專利名稱：半導(dǎo)體器件的封裝體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有突起電極的半導(dǎo)體芯片對置地載置在配線基板上的半導(dǎo)體器件的封裝體及這樣的封裝體的制造方法。
背景技術(shù)：
在具有突起電極的半導(dǎo)體元件對置地封裝在配線基板上時，使熱固性的粘接用絕緣樹脂介于半導(dǎo)體元件和配線基板之間，將半導(dǎo)體元件的突起電極壓緊在配線基板上，由于該配線基板和該配線基板上的電極塑性變形或彈性變形成凹狀，因而使半導(dǎo)體元件與配線基板上的電極進行電連接，這在特開平4-82241號公報和特開平11-284022號公報中已公開。該半導(dǎo)體元件的突起電極是使用電鍍法在半導(dǎo)體元件上的片狀電極(パツド電極)的上面用Au等金屬材料形成的。
在形成這樣的突起電極中，因為不能調(diào)整突起電極前端的形狀，所以在配線基板上壓緊突起電極時，突起電極前端的形狀和壓緊該突起電極而發(fā)生變形的配線基板上的電極形狀要充分地吻合，否則就得不到穩(wěn)定的電連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供，在具有突起電極的半導(dǎo)體芯片封裝在表面設(shè)置了對置電極的對置基板上時，不損害該對置電極、能夠充分地進行突起電極和對置電極的電連接的、可靠性高的半導(dǎo)體器件的封裝體以及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的封裝體具備具有突起電極的半導(dǎo)體芯片、在一面上形成和上述突起電極的端面接觸的對置電極的樹脂制對置基板、以及介于上述半導(dǎo)體芯片和上述對置基板之間的絕緣性熱塑性、熱固性或光固性的粘接劑。而且，上述突起電極做成具有核心部分和在該核心部分的上方形成與該核心部分不是一體的凸狀的電極端部的2層結(jié)構(gòu)。
構(gòu)成突起電極的電極端部，通過加熱構(gòu)成電極端部的材料，就能夠形成相應(yīng)該材料用量的圓形，因而能夠容易地調(diào)整適合于對置基板和對置電極的材質(zhì)。因此，能夠確保突起電極和對置電極的電連接。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的半導(dǎo)體器件封裝體的剖面圖。
圖2是本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體器件封裝體的剖面圖。
圖3A～圖3D是說明圖1所示的半導(dǎo)體封裝體的制造方法的圖。
圖4A～圖4D是說明圖2所示的半導(dǎo)體封裝體的制造方法的圖，說明直至將途中的突起電極制成階梯狀前的過程。
圖5A～圖5C是說明圖2所示的半導(dǎo)體封裝體的制造方法的圖，說明使突起電極形成階梯狀后，直至在該突起電極上形成電極端部和電極保護膜的過程。
具體實施例方式
參照圖1及圖3A-圖3D說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件封裝體的第1實施方式。
在圖1中，在厚度0.3至1.0mm左右的硅單晶基片1上形成有源元件或理論電路或電路配線等的半導(dǎo)體集成電路。用基片1、設(shè)置在該基片1上的片狀電極2和保護膜3構(gòu)成半導(dǎo)體芯片20。片狀電極2使在基片1上形成的半導(dǎo)體集成電路的電源或信號系配線與外部連接。另外，保護膜3在與片狀電極2對置的部位具有開口部，保護在基片1上形成的半導(dǎo)體集成電路。
進而，在片狀電極2和其外側(cè)周圍的保護膜3上形成突起電極5。該突起電極5的上端面，其中央部保持圓形，而形成隆起的凸狀(球面的一部分)。
由于在半導(dǎo)體芯片20和由樹脂構(gòu)成的對置基板9之間填充絕緣性粘接劑7，所以該半導(dǎo)體芯片20上的突起電極5與對置基板9的對置電極8進行電連接。在這種狀態(tài)，如圖1所示，對置基板9形成與突起電極5的上端面的凸狀對應(yīng)的凹狀。
在制作圖1的封裝體時，首先在半導(dǎo)體芯片20或?qū)χ没?的任何一個上涂布絕緣性粘接劑7。接著，在對置基板9的材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下、而且在絕緣性粘接劑7的固化溫度、使低壓接應(yīng)力保持一定時間的熱壓接條件下，將半導(dǎo)體芯片20上的突起電極5和對置基板9上的對置電極8粘接在一起。通過該突起電極5粘接在對置電極8上，在該對置基板9和對置電極8上形成對應(yīng)于突起電極5的端面凸狀的凹部。其結(jié)果，由于突起電極5的凸狀的端面和在對置電極8上形成的凹部發(fā)生吻合，半導(dǎo)體芯片20和對置電極8保持電連接。
在形成突起電極5時，首先在阻擋金屬層4的上層形成心層5b，然后形成電極端部5a。在心層5b上使用比電極端部5a更高熔點的金屬材料。通過使電極端部5a進行選擇地熔融，利用其熔融金屬的表面張力就能夠使突起電極5的端面的形狀大致成為球面的一部分。為了使電極端部5a的球面曲率半徑變大，在突起電極5的高度不夠的情況下，通過增加心層5b的厚度，就能夠?qū)⑼黄痣姌O5的高度調(diào)整到必要的高度。
進而，在突起電極5的最上層可以形成突起電極覆蓋膜5c。利用該突起電極覆蓋膜5c，在能夠防止突起電極5表面的氧化的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)與對置電極8的良好連接。
突起電極5的電極端部5a具有比對置基板9的材料的彈性率大、而且比對置基板9的材料的Tg更高熔點的材料，例如最好使用導(dǎo)電性優(yōu)良的Au、Ag、Sn、Ni、Pb等金屬或含有這些金屬的塑性物。在上述加熱壓接條件下，如果使具有這種材料的電極端部5a的突起電極5相對于對置基板9進行壓接，施加在對置電極8上的壓接應(yīng)力就被對置基板9吸收而適度地分散，對置基板9發(fā)生塑性變形而形成凹部。其結(jié)果，突起電極5在保持其形狀的狀態(tài)下，能夠得到與對置電極8之間的良好的電連接。如果使對置基板9上形成的凹部的深度達到5μm左右，即使在突起電極5上存在1～2μm高的波動，也能夠彌補此波動。
對置基板9最好由絕緣性和平滑性等優(yōu)良的熱塑性樹脂材料或熱固性樹脂材料構(gòu)成。進而，對置基板9最好由具有比在突起電極5中所用材料熔點低的Tg的樹脂組合物構(gòu)成。例如可以使用聚碳酸酯或聚醚砜或液晶聚合物等熱塑性樹脂、或環(huán)氧或聚酰亞胺等熱固性樹脂構(gòu)成的薄板或薄膜?？梢愿鶕?jù)需要在這些樹脂材料中添加填充劑，也可以在表面設(shè)置阻擋氣體層。
另外，為了在對置基板9和對置電極8上容易形成對應(yīng)于突起電極5的端面形狀(凸狀)的凹部，對于對置電極8的材料來說，例如優(yōu)先使用導(dǎo)電性和延伸性優(yōu)良的膜厚10μm以下的Al、Cu、Ni、Au等金屬膜或由含有這些金屬的組合物構(gòu)成的單層或者多層膜為佳。進而最好使用在厚度10μm以下的Cu膜上設(shè)置膜厚為1μm以下的Au膜的多層膜。
另外，在液晶顯示器中使用的透明電極中，最好使用1μm以下的銦錫氧化物(以下稱為ITO)的膜作為對置電極。進而，在使用上述ITO膜的情況下，為了使連接電阻低，也可以在上層設(shè)置膜厚1μm以下的Al、Cu、Au等金屬膜或由含有這些金屬的組合物構(gòu)成的單層或者多層膜。
因為絕緣性粘接劑7使半導(dǎo)體芯片20粘合在對置基板9上，所以希望選擇在突起電極5的熔點以下、而且在對置基板9的材料的Tg的加熱壓接溫度就能夠充分進行固化的材料。因此，對于絕緣性粘接劑7的材料來說，可以使用熱塑性、熱固性、光固性等樹脂組合物，但希望使用在對置基板9的Tg以下的溫度范圍能夠固化的熱固性樹脂組合物，具體的最好使用丙烯酸、氨基甲酸乙酯、環(huán)氧等樹脂組合物。
在使半導(dǎo)體芯片20粘合在對置基板9上中，雖然先前說明了先在半導(dǎo)體芯片20或?qū)χ没?的任一個上涂布絕緣性粘接劑7，然后，使半導(dǎo)體芯片20上的突起電極5相對于對置基板9進行加熱壓接，但代替這些，也可以在突起電極5壓接在對置電極8上之后，填充絕緣性粘接劑7進行固化。
另外，在構(gòu)成半導(dǎo)體芯片20的片狀電極2和突起電極5之間，也可以設(shè)置用于防止金屬材料相互擴散的阻擋金屬層4。
以下，參照圖3A～圖3D說明圖1的半導(dǎo)體器件的封裝體制造方法的一例。
1.在基板上的片狀電極上形成突起電極的心層和電極端部(圖3A)在單晶片基片1上形成構(gòu)成半導(dǎo)體芯片的片狀電極2和保護膜3。保護膜3僅露出片狀電極2的表面地形成。
首先，在包括保護膜3和片狀電極2的表面的全部區(qū)域，通過濺射法形成膜厚0.5μm的、是Ti/W組成膜的阻擋金屬層4。接著，在該阻擋金屬層4的上層，除了片狀電極2的上方部分區(qū)域，通過光刻法形成電鍍抗蝕膜10。
然后，在電鍍抗蝕膜10未覆蓋的、片狀電極2上方的阻擋金屬層4的上，利用以該阻擋金屬層4作為共同電極膜使用的電鍍法，使厚20μm的Cu生長，而形成心層5b。
進而，利用以阻擋金屬層4作為共同電極膜使用的電鍍法，使具有比心層5b的熔點低的金屬Sn/Pb＝6/4的軟釬料生長，而形成電極端部5a。
通過上述的過程得到圖3A所示的結(jié)構(gòu)體。
2.使突起電極的端面(與對置電極的連接面)變形成為凸狀(成為大致球面的一部分的形狀)(圖3B)首先，單晶硅片1在加熱到200℃的加熱板上放置20秒。這樣一來，從單晶硅片1傳導(dǎo)來的熱只能使突起電極5的電極端部5a熔化，由于其表面張力，電極端部5a的形狀成為大致球面的一部分。該電極端部5a的球面曲率半徑能夠容易通過應(yīng)該生長的金屬電鍍量進行調(diào)整。也就是說，如果金屬電鍍量少，曲率半徑就變大，能夠形成具有坡度小的端面的電極端部5a。另一方面，如果金屬的電鍍量多，就能夠得到電極端部5a的高度，突起電極5的端面曲率半徑變小。
再利用電鍍法，使0.1μm厚的Au的突起電極覆蓋膜5c生長，在電極端部5a的表面形成突起電極覆蓋膜5c。
通過上述的過程得到圖3B所示的結(jié)構(gòu)體。
3.形成具備突起電極的半導(dǎo)體芯片(圖3C)首先，用市售的抗蝕膜剝離液去除圖3B所示結(jié)構(gòu)體的電鍍抗蝕膜10，而露出阻擋金屬層4。
接著，用過氧化氫溶液對露出的阻擋金屬層4進行蝕刻。
通過上述的過程得到圖3C所示的結(jié)構(gòu)體。
4.使突起電極5電連在對置電極8上(圖3D)首先，在厚度0.2mm的聚碳酸酯樹脂構(gòu)成的對置基板9上，利用濺射法形成厚度0.8μm的ITO膜，再使用光刻法得到所希望形狀的對置電極8。
再在對置基板9的表面(被封裝面)上供給未固化狀態(tài)的環(huán)氧樹脂組合物的絕緣性粘接劑7。
接著，在130℃，以40Kg/cm2將半導(dǎo)體芯片(由片狀電極2和保護膜3構(gòu)成)的突起電極5與對置基板9上的對置電極8進行充分地加熱壓接，在該狀態(tài)保持2分鐘。其結(jié)果，在對置基板9和對置電極8上形成與突起電極5的尖端形狀對應(yīng)的凹部。于是，凸狀(成為部分球面的的一部分的形狀)的突起電極5與對置電極8的凹部吻合，由此進行兩電極5、8可靠的電連接。
與此同時，使絕緣性粘接劑7充分地固化，半導(dǎo)體芯片(片狀電極2和保護膜3)和對置基板9被牢固地粘接在一起。
通過上述的過程完成圖1所示的封裝體。
本發(fā)明的封裝體的突起電極5，其端面呈現(xiàn)大致球面的一部分形狀，因此在半導(dǎo)體芯片上的突起電極5相對于對置基板9上的對置電極8進行加熱壓接過程的初期階段，未固化的絕緣性粘接劑7容易從兩電極5、8的連接面排出，其結(jié)果是，兩電極5、8能夠直接(不存在粘結(jié)劑7)進行連接。
再者，在以上的例子中，向?qū)χ没?的表面(被封裝面)供給未固化狀態(tài)的環(huán)氧樹脂組合物的絕緣性粘接劑7是在將半導(dǎo)體芯片上的突起電極5粘結(jié)在對置基板9上的對置電極8上之前。代替此，使半導(dǎo)體芯片上的突起電極5與對置基板9上的對置電極8粘結(jié)后，也可以利用分配器向半導(dǎo)體芯片和對置基板9之間供給未固化的液狀絕緣性粘結(jié)劑7，此后進行半導(dǎo)體芯片對對置基板9的加熱壓接過程，使兩電極5、8連接。
按照本發(fā)明的方法制造半導(dǎo)體器件的封裝體中，即使溫度、壓接應(yīng)力設(shè)定得低，也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的電連接。因此，在由樹脂構(gòu)成的對置基板9上封裝本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的封裝體時，能夠極力抑制對置基板9上的對置電極破損。因此，按照本發(fā)明能夠提供適應(yīng)高密度封裝的半導(dǎo)體器件的封裝體。
參照圖2和圖4A-圖4C和圖5A-圖5C說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件封裝體的第2實施方式。
圖2所示的半導(dǎo)體的封裝體，在突起電極5的心層5b成為階梯狀這點上和圖1所示的封裝體不同。以下說明其制造方法。
1.在基板的片狀電極上形成突起電極的心層(圖4A)使用和制作圖1的封裝體時使用的相同的方法形成片狀電極2、保護膜3、阻擋金屬層4和心層5b。
即，在包括保護膜3和片狀電極2的表面的全部區(qū)域，利用濺射法形成阻擋金屬層4。而，在該阻擋金屬層4的上層，除了片狀電極2的上方部分的區(qū)域，使用光刻法形成電鍍抗蝕膜(在圖4A中未示出)。然后，在電鍍抗蝕膜未覆蓋的、片狀電極2上方的阻擋金屬層4的上面，通過以該阻擋金屬層4作為共同電極膜使用的電鍍法，使厚度20μm的Cu生長，而形成心層5b。在此后，再使用抗蝕膜剝離液除去電鍍抗蝕膜，并且用過氧化氫溶液蝕刻露出的(即心層5b未覆蓋)部分的阻擋金屬層4，得到圖4A的結(jié)構(gòu)體。
2.電鍍抗蝕膜的形成(圖4B)在圖4A所示的結(jié)構(gòu)體上用旋轉(zhuǎn)涂布法涂布新的正型抗蝕劑，在保護膜3和心層5b上形成電鍍抗蝕膜10，得到圖4B所示的結(jié)構(gòu)體。
3.階梯狀的抗蝕膜圖案的形成(圖4C)用Cr材料的光刻掩模(未圖示)蝕刻圖4B的結(jié)構(gòu)體中的電鍍抗蝕膜10。對該光刻掩模照射來自曝光光源的紫外線，利用紫外線光量的程度控制抗蝕膜的分解，電鍍抗蝕膜10的第一區(qū)域10a用蝕刻去除，使心層5b完全露出，第二區(qū)域10b被蝕刻至中途，停留在用膜厚薄的電鍍抗蝕膜10覆蓋心層5b的狀態(tài)，另外，第三區(qū)域10c是未進行蝕刻的區(qū)域。
再有，上述第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b是心層5b上方的區(qū)域，第三區(qū)域10c是離開心層5b上方的區(qū)域。
4.心層的蝕刻(圖5A)在圖4C的結(jié)構(gòu)體上進行干蝕刻。采用干蝕刻，在露出心層5b的第一區(qū)域10a，從干蝕刻的開始階段開始心層5b的蝕刻，另外，在以膜厚薄的電鍍抗蝕膜10覆蓋的第二區(qū)域10b，用干蝕刻除去這種膜厚薄的電鍍抗蝕膜10后，開始蝕刻心層5b。
通過上述的干蝕刻就得到具有階梯狀心層5b的圖5A的結(jié)構(gòu)體。
再者，圖5A的結(jié)構(gòu)體的心層5b的階梯數(shù)是2，為了在心層5b上賦予3以上的階梯，只要使用光刻掩模就可以，該光刻掩模具有在3階梯以上變化紫外線的遮光量的圖案。
5.在階梯狀的心層上形成電極端部(圖5B)如圖5B所示，通過電解電鍍法使電極端部5a各向同性生長。
6.突起電極覆膜的形成(圖5C)通過與第一實施方式相同的熱處理，使階梯狀心層的電極端部5a形成圓形后，通過電鍍法形成突起電極覆膜5c，得到圖5C所示的結(jié)構(gòu)體。
如以上所說明，按照本發(fā)明，在心層和電極端部的2層上形成半導(dǎo)體芯片上的突起電極，因此能夠使半導(dǎo)體芯片上的電極端部的尖端的圓形成為任意的形狀，能夠容易調(diào)整適合于對置基板和對置電極的材質(zhì)。因此，突起電極和對置電極的可靠的電連接成為可能。
再者，如果在對置電極8的輸入側(cè)配置電極端部5a的坡度小的面，就能夠?qū)⒎庋b體形成時的對置電極8的輸入側(cè)的破損限制在最小限度。位于其相反側(cè)的對置電極8即使破損，在半導(dǎo)體器件的驅(qū)動上也沒有問題。因此，本構(gòu)造能夠適應(yīng)更高密度的封裝，而且對存在由對置基板9的材料和對置電極的材料等引起的突起電極8的破損的危險是特別有效的方式。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的封裝體，其具備具有突起電極的半導(dǎo)體芯片、在一個面上形成與上述突起電極的端面接觸的對置電極的樹脂制的對置基板，以及介于上述半導(dǎo)體芯片和上述對置基板之間的絕緣性的熱塑性、熱固性或光固性的粘接劑；其特征在于上述突起電極由核心部分和在該核心部分的上方形成與該核心部分不是一體的凸狀的電極端部構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的封裝體，其特征在于，在上述突起電極的電極端部的表面上形成防止突起電極的表面氧化、而且用于謀求與上述對置電極良好連接的突起電極覆膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的封裝體，其特征在于，在構(gòu)成上述半導(dǎo)體芯片的片狀電極和上述突起電極的核心部分之間，使用電鍍法設(shè)置用于使上述核心部分生長的電極膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的封裝體，其特征在于，上述突起電極的核心部分形成階梯數(shù)是2或者3以上的階梯狀。
5.一種半導(dǎo)體器件的封裝體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在半導(dǎo)體芯片的片狀電極的上方形成突起電極的核心部分，使用電鍍法在上述核心部分的表面上使具有比上述核心部分的熔點低的金屬材料鍍上規(guī)定量，而形成突起電極的電極端部，加熱上述半導(dǎo)體芯片，通過僅使上述突起電極的電極端部熔化，在電極端部賦予為形成該電極端部與所使用的金屬材料量相對應(yīng)的圓形，在對置基板的被封裝面或半導(dǎo)體芯片上供給未固化狀態(tài)的絕緣性粘接劑，通過將上述半導(dǎo)體芯片上的突起電極相對于對置基板上的對置電極進行加熱壓接，并在該狀態(tài)下保持規(guī)定的時間，在對置基板和對置電極上形成凹部，于是通過該對置電極的凹部和突起電極的電極端部的吻合，進行兩電極的電連接，以及保持該狀態(tài)，使上述絕緣性粘接劑進行充分的固化，將上述半導(dǎo)體芯片和上述對置基板牢固地粘接在一起。
6.一種半導(dǎo)體器件的封裝體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟使用濺射法在半導(dǎo)體芯片的表面上形成阻擋金屬層，在該阻擋金屬層的上層，在除構(gòu)成上述半導(dǎo)體芯片的片狀電極的上方部分的區(qū)域形成電鍍抗蝕膜，在上述電鍍抗蝕膜未覆蓋的、上述片狀電極上方的阻擋金屬層的上層，通過使用以該阻擋金屬層作為電極膜的電鍍法鍍上規(guī)定的金屬，而形成突起電極的核心部分，通過電鍍具有比上述核心部分的熔點低的金屬軟釬料鍍上規(guī)定量的軟釬料，而形成突起電極的電極端部，通過將載置上述半導(dǎo)體芯片的基板在加熱的加熱板上放置規(guī)定的時間，利用從上述基板傳導(dǎo)的熱量僅使上述突起電極的電極端部熔化，從而在電極端部賦予為形成電極端部與使用的金屬軟釬料量相對應(yīng)的圓形，用抗蝕膜剝離液剝離電鍍抗蝕膜，使阻擋金屬層露出，對露出的阻擋金屬層進行蝕刻，在對置基板的被封裝面或半導(dǎo)體芯片上供給未固化狀態(tài)的絕緣性粘接劑，通過將上述半導(dǎo)體芯片上的突起電極相對于對置基板上的對置電極進行加熱壓接，并在該狀態(tài)下保持規(guī)定的時間，在對置基板和對置電極上形成凹部，于是通過該對置電極的凹部和突起電極的電極端部的吻合，進行兩電極的電連接，以及使上述絕緣性粘接劑進行固化，將上述半導(dǎo)體芯片和上述對置基板粘接在一起。
7.一種半導(dǎo)體芯片的突起電極的形成方法，其特征在于，包括以下步驟在構(gòu)成半導(dǎo)體芯片的片狀電極的上部形成突起電極的核心部分，在包含上述核心部分的半導(dǎo)體芯片上形成電鍍抗蝕膜，在應(yīng)用光刻掩模、在上述電鍍抗蝕膜上進行蝕刻時，通過多階段地變化照射光量，使上述核心部分的上方的電鍍抗蝕膜的厚度形成多階梯狀，通過對上述多階梯厚度的電鍍抗蝕膜進行干蝕刻，使上述核心部分形成階梯狀的形狀體，使用電鍍法在做成上述階梯狀的核心部分上形成電極端部，通過軟熔工序使上述電極端部成為圓形，以及使用電鍍法在上述電極端部形成電極覆膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有突起電極的半導(dǎo)體芯片對置地載置在配線基板上的半導(dǎo)體器件的封裝體及這樣的封裝體的制造方法。該半導(dǎo)體器件的封裝體由具有突起電極(5)的半導(dǎo)體芯片(20)、和在一個面上形成與上述突起電極(5)的端面接觸的對置電極(8)的對置基板(9)、介于半導(dǎo)體芯片(20)和對置基板(9)之間的粘接劑構(gòu)成。突起電極(5)做成由核心部分(5b)、在該核心部分(5b)的上方形成與該核心部分不是一體的凸狀的電極端部(5a)構(gòu)成的2層結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/485GK1502125SQ02807148
公開日2004年6月2日 申請日期2002年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者寺 一彥, 寺嶋一彥 申請人:西鐵城時計株式會社