專利名稱:半導體裝置及其制造方法
技術領域:
本發明涉及一種半導體裝置及其制造方法,具體地,涉及一種半導體裝置及其制造方法,其中重新布線(re-wiring)直接在類似芯片級封裝(CSP)的半導體芯片的一個表面上形成。
背景技術:
傳統的半導體裝置,例如被稱為BGA(球柵陣列)的半導體裝置包括一裝置,其中由諸如LSI制成的半導體芯片被安裝在一尺寸比該半導體芯片略大的轉接襯底(relay substrate)或轉接板(interposer)的上表面的中心位置上,而由焊球形成的連接端子在該轉接襯底的下表面上排列形成矩陣。
圖45是示例說明這種傳統半導體裝置構成的垂直剖視圖。如圖中所示,半導體芯片1包括硅襯底2和多個突起電極(bumpelectrode)3,突起電極3由例如銅制成并形成于硅襯底2的下表面上。轉接基底4具有基底膜5,基底膜5的平面尺寸比半導體芯片1的硅襯底2的平面尺寸略大。在基底膜5的上表面上,形成有與半導體芯片1的突起電極3電連接的多個重新布線6。重新布線6包括排列成與半導體芯片1的突起電極3相對應的第一連接墊7、排列形成矩陣的第二連接墊8,以及用于電連接第一連接墊7和第二連接墊8的連接線9。另外,在基底膜5的與第二連接墊8的中心部分相對應的部分上,還形成有圓孔10。
半導體芯片1與轉接襯底4的上表面的中間部分通過介于其間的一各向異性的導電粘接層11相結合。該各向異性導電粘接層11包括熱固性樹脂12,和包含在熱固性樹脂12中的大量導電粒子13。
在將半導體芯片1安裝到轉接襯底4的過程中,首先只是將半導體芯片1放置在轉接襯底4上表面的中心部分,且將各向異性導電粘接層11置于兩者之間。然后,在熱固性樹脂12可固化的溫度下向半導體芯片1施加預定的壓力,以便實現半導體芯片1與轉接襯底4之間的結合。其結果是,突起電極3推開了熱固性樹脂12,與第一連接墊7的上表面通過介于兩者之間的導電粒子13實現了電連接。另外,半導體芯片1的下表面與轉接襯底4的上表面通過介于兩者之間的熱固性樹脂12結合在一起。
在下一步驟中,由環氧樹脂形成的樹脂密封膜14在包括半導體芯片1的轉接襯底4的整個上表面形成,隨后,使焊球15在圓孔10內部及其下面與第二連接墊8連接。在這種情況下,由于第二連接墊8排列形成矩陣,因此多個焊球15也排列形成了一矩陣。應該注意的是焊球15的直徑大于半導體芯片1的突起電極3的直徑。因此,為了避免焊球15的相互接觸,焊球15的排列必須使相鄰焊球15間的距離大于相鄰突起電極3之間的距離。如果是這種情況,則當半導體芯片1的突起電極3的數量增加時,必須使突起電極3的排列區域大于半導體芯片1的尺寸,以便獲得每一焊球15所需要的排列間隔。因此,轉接襯底4的尺寸被設置成略大于半導體芯片1的尺寸。由此得出結論,位于焊球15的排列矩陣的周圍部分中的那些焊球15,將排列在半導體芯片1的周圍。
如上所述,在傳統的半導體裝置中,焊球15形成的連接端子同樣位于半導體芯片1的周圍,半導體芯片1的突起電極3的下表面通過結合方法利用其上形成有重新布線6的轉接襯底4,電連接至轉接襯底4的重新布線6的第一連接墊7的上表面,并使包含在各向異性導電粘結層11中的導電粒子13置于兩者之間。該特殊結構造成了一個問題,即可能會發生取決于結合狀態的連接故障。還有,必須一個一個地將半導體芯片1安裝至轉接襯底4,這使得制造過程相當麻煩。這種特殊情況同樣會發生在包括多個半導體芯片的多芯片模塊型半導體裝置中。具體地,在多芯片模塊型半導體裝置的情況下,很多時候除了大量半導體芯片,半導體裝置還具有其它芯片部件例如電容、電感和電阻。應該注意的是若半導體芯片的形狀和厚度與這些芯片部件彼此不同,則上述的結合處理將變得更復雜。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種半導體裝置,其中該半導體裝置包括在半導體芯片的周圍形成的連接端子,并允許將該半導體芯片與重新布線電連接而無須使用轉接襯底,本發明的目的之一還包括提供制造該特殊半導體裝置的方法。
本發明的另外一個目的是提供一種制造半導體裝置的方法,其允許集中制造多個半導體裝置。
根據本發明的第一方面,提供了一種半導體裝置,包括至少一個半導體芯片,該半導體芯片具有在其上表面上形成的連接墊,具有形成覆蓋半導體芯片的上表面及周圍表面的至少一個層的絕緣膜,以及以與半導體芯片的連接墊連接的方式在絕緣膜上表面上形成的重新布線,其中至少一些重新布線包括在半導體芯片周圍之外的絕緣膜的一區域中排列的襯墊部分。
另外,根據本發明的第二方面,提供了一種制造半導體裝置的方法,包括提供一基板;將多個半導體芯片安裝至基板,該多個半導體芯片被彼此分隔安裝,其中每一半導體芯片具有在其上表面上形成的多個連接墊;在包括半導體芯片的上表面的基板的上表面上形成絕緣膜,使得絕緣膜具有平的表面;在絕緣膜上形成多對重新布線,每個重新布線連接至任何半導體芯片的連接墊,以及至少一些重寫布線具有與該連接墊相連的半導體芯片的周圍形成的絕緣膜的一區域中排列的襯墊部分;以及切割相鄰半導體芯片之間的絕緣膜,以便獲得多個半導體裝置,其中每個半導體裝置包括至少一個半導體芯片、在該半導體芯片的周圍形成的絕緣膜,和具有排列在該絕緣膜該區域中的襯墊部分的重新布線。
本發明的其它目的和優點將在隨后的描述中闡明,且部分地將由這些描述而變得顯而易見,或者可以通過本發明的實踐而獲得。本發明的目的和優點可以通過下文具體指出的手段及其組合而實現并獲得。
并入且構成本說明書一部分的附圖對本發明的實施例進行了圖解說明,并與前文中的一般性敘述及后文中的實施例具體描述一道,用來解釋本發明的原理。
圖1是以放大的形式顯示根據本發明的第一實施例的半導體裝置的平面圖;圖2是以放大的形式顯示圖1中所示半導體裝置沿圖1中線II-II的剖視圖;圖3是以放大的形式顯示圖1和圖2中所示半導體裝置的制造方法的示例中,初始制造步驟的要點部分的剖視圖;圖4是以放大的形式顯示圖3中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖5是以放大的形式顯示圖4中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖6是以放大的形式顯示圖5中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖7是以放大的形式顯示圖6中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖8是以放大的形式顯示圖7中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖9是以放大的形式顯示圖8中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖10是以放大的形式顯示圖1和圖2中所示半導體裝置的另一制造方法中所包括的初始制造步驟要點部分的剖視圖;圖11是以放大的形式顯示圖10中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖12是以放大的形式顯示根據本發明第二實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖13是以放大的形式顯示圖12中所示半導體裝置的制造方法的示例中,初始制造步驟的要點部分的剖視圖;圖14是以放大的形式顯示圖13中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖15是以放大的形式顯示圖14中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖16是以放大的形式顯示圖15中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖17是以放大的形式顯示圖16中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖18是以放大的形式顯示圖17中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖19是以放大的形式顯示根據本發明第三實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖20是以放大的形式顯示根據本發明第四實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖21是以放大的形式顯示根據本發明第五實施例的半導體裝置的垂直剖面圖;
圖22是以放大的形式顯示用于描述圖21所示半導體裝置的制造過程的要點部分的剖視圖;圖23是以放大的形式顯示根據本發明第六實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖24是以放大的形式顯示根據本發明第七實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖25是以放大的形式顯示根據本發明第八實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖26是以放大的形式顯示根據本發明第九實施例的半導體裝置的要點部分的平面圖;圖27是以放大的形式顯示圖26中所示半導體裝置沿圖26中線XXVII-XXVII的剖視圖;圖28是以放大的形式顯示圖26中所示半導體裝置沿圖26中線XXVIII-XXVIII的剖視圖;圖29是以放大的形式顯示用于描述圖26、27和28中所示半導體裝置的制造方法示例中的初始制造步驟的要點部分的剖視圖;圖30是以放大的形式顯示圖29中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖31是以放大的形式顯示圖30中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖32是以放大的形式顯示圖31中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖33是以放大的形式顯示圖32中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖34是以放大的形式顯示圖33中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖35是以放大的形式顯示圖34中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖36是以放大的形式顯示圖35中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖37是以放大的形式顯示圖36中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖38是以放大的形式顯示圖37中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖39是以放大的形式顯示圖38中所示的制造步驟之后的制造步驟要點部分的剖視圖;圖40是以放大的形式顯示根據本發明第十實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖41是以放大的形式顯示根據本發明第十一實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖42是以放大的形式顯示根據本發明第十二實施例的半導體裝置的要點部分的剖視圖;圖43是以放大的形式顯示多個半導體裝置以層疊的方式安裝至電路襯底的狀態的剖視圖;圖44是以放大的形式顯示以層疊的方式安裝多個半導體裝置至電路襯底的另一個示例的剖視圖;圖45是以放大的形式顯示傳統半導體裝置的剖視圖;具體實施方式
(第一實施例)圖1是顯示根據本發明第一實施例的半導體裝置的平面圖,圖2是沿圖1中所示線II-II的剖視圖。此時,圖1和圖2不同之處在于半導體裝置的各個元件的尺寸彼此并不相等。
該半導體裝置包括正方形的由例如樹脂板、金屬板或玻璃板制成的基板21。在基板21的整個上表面上形成由例如粘合劑、粘接片或雙面涂敷膠帶制成的粘接層22。尺寸比基板21略小的基本上為方形的半導體芯片23的硅襯底24的下表面,被安裝在粘接層22的上表面的中心部分上。
半導體芯片23包括由例如鋁制成并安裝于硅襯底24上部周圍部分的多個連接墊25、由無機材料例如二氧化硅制成并形成覆蓋連接墊25除中心部分,以及覆蓋硅襯底24的整個上表面的絕緣膜26,和在絕緣膜26中形成的開口部分27,其用于將連接墊25的中心部分暴露于外部。
粘接層22由本領域公知的作為芯片焊接(die-bond)材料的樹脂,例如環氧樹脂或聚酰亞胺樹脂制成,用于使半導體芯片23可以在被加熱的情況下加壓時,與基板21相結合。由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第一絕緣膜31在包括半導體芯片23的粘接層22的整個上表面上形成,這樣可使第一絕緣膜31的上表面平直。在這種情況下,在第一絕緣膜31的與半導體芯片23的開口部分27相對應的部分中,形成了開口部分32。而且,形成了第一底墊(underlying)金屬層33,其從通過開口部分27、32暴露于外部的連接墊25的上表面延伸至第一絕緣膜31的上表面上的一預定部分。另外,第一重新布線34在第一底墊金屬層33的整個上表面上形成。
由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第二絕緣膜35在包括第一重新布線34的第一絕緣膜31的整個上表面上形成,這樣可使第二絕緣膜35的上表面平直。在這種情況下,在第二絕緣膜35的第一重新布線34的從連接墊25偏移的或者在襯墊部分中的那一部分中,形成了開口部分36。而且,形成了第二底墊金屬層37,其從通過開口部分36暴露于外部的第一重新布線34的上表面延伸,至第二絕緣膜35的上表面上的一預定部分。
由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第三絕緣膜39在包括第二重新布線38的第二絕緣膜35的整個上表面上形成,這樣可使第三絕緣膜39的上表面平直。在這種情況下,在第三絕緣膜39的第二重新布線38的從開口36偏移的或者在襯墊部分中的那一部分中,形成了開口部分40。而且,在開口部分40內和其上方,形成了焊球41,以便與第二重新布線38的襯墊部分電連接。如圖1所示,多個焊球41排列形成矩陣。
很重要的一點是基板21的平面面積(矩形上表面的面積)應該比半導體芯片23的平面面積大。當基板21的尺寸大于半導體芯片23時,才可能使焊球41的排列區域大于半導體芯片23的平面面積,這樣可增加焊球的排列間距和其尺寸。由此得出,即使半導體芯片23中所包括的連接墊24的數量增加,仍可能按需地設置焊球的排列間距和其尺寸,以便確保結合的可靠性。在這種情況下,排列形成矩陣的焊球41中,至少最外圍的那些焊球41,沿對應半導體芯片23的區域的外側圓周排列。
現在說明制造圖1和圖2中所示半導體裝置的示例性方法。在如圖3所示的第一步驟中,制備能夠包括多個圖2所示基板21的襯底,為方便起見,在下文中所述襯底指“基板21”。在基板21的整個上表面上形成由芯片焊接材料制成的粘接層22。在這種情況下,通過在基板21上放置由芯片焊接材料(例如環氧基樹脂或聚酰亞胺樹脂)制成的芯片焊接片,并加熱該芯片焊接片使其以一種暫時的固化狀態結合至基板21來制備粘接層22。或者,利用諸如旋涂法、印刷法、轉移法(transfer method)等適當的方法用芯片焊接材料對基板21進行涂敷,隨后烘干得到的涂層也可以形成粘接層22。在這種特殊狀態下,將半導體芯片23放置在粘接層22上并在加熱條件下加壓,以便將半導體芯片23臨時地固定在粘接層22上。然后,粘接層22固化,使得半導體芯片23的硅襯底24的下表面可以分別結合至基板21上表面上的多個預定部分上。
在下面的步驟中,在包括多個半導體芯片23的上表面的粘接層22的整個上表面上,形成由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第一絕緣膜31,如圖4所示。第一絕緣膜31的形成可以使用公知的涂敷方法。在這種情況下,推薦使用旋涂法或者模壓涂覆(diecoating)法作為較理想的涂敷方法。使用旋涂法時,液體模壓涂覆材料首先滴落在粘接層和/或半導體芯片23的合適的區域上,且旋轉基板21,使半導體芯片23和相鄰半導體芯片23之間的絕緣膜22的整個上表面被模壓涂覆材料所覆蓋。然后,烘干模壓涂覆材料,并在第一絕緣膜31對應于半導體芯片23的開口部分27的那一部分中,通過光刻法形成開口部分32,借此形成了第一絕緣膜31。可替換地,在使用模壓涂覆的情況下,由一個泵抽吸能夠噴出模壓涂覆材料的槽模具被掃描以使用模壓涂覆材料覆蓋半導體芯片23和位于相鄰半導體芯片23之間的絕緣膜22的整個上表面,隨后形成開口部分32。另外,還可以使用絲網印刷法作為形成第一絕緣膜31的另一個較理想的方法。在使用絲網印刷法的情況下,以這樣一種方式進行印刷,使得開口部分32在對應于每個半導體芯片23的開口部分27的位置處形成。由于上述具體方法可以使第一絕緣膜31在半導體芯片23的上表面及相鄰半導體芯片23之間的表面上以固體形式形成,這樣所形成的第一絕緣膜31具有平直的上表面,因此可以使所有的半導體芯片23一定能結合到基板21上。為了均勻地形成絕緣膜并使其具有平直的上表面,半導體芯片23最好具有較小的厚度。具體地,盡管半導體芯片23的厚度在本發明中并非特殊限定,但較理想的是半導體芯片23具有20至70微米的厚度。順便說明,第一絕緣膜31只在位于相鄰半導體芯片之間的表面上形成而不在半導體芯片23的上表面上形成也是可能的。在這種情況下,粘接層22本身即可使得每個半導體芯片23結合至基板21,其結果是可能表現出每個半導體芯片23和基板21之間的結合強度不夠。
在下一步驟中,形成多個第一底墊金屬層33的金屬層(為方便起見,在下文中所述金屬層指“第一底墊金屬層33”)在通過開口部分27和32暴露于外部的連接墊25的上表面上形成。第一底墊金屬層33可以為由一通過濺射法形成的銅層單獨構成的單層結構,也可以為一包括例如濺射法形成的鈦,以及在該例如鈦薄膜層上的通過濺射法形成的銅層的分層結構。這種情況同樣適用于下文中提到的第二底墊金屬層37。
在下一步驟中,在第一底墊金屬層33的上表面上形成抗蝕耐電鍍膜51,隨后對該抗蝕膜51進行構型。抗蝕耐電鍍膜51被構型,使得在抗蝕耐電鍍膜51對應于用于形成第一個重新布線34的區域的部分中形成開口部分52。在構型步驟之后,借助于將第一底墊金屬層33用作電鍍電流通道進行電鍍銅的手段,在第一底墊金屬層33的上表面上,抗蝕耐電鍍膜51的開口部分52的內部,形成第一重新布線34。
在形成了第一重新布線34之后,剝離抗蝕耐電鍍膜51,隨后通過以第一重新布線34為掩模的蝕刻法,去除第一底墊金屬層33的不需要的部分。結果,剩余的未被去除的第一底墊金屬層33僅為第一布線34下面的部分,如圖5所示。
在下一步驟中,在包括第一布線34的第一絕緣膜31的整個上表面上,形成由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第二絕緣膜35,如圖6所示。形成該第二絕緣膜35同樣可以使用旋涂法或絲網印刷法。第二絕緣膜35的上表面為平直的表面,且開口部分36位于第二絕緣膜35對應于第一布線34的襯墊部分的那一部分中。隨后,形成第二底墊金屬層37的金屬層(為方便起見,在下文中所述金屬層指“第二底墊金屬層37”)在包括通過開口部分36暴露于外部的第一重新布線34的襯墊部分的第二絕緣膜35的整個上表面上形成。
在下一步驟中,在第二底墊金屬層37的上表面上形成抗蝕耐電鍍膜53,隨后對該金屬抗蝕膜53進行構型。在這種情況下,在抗蝕耐電鍍膜53對應于用于形成第二重新布線38的區域的部分中形成開口部分54。之后,借助于以第二底墊金屬層33作為電鍍電流通道進行電鍍銅的手段,在第二底墊金屬層37的上表面上,抗蝕耐電鍍膜53的開口部分54的內部,形成第二重新布線38。
在形成了第二重新布線38之后,剝離抗蝕耐電鍍膜53,隨后通過以第二重新布線為掩模的蝕刻法,去除第二底墊金屬層37的不需要的部分。結果,剩余的未被去除的第二底墊金屬層37僅為第二布線38下面的部分,如圖7所示。
在下一步驟中,通過旋涂法或者絲網印刷法,在包括第二布線38的第二絕緣膜35的整個上表面上,形成由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第三絕緣膜39,如圖8所示。在這種情況下,第三絕緣膜39的上表面為平直的表面,且開口部分40在位于第三絕緣膜39對應于第二布線的襯墊部分的那一部分中形成。隨后,在開口部分40內部及其上方形成焊球41,以便連接第二重新布線38的襯墊部分。
在形成焊球41之后,在相鄰半導體芯片23之間的區域內切割由三個絕緣膜39、35、31、粘接層22以及基板21組成的分層結構,以便獲得多個如圖1和圖2所示結構的半導體裝置。
在這樣制造的半導體裝置中,連接至半導體芯片21的連接墊25的第一底墊金屬層33和第一重新布線34通過濺射法和電鍍法形成。同樣,連接至第一重新布線34的襯墊部分的第二底墊金屬層37和第二重新布線38也是通過濺射法和電鍍法形成。由此得出,半導體芯片21的連接墊25與第一重新布線34之間的電連接,以及第一重新布線34與第二重新布線38之間的電連接可以得到保證。
應該注意的是,在根據本發明第一實施例的制造方法中,多個半導體芯片23在形成于基板21上的粘接層22的預定的多個部分上排列,且第一至第三絕緣膜31、35、39、第一和第二底墊金屬層33、37、第一和第二重新布線34、38,以及焊球41在多個半導體芯片23上集中形成,隨后切割基板21以獲得多個半導體裝置。該特殊制造方法實現了簡化制造過程。而且,因為多個半導體芯片23可以隨基板21一起傳送因此該制造過程可以被進一步簡化。另外,如果使基板21的外部尺寸恒定,則不管要制造的半導體裝置的外部尺寸為怎樣,傳送系統可以通用。
現在說明制造圖1和圖2所示半導體裝置的另一個示例性方法。在第一步驟中,制備一包括由對紫外光透明的透明樹脂板或玻璃板制成的另一個基板55的基板結構,并制備由粘接片形成的在紫外光照射下可固化并可結合至基板55的整個上表面的粘接層56(所述粘接片在該階段中并不固化),以及制備結合至粘接層56上表面的基板21和粘接層22。
然后,在實施了圖3至圖8所示的制造步驟之后,如圖11所示切割由三個絕緣膜39、35、31、粘接層22、基板21,以及粘接層56構成的分層結構。應該注意的是在該切割步驟中,并不切割最底下的基板55。隨后,用從基板55下表面下方發出的紫外光照射基板55,以固化粘接層56。結果是,粘接層56面向分割開的基板21下表面的粘性降低。因此,位于粘接層56上的分開的半導體裝置被一個一個地從最底下地基板55拾取,從而獲得了多個如圖1和圖2所示結構的半導體裝置。
在上述制造方法中,在圖11所示的狀態下,位于粘接層56上的單個半導體裝置并未彼此分離。因此當將半導體裝置安裝在電路襯底(未示出)上時,可以一個一個地拾取這些半導體裝置而無須使用專門用于將半導體裝置配置在電路襯底上的托盤。而且,如果從最底下的基板55剝離留在其上表面上的粘性降低了的粘接層56,則該最底下的基板55可被再次利用。另外,如果將最底下基板55的外部尺寸或大小設為恒定,則不管要制造的半導體裝置的外部尺寸為怎樣,傳送系統可以通用。順便說明,在某些情況下,可以使用熱固性粘合片代替粘接層56。
圖10所示的最底下的基板55可以為象托盤的形狀。更具體的,最底下的基板55的周圍部分可以具有抬高的側壁。在這種情況下,在該側壁的上表面上形成導電金屬層。應該注意的是,在第一底墊金屬層33或第二底墊金屬層37通過電連接器電連接至在側壁上表面上形成的導電金屬層,以便該導電金屬層和電連接器可被用作電鍍電流通道之后,第一重新布線34或第二重新布線38可以通過電鍍形成。如上所述,如果最底下的基板55為象托盤的形狀,即使基板21具有不同的尺寸,也可以在實質上相同的條件下,通過將半導體裝置安放在托盤形的最底下基板33中實現電鍍。
(第二實施例)圖12是顯示根據本發明第二實施例的半導體裝置的垂直剖視圖。圖12中所示的半導體裝置與圖2中所示半導體裝置存在較大差別,這些差別在于,在圖12所示的半導體裝置中,第一重新布線34的襯墊部分,通過排列在第二絕緣膜35的在襯墊上方的部分中所形成的開口部分36中的柱狀電極,連接至位于第二重新布線38下方的第二底墊金屬層37。
現在說明制造圖12所示半導體裝置的示例性方法。在這種情況下,一直到如圖4所示剝離抗蝕耐電鍍膜51的步驟之前的那些制造步驟與前文描述的本發明的第一實施例相同。因此,下面將結合本發明的第二實施例說明隨后的制造步驟。
在如圖4所示的狀態下剝離了抗蝕耐電鍍膜51之后,在包括第一重新布線34的第一底墊金屬層33的上表面上,形成了抗蝕耐電鍍膜62,隨后對該抗蝕耐電鍍膜62進行構型,如圖13所示。在這種情況下,在抗蝕耐電鍍膜62對應于第一重新布線34的襯墊的那一部分中形成了開口部分63。
在下一步驟中,在第一重新布線34的上表面上,抗蝕耐電鍍膜62的開口部分63內,通過以第一底墊金屬層33作為電鍍電流通道的電鍍銅的方法,形成了高度約為50至150微米的柱狀電極61。然后,剝離抗蝕耐電鍍膜62,并隨后通過以第一重新布線34作為掩模的蝕刻法去除第一底墊金屬層33的不需要的部分。結果是,剩余的未被去除的第一底墊金屬層33僅為第一布線34下面的部分,如圖14所示。
在下一步驟中,在包括柱狀電極61和第一重新布線34的第一絕緣膜31的整個上表面上,形成由有機材料例如聚酰亞胺或環氧基樹脂制成的第二絕緣膜35。第二絕緣膜35形成比柱狀電極61的高度略厚。由此得出,在前面提到的狀態下,柱狀電極61的上表面被第二絕緣膜35所覆蓋。隨后,適當地拋光第二絕緣膜35的上表面使柱狀電極61的上表面暴露于外部,如圖16所示。
然后,實施與圖7和圖8所示的步驟實質上相同的制造步驟,以便在包括柱狀電極61上表面的第二絕緣膜35的上表面上,形成第二底墊金屬層37和第二重新布線38,隨后在包括第二重新布線38的第二絕緣膜35的上表面上形成第三絕緣膜39,并接著對第三絕緣膜39進行構型,且隨后,在第三絕緣膜39的開口部分40內部及其上方形成焊球41,以便與第二重新布線38的襯墊部分連接,如圖17所示。
最后,在相鄰半導體芯片23之間的區域中切割包括三個絕緣膜39、35、31、粘接層22,以及基板21的分層結構,以獲得多個如圖12所示結構的半導體裝置。
在這樣制造的半導體裝置中,連接至半導體芯片21的連接墊的第一底墊金屬層33和第一重新布線各自通過濺射法和電鍍法形成。柱狀電極61也是通過電鍍法形成在第一重新布線34的襯墊部分上。另外,連接到柱狀電極61上表面的第二底墊金屬層37和第二重新布線38各自通過濺射法和電鍍法形成。由此得出,半導體芯片21的連接墊25與第一重新布線之間的導電連接、第一重新布線34與柱狀電極61之間的導電連接,以及柱狀電極61與第二重新布線38之間的導電連接均可以得到保證。
而且應該注意,根據本發明第二實施例的該半導體裝置包括具有約50至150微米相對較大高度的柱狀電極61。這可以確保第一重新布線34和第二重新布線38之間相對較大的空間,以便抑制重新布線34和38之間的電干擾。還應注意的是,在將半導體裝置通過將焊球41插入兩者之間而安裝在電路襯底(未示出)上之后,柱狀電極61在某種程度上緩和了硅襯底24和電路襯底之間的熱膨脹系數差別所導致的內應力。
而且,當提到根據本發明第二實施例的制造方法時,粘接層22并非在基板1的整個表面上形成,而每個半導體芯片23結合至在半導體芯片23將被安裝的部分上有選擇地形成的粘接層22。而且,第一至第三絕緣膜31、35、39、第一和第二底墊金屬層33、37、第一和第二重新布線34、38、柱狀電極61以及焊球41被集中形成用于多個半導體芯片23,隨后適當地將基板21分開,以集中地獲得多個半導體裝置。自然,根據本發明第二實施例的特殊制造方法實現了半導體裝置制造過程的簡化。還應該注意的是,由于多個半導體芯片23可以隨基板21一起傳送,因此半導體裝置的制造過程可以被進一步簡化。另外,如果使基板21的外部尺寸恒定,則不管要制造的半導體裝置的外部尺寸為怎樣,傳送系統可以通用。
根據本發明第二實施例的制造方法可以修改為制備一包括如圖10所示最底下的基板55和在該最底下的基板55上表面上形成的粘接層56的襯底結構。在這種情況下,形成了焊球41之后,切割包括三個絕緣膜39、35、31、粘接層22、基板21和粘接層56的分層結構,以便將得到的半導體裝置彼此分開,并一個一個地拾取位于粘接層56上的單個半導體裝置。
(第三實施例)當在圖3所示的制造步驟中,粘接層22僅在半導體芯片23的硅襯底24下表面上形成,并被結合至基板21上表面的預定位置時,可以獲得根據本發明第三實施例的半導體裝置,如圖19所示。為了在半導體芯片23的硅襯底24的下表面上形成粘接層22,有效的做法是將粘接層22固定至其上形成有連接墊25和絕緣膜26的硅晶片的背面,隨后切割該硅晶片以獲得在其背面形成有粘接層22的半導體芯片23。或者,也可以通過使用諸如投放器(dispenser)將模壓涂覆材料滴在基板21上的半導體芯片23將要安裝的那些區域之上,之后,將半導體芯片23安裝在模壓涂覆材料上,并隨后通過在壓力下加熱將半導體芯片23固定在基板21上。
(第四實施例)當在圖12所示的第二實施例中,如上述第三實施例那樣粘接層22僅在半導體芯片23的硅襯底24的下表面上形成并結合至基板21的上表面上的預定位置時,可以獲得如圖20所示的根據本發明第四實施例的半導體裝置。
在各自根據本發明的第三和第四實施例的半導體裝置中,半導體芯片23的硅襯底24的下表面與基板21的上表面通過介于兩者之間的粘接層22相結合。另外,硅襯底24的側表面等與基板21的上表面通過介于兩者之間的第一絕緣膜31相結合。由此得出,可以僅考慮第一絕緣膜31和基板21之間的結合強度來選擇第一絕緣膜31的材料,而沒必要將第一絕緣膜31和粘接層22之間的粘著性考慮在內(第五實施例)圖21是顯示根據本發明第五實施例的半導體裝置的垂直剖視圖。圖21中所示的半導體裝置與圖2所示半導體裝置的不同之處在于,圖21所示的半導體裝置不包括基板21和粘接層22。
在制造根據本發明第五實施例的該半導體裝置過程中,在如圖8所示狀態下,基板21必須由對紫外光透明的透明樹脂板或玻璃板形成,且粘接層22必須由紫外光固化型的膠帶形成。而且,在相鄰半導體芯片23之間的區域中切割包括三個絕緣膜39、35、31以及粘接層22的分層結構,而并不切割基板21,如圖22所示。
在下一步驟中,用從基板21下表面下方發出的紫外光照射基板21,以將粘接層22固化。結果,粘接層22與半導體芯片23的硅襯底24的粘性,以及與硅襯底24周圍的第一絕緣膜31的下表面的粘性降低。由此得出,如果一個一個地拾取呈現在粘接層22上的單個半導體裝置,則可以獲得多個如圖21所示結構的半導體裝置。
這樣獲得的半導體裝置并不包括基板21和粘接層22,且因此,該半導體裝置的厚度降低了。而且,呈現在粘接層22上的單個半導體裝置并不彼此分開。因此,當半導體裝置被安裝到一電路襯底(未示出)上時,可以一個一個地拾取這些半導體裝置,而無須使用專門用于將半導體裝置配置在電路襯底上的托盤。還有,如果將留在基板21上表面的粘性降低的粘接層22剝離,則基板21可以重新使用。
(第六實施例)當提到如圖12所示的包括柱狀電極61的半導體裝置時,可以獲得不包括基板21和粘接層22的半導體裝置,如圖23所示的本發明第六實施例。
(第七實施例)在圖9所示的實施例中,在相鄰半導體芯片23之間的區域中切割包括三個絕緣膜等的分層結構。但是,也可以以這樣一種方式切割上面提到的分層結構,以獲得包括兩個或更多半導體芯片23的大的芯片,從而獲得根據本發明第七實施例的多芯片模塊型半導體裝置,如圖24所示。在第七實施例中,圖中所示的兩個半導體芯片23彼此并不分開,而襯底被切開,使得切開的切片包括至少兩個集成的半導體芯片23。在每個半導體裝置中,形成位于相鄰半導體芯片23之間的第二底墊金屬層37和第二重新布線層38,以將這兩個半導體芯片23電連接。在如圖24所示的第七實施例中,在第二重新布線層38上形成兩個焊球41。但是,就電學上的功能來講,也可以只使用一個單獨的焊球41。應該注意的是,可以獲得所謂的“多芯片模塊”,其中允許通過切割彼此分開的每個半導體裝置包括多個半導體芯片23。這樣的情況同樣適用于上述任何實施例。
(第八實施例)在圖24所示的實施例中,這些半導體裝置被彼此分開,使得每個分開的半導體裝置包括作為一組的兩個或更多半導體芯片23。可替換地,在每個分開的半導體裝置中,除了兩個或更多半導體芯片23之外,在基板21上還可以排列一包括例如電容、電感和電阻的芯片部件71,如圖25所示的本發明第八實施例。在這種情況下,連接至該芯片部件71的第一布線34a中的一個直接與連接至半導體芯片23中的一個的第一重新布線34相連接,而另一個第一布線34a則通過連接至另一個半導體芯片23的第二重新布線38與第一重新布線34相連。
在圖24中所示的第七實施例和圖25所示的第八實施例的每一個實施例中,即使半導體芯片23以及芯片部件71分別在形狀和厚度上彼此不同,也可以集中地形成第一至第三絕緣膜31、35、39、第一和第二重新布線34、38以及焊球41,隨后將半導體襯底分開以便同時獲得多個半導體裝置。由此得出半導體裝置的制造過程可以被簡化。
(實施例的修改)在本發明的半導體裝置中,重新布線層的數量并不局限于上述每個實施例中的兩個。本發明的半導體裝置可以包括單獨的一個重新布線層或三個或更多的重新布線層。當半導體裝置包括單獨的一個重新布線層時,重新布線的襯墊部分的至少一部分位于硅襯底周圍的絕緣膜上。另一方面,當半導體裝置包括三個或更多重新布線層時,最好在相鄰重新布線層之間配置柱狀電極。而且不論重新布線層的數量為多少,最好在最上面的重新布線層的襯墊部分上配置柱狀電極,以通過絕緣膜覆蓋除了該柱狀電極上表面之外的最上面的那一層,并在柱狀電極上形成焊球。
在上述的每個實施例中,半導體裝置的結合面,即形成焊球41的表面由半導體芯片的上表面提供。但是,半導體裝置的結合面也可以由半導體芯片的下表面提供或者由半導體芯片的上表面和下表面共同提供。下面將說明這種特殊半導體裝置的一些實施例。
(第九實施例)圖26至28共同顯示了根據本發明第九實施例的半導體裝置,其中圖26為該半導體裝置的平面圖,圖27為沿圖26中線XXVII-XXVII的橫向的剖視圖,顯示圖26所示半導體裝置背面的布線狀態,而圖28是為沿圖26中線XXVIII-XXVIII的垂直剖視圖,顯示圖26所示半導體裝置前面的布線狀態。如圖中所示,根據本發明第九實施例的半導體裝置包括由例如LSI形成的半導體芯片23。半導體芯片23的結構為,在例如硅襯底24上表面上的周圍部分中形成多個連接墊25,在不包括連接墊25的中心部分的硅襯底24的上表面上形成由無機材料例如二氧化硅制成的絕緣膜26,且連接墊25的中心部分通過形成于絕緣膜26中的開口部分27暴露于外部。
在半導體芯片23的上表面及其周圍上,形成由有機材料例如聚酰亞胺基樹脂、環氧基樹脂或PBO(苯并惡唑)基樹脂制成的第一絕緣膜31。第一絕緣膜31具有平直的上表面,且第一絕緣膜31的下表面與硅襯底24的下表面齊平。在這種情況下,在第一絕緣膜31對應于絕緣膜26的開口部分27的那一部分中,形成開口部分32。而且,在半導體芯片23周圍的第一絕緣膜31的多個預定部分處,形成通孔28。
如圖26和28所示,第一底墊金屬層33形成從位于半導體芯片23的一對互相面對的兩側,并通過開口部分27、32暴露于外部的連接墊25的上表面,一直延伸到第一絕緣膜31的上表面的那些預定位置。在第一底墊金屬層33的上表面上,形成第一重新布線34。而且,在第一重新布線34的襯墊部分上形成柱狀電極61。另外,在柱狀電極61的上表面形成焊球41。
而且,如圖26和27所示,在形成于半導體芯片23一對互相面對的另外兩側上的第一絕緣膜31中,形成了多個從第一絕緣膜31的上表面向其下表面延伸的通孔28。另外,第四底墊金屬層133形成從通過開口部分27、32暴露于外部的連接墊25的上表面,一直延伸到第一絕緣膜31的上表面和通孔28的內壁表面及底面。在這種情況下,在通孔28的內側底部形成的第四底墊金屬層133的下表面與第一絕緣膜31的下表面齊平。而且,在第四底墊金屬層133的上表面上形成第四重新布線134。
應該注意的是共同位于通孔28內的第四底墊金屬層133和第四重新布線134形成了電極161,其執行連接外部電路的連接端子部分的功能。由此得出,第四重新布線134的僅位于第一絕緣膜31上的部分才構成可執行連接功能的布線部分。另外,在形成于通孔28內側底部的第四底墊金屬層133的下表面上,即電極161的下表面上,形成了焊球141。
如圖27和28所示,由有機材料例如聚酰亞胺基樹脂、環氧基樹脂或PBO基樹脂制成的第二絕緣膜35在除了柱狀電極61以外,包括第一重新布線34和第四重新布線134的第一絕緣膜31的整個上表面上形成。形成第二絕緣膜35使第二絕緣膜35的上表面表現出與柱狀電極61的上表面齊平。
如上所述,在根據本發明第九實施例的半導體裝置中,柱狀電極61和連接至柱狀電極61的焊球41在上側形成,而電極161和連接至電極161的焊球141在下側形成。由此得出,可以將半導體裝置一側上的焊球41與電路襯底或別的電子部件相結合,并將另一側的焊球141與別的電路襯底或電子部件相結合。結果,過去所需要的連接器不再是必須的,因此就制造的效率和成本而言,這使得本發明比較有利。另外本發明使提高安裝密度成為可能。還應該注意的是,在上述第九實施例中,位于上側和下側的焊球41和141排列在半導體芯片23的外側圓周部分,因此增大了相鄰焊球41之間的間距和相鄰焊球141之間的間距。由此得出,即使在半導體芯片23的連接墊25的間距較小的情況下,也可以防止連接部分之間的短路。在上述第九實施例中,在半導體裝置上表面形成的焊球41排列形成沿半導體芯片23外側周圍的單行。同樣,在半導體裝置下表面形成的焊球141也沿半導體芯片23的外側周圍排列成單行。但是,也可能排列每一個焊球41和焊球141,以形成多行。而且,在半導體裝置上側和下側形成的每個焊球41和焊球141不僅可以排列在半導體芯片23的外側周圍部分,而且可以排列在對應于半導體芯片23的區域上。例如,這些焊球41和焊球141可以排列形成矩陣。
在圖26、27、28中所示的實施例中,半導體裝置包括分別在半導體芯片23的上側和下側形成的焊球41和另一焊球141。但是,通常實際執行的是一側的結合,這樣,排列在另一側的焊球可能妨礙結合操作。在這種情況下,最好僅在一側形成焊球,并在完成了所述一側的結合之后,在另一邊形成另外的焊球用于執行另外的結合操作。
現在說明根據本發明第九實施例的半導體裝置的示例性制造方法。在第一步驟中,制備一襯底結構,該襯底結構包括由例如對紫外光透明的玻璃板、透明金屬板或透明樹脂板制成的基板21,以及在基板21上表面上形成的其粘合力被紫外光照射而降低的粘接層22,如圖29所示。然后,將構成半導體芯片23的硅襯底24的下表面結合至粘接層22上表面上的多個預定位置。順便說明,在下文該半導體裝置制造方法的說明中所參照的附圖當中,中心的半導體芯片23的區域對應于沿圖26中所示線XXVII-XXVII的剖視圖,而在兩側的半導體芯片23的區域對應于沿圖26中所示線XXVIII-XXVIII的剖視圖。
在下一步驟中,包括多個半導體芯片23的粘接層22的上表面通過例如旋涂法或者絲網印刷法,被涂敷以由有機材料例如聚酰亞胺基樹脂、環氧基樹脂或PBO基樹脂制成的第一絕緣膜31,如圖30所示,之后,烘干第一絕緣膜31并隨后以光致抗蝕劑(photoresist)對第一絕緣膜31進行涂敷。進一步,通過光刻法對第一絕緣膜31連同涂敷的光致抗蝕劑一起進行構型,如圖30所示。應該注意的是,第一絕緣膜31具有平直的表面且被進行構型,使得在第一絕緣膜31的對應于半導體芯片23的開口部分27的那一部分中形成開口部分32,且在中心半導體芯片23的周圍第一絕緣膜31的多個預定部分處形成了通孔28。在第一絕緣膜31被構型之后,剝離光致抗蝕劑。
在下一步驟中,在通孔28的內部以及在包括通過開口部分27和32暴露于外部的連接墊25的上表面的第一絕緣膜31的上表面上,形成底墊金屬層33(包括底墊金屬層133),如圖31所示。底墊金屬層33(包括底墊金屬層133)可以由通過濺射法形成的銅層單獨構成,也可以由包括例如濺射法形成的鈦層的一薄膜層,以及在該薄膜層上的通過濺射法形成的銅層的一分層結構來構成。
在下一步驟中,在底墊金屬層33(包括底墊金屬層133)的上表面上形成抗蝕耐電鍍膜51,隨后對該抗蝕膜51進行構型。在這種情況下,在抗蝕耐電鍍膜51對應于用于形成重新布線層34和134的區域的那些部分中形成開口部分52。通過例如將底墊金屬層33(包括底墊金屬層133)用作電鍍電流通道而進行電鍍銅,在底墊金屬層33(包括底墊金屬層133)的上表面上,抗蝕耐電鍍膜51的開口部分52的內部,形成第一和第四重新布線34和134。通過該電鍍,在通孔28內部形成了由底墊金屬層133和第四重新布線134構成的電極161。隨后,剝離抗蝕耐電鍍膜51。
在下一步驟中,在包括第一和第四重新布線34和134的底墊金屬層33的上表面上形成抗蝕耐電鍍膜62,如圖32所示。在這種情況下,在抗蝕耐電鍍膜62對應于第一重新布線34的襯墊部分的那一部分中形成開口部分63。之后,通過例如將底墊金屬層33(包括底墊金屬層133)用作電鍍電流通道而進行電鍍銅,在第一重新布線34的襯墊部分的上表面上,在抗蝕耐電鍍膜36的開口部分37中,形成高度約為100至150微米的柱狀電極61。在該電鍍步驟之后,剝離抗蝕耐電鍍膜62。
在下一步驟中,通過以第一和第四重新布線34和134用作為掩模的蝕刻法,去除底墊金屬層33的不需要的部分。在這種情況下,被用作掩模的第一和第四重新布線34和134被同時蝕刻。但是,由于這些第一和第四重新布線34和134明顯地比底墊金屬層33更厚,因此如果在底墊金屬層33的蝕刻結束時停止蝕刻處理,則只有第一和第四重新布線34和134未被去除而留下。由此得知,剩余的未被去除的底墊金屬層33和133僅為分別在第一和第四重新布線34和134下面的部分,如圖33所示。在通孔28內部形成的第四底墊金屬層133和第四重新布線134共同形成了電極161。至于電極161的示例性高度,電極161的高度可基本上等于半導體芯片23的厚度和位于半導體芯片23上的第一絕緣膜31的厚度的總和。半導體芯片23的厚度約為20至70微米,而位于半導體芯片23上的第一絕緣膜31的部分的厚度約為10微米。由此得知電極161的高度約為30至80微米,小于柱狀電極61約100至150微米的高度。但是電極161和柱狀電極61的高度之間的關系并不局限于上面給出的例子。
在下一步驟中,在包括柱狀電極61和第一及第四布線34、134的第一絕緣膜31的上表面上,通過例如投放器法(dispensermethod)、印刷法或轉移模制(transfer molding)法形成由有機材料例如聚酰亞胺基樹脂、環氧基樹脂或PBO基樹脂制成的第二絕緣膜35,使得該第二絕緣膜35的厚度略大于柱狀電極61的高度。由此得知,在前面提到的狀態下,柱狀電極61的上表面由第二絕緣膜35所覆蓋。之后,適當地拋光第二絕緣膜35的上表面使柱狀電極61的上表面暴露于外部,如圖35所示。進一步,在柱狀電極61的上表面上形成焊球41,如圖36所示。焊球41可以通過例如使用抽吸裝置對焊球41進行抽吸以將焊球41置于柱狀電極61上,并隨后使焊球41可以回流(reflow)而形成。也可以通過例如印刷法使柱狀電極61的上表面被焊劑層覆蓋,并隨后通過回流處理(relowing)的手段形成焊球41。
在下一步驟中,用從基板21下方發出的紫外光照射基板21,以降低粘接層22的粘合力。在這種條件下,基板21和粘接層22被剝離,如圖37所示。在這樣的狀態下,第一絕緣膜31的下表面和電極161的下表面與硅襯底24的下表面齊平。如果在這一階段中有粘合劑或者異物附著于電極161的下表面,則可以通過例如等離子蝕刻等手段從電極161的下表面去除這些粘合劑或者異物。
在下一步驟中,在電極161的下表面上形成焊球141,如圖38所示。之后,如果在相鄰半導體芯片23之間的區域中切割由第一絕緣膜31和第二絕緣膜35構成的分層結構,如圖39所示,則可以獲得多個如圖26、27、28所示結構的半導體裝置。
(第十實施例)在上述第九實施例中,粘接層22在基板21的整個上表面上形成,如圖36所示。可替換地,也可以只在半導體芯片23的硅襯底24的下表面上形成粘接層22,以便使硅襯底24與基板21相結合,如圖40所示的本發明第十實施例一樣。但是,在這種情況下,如果將基板21和粘接層22剝離,將導致第一絕緣膜31的下表面和電極161的下表面從硅襯底24的下表面向下方突出。如果是這種情況,則必要時可以在半導體芯片安裝至電路襯底的步驟中,通過拋光適當地去除突出的部分。或者,可以使用例如從例如硅襯底24拉伸以便從其剝離的切割帶(dicing tape)來代替粘接層22。
(第十一實施例)同樣,在上述第九實施例中,柱狀電極61在第一重新布線34的襯墊部分上形成,而電極161在第四重新布線134的襯墊部分下方形成。但是,也可以在第四重新布線134的襯墊部分上形成柱狀電極61,如圖41中所示的本發明的第十一實施例一樣。換句話說,在本發明的第十一實施例中,電極161和柱狀電極61以相反方向面對的方式在相同位置處形成。而且,在電極161上形成焊球141,且在柱狀電極61上形成焊球41。
(第十二實施例)在圖42所示的本發明的第十二實施例中,焊球141只在半導體裝置的一個表面上形成,例如,只在電極161上形成,而在柱狀電極61上并未形成圖41中所示的焊球41。在這種情況下,可以只在柱狀電極61上形成焊球41(未示出)而并不在電極161的下表面上形成焊球141。
作為圖41和42所述結構的一種變型,可以如圖28所示只在一些第一重新布線34上形成柱狀電極61,或者如圖27所示只在一些第四重新布線134上形成電極161,而不是在所有的重新布線上形成電極161或柱狀電極61。
圖43是示例說明多個半導體裝置,例如,三個半導體裝置101、102、103安裝在一電路襯底111上的情況的剖視圖。在該例子中,第一半導體裝置101的焊球141結合至電路襯底111的連接端子112,以使第一半導體裝置101與電路襯底111相結合。而且,第二半導體裝置102的焊球141結合至第一半導體裝置101的柱狀電極61,使得第二半導體裝置102被直接安裝在第一半導體裝置101上。另外,第三半導體裝置103的焊球141結合至第二半導體裝置102的柱狀電極61,使得第三半導體裝置103被安裝在第二半導體裝置102上。
在這種情況下,最上方的半導體裝置,即第三半導體裝置103僅包括如例如圖27所示的第四重新布線134和柱狀電極161,而并不包括第一重新布線34和柱狀電極61。順便說明,當四個或更多半導體裝置一個疊一個地疊加在電路襯底111上時,只需將第三半導體裝置103用作與第一半導體裝置101或第二半導體裝置102類似的半導體裝置即可。
而且,第一和第二半導體裝置101和102各自包括多個專門用于執行到第三半導體裝置103的中繼(relay)端子功能的凸出電極。更具體的,圖43中左側所示的電極261和柱狀電極61通過底墊金屬層233和浮動狀態下的中繼襯墊部分234(即,不連接到容納于半導體裝置中任何半導體芯片23的連接墊25)彼此連接。在這種情況下,第三半導體裝置103的一控制信號,例如選擇信號或復位信號可提供給圖43中左側所示的,與執行中繼端子功能的電極261相連的電路襯底111的連接端子112。
圖44顯示了半導體裝置的另一個例子。當圖中左側的電路襯底111的連接端子112構成一GND端子時,可以在第一及第二半導體裝置101和102的各自的左側,第一重新布線134的襯墊部分上形成柱狀電極61。但是,在這種情況下,第三半導體裝置103僅包括如例如圖28所示的第一重新布線34和柱狀電極61,而不包括第四重新布線134和電極161。而且,用于將第二半導體裝置102的柱狀電極61連接至第三半導體裝置103的柱狀電極61的焊球41,可預先在第二半導體裝置102的柱狀電極61的上表面或者第三半導體裝置103的柱狀電極61的下表面上形成。
另外,最好在例如圖44中的電極161的下表面和柱狀電極61的上表面上,各自預先形成焊球141。在這種情況下,可以根據半導體裝置的安裝方式,稍微增加結合至電路襯底111的連接端子112的焊球141的高度,并稍微降低結合至第二半導體裝置102的電極161的焊球141的高度。
順便說明,在圖26、27和28中,電極161在半導體芯片23的一對互相面對的兩側上排列,而柱狀電極61在另一對互相面對的兩側上排列。可替換地,也可以將電極161和柱狀電極61各自排列在半導體芯片23的相鄰兩側上,或每一側上。而且,為了使半導體裝置成為長方形以有助于將其安裝至電子裝置,可以只在半導體芯片的一對互相面對的兩側上排列電極161和柱狀電極61,這樣這些電極并不排列在半導體芯片的其它側上。另外,為了使結合步驟中施加至每一凸出電極的負載均勻一致,可以形成與容納在每一半導體裝置中的半導體芯片的任何連接墊都不相連的,或者連接至與其它柱狀電極所共用的連接墊的虛設電極。此外,在容納于每一半導體裝置中的半導體芯片中,電極161的底面暴露于外部,而焊球141結合至電極161的該暴露的底面上。可替換地,也可以用絕緣膜(密封材料)覆蓋半導體芯片的底面并在對應于電極161的絕緣膜的那些區域中形成通孔。在這種情況下,需要時可以對確定出用于結合焊球141的通孔的壁進行電鍍。相應地,可以做出各種變型,而不會偏離隨附的權利要求書及其均等物所界定的本發明總體概念的精神和范圍。
如上所述,本發明提供了一種半導體裝置,包括至少一個半導體芯片,該半導體芯片具有在其上表面上形成的連接墊,形成覆蓋半導體芯片的一個表面和周圍表面的至少一個層結構的絕緣膜,以及在絕緣膜的上表面上形成以便與半導體芯片的連接墊相連的重新布線。由于重新布線的至少一部分具有在半導體芯片周圍的絕緣膜的區域中排列的襯墊部分,因此無須使用現有技術中所需的結合步驟。其結果是,半導體芯片一定能夠連接至重新布線,因此排除了發生失效連接的情況。而且,由于絕緣膜和重新布線能夠對多個半導體芯片或多組的半導體芯片集中形成,因此可以簡化制造過程。
其它的優點和變型對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此,本發明更廣泛方面上并不局限于這里顯示和說明的具體細節及典型的實施例。相應地,可以做出各種變型,而不會偏離隨附的權利要求書及其均等物所界定的本發明總體概念的精神和范圍。
權利要求
1.一種半導體裝置,包括至少一個半導體芯片(23),在其上表面上形成有多個連接墊(25)形成覆蓋所述半導體芯片(23)上表面及周圍表面的至少一層絕緣膜(31、35、39);以及以與所述半導體芯片(23)的連接墊(25)電連接的方式,在所述絕緣膜(31、35、39)上表面上形成的重新布線(38、134);其中至少一些所述重新布線(38、134)中的每一個,包括位于所述半導體芯片(23)之外,所述絕緣膜(31、35、39)的一區域中的襯墊部分。
2.根據權利要求1的半導體裝置,其中具有多個半導體芯片(23),且所述絕緣膜(31、35、39)的一部分位于相鄰半導體芯片(23)之間。
3.根據權利要求2的半導體裝置,其中所述多個半導體芯片彼此相同。
4.根據權利要求2的半導體裝置,其中所述多個半導體芯片彼此不同。
5.根據權利要求1的半導體裝置,包括芯片部件(71),其位于和所述半導體芯片(23)所在平面相一致的平面上。
6.根據權利要求1的半導體裝置,其中所述半導體芯片(23)周圍的所述絕緣膜(31)的部分的下表面,位于和所述半導體芯片(23)的下表面相一致的平面上。
7.根據權利要求1的半導體裝置,進一步包括基板(21),所述半導體芯片(23)以及半導體芯片(23)周圍的所述絕緣膜(31)的部分位于基板(21)上。
8.根據權利要求7的半導體裝置,包括在所述半導體芯片(23)和所述基板(21)之間形成的粘接層(22)。
9.根據權利要求1的半導體裝置,其中所述絕緣膜(31、35、39)包括多個層,且所述半導體裝置包括重新布線(34),用于將所述半導體芯片(23)的連接墊(25)連接至所述重新布線(38),該重新布線(34)在相鄰層的所述絕緣膜之間形成。
10.根據權利要求9的半導體裝置,包括連接至最下方的絕緣膜(31)中所形成的重新布線(34)的柱狀電極(61),該柱狀電極(61)在所述多層絕緣膜(31、35、39)中的至少一層絕緣膜(35)中形成。
11.根據權利要求9的半導體裝置,其中在所述多個絕緣膜(31、35、39)中的最上方絕緣膜(39)中形成開口部分(40),以便將位于該最上方絕緣膜(39)下面的中間絕緣膜(35)上所形成的一些所述重新布線(38)暴露于外部。
12.根據權利要求11的半導體裝置,其中在至少一些所述重新布線(38、134)上形成焊球(41、141)。
13.根據權利要求12的半導體裝置,其中在所述中間絕緣膜(35)中形成柱狀電極(61),該柱狀電極(61)將所述重新布線(34)的襯墊部分連接至所述焊球(41)。
14.根據權利要求1的半導體裝置,其中所述半導體芯片(23)包括具有開口部分(27)的絕緣體(26),用于將每個所述連接墊(25)的一部分暴露于外部并覆蓋所述半導體芯片(23)的上表面。
15.根據權利要求1的半導體裝置,其中所述絕緣膜(31)具有上表面及下表面,并具有位于所述半導體芯片(23)之外并從所述絕緣膜(31)的上表面延伸至下表面的通孔(28),在該通孔(28)內形成電極(161)。
16.根據權利要求15的半導體裝置,其中所述電極(161)為所述重新布線(134)的一部分。
17.根據權利要求15的半導體裝置,其中在所述重新布線(34)的襯墊部分上形成柱狀電極(61)。
18.根據權利要求15的半導體裝置,其中所述半導體芯片(23)具有與所述上表面相對的下表面,且所述絕緣膜(31)的下表面實質上與所述半導體芯片(23)的下表面齊平。
19.根據權利要求15的半導體裝置,其中所述重新布線(134)電連接至所述電極(161),并且在所述重新布線(134)的襯墊部分上形成柱狀電極(61)。
20.根據權利要求15的半導體裝置,其中所述絕緣膜(31)具有對應于一些所述重新布線(134)的通孔(28),在該通孔(28)中形成連接至所述重新布線(134)的電極(161),且在至少一些其余的所述重新布線(134)上形成柱狀電極(61)。
21.根據權利要求20的半導體裝置,其中所述絕緣膜包括覆蓋所述柱狀電極(61)周圍的上層(35)和在該上層(35)下面形成的下層。
22.根據權利要求15的半導體裝置,包括不與所述連接墊(25)電連接的電極(261)。
23.根據權利要求15的半導體裝置,進一步包括至少一個具有連接端子(161、261)的電子部件(102、103),以及連接元件(141),該連接元件(141)用于將所述通孔(28)內形成的所述電極(161、261)連接至該電子部件(102、103)的連接端子(161、261)。
24.根據權利要求23的半導體裝置,其中所述電子部件(102、103)包括至少一個其上表面上形成有連接墊的另外的半導體芯片(23)、具有至少一層形成覆蓋該另外的半導體芯片(23)的一個表面及周圍的絕緣膜(31、35)、在該絕緣膜(31、35)上表面上形成,以便連接至該另外的半導體芯片(23)的連接墊(25)的重新布線(34、134),以及在該重新布線(34、134)上形成的電極(61、161、261)。
25.根據權利要求24的半導體裝置,其中所述電子部件(102、103)的電極為柱狀電極(61)。
26.根據權利要求24的半導體裝置,其中所述電子部件(102、103)的絕緣膜(31)具有通孔(28),且所述電子部件的所述電極(161、261)在該通孔(28)內形成。
27.根據權利要求26的半導體裝置,其中在所述電極(161、261)上形成柱狀電極(61),該柱狀電極(61)以與所述電子部件的所述電極(161、261)的突出方向相反的方向突出。
28.一種制造半導體裝置的方法,包括提供一基板(21);將多個半導體芯片(23)安裝至所述基板(21),其中每一半導體芯片具有在其上表面上形成的多個連接墊(25),該多個半導體芯片被彼此分隔安裝;在包括所述半導體芯片(23)的上表面的所述基板(21)的上表面上形成絕緣膜(31、35),以使該絕緣膜(31、35)具有平坦表面;在所述絕緣膜(31、35)上形成多對重新布線(34、38、134),所述重新布線(34、38、134)中的每一個連接至任何所述半導體芯片(23)的連接墊(25),且至少一些所述重新布線(34、134)具有與該連接墊(25)相連的所述半導體芯片(23)周圍形成的所述絕緣膜(31)的一個區域中排列的襯墊部分;以及切割相鄰半導體芯片之間的所述絕緣膜(31、35),以便獲得多個半導體裝置,其中每個半導體裝置包括至少一個半導體芯片(23)、在該半導體芯片(23)周圍形成的絕緣膜(31),以及具有位于所述絕緣膜的所述區域中的襯墊部分的重新布線(34、38、134)。
29.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,其中切割所述絕緣膜(31、35)使得所述獲得的半導體裝置的每一個包括多個半導體芯片(23)。
30.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括切割所述基板(21)。
31.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括剝離所述基板(21)。
32.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括提供用于支撐所述基板(21)的另一基板(55)。
33.根據權利要求32的制造半導體裝置的方法,進一步包括切割所述基板(21)。
34.根據權利要求33的制造半導體裝置的方法,其中,在切割位于所述相鄰半導體芯片(23)之間的所述絕緣膜(31)的那一部分之后,切割所述基板(21),且隨后從所述另一基板(55)剝離所述基板(21)。
35.根據權利要求32的制造半導體裝置的方法,其中所述絕緣膜(31)通過旋涂法、模壓涂覆法和絲網印刷法中的任何方法,在所述基板(21)的整個上表面上形成。
36.根據權利要求35的制造半導體裝置的方法,其中安裝在所述基板(21)上的所述半導體芯片(23)為厚度不大于70微米的半導體芯片(23)。
37.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括在所述絕緣膜(31、35)上形成絕緣體(39),該絕緣體(39)具有用于將所述襯墊部分暴露于外部的開口部分(40)。
38.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括在多組所述重新布線(38)和所述連接墊(25)之間形成柱狀電極(61)。
39.根據權利要求38的制造半導體裝置的方法,進一步包括在包括所述柱狀電極(61)的所述絕緣膜(31)的整個上表面之上,形成絕緣體(35),以及拋光該絕緣體(35)使得所述柱狀電極(61)的上表面暴露于外部
40.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括在所述絕緣膜(31)的所述區域中形成通孔(28),該通孔(28)在所述絕緣膜(31)的厚度方向上延伸,以及在該通孔(28)內形成電極(161)。
41.根據權利要求40的制造半導體裝置的方法,其中所述電極(161)與所述重新布線(134)同時形成。
42.根據權利要求40的制造半導體裝置的方法,進一步包括在所述襯墊部分上形成柱狀電極(61)。
43.根據權利要求40的制造半導體裝置的方法,其中所述半導體芯片(23)被結合以便安裝在所述基板(21)上。
44.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括在所述絕緣膜(31)的對應于至少一些所述重新布線(34、134)的襯墊部分的那些部分中形成通孔(28),該通孔(28)在所述絕緣膜(31)的厚度方向上延伸,以及在該通孔(28)內形成連接至所述襯墊部分的電極(161)。
45.根據權利要求28的制造半導體裝置的方法,進一步包括在一些其余的所述重新布線(34、134)的襯墊部分上形成柱狀電極(61)。
46.一種制造半導體裝置的方法,包括提供一基板(21);將多個半導體芯片(23)固定至所述基板(21)以使半導體芯片(23)的上表面朝上方,其中每一半導體芯片具有在其上表面上形成的多個連接墊(25),這些半導體芯片(23)被彼此分隔固定;通過旋涂法、模壓涂覆法和絲網印刷法中的任何方法,在包括所述半導體芯片(23)的上表面的所述基板(21)的上表面上,形成第一絕緣膜(31);在所述第一絕緣膜(31)上及其上方形成多組重新布線(34),所述重新布線(34)中的每一個連接至任何所述半導體芯片(23)的連接墊(25),且至少一些所述重新布線(34)包括與該連接墊(25)相連的所述半導體芯片(23)的周圍所形成的第一絕緣膜(31)的一個區域中排列的襯墊部分;以及在包括所述重新布線(34)的所述第一絕緣膜(31)的表面上形成第二絕緣膜(35),該第二絕緣膜(35)具有將所述襯墊部分暴露于外部的開口部分。
47.一種制造半導體裝置的方法,包括提供一基板(21);將多個半導體芯片(23)固定至所述基板(21)以使半導體芯片(23)的上表面朝上方,其中每一半導體芯片具有在其上表面上形成的多個連接墊(25),這些半導體芯片(23)被彼此分隔固定;在包括所述半導體芯片(23)的上表面的所述基板(21)的上表面上,形成第一絕緣膜(31);在所述第一絕緣膜(31)中以在絕緣膜(31)厚度方向上延伸的方式形成通孔(28)在所述絕緣膜(31)中所形成的通孔內,形成包括電極(161)的多組重新布線(34)。
48.根據權利要求47的制造半導體裝置的方法,進一步包括在所述重新布線(134)的對應于所述通孔(28)的那一部分中,形成沿與所述電極(161)延伸方向相反的方向延伸的柱狀電極(61)。
全文摘要
將多個半導體芯片(23)結合至基板(21)上所形成的粘接層(22)。然后,對多個半導體芯片(23)集中形成第一至第三絕緣膜(31、35、39)、第一和第二底墊金屬層(33、37)、第一和第二重新布線(34、38),以及焊球(41)。在這種情況下,第一和第二底墊金屬層(33、37)通過濺射法形成,且第一和第二重新布線(34、38)通過電鍍法形成。隨后,在位于相鄰半導體芯片(23)之間的區域中切割由三個絕緣膜(39、35、31)、粘接層(22)和基板(21)組成的分層結構。
文檔編號H01L23/31GK1633705SQ03800128
公開日2005年6月29日 申請日期2003年2月3日 優先權日2002年2月4日
發明者若林猛, 三原一郎 申請人:卡西歐計算機株式會社