專利名稱：半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被稱為所謂的封裝中系統(tǒng)(system in package)的半導(dǎo)體器件及其制造方法，在封裝中系統(tǒng)中多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在一個(gè)封裝形式中。本發(fā)明更具體地涉及這樣一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半導(dǎo)體器件具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中把半導(dǎo)體襯底用于電連接多個(gè)半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備向著更高功能發(fā)展的近期趨勢(shì)正要求設(shè)備中所用的半導(dǎo)體芯片也具有更高的功能。不過(guò)，試圖用芯片上系統(tǒng)(SoC)的方法(其中大尺度的功能系統(tǒng)是形成于一個(gè)芯片上的)實(shí)現(xiàn)更高的功能要求芯片的大尺度開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致了開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)和成本高昂的問(wèn)題。因此提出了封裝中系統(tǒng)(SiP)的方法，其中多個(gè)半導(dǎo)體芯片是安裝在插入式襯底(interposer substrate)上的且所得的組件被用作一個(gè)封裝部件。
例如，日本專利公開(kāi)No.2004-79745(以下簡(jiǎn)稱專利文獻(xiàn)1)公開(kāi)了一種SiP方法，其中在插入式硅襯底上邊靠邊地倒裝焊安裝多個(gè)芯片。
將參考圖16描述該SiP結(jié)構(gòu)。插入式硅襯底53具有表面互連層50和通孔部分56。表面互連層50具有用于在多個(gè)芯片之間互連的細(xì)微互連(例如具有亞微米線和空間的互連)以及用于連接到芯片的小間距(例如60μm或更小的間距)焊盤(pán)。通孔部分56是通過(guò)例如以如下方式電鍍而形成的導(dǎo)電部分填充沿其厚度方向穿過(guò)插入式硅襯底53的通孔并在通孔的側(cè)壁和導(dǎo)電部分之間插置絕緣膜。通孔部分56導(dǎo)引從表面互連層50中的焊盤(pán)到形成(重新布置，rearranged)于插入式硅襯底53的下表面(安裝有芯片的表面的相對(duì)表面)上的焊盤(pán)49的互連，且具有相對(duì)較大的間距(例如100μm或更大的間距)，允許連接到插入式有機(jī)襯底57。
多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)焊料凸點(diǎn)(solder bump)51倒裝焊連接到插入式硅襯底53的表面互連層50上，以便安裝于插入式硅襯底53上。用底填樹(shù)脂材料(underfill resin material)54填充半導(dǎo)體芯片2a和2b以及插入式硅襯底53之間的縫隙。
插入式硅襯底53通過(guò)提供于下表面上的焊盤(pán)49、有機(jī)插入式襯底57上的焊料凸點(diǎn)58和焊接區(qū)(lands)59電連接并安裝到有機(jī)插入式襯底57上。用底填樹(shù)脂材料55填充插入式硅襯底53和有機(jī)插入式襯底57之間的縫隙。
此外，作為另一項(xiàng)技術(shù)，日本專利公開(kāi)No.平8-250653(以下簡(jiǎn)稱專利文獻(xiàn)2)披露了一種使用不具有通孔部分的插入式硅襯底的SiP方法。圖17示出了該SiP的結(jié)構(gòu)。多個(gè)半導(dǎo)體芯片62a和62b通過(guò)焊料凸點(diǎn)64連接到插入式硅襯底61。插入式硅襯底61通過(guò)安裝有半導(dǎo)體芯片62a和62b的同一表面經(jīng)由焊料凸點(diǎn)65連接到有機(jī)插入式襯底63。

發(fā)明內(nèi)容
不過(guò)，專利文獻(xiàn)1的SiP方法需要形成穿透插入式硅襯底53的通孔且形成掩埋在通孔中的導(dǎo)電部分56。用于形成通孔的硅蝕刻以及通過(guò)在通孔中電鍍沉積導(dǎo)電部分56要花費(fèi)高成本和長(zhǎng)周期，這導(dǎo)致了整個(gè)半導(dǎo)體器件的制造成本增加的問(wèn)題。
此外，插入式硅襯底53除了微細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)則符合半導(dǎo)體芯片2a和2b的設(shè)計(jì)規(guī)則的芯片到芯片互連層50之外，在其下表面上還具有焊盤(pán)49，焊盤(pán)49具有符合有機(jī)插入式襯底57的設(shè)計(jì)規(guī)則(design rule)的較大間距。由于焊盤(pán)49具有這樣的大間距，插入式硅襯底53在其平面方向中的尺寸易于變大，這也導(dǎo)致了高成本。
在專利文獻(xiàn)2的SiP方法中，插入式硅襯底61在其安裝有半導(dǎo)體芯片62a和62b的同一表面上具有用于連接到有機(jī)插入式襯底63的焊盤(pán)。半導(dǎo)體芯片62a和62b通過(guò)形成于插入式硅襯底61上的互連連接到有機(jī)插入式襯底63。因此，半導(dǎo)體芯片62a和62b與有機(jī)插入式襯底63之間的互連長(zhǎng)度易于變大，這容易導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片62a和62b與有機(jī)插入式襯底63之間的信號(hào)傳輸延遲。
此外，插入式硅襯底61除了用于把半導(dǎo)體芯片62a和62b彼此連接的互連之外，還具有用于把半導(dǎo)體芯片62a和62b連接到外部(在該例中是有機(jī)插入式襯底63)的互連。這些引出到外部的互連的存在降低了芯片到芯片互連的路線布局的靈活性，于是芯片到芯片互連的長(zhǎng)度易于變大，這易于導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片62a和62b之間的信號(hào)傳輸延遲。
考慮到上述問(wèn)題而做出了本發(fā)明，其目的在于提供一種廉價(jià)且能夠抑制信號(hào)傳輸延遲的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
為了解決上述問(wèn)題本發(fā)明采用了以下實(shí)施例。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體襯底，在其同一表面上具有用于把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的芯片到芯片互連以及連接到所述芯片到芯片互連的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)；以及布線板，具有多個(gè)焊接區(qū)，所述焊接區(qū)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距。所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的主表面通過(guò)第一連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在半導(dǎo)體襯底上。在所述主表面上除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成外部連接焊盤(pán)并通過(guò)第二連接器將其連接到所述布線板上的所述焊接區(qū)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片；以及半導(dǎo)體襯底，在其同一表面上具有用于把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的芯片到芯片互連以及連接到所述芯片到芯片互連的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)。所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的主表面通過(guò)連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在半導(dǎo)體襯底上。在所述主表面上除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成多個(gè)外部連接焊盤(pán)，所述外部連接焊盤(pán)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距。
此外，根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的同一表面上形成芯片到芯片互連和多個(gè)連接到所述芯片到芯片互連的芯片連接焊盤(pán)；以及在多個(gè)半導(dǎo)體芯片的主表面上除了面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成多個(gè)外部連接焊盤(pán)。外部連接焊盤(pán)具有大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距的間距。所述方法還包括以下步驟在布線板上形成多個(gè)焊接區(qū)，所述焊接區(qū)的間距等于所述外部連接焊盤(pán)的間距；將所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的所述主表面通過(guò)第一連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在所述半導(dǎo)體襯底上；以及把所述半導(dǎo)體芯片上的所述外部連接焊盤(pán)通過(guò)第二連接器連接到所述布線板上的所述焊接區(qū)。
所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片通過(guò)形成于所述半導(dǎo)體襯底上的芯片到芯片互連彼此電連接并直接連接到所述布線板，中間沒(méi)有半導(dǎo)體襯底。
半導(dǎo)體襯底僅僅具有把多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此連接的功能。在布線板與焊接到半導(dǎo)體芯片的形成有焊接區(qū)的表面相對(duì)的表面上，形成符合被稱為所謂母板(motherboard)的布線板的設(shè)計(jì)規(guī)則的焊接區(qū)。因此布線板充當(dāng)著互連半導(dǎo)體芯片和母板的內(nèi)插件(interposer)。
形成于半導(dǎo)體芯片的主表面上的細(xì)微和小間距的電極焊盤(pán)連接到(重新布置為)外部連接焊盤(pán)，該外部連接焊盤(pán)具有符合外部的設(shè)計(jì)規(guī)則的尺寸和間距。
不必在半導(dǎo)體襯底上形成其較大的尺寸和間距符合布線板的設(shè)計(jì)規(guī)則的焊盤(pán)用于連接到布線板。亦即，半導(dǎo)體襯底上僅僅具有用于連接到半導(dǎo)體芯片的更微細(xì)尺寸和間距的芯片連接焊盤(pán)作為焊盤(pán)就足夠了。因此，能夠減小半導(dǎo)體襯底的平面尺寸，這使得半導(dǎo)體襯底的成本降低。
半導(dǎo)體芯片通過(guò)直接設(shè)置于半導(dǎo)體芯片上的外部連接焊盤(pán)連接到外部(布線板)，中間不需要半導(dǎo)體襯底。因此，與上述專利文獻(xiàn)2(其中，半導(dǎo)體芯片是通過(guò)半導(dǎo)體襯底連接到布線板的)相比，能夠減小半導(dǎo)體芯片和布線板(wiring board)之間的互連的長(zhǎng)度，這能夠抑制半導(dǎo)體芯片和布線板之間信號(hào)傳輸?shù)难舆t。
此外，就互連而言，半導(dǎo)體襯底上僅僅具有芯片到芯片互連，而沒(méi)有用于把半導(dǎo)體芯片連接到布線板的互連。因此，可以把芯片到芯片互連集中(collectively)形成在半導(dǎo)體襯底上的特定區(qū)域上，而其路線設(shè)計(jì)不會(huì)受到用于把半導(dǎo)體芯片連接到布線板的互連的干擾。因此，能夠減小芯片到芯片互連的長(zhǎng)度，這使得能夠抑制半導(dǎo)體芯片之間的信號(hào)傳輸?shù)难舆t。
如果把半導(dǎo)體襯底放在形成于布線板中的空洞(hollow)中，就能夠抑制整個(gè)半導(dǎo)體器件的厚度增大。此外，如果通過(guò)在空洞中提供樹(shù)脂材料把半導(dǎo)體襯底固定到布線板，就能夠減小通過(guò)第一和第二連接器作用在焊接部分上的應(yīng)力，這能夠提高焊接部分的焊接可靠性。
此外，如果在把半導(dǎo)體芯片焊接到半導(dǎo)體襯底之前預(yù)先把半導(dǎo)體襯底放在形成于布線板中的空洞中，那么可以使用與現(xiàn)有安裝方法類似的方法，其中，逐個(gè)挑選半導(dǎo)體芯片，以使用比如負(fù)壓吸引工具(vacuum suction tool)的現(xiàn)有安裝裝置安裝在半導(dǎo)體襯底上。這種方法避免了成本增加和安裝效率的降低。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體襯底僅具有把多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的功能，而沒(méi)有把半導(dǎo)體芯片上的電極焊盤(pán)導(dǎo)引到用于連接到外部的具有放大的間距的焊盤(pán)的功能。因此，不必形成穿透半導(dǎo)體襯底的通孔以及掩埋在通孔中的導(dǎo)電構(gòu)件，于是能夠相應(yīng)降低工藝成本和時(shí)間。結(jié)果，能夠降低整個(gè)半導(dǎo)體器件的成本。半導(dǎo)體芯片通過(guò)直接設(shè)置于半導(dǎo)體芯片上的外部連接焊盤(pán)連接到外部(布線板)，中間不需要半導(dǎo)體襯底。因此，能夠減小半導(dǎo)體芯片和布線板之間的互連的長(zhǎng)度，這能夠抑制半導(dǎo)體芯片和布線板之間的信號(hào)傳輸?shù)难舆t。此外，就互連而言，半導(dǎo)體襯底上僅僅具有芯片到芯片互連，而沒(méi)有用于把半導(dǎo)體芯片連接到布線板的互連。因此，可以把芯片到芯片互連集中形成在半導(dǎo)體襯底上的特定區(qū)域上，而其路線設(shè)計(jì)不會(huì)受到用于把半導(dǎo)體芯片連接到布線板的互連的干擾。因此，能夠減小芯片到芯片互連的長(zhǎng)度，這使得能夠抑制半導(dǎo)體芯片之間的信號(hào)傳輸?shù)难舆t。


圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的局部截面透視圖。
圖2為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖3為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第一截面圖。
圖4為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第二截面圖。
圖5為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第三截面圖。
圖6為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第四截面圖。
圖7為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第五截面圖。
圖8為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第六截面圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的局部截面透視圖。
圖10為根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖11為根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第一截面圖。
圖12為根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的第二截面圖。
圖13為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖14為示出改變的平面圖，其中多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在半導(dǎo)體襯底上。
圖15為截面圖，示出了作為本發(fā)明實(shí)施例的改變的半導(dǎo)體器件。
圖16為截面圖，示出了作為第一常規(guī)例的半導(dǎo)體器件。
圖17為截面圖，示出了作為第二常規(guī)例的半導(dǎo)體器件。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖通在下文中詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于以下的實(shí)施例，而是可以基于本發(fā)明的技術(shù)思想做出許多改變。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的局部截面透視圖。圖2為示出半導(dǎo)體器件1的截面圖。
半導(dǎo)體器件1包括半導(dǎo)體襯底3、安裝在半導(dǎo)體襯底3上的多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b以及連接到半導(dǎo)體芯片2a和2b的布線板7。
半導(dǎo)體襯底3在其同一表面上具有用于把半導(dǎo)體芯片2a和2b彼此電連接的芯片到芯片互連4以及連接到芯片到芯片互連4的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)5。
半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面(形成IC的表面)通過(guò)第一連接器8和9連接到半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5。于是，半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)形成于半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連4彼此電連接。半導(dǎo)體芯片2a和2b和半導(dǎo)體襯底3之間的圍繞焊接部分的空間被底填樹(shù)脂材料14填充，該樹(shù)脂材料14保護(hù)著焊接部分。
多個(gè)外部連接焊盤(pán)13形成于半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面上面對(duì)半導(dǎo)體襯底3的區(qū)域之外的區(qū)域上。多個(gè)焊接區(qū)6形成于布線板7上。外部連接焊盤(pán)13和焊接區(qū)6的間距比半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5的間距(第一連接器8和9的間距)大。外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器12連接到焊接區(qū)6，于是半導(dǎo)體芯片2a和2b被電連接到布線板7。半導(dǎo)體芯片2a和2b和布線板7之間的圍繞焊接部分的空間被底填樹(shù)脂材料15填充，該樹(shù)脂材料15保護(hù)著焊接部分。
以下將描述半導(dǎo)體器件1的制造方法的一例。
參考圖3，半導(dǎo)體襯底3為例如硅襯底。在其一個(gè)表面上形成的是芯片到芯片互連4和連接到芯片到芯片互連4的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)5。使用典型半導(dǎo)體晶片工藝的技術(shù)和設(shè)備形成芯片到芯片互連4和芯片連接焊盤(pán)5。芯片到芯片互連4具有多層結(jié)構(gòu)，例如絕緣層插置在互連層之間。作為芯片到芯片互連4和芯片連接焊盤(pán)5的材料，例如銅或鋁就可以。當(dāng)半導(dǎo)體襯底3由硅形成時(shí)，絕緣層可以由氧化硅或氮化硅形成，或者可以由比如聚酰亞胺的樹(shù)脂材料形成。芯片到芯片互連4可以由單層形成。芯片到芯片互連4具有亞微米(0.1到1μm)量級(jí)上的線和空間的圖案(line-and-space pattern)(最小的線寬度)。芯片連接焊盤(pán)5具有幾個(gè)微米到60μm范圍內(nèi)的間距。典型的半導(dǎo)體加工工藝能夠容易地形成在半導(dǎo)體襯底3(為硅襯底)上具有這樣的設(shè)計(jì)規(guī)則的互連和焊盤(pán)。
半導(dǎo)體襯底3不限于硅襯底，而是可以是另一種由鍺、化合物半導(dǎo)體等構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底。在本實(shí)施例中，安裝在半導(dǎo)體襯底3上的半導(dǎo)體芯片2a和2b是硅芯片，因此使用硅襯底作為半導(dǎo)體襯底3，以便保證半導(dǎo)體芯片2a和2b以及半導(dǎo)體襯底3之間的線性膨脹系數(shù)相匹配。如果半導(dǎo)體襯底3和安裝于其上的半導(dǎo)體芯片2a和2b具有相同或接近的線性膨脹系數(shù)，就能夠抑制當(dāng)二者經(jīng)受溫度循環(huán)時(shí)作用于焊接部分上的應(yīng)力，這可以提高焊接可靠性。因此優(yōu)選半導(dǎo)體襯底3和半導(dǎo)體芯片2a和2b由同樣的材料構(gòu)成或者由具有接近的線性膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。
接著參考圖4，第一連接器9形成于芯片連接焊盤(pán)5上。第一連接器9是通過(guò)例如電鍍或印刷形成的半球形焊料凸點(diǎn)。第一連接器9可以由焊料之外的金屬或合金形成，且其形狀可以是柱形。
在形成第一連接器9之后，使用背部研磨機(jī)(back grinder)拋光半導(dǎo)體襯底3的背面(已經(jīng)形成有芯片到芯片互連4、芯片連接焊盤(pán)5和第一連接器9的表面的相對(duì)表面)，于是半導(dǎo)體襯底3被減薄了。隨后，使用解理鋸、激光或另一種手段沿其厚度方向切割半導(dǎo)體襯底3，使得半導(dǎo)體襯底3被分成單個(gè)的芯片。
接著參考圖5，多個(gè)(在本實(shí)施例中為兩個(gè))半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)第一連接器8和9被焊接到經(jīng)解理的半導(dǎo)體襯底3。
每個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面(形成IC的表面)其上具有互連10和多個(gè)連接到互連10的焊盤(pán)11。半導(dǎo)體芯片2a和2b的電極焊盤(pán)(未示出)通過(guò)互連10連接到焊盤(pán)11，焊盤(pán)11具有比電極焊盤(pán)的間距大的間距。亦即，電極焊盤(pán)被重新布置為焊盤(pán)11?；ミB10和焊盤(pán)11是在類似于在半導(dǎo)體襯底3上形成芯片到芯片互連4和芯片連接焊盤(pán)5的步驟的步驟中形成的。半導(dǎo)體芯片2a和2b上的焊盤(pán)11和半導(dǎo)體襯底3上的焊盤(pán)5具有相同的間距，且焊盤(pán)11和焊盤(pán)5的數(shù)目是相同的。
半導(dǎo)體芯片2a和2b上的焊盤(pán)11其上具有第一連接器(例如焊料凸點(diǎn))8，第一連接器8類似于半導(dǎo)體襯底3的芯片連接焊盤(pán)5上形成的第一連接器9。在連接器8和9彼此接觸的時(shí)候加熱熔化連接器8和9，這使得連接器8和9彼此焊接起來(lái)。于是，半導(dǎo)體芯片2a和2b上的互連10電連接到半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連4。于是，兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連4彼此電連接。
半導(dǎo)體襯底3和半導(dǎo)體芯片2a和2b之間的間隙用底填樹(shù)脂材料14填充，從而覆蓋第一連接器8和9附近的焊接部分，這保護(hù)了焊接部分免受應(yīng)力、塵埃、水等的影響。為了形成底填樹(shù)脂材料14，將例如液體或膏狀熱固性樹(shù)脂提供在半導(dǎo)體襯底3和半導(dǎo)體芯片2a和2b之間的間隙中，使芯片2a和2b位于襯底3上方，然后熱固化所提供的樹(shù)脂。
除了用于連接到半導(dǎo)體襯底3的焊盤(pán)11之外，每個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b在形成焊盤(pán)11的同一表面上還具有多個(gè)外部連接焊盤(pán)13。外部連接焊盤(pán)13與形成焊盤(pán)11同時(shí)形成，并連接到互連10。外部連接焊盤(pán)13位于半導(dǎo)體芯片2a和2b上除面對(duì)半導(dǎo)體襯底3的區(qū)域之外的區(qū)域上，具體而言位于半導(dǎo)體芯片2a和2b的邊緣部分上。外部連接焊盤(pán)13具有大于焊盤(pán)11的尺寸和間距(例如100μm或更大的間距)。外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器12焊接到圖6所示的布線板7。
布線板7是比如玻璃環(huán)氧樹(shù)脂布線板的有機(jī)布線板。多個(gè)焊接區(qū)6形成于布線板7的一個(gè)表面上。焊接區(qū)6具有與形成于半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13相同的間距，且其數(shù)目也與外部連接焊盤(pán)13相同。在布線板7形成焊接區(qū)6的相對(duì)表面上形成的是多個(gè)焊接區(qū)17，焊接區(qū)17具有比焊接區(qū)6的間距大的間距。焊接區(qū)6和17通過(guò)導(dǎo)電構(gòu)件18彼此電連接，導(dǎo)電構(gòu)件18填充形成于布線板7和互連19中的通路。焊接區(qū)17是作為焊接區(qū)6的重新設(shè)置而提供的，于是提供了比焊接區(qū)6的間距大的間距。焊接區(qū)6和17、導(dǎo)電構(gòu)件18和互連19由比如銅的金屬材料構(gòu)成?；ミB19具有多層結(jié)構(gòu)，絕緣層插入于互連層之間。
互連19的線和空間圖案與焊接區(qū)6和17的間距是基于在典型的有機(jī)布線板中采用的設(shè)計(jì)規(guī)則的。例如，焊接區(qū)6和17的間距至少為100μm。作為布線板7，可以使用由氧化鋁等構(gòu)成的陶瓷布線板而不是有機(jī)布線板。
在布線板7的中心部分中形成的是平面尺寸比半導(dǎo)體襯底3大的空洞16，作為在其厚度方向上穿透布線板7的通孔。該空洞16能夠由機(jī)械工具、激光、蝕刻或另一種手段形成。
在布線板7的焊接區(qū)6上形成的是例如作為第二連接器12的焊料凸點(diǎn)。例如，利用焊球支架(mounter)通過(guò)轉(zhuǎn)移(transfer)法或另一種方法把焊球固定在焊接區(qū)6上，隨后通過(guò)焊料回流使之變成半球形?；蛘撸诙B接器12可以是通過(guò)電鍍、印刷等形成的柱金屬凸點(diǎn)。
半導(dǎo)體襯底3置于布線板7的空洞16中，第二連接器12接觸半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13。在這種狀態(tài)下，把第二連接器12加熱熔化，將半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器12連接到布線板7上的焊接區(qū)6。于是就獲得了圖1和2所示的半導(dǎo)體器件1。
兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)形成于半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連4而彼此電連接，并直接連接到布線板7，中間沒(méi)有半導(dǎo)體襯底3。
在布線板7與焊接到半導(dǎo)體芯片2a和2b的表面相對(duì)的表面上，形成符合被稱為所謂母板的布線板的設(shè)計(jì)規(guī)則的焊接區(qū)17。因此布線板7起到了互連半導(dǎo)體芯片2a和2b與母板的內(nèi)插件的功能。半導(dǎo)體襯底3僅僅具有使半導(dǎo)體芯片2a和2b彼此連接的功能。
結(jié)果，形成于半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面上的細(xì)微且小間距的電極焊盤(pán)通過(guò)互連10等被連接到(重新布置成)尺寸和間距符合母板的設(shè)計(jì)規(guī)則的焊接區(qū)17。
在布線板7的焊接區(qū)17上形成的是比如焊球或金屬凸點(diǎn)的連接器，而焊接區(qū)17通過(guò)連接器被連接到形成于母板上的焊接區(qū)和互連。除了半導(dǎo)體器件1之外，在母板上還安裝了許多部件(其他半導(dǎo)體器件、電阻器、電容器、連接器等)。這些部件通過(guò)形成于母板上的互連電連接到半導(dǎo)體器件1。
作為半導(dǎo)體器件的另一種結(jié)構(gòu)，還有如圖15所示的沒(méi)有布線板7的結(jié)構(gòu)。具體而言，半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13可以通過(guò)比如焊球或金屬凸點(diǎn)的連接器直接安裝在母板上。不過(guò)，由于芯片2a和2b的尺寸的限制，半導(dǎo)體芯片2a和2b的外部連接焊盤(pán)13不能具有非常大的尺寸和間距。因此，有這種可能性，即，不能把這種直接連接用于具有較大設(shè)計(jì)規(guī)則的母板。因此，優(yōu)選這樣的結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13通過(guò)布線板7被重新布置為具有放大的間距的焊接區(qū)17，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)可以避免導(dǎo)致額外成本的母板的微加工。
制造方法不局限于上述例子。如圖7所示，在焊盤(pán)11和13上分別形成所有第一連接器8和第二連接器12之后，可以在半導(dǎo)體芯片2a和2b上執(zhí)行半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3通過(guò)第一連接器8的焊接(見(jiàn)圖8)以及半導(dǎo)體芯片2a和2b與布線板7通過(guò)第二連接器12的焊接。
如上所述，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1中，半導(dǎo)體襯底3僅具有把多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b彼此電連接的功能，而沒(méi)有把半導(dǎo)體芯片2a和2b上的電極焊盤(pán)導(dǎo)引到具有擴(kuò)大的間距的焊盤(pán)以連接至外部的功能。因此，與圖16所示的常規(guī)例不同，不必形成穿透半導(dǎo)體襯底3的通孔以及掩埋在通孔中的導(dǎo)電構(gòu)件，于是能夠相應(yīng)降低工藝成本和時(shí)間。結(jié)果，能夠降低半導(dǎo)體器件1的總成本。
此外，不必在半導(dǎo)體襯底3上形成其大尺寸和間距符合布線板7的設(shè)計(jì)規(guī)則的焊盤(pán)用于連接到布線板7。亦即，半導(dǎo)體襯底3上僅僅具有焊盤(pán)5作為焊盤(pán)就足夠，焊盤(pán)5用于連接到半導(dǎo)體芯片2a和2b，因而具有小尺寸和間距。因此，允許半導(dǎo)體襯底3具有小的平面尺寸。這種小的平面尺寸使得半導(dǎo)體襯底3的成本降低。
此外，半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)直接設(shè)置于半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13連接到布線板7，中間沒(méi)有半導(dǎo)體襯底3上的互連。因此，與圖17所示的常規(guī)例(其中半導(dǎo)體芯片62a和62b通過(guò)半導(dǎo)體襯底61連接到布線板63)相比，能夠減小半導(dǎo)體芯片與布線板之間的互連的長(zhǎng)度，這使得能夠抑制半導(dǎo)體芯片和布線板之間信號(hào)傳輸?shù)难舆t。
此外，至于互連，本實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底3其上僅具有芯片到芯片互連4而沒(méi)有如上所述的用于把半導(dǎo)體芯片2a和2b連接到布線板7的互連。因此，可以把芯片到芯片互連4集中形成在半導(dǎo)體襯底3上的特定區(qū)域上，而其路線設(shè)計(jì)不會(huì)受到用于把半導(dǎo)體芯片2a和2b連接到布線板7的互連干擾。因此，能夠減小芯片到芯片互連4的長(zhǎng)度，這使得能夠抑制半導(dǎo)體芯片2a和2b之間的信號(hào)傳輸?shù)难舆t。
圖9為示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件21的局部截面透視圖。圖10為示出半導(dǎo)體器件21的截面圖。與第一實(shí)施例中相同的部分賦予相同的標(biāo)號(hào)，其詳細(xì)說(shuō)明將被省略。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件21包括半導(dǎo)體襯底3、安裝在半導(dǎo)體襯底3上的多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b以及連接到半導(dǎo)體芯片2a和2b的布線板27。
半導(dǎo)體襯底3在其同一表面上具有用于把半導(dǎo)體芯片2a和2b彼此電連接的芯片到芯片互連4以及連接到芯片到芯片互連4的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)5。半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面(形成IC的表面)通過(guò)第一連接器8和9連接到半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5。于是，半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)形成于半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連4彼此電連接。
多個(gè)外部連接焊盤(pán)13形成于半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面上面對(duì)半導(dǎo)體襯底3的區(qū)域之外的區(qū)域上。多個(gè)焊接區(qū)6形成于布線板27上。外部連接焊盤(pán)13和焊接區(qū)6的間距比半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5的間距(第一連接器8和9的間距)大。外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器12連接到焊接區(qū)6，于是半導(dǎo)體芯片2a和2b被電連接到布線板27。
半導(dǎo)體襯底3和半導(dǎo)體芯片2a和2b之間的間隙以及半導(dǎo)體芯片2a和2b和布線板27之間的間隙用底填樹(shù)脂材料24填充，保護(hù)著半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3之間的焊接部分以及半導(dǎo)體芯片2a和2b與布線板27之間的焊接部分。
半導(dǎo)體襯底3用這樣的方式置于形成于布線板27中的空洞26中，使得芯片連接焊盤(pán)5和形成于芯片連接焊盤(pán)5上的第一連接器9暴露于空洞26上方?？斩?6被形成為具有底部的凹陷。樹(shù)脂材料提供于空洞26的內(nèi)壁表面以及半導(dǎo)體襯底3的底部和側(cè)面之間并把半導(dǎo)體襯底3固定在空洞26中。在空洞26中提供樹(shù)脂材料可以通過(guò)與在半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3之間以及半導(dǎo)體芯片2a和2b與布線板27之間的間隙中提供材料24一起在其中提供底填樹(shù)脂材料24而實(shí)現(xiàn)。或者，在提供底填樹(shù)脂材料24之前，可以獨(dú)立地在其中提供用于空洞26的另一種樹(shù)脂材料。
如上所述，本實(shí)施例具有這樣的結(jié)構(gòu)其中，半導(dǎo)體襯底3掩埋在布線板27中，以便與布線板27成為一體。因此，與第一實(shí)施例(其中，半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3僅僅通過(guò)第二連接器12通過(guò)焊接部分由布線板7所支撐)相比，通過(guò)第二連接器12作用在焊接部分上的應(yīng)力(具體而言，是在布線板經(jīng)受溫度循環(huán)時(shí)因?yàn)榫€性膨脹系數(shù)大的有機(jī)布線板收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力)能夠得以減小，這能夠提高焊接部分的焊接可靠性。此外，由于半導(dǎo)體襯底3被支撐在布線板27的空洞26之中，因此還可以防止由小尺寸的第一連接器8和9在半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3之間形成的焊接部分受到過(guò)大的應(yīng)力，這能夠提高焊接部分的焊接可靠性。結(jié)果，與第一實(shí)施例相比，可以提高半導(dǎo)體芯片2a和2b、半導(dǎo)體襯底3和布線板27之間的焊接的可靠性。
第二實(shí)施例的其他優(yōu)點(diǎn)與第一實(shí)施例相同。
將參考圖11和12描述根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件21的制造方法例。
如圖11所示，在布線板27的中心部分形成的是空洞26，空洞26的平面尺寸稍大于半導(dǎo)體襯底3，作為具有底部的凹陷。這個(gè)空洞26能夠通過(guò)機(jī)械工具、激光、蝕刻或另一種方法形成。
在把液態(tài)或糊狀樹(shù)脂材料供應(yīng)在空洞26的底部和側(cè)壁表面上之后，把半導(dǎo)體襯底3放在空洞26中，如圖12所示，然后把樹(shù)脂材料例如加熱固化，以便把半導(dǎo)體襯底3固定到布線板27?；蛘?，可以在把半導(dǎo)體襯底3放在空洞26中之后，在半導(dǎo)體襯底3和空洞26之間的間隙中提供樹(shù)脂材料，然后可以加以固化。
在這種狀態(tài)下，通過(guò)第一連接器8和9把半導(dǎo)體芯片2a和2b焊接到半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5，芯片連接焊盤(pán)5稍稍位于其上已經(jīng)形成有焊接區(qū)6的布線板27的表面上方。與這一焊接同時(shí)，把半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器12焊接到布線板27上的焊接區(qū)6。將第一和第二連接器8、9和12設(shè)置足夠的高度，允許半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5與形成焊接區(qū)的布線板27的表面同高，或者位于形成焊接區(qū)的表面的稍下方，即，位于空洞26中。
如果在半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3之間的焊接之前預(yù)先把半導(dǎo)體襯底3這樣掩埋在布線板27中并固定到其上，就能夠逐個(gè)挑選半導(dǎo)體芯片2a和2b，以使用現(xiàn)有的安裝設(shè)備，比如負(fù)壓吸引工具將其安裝在半導(dǎo)體襯底3上。
相反，如果預(yù)先把半導(dǎo)體芯片2a和2b焊接到半導(dǎo)體襯底3上，然后把所得的組件焊接到布線板27，那么就存在以下的問(wèn)題。具體而言，在把所得的組件焊接到布線板27期間，當(dāng)負(fù)壓吸引多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b時(shí)，可能會(huì)因?yàn)閺男酒g的間隙漏氣而導(dǎo)致吸引失效。此外，為了防止被吸引的組件相對(duì)于空洞26中的焊接表面傾斜，必須要使多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b的厚度均衡。
另一方面，如果如上所述預(yù)先把半導(dǎo)體襯底3掩埋在布線板27中，就能夠使用負(fù)壓吸引工具逐個(gè)挑選半導(dǎo)體芯片2a和2b并以現(xiàn)有方式安裝在半導(dǎo)體襯底3上。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件31。與第一和第二實(shí)施例中相同的部分賦予相同的標(biāo)號(hào)，其詳細(xì)說(shuō)明將被省略。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件31包括半導(dǎo)體襯底3、安裝在半導(dǎo)體襯底3上的多個(gè)半導(dǎo)體芯片2a和2b以及連接到半導(dǎo)體芯片2a和2b的布線板37。
半導(dǎo)體襯底3在其同一表面上具有用于把半導(dǎo)體芯片2a和2b彼此電連接的芯片到芯片互連4以及連接到芯片到芯片互連4的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)5。半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面(形成IC的表面)通過(guò)第一連接器8和9連接到半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5。于是，半導(dǎo)體芯片2a和2b通過(guò)形成于半導(dǎo)體襯底3上的芯片到芯片互連彼此電連接。
多個(gè)外部連接焊盤(pán)13形成于半導(dǎo)體芯片2a和2b的主表面上面對(duì)半導(dǎo)體襯底3的區(qū)域之外的區(qū)域上。多個(gè)焊接區(qū)6形成于布線板37上。外部連接焊盤(pán)13和焊接區(qū)6的間距比半導(dǎo)體襯底3上的芯片連接焊盤(pán)5的間距(第一連接器8和9的間距)大。外部連接焊盤(pán)13通過(guò)第二連接器38連接到焊接區(qū)6，于是半導(dǎo)體芯片2a和2b被電連接到布線板37。
半導(dǎo)體襯底3和半導(dǎo)體芯片2a和2b之間的間隙以及半導(dǎo)體芯片2a和2b和布線板37之間的間隙用底填樹(shù)脂材料36填充，保護(hù)著半導(dǎo)體芯片2a和2b與半導(dǎo)體襯底3之間的焊接部分以及半導(dǎo)體芯片2a和2b與布線板37之間的焊接部分。
在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底3未被放在布線板37中，而是安裝在布線板37的其上已形成焊接區(qū)6的表面上。因此，與第一和第二實(shí)施例不同，不必在布線板中形成空洞，這能夠相應(yīng)地減少工藝成本和時(shí)間。不過(guò)，與第一和第二實(shí)施例相比，在減小整個(gè)半導(dǎo)體器件的厚度方面第三實(shí)施例存在缺點(diǎn)，在第一和第二實(shí)施例中半導(dǎo)體襯底3分別位于布線板7和27中。
此外，在半導(dǎo)體芯片2a和2b上的外部連接焊盤(pán)13與布線板37上的焊接區(qū)6之間的距離大，這不可避免地要求連接它們的第二連接器38相應(yīng)具有大尺寸。這些大的第二連接器38迫使外部連接焊盤(pán)13和焊接區(qū)6具有大尺寸和間距。相反，第一和第二實(shí)施例允許第二連接器12、外部連接焊盤(pán)13和焊接區(qū)6比第三實(shí)施例具有更小的尺寸和間距，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小平面尺寸。
安裝在半導(dǎo)體襯底3上的半導(dǎo)體芯片數(shù)目不局限于兩個(gè)，而是可以是三個(gè)或更多。圖14示出了一個(gè)例子，其中四個(gè)半導(dǎo)體芯片70a到70d安裝在半導(dǎo)體襯底3上。在多個(gè)半導(dǎo)體芯片70a到70d中，舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)半導(dǎo)體芯片充當(dāng)存儲(chǔ)元件，而另一個(gè)半導(dǎo)體芯片充當(dāng)邏輯元件。只要該多個(gè)芯片中至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片連接到外部布線板，這些半導(dǎo)體芯片70a到70d就可以包括不直接連接到外部布線板的半導(dǎo)體芯片70b。
盡管已經(jīng)使用特定術(shù)語(yǔ)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是這樣的描述僅僅出于說(shuō)明目的，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離權(quán)利要求的精神或范圍的情況下可以做出改變和變化。
本發(fā)明包含與2005年3月16日在日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)JP2005-075165相關(guān)的主題，在此將其全文引入以做參考。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體襯底，在其同一表面上具有用于把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的芯片到芯片互連以及連接到所述芯片到芯片互連的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)；以及布線板，具有多個(gè)焊接區(qū)，所述焊接區(qū)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的主表面通過(guò)第一連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在所述半導(dǎo)體襯底上，且在所述主表面上除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成有外部連接焊盤(pán)并通過(guò)第二連接器將其連接到所述布線板上的所述焊接區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體襯底位于形成于所述布線板中的空洞中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中以圍繞所述半導(dǎo)體襯底的方式在所述空洞中提供樹(shù)脂材料，且把所述半導(dǎo)體襯底通過(guò)所述樹(shù)脂材料焊接到所述布線板。
4.一種半導(dǎo)體器件，包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片；以及半導(dǎo)體襯底，在其同一表面上具有用于把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的芯片到芯片互連以及連接到所述芯片到芯片互連的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的主表面通過(guò)連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在所述半導(dǎo)體襯底上，且在所述主表面上除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成有多個(gè)外部連接焊盤(pán)，所述外部連接焊盤(pán)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距。
5.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在所述半導(dǎo)體襯底的同一表面上形成芯片到芯片互連和多個(gè)連接到所述芯片到芯片互連的芯片連接焊盤(pán)；在多個(gè)半導(dǎo)體芯片除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外的主表面上形成多個(gè)外部連接焊盤(pán)，所述外部連接焊盤(pán)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距；在布線板上形成多個(gè)焊接區(qū)，所述焊接區(qū)的間距等于所述外部連接焊盤(pán)的間距；將所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的所述主表面通過(guò)第一連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在所述半導(dǎo)體襯底上；以及把所述半導(dǎo)體芯片上的所述外部連接焊盤(pán)通過(guò)第二連接器連接到所述布線板上的所述焊接區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在把所述半導(dǎo)體芯片安裝在所述半導(dǎo)體襯底上之前，把所述半導(dǎo)體襯底安裝在所述布線板上或放在所述布線板中，使所述芯片連接焊盤(pán)在與所述布線板的其上具有所述焊接區(qū)的表面的同一側(cè)暴露。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種廉價(jià)且能夠抑制信號(hào)傳輸延遲的半導(dǎo)體器件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體襯底，在其同一表面上具有用于把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此電連接的芯片到芯片互連以及連接到所述芯片到芯片互連的多個(gè)芯片連接焊盤(pán)；以及布線板，具有多個(gè)焊接區(qū)，所述焊接區(qū)的間距大于所述芯片連接焊盤(pán)的間距，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的每個(gè)的主表面通過(guò)第一連接器連接到所述芯片連接焊盤(pán)，以便把所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在半導(dǎo)體襯底上，且在所述主表面上除面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之外形成外部連接焊盤(pán)并通過(guò)第二連接器將其連接到所述布線板上的所述焊接區(qū)。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1835229SQ200610059208
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者波多野正喜, 高岡裕二 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社