專利名稱：半導(dǎo)體封裝裝置及成型物質(zhì)引起的寄生電容的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝(Package)裝置，特別是關(guān)于計(jì)算成形物質(zhì)在金屬配線上所產(chǎn)生的寄生電容，并根據(jù)對(duì)計(jì)算出的寄生電容的分析來(lái)減小金屬配線的寄生電容、或增大金屬配線的驅(qū)功能力，從而使動(dòng)作速度加快的半導(dǎo)體封裝裝置。
一般說(shuō)來(lái)，半導(dǎo)體封裝裝置是通過(guò)擴(kuò)散、成長(zhǎng)、離子注入、沉積及光刻等多道工序在半導(dǎo)體晶片(Wafer)基板上形成電路的，為了使形成的電路在電氣上連通，至少要形成一次以上的金屬配線，然后，將保護(hù)膜包覆在金屬配線上以保護(hù)金屬配線，再將晶片分離成芯片(Chip)單元的基片。這種被分離的基片附著在導(dǎo)線框(leadframe)上，為了使基片的焊接點(diǎn)(banding pad)與上述導(dǎo)線框的導(dǎo)線在電氣上連通，在進(jìn)行電線結(jié)合(Wirebanding)之后，再用上述模具化合物樹(shù)脂密封起來(lái)。這種成形物質(zhì)必須具有能滿足外部溫度、機(jī)械沖擊、電絕緣及熱傳導(dǎo)等各種因素的特性，因此，要使用導(dǎo)磁率相對(duì)大一些的物質(zhì)。
但，最終，半導(dǎo)體片或包覆基片的上述成形物質(zhì)是以金屬配線之間的寄生電容的形態(tài)起作用的。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在著增加金屬配線負(fù)荷的問(wèn)題。
也就是說(shuō)，在最上層的金屬配線之間形成塑料、陶瓷之類的模具化合物，使寄生電容增大。而且，最近因系統(tǒng)逐漸大型化，系統(tǒng)的信息傳遞通道等金屬配線的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，使問(wèn)題變得更為突出。在這種情況下，由于驅(qū)動(dòng)信息傳遞通道的驅(qū)動(dòng)器需要驅(qū)動(dòng)比預(yù)想的容量要大得多的寄生電容，致使驅(qū)動(dòng)器的功能降低，甚至有可能產(chǎn)生晶片動(dòng)作不良的現(xiàn)象。
考慮到這些問(wèn)題，LUUT·Nguyen等人在1995年3月份出版的《IEEE部件的封裝生產(chǎn)技術(shù)學(xué)報(bào)》第18卷第1期A部分發(fā)表了在基片的保護(hù)膜上包覆一層保護(hù)層的技術(shù)論文。
但，在基片形成新的模包覆層會(huì)使成本上升。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可靠性高的半導(dǎo)體封裝裝置，該裝置可計(jì)算出由成形物質(zhì)在金屬配線上產(chǎn)生的寄生電容，并根據(jù)對(duì)計(jì)算出的寄生電容的分析，可以簡(jiǎn)單而不增加成本地使上述金屬配線的寄生電容減小、或者使金屬配線的驅(qū)動(dòng)能力提高。
此外，本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種計(jì)算方法，即計(jì)算由上述成形物質(zhì)在金屬配線產(chǎn)生的寄生電容的方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及的工藝性裝置是用上述模具化合物質(zhì)把導(dǎo)線框和附著在該導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封住的半導(dǎo)體封裝裝置。這種半導(dǎo)體封裝裝置在其半導(dǎo)體基板上設(shè)有金屬配線；并具有用模具化合物將上述金屬配線包覆起來(lái)的鈍化層，該鈍化層具有足夠的厚度、但又不填滿金屬配線之間的空隙。
本發(fā)明涉及的第一種裝置，是用上述模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封住的半導(dǎo)體封裝裝置，該封裝裝置具有在上述半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線以及輸出驅(qū)動(dòng)器，該輸出驅(qū)動(dòng)器被連接在各金屬配線與焊接點(diǎn)之間，考慮到因模具化合物引起寄生電容增加而使負(fù)荷量相應(yīng)增加的情況，所以上述輸出驅(qū)動(dòng)器具有足夠大的驅(qū)動(dòng)能力。
本發(fā)明涉及的第二種裝置，是用上述模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封而成的半導(dǎo)體封裝裝置，該裝置具有在半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線、負(fù)荷量檢測(cè)部(該檢測(cè)部是用于檢測(cè)由于金屬配線的寄生電容增加而增加的負(fù)荷量)以及輸出驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器被連接在金屬配線與焊接點(diǎn)之間，根據(jù)上述負(fù)荷量檢測(cè)部所檢測(cè)的輸出量來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)能力。
本發(fā)明涉及的第三種裝置，是用上述模具化合物質(zhì)將上述導(dǎo)線框和附著在導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封而成的半導(dǎo)體封裝裝置，該封裝裝置具有在上述半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線以及電平轉(zhuǎn)換器(Level repeater)，這種轉(zhuǎn)換器是在各金屬配線的每一段規(guī)定長(zhǎng)度上形成的。
本發(fā)明要達(dá)到的另一目的是本發(fā)明的計(jì)算方法，該計(jì)算方法是用于計(jì)算上述半導(dǎo)體封裝裝置的金屬配線之間的寄生電容的方法，金屬配線之間的寄生電容是這樣形成的，即用保護(hù)膜將金屬配線包覆起來(lái)的半導(dǎo)體基片附著在導(dǎo)線框上，由模具化合物在半導(dǎo)體封裝的金屬配線之間形成的。本計(jì)算方法的特點(diǎn)是，計(jì)算方法中的上述寄生電容的計(jì)算函數(shù)為Ctotal=ϵpLHd1(1+p(1-2q)·r+2q)=ϵpLHd1·Kmold]]>式中Kmold=1+p(1-2q)·r+2q]]>p＝d1/d2、q＝d3/d2、r＝εP/εM、εP為包覆金屬配線的保護(hù)膜的導(dǎo)磁率εM為模具化合物的導(dǎo)磁率d1為一對(duì)相鄰的金屬配線之間的距離d2為一對(duì)相鄰的金屬配線的上面之間的距離d3為包覆金屬配線的保護(hù)膜的厚度L為金屬配線的長(zhǎng)度H為金屬配線的高度及1/2線寬附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是用于說(shuō)明由CMOS半導(dǎo)體封裝裝置的金屬配線成形物質(zhì)而產(chǎn)生的寄生電容的CMOS半導(dǎo)體封裝裝置的剖面圖；圖2是表示計(jì)算金屬配線之間的寄生電容的模擬結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖2的模擬結(jié)構(gòu)用于計(jì)算寄生電容的等價(jià)電路圖；圖4表示寄生電容隨模具化合物質(zhì)的導(dǎo)磁率及寬度變化而增加的比率。
下面按照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是用來(lái)說(shuō)明計(jì)算本發(fā)明半導(dǎo)體封裝裝置的模具化合物質(zhì)所產(chǎn)生的寄生電容的圖，表示CMOS半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖1，半導(dǎo)體封裝裝置是通過(guò)普通的CMOS制造工序在硅基板10的表面形成P型凹部(Well)12、n型凹部(Well)14、場(chǎng)化氧化膜16、柵極(gate)氧化膜18、柵極(gete)電極20、側(cè)壁襯墊22、源極(Source)/漏極雜質(zhì)區(qū)24；形成半導(dǎo)體管；形成平坦的第一層間絕緣層26；在上述半導(dǎo)體的源極/漏極雜質(zhì)區(qū)24上形成接觸點(diǎn)；在一次金屬配線28上形成源極/漏極電極；并在其上包覆一層平坦的第二層間絕緣層30，在其上側(cè)形成二次金屬配線32。然后，用材質(zhì)為PSG 34和SIN 36的鈍化層包覆上述二次金屬配線32，再在鈍化層上包覆一層上述模具化合物38。
如上這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體封裝裝置，在上述二次金屬配線之間形成腰部40，在該腰部40上充滿了上述模具化合物質(zhì)。
由于模具化合物的感應(yīng)常數(shù)比空氣的感應(yīng)常數(shù)1大，所以二次金屬配線的寄生電容會(huì)增大。也就是說(shuō)，在上述金屬配線與金屬配線之間存在著比固有的寄生電容(Cinteline)大得多的寄生電容，它成為預(yù)料不到的寄生負(fù)荷，因此，只按驅(qū)動(dòng)原有的寄生電容設(shè)計(jì)的輸出端緩沖器(buffer)，會(huì)導(dǎo)致緩沖器不能很好地動(dòng)作的結(jié)果。所以，首先要對(duì)寄生電容進(jìn)行定量分析。
圖2是用圖式表示金屬配線與金屬配線之間的寄生電容的圖。根據(jù)圖1、圖2，金屬配線與金屬配線之間的寄生電容可分為兩種。
第一，在電場(chǎng)作用于金屬配線與金屬配線之間的最相鄰的距離d1[在這種情況下，介電常數(shù)(permittivity)值為PSG的介電常數(shù)值，本發(fā)明用εP表示]的情況下，這種寄生電容為普通寄生電容、用Cinterline表示。
第二，是經(jīng)過(guò)PSG及SIN并通過(guò)上述模具化合物生成的、由于距離d2而發(fā)生的寄生電容，這是本發(fā)明所考慮的項(xiàng)目。這種情況下的PSG及SIN的介電常數(shù)用εP表示，上述模具化合物的介電常數(shù)用εM表示(在一般情況下，由于PSG與SIN是類似的物質(zhì)，所以兩種物質(zhì)的介電常數(shù)幾乎相等。因此，所有的介電常數(shù)均可用εP表示)。
圖3是把這些寄生電容作為等價(jià)電路表示的電路圖。假設(shè)PSG及SIN鈍化層的厚度為d3，便可計(jì)算各個(gè)寄生電容的值，下式成立。C1=C3=ϵPL(W/2)d3---(1)]]>C2=ϵML(W/2)d2-2d3---(2)]]>C4=ϵpLHd1---(3)]]>式中，C4為不受上述模具化合物影響的、原有的寄生電容，其他寄生電容是由于模具化合物而增加的寄生電容值。在這種情況下，總寄生電容按下式計(jì)算，式中第二項(xiàng)比原有的寄生電容C4大。Ctotal=C4+C1·C2·C3C1C2+C2C3+C3C1---(4)]]>因此，將式(1)、式(2)、式(3)及式(4)結(jié)合起來(lái)便得到式(5)的結(jié)果。Ctotal=ϵpLHd1+ϵMϵp(1-2d3/d2)ϵ,+2(d3/d2)ϵM·L(W/2)d2---(5)]]>一般情況下，假設(shè)H為W/2、P＝d1/d2、q＝d3/d2、r＝εP/εM，最終可得到式(6)及式(7)的結(jié)果。Ctotal=ϵpLHd1(1+p(1-2q)·r+2q)=ϵpLHd1·Kmold---(6)]]>Kmold=1+P(1-2q)·r+2q---(7)]]>在式(6)和式(7)中，Kmold是比率常數(shù)，該常數(shù)表示由于上述模具化合物而增加的寄生電容的值比原有的寄生電容增加了多少。
利用該數(shù)學(xué)模型描繪關(guān)于Kmold的曲線圖，便可看出上述寄生電容的變化情況。雖然在大部分情況下存在著若干差異，但P值僅為0.5左右，把q值作為X軸、r值作為Y軸畫(huà)曲線圖，得到圖4所示結(jié)果。
從圖4可知，q和r值越小則寄生電容增加越多。也就是說(shuō)，與PSG及SIN的厚度相比，上述模具化合物的厚度越大則模具化合物就越需要使用介電常數(shù)大的物質(zhì)；與PSG相比，介數(shù)常毀大則Kmold的值增大越多。
此外，從圖4還可以看出，假定總值增大9倍，則上述寄生電容比原有的寄生電容值增大約2倍。但，在一般情況下，約增大0.3～1倍。
為了減小由于上述模具化合物而增加的寄生電容，就必需采取工藝上的解決方法及電路上的解決方法。
首先，工藝性的解決方法有增加PSG厚度的方法，在這種情況下，是通過(guò)增加PSG的厚度來(lái)減少充滿在金屬配線與金屬配線之間的模具化合物的量。但，在這種情況下，僅僅為了使PSG增加到足夠的高度，就必須經(jīng)過(guò)氧化工序進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的氧化。因此，該方法存在著下部或鈍化層產(chǎn)生裂紋的缺點(diǎn)。
電路方面的解決方法是，在進(jìn)行輸出端設(shè)計(jì)時(shí)，將驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)得大、而且強(qiáng)一些，使其能驅(qū)動(dòng)比所給與的負(fù)荷特性更大的負(fù)荷。
此外，還可設(shè)計(jì)可以能動(dòng)地感知輸出側(cè)負(fù)荷的智能驅(qū)動(dòng)器。這種智能驅(qū)動(dòng)器可感知到輸出端的負(fù)荷量大小，本發(fā)明技術(shù)是使驅(qū)動(dòng)器具有最佳驅(qū)動(dòng)性能的技術(shù)，將來(lái)有可能成為重要的技術(shù)。也就是說(shuō)，本發(fā)明裝置具有負(fù)荷量檢測(cè)部，用于檢測(cè)由于上述各金屬配線的寄生電容而增加的負(fù)荷量，具有上述輸出驅(qū)動(dòng)器，它可以根據(jù)負(fù)荷檢測(cè)部所測(cè)得的輸出值來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)能力。
最后，還可采取下述方法，即設(shè)計(jì)不太長(zhǎng)的信息傳遞通路，在不得已的情況下，在上述金屬配線之間插入電平轉(zhuǎn)換器，這樣就不用驅(qū)動(dòng)大負(fù)荷。
如上所述，本發(fā)明既不增加成本、結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單，采用這種裝置就不受模具化合物所導(dǎo)致的寄生電容增加的影響，從而提高了半導(dǎo)體封裝裝置的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝裝置，它用模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在該導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封起來(lái)，其特征在于這種半導(dǎo)體封裝裝置在其半導(dǎo)體基板上設(shè)有金屬配線；并具有用模具化合物將上述金屬配線包覆起來(lái)的鈍化層，該鈍化層具有足夠的厚度、但又不填滿金屬配線之間的空隙。
2.一種半導(dǎo)體封裝裝置，該裝置是用模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在該導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體模密封起來(lái)的，其特征在于這種半導(dǎo)體封裝裝置具有在半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線和輸出驅(qū)動(dòng)器，該輸出驅(qū)動(dòng)器連接在各金屬配線與焊接點(diǎn)之間，考慮到由模具化合物引起寄生電容增加而使負(fù)荷量相應(yīng)增加，因此，上述輸出驅(qū)動(dòng)器具有足夠大的驅(qū)動(dòng)能力。
3.一種半導(dǎo)體封裝裝置，該裝置是用模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在該導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封起來(lái)的，其特征在于這種半導(dǎo)體封裝裝置具有在半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線；負(fù)荷量檢測(cè)部，該負(fù)荷量檢測(cè)部是用于檢測(cè)由于上述各金屬配線的寄生電容增加而增加的負(fù)荷量；以及輸出驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器連接在上述各金屬配線與焊接點(diǎn)之間，根據(jù)負(fù)荷檢測(cè)部所檢測(cè)的輸出值來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)能力。
4.一種半導(dǎo)體封裝裝置，該裝置是用模具化合物質(zhì)將導(dǎo)線框和附著在該導(dǎo)線框上的半導(dǎo)體基片密封起來(lái)的，其特征在于這種半導(dǎo)體封裝裝置具有半導(dǎo)體基板上形成的金屬配線、以及電平轉(zhuǎn)換器，該電平轉(zhuǎn)換器是在上述各金屬配線的每一段規(guī)定長(zhǎng)度上形成的。
5.一種計(jì)算半導(dǎo)體封裝裝置的金屬配線這間的寄生電容的計(jì)算方法，該寄生電容是這樣形成的，即用保護(hù)膜將金屬配線包覆起來(lái)的半導(dǎo)體基片附著在導(dǎo)線框上，由模具化合物在半導(dǎo)體封裝裝置的金屬配線之間形成的。該計(jì)算方法的特征在于，上述寄生電容的計(jì)算函數(shù)為Ctotal=ϵpLHd1(1+p(1-2p)·r+2q)=ϵpLHd1·Kmold]]>式中Kmold=1+P(1-2p)·r+2q]]>p＝d1/d2、q＝d3/d2、r＝εP/εM、εP為包覆金屬配線的保護(hù)膜的導(dǎo)磁率εM為模具化合物的導(dǎo)磁率d1為一對(duì)相接鄰的金屬配線之間的距離d2為一對(duì)相接鄰的金屬配線的上面之間的距離d3為包覆金屬配線的保護(hù)膜的厚度L為金屬配線的長(zhǎng)度H為金屬配線的高度及1/2線寬。
全文摘要
一種能克服寄生電容影響的半導(dǎo)體封裝裝置及金屬配線的寄生電容的計(jì)算方法。該裝置可計(jì)算由于模具化合物質(zhì)而引起的金屬配線之間寄生電容的增加值，并根據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，從工藝上或電路方面設(shè)法克服模具化合物質(zhì)所產(chǎn)生的寄生電容的影響，本發(fā)明裝置既不增加生產(chǎn)成本、結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單，可不受模具化合物所引起的寄生電容增加的影響，提高了半導(dǎo)體封裝裝置的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1150332SQ9611017
公開(kāi)日1997年5月21日 申請(qǐng)日期1996年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月10日
發(fā)明者宋敏圭 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社