(57)【要約】  パッケージのクロストークおよび損失を低減した樹脂封止半導体装置に関する構造および方法が提供される。まず半導体ダイ４２は封止樹脂よりも低い誘電率、低い損失正接またはその両方を有する緩衝領域５１によって被覆される。封止樹脂４７は緩衝領域を取り囲む強固な構造を実現する。下側の緩衝領域によって浮遊容量が小さくなるので、ダイ上またはダイに結合された電極間のクロストークが小さくなる。下側の緩衝領域によって封止樹脂における寄生損失が小さくなる。下側領域または緩衝領域は低密度の有機材料、無機材料またはその両方を使用して形成することができる。別の方法では中空微小球または他のフィラー５２を緩衝領域に分散させる。緩衝領域と封止樹脂との間に形成される任意のシール層によって緩衝領域の任意の多孔性を改善することができる。緩衝領域は約３．０未満の誘電率、約０．００５未満の損失正接またはその両方を有することが好ましい。
2009513019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
支持部材の一部分にマウントされる半導体ダイと、
支持部材およびダイの少なくとも一部分を封止する封止樹脂と、
封止樹脂とダイとの間に位置する緩衝領域と、を備え、緩衝領域は封止樹脂よりも低い誘電率、封止樹脂よりも低い損失正接、またはその両方を有する半導体装置。
【請求項２】
緩衝領域はバインダーマトリクス中に中空微小球を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
中空微小球は、約３００マイクロメートル以下のサイズの直径を有する中空ガラス微小球である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
緩衝領域は約３以下の比誘電率を有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
緩衝領域は約０．００５以下の損失正接を有する、請求項１記載の装置。
【請求項６】
１つ以上のボンディングパッドを有する半導体ダイと、
半導体ダイの１つ以上の面を取り囲む封止樹脂と、
封止樹脂と半導体ダイとの間に位置し、かつ前記１つ以上のボンディングパッドの内の少なくとも１つのボンディングパッドを含む緩衝領域と、を備え、緩衝領域は封止樹脂よりも低い誘電率、封止樹脂よりも低い損失正接、またはその両方を有する樹脂封止半導体装置。
【請求項７】
緩衝領域は半導体ダイの１つ以上の面に接触する、請求項６記載の装置。
【請求項８】
緩衝領域はフィラーを含む、請求項７記載の装置。
【請求項９】
フィラーは約３００マイクロメートル未満の直径の中空微小球を含む、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
緩衝領域は、封止樹脂の誘電率の約８０％以下の誘電率を有する材料を含む、請求項７記載の装置。
【請求項１１】
緩衝領域は多孔質材料を含む、請求項７記載の装置。
【請求項１２】
緩衝領域と封止樹脂との間に位置する耐湿シール層をさらに備える、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
半導体ダイを封止する方法であって、
ダイをリードフレームにマウントするダイマウント工程と、
ダイの一部分を、第１誘電率および第１損失正接を有する緩衝領域で被覆するダイ被覆工程と、
ダイおよび緩衝領域が配置されたリードフレームを、樹脂封止に適する型に配置するリードフレーム配置工程と、ダイおよび緩衝領域は型のキャビティに配置されることと、
封止樹脂を型のキャビティに配置して、リードフレーム、ダイ、および緩衝領域の周りの型のキャビティに、第２誘電率および第２損失正接を有する樹脂材料を充分に充填する封止樹脂配置工程と、を含み、少なくとも第２誘電率は第１誘電率よりも大きいか、または第２損失正接は第１損失正接よりも大きい、方法。
【請求項１４】
第２誘電率は第１誘電率よりも大きく、かつ第２損失正接は第１損失正接よりも大きい、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
ダイ被覆工程の後に、緩衝領域を少なくとも部分的に硬化させる工程を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
ダイ被覆工程は、中空微小球を含みフィラーを含む緩衝領域材料でダイの一部分を被覆する工程を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ダイ被覆工程は、第２誘電率の約８０％未満の第１誘電率を有する緩衝領域材料でダイの一部分を被覆する工程を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
更に、ダイ被覆工程と配置工程との間に、緩衝領域をシール層で被覆する工程を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
ダイ被覆工程は、ほぼ有機材料からなる材料でダイの一部分を被覆する工程を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
ダイ被覆工程は、ほぼ無機材料からなる材料でダイの一部分を被覆する工程を含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。より詳細には、本発明はパッケージのクロストークおよび損失の低減した樹脂封止半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体（ＳＣ）装置は多くの場合、成形樹脂で封止される。成形樹脂は半導体ダイを取り囲んで保護し、ボンディングワイヤおよび外部リードを支持するとともに、半導体装置に耐久性および衝撃耐性を付与する。樹脂パッケージング半導体装置は広く使用されている。図１には、半導体（ＳＣ）ダイ２２を収容する先行技術による成形樹脂パッケージ２０の概略模式断面図を示す。ＳＣダイ２２は、簡便にはヒートシンク２３にマウントされるが、これは必須ではない。金属接触領域２４−１，２４−２（まとめて２４と表記する）がＳＣダイ２２上に設けられ、これらの領域に、外部リード２６−１，２６−２（まとめて２６と表記する）がワイヤボンドまたは他の手段２５−１，２５−２（まとめて２５と表記する）によって接続される。封止樹脂２７がＳＣダイ２２、ワイヤボンド２５および外部リード２６の内側部分２８−１，２８−２（まとめて２８と表記する）の周りに成形され、この例では、ヒートシンク２３の下部表面２１がパッケージ２０の下面で露出されたままとなる。しかしながら、表面２１を露出させることは必須でない。図１に示すような封止樹脂およびその均等物など、封止樹脂は広く使用されているが、この技術分野でよく知られている複数の欠点および限界を有する。特に、ＳＣダイ２２およびリード２５および２８を取り囲む樹脂材料２７が、空気または真空よりも遥かに大きい誘電率εおよび損失正接δを有することである。例えば、半導体装置に広く使用される封止樹脂は、多くの場合、対象の動作周波数において３．５〜５．０の範囲の比誘電率εと、０．００５〜０．０１５の範囲の損失正接δとを有する。これらの値は、特に高周波数および高電圧において、周囲の封止樹脂２７へ延びるフリンジ電界２９による、種々のダイの金属領域、ボンディングワイヤおよび他のリードの間の封止樹脂を通じる電気クロストークによって性能を大幅に低下させるのに充分な値である。フリンジ電界２９に関連する容量結合および容量損失は、封止樹脂２７の誘電率εおよび損失正接δの増大につれて増大する。
【０００３】
先行技術においては、ＳＣダイの外部に延びるこのフリンジ電界に関連する容量結合および容量損失は、例えば、（ｉ）ダイ、ワイヤボンドまたはその両方にファラデーシールド（図示せず）を使用すること、（ｉｉ）空気または真空の空間をダイ表面上ならびにワイヤボンドおよびインナーパッケージリードの周りに形成する中空のセラミックパッケージ、中空の金属パッケージまたはその両方を使用すること、またはその両方によって、軽減または回避されてきた。ファラデーシールドはフリンジ電界を制限するように作用するが、更に別の金属層およびマスク層が必要になることによってダイの複雑さが増すという不具合を伴う。真空パッケージまたは空気パッケージを図２に示す。図２には、ダイ３２を囲む空気または真空の空間３７を有する中空パッケージ３０を示す。ダイ３２は、例えば、金属、セラミックまたは樹脂のベース３３にマウントされ、外部リード３６−１，３６−２（まとめて３６と表記する）が取り付けられる。ワイヤボンドまたは他の接続３５−１，３５−２（まとめて３５と表記する）によって、ダイ３２上のボンディングパッド３４−１，３４−２（まとめて３４と表記する）が、パッケージリード３６−１，３６−２（まとめて３６と表記する）のインナー部分３８−１，３８−２（まとめて３８と表記する）に接続される。キャップ３１が、基板３４、ダイ３２、ワイヤボンドまたは他の接続３５、およびパッケージリード３６のインナー部分３８の上に配置される。ダイ３２およびリード３５，３８の周りに空気または真空の空間３７を有することは、フリンジ電界３９がいずれの封止樹脂にも接触しないことを意味する。したがって、封止樹脂がダイ表面およびワイヤボンド、インナーリードまたはその両方と接触することによって生じる結合容量、結合損失またはその両方の増大は存在しない。空気または真空の誘電率ε０および損失正接δ０は低いので、クロストークおよび誘電損失は最小化される。しかしながら、そのような空気または真空のキャビティパッケージは非常に高価であり、多くの場合、樹脂封止ほど頑丈でない。ワイヤボンドまたは他の接続３５は、完成した半導体装置が大きな加速力を受けると外れることがある。
【０００４】
したがって、クロストークおよび損失の低減した樹脂封止半導体装置を実現する改良型半導体装置および方法に対する継続的な要求が在る。したがって、ダイ表面や、ダイリード、ボンディングワイヤまたはその両方の一部または全部と接触する、低誘電率ε、低損失正接δまたはその両方である材料を有する樹脂で封止される改良型半導体装置を実現することが望まれる。更に、樹脂封止の材料、構造および方法を改善することによって、半導体ダイ、ダイリード、およびボンディングワイヤの周りに極めて堅牢な構造を形成し、機械的に頑丈なパッケージを提供することを可能とすることが望まれる。更に、製造プロセスにわずかな変更しか必要とせずに、通常の半導体装置製造ラインで既に利用可能な組立技術または通常の半導体装置製造ラインに対し容易に追加される組立技術を用いて、改良された半導体装置が得られることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下の詳細な記述は本質的に単なる一例に過ぎず、かつ本発明または本発明の適用形態および使用を限定するために行なわれるのではない。更に、本発明を、前出の技術分野、背景技術、要約に示される、または以下の詳細な記述に示される明示的または暗示的ないかなる理論に拘束しようとするものでもない。
【０００６】
図を分かり易く、かつ明瞭にするために、これらの図面に表わす図は構造の概要を示し、そして公知の機能および技術に関する記述および詳細を省略して本発明を不必要に不明瞭にすることがないようにしている。更に、これらの図面に表わす図に含まれる構成要素は必ずしも寸法通りには描かれていない。例えば、これらの図における幾つかの構成要素または領域の寸法を他の構成要素または領域に対して誇張して描いて本発明の実施形態を理解し易くしている。
【０００７】
記述および請求項において用いられているとすると、「ｆｉｒｓｔ」、「ｓｅｃｏｎｄ」、「ｔｈｉｒｄ」、「ｆｏｕｒｔｈ」などの用語は、同様な構成要素を区別するために使用し、必ずしも特定の連続する、または時系列に従った順番を表すために使用するのではない。ここで、このように使用する用語は適切な条件の下では入れ替え可能であるので、本明細書に記載する本発明の実施形態が、例えば例示の順番以外の、または本明細書に記載する順番以外の順番で動作することができることを理解されたい。また、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｈａｖｅ」、およびこれらの全ての変形は包括的な意味を持たせているので、一連の構成要素を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）プロセス、方法、製品、または装置は必ずしもこれらの構成要素に限定されるのではなく、明らかには列挙されていない、またはこのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の構成要素を含むことができるものとする。
【０００８】
記述および請求項において用いられているとすると、「ｌｅｆｔ」、「ｒｉｇｈｔ」、「ｉｎ」、「ｏｕｔ」、「ｆｒｏｎｔ」、「ｂａｃｋ」、「ｕｐ」、「ｄｏｗｎ」、「ｔｏｐ」、「ｂｏｔｔｏｍ」、「ｏｖｅｒ」、「ｕｎｄｅｒ」、「ａｂｏｖｅ」、「ｂｅｌｏｗ」などの用語は、表現上の目的で使用し、必ずしも恒久的な相対位置を表わすために使用するのではない。ここで、このように使用する用語は適切な条件の下では入れ替え可能であるので、本明細書に記載する本発明の実施形態が、例えば例示の配置以外の、または本明細書に記載する配置以外の配置で動作することができることを理解されたい。本明細書において使用する「ｃｏｕｐｌｅｄ」という用語は、電気的な手段で、または非電気的な手段で、直接的に、或いは間接的に接続されるとして定義される。本明細書で使用するように、「ｌｅａｄ−ｆｒａｍｅ」という用語は、１つ以上の個々の半導体ダイ、または相互接続される半導体ダイのマウント先である全ての支持構造を指すために用いられ、かつ金属、樹脂セラミック、ガラス、またはこれらの材料の組み合わせとすることができる。本明細書で使用するように、「ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｄｉｅ」という用語、および「ＳＣ  ｄｉｅ」という略語は、個々の半導体装置である、または集積回路におけるような半導体装置の複合アセンブリである、或いは他のいずれかの構成の半導体装置であるかどうかに拘らず、全ての種類および構成の半導体装置を指すために用いられる。本明細書で使用するように、「ｗｉｒｅ  ｂｏｎｄｓ」および「ｂｏｎｄｉｎｇ  ｗｉｒｅｓ」という用語は、パッケージリードをＳＣダイ上の接触領域、ボンディングパッドまたはその両方に電気的に接続する全ての手段を指すために用いられ、ワイヤまたは類似手段の使用のみに限定されない。他の電気的接続手段の非限定的な例として、ビームリード、半田バンプ、金属プラスチックテープなどを挙げることができる。
【０００９】
図３には、本発明の第１の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイ４２を収容する成形樹脂パッケージ半導体装置４０の概略模式断面図を示す。半導体装置４０はＳＣダイまたは装置４２を含む。このＳＣダイまたは装置４２は、簡便にはヒートシンク４３にマウントされ封止樹脂４７で囲まれている（おそらく、ヒートシンク４３の下側表面４１を除いて）が、これは必須ではない。封止樹脂４７は、輪郭線４７−１で示すようにヒートシンク４３の下側表面４１が露出されてもよく、輪郭線４７−２で示すように下側表面４１が封止樹脂４７内に埋め込まれてもよい。下側表面４１についてはいずれの構成も有用であるので、本発明にとって重要ではない。しかしながら、ダイ４２の上側表面５０およびそのすぐ周囲は、封止樹脂４７よりも低い誘電率、低い損失正接またはその両方を有する緩衝領域５１によって、封止樹脂４７から分離される。緩衝領域５１が封止樹脂４７よりも低い誘電率を有する場合、浮遊電界容量結合が減少し、性能は向上する。緩衝領域５１が封止樹脂４７よりも低い損失正接を有する場合、浮遊電界電力損失が減少し、性能は向上する。緩衝領域５１の誘電率および損失正接の両方が封止樹脂４７の誘電率および損失正接よりも低いことが望ましいが、この構成は必須ではなく、誘電率および損失正接のいずれか一方が封止樹脂４７よりも低いとき、性能が向上する。ダイ４２はボンディングパッドもしくは他の接続パッド、またはメタライズ領域４４−１，４４−２（まとめて４４と表記する）をダイ４２の上側表面５０に有する。ワイヤボンドまたは他の接続４５−１，４５−２（まとめて４５と表記する）は、ダイ４２に外部的な電気接続を提供するために。接続パッド４４を外部リード４６−１，４６−２（まとめて４６と表記する）のインナー部分４８−１，４８−２（まとめて４８と表記する）に接続する。要素４１，４２，４３，４４，４５，４６，４８は、機能において、半導体装置２０の要素２１，２２，２３，２４，２５，２６，２８と類似する。半導体装置４０のフリンジ電界４９のほとんどが緩衝領域５１を通過する。図３〜５には、浮遊フリンジ電界４９を、半導体装置４０の動作時に異なる電位を有するダイボンディングパッド４４−１，４４−２の間に延びるように示すが、これは簡便な図示のためでしかなく、当業者には、浮遊フリンジ電界が他の導電領域の間、例えば、使用時に異なる電位を有するダイ４２上の金属線（図示せず）間においてダイ４２表面の上方にも延びることがあること、また、このような浮遊フリンジ電界の全てが、本発明によって解決される上述の性能劣化に寄与し得ることが理解される。半導体装置４０および２０は、半導体装置４０の封止樹脂４７がダイ４２にほとんど接触することがなく、ダイ４２は、ヒートシンク４３に結合される下側表面以外、緩衝領域５１によって包囲される点で異なっている。領域５１はダイ表面５０の直ぐ傍の領域にほぼ限定されてもよく（図５参照）、図３〜４に示すように、ワイヤボンドまたは接続線４５、およびリード４６のインナー端部４８の一部又は全部が包囲されてもよい。
【００１０】
緩衝領域５１は、ＳＣダイ４２の動作に悪影響を及ぼすことがないように、化学的に安定であり、かつＳＣダイ４２の表面５０と電気的および化学的に適合する必要がある。図３には、緩衝領域５１が、例えば、緩衝領域５１の残りの部分を構成するバインダーまたは樹脂５３よりも低い誘電率、損失正接またはその両方を有する有意な量のフィラー５２を含む状態を示す。これによって、封止樹脂４７よりも領域５１の全誘電率ε、全損失正接δまたはその両方が全体的に低下するという効果が生じる。緩衝領域５１が、例えば、金属パッドまたは配線４４の配置された、装置表面５０に概して接触することまたは非常に近接すること、また必須ではないが、望ましくは、ワイヤボンド４５および外部リード４６のインナー部分４８に非常に近接することは、フリンジ電界４９が最大となるそれらの位置において、全誘電率ε、全損失正接δまたはその両方を低下させる有利な効果を最大に得るには重要である。
【００１１】
緩衝領域５１に含める材料に適する材料として、低誘電率、低損失正接またはその両方を示す種々のフィラー５２がある。一般的に、フィラー５２は化学的に安定であり、領域５１および成形プロセスに使用されるバインダー樹脂５３と相溶し、また、領域５１全体を通じてほぼ一様に、かつ概してランダムなサイズ分布となるように、ほぼ顕微鏡的な種々のサイズで利用可能である。更に、フィラー５２を添加することによって領域５１または半導体装置４０の外部空孔率が大幅に増加しないことが望ましい。フィラー５２がバインダー樹脂５３内に緊密に詰め込まれ、全体的なパッケージ強度および密閉性に最小の影響しか与えずに、可能な限り大きな空間を充填する（それによって、緩衝領域５１を構成する複合材料の誘電率ε、損失正接δまたはその両方を最小化する）ことができるように、複数のサイズのフィラーの混合物を使用することが望ましい。有用な材料は微粉砕したスチレンおよび他の軽量プラスチックならびに軽量ガラス、ガラス砕片またはセラミック砕片、または中空ガラス、セラミックもしくはプラスチックの微小球、またはこれらの材料の組み合わせである。中空ガラス微小球は、所望のフィラー材料の非限定的な例であり、例えば、ミネソタ州セントポール市に本拠を置く３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙにより、適切なサイズ範囲で市販されている。中空微小球または他の低密度粒子は、小さい方のサイズとして、典型的な素子パターンサイズ（例えば、数マイクロメートル）程度のサイズを有し、また例えば、領域５１の厚さ５４の約５０％以下の最大サイズを有することが望ましい。サイズ上限値は、１つ以上の大きな微小球を粉砕することによって湿気の侵入を許す不所望の欠陥または割れが領域５１に発生することがないように、設定されることが望ましい。微小球または他の粒子の直径または最大寸法が約３００マイクロメートル以下、更に好適には約１００マイクロメートル以下、そして更に好ましくは約８０マイクロメートル以下であることが望ましい。別の表現をすると、微小球または他のフィラー粒子のサイズ範囲は、有効には、約０．３〜３００マイクロメートル、更に好適には約３〜１００マイクロメートル、そして更に好ましくは約３〜８０マイクロメートルであることが望ましいが、封止対象の特定装置、リードフレームのサイズおよび構造、使用するフィラーの種類などに応じて、これらの値よりも大きな範囲、または小さな範囲を使用してもよい。混合物中の中空微小球（または、他のフィラー）の量は、充分な堅牢性および耐湿性を維持する性質を示すようにできる限り多くする必要がある。普通、領域５１における微小球または他のフィラー粒子の体積百分率は、有効には緩衝領域５１を構成する混合材料または複合材料の約５０体積パーセント以上、好適には約６０体積パーセント以上、更に好適には約７０体積パーセント以上である。
【００１２】
図４には、本発明の別の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイ４２を収容する成形樹脂パッケージ半導体装置６０の概略模式断面図を示す。半導体装置６０の要素４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４７−１，４７−２，および４８は、半導体装置４０において同様のものとして特定される要素に類似するので、半導体装置４０に関連するそれらの要素についての記述を参照することにより、当該記述を図４に関する記述に援用する。半導体装置４０および６０は、ダイ４２の周りの緩衝領域５１，６１の構成が異なる。半導体装置４０は、フィラー５２を含む低誘電率緩衝領域５１を使用する様子を示している。半導体装置６０は、封止樹脂４７よりも低い誘電率、低い損失正接またはその両方を示すほぼ均質な緩衝領域６１を使用する様子を示している。緩衝領域６１が封止樹脂４７よりも低い誘電率を有する場合、浮遊電界容量結合が低減し、性能が向上する。緩衝領域６１が封止樹脂４７よりも低い損失正接を有する場合、浮遊電界電力損失が小さくなり、性能が向上する。緩衝領域６１の誘電率および損失正接の両方が封止樹脂４７の誘電率および損失正接よりも低いことが望ましいが、これは必須ではなく、誘電率および損失正接のいずれか１つのパラメータが封止樹脂４７の該当するパラメータよりも低い場合に性能の向上を達成することができる。緩衝領域６１は、ＳＣダイ４２の動作に悪影響を及ぼすことがないように、化学的に安定で、かつＳＣダイ４２の表面５０と電気的および化学的に適合する必要がある。適切な材料の例として、日立製作所（Ｈｉｔａｃｈｉ  Ｃｏｍｐａｎｙ）［日本、東京］によるポリイミド材料、デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）［デラウェア州ウィルミントン市］によるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）材料、およびダウ・ケミカル社（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）［ミシガン州ミッドランド市］によるＳｉＬＫ（登録商標）材料を挙げることができる。有用な材料の別の例として、ＳＯＬ−ＧＥＬＳ、ＡＥＲＯ−ＧＥＬＳまたはその両方として知られる材料を挙げることができる。このような材料は一般に市販されており、この技術分野において公知である（例えば、ｗｗｗ．ｓｏｌｇｅｌ．ｃｏｍを参照）。これらの材料によって、緩衝領域５１，６１，７１，８１のための、ほぼ無機材料からなる材料、ほぼ有機材料からなる材料、またはそれらの材料の組み合わせ材料を提供することができる。
【００１３】
図４の半導体装置６０は、緩衝領域６１を被覆する随意のシール層６２を使用する様子も示している。シール層６２を図４にのみ示しているが、このシール層は図３の緩衝領域５１、図５の緩衝領域７１、および図６〜７の緩衝領域８１にも適用することができる。したがって、ここで用いられるように、緩衝領域６１をシール層６２と組み合わせることの参照には、緩衝領域５１，７１，８１も含むことが意図される。シール層６２は、緩衝領域６１によって封止樹脂４７を多孔性とする場合に望ましい。湿気または他の有害物質の侵入を容易にする可能性のある多孔性は望ましくない。緩衝領域６１を覆ってほぼ不浸透性のシール層６２を設けることにより、領域６１から生じる多孔性の増大を軽減することができる。シール層６２に適する材料の非限定的な例として、堆積二酸化シリコン、窒化シリコンまたはその両方など、ほぼ無機材料からなる材料、ポリイミド、パリレンまたはその両方など、ほぼ有機材料からなる材料、ならびに無機材料と有機材料との種々の組み合わせを挙げることができる。これに代えて、シール層６２は、緩衝領域６１（または、緩衝領域５１，７１，および８１）をプラズマまたは他の触媒に曝露して、例えば架橋または他の化学反応を促進し、緩衝領域６１（または、５１，７１，および８１）の表面層を例えば湿気をほとんど浸透させない表面層にすることによって、ｉｎ−ｓｉｔｕで形成することができる。シール層６２が必要であるかどうかは、緩衝領域５１，６１，７１，８１および封止樹脂４７として選択される物質、湿気に対するダイ４２の感度、ならびに封止した完成装置が適合することを期待される環境条件に応じて変わる。これらの要素は状況によって変わり、かつこの技術分野の当業者による判断で決まる。この技術分野の当業者には、シール層６２が必要であるか否かをどのように決定するかが理解される。シール層６２を使用する形態を図４の半導体装置６０に詳細に示すが、このようなシール層は、必要に応じて図３の半導体装置４０の緩衝領域５１、図５の半導体装置７０の緩衝領域７１、および図６〜７の緩衝領域８１の上にも用いられる。更に、バリア層６２は、湿気の侵入に対する保護に極めて有用であるが、この目的に限定されず、他の有害物質の侵入を遅らせる、または軽減するために使用することもできる。したがって、「ｓｅａｌｉｎｇ  ｌａｙｅｒ（シール層）」の用語は、このような機能を備える層を指すために使用される。
【００１４】
図５には、本発明の更に別の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイ４２を収容する成形樹脂パッケージ半導体装置７０の概略模式断面図を示す。半導体装置７０の要素４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４７−１，４７−２，４８は、半導体装置４０，６０において同様のものとして特定される要素に類似するので、半導体装置４０，６０に関連するそれらの要素についての記述を参照することにより、当該記述を図５に関する記述に援用する。半導体装置４０，６０，７０は、緩衝領域５１，６１，および７１の厚さ５４が異なる。図３〜４に示す半導体装置４０および６０の場合、厚さ５４は、緩衝領域５１，６１がダイ表面５０を被覆するだけでなく、上方に延びてワイヤボンドまたは他の接続線４５、および任意であるが、リード４６の端部４８の一部分をほぼ封止するように充分大きい値である。図５の半導体装置７０の場合、厚さ５４は上述の値よりも小さいので、緩衝領域７１（シール層６２を有するまたは有さない領域５１，６１に類似する）はダイ表面５０およびダイメタライズ領域４４を被覆するが、ワイヤボンドまたは接続線４５の全てを囲むほど充分には延びていない。図５の構造は、ダイおよびパッケージが、ワイヤボンド４５とリード部分４８との間ではなく、主としてダイ表面５０上の導体の間、ボンディングパッドの間またはその両方にフリンジ電界４９が延びるように設計される場合に適する。このような状態では、緩衝領域７１の小さな塊だけで、パッケージ半導体装置７０におけるクロストークおよび過剰誘電損失を小さくするために充分である。同じ材料を、領域５１，６１に関するように、被覆シール層６２（図４参照）を有するまたは有さない領域７１に関して使用することができる。したがって、図３〜４に関連するそのような材料についての記述を参照することにより、当該記述を図５に関する記述に援用する。
【００１５】
図６は、ＳＣダイ４２を搭載するリードフレーム８０の要部平面図を示し、そして図７は要部切欠側面図を示し、封止樹脂４７を設ける前にＳＣダイ４２の上、ＳＣダイ４２の周りまたはその両方に形成される図３〜５の領域５１，６１，７１に類似する緩衝領域８１を示している。図６〜７の要素４２，４３，４４，４５，４６，および４８は、図３〜５に同様のものとして特定される要素に類似する。３つの代表的なセクション８０−１，８０−２，８０−３がリードフレーム８０に示され、各セクションには半導体ダイ４２などが搭載される。輪郭破線８４は、型キャビティの凡その位置を示し、この位置に、封止樹脂４７がダイ４２、ヒートシンク４３、ボンディングワイヤ４５、インナーリード端部４８、緩衝領域８１などの周りに形成されることになる。この例では、ダイボンディングフラグ（ｄｉｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｆｌａｇ）４３の下側表面４１は封止樹脂４７の中に封止されることになるが（図３〜５参照）、これは必須ではなく、下側表面を露出させたままにしても良い。リードフレーム部分８２の内の不要部分を、封止樹脂４７を形成した後に取り除いて、この例では、封止樹脂４７から飛び出したままの状態で残る部分がリード４６だけになるようにする。リードフレームセクション８０−１および８０−２には、後続の封止樹脂４７よりも低い誘電率、低い損失正接またはその両方を有する緩衝領域８１が、部分８０−１および８０−２の上の所定位置に位置している様子が示される。リードフレームセクション８０−１，８０−２の上の緩衝領域８１は、緩衝領域８１を構成する材料の性質に応じて、硬化されているかまたは硬化を待つ状態にあり、封止樹脂４７の中に封止されるのを待つ状態にある（図３〜５参照）。リードフレームセクション８０−３には緩衝領域８１’が、当該領域をダイ４２などの上にノズル８６から噴霧して付着させることにより形成した直後の状態として示される（下方のダイ４２が見難くなることがないように、ノズル８６を図６から省く）。図７のこの例では、緩衝領域８１’を形成する材料の液滴をノズル８６から吐出し、そしてダイ４２（および関連部分）の上に滴下するが、この場合、当該材料が崩れて、セクション８０−２および８０−１に示す領域８１を形成する。リードフレーム８０を矢印８８で示す方向に（または、ノズル８６を反対方向に）ピッチ送りすることにより、リードフレーム８０の各セクション８０−１，８０−２，８０−３，．．．，８０−Ｎをノズル８６の下方に位置させて、緩衝領域８１を必要に応じて付着させることにより形成することができる。複数のノズルを使用する（並列で、または直列で）ことにより、複数のダイに緩衝領域８１を同時にコーティングにより形成して、プロセスを高度に自動化し、そして低コストで実行することができるようにする。例えば図４の層６２に類似するシール層が望ましい場合、シール層は、緩衝領域８１を覆うように付着させることによってほぼ同じ方法で形成されてもよく、または緩衝領域８１の上に噴霧することによって形成されてもよく、上述のようにｉｎ−ｓｉｔｕで、または他のいずれかの効率的な手段によって形成されてもよい。
【００１６】
低誘電率の緩衝領域５１，６１，７１，８１は、有効には封止樹脂４７の誘電率の約８０パーセント以下、更に有利には封止樹脂４７の約６０パーセント以下、そして好ましくは封止樹脂４７の約４０パーセント以下の誘電率を有する。別の表現をすると、緩衝領域５１，６１，７１，８１は、有効には約３．０未満の比誘電率、更に有利には約２．５未満の比誘電率、そして好ましくは約２．０未満の比誘電率を有し、いずれの場合においても、封止樹脂４７の誘電率よりも低い誘電率を有する。同様に、緩衝領域５１，６１，７１，８１の損失正接は約０．００５未満であることが望ましい。
【００１７】
図８には、緩衝領域５１，６１，７１，８１をＳＣダイ４２の直ぐ傍に設けることにより、パッケージクロストーク、損失またはその両方が小さい樹脂封止半導体（ＳＣ）装置を形成する、本発明の更に別の実施形態による方法１００を示す概略フローチャートを示す。緩衝領域５１，６１，７１，８１は周囲の封止樹脂４７よりも低い誘電率ε、低い損失正接δまたはその両方を有する、すなわち小さいεまたは小さいδを、或いは小さいεおよび小さいδの両方を有し、この条件は図８に略記「ε、δまたはその両方」によって表わされ、略記「ε、δまたはその両方」は、パラメータεまたはδの内の少なくとも１つのパラメータを、封止樹脂４７の該当するパラメータよりも小さくする必要があることを意味する、またはパラメータεおよびδの両方を、封止樹脂４７の両方のパラメータよりも小さくなるようにしても良いことを意味する。方法１００は開始１０２から始まり、そして１つ以上のＳＣダイ４２を設ける第１工程１０４に進む。工程１０６では、ダイ４２をリードフレーム８０（前に述べたように、リードフレーム８０はいずれのタイプの支持体とすることもできる）にマウントする。工程１０８では、封止樹脂４７よりも低い誘電率εまたは低い損失正接δを有する、或いは低い誘電率εおよび低い損失正接δの両方を有する材料をダイ４２に滴下し、そして任意であるが、ワイヤボンド４５、インナーリード４８などに滴下する。低い誘電率ε、低い損失正接δまたはその両方を有する材料は、上述のいずれの種類の材料であってもよく、またはその均等物であってもよい。任意の工程１１０では、シールコーティング（例えば、図４のコーティング６２）を付着させること、または形成することができ（或いは、付着または形成しなくても良い）、シールコーティングを施すかどうかは、完成装置に対する必要性によって変わる。任意の工程１１２では、緩衝領域５１，６１，７１，８１（および、適用するかどうかは任意のシール層６２）を必要に応じて硬化させる。硬化処理は、緩衝領域５１，６１，７１，８１（および、適用するかどうかは任意のシール層６２）として選択される材料の種類によって変わり、そして硬化処理には、例えばこれらに限定されないが、触媒される樹脂の調製を可能にする最小経過時間、または樹脂を熱硬化させる場合の熱処理、または最小経過時間および熱処理の組み合わせ、或いは他の硬化プロセスが含まれる。選択する材料の組み合わせによって変わるが、緩衝領域５１，６１，７１，８１は、シール層６２を付着させる前に硬化させることができる、または緩衝領域およびシール層の両方をまとめて硬化させる、或いはシール層６２を個別に硬化させることができる。これに代えて、緩衝領域５１，６１，７１，８１（もしくは全てのシール層６２、またはその両方）は、ユーザが選択した材料に応じて、封止樹脂４７と同時に工程１１８で硬化させることができる。この技術分野の当業者であれば、どのようにして適切な硬化条件を、当業者が選択した特定の材料によって変わる形で指定すれば良いかが分かるであろう。任意の硬化工程１１２は省略することができる、または後続の工程１１４，１１６，１１８のうちの１つ以上の工程と組み合わせることができ、硬化��程１１２を省略するか、それとも後続の工程のいずれかの工程と組み合わせるかは、必要な硬化処理および封止条件によって変わる。工程１１４では、緩衝領域５１，６１，７１，８１が付着形成されているリードフレーム８０を、例えば図６の破線輪郭線８４によって示されるキャビティを有する型にセットし、そして工程１１６では、封止樹脂４７を、低い誘電率εおよび／又は低い損失正接δを有する緩衝領域５１，６１，７１，８１、および緩衝領域５１，６１，７１，８１によって未だ被覆されていないインナーリードフレーム部分を覆うように付着させる。工程１１８では、封止樹脂４７を、この技術分野で公知の手段を使用して適切に硬化させる。工程１２０では、封止済みのリードフレームを型から取り出す。方法１００は終了１２２に進む。後続の処理（例えば、トリミング、リード形成、検査など）を従来通りに行なう。
【００１８】
第１の実施形態によれば、支持部材と、支持部材の一部分にマウントされる半導体ダイと、支持部材およびダイの少なくとも一部分を封止する封止樹脂と、封止樹脂とダイとの間に位置する緩衝領域と、を備える半導体装置が提供される。緩衝領域は封止樹脂よりも低い誘電率、封止樹脂よりも低い損失正接、または封止樹脂よりも低い誘電率および封止樹脂よりも低い損失正接の両方を有する。更に別の実施形態では、緩衝領域はバインダーマトリクス中に中空微小球を含む。更に別の実施形態では、中空微小球は、約３００マイクロメートル以下のサイズの直径を有する中空ガラス微小球である。別の実施形態では、緩衝領域は約３以下の比誘電率を有する更に別の実施形態では、緩衝領域は約０．００５以下の損失正接を有する。
【００１９】
第２の実施形態によれば、１つ以上のボンディングパッドを有する半導体ダイと、半導体ダイの１つ以上の面を取り囲む封止樹脂と、封止樹脂と半導体ダイとの間に位置し、かつ１つ以上のボンディングパッドの内の少なくとも１つのボンディングパッドを含む緩衝領域と、を備える樹脂封止半導体装置が提供される。緩衝領域は、封止樹脂よりも低い誘電率、封止樹脂よりも低い損失正接、または封止樹脂よりも低い誘電率および封止樹脂よりも低い損失正接の両方を有する。別の実施形態では、緩衝領域は半導体ダイの１つ以上の面に接触する。更に別の実施形態では、緩衝領域はフィラーを含む。更に別の実施形態では、フィラーは約３００マイクロメートル以下の直径の中空微小球を含む。更に別の実施形態では、緩衝領域は、封止樹脂の誘電率の約８０％以下の誘電率を有する材料を含む。更に別の実施形態では、緩衝領域は多孔質材料を含む。更に別の実施形態では、半導体装置は、緩衝領域と封止樹脂との間に位置する耐湿シール層（ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）をさらに備える。
【００２０】
第３の実施形態によれば、半導体ダイを封止する方法が提供される。この方法は、
ダイをリードフレームにマウントする工程と、ダイの一部分を、第１誘電率および第１損失正接を有する緩衝領域で被覆する工程と、ダイおよび緩衝領域が配置されたリードフレームを、樹脂封止に適する型に配置する工程と、ダイおよび緩衝領域は型のキャビティに配置されることと、封止樹脂を型のキャビティに配置して、リードフレーム、ダイ、および緩衝領域の周りの型のキャビティに、第２誘電率および第２損失正接を有する樹脂材料を充分に充填する工程と、を含む。第２誘電率は第１誘電率よりも大きいか、または第２損失正接は第１損失正接よりも大きい、更に別の実施形態では、第２誘電率が第１誘電率よりも大きく、かつ第２損失正接が第１損失正接よりも大きい。更に別の実施形態では、本方法は更に、被覆する工程の後に、緩衝領域を少なくとも部分的に硬化させる工程を含む。更に別の実施形態では、被覆する工程は、中空微小球を含みフィラーを含む緩衝領域材料でダイの一部分を被覆する工程を含む。更に別の実施形態では、被覆する工程は、第２誘電率の約８０％未満の第１誘電率を有する緩衝領域材料でダイの一部分を被覆する工程を含む。更に別の実施形態では、この方法は、被覆する工程と配置する工程との間に、緩衝領域をシール層で被覆する工程を含む。更に別の実施形態では、被覆する工程は、ほぼ有機材料からなる材料でダイの一部分を被覆する工程を含む。更に別の実施形態では、被覆する工程は、ほぼ無機材料からなる材料でダイの一部分を被覆する工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】半導体（ＳＣ）ダイを収容する先行技術による成形樹脂パッケージ半導体装置の概略模式断面図。
【図２】半導体（ＳＣ）ダイを収容する先行技術による中空パッケージ半導体装置の概略模式断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイを収容する成形樹脂パッケージ半導体装置の概略模式断面図。
【図４】本発明の別の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイを収容する成形樹脂パッケージ半導体装置の概略模式断面図。
【図５】本発明の更に別の実施形態による半導体（ＳＣ）ダイを収容する成形樹脂パッケージ半導体装置の概略模式断面図。
【図６】図３〜５に示す樹脂封止の前にＳＣダイ上に形成される緩衝領域を示す、リードフレームおよび半導体（ＳＣ）ダイの要部平面図。
【図７】図３〜５に示す樹脂封止の前にＳＣダイ上に形成される緩衝領域を示す、リードフレームおよび半導体（ＳＣ）ダイの要部切欠側面図。
【図８】パッケージのクロストークおよび損失が低い樹脂封止半導体（ＳＣ）装置を形成する本発明の更に別の実施形態による方法を示す概略フローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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