專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明的實施例涉及半導體器件及其制造方法。
背景技術：
近年來，正進行對包括包含在單個封裝中的多個半導體芯片的半導體器件進行各種研發努力。為了減小封裝的尺寸，將這樣的結構用于半導體器件，在該結構中，多個半導體芯片被一個層疊在另一個上，其中在每兩個相鄰半導體芯片之間插入粘合劑。制造具有層疊結構的半導體器件的一種方法是，在尺寸小于半導體芯片的控制元件上層疊在最低的表面上具有粘合層的半導體芯片。在該情況下，控制元件與半導體芯片之間的粘合層使設置在控制元件之上的半導體芯片變形。由于該原因，變形不利地影響半導體芯片的操作的可靠性以及半導體芯片與粘合層之間的接合的可靠性。這已被指出是個問題。
發明內容
根據一個實施例，一種半導體器件包括控制元件，其通過第一粘合層而被設置在基板的主表面上方；第二粘合層，其被設置為覆蓋所述控制元件；第一半導體芯片，其被設置在所述第二粘合層上，所述第一半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的頂表面積，并且所述控制元件的外邊緣的至少一側伸出到所述第一半導體芯片的外邊緣的外部。
圖I是示出根據第一實施例的半導體器件的截面圖；圖2是示出根據第一實施例的半導體器件的平面圖；圖3是示出根據第一實施例的半導體器件的截面圖；圖4A到4E是示出根據第一實施例的制造半導體器件的方法的截面圖；圖5是示出根據第二實施例的半導體器件的截面圖；圖6是示出根據第二實施例的半導體器件的平面圖；以及圖7A到7D是示出根據第二實施例的制造半導體器件的方法的截面圖。
具體實施例方式(第一實施例)下面將參考附圖提供對實施例的描述。在對以下實施例的描述中，附圖中示出的相同部分將用相同的參考標號表示，并且將在任何可能的時候省略對這些部分的詳細描述。另一方面，將根據需要提供對不同部分的描述。此外，用于描述實施例的指示方向的詞，例如，上、下、左和右，在下述焊料球11被設置于其上的表面低于任何其他部分(焊料球除外)的假設下表示相對方向。由于該原因，相對方向可以不同于相對于重力加速度的方向的方向。圖I和3為示出根據第一實施例的半導體器件的截面圖。圖2為示出根據第一實施例的半導體器件I的平面圖。作為實例示出的半導體器件I是包含在被稱為BGA(球柵陣列)型半導體封裝中的半導體器件。半導體芯片9為例如NAND閃速存儲器。控制元件4為例如存儲器控制器，并且控制半導體芯片9的操作。如圖I所示，半導體器件I包括基板2、設置在基板2上方的控制元件4、以及設置在控制元件4上方的半導體芯片9，其中粘合層8被插入在半導體芯片9與控制元件4之間。使用例如包括多層互連的玻璃環氧基板作為基板2。 每個控制元件4被安裝在具有粘合層3的基板2的頂表面上，粘合層3被設置在控制元件4的背表面上。即，粘合層3插入在控制元件4與基板2之間。將例如熱固性環氧樹脂用于粘合層3。粘合層3的膜厚度為例如約10 u m,而控制元件4的芯片厚度為例如約30i!m。在每個控制元件4上設置電極襯墊5。電極襯墊5被通過金屬線7分別電連接到連接端子6，連接端子6被設置在基板2的頂表面上。粘合層8被設置為使得粘合層8覆蓋控制元件4。粘合層8可以覆蓋例如每個控制元件的一部分、控制元件4的頂表面的一部分、或者控制元件4的頂表面和側表面的部分。另外，粘合層8可以覆蓋每個控制元件4的整個頂表面和側表面。粘合層8的一部分可以被設置在半導體芯片9的外邊緣的外部，以便該部分的體積等于位于半導體芯片9的外邊緣內部的粘合層3的部分的體積和控制元件4的部分的體積的和。在該情況下，位于半導體芯片9的外邊緣內部的粘合層8的部分被釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。這導致從粘合層8施加到半導體芯片9的應力的減小，并相應地抑制了半導體芯片9的變形。作為粘合層8，將例如DAF (管芯附膜)附接到半導體芯片9的背表面，并且將所產生的DAF壓縮接合到控制元件4。粘合層8包含例如環氧樹脂。例如，在80到160°C范圍的溫度下，粘合層8的粘度為100到IOOOOPa S。粘合層8的膜厚度為例如40到150 u m。將半導體芯片9設置在粘合層8上。半導體芯片9的底表面的面積大于各控制元件4的頂表面的面積的和。此外，如圖2所示，當在平面圖中觀察時，每個控制元件4的外邊緣的至少一側伸出到半導體芯片9的外邊緣之外。在如圖2所示當在平面圖中觀察時每個控制元件4的外邊緣的兩側伸出到半導體芯片9的外邊緣之外的情況下，粘合層8的一部分被容易地釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。這可以抑制半導體芯片9的變形。通過使用各自的金屬線7，將設置在半導體芯片9上的其他電極襯墊5連接到設置在基板2的頂表面上的連接端子6。如圖3所示，可以在半導體芯片9上方設置半導體芯片13，其中在每兩個相鄰的半導體芯片之間插入粘合層12。如圖3所示，通過使半導體芯片13的位置沿水平方向臺階式位移而層疊半導體芯片13，以便半導體芯片9上的電極襯墊5和每個半導體芯片13上的電極襯墊5暴露到外部。半導體芯片9和半導體芯片13中的每一個的芯片厚度為約30到100 u m。基板2上的連接端子6被電連接到焊料球11，其中焊料球11通過設置在基板2內部的互連層(省略其示例)而被設置在基板2的背表面上。焊料球11被連接到外部電路。因此，焊料球11將半導體芯片9和控制元件4電連接到外部電路。此外，將密封樹脂10設置為使密封樹脂10覆蓋半導體芯片9和控制元件4。從而，將半導體芯片9和控制元件4密封為使半導體芯片9和控制元件4不暴露到外部。第一實施例的半導體器件I被設置為具有上述配置。接下來，將參考圖4提供對制造第一實施例的半導體器件I的方法的描述。圖4A到4E是示出根據第一實施例的制造半導體器件I的方法的截面圖。
首先，如圖4A所示，將控制元件4層疊在由玻璃環氧樹脂構成的包括多層互連的基板2上，其中在控制元件4與基板2之間插入粘合層3。例如，將粘合層3和設置在各自的粘合層3上的控制元件4壓縮接合到基板2的頂表面。將例如具有熱固特性的環氧樹脂用于粘合層3。之后，通過加熱基板2而使粘合層3固著。從而，將控制元件4固定到基板2的頂表面。如圖4B所示，提供金屬線7，以將設置在基板2上的連接端子6連接到設置在控制元件上的電極襯墊5。如圖4C所示，將其上設置有粘合層8的半導體芯片9的背表面壓縮接合到控制元件4的頂表面和基板2的面上，以便半導體芯片9的背表面覆蓋每個控制元件4的頂表面的一部分。此時，進行壓縮接合，以便使每個控制元件4的外邊緣的至少一側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部。從而，粘合層8的一部分被釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部，以便被釋放部分的體積對應于當在平面圖中觀察時位于半導體芯片9的外邊緣內部的粘合層3的部分的體積和控制元件4的部分的體積的和。這減輕了從粘合層8施加到半導體芯片9的應力，相應地抑制了半導體芯片9的變形。半導體芯片9的底表面的面積大于控制元件4的頂表面的面積的和。例如，通過將DAF附接到其上設置有半導體芯片9的半導體晶片的背表面而設置粘合層8。另外，可以通過將包含熱固性樹脂的粘合劑施加到半導體晶片的背表面并隨后通過干燥該粘合劑而設置粘合層8。將例如具有低粘度的熱固性環氧樹脂用于粘合層8。在使粘合層8固著之前，粘合層8的粘度應為例如100到IOOOOPa S。在使粘合層8固著之后，粘合層8的彈性系數應為例如I到lOOOMPa。將具有低粘度的樹脂用于粘合層8可以防止金屬線7的變形。之后，通過加熱基板2而使粘合層8固著。從而，將半導體芯片9固定到控制元件4的頂表面。如圖4D所示，在半導體芯片9上方層疊半導體芯片13，在該半導體芯片13的背表面上設置有粘合層12。通過使半導體芯片13的位置沿水平方向臺階式位移而實現該層疊，以便半導體芯片9上的電極襯墊5和每個半導體芯片13上的電極襯墊5暴露到外部。通過加熱基板2而使設置在半導體芯片13的背表面上的粘合層12固著。從而，將臺階式層疊的半導體芯片13固定在一起并固定到半導體芯片9。提供金屬線7，以將設置在半導體芯片9上的電極襯墊5分別連接到連接端子6。如圖4E所示，在基板2上設置密封樹脂10，以便密封樹脂10覆蓋控制元件4和半導體芯片9。在基板2的背表面上設置焊料球11。圖I所示的第一實施例的半導體器件I被設置為具有上述配置。
在第一實施例中，當在平面圖中觀察時，每個控制元件4的外邊緣的至少一側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部。因此，粘合層8的一部分被釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。這減輕了從粘合層8施加到半導體芯片9的應力，并相應地抑制了半導體芯片9的變形。此外，在當在平面圖中觀察時每個控制元件4的外邊緣的兩側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部的情況下，粘合層8的一部分被容易地釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。因此，可以進一步抑制半導體芯片9的變形。(第二實施例)通過使用圖5和6提供對第二實施例的半導體器件I的描述。關于第二實施例的半導體器件I的配置，用相同的參考標號表示與在圖I所示的第一實施例的半導體器件I 的配置中包括的部分相同的部分，并且將省略對這些部分的詳細描述。第二實施例與第一實施例的區別在于，在基板2上方設置半導體芯片15，其中在半導體芯片15與基板2之間插入粘合層14，并且在半導體芯片15上方設置控制元件4，其中在半導體芯片15與控制元件4之間插入粘合層3。控制元件4可以設置在半導體芯片15上方,如圖6所示。將參考圖7提供對根據第二實施例的制造半導體器件I的方法的描述。如圖7A所示，在由玻璃環氧樹脂構成的包括多層互連的基板2上層疊半導體芯片15，其中在半導體芯片15與基板2之間插入粘合層14。例如，將粘合層14和設置在粘合層14上的半導體芯片15壓縮接合到基板2的頂表面。將例如具有熱固特性的環氧樹脂用于粘合層14。通過加熱基板2而使粘合層14固著。從而，將半導體芯片15固定到基板2的頂表面。使用金屬線7，以將設置在基板2上的連接端子6連接到設置在半導體芯片15上的電極襯墊5。如圖7B所示，在半導體芯片15上方層疊控制元件4，其中在半導體芯片15與控制元件4之間分別插入粘合層3。例如，將粘合層3和設置在各自的粘合層3上的控制元件4壓縮接合到半導體芯片15的頂表面。將例如具有熱固特性的環氧樹脂用于粘合層3。通過加熱基板2而使粘合層3固著。從而，將控制元件4固定到半導體芯片15的頂表面。通過使用金屬線7，將設置在基板2上的連接端子6與設置在每個控制元件上的電極襯墊5分別連接。如圖7C所示，將其上設置有粘合層8的半導體芯片9的背表面壓縮接合到控制元件4的頂表面，以便半導體芯片9的背表面覆蓋每個控制元件4的頂表面的一部分。此時，進行壓縮接合，以便使每個控制元件4的外邊緣的至少一側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部。半導體芯片9的底表面的面積大于控制元件4的底表面的面積。將例如具有低粘度的熱固性環氧樹脂用于粘合層8。在使粘合層8固著之前，粘合層8的粘度應為例如100到IOOOOPa S。在使粘合層8固著之后，粘合層8的彈性系數應為例如I到lOOOMPa。粘合層8的一部分被釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部，以便被釋放部分的體積對應于當在平面圖中觀察時位于半導體芯片9的外邊緣內部的粘合層3的部分的體積和控制元件4的部分的體積的和。這減輕了從粘合層8施加到半導體芯片9的應力，相應地抑制了半導體芯片9的變形。通過加熱基板2而使粘合層8固著。從而，將半導體芯片9固定到控制元件4的頂表面。
如圖7D所示，在半導體芯片9上方層疊半導體芯片13，在該半導體芯片13的背表面上設置有粘合層12。通過使半導體芯片13的位置沿水平方向臺階式位移而實現該層疊，以便半導體芯片9上的電極襯墊5和每個半導體芯片13上的電極襯墊5暴露到外部。通過加熱基板2而使設置在半導體芯片13的背表面上的粘合層12固著。從而，將臺階式層疊的半導體芯片13固定在一起并固定到半導體芯片9。提供金屬線7，以將設置在半導體芯片9和半導體芯片13上的電極襯墊5分別連接到連接端子6。如圖4E所示，與在第一實施例的情況一樣地，在基板2上設置密封樹脂10，以便密封樹脂10覆蓋控制元件4、半導體芯片9和半導體芯片13。在基板2的背表面上設置焊料球11。第二實施例的半導體器件I被設置為具有上述配置。應注意，可以在基板2上方層疊半導體芯片15、半導體芯片9和半導體芯片13之后，同時提供用于連接設置在基板2上的連接端子、控制元件4和設置在半導體芯片9上的 電極襯墊5的金屬線7。雖然提供了對假設在基板2與控制元件4之間存在單個半導體芯片15的實施例的上述描述，但可以設置兩個或更多的半導體芯片15。如上所述，在第二實施例中，當在平面圖中觀察時，每個控制元件4的外邊緣的至少一側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部。因此，粘合層8的一部分被釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。這減輕了從粘合層8施加到半導體芯片9的應力，并相應地抑制了半導體芯片9的變形。此外，在當在平面圖中觀察時每個控制元件4的外邊緣的兩側伸出到半導體芯片9的外邊緣的外部的情況下，粘合層8的一部分被容易地釋放到半導體芯片9的外邊緣的外部。因此，可以進一步抑制半導體芯片9的變形。假設層疊多個半導體芯片13而描述了第一實施例的半導體器件I和第二實施例的半導體器件I。然而，替代地，半導體器件可以是這樣的半導體器件，其中在控制元件4上僅設置一個半導體芯片。雖然已經描述了特定實施例，但這些實施例僅僅以實例的方式給出，并不旨在限制本發明的范圍。實際上，可以以各種其他形式具體化本文中描繪的新穎實施例；此外，可以在不背離本發明的精神的情況下做出在本文中描述的實施例的形式上的各種省略、替換以及改變。所述權利要求及其等價物旨在覆蓋落入本發明的范圍和精神內的這樣的形式或修改。
權利要求
1.一種半導體器件，包括 控制元件，其通過第一粘合層而被設置在基板的主表面上方； 第二粘合層，其被設置為覆蓋所述控制元件； 第一半導體芯片，其被設置在所述第二粘合層上，所述第一半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的頂表面積，并且所述控制元件的外邊緣的至少一側伸出到所述第一半導體芯片的外邊緣的外部。
2.根據權利要求I的半導體器件，其中 所述第二粘合層的至少一部分被設置在所述第一半導體芯片的外邊緣的外部，所述第二粘合層的該部分對應于所述第一粘合層和所述控制元件的位于所述第一半導體芯片的外邊緣內部的部分的體積的和。
3.根據權利要求I的半導體器件，其中 所述控制元件的所述外邊緣的兩側伸出到所述第一半導體芯片的外邊緣。
4.根據權利要求I的半導體器件，還包括 第二半導體芯片，其被設置在所述基板與所述控制元件之間。
5.根據權利要求I的半導體器件，還包括 連接端子，其被設置在所述基板上； 電極襯墊，其被設置在所述第一半導體芯片上；以及 金屬線，其被連接在所述連接端子與所述電極襯墊之間。
6.根據權利要求I的半導體器件，還包括 多個所述第二粘合層和多個所述第一半導體芯片，每個所述第二粘合層交替地層疊在每個所述第一半導體芯片上。
7.根據權利要求6的半導體器件，其中 所述第二粘合層的位置被沿水平方向移位到所述第二粘合層上的所述第一半導體芯片的底部。
8.根據權利要求7的半導體器件，其中 所述電極襯墊被設置在所述第一半導體芯片的除了與所述第二粘合層的底表面接觸的部分之外的部分上。
9.根據權利要求I的半導體器件，其中 所述第二粘合層8的彈性模量的范圍為I到lOOOMPa。
10.根據權利要求I的半導體器件，其中 所述第一半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的頂表面積。
11.一種制造半導體器件的方法，包括 將其上設置有第一粘合層的控制元件的背表面壓縮接合到基板上；以及 將其上設置有第二粘合層的半導體芯片的背表面壓縮接合到所述控制元件的頂表面和所述基板的頂表面上；其中 所述半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的上表面積，并且在壓縮接合所述半導體芯片的背表面時所述控制元件的外邊緣的至少一側伸出到所述半導體芯片的外邊緣的外部。
12.根據權利要求11的方法，其中在所述壓縮接合時，所述第二粘合層的至少一部分被設置在所述半導體芯片的外邊緣的外部，所述第二粘合層的該部分對應于所述第一粘合層和所述控制元件的位于所述第一半導體芯片的外邊緣內部的部分的體積的和。
13.根據權利要求11的方法，其中 在所述壓縮接合時，所述控制元件的所述外邊緣的兩側伸出到所述半導體芯片的外邊緣。
14.根據權利要求11的方法，還包括 交替地提供多個所述第二粘合層和多個所述半導體芯片，每個所述第二粘合層在每個所述半導體芯片上。
15.根據權利要求14的方法，其中 每個第二粘合層的位置被沿水平方向移位到所述第二粘合層上的所述半導體芯片的底部。
16.一種制造半導體器件的方法，包括 在基板上方提供第一半導體芯片； 將其上設置有第一粘合層的控制元件的背表面壓縮接合到所述第一半導體芯片的頂表面上；以及 將其上設置有第二粘合層的第二半導體芯片的背表面壓縮接合到所述控制元件的頂表面和所述第一半導體芯片的頂表面上； 其中所述第二半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的頂表面積，并且在壓縮接合所述第二半導體芯片時所述控制元件的外邊緣的至少一側伸出到所述第二半導體芯片的外邊緣的外部。
17.根據權利要求16的方法，其中 在壓縮接合所述第二半導體芯片時，所述第二粘合層的至少一部分被設置在所述第一半導體芯片的外邊緣的外部，所述第二粘合層的該部分對應于所述第一粘合層和所述控制元件的位于所述第一半導體芯片的外邊緣內部的部分的體積的和。
18.根據權利要求16的方法，其中 在所述壓縮接合所述第二半導體芯片時，所述控制元件的所述外邊緣的兩側伸出到所述第一半導體芯片的外邊緣。
19.根據權利要求16的方法，還包括 交替地提供多個所述第二粘合層和多個所述第一半導體芯片，每個所述第二粘合層在每個所述第一半導體芯片上。
20.根據權利要求19的方法，其中 每個第二粘合層的位置被沿水平方向移位到所述第二粘合層上的所述第一半導體芯片的底部。
全文摘要
本發明涉及半導體器件及其制造方法。根據一個實施例，一種半導體器件包括控制元件，其通過第一粘合層而被設置在基板的主表面上方；第二粘合層，其被設置為覆蓋所述控制元件；第一半導體芯片，其被設置在所述第二粘合層上，所述第一半導體芯片的底表面積大于所述控制元件的頂表面積，并且所述控制元件的外邊緣的至少一側伸出到所述第一半導體芯片的外邊緣的外部。
文檔編號H01L23/31GK102738133SQ20111027512
公開日2012年10月17日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年3月31日
發明者安藤善康, 宮下浩一, 田中潤, 竹本康男, 谷本亮 申請人:株式會社 東芝