(57)【要約】【課題】リードフレーム及び半導体チップを封止するモールド樹脂とを備える半導体素子において、高温での特性劣化を抑制した半導体素子を提供すること。【解決手段】半導体素子は、Ｃｕを含むリードフレーム  ｂと、リードフレーム  ｂ上に配置された半導体チップ  ａと、リードフレーム  ｂ及び半導体チップ  ａを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂  ｃとを備える。モールド樹脂  ｃには、難燃化材として、ＳｎＯ3、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3等の金属酸化物、Ａｌ（ＯＨ）3、Ｍｇ（ＯＨ）2、ＺｎＳｎ（ＯＨ）6等の金属水酸化物、２ＺＯ・３Ｂ2Ｏ3・３．５Ｈ2Ｏ、（ＮＨ4）2Ｏ・５Ｂ2Ｏ3・８Ｈ2Ｏ等のホウ酸を含有する化合物等を含むエポキシ樹脂を用いることができる。また、モールド樹脂  ｃは、主鎖にベンゼン環を有する安定で炭化しやすい化合物や原子間の結合が強い有機化合物を含むエポキシ樹脂であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを含むリードフレームと、
前記リードフレーム上に配置された半導体チップと、
前記リードフレーム及び前記半導体チップを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂と
を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
Ｃｕを含む非磁性のリードフレームと、
前記リードフレーム上に配置された、ＧａＡｓ基板上に形成した半導体チップと、
前記リードフレーム及び前記半導体チップを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂と
を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
前記モールド樹脂は、エポキシ樹脂で構成され、
前記ハロゲンは、Ｂｒであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記半導体チップは磁気センサーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に関し、より詳細には、モールド樹脂で封止した半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子は難燃性クレゾールノボラック系エポキシ樹脂、ビフェニル系エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂等により封止されている。たとえば、難燃性クレゾールノボラック系エポキシ樹脂は通常、Ｂｒの含有量が１〜３重量％であり、少量のＳｂ化合物を含む。
【０００３】
ここで、高分子材料の一般的な燃焼メカニズムについて説明する（特許文献１参照）。高分子材料の燃焼時には、燃焼源からの熱の輻射や残量内の熱拡散により有機物の熱分解が生じ、この熱分解生成物が材料内部および外部に拡散する。そして、拡散した熱分解生成物が炎や炎の輻射熱により燃焼する。この反応が連鎖的に起こり、燃焼が続く。Ｂｒを含む難燃性エポキシ樹脂においては、Ｂｒが、燃焼反応において中心的な役割をするＯＨラジカルやＨラジカルの反応トラップとして機能する。また、Ｂｒのトラップ反応を加速促進させるために、Ｓｂ化合物が添加される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３３４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ホール素子を始めとする磁気センサーにおいては、リードフレームに磁性材料を使用することができないため、Ｃｕのリードフレーム又はＣｕを含む非磁性のリードフレームが好んで使用される。しかしながら、Ｃｕのリードフレーム又はＣｕを含む非磁性のリードフレームを使用し、ハロゲンを含有する封止材料を用いた半導体素子では、高温条件において、ＣｕがＧａＡｓペレットの側面を這い上がって電気的な短絡を生じ、特性劣化を引き起こしてしまう。この現象は、通常のホール素子動作温度である１２５℃程度では問題ないが、車載駆動部用途等より高い耐熱性が要求される場合、例えば１５０℃以上で半導体素子の動作保証を行う場合においては問題となることが想定される。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｃｕを含むリードフレームと、リードフレーム上の半導体チップと、リードフレーム及び半導体チップを封止するモールド樹脂とを備える半導体素子において、高温での特性劣化を抑制した半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、Ｃｕを含むリードフレームと、前記リードフレーム上に配置された半導体チップと、前記リードフレーム及び前記半導体チップを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂とを備えることを特徴とする半導体素子である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、Ｃｕを含む非磁性のリードフレームと、前記リードフレーム上に配置された、ＧａＡｓ基板上に形成した半導体チップと、前記リードフレーム及び前記半導体チップを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂とを備えることを特徴とする半導体素子である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記モールド樹脂は、エポキシ樹脂で構成され、前記ハロゲンは、Ｂｒであることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記半導体チップは磁気センサーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハロゲンを含有しないモールド樹脂を用いることにより、高温時のリードフレームからのＣｕの這い上がりによる特性劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に係る半導体素子を示している。半導体素子は、Ｃｕを含むリードフレーム  ｂと、リードフレーム  ｂ上に配置された半導体チップ  ａと、リードフレーム  ｂ及び半導体チップ  ａを封止する、ハロゲンを含有しないモールド樹脂  ｃとを備える。
【００１３】
半導体チップ  ａとしては、ＧａＡｓ基板上に形成されたホール素子等の磁電変換素子が考えられる。磁電変換素子の感磁部を構成する半導体としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、Ｓｉ、やＧａＡｓのバルク、またはＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、やＩｎaＡｌbＧａ(1-a-b)ＡｓxＳｂ(1-x)（０≦ａ＋ｂ≦１、０≦ｘ≦１）の薄膜等が好ましいが、本発明においては、半導体であれば良く構成元素を限定するものではない。
【００１４】
リードフレーム  ｂは、Ｃｕのリードフレーム又はＣｕを含む非磁性のリードフレームであり、リードフレーム  ｂと半導体チップ  ａとは、Ａｕワイヤー、取り出し電極等（図示せず）を通して電気的に接合されている。
【００１５】
モールド樹脂  ｃは、ハロゲンを含まないものであるが、ここでいう「ハロゲンを含まない」とは、材料硬化物をメタノール水溶液中９５℃１５時間で抽出した後、イオンクロマト装置で分析する方法を用いた条件において、モールド樹脂  ｃ中のＣｌイオンの含有量が１０ｐｐｍ以下かつモールド樹脂  ｃ中のＢｒの含有量が０．１ｐｐｍ以下であるものを指す。モールド樹脂  ｃには、難燃化材としてＳｎＯ3、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3等の金属酸化物を含むエポキシ樹脂や、難燃化材としてＡｌ（ＯＨ）3、Ｍｇ（ＯＨ）2、ＺｎＳｎ（ＯＨ）6等の金属水酸化物を含むエポキシ樹脂や、難燃化材として２ＺＯ・３Ｂ2Ｏ3・３．５Ｈ2Ｏ、（ＮＨ4）2Ｏ・５Ｂ2Ｏ3・８Ｈ2Ｏ等のホウ酸を含有する化合物を含むエポキシ樹脂を用いることができる。また、モールド樹脂  ｃは、ハロゲンを含まず、エポキシフェノキシド、ジシクロペンタジエンエポキシフェノキシド等のように主鎖にベンゼン環を有する安定で炭化しやすい化合物や、フェノールキシレン、シクロアルカン、シクロアルケン等の脂環式化合物等のように原子間の結合が強い有機化合物を含むエポキシ樹脂であってもよい。
【００１６】
本発明に係る半導体素子は、モールド樹脂にＢｒ等のハロゲンを含まないため、燃焼時にモールド樹脂が高温に曝されると、反応性に富むＯＨやＨラジカルにより水酸化物が生成し、ついで、この水酸化物が高温に曝されることによって脱ＯＨ基を生じ、そして、この脱ＯＨ基が周りの酸素または反応性に富むＯＨやＨ等と反応してＨ2Ｏとなる。このＨ2Ｏの蒸発潜熱により燃焼体の温度が下がり、難燃性となる。
【００１７】
なお、モールド樹脂  ｃは、ＯＨラジカル及びＨラジカルの反応を妨げないものであれば、上述したような金属水酸化物、金属水酸化物、ホウ酸を含有する化合物、主鎖にベンゼン環を有する安定で炭化しやすい化合物、原子間の結合が強い有機化合物等の難燃化材を含むことができる。
【００１８】
次に、半導体チップ  ａとして磁電変換素子を考えた場合の作製方法について説明する。初めに、化合物半導体に感磁部のパターンを露光・現像した後に、化合物半導体を塩酸・過酸化水素系やリン酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にメサエッチングして、磁電変換素子を形成する。感磁部のパターンの形成方法は、ドライ方式であっても良く、他のエッチング液を用いてもよい。その後、窒化シリコン膜からなる保護膜を、プラズマＣＶＤ法により感磁部上に形成する。そして、次の工程で電極を形成する部分の窒化シリコン膜を、電極を形成する部分よりも狭い範囲で反応性イオンエッチング装置を用いて除去した後、電極を形成する。最後に、磁電変換素子の感磁部面上に、軟樹脂層を形成する。
【００１９】
得られた磁電変換素子をＣｕを含むリードフレーム上に、Ａｇペーストなどの接着剤を用いて接着する。リードフレームと感磁部上に形成した電極部との接合は、Ａｕなどの金属線またはバンプを介して行う。
【００２０】
最後に、モールド樹脂で半導体チップを封止し、端子電極を４個有する磁電変換素子を、フォトリソグラフィーを応用して作製する。
【００２１】
なお、４端子の磁電変換素子で説明を行ったが、本発明においては、端子数を規定するものではない。また、保護膜の種類は窒化シリコンでなくても良い。また窒化シリコン膜除去の方法は、反応性イオンエッチングでなく、他のドライエッチングやウエットエッチング方式であっても良い。
【００２２】
以下、実施例および比較例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではないことに留意されたい。
【００２３】
実施例 
厚さ０．６３ｍｍの半絶縁性ＧａＡｓ単結晶基板の（１００）面上に、分子線エピタキシー法を用いてＩｎＡｓ薄膜をエピタキシャル成長させた。成膜したＩｎＡｓの厚みは０．６μｍであり、電気特性を公知のファンデルポー法で測定したところ、電子濃度は２．２×１０16／ｃｍ3、電子移動度は１２０００ｃｍ2／Ｖｓであった。
【００２４】
次にＩｎＡｓ／ＧａＡｓ基板の表面にフォトレジストを均一に塗布し、露光・現像した後に、リン酸・過酸化水素系のエッチング液でメサエッチングした。保護膜として窒化シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法で３００ｎｍ形成した。その後、再度フォトレジストを塗布した後に、電極を形成する部分の窒化シリコンを反応性イオンエッチング装置を用いて除去した。続いてフォトレジストを塗布して、電極を形成するための露光・現像を行い、真空蒸着法で電極を蒸着し、リフトオフ法で電極構造を形成した。次に、モールド樹脂による圧力や面内応力を緩和するために、磁電変換素子の感磁部面上に、ゴム系樹脂を形成した。このようにして、半導体薄膜を感磁部とする磁電変換素子を多数作製した。続いて裏面研削によって、ＧａＡｓ基板を所定の厚さに研磨し、その後ダイシングにより個別の磁電変換素子に切離した。Ｃｕ製リードフレーム上に接着剤で接着した後に、モールド樹脂で封止し、４端子の磁電変換素子を作成した。モールド樹脂は、難燃剤としてハロゲンを含有せず、Ａｌ（ＯＨ）3を含有したオルソクレゾールノボラック系のエポキシ樹脂を用いた。材料硬化物をメタノール水溶液中９５℃１５時間で抽出した後、イオンクロマト装置で分析する方法を用いた条件において、モールド樹脂中のＣｌイオンの含有量は６ｐｐｍ、モールド樹脂中のＢｒイオンの含有量は０．１ｐｐｍ以下であった。２８０℃で２３時間放置したところ、抵抗変動が２％を超える素子が２５素子中０素子であった。２３時間後の抵抗変動量のσは０．１％であった。
【００２５】
比較例 
モールド樹脂を難燃剤としてＢｒおよびＳｂＯ3を含有したオルソクレゾールノボラック系のエポキシ樹脂を用いたこと以外は、実施例と同様に半導体素子を作製した。
【００２６】
材料硬化物をメタノール水溶液中９５℃１５時間で抽出した後、イオンクロマト装置で分析する方法を用いた条件において、モールド樹脂中のＣｌイオンの含有量は２０ｐｐｍ、モールド樹脂中のＢｒイオンの含有量は１９ｐｐｍであった。２８０℃で８時間放置したところ、抵抗変動が２％を超える素子が２５素子中２３素子、抵抗変動が１０％を超える素子が２５素子中７素子となった。８時間後の抵抗変動量のσは２８％であった。開封して確認したところ、半導体チップ側壁へのＣｕの這い上がりが観察された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に係る半導体素子を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
ａ  半導体チップ
ｂ  リードフレーム
ｃ  モールド樹脂
【図１】
2010080655.tif 000003