半導體裝置及其製造方法、電路基板和電子設備的製作方法
2023-10-30 06:07:17 1
專利名稱：半導體裝置及其製造方法、電路基板和電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置及其製造方法、電路基板和電子設備，特別是，涉及封裝尺寸接近晶片尺寸的半導體裝置及其製造方法、電路基板和電子設備。
背景技術：
追求半導體裝置高密度封裝時，裸片封裝是理想的。可是，裸片難以保證產品質量和處理。所以，已開發出了接近晶片尺寸的封裝CSP(chip scale package)。
在以各種方案開發的CSP型的半導體裝置中，作為一種方案，有在半導體晶片的有源面一側上設置已製成圖形的撓性基板，並在該撓性基板上形成多個外部電極的方案。另外，大家還知道，在半導體晶片的有源面與撓性基板之間注入樹脂，以期吸收熱應力。
但是，在只用樹脂不能充分吸收熱應力的場合下，其它辦法才必要。
發明內容
本發明就是解決上述這一課題的，其目的在於提供一種封裝尺寸接近晶片尺寸，除所謂應力吸收層之外，能有效地吸收熱應力的半導體裝置及其製造方法、電路基板和電子設備。
本發明的半導體裝置的製造方法，具有準備已形成電極的圓片的工序；避開上述電極的至少一部分在上述圓片上設置第1應力緩衝層的工序；從上述電極起直到上述第1應力緩衝層上形成第1導通部的工序；在上述第1應力緩衝層的上邊形成與上述第1導通部連接的外部電極的工序；以及將上述圓片切斷成各個小片的工序；以設置上述第1應力緩衝層的工序和形成上述第1導通部工序中的至少一個工序，形成使應力緩和增大的構造。
根據本發明，由於在應力緩衝層上形成導通部和外部電極，故不需要預先設置外部電極和已製成圖形的薄膜等的基板。
並且，連接電極與外部電極的導通部，由於可根據設計自由形成，故可以不管電極的配置而決定外部電極的配置。因而，即使不改變圓片上形成的器件的電路設計，也能簡單地製造外部電極位置不同的各種半導體裝置。
進而，根據本發明，由於在圓片上形成應力緩衝層、導通部和外部電極，所以可切斷圓片得到各個半導體裝置。因此，由於同時進行對許多半導體裝置的應力緩衝層、導通部和外部電極的形成，故可以簡化製造工序。
作為使上述應力緩和增強的構造，也可以在上述第1應力緩衝層表面上形成凹部，並形成上述第1導通部，使其通過上述凹部的上邊。
這樣，由於對應力緩衝層的表面向交叉方向彎曲而形成導通部，所以能以彎曲狀態變化來吸收應力，防止斷線。
作為增強上述應力緩和的構造，也可以在形成上述第1導通部的工序中，在上述第1應力緩衝層上的平面方向彎曲形成上述第一導通部。
還可以包括在位於上述凹部的上述第1導通部上填充彈性體的工序。用該彈性體進一步吸收應力。
還可以包括在形成了上述第1導通部的上述第1應力緩衝層上，設置第2應力緩衝層和與上述第1導通部連接的第2導通部的工序。
這樣以來，將應力緩衝層形成為多級，容易使應力進一步分散。
也可以把上述第1導通部和上述第2導通部之中的至少1個導通部形成具有比厚度還大的平面擴展的面狀。
這樣以來，由於在面狀的接地電位附近傳輸信號，故變成理想的傳送通路。
在形成了上述第1導通部的上述第1應力緩衝層的上邊，設置第2應力緩衝層和第2導通部；
在形成了上述第2導通部的上述第2應力緩衝層的上邊，設置第3應力緩衝層和第3導通部；將上述第2導通部形成線狀，並將上述第1和第3導通部形成面狀，使其具有比上述第2導通部還大的平面擴展。
這樣以來，由於將線狀形成的第2導通部，夾在一對面狀的導通部中間，故做成為以接地的布線覆蓋周圍。這樣一來，得到與同軸電纜同樣的構造，經過第2導通部的信號就變得難以受噪音的影響。
也可以夾著上述第一導通部平行地形成成為接地電位的一對布線。這樣以來，由於形成線狀的第一導通部用一對布線夾著，做成以接地的布線覆蓋周圍。這樣，就得到與同軸電纜同樣的結構，信號就變得難以受噪音的影響。
本發明的半導體裝置，具有具有電極的半導體晶片；在上述半導體晶片上避開上述電極的至少一部分來設置的第1應力緩衝層；從上述電極直到上述第1應力緩衝層上而形成的第1導通部；以及在位於上述第1應力緩衝層的上方的上述第1導通部上形成的外部電極，將上述第1應力緩衝層形成為，使其在表面上具有凹部，並經過上述凹部之上形成上述第1導通部。
這樣以來，由於使導通部對應力緩衝層的表面，向交叉的方向彎曲而形成，所以能以彎曲狀態變化來吸收應力，並防止斷線。
也可以在位於上述凹部的上述第1導通部上設置彈性體，使之填充到凹部內。
上述第1導通部，也可以在上述第1應力緩衝層上彎曲地形成。
上述第1導通部，也可以形成折皺狀。
還可以在已形成了上述第1導通部的上述第1應力緩衝層上，具有第2應力緩衝層和與第1導通部連接的第2導通部。
這樣以來，就將應力緩衝層形成為多段，變得容易進一步分散應力。
也可以使由上述第1導通部和第2導通部構成的2個導通部之中的一方作成線狀，另一方形成具有比上述線狀的導通部要寬的平面擴展的面狀。
也可以使上述面狀的導通部為接地電位，而把信號輸入到上述線狀的導通部裡。
也可以具有在已形成了上述第1導通部的上述第1應力緩衝層之上設置的第2應力緩衝層和第2導通部；以及在已形成了第2導通部的第2應力緩衝層之上設置的第3應力緩衝層和第3導通部，將上述第2導通部形成為線狀，而上述第1和第3導通部形成面狀，使其具有比上述第2導通部還大的平面的擴展。
這樣以來，由於線狀地形成的第2導通部被夾在一對面狀的導通部中間，故變成為周圍被接地電位的布線所覆蓋。因此，得到與同軸電纜同樣的構造，經過第2導通部的信號變得難以受噪音的影響。
也可以並行地形成使之夾著上述第1導通部，並且具有成為接地電位的一對布線。
這樣以來，線狀地形成的第1導通部由於用一對布線夾起來，所以變成周圍被接地電位的布線所覆蓋。因此，得到與同軸電纜同樣的構造，信號變得難以受噪音的影響。
也可以在與上述半導體晶片具有上述電極的面相反的側面上具有散熱器。
在本發明的電路基板上封裝上述半導體裝置。
本發明的電子設備具有該電路基板。
圖1A～圖1E是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖2A～圖2E是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖3A～圖3D是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖4A～圖4C是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖5是表示成為本發明前提的半導體裝置平面圖；
圖6A～圖6C是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖7A～圖7C是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖8A～圖8D是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖9A～圖9D是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖10是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖11A～圖11D是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖12A～圖12C是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖13A～圖13D是說明成為本發明前提的半導體裝置的製造方法的圖；圖14A～圖14D是表示本發明的第1實施例的半導體裝置的圖；圖15是表示第2實施例的半導體裝置的圖；圖16是表示第3實施例的半導體裝置的圖；圖17A和圖17B是說明第3實施例的半導體裝置的製造方法的圖；圖18A和圖18B是說明第3實施例的半導體裝置的製造方法的圖；圖19A和圖19B是說明第3實施例的半導體裝置的製造方法的圖；圖20A和圖20B是說明第3實施例的半導體裝置的製造方法的圖；圖21是表示在表面封裝的電子部件中應用本發明的例圖；圖22是表示在表面封裝的電子部件中應用本發明的例圖；圖23是表示在已應用了本發明的半導體裝置上形成了保護層的例圖；圖24是表示在已應用了本發明的半導體裝置上安裝了散熱器的例圖；
圖25是表示安裝應用本發明的方法製造的電子部件的電路基板的圖；圖26是表示備有裝配應用本發明的方法所製造的電子部件的電路基板的電子設備。
具體實施例方式
用於實施本發明的最佳實施例在說明本發明的最佳實施例之前，先說明作為本發明前提的技術。
(第1前提技術)圖5是表示成為本發明前提的半導體裝置的平面圖。該半導體裝置，是被分類到所謂CSP中的裝置，故從半導體晶片1的電極12，向有源面1a的中央方向形成布線3，並在各布線3上設置了外部電極5。由於把全部外部電極5都設在應力緩衝層7的上邊，所以可以達到裝配到電路基板(圖未示出)上時的應力緩和。並且，在外部電極5上，形成抗焊劑層8作為保護膜。
還有，如該圖所示，在半導體晶片1的有源區域(已形成有源器件的區域)上，而不是在半導體晶片1的電極12上設置外部電極5。因為在有源區域上設置應力緩衝層7，再在有源區域內配置布線3(引入)，故可以把外部電極5設置到有源區域內。因此，在配置外部電極5之際，變成為可以提供有源區域內，即作為規定面積的區域，極大地增加設定外部電極5位置的自由度。
而且，採用在應力緩衝層7的上邊使布線3彎曲的辦法，把外部電極5設置成格子狀排列。並且在電極12與布線3的接合部，已圖示出的電極12的尺寸和布線3尺寸，雖然變成了布線3＜電極12但也可以作成電極12≤布線3特別是，成為電極12＜布線3的場合下，不僅布線3的電阻值減少，還增加強度防止斷線。
圖1A～圖4C是說明第1前提技術的半導體裝置的製造方法的圖，與圖5的I-I線剖面對應。
首先，根據眾所周知的技術，通常，在圓片10上形成電極12和其它的器件。還在本例中，用鋁形成電極12。作為除電極12之外的例子，也可以用鋁合金系的材料(例如，鋁矽或鋁矽銅等)。
並且，為了防止化學上的變化，在圓片10的表面上，形成由氧化膜等構成的鈍化膜(圖未示出)。鈍化膜，不僅避開電極12，而且也要避開進行切割的劃線來形成。由於沒有在劃線上形成鈍化膜，故可以避免切割時發生粉塵，進而，可以防止發生鈍化膜的破裂。
如圖1A所示的那樣，在具有電極12的圓片10上，塗覆感光性的聚醯亞胺樹脂，形成(例如用旋塗法)樹脂層14。樹脂層14，以1～100μm的範圍，最好以約10μm的厚度來形成是理想的。還有，由於用旋塗法，變成無用的聚醯亞胺樹脂很多，因而也可以使用用泵帶狀噴出聚醯亞胺樹脂的裝置。作為這樣的裝置，例如有FAS公司製造的FAS超精密噴出型塗覆系統(參照美國專利第4696885號)等。
如圖1B所示的那樣，在樹脂層14上，形成對於電極12的接觸孔14a。具體地說，經過曝光、顯影和烘焙處理，並從電極12的附近除去聚醯亞胺樹脂，於是在樹脂層14上形成接觸孔14a。又在同圖上，在形成了接觸孔14a時，樹脂層14已完全沒有殘留與電極12重疊的區域。因為在電極12上完全沒有殘留樹脂層14，故下面工序以後，雖然有與所設的布線等的金屬之間電接觸成為良好狀態的優點，但不一定必須作成這樣的構造。即，在電極12的外周附近作為樹脂層14要作成的構造，若形成了孔穴使電極12的一部分露出，就完全達到目的。在這樣的情況下，由於布線層的彎曲數減少，所以可防止因斷線等引起的布線可靠性下降。在這裡，接觸孔14a帶有錐度。而且，在形成接觸孔14a的端部，傾斜地形成了樹脂層14。通過設定曝光和顯影的條件來形成這樣的形狀。進而，若對電極12上進行O2等離子處理，例如即使在電極12上殘留有若干聚醯亞胺樹脂，也能完全除去該聚醯亞胺樹脂。在作為製成品的半導體裝置中，這樣形成的樹脂層14就變成了應力緩衝層。
還有，在本例中，雖然在樹脂方面使用了感光性聚醯亞胺樹脂，但也可以用不感光性樹脂。例如用矽酮改性的聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂或矽酮改性的環氧樹脂等，固化時楊氏模量低(1×1010Pa以下)，起應力緩衝作用的材料也行。
如圖1C所示的那樣，用濺射法，在整個圓片10上形成鉻(Cr)層16。從電極12起直到樹脂層14上，都形成鉻(Cr)層16。這裡，選擇了鉻(Cr)層16的材料，是因為與構成樹脂層14的聚醯亞胺之間的附著性良好。或者，如果考慮到耐裂紋性，也可以用象鋁或鋁矽、鋁銅等的鋁合金或銅合金，或銅或金那樣的有延展性的金屬。或者，如果選擇耐溼性優良的鈦，則可以防止因蝕刻而發生的斷線。鈦，從與聚醯亞胺之間的附著性的觀點上看也是理想的，也可以用鈦鎢。
考慮與鉻(Cr)層16之間的附著性時，則使聚醯亞胺等構成的樹脂層14的表面變粗糙化是理想的。例如，通過進行曝露於等離子體(O2、CF4)中的幹法處理，和酸或鹼的溼法處理，就可使樹脂層14的表面粗糙化。
在接觸孔14a內，由於樹脂層14的端部是傾斜的，在該區域內同樣也傾斜地形成鉻(Cr)層16。在作為成品的半導體裝置中，鉻(Cr)層16變成了布線3(參照圖5)，同時在製造過程中，此後變成對形成層時的聚醯亞胺樹脂的擴散阻擋層。另外，作為擴散阻擋層也不限於鉻(Cr)，上述的布線材料全都有效。
如圖1D所示的那樣，在鉻(Cr)層16上，塗覆抗蝕劑形成抗蝕劑層18。
如圖1E所示的那樣，經過曝光、顯影和烘焙處理，除去抗蝕劑層18的一部分。留下的抗蝕劑層18被形成為從電極12向著樹脂層14的中央方向。詳細地說，在樹脂層14的上邊，留下的抗蝕劑層18構造是，使一個電極12上的抗蝕劑層18和另一個電極12上的抗蝕劑層18不連續(成為各自獨立的狀態)。
而且，僅留下由圖1E所示的觸點抗蝕劑層18覆蓋著的區域(即以抗蝕劑層18為掩模)，蝕刻鉻(Cr)層16，並剝離抗蝕劑層18。以上，在這些前工序中，就是應用圓片工藝過程中的金屬薄膜形成技術。而且刻蝕後的鉻(Cr)層16就成為圖2A所示的樣子。
在圖2A中，從電極12到樹脂層14，都形成了鉻(Cr)層16。詳細地說，鉻(Cr)層16構成為，使其一個電極12與另一個電極12之間不連續。也就是，象可以構成與各自電極12對應的布線一樣地形成鉻(Cr)層16。
如圖2B所示的那樣，在至少含有鉻(Cr)層16的最上層的上邊，用濺射法形成銅(Cu)層20。銅(Cu)層20，成為用於形成外部電極的底層。或者，也可以形成鎳(Ni)層，以替換銅(Cu)層20。
如圖2C所示的那樣，在銅(Cu)層20的上邊，形成抗蝕劑層22，如圖2D所示的那樣，進行曝光、顯影和烘焙處理，並除去抗蝕劑層22的一部分。這樣一來，除去的區域，就是樹脂層14的上方，而且，除去了位於鉻(Cr)層16上方的抗蝕劑層22的至少一部分。
如圖2E所示的那樣，在已部分除去抗蝕劑層22的區域上，形成臺座24。臺座24，用鍍銅(Cu)法來形成，其上形成焊料球。而且，臺座24形成在銅(Cu)層20的上邊，通過銅(Cu)層20和鉻(Cr)層16與電極12導通。
如圖3A所示，在臺座24的上邊，厚層狀地形成作為外部電極5(參照圖5)的將變成焊料球的焊料26。其中，厚度要由此後在焊料球形成時與所要求的球徑對應的焊料量來決定。焊料26的層，用電解電鍍法或印製法等形成。
如圖3B所示，剝離圖3A示出的抗蝕劑層22，蝕刻銅(Cu)層20。這樣一來，臺座24就成為掩模，僅該臺座24的下面的銅(Cu)層20留下來(參照圖3C)。而且，用液體回流法，把臺座24上的焊料26縮成半球以上的球形，製成焊料球(參照圖3D)。
通過以上的工序，形成了作為外部電極5(參照圖5)的焊料球。接著，如圖4A和圖4B所示的那樣，進行為了防止鉻(Cr)層16等的氧化、提高已完成的半導體裝置中的耐溼性、或為了達到表面的機械保護等目的的處理。
如圖4A所示，在整個圓片10上面，用塗覆法形成感光性的抗焊劑層28。而且，進行曝光、顯影和烘焙處理，除去抗焊劑層28之中，已塗覆了焊料26的部分及其附近的區域。並且，留下的抗焊劑層28，作為氧化阻擋膜，還用作成為最終的半導體裝置時的保護膜，或進而成為以提高防溼性為目的的保護膜。而後，進行電氣特性的檢測，如有必要則印刷產品標號、製造人名等。
接著，進行劃片，如圖C所示，切斷成為各個半導體裝置。這裡，進行劃片的位置，比較圖4B和圖4C就清楚了，是避開樹脂層14的位置。而且，由於僅對圓片10進行劃片，故可以避免切斷由性質不同的材料構成的多個層時的問題。按照現有的方法進行劃片工序。
而且，倘採用所形成的半導體裝置，則由於樹脂層14變成了應力緩衝層7(參照圖5)，所以緩和了電路基板(圖未示出)與半導體晶片1(參照圖5)之間的熱膨脹係數的差而引起的應力。
倘採用以上說明的半導體裝置的製造方法，則圓片工藝過程中幾乎完成全部工序。換言之，也可以形成與封裝基板連接的外部端子的工序，變成了在圓片工藝過程內進行，處理現有的封裝工序，即各個半導體晶片，而不對各個半導體晶片分別進行內引線鍵合工序、外部端子形成工序等。並且，當形成應力緩衝層時，不需要有製成了圖形的薄膜等的基板。由於這些理由，故可以獲得低成本而高質量的半導體裝置。
在本例中，雖然假定用作應力緩衝層的樹脂為感光性聚醯亞胺樹脂，但除此以外，也可以用非感光性樹脂。並且，在本例中，也可以設有二層以上的布線層。若使層重疊起來，一般地會增加層厚，並能降低布線電阻。特別是，在把布線之中的一層作成鉻(Cr)的情況形下，由於銅(Cu)或金電阻比鉻(Cr)低，可以通過使之組合而降低布線電阻。或者，也可以在應力緩衝層上形成鈦層，在該鈦層上形成鎳層，或形成由鉑和金組成的層。或者，也可以用鉑和金的兩層製成布線。
(第2前提技術)圖6A～圖7C是說明第2前提技術的半導體裝置的製造方法的圖。本技術與第1前提技術相比，在圖3A以後的工序中變成不同，而到圖2E的工序與第1前提技術同樣。而且，圖6A所示的圓片110、電極112、樹脂層114、鉻(Cr)層116、銅(Cu)層120、抗蝕劑層122和臺座124，與圖2E所示的圓片10、電極12、樹脂層14、鉻(Cr)層16、銅(Cu)層20、抗蝕劑層22和臺座24同樣，由於製造方法也與圖1A～圖2E所示的方法同樣，故說明從略。
在本技術中，如圖6A所示，在臺座124的上邊，電鍍薄焊料126，並剝離抗蝕劑層122，作成如圖6B的那個樣子。進而，以薄焊料126為保護膜，如圖6C所示，對銅(Cu)層120進行蝕刻。
接著，如圖7A所示，在整個圓片110上，形成抗焊劑層128，又如圖7B所示，用曝光、顯影和烘焙處理方法除去臺座124區域的抗焊劑層128。
而且，如圖7C所示，在薄焊料126留下的臺座124的上邊，電鍍比薄焊料126要厚的厚焊料129。對此用無電解電鍍法進行之。而後，用液體回縮法，將厚焊料129製成與圖3示出的狀態同樣地半球以上的球形。而且，厚焊料129變成用作外部電極5(參照圖5)的焊料球。此後的工序，就與上述的第1前提技術同樣了。
採用本技術，也可以在圓片工藝過程中進行幾乎全部的工序。另外，在本技術中，用無電解電鍍法形成厚焊料129。而且，可省去臺座124，而在銅(Cu)層120的上邊直接形成厚焊料129。
(第3前提技術)圖8A～圖9D是說明有關第3前提技術的半導體裝置的製造方法的圖。
圖8A示出的圓片30、電極32、樹脂層34、鉻(Cr)層36、銅(Cu)層40和抗蝕劑層42，與圖2C示出的圓片10、電極12、樹脂層14、鉻(Cr)層16、銅(Cu)層20和抗蝕劑層22同樣，因為製造方法也與圖1A～圖2C的同樣，故說明從略。
而且，用曝光、顯影和烘焙處理方法，除去圖8A示出的抗蝕劑層42的一部分。詳細地說，如圖8B所示，僅留下位於成為布線的鉻(Cr)層36的上方的抗蝕劑層42，而除去其他位置的抗蝕劑層42。
接著，對銅(Cu)層40進行蝕刻並剝離抗蝕劑層42，如圖8C所示，僅在鉻(Cr)層36的上邊留下銅(Cu)層40。而且，形成由鉻(Cr)層36和銅(Cu)層40的兩層構造而成的布線。
其次，如圖8D所示，塗覆感光性的抗焊劑形成抗焊劑層44。
如圖9A所示，在抗焊劑層44示形成接觸孔44a。接觸孔44a，是在樹脂層34的上方，形成到作為兩層構造的布線表面層的銅(Cu)層40上。另外，接觸孔44a的形成，用曝光、顯影和烘焙處理方法來進行。或者，也可以這樣形成接觸孔44a，在規定位置邊設置孔邊印製抗焊劑。
接著，在接觸孔44a上印製焊糊46(參照圖9B)，使之作成凸起的形狀。該焊糊46，用液體回縮法，如圖9C所示，變成焊料球。而且，進行劃片，並獲得圖9D示出的各個半導體裝置。
在本技術中，通過省去焊料球的臺座，而且應用焊糊的印製法，故使焊料球的形成容易化，同時，也連帶削減製造工序。
還有，所製造的半導體裝置的布線是鉻(Cr)和銅(Cu)的兩層布線。在這裡，鉻(Cr)與由聚醯亞胺樹脂構成的樹脂層34的附著性好，而銅(Cu)耐裂紋性良好。由於耐裂紋性良好，故可以防止布線的斷線、或電極32和有源器件的損壞。或者，也可以用銅(Cu)和金的兩層、鉻和金的兩層、或鉻、銅(Cu)和金的三層構成布線。
在本技術中，雖然舉出了無臺座的例子，但是不言而喻也可以設置臺座。
(第4前提技術)圖10是說明第4前提技術的半導體裝置的製造方法的圖。
該圖示出的圓片130、電極132、樹脂層134、鉻(Cr)層136、銅(Cu)層140和抗焊劑層144，與圖9A示出的圓片30、電極32、樹脂層34、鉻(Cr)層36、銅(Cu)層40和抗焊劑層44同樣，因為製造方法也與圖8A～圖9A的同樣，故說明從略。
在本技術中，在圖9B中，是在已在抗焊劑層144上形成的接觸孔144a上，塗覆焊劑146搭載焊料球148，以代替用焊糊46。而後，進行液態回縮、檢測、打標記和劃片工序。
倘採用本技術，則搭載預先形成的焊料球148，將其製成外部電極5(參照圖5)。並且，與第1和第2前提技術比較的話，可以省去臺座24、124。還有，布線3(參照圖5)，變成了鉻(Cr)136和銅(Cu)層140的兩層構造。
在本技術中，雖然舉出無臺座的例子，但是不言而喻也可以設置臺座。
(第5前提技術)圖11A～圖12C是說明第5前提技術的半導體裝置的製造方法的圖。
首先，如圖11A所示，在具有電極52的圓片50上，粘合玻璃板54。在玻璃板54上，形成與圓片50的電極52對應的孔穴54a，並塗上粘合劑56。
該玻璃板54的熱膨脹係數成為半導體晶片的圓片50的熱膨脹係數與裝配半導體裝置的電路基板的熱膨脹係數之間的值。因此，按對圓片50進行劃片獲得的半導體晶片、玻璃板54、和裝配半導體裝置的電路基板(圖未示出)的順序改變熱膨脹係數的值，所以在連接部的熱膨脹係數之差縮小並且熱應力也減少。也就是，玻璃板54為應力緩衝層。另外，若具有同樣的熱膨脹係數的話，也可以用陶瓷片來代替玻璃板54。
而且，要是把玻璃板54粘合到圓片50上，則用O2等離子體處理法，除去進入孔穴54a中的粘合劑56，作成如圖11B所示的那個樣子。
其次，如圖11C所示，就是整個圓片50在玻璃板54上，用濺射法形成鋁層58。而後，在孔穴54a的表面上形成膜時，謀求保護比較容易發生斷線的鋁。其次，如圖12A所示形成抗蝕劑層59，如圖12B所示，用曝光、顯影和烘焙處理方法除去抗蝕劑層59的一部分。被除去的抗蝕劑層59，為布線圖形形成部分以外的位置是理想的。
在圖12B中，從電極52的上方直到玻璃板54的上方的範圍，留著抗蝕劑層59。並且，將在一個電極52的上方與另一個電極52的上方之間間斷，使之不連續。
並且，蝕刻鋁層58時，如圖12C所示，在成為布線區域留下鋁層58。即，從電極52直到玻璃板54的上邊，形成鋁層58作為布線。並且，形成了鋁層58，使其電極52互相不導通地，變成各自電極52的每一條布線。或者，若需要使多個電極52導通，則也可以與此對應，形成成為布線的鋁層58。另外，作為布線，除鋁層58外，有可應用在第1前提技術中選擇的全部材料之中的任何一種材料。
由於用以上的工序，形成從電極52起的布線，故在作為布線的鋁層58上形成焊料球，並將圓片50切斷成各個半導體裝置。這些工序，就可以與上述第1前提技術同樣進行。
倘採用本技術，則玻璃板54具有孔穴54a，而孔穴54a的形成是容易的。而且，不需要給玻璃板54上預先形成象凸點或布線之類的圖形。並且，在成為布線的鋁層58等的形成工序中，應用圓片工藝過程中的金屬薄膜形成技術，而且幾乎全部的工序都以圓片工藝來完成。
另外，也可以在玻璃板54的上邊，與第1前提技術同樣進一步設置另外的應力吸收層，例如聚醯亞胺樹脂等。在這樣的情況下，由於再設置應力吸收層，因而玻璃板54的熱膨脹係數也可以與矽相同。
(第6前提技術)圖13A～圖13D是說明第6前提技術的半導體裝置的製造方法的圖。在本技術中，應力緩衝層選擇了聚醯亞胺板。聚醯亞胺由於楊氏模量低，所以是作為應力緩衝層適合材料。還有，此外也可以用，例如塑料板或玻璃環氧樹脂系等的複合板。這時，如果使用與封裝基板相同材料，熱膨脹係數上沒有差別則是理想的。特別是目前，大多將塑料基板用作封裝基板，所以應力緩衝層用塑料板是有效的。
首先，如圖13A所示，在具有電極62的圓片60上，粘合聚醯亞胺板64，製成為如圖13B所示。還有，在聚醯亞胺板64上，預先塗覆粘合劑66。
其次，如圖13C所示，在與電極62對應的區域上，用激態複合物雷射器等形成接觸孔64a，如圖13D所示，用濺射法形成鋁層68。另外，除鋁層68以外，也可以應用在第1前提技術中選擇的所有材料之中的任一種材料。
而且，由於變成與圖11C同樣的狀態，故此後，可以進行圖12A以後的工序來製造半導體裝置。
倘採用本技術，由於使用不形成孔穴的聚醯亞胺板64，故不需要製成了圖形的基板。其它的效果與上述第1～第5的前提技術同樣。
另外，作為其它技術，在應力緩衝層上預先進行穿孔等的機械加工設置孔穴，然後，在圓片上進行粘合等的配置工藝也是可以的。而且除機械加工之外，也可以用化學蝕刻法或乾式蝕刻法設置孔穴。另外，在用化學蝕刻法或乾式蝕刻法形成孔穴的情況下，即使在圓片上也可以按此前的事前工序來進行。
(第1實施例)本發明，由於已進一步改良開發了上述技術，下面，將參照
本發明的最佳實施例。
圖14A～圖14D是表示本發明的第1實施例的圖。
在圖14A示出的半導體裝置150中，間斷地形成由聚醯亞胺構成的樹脂層152。樹脂層152成為應力緩衝層。作為應力緩衝層，雖然感光性聚醯亞胺樹脂是理想的，但是也可以是非感光性樹脂。例如也可以用矽酮改性聚醯亞胺樹脂，環氧樹脂、矽酮改性環氧樹脂等，固化時的楊氏模量低的(1×1010Pa以下)，起緩和應力作用的材料。
並且，在樹脂層152上，形成了具有錐形的凹部152a。而且，由於沿這個凹部152a的表面形狀形成了布線154，故在剖面形狀方面，布線154已經彎曲了。另外，在布線154上也已形成了焊料球157。這樣的布線154，被配置在作為應力緩衝層的樹脂層152上，而且，由於彎曲，故與簡單平坦地配置的情況相比較，變得容易伸縮了。於是，在把半導體裝置150裝配到電路基板上時，就容易吸收因熱膨脹係數不同而產生的應力。從布線154發生位移的部分(彎曲部分等)直到焊料球157為止，選擇彈性變形率較大的材料用作樹脂層152是理想的。這已選擇材料，即使在下面的實施例中也是共同適用。
進而，是在凹部152a的上方，具體地說相當於凹部152a的位置，在形成凹狀的布線區域上，如圖14A所示，設置彈性體156是理想的。彈性體156，如果以用於作為應力緩衝層的樹脂層152的材料來形成也行。藉助於該彈性體156，可以進一步吸收使布線154伸縮的應力。使形成最外層(保護層)的例如光致抗蝕劑層，兼具彈性體156的功能也行。並且，彈性體156也可以與各個凹部152a對應，分別各自設置。
而且，防止布線154的斷線，或者，防止因應力而通過布線154破壞電極158等。另外，電極158和布線154都覆以最外層(保護層)155予以保護。
其次，在圖14B示出的半導體裝置160中，在從電極169到第1樹脂層162上所形成的第1布線164的第1樹脂層162上，形成第2樹脂層166和第2布線168。第1布線164與電極169連接，而第2布線168與第1布線164連接，且在第2布線168上形成焊料球167。這樣，如果形成多層樹脂層和布線，就可增加布線設計的自由度。還有，電極169以及第1布線164和168，都覆蓋以最外層(保護層)165予以保護。
並且，也能將幾乎可忽略面積的細長布線，形成為具有平面擴展(寬度或大小)的面狀。並且，樹脂層為多層時，就變得容易分散應力了。還有，若將以面狀形成的布線設定為GND(接地)電位或電源電壓電位，則容易控制阻抗，高頻特性將非常優越。
其次，圖14C示出的半導體裝置170，就是將半導體裝置150和160組合起來的裝置。即，在第1樹脂層172上形成第1布線174，在第1布線174的上邊形成第2樹脂層176，使其具有凹部176a。而且，形成於第2樹脂層176上的第2布線178，在剖面形狀上具有彎曲。另外，在第2布線178上形成了焊料球177。並且，電極179和布線174同178都覆以最外層(保護層)175予以保護。倘採用本實施例，就能達到將上述半導體裝置150和160組合的效果。
其次，在圖14D示出的半導體裝置180中，在以虛線示出的區域形成的應力緩衝層187的上邊，從電極起182形成布線184，使得在平面形狀中進行彎曲，且在該布線184上形成了焊料球等的凸點186。即使在本實施例中，對上述半導體裝置150(參照圖14A)而言，由於方向相反的，布線184也彎曲了，故在吸收應力的能力方面也很優越。
另外，也可以如圖14A～圖14C所示的那樣，立體地彎曲在圖14D示出的平面形狀彎曲的布線184。這樣一來，就進一步提高了防止斷線的效果。但是，應力緩衝層187必須存在於布線184之下。並且，電極182和布線184覆以圖未示出的最外層(保護層)予以保護。
(第2實施例)其次，圖15示出的半導體裝置190，在連接鋁焊盤192與設於應力緩衝層194上邊的焊料球196的布線200方面，具有特點。布線200可以用在第1前提技術第中所選擇的布線材料之中的任一種材料。該布線200具有折皺式部分200a。如圖14D所示，折皺式部分200a是，布線之中已變成了空洞(狹縫)的狀態，而插入通常的布線連續形成多個折皺式部分200a。該折皺式部分200a在應力吸收性能上，比彎曲的布線184更優越。通過具有該折皺式部分200a，在半導體晶片上在布線200中發生裂紋，或向鋁焊盤192和對其它有源器件的損傷沒有了，提高作為半導體裝置的可靠性。並且，由於將折皺式部分200a設置在一條布線上，所以用於應力吸收的構造的空間微不足道。因此，可以邊維持半導體裝置的小型化，邊提高設計的自由度，使之不脫離CSP範疇。此外，在本實施例中，雖然折皺式部分200a是對平面方向的例子，但也可以設計在厚度方向。
在以上說明的實施例或前提技術中，作為電極雖然以焊料為例進行敘述，但是即使採用其它，例如用金凸點等公知的連接用材料也沒有什麼問題。並且，外部電極，是半導體晶片的有源區域，而如果是電極上以外，就哪兒也可以形成。
(第3實施例)
圖16～圖20是表示本發明的第3實施例的圖。圖16是表示本實施例的半導體裝置的剖面圖。該半導體裝置300，在半導體晶片302上具有多層(4層)構造，且表面是以抗焊劑350進行保護的。另外，在本實施例中，也可以應用對其它實施例和前提技術中已說明過的材料和製造方法等。
圖17A和圖17B是表示第1層的圖。詳細地說，圖17B是平面圖，圖17A是圖17B的VII-VII線的剖面圖。在半導體晶片302上，形成了信號輸入或輸出的電極304。在電極304的附近，形成了端部為傾斜面的應力緩衝層310。應力緩衝層310是絕緣體，具體地說，聚醯亞胺樹脂是理想的。而且，從電極304直到應力緩衝層310上，形成了信號布線312。信號布線312，如圖17B所示，在與電極304相反一側的端部，有島狀的連接部312a。並且，象把該連接部312a包圍起來的方式，不接觸地形成GND平面316。GND平面316與半導體晶片302的接地用電極(圖未示出)連接。
圖18A和圖18B是表示第2層的圖。詳細地說，圖18B是平面圖，而圖18A是圖18B的VIII-VIII線剖面圖。如這些圖所示，在上述的第1層上形成了應力緩衝層320。但是，應力緩衝層320要避開第1層的信號布線312的連接部312a的中央部分形成。而且，從第1層的連接部312a直到第2層的應力緩衝層320，形成信號布線322。信號布線322具有與連接部312a連接的連接部322a和又一個連接部322b。並且，在應力緩衝層320上，形成不與信號布線322導通的信號布線324。信號布線324具有連接部324a、324b。進而，在應力緩衝層320上，雖然形成了另一布線324和325，但是由於與本發明沒有直接關係，故省略說明。並且，形成GND平面326，使其包圍，而又不接觸信號布線322、324和布線324、325。GND平面326，介以第1層的GND平面316與半導體晶片302的接地用電極(圖未示出)連接。
圖19A和圖19B是表示第3層的圖。詳細地說，圖19B是平面圖，而圖19A是圖19B的IX-IX線剖面圖。如這些圖所示，在上述的第2層上形成了應力緩衝層330。但是，應力緩衝層330要避開第2層的信號布線322的連接部322b的中央部分形成。而且，從第2層的連接部322b直到應力緩衝層330，形成信號布線332。信號布線332具有與第2層的連接部332b連接的連接部332a和又一個連接部332b。並且，在應力緩衝層330上，形成不與信號布線332導通的信號布線334。該信號布線334具有連接部334a、334b。並且，形成GND平面336，使其包圍，而又不接觸信號布線332和信號布線334。GND平面326，介以第1層的GND平面316和第2層的GND平面326與半導體晶片302的接地用電極(圖未示出)連接。
圖20A和圖20B是表示第4層的圖。詳細地說，圖20B是平面圖，而圖20A是圖20B的X-X線剖面圖。如這些圖所示，在上述的第3層上形成應力緩衝層340。但是，應力緩衝層340要避開第3層的信號布線334的連接部334b的中央部分來形成。而且，在第3層的連接部334b上，形成連接部342，在該連接部342上形成由銅(Cu)構成的臺座344，在該臺座344上形成了焊料球348。焊料球348成為外部電極。並且，形成GND平面346，使其包圍，而且，不接觸連接部342。GND平面346，介以第1層的GND平面316、第2層的GND平面326和第3層的GND平面336與半導體晶片302的接地用電極(圖未示出)連接。
其次，說明本實施例中的導通狀態。形成於半導體晶片302上的電極304與第1層的信號布線312連接，該信號布線312又與第2層的信號布線322連接。該信號布線322，通過其連接部322b與第3層的信號布線332連接。該信號布線332，通過其連接部332b與第2層的信號布線324連接。該信號布線324，通過其連接部324b與第3層的信號布線334連接。而且，在該信號布線334的連接部334b上，介以連接部342和臺座344，形成了焊料球348。
而且，形成於半導體晶片上的任意位置上作為外部電極的焊料球348，與輸入或輸出信號的半導體晶片上任意位置的電極304連接。
不用說，外部電極也可以象其它實施例或前提技術中已說過的那樣被配置成矩陣狀。
且，第1層～第4層的GND平面316、326、336和346，全都為相同接地電位。
而且，倘採用本實施例，則電極304與焊料球348之間的布線，通過絕緣體，成為使其包圍接地電位的導體。也就是，由於內部導體，通過絕緣體，包圍接地電位的外部導體，故具有與同軸電纜同樣的構造。因此，信號難以受到噪音的影響，可以得到理想的傳輸電路。而且，例如如果是作為CPU的半導體裝置，則可能以超過1Ghz這樣的高速工作。
另外，為了降低形成層的成本，也可以省略形成第1層或第4層的GND平面316、346的一層。
(其它實施例)本發明可以有各種各樣的變形，而不限於上述實施例。例如，上述實施例，雖然把本發明應用於半導體裝置，但是可以把本發明應用於各種表面裝配用的電子部件中，而不管是有源部件還是無源部件。
圖21是表示把本發明應用到表面裝配用的電子部件中的例圖。該圖示出的電子部件400，是在晶片部分402的兩側設置電極404而構成，例如電阻器、電容器、線圈、振蕩器、濾波器、溫度傳感器、熱敏電阻、變阻器、電位器和熔斷器等。在電極404上，與上述實施例同樣，介以應力緩衝層406，形成布線408。在該布線408上，形成凸點410。
並且，圖22也是表示把本發明應用到表面裝配用的電子部件中的例圖。該電子部件420的電極424，形成於晶片部分422的裝配側的表面上，且通過應力緩衝層426形成布線428。在該布線428上形成凸點430。
另外，這些電子部件400和420的製造方法，因與上述實施例或前提技術同樣，故省略說明。並且，形成應力緩衝層406和426的效果也與上述實施例或前提技術同樣。
其次，圖23是表示在應用本發明的半導體裝置上形成保護層的例圖。該圖示出的半導體裝置440，由於在圖4C示出的半導體裝置上形成保護層442，除保護層以外與圖4C示出的半導體裝置同樣，故省略說明。
在半導體裝置440中，在與裝配一側相反面，即背面上形成了保護層442。這樣一來，可以防止背面受傷。
進而，可以防止以背面受傷為起點的裂紋導致的半導體晶片自身的損傷。
理想的是，在切斷成用作單片的半導體裝置440之前，將保護層442形成到圓片的背面。這樣一來，可對多個半導體裝置440同時形成保護層442。詳細地說，可以在金屬薄膜形成工序全部結束後，在圓片上形成保護層442。這樣一來，就可以順利地進行金屬薄膜形成工序。
保護層442，以耐半導體裝置440的軟熔工序中的高溫的材料為好。詳細地說，以耐焊料的熔融溫度為好。並且，保護層442由塗覆澆灌樹脂形成。或者，也可以粘貼具有粘合性或附著性的薄片來形成保護層。這種薄片無論是有機還是無機的。
如果這樣，則由於半導體裝置的表面覆以除矽酮以外的物質，因而提高例如標識性能。
其次，圖24是表示在應用本發明的半導體裝置上安裝散熱器的例圖。該圖示出的半導體裝置450，在圖4C示出的半導體裝置上安裝了散熱器452，由於除散熱器452之外與圖4C示出的半導體裝置同樣，故省去說明。
在半導體裝置450中，散熱器452介以熱傳導性粘合劑454被安裝到與裝配一側相反面，即背面上。這樣一來，散熱性提高了。散熱器452有多個散熱片456，並以銅或銅合金、氮化鋁等形成為多。另外，在本例中，雖然舉出帶散熱片做例子，但是即使安裝沒有散熱片的簡單板狀的散熱器(散熱板)，也能得到相應的散熱效果。這時由於是安裝簡單的板狀，所以容易加工，而且可以降低成本。
在上述實施例和前提技術中，雖然作為外部端子，預先在半導體裝置側設置焊料凸點或金凸點，但是作為其它例子，也可以在半導體裝置一側，用例如銅等的臺座照樣作為外部端子，而不用焊料球或金凸點。另外，這時，在半導體裝置裝配時之前，需要預先在裝配半導體裝置的封裝基板(母板)的連接部(凸緣)上設置焊料。
並且，在上述實施例中所用的聚醯亞胺樹脂可以是黑色的。通過用黑色的聚醯亞胺樹脂作為應力緩衝層，避免半導體晶片受光時的錯誤動作，同時可增加耐光性，提高半導體裝置的可靠性。
此外，在圖25中，已示出裝配了用上述實施例的方法製造的半導體裝置等的電子部件1100的電路基板1000。而且，作為配備有該電路基板1000的電子設備，在圖26中，已示出了筆記本型個人計算機1200。
權利要求
1.一種半導體裝置的製造方法，其特徵是，具有準備已形成電極的圓片的工序；避開上述電極的至少一部分，在上述圓片上設置第1應力緩衝層的工序；從上述電極直到上述第1應力緩衝層的上邊，形成第1導通部的工序；在形成了上述第1導通部的上述第1應力緩衝層的上邊，形成第2應力緩衝層的工序；和在上述第2應力緩衝層之上，設置與上述第1導通部連接的第2導通部的工序；在上述第1應力緩衝層的上方，形成與上述第1導通部連接的外部電極的工序；以及將上述圓片切斷成各個小片的工序；把上述第1導通部和上述第2導通部之中的至少1個導通部，形成為具有比厚度方向的側面面積還大的平面擴展的面狀。
2.一種半導體裝置，其特徵是，具有具有電極的半導體晶片；在上述半導體晶片的上邊，避開上述電極的至少一部分而設置的第1應力緩衝層；從上述電極直到上述第1應力緩衝層的上邊形成的第1導通部；在上述第1應力緩衝層上形成的第2應力緩衝層；在上述第2應力緩衝層上形成、與上述第1導通部連接的第2導通部；以及在位於上述第1應力緩衝層的上方的上述第1導通部形成的外部電極；由上述第1導通部和第2導通部構成的2個導通部之中的一方作成線狀，另一方形成具有比上述線狀的導通部還要寬的平面擴展的面狀。
3.根據權利要求2所述的半導體裝置，其特徵是，上述面狀的導通部為接地電位，而信號被輸入上述線狀的導通部。
全文摘要
封裝尺寸為接近晶片尺寸，除所謂應力緩衝層之外，能有效地吸收熱應力的半導體裝置。半導體裝置(150)具有有電極(158)的半導體晶片、設置於半導體晶片的上邊用作應力緩衝層的樹脂層(152)、從電極(158)直到樹脂層(152)的上邊所形成的布線(154)以及在樹脂層(152)的上方在布線(154)上形成的焊料球(157)，還形成樹脂層(152)使得在表面上具有凹部(152a)，並且經過凹部(152a)形成布線(154)。
文檔編號H01L21/768GK1992188SQ20061017324
公開日2007年7月4日 申請日期1997年12月4日 優先權日1996年12月4日
發明者橋元伸晃 申請人:精工愛普生株式會社