer Oberfläche mit Bondhügeln für externe Anschlüsse für jedes Funktions element (Chip) versehen ist, auf solch eine Weise verkapselt wird, daß jede von Endflächen von Bondhügeln exponiert ist, und der Wafer anschließend in individuelle Chips zerschnitten wird.

Da für das Verkapseln von Halbleitervorrichtungen ein Spritzpressen unter Verwendung eines Verkapselungsmaterials auf der Basis einer Verkapselungsharzkomponente eingesetzt wird, wodurch eine äußere Form einer Halbleitervorrichtung gebildet wird, indem das Verkapselungsmaterial in eine Form gefüllt wird, die die Halbleitervorrichtung enthält, ist das Heraus lösen eines Verkapselungsmaterials aus der Form eine wichtige Anforderung gewesen. Ferner haben solche Probleme bestanden, daß dann, falls die Adhäsion zwischen einem Verkapselungsmaterial und einem Halbleiterfunktionselement oder einem Leiterrahmen schwach ist, zwischen ihnen ein Lösen der Verbindung verursacht wird, und in einen losgelö sten Abschnitt kann von außen leicht Wasser eindringen, um dadurch die Korrosion von Verdrahtungen und Anschlußstellen auf dem Funktionselement zu beschleunigen oder Packungsrisse auf Grund der Vergasung von Wasser während des Aufschmelz lötens zur Montage eines Chips zu bewirken. Bei einem Ver kapselungsmaterial sind jedoch die Herauslösbarkeit aus der Form während des Formens und die Adhäsion zum Schutz eines Halbleiterfunktionselementes miteinander kollidierende Charakteristiken, und bislang ist ein Optimum gefunden worden, indem die beiden im Gleichgewicht gehalten wurden. Ferner ist die Selektion eines Passivierungsmaterials wie etwa eines Polyimidüberzugsmaterials als Material für ein Halbleiterfunktionselement vorgenommen worden, oder es ist eine Entwicklung zugunsten einer besseren Adhäsion mit einem Verkapselungsmaterial ausgeführt worden, indem zum Beispiel die Oberfläche eines Leiterrahmens uneben gemacht wurde. Dennoch ist es in Halbleitervorrichtungen, bei denen ein früheres Verkapselungsmaterial verwendet wird, schwierig, eine Kompatibilität zwischen der Adhäsion und der Herauslös barkeit aus der Form zu erreichen, und es sind keine Halb leitervorrichtungen erhalten worden, die solchen Zielen vollständig gerecht werden.

Andererseits ist es erforderlich gewesen, eine innere Spannung, die durch die Verwendung von verschiedenen Mate rialien verursacht wurde, zu reduzieren, um dadurch die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung zu erhöhen, und dieser Forderung konnte entsprochen werden, indem Wärmeaus dehnungskoeffizienten eines Halbleiterfunktionselementes oder Leiterrahmens und eines Verkapselungsmaterials mitein ander in Einklang gebracht wurden, um eine thermische Span nung zu verringern. Dadurch ist die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung verbessert worden.

Als Verkapselungsmaterial für Halbleitervorrichtungen wird eine Zusammensetzung verwendet, die auf einem Epoxyharz basiert und einen anorganischen Füller umfaßt, wie etwa Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder dergleichen. Bei solch einer Zusammensetzung wird besonders dann, wenn ein Silizi umoxidfüller verwendet wird, die Oberfläche des Füllers mit einem Silankopplungsagens oder dergleichen behandelt, oder ein Kopplungsagens wird mit einem Harz während des Knetens des Harzes vermischt, um die Benetzbarkeit des anorganischen Füllers mit dem Harz zu verbessern.

Während der Verkapselung unter Verwendung eines Verkap selungsmaterials auf Harzbasis wird eine erhöhte Temperatur (zum Beispiel 175°C) angewendet. Demzufolge tritt bei der Verkapselung eines größeren Siliziumwafers ein Verziehen des Wafers im Verlaufe der Abkühlung auf Raumtemperatur nach der Verkapselung auf Grund einer Differenz zwischen Schrump fungsfaktoren des Siliziumwafers und des Verkapselungsmate rials auf. Dieses Verziehen ist ein Hindernis, wenn Löt kugeln auf Bondhügeln für individuelle Elemente (Chips) vorgesehen sind oder der Wafer in individuelle Elemente (Chips) zerschnitten wird.

Das Verkapselungsmaterial, das eine Harzkomponente und einen anorganischen Füller umfaßt, hatte eine begrenzte Menge des hinzugesetzten Füllers von 70 Gew.-% oder weniger, um das Verziehen des Wafers auf Grund des Härtens und Schrumpfens des Verkapselungsmaterials nach des Verkapseln des Wafers durch Formen, wie oben erwähnt, zu steuern. Denn bei der Menge von mehr als 70 Gew.-% hat das Verkapselungs material einen höheren Youngschen Elastizitätsmodul und eine größere Schrumpfspannung, und daher nimmt das Verziehen zu. Denn es hat ferner das Problem einer weitgehend reduzierten Bearbeitbarkeit bei einem Herstellungsprozeß der Halbleiter vorrichtung nach der Verkapselung existiert, wenn das Ver ziehen eines Wafers größer war.

In einer Packung mit Chipgröße ist die Adhäsion zwi schen einem Verkapselungsmaterial und einem Chip wichtig, und durch ein leichtes Abschälen des Verkapselungsmaterials wird die Zuverlässigkeit der Packung spürbar reduziert. Das Verkapselungsmaterial hat eine Dicke von 80 bis 120 Mikro metern, und der Chip wird nur durch das Verkapselungsmate rial geschützt. Daher muß das Verkapselungsmaterial eine höhere Robustheit und mechanische Festigkeit als bei einer früheren Halbleitervorrichtung mit einem Leiterrahmen haben. Zusätzlich wird durch kleine Hohlräume in einer Schicht des Verkapselungsmaterials die Zuverlässigkeit der Packung weitgehend verringert.

Man nimmt an, daß die Hohlräume aus den folgenden Grün den erzeugt werden. Wenn Siliziumoxidpulver eines anorgani schen Füllers im voraus direkt mit einem Kopplungsagens behandelt wird, verursachen das Silankopplungsagens und Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Siliziumoxids eine Hydrolysereaktion, und das Silankopplungsagens und das Siliziumoxid verbinden sich chemisch miteinander, während die Oberfläche von Siliziumoxid mit dem Silankopplungsagens überzogen wird. Als Silankopplungsagenzien, die hierbei verwendet wurden, können die folgenden genannt werden:
Silankopplungsagenzien des Glycidyltyps wie etwa Gamma- Glycidoxypropyltrimethoxysilan und Gamma-Glycidoxypropyl triethoxysilan und Silankopplungsagenzien des Amintyps. Die Reaktion eines Silankopplungsagens mit einer Hydroxylgruppe auf einer Oberfläche von Siliziumoxid ist, wie unten ge zeigt, eine alkoholfreisetzende Reaktion:

Der Alkohol ROH, der durch diese Reaktion erzeugt wird, wird während der Behandlung des Füllers an die Atmosphäre abgegeben und verbleibt deshalb nicht auf der Oberfläche des Füllers. Es ist jedoch eine Retention von nicht in Reaktion getretenem Silankopplungsagens möglich, und in einer Halb leitervorrichtung, auf die ein Verkapselungsmaterial ange wendet wird, welches Verkapselungsmaterial mit dem Füller versetzt wurde, der mit dem Silankopplungsagens behandelt wurde, oder erhalten wurde, indem das Kopplungsagens vorher zu einer Harzkomponente hinzugefügt wurde und das Gemisch dann mit dem Füller vermischt wurde, bewirkt das nicht in Reaktion getretene Silankopplungsagens in dem Verkapselungs material auf Grund von Einflüssen von Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit eine Hydrolysereaktion mit absorbiertem Wasser, wie unten gezeigt, um dadurch die Erzeugung von Alkohol herbeizuführen.

Der Alkohol in dem Verkapselungsmaterial wird durch die rapide Erhöhung der Temperatur während einer Formungsopera tion zur Verkapselung abrupt verdampft und expandiert und bewirkt die Bildung von Hohlräumen und Rissen in einem gehärteten Verkapselungsmaterial. Dies gilt auch für die Zeit der Montage, und Wasser dringt weiter in die Hohlräume oder Risse ein, wodurch ein Operationsfehler des Halbleiter funktionselementes herbeigeführt wird. Ferner wird die elektrische Leitfähigkeit des Verkapselungsmaterials während des Ablaufs der Hydrolysereaktion des Kopplungsagens tempo rär reduziert, und daher können, wenn nicht in Reaktion getretenes Kopplungsagens selbst nach dem Montieren zurück bleibt, Kurzschlüsse zwischen der Verdrahtung auf Grund der Hydrolyse auftreten.

Andererseits wird von Siliziumoxidpulvern in einigen Fällen Quarzgut auf Grund seines kleineren Gehaltes an Metallen und Natrium- und Chloridionen als Füller verwendet, um in einer Verkapselungszusammensetzung eingesetzt zu werden. Da auf der Oberfläche des Quarzgutes wenige Hydroxylgruppen vorhanden sind, findet zwischen dem Quarz gutfüller und einem Silankopplungsagens keine alkoholfrei setzende Reaktion statt, wenn der Füller mit dem Silankopp lungsagens als Stammlösung behandelt wird. Demnach hat bei einer Halbleitervorrichtung, auf die ein Verkapselungsmate rial angewendet wurde, das mit einem Quarzgutfüller versetzt war, der mit einem Kopplungsagens behandelt worden war, das Problem bestanden, daß sie einer Hydrolysereaktion in dem Verkapselungsmaterial auf Grund von Einflüssen von Umge bungstemperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird, wodurch das Auftreten von Hohlräumen während des Formens für die Verkapselung und eine verringerte Zuverlässigkeit der Halb leitervorrichtung (verringerte Adhäsionskraft zwischen dem Verkapselungsmaterial und einem Siliziumsubstrat und verrin gerte Isoliereigenschaften zwischen Verdrahtungen) herbei geführt wurde.

Das Verfahren zum Behandeln eines Füllers mit einem Kopplungsagens, das eine Hydrolysereaktion mit Hydroxylgrup pen auf der Oberfläche eines Füllers voraussetzt, konnte nicht auf Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Magnesiumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid und dergleichen angewendet werden, die als elektrisch isolierende Füller mit hoher Wärmeleit fähigkeit verwendet werden. Folglich konnten diese Füller nicht von verstärkten Eigenschaften des Füllers durch Ver besserung der Benetzbarkeit gegenüber einer Harzkomponente profitieren.

Bei Vorhandensein von Hohlräumen oder Rissen in einer gebildeten Schicht aus Verkapselungsmaterial nimmt das Abschälen der Verkapselungsmaterialschicht von einem Silizi umsubstrat seinen Fortgang, wobei es in den Hohlräumen oder Rissen auf Grund von Erschütterung während des Zerschneidens eines Wafers in individuelle Elemente seinen Ursprung hat.

Zusätzlich ist es bei der Verkapselung eines Wafers entscheidend, das Auftreten von unausgefüllten Abschnitten zu vermeiden, wo sich ein Verkapselungsmaterial nicht aus breitet. Ein Wafer mit unausgefüllten Abschnitten ist Aus schuß und führt zu Verlust. Da im besonderen bei Wafers mit einem Durchmesser von 6 bis 8 Zoll (etwa 15 bis 20 Zentime ter) oder mehr die Bildung von unausgefüllten Abschnitten zu dem Verlust einer großen Anzahl von Elementen gleichzeitig führt, ist es wichtig, den Wafer sorgfältig zu überziehen, so daß keine unausgefüllten Abschnitte gebildet werden.

Eine verkapselte Halbleitervorrichtung, die auf ein Substrat montiert ist, unterliegt auf Grund einer Ein-Aus- Operation der Vorrichtung und Veränderung der Außentempera tur nach der Montage einem Temperaturzyklus. Während jenes Zyklus wird das Montagesubstrat ausgedehnt und zusammengezo gen, und die resultierenden Spannungen werden auf die Halb leitervorrichtung angewendet. Die Spannung konzentriert sich besonders in der Nähe von Wurzeln von Kupfer-Bondhügeln in der Halbleitervorrichtung (Verbindungsstellen mit dem Silizi umsubstrat), wodurch ein Ausfall von Bondhügeln, ein Bruch von Elementen oder dergleichen herbeigeführt wird.

Bei der Herstellung eines Verkapselungsmaterials sind das Schmelzen und Kneten einer Harzkomponente und ein an schließendes Verfestigen und Mahlen von Bedeutung, und es läßt sich nicht vermeiden, daß Metall von Elementen von Geräten, die während dieser Prozesse verwendet werden (Kneter, Brecher, etc.), in dem Verkapselungsmaterial inkor poriert wird. Beim früheren Drahtbonden, das zum Bonden eines Halbleiterfunktionselementes und eines Leiterrahmens eingesetzt wurde, führte das eingeschlossene Metallstück nicht direkt zu einem Ausschußelement hinsichtlich einer Teilung zwischen Verdrahtungen und einer Teilung zwischen Anschlüssen, selbst wenn ein Metallstück mit einer Länge von zum Beispiel 34 Mikrometern in einem Verkapselungsmaterial enthalten war. Da jedoch in einer Packung von Chipgröße ein Abstand zwischen Verdrahtungen auf der Oberfläche eines Elementes 25 bis 10 Mikrometer beträgt, wird die Möglich keit, daß Metall- oder Leiterpulver mit einer Länge von 34 Mikrometern oder mehr einen Kurzschluß zwischen Verdrahtun gen verursacht, drastisch erhöht, wenn solches Metall- oder Leiterpulver in einem Verkapselungsmaterial enthalten ist. Bezüglich des Einschlusses von Metall- oder Leiterpulver in einem Verkapselungsmaterial ist es deshalb erforderlich, dessen Menge und Größe streng zu kontrollieren. Ein Verfah ren zum Isolieren eines Metalls in einem Harz und ein Analy severfahren dafür, die für solch eine Kontrolle nützlich sind, sind bis jetzt nicht eingeführt worden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Somit ist es bei Halbleitervorrichtungen, die erhalten werden, indem ein Wafer, der mit einer Verkapselungsmateri alschicht auf solch eine Weise verkapselt ist, daß jede der Endflächen von Bondhügeln für externe Anschlüsse exponiert ist, in individuelle elementare Vorrichtungen zerschnitten wird, von Bedeutung, daß keine Hohlräume oder Risse in der Verkapselungsmaterialschicht vorhanden sind, daß keine Risse in der Verkapselungsmaterialschicht vorhanden sind, die während der Montage der Packung auftreten, die Feuchtigkeit absorbiert hat, daß kein Abschälen der Verkapselungsmateri alschicht von einem Siliziumsubstrat auf Grund von Erschüt terung während des Zerschneidens eines Wafers in individu elle Elemente auftritt und daß die Halbleitervorrichtung eine Robustheit besitzt, die einem Temperaturzyklus stand hält, und eine ausreichende Adhäsionsstärke zwischen dem Siliziumsubstrat und der Verkapselungsmaterialschicht, und ferner mit einer Verkapselungsmaterialschicht verkapselt ist, die einen kontrollierten Metallgehalt hat.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Halblei tervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit vorzusehen, die diese Anforderungen erfüllt. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Isolieren von Metall in einem Verkapselungsmaterial zum Messen vorzusehen.

Die Halbleitervorrichtung der Erfindung ist eine Halb leitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, Bondhügeln, die auf einer Oberfläche von ihm für externe Anschlüsse gebildet sind, und einer Verkapselungsmaterialschicht, die auf solch eine Weise gebildet ist, daß sie die Oberfläche des Elementes bedeckt, auf der die Bondhügeln gebildet sind, und Endflächen der Bondhügeln exponiert, bei der die Verkap selungsmaterialschicht aus einem Verkapselungsmaterial gebildet ist, das mehr als 70 Gew.-% und nicht mehr als 90 Gew.-% Quarzgut auf der Basis des Gesamtgewichtes des Ver kapselungsmaterials enthält.

Das Verfahren der Erfindung ist ein Verfahren zum Iso lieren von Metall, das in einem Verkapselungsmaterial zum Verkapseln einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, wobei das Verkapselungsmaterial eine Harzkomponente und einen Quarzgutfüller umfaßt, welches Verfahren das Hinzufügen des Verkapselungsmaterials zu einem Lösungsmittel umfaßt, wel ches die Harzkomponente lösen kann, das Trennen von lösungs mittelunlöslichen Substanzen von der Lösung, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, das Einbringen der unlös lichen Substanzen in eine Flüssigkeit, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat, um die unlöslichen Substanzen zu dispergieren, und dann das Zurückgewinnen eines Nieder schlags.

Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung ein Ver fahren zum Isolieren von Metall, das in einem Verkapselungs material zum Verkapseln einer Halbleitervorrichtung enthal ten ist, wobei das Verkapselungsmaterial eine Harzkomponente und einen Füller umfaßt, welches Verfahren das Hinzufügen des Verkapselungsmaterials zu einem Lösungsmittel umfaßt, welches die Harzkomponente lösen kann, das Trennen von lösungsmittelunlöslichen Substanzen von der Lösung, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, das Einbringen der unlöslichen Substanzen in eine Flüssigkeit, die eine rela tive Dichte zwischen einer relativen Dichte des Füllers und einer relativen Dichte des Metalls hat, um die unlöslichen Substanzen zu dispergieren, und dann das Zurückgewinnen eines Niederschlags.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und andere Ziele und Vorteile der Erfindung sind für einen Durchschnittsfachmann nach dem Studium der folgenden eingehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gut verständlich und ersichtlich, in denen:

Fig. 1 eine Halbleitervorrichtung der Erfindung zeigt; und

Fig. 2A bis 2D die Herstellung der Halbleitervorrich tung von Fig. 1 zeigen.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt schematisch eine Halbleitervorrichtung 1 der Erfindung. In der Halbleitervorrichtung 1 sind Bond hügeln 3 für externe Anschlüsse auf einer Oberfläche eines Halbleiterfunktionselementes 2 gebildet, das gewissen Mikro herstellungsprozessen unterzogen worden ist, und eine Ver kapselungsmaterialschicht 4 ist auf solch eine Weise gebil det, daß jede der Endflächen für einen externen Anschluß der Bondhügeln 3 exponiert ist. Um die Halbleitervorrichtung 1 auf ein Substrat zu montieren, wird eine Lötkugel auf jeder der exponierten Endflächen der Bondhügeln 3 vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Herstellung der Halbleitervorrichtung 1 beschrieben. Zuerst wird ein Wafer 11 gewissen Mikroherstellungsprozessen für jeweilige elemen tare Zonen unterzogen, und dann werden Bondhügeln 3 aus Kupfer auf einer Oberfläche des Wafers 11 durch Plattieren gebildet (Fig. 2A). Anschließend wird eine Verkapselungs materialschicht 4 auf solch eine Weise gebildet, daß jede der Endflächen für einen externen Anschluß der Bondhügeln 3 exponiert ist (Fig. 2B). Eine Lötkugel 5 wird dann auf jeder der exponierten Endflächen der Bondhügeln 3 angeordnet (Fig. 2C). Schließlich wird der Wafer 11 in Chips zerschnitten, um individuelle Halbleitervorrichtungen 1 zu erhalten (Fig. 2D).

Als Verkapselungsmaterial wird eine Zusammensetzung verwendet, die eine Harzkomponente und einen Füller umfaßt. "Harzkomponente", so wie sie hier verwendet wird, bedeutet ein organisches Material, das typischerweise auf einem Epoxyharz basiert und ein Härtungsagens, um das Basisharz zu härten, einen Katalysator, um eine Härtungsreaktion zu beschleunigen, und anderes enthält. Als Basisharz kann zum Beispiel ein Harz mit einer hohen Wärmebeständigkeit wie etwa Polyimidharz verwendet werden. "Füller", so wie er hier verwendet wird, bedeutet ein Material im allgemeinen aus anorganischem Stoff, das in einer Zusammensetzung inkorpo riert wird, um einen linearen Ausdehnungskoeffizienten eines Verkapselungsmaterials jenem eines Halbleiterelementes anzunähern, um zu verhindern, daß sich das Verkapselungs material auf Grund einer Differenz zwischen den Wärmeausdeh nungskoeffizienten des Verkapselungsmaterials und des Ele mentes von dem Element abschält, oder das Verkapselungsmate rial zu verstärken. Bei dem Verkapselungsmaterial für die Halbleitervorrichtung der Erfindung entspricht Quarzgut solch einem Füller.

Hinsichtlich der Harzkomponente des Verkapselungsmate rials wird bei der Halbleitervorrichtung der Erfindung ein Epoxyharz als Basisharz verwendet. Das Epoxyharz ist nicht auf ein besonderes beschränkt und kann irgendein Epoxyharz sein, vorausgesetzt, daß es zwei oder mehr Epoxygruppen in einem Molekül hat. Die Epoxyharze, die bei der Erfindung verwendet werden können, enthalten zum Beispiel Epoxyharze des Cresolnovolaktyps, Epoxyharze des Phenolnovolaktyps, Biphenylepoxyharze, Naphthalenepoxyharze, verschiedene Novolakepoxyharze, die aus Bisphenol A oder Resorcin synthe tisiert sind, lineare aliphathische Epoxyharze, cycloalipha tische Epoxyharze, heterocyclische Epoxyharze, halogenierte Epoxyharze und dergleichen. Eine Kombination aus zwei oder mehr Epoxyharzen kann verwendet werden.

Besonders bevorzugtes Epoxyharz ist hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit ein Bi phenylepoxyharz. Wenn bei einigen Anwendungen zwei oder mehr Epoxyharze in Kombination verwendet werden, ist es in diesem Sinne vorteilhaft, wenn das Biphenylepoxyharz in einem Verhältnis von nicht weniger als 50 Gew.-% von einer Gesamt menge von Epoxyharzen vorhanden ist.

Das Verkapselungsmaterial bei der Erfindung enthält im allgemeinen ein Härtungsagens, das auch als Harzkomponente betrachtet wird. Das Härtungsagens ist nicht auf ein beson deres beschränkt und kann irgendein Härtungsagens sein, vorausgesetzt, daß es mit einem Epoxyharz reagiert, um es zu härten. Beispiele für das Härtungsagens enthalten zum Bei spiel Phenolnovolakharze, Cresolnovolakharze, Phenolaralkyl harze, verschiedene Novolakharze, die aus Trishydroxyphenyl methan, Bisphenol A oder Resorcin synthetisiert sind, ver schiedene, mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Phenolverbin dungen wie etwa Polyallylphenole, Dicyclopentadienphenol, Resole und Polyvinylphenole, Säureanhydride wie etwa Malein anhydrid, Phthalanhydrid und Pyromellitanhydrid und aromati sche Amine wie etwa m-Phenylendiamin, Diaminodiphenylmethan und Diaminodiphenylsulfon und dergleichen. Unter anderem wird eine Phenolverbindung mit zwei oder mehr Hydroxylgrup pen in einem Molekül angesichts der Adhäsion bevorzugt, und besonders werden Phenolnovolakharze, Phenolaralkylharze und dergleichen bevorzugt. In einigen Fällen ist auch eine Kombination aus zwei oder mehr Härtungsagenzien möglich.

Obwohl einem Verhältnis von einem Epoxyharz zu einem verwendeten Härtungsagens keine besonderen Grenzen gesetzt sind, wird es bevorzugt, wenn ein Verhältnis von dem chemi schen Äquivalent eines Epoxyharzes zu dem chemischen Äquiva lent eines Härtungsagens in dem Bereich zwischen 0,5 und 1,5 und besonders zwischen 0,8 und 1,2 im Hinblick auf mechani sche Eigenschaften eines resultierenden gehärteten Produktes des Epoxyharzes und die Adhäsion des gehärteten Produktes mit einer Halbleitervorrichtung liegt.

In dem Verkapselungsmaterial für eine Halbleitervor richtung der Erfindung kann ein Härtungskatalysator verwen det werden, um eine Härtungsreaktion eines Epoxyharzes und eines Härtungsagens zu beschleunigen, welcher Härtungskata lysator auch als Harzkomponente betrachtet wird. Der Här tungskatalysator ist nicht auf einen besonderen beschränkt, vorausgesetzt, daß er die Härtungsreaktion beschleunigt. Härtungskatalysatoren, die verwendet werden können, enthal ten zum Beispiel Imidazolverbindungen wie etwa 2-Methyl imidazol, 2,4-Dimethylimidazol, 2-Methyl-4-methylimidazol und 2-Heptadecylimidazol, tertiäre Aminverbindungen wie etwa Triethylamin, Benzyldimethylamin, Alphamethylbenzyldimethyl amin, 2-(Dimethylaminomethyl)phenol, 2,4,6-Tris(dimethyl aminomethyl)phenol, 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen-7 und 1,5-Diazabicyclo(4,3,0)nonen-5, organische Metallverbindun gen wie etwa Zirconiumtetramethoxid, Zirconiumtetrapropoxid, Tetrakis(acetylacetonato)-Zirconium und Tri(acetylaceto nato)-Aluminium und organische Phosphinverbindungen wie etwa Triphenylphosphin, Trimethylphosphin, Triethylphosphin, Tributylphosphin, Tri(p-methylphenyl)phosphin, Tri(nonyl phenyl)phosphin, Triphenylphosphin-Triphenylboran und Tetra phenylphosphonium-Tetraphenylborat und dergleichen. Unter anderem werden Triphenylphosphin, Tetraphenylphosphonium- Tetraphenylborat, 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen-7 und dergleichen angesichts ihrer Reaktivität besonders bevor zugt. Bei einigen Anwendungen kann eine Kombination aus zwei oder mehr Härtungskatalysatoren verwendet werden. Es wird bevorzugt, wenn ein Härtungskatalysator in dem Bereich zwischen 0,1 und 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Epoxyharz verwendet wird.

Das Verkapselungsmaterial für die Halbleitervorrichtung der Erfindung enthalt als Fuller Quarzgut in einer Menge von mehr als 70 Gew.-% und nicht mehr als 90 Gew.-% des Gesamt gewichtes des Verkapselungsmaterials. Es ist herausgefunden worden, daß Quarzgut im Vergleich zu Aluminiumoxid und dergleichen weniger Verunreinigungen enthält und zur Verbes serung der Feuchtigkeitsbeständigkeit des Verkapselungsmate rials nützlich ist. Zusätzlich ist auch herausgefunden worden, daß durch die Verwendung eines Fülleranteils von mehr als 70 Gew.-% eine Differenz des linearen Ausdehnungs koeffizienten zwischen einem Siliziumsubstrat (einem Silizi umchip) und einem Verkapselungsmaterial verringert werden kann, um dadurch die Wärmezykluseigenschaften einer Halblei tervorrichtung zu verbessern und einen Ausfall von Bondhü geln zu verhindern. Bei einem Fülleranteil von mehr als 90 Gew.-% wird das Fließvermögen eines Verkapselungsmaterials während der Verkapselung reduziert, und unausgefüllte Ab schnitte erscheinen in einer gebildeten Verkapselungsmateri alschicht, um zu dem Entstehen von Nadellöchern auf der Oberfläche der Verkapselungsmaterialschicht zu führen und die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung zu reduzie ren. Ein Verziehen eines Wafers, das bei einer Erhöhung des Anteils an Quarzgut auftritt, kann vermieden werden, indem ein Herstellungsprozeß an das Verziehen angepaßt wird.

Es ist vorzuziehen, wenn das Quarzgut einen durch schnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 50 Mikrometern hat. Bei einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehr als 50 Mikrometern können Verdrahtungen und Bondhügeln auf einem Element beschädigt werden. Bei einem durchschnitt lichen Partikeldurchmesser von weniger als 1 Mikrometer kann das Fließvermögen eines Verkapselungsmaterials während der Verkapselung gemindert sein. Obwohl das Quarzgut eine belie bige Form haben kann, wird es bevorzugt, wenn das Quarzgut kugelförmig ist. Es wird bevorzugt, wenn das Quarzgut, das bei der Erfindung verwendet wird, eine Partikelgrößenvertei lung hat, die der folgenden Beziehung genügt, wenn die Partikeldurchmesserverteilung durch den prozentualen Anteil der kumulativen Anzahl von Partikeln, die kleiner als ein besonderer Partikeldurchmesser sind, bezüglich der Gesamt anzahl von Partikeln dargestellt wird:

D₁₀ ≧ (1/10) × D₅₀
D₉₀ ≦ 10 × D₅₀

wobei D₁₀, D₅₀ und D₉₀ Partikeldurchmesser sind, wenn die kumulative Anzahl von Partikeln 10%, 50% bzw. 90% be trägt.

Das Quarzgut kann mit einem Silankopplungsagens ober flächenbehandelt sein oder auch nicht. Quarzgut hat eine sehr kleine Menge von Hydroxylgruppen auf seiner Oberfläche, und wenn das Quarzgut mit einem Silankopplungsagens oberflä chenbehandelt wird, neigt daher das nicht in Reaktion getre tene Silankopplungsagens dazu, in einem Verkapselungsmate rial zu verbleiben. Das nicht in Reaktion getretene Silan kopplungsagens, das in dem Verkapselungsmaterial verbleibt, wird mit Feuchtigkeit in der Atmosphäre reagieren, um Alko hol zu erzeugen. Der Alkohol wird während des Härtens des Verkapselungsmaterials verdampfen und demzufolge Hohlräume verursachen, die in einem gehärteten Produkt (d. h., in einer Verkapselungsmaterialschicht) erscheinen. Es gibt auch den Fall, daß das nicht in Reaktion getretene Silankopp lungsagens in einer gebildeten Verkapselungsmaterialschicht verbleibt. Wenn eine Halbleitervorrichtung mit dem verblie benen nicht in Reaktion getretenen Silankopplungsagens Feuchtigkeit absorbiert, bewirkt die Erzeugung von Alkohol auf Grund einer Reaktion der absorbierten Feuchtigkeit mit dem Kopplungsagens eine beträchtliche Verringerung der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung. Dieses Problem kann gelöst werden, indem ein Füller mit einem Silankopp lungsagens überzogen wird, das vorher einer Hydrolysebehand lung unterzogen wurde. Die vorherige Hydrolysebehandlung des Silankopplungsagens kann zum Beispiel durch ein Reagieren des Silankopplungsagens mit Wasser leicht erreicht werden.

Es wird bevorzugt, wenn das Verkapselungsmaterial bei der Halbleitervorrichtung der Erfindung eine Schmelzviskosi tät von nicht mehr als 300 Poise (30 Pa.s) bei 170°C und eine Erstarrungszeit von 30 Sekunden oder mehr hat.

Das Verkapselungsmaterial bei der Halbleitervorrichtung der Erfindung kann als Spannungsverringerungsagens ein Elastomer wie etwa Silikonkautschuk, ein Olefincopolymer, einen modifizierten Nitrilkautschuk, einen modifizierten Polybutadienkautschuk und ein modifiziertes Silikonöl, ein thermoplastisches Harz wie etwa Polyethylen enthalten, je nach Wunsch. Solch ein Spannungsverringerungsagens ist nützlich, um einen Biegemodul einer gebildeten Verkapse lungsmaterialschicht bei Raumtemperatur zu verringern.

Ferner können eine Halogenverbindung wie etwa haloge niertes Epoxyharz, ein flammenhemmender Stoff wie etwa eine Phosphorverbindung, ein flammenhemmender Hilfsstoff wie etwa Antimontrioxid, ein Vernetzungsagens wie etwa ein organi sches Peroxid und ein Farbstoff wie etwa Carbon-Black zu einem Verkapselungsmaterial optional hinzugefügt werden.

Wenn ein Verkapselungsmaterial außer der zuvor be schriebenen Harzkomponente einen optionalen Zusatz enthält, wie etwa jene, die in den vorhergehenden Abschnitten gerade aufgeführt worden sind, muß das Lösungsmittel, das eine Harzkomponente lösen kann, auch solch einen Zusatz lösen können.

Das Verkapselungsmaterial, das eine Harzkomponente und einen Füller umfaßt, wird zur Verkapselung einer Halbleiter vorrichtung im allgemeinen in Pulver- oder Tablettenform bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung der Erfindung kann erzeugt werden, indem ein nichtverkapselter Wafer herge stellt wird, ein Verkapselungsmaterial auf ihm angeordnet wird, der Wafer mit dem Verkapselungsmaterial zwischen erhitzten Formhälften zum Formpressen positioniert wird, um einen verkapselten Wafer zu bilden, und der Wafer dann in individuelle Chips zerschnitten wird. Das Formpressen wird zum Beispiel bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C und vorzugsweise zwischen 150 und 200°C ausgeführt. Zur Verkapselung eines Wafers kann auch solch ein Prozeß wie Spritzpressen, Spritzgießen oder Gießen eingesetzt werden. Nach der Verkapselung kann eine zusätzliche Wärmebehandlung (Nachhärten) zum Beispiel bei 150 bis 180°C für 2 bis 16 Stunden ausgeführt werden, je nach Bedarf.

Im Verlauf der Herstellung eines Verkapselungsmaterials sind das Schmelzen und Kneten einer Harzkomponente und ein anschließendes Verfestigen und Mahlen von Bedeutung, und es läßt sich nicht vermeiden, daß Metall von Elementen von Geräten, die während dieser Prozesse verwendet werden, in dem Verkapselungsmaterial inkorporiert wird. Die Halbleiter vorrichtung der Erfindung kann Verdrahtungen auf der Ober fläche eines Elementes haben, die einen Abstand zum Beispiel in der Größenordnung von 25 bis 10 Mikrometern voneinander haben, und falls hierbei ein Metallstück mit einer Länge von zum Beispiel 34 Mikrometern in einem Verkapselungsmaterial enthalten ist, wird eine Möglichkeit, daß das enthaltene Metallstück einen Kurzschluß zwischen Verdrahtungen verur sacht, drastisch erhöht. Daher wird es bei dem Verkapse lungsmaterial für die Halbleitervorrichtung der Erfindung bevorzugt, wenn die Länge von enthaltenem Metallpulver kontrolliert wird, um kleiner als 34 Mikrometer, oder noch besser, nicht größer als 14 Mikrometer und im besonderen nicht größer als 10 Mikrometer zu sein. Durch Kontrollieren der Länge, um nicht größer als 14 Mikrometer zu sein, kann eine Verringerung des Ausstoßes von Produkten auf Grund eines Kurzschlusses zwischen Verdrahtungen eingeschränkt werden. Eine Verringerung des Ausstoßes von Produkten auf Grund von Kurzschluß zwischen Verdrahtungen liegt selbst bei der Länge von Metallpulver von 10 Mikrometern oder mehr und unter 34 Mikrometern auf einem akzeptablen Niveau, aber in dem Fall von 34 Mikrometern oder mehr wird der Ausstoß extrem reduziert und eine Massenproduktivität verringert. Es ist vorzuziehen, wenn eine Gesamtmenge an Metallen 150 ppm oder weniger ausmacht.

Somit ist es wichtig, daß ein Verkapselungsmaterial zum Verkapseln der Halbleitervorrichtung der Erfindung eine streng kontrollierte Menge an Metall enthält, und zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine Isolierung (Trennung) und Analyse des Metalls akkurat auszuführen. Ein Verfahren, das zum Isolieren des Metalls in diesem Fall nützlich ist, ist ein Verfahren, bei dem eine Zusammensetzung, die eine Harz komponente und einen Quarzgutfüller umfaßt, zu einem Lö sungsmittel hinzugefügt wird, das die Harzkomponente lösen kann, um dadurch die Harzkomponente zu lösen, lösungsmittel unlösliche Substanzen dann von der Lösung getrennt werden, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, die unlöslichen Substanzen anschließend in eine Flüssigkeit gegeben werden, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat, um die unlös lichen Substanzen zu dispergieren, und der Niederschlag dann zurückgewonnen wird.

Die Lösungsmittel zum Lösen einer Harzkomponente ent halten Aceton, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Toluen, Xylen und dergleichen, sind aber nicht darauf begrenzt. Das Lösungsmittel darf außer der Harzkomponente ein Material lösen, es sei denn, daß das gelöste Material das Verfahren der Erfindung nachteilig beeinflußt. Zum Trennen von unlös lichen Substanzen von einer Lösung, in der eine Harzkompo nente gelöst ist, kann eine Zentrifuge verwendet werden, und auch andere Mittel können verwendet werden. Die "unlösliche Substanz", wie sie hierin verwendet wird, bedeutet einen festen Stoff, der nach dem Lösen der Harzkomponente, die in einem Verkapselungsmaterial enthalten ist, zurückbleibt, und ist ein Gemisch aus Siliziumoxid des Füllers und aus Metal len. Dieses Gemisch kann getrennt werden, indem es in eine Flüssigkeit gegeben wird, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat. Dabei wird eine Differenz zwischen der relati ven Dichte von Siliziumoxid (2,1) und einer relativen Dichte von Metallen genutzt, die abhängig ist von einem Typ des Metallmaterials, das bei einem Gerät mit einer Metallquelle verwendet wurde, das bei einem Verkapselungsprozeß zum Einsatz kommt, und im allgemeinen bei 6,6 liegt. Die hierbei verwendeten Flüssigkeiten enthalten Diiodmethan (relative Dichte 3,3), Bromoform (relative Dichte 2,82), ein Flüssig keitsgemisch aus Kaliumiodid und Quecksilberiodid (relative Dichte 3,11), ein Flüssigkeitsgemisch aus Bariumiodid und Quecksilber(II)-iodid (relative Dichte 3,56) und eine gesät tigte wäßrige Lösung aus einem Gemisch aus äquivalenten Mengen von Thallium(I)-malonat und Thallium(I)-format (relative Dichte 3,4), sind aber nicht darauf begrenzt.

Durch Messen von Größen von getrennten Metallpulvern durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), eine Elektronen sondenmikroanalyse (EPMA), ein optisches Mikroskop, eine Partikelbildanalysevorrichtung eines Flußtyps (hergestellt durch Toa Medical Electronics (Toa Iyou Denshi)) oder der gleichen können Metalle in einem Verkapselungsmaterial leicht kontrolliert werden. Ferner kann eine Gesamtmenge von Metallen ermittelt werden, indem die Metalle, die durch Isolation erhalten werden, gewogen werden.

Bei einem Verkapselungsmaterial für Halbleitervorrich tungen werden zusätzlich zu Quarzgut synthetisches Silizium oxid, kristallines Siliziumoxid, Calciumcarbonat, Magnesium carbonat, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Ton, Talkum, Calci umsilicat, Titaniumoxid, Antimonoxid, Asbest, Glasfasern und dergleichen verwendet. Das oben erwähnte Isolationsverfahren kann auch auf ein Verkapselungsmaterial angewendet werden, das irgendeinen anderen Füller als Quarzgut umfaßt. Metalle, die in einem Verkapselungsmaterial enthalten sind, das irgendeinen Füller umfaßt, können nämlich leicht isoliert werden, indem ein Verkapselungsmaterial, das eine Harzkompo nente und einen Füller umfaßt, zu einem Lösungsmittel hinzu gefügt wird, das die Harzkomponente lösen kann, die lösungs mittelunlöslichen Substanzen von der Lösung getrennt werden, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, die unlöslichen Substanzen in eine Flüssigkeit gegeben werden, die eine relative Dichte zwischen einer relativen Dichte des Füllers und einer relativen Dichte des Metalls hat, um die unlösli chen Substanzen zu dispergieren, und dann der Niederschlag zurückgewonnen wird.

BEISPIELE

Nun werden Beispiele der Erfindung beschrieben. Natür lich ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt.

Ein Verkapselungsmaterial wurde hergestellt, indem in einem Mischer ein Biphenylepoxyharz als Basisharz (YX-4000H, hergestellt durch Yuka Shell Epoxy), Xylylenphenol als Härtungsagens (XLC-22511, hergestellt durch Mitsui Toatsu Chemicals), ein Weichmacher (Crayton G-1901X, hergestellt durch Shell Chemical), Quarzgut (FB-6S, hergestellt durch Denki Kagaku Kogyo) und Triphenylphosphin (Härtungsagens) in dem Zusammensetzungsverhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, vermischt wurden, das Gemisch anschließend geschmolzen und in einem Kneter geknetet wurde, dem ein Kühlen und Mahlen folgte, und dann Metalle unter Verwendung eines Magnetstabes von 10 kG entfernt wurden. Für Quarzgut, das mit einem Silankopplungsagens behandelt war, wurde Gamma- Glycidoxytrimethoxysilan als Silankopplungsagens verwendet. Als das Silankopplungsagens im voraus durch Hydrolyse behan delt wurde, wurde das Kopplungsagens mit Wasser vermischt, und das Gemisch wurde dann 24 Stunden lang stehengelassen. Auf jeden Fall wurde das Kopplungsagens in einer Menge von 1 Gewichtsteil auf 100 Gewichtsteile Siliziumoxid verwendet.

Tabelle 1

Materialien
Zusammensetzungsverhältnis
(Gewichtsteile)
Biphenylepoxyharz	100
p-Xylylenphenol	94,1
Weichmacher	5
Triphenylphosphin	1,6

Halbleitervorrichtungen des in Fig. 1 gezeigten Typs wurden aus einem Wafer hergestellt, der durch einen Warm preßprozeß unter Verwendung des hergestellten Verkapselungs materials verkapselt worden war. Der verwendete Wafer hatte einen Durchmesser von 8 Zoll (etwa 20 Zentimeter), und die Halbleitervorrichtung hatte eine Größe von 6 × 7 Milli metern, welche Halbleitervorrichtung mit 48 Bondinseln mit einem Durchmesser von 150 Mikrometern und einer Verkapse lungsmaterialschicht mit einer Dicke von 100 Mikrometern versehen war und Verdrahtungen in einem Abstand von 10 Mikrometern hatte. Die folgenden Tests wurden an der Halb leitervorrichtung ausgeführt.

(1) Feuchtigkeitsbeständigkeit

Der Ausfall eines Elementes wurde geprüft, als eine Halbleitervorrichtung in einem Druckkochertester (PCT) (121°C, 85% relative Feuchte) 100 Stunden lang belassen wurde und eine Vorspannung von 7 Volt auf die Vorrichtung angewendet wurde. Resultate sind in der Anzahl von Halblei tervorrichtungen gezeigt, bei denen ein Elementeausfall beobachtet wurde, bei 20 Halbleitervorrichtungen, die dem Test unterzogen wurden.

(2) Antirißverhalten der Vorrichtung, die Feuchtigkeit absorbiert hat und auf ein Substrat montiert ist

Bei einer Halbleitervorrichtung, die bei 85°C und 85% relativer Feuchte 96 Stunden lang Feuchtigkeit absor biert hatte, wurde das Vorhandensein von Rissen in der Verkapselungsmaterialschicht der Vorrichtung mit einem Stereomikroskop untersucht, nachdem sie durch Aufschmelz löten in einem Infrarotelektroofen bei 245 °C auf ein Substrat montiert worden war.

(3) Hohlräume

Das Vorhandensein von Hohlräumen in einer Verkap selungsschicht einer Halbleitervorrichtung wurde mit einem Ultraschalldefektdetektionsmikroskop untersucht.

(4) Adhäsion zwischen Siliziumelement und Verkapse lungsmaterialschicht

Eine Halbleitervorrichtung wurde einem Kalt-Heiß- Wärmeschocktest zwischen -65°C und 150°C unterzogen, und das Vorhandensein eines Abschälens wurde untersucht (Abschälen bei 1000 Zyklen). Resultate sind in der Anzahl von Halbleitervorrichtungen gezeigt, bei denen das Abschälen auftrat, bei 20 Halbleitervorrichtungen, die dem Test unter zogen wurden.

(5) Elementunterbrechungsfehler

Eine Halbleitervorrichtung, die auf ein Epoxyglas substrat montiert war, wurde einem Temperaturzyklustest (-50°C bis 150°C) unterzogen, und das Vorhandensein von Unter brechungsfehlern (Unterbrechungsfehler bei 1000 Zyklen) wurde bewertet. Resultate sind in der Anzahl von Halbleiter vorrichtungen gezeigt, bei denen ein Unterbrechungsfehler (Trennung) auftrat, bei 20 Halbleitervorrichtungen, die dem Test unterzogen wurden.

(6) Schmelzviskosität und Erstarrungszeit

Eine Schmelzviskosität von jedem Verkapselungs material wurde mit einem Flußtester bestimmt.

Eine Erstarrungszeit von jedem Verkapselungsmate rial war eine Zeit, die bestimmt wurde, indem 1 Gramm einer Grundprobe auf einer Heizplatte bei 170°C angeordnet wurde und gleichzeitig eine Stoppuhr gestartet wurde, die Probe mit einem Metallspatel gerührt wurde, während die Probe auf die Heizplatte gedrückt wurde, um sie zu schmelzen, und die Stoppuhr zu der Zeit gestoppt wurde, als die geschmolzene Probe erstarrt (fest) war.

(7) Gehalt an Metall und dessen maximale Länge

Metalle, die in einem Verkapselungsmaterial ent halten waren, wurden durch die folgende Prozedur isoliert und analysiert.

200 Gramm Verkapselungsmaterial wurde in Aceton gelöst und dispergiert, lösungsmittelunlösliche Substanzen wurden dann zentrifugiert, und die lösungsmittelunlöslichen Substanzen wurden in Diiodmethan dispergiert, um Metalle als Niederschlag zurückzugewinnen. Die zurückgewonnenen Metalle wurden gewogen (das gesamte Metall), und eine maximale Länge wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) bestimmt.

Die Testresultate sind in Tabelle 2 zusammen mit den hinzugefügten Mengen von Füller (Verhältnisse von Füller in bezug auf die Gesamtmenge des Verkapselungsmaterials) zusammengefaßt.

Somit kann gemäß der Erfindung die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung erhöht werden, die erhalten wird, indem ein Wafer zerschnitten wird, der mit einer Verkapselungsmaterialschicht auf solch eine Weise verkapselt ist, daß jede der Endflächen von Bondhügeln für einen exter nen Anschluß exponiert ist.

Die Erfindung macht es auch möglich, Metalle zu kon trollieren, die in einem Verkapselungsmaterial enthalten sind, das für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit hoher Zuverlässigkeit unentbehrlich ist.

Claims

1. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, Bondhügeln, die auf einer Oberfläche von ihm für externe Anschlüsse gebildet sind, und einer Verkapselungsmaterial schicht, die auf solch eine Weise gebildet ist, daß sie die Oberfläche des Halbleiterelementes bedeckt, auf der die Bondhügeln gebildet sind, und Endflächen der Bondhügel exponiert, bei der die Verkapselungsmaterialschicht aus einem Verkapselungsmaterial gebildet ist, das mehr als 70 Gewichts-% und nicht mehr als 90 Gewichts-% Quarzgut auf der Basis des Gesamtgewichtes des Verkapselungsmaterials ent hält.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verkapselungsmaterial ein Epoxyharz umfaßt.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Epoxyharz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxyharzen des Cresolnovolaktyps, Epoxyharzen des Phenol novolaktyps, Biphenylepoxyharzen, Naphthalenepoxyharzen, Novolakepoxyharzen, die aus einem von Bisphenol A und Resor cin synthetisiert sind, linearen aliphatischen Epoxyharzen, cycloaliphatischen Epoxyharzen, heterocyclischen Epoxyharzen und halogenierten Epoxyharzen.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Epoxyharz ein Biphenylepoxyharz ist.

5. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 2 bis 4, bei der das Verkapselungsmaterial ein Gemisch aus zwei oder mehr Epoxyharzen umfaßt und das Gemisch 50 Gewichts-% oder mehr Biphenylepoxyharz auf der Basis der Gesamtmenge der Epoxyharze in dem Gemisch enthält.

6. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 2 bis 5, bei der das Verkapselungsmaterial ferner ein Härtungsagens umfaßt, um das Epoxyharz zu härten.

7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Härtungsagens ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phenolnovolakharzen, Cresolnovolakharzen, Phenolaralkylhar zen, Novolakharzen, die aus einem von Trishydroxyphenyl methan, Bisphenol A und Resorcin synthetisiert sind, mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden Phenolverbindungen, Säureanhy driden und aromatischen Aminen.

8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Härtungsagens eine mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Phenolverbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyallylphenolen, Dicyclopentadienphenol, Resolen und Polyvinylphenolen.

9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Härtungsagens ein Säureanhydrid ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Maleinanhydrid, Phthalanhydrid und Pyromellitanhydrid.

10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Härtungsagens ein aromatisches Amin ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus m-Phenylendiamin, Diamino diphenylmethan und Diaminodiphenylsulfon.

11. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 6 bis 10, bei der das Verkapselungsmaterial das Epoxyharz und das Härtungsagens in einem Verhältnis des chemischen Äquivalents in dem Bereich von 0,5 bis 1,5 um faßt.

12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Verhältnis des chemischen Äquivalents des Epoxyharzes und des Härtungsagens in dem Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt.

13. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 6 bis 12, bei der das Verkapselungsmaterial ferner einen Härtungskatalysator umfaßt.

14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Imidazolverbindungen, tertiären Aminverbindungen, organi schen Metallverbindungen und organischen Phosphinverbindun gen.

15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Katalysator eine Imidazolverbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2-Methylimidazol, 2,4- Dimethylimidazol, 2-Methyl-4-methylimidazol und 2-Hepta decylimidazol.

16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Katalysator eine tertiäre Aminverbindung ist, die ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Triethylamin, Benzyl dimethylamin, Alpha-Methylbenzyldimethylamin, 2-(Dimethyl aminomethyl)phenol, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol, 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen-7 und 1,5- Diazabicyclo(4,3,0)nonen-5.

17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der oder Katalysator eine organische Metallverbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirconiumtetra methoxid, Zirconiumtetrapropoxid, Tetrakis(acetyl acetonato)zirconium und Tri(acetylacetonato)aluminium.

18. Halbieitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Katalysator eine organische Phosphinverbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Triphenylphos phin, Trimethylphosphin, Triethylphosphin, Tributylphosphin, Tri(p-methylphenyl)phosphin, Tri(nonylphenyl)phosphin, Triphenylphosphin-Triphenylboran und Tetraphenylphosphonium- Tetraphenylborat.

19. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 13 bis 18, bei der das Verkapselungsmaterial den Kataly sator in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile von Epoxyharz enthält.

20. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 1 bis 19, bei der das Quarzgut einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 50 Mikrometern hat.

21. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 1 bis 20, bei der das Quarzgut eine Partikelgrößenver teilung hat, die der folgenden Beziehung genügt, wenn die Partikeldurchmesserverteilung durch den prozentualen Anteil der kumulativen Anzahl von Partikeln in bezug auf die Ge samtanzahl von Partikeln dargestellt wird:
D₁₀ ≧ (1/10) × D₅₀

D₉₀ ≦ 10 × D₅₀
wobei D₁₀, D₅₀ und D₉₀ Partikeldurchmesser sind, wenn die kumulative Anzahl von Partikeln 10%, 50% bzw. 90% be trägt.

22. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 1 bis 21, bei der das Quarzgut mit einem Silankopplungs agens beschichtet ist, das im voraus einer Hydrolysebehand lung unterzogen worden ist.

23. Halbleitervorrichtung nach irgendeinem der Ansprü che 1 bis 22, bei der das Verkapselungsmaterial Metallpulver enthält, das kontrolliert wurde, um eine maximale Länge von unter 34 Mikrometern zu haben.

24. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23, bei der das Metallpulver eine maximale Länge von nicht mehr als 14 Mikrometern hat.

25. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, bei der das Verkapselungsmaterial Metallpulver in einer Gesamtmenge von 150 ppm oder weniger enthält.

26. Verfahren zum Isolieren von Metall, das in einem Verkapselungsmaterial zum Verkapseln einer Halbleitervor richtung enthalten ist, wobei das Verkapselungsmaterial eine Harzkomponente und einen Quarzgutfüller umfaßt, welches Verfahren das Hinzufügen des Verkapselungsmaterials zu einem Lösungsmittel umfaßt, welches die Harzkomponente lösen kann, das Trennen von lösungsmittelunlöslichen Substanzen von der Lösung, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, das Einbringen der unlöslichen Substanzen in eine Flüssigkeit, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat, um die unlös lichen Substanzen zu dispergieren, und dann das Zurückgewin nen eines Niederschlags.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Lösungs mittel, welches die Harzkomponente lösen kann, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Toluen und Xylen.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, bei dem die Flüssigkeit, die eine relative Dichte von 2,5 bis 5,5 hat, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diiodmethan, Bromoform, einem Flüssigkeitsgemisch aus Kaliumiodid und Quecksilberiodid, einem Flüssigkeitsgemisch aus Bariumiodid und Quecksilber(II)-iodid und einer gesättigten wäßrigen Lösung aus einem Gemisch aus äquivalenten Mengen von Thal lium(I)-malonat und Thallium(I)-format.

29. Verfahren zum Isolieren von Metall, das in einem Verkapselungsmaterial zum Verkapseln einer Halbleitervor richtung enthalten ist, wobei das Verkapselungsmaterial eine Harzkomponente und einen Füller umfaßt, welches Verfahren das Hinzufügen des Verkapselungsmaterials zu einem Lösungs mittel umfaßt, welches die Harzkomponente lösen kann, das Trennen von lösungsmittelunlöslichen Substanzen von der Lösung, in der die Harzkomponente gelöst worden ist, das Einbringen der unlöslichen Substanzen in eine Flüssigkeit, die eine relative Dichte zwischen einer relativen Dichte des Füllers und einer relativen Dichte des Metalls hat, um die unlöslichen Substanzen zu dispergieren, und dann das Zurück gewinnen des Niederschlags.

30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Füller ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Siliziumoxid, kristallinem Siliziumoxid, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Ton, Tal kum, Calciumsilicat, Titaniumoxid, Antimonoxid, Asbest, Glasfasern.