專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及半導(dǎo)體集成電路的電極結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明還涉及用于安裝半導(dǎo)體襯底的方法和結(jié)構(gòu)。
按照常規(guī)，對(duì)于將半導(dǎo)體集成電路安裝到連接襯底的工藝，已使用載帶封裝結(jié)構(gòu)、電路板上的芯片結(jié)構(gòu)和玻璃上的芯片結(jié)構(gòu)。按照這些結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間用密封樹(shù)脂來(lái)充填。對(duì)于這種安裝結(jié)構(gòu)中的電極結(jié)構(gòu)，已使用了采用凸點(diǎn)(bump)電極的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)。該凸點(diǎn)電極可以是諸如金(Au)凸點(diǎn)電極的金屬凸點(diǎn)電極和由鉛(Pb)和錫(Sn)的合金等構(gòu)成的焊料電極。
這種金屬凸點(diǎn)電極以塑性方式變形，Pb-Sn的合金可從其晶體表面破裂。在半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的熱膨脹系數(shù)的差別在電極中形成熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力也可由在密封樹(shù)脂和凸點(diǎn)電極本身之間的熱膨脹系數(shù)的差別而產(chǎn)生。熱應(yīng)力在電極中形成熱疲勞，因而在一些情況下該電極會(huì)破裂。對(duì)半導(dǎo)體集成電路進(jìn)行金屬的電鍍，然后對(duì)金屬的鍍層進(jìn)行刻蝕以形成凸點(diǎn)電極。在半導(dǎo)體襯底中，未用保護(hù)層進(jìn)行覆蓋的區(qū)域，諸如微調(diào)電路，會(huì)因該電鍍工藝和刻蝕工藝而受到嚴(yán)重的影響。因?yàn)樵摪雽?dǎo)體集成電路的表面沒(méi)有得到足夠的保護(hù)，所以這種常規(guī)的電極結(jié)構(gòu)不具有足夠高的電連接的可靠性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中電極具有高可靠性的電連接。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中在形成電極后半導(dǎo)體集成電路的表面可得到充分的保護(hù)。
本發(fā)明的另外的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征將在下面的描述中提出，從而對(duì)于本專業(yè)的人員在分析下述內(nèi)容中將變得很明顯，或可從本發(fā)明的實(shí)踐中被理解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可借助于特別在后附的權(quán)利要求書(shū)中指出的裝置及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
按照本發(fā)明的第1方面，半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體集成電路，該集成電路包含導(dǎo)電圖形；絕緣層，它在半導(dǎo)體集成電路上被形成，以便形成多個(gè)具有不均勻的高度的基底部件；開(kāi)口，穿過(guò)該絕緣層而被形成，以便露出導(dǎo)電圖形的一部分；以及在該絕緣層和該開(kāi)口上形成的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層從該導(dǎo)電圖形的露出部分延伸到最高的基底部件的頂表面。電極由絕緣層、開(kāi)口和導(dǎo)電層組成。
按照本發(fā)明的第2方面，半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包含半導(dǎo)體集成電路和電極，該電極由該半導(dǎo)體集成電路上形成的絕緣材料構(gòu)成的基底部件和在該基底部件的表面上形成的導(dǎo)電層組成；連接襯底，在該連接襯底上用倒裝(face-down)技術(shù)安裝有半導(dǎo)體襯底；以及被充填在該半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間內(nèi)的密封部件。該基底部件和該密封部件用相同的材料制成。
按照本發(fā)明的第3方面，在用于制造半導(dǎo)體裝置的方法中，在半導(dǎo)體集成電路上形成絕緣層。然后，穿過(guò)該絕緣層形成開(kāi)口，以露出導(dǎo)電圖形的一部分。在該帶有開(kāi)口的絕緣層上形成導(dǎo)電層；除了從該導(dǎo)電圖形的露出部分到該絕緣層的預(yù)定部分的部分以外，對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行圖形刻蝕；以及在未用導(dǎo)電層覆蓋的部分處對(duì)絕緣層進(jìn)行加工成形，使之具有低于用導(dǎo)電層覆蓋的部分的高度。
按照本發(fā)明的第4方面，在用于制造半導(dǎo)體裝置的方法中，制造半導(dǎo)體襯底，使之包括半導(dǎo)體集成電路和電極，該電極由該半導(dǎo)體集成電路上形成的絕緣材料構(gòu)成的基底部件和在該基底部件的表面上形成的導(dǎo)電層組成。將該半導(dǎo)體襯底以倒裝方式安置在連接襯底上；然后將該電極連接到連接襯底上。其次在該半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間內(nèi)充填密封部件。該基底部件和該密封部件用相同的材料制成。
按照本發(fā)明的第1和第3方面，半導(dǎo)體集成電路用基底部件進(jìn)行保護(hù)。再有，因?yàn)樵谧罡叩幕撞考捻敳勘砻嫔闲纬纱B接到另一個(gè)襯底的電極，因此可防止該電極由于熱應(yīng)力和熱疲勞而破裂。結(jié)果，可將該半導(dǎo)體裝置制造成具有高的可靠性。
按照本發(fā)明的第2和第4方面，在該半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間用由與基底部件相同的材料制成的密封部件來(lái)充填，使得基底部件和密封部件具有相同的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果，可防止電極由于熱應(yīng)力和熱疲勞而破裂，因而，可將半導(dǎo)體裝置制造成具有高的可靠性。


圖1A是示出按照本發(fā)明的第1優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖1B是在圖1A的的A-A’線上取的剖面圖。
圖2A至2D是示出圖1A和1B中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖3A是示出在第1優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的引線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖3B是示出在第1優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的導(dǎo)電線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖4A是示出按照本發(fā)明的第2優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖4B是在圖4A的A-A’線上取的剖面圖。
圖5A至5D是示出圖4A和4B中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖6A是示出在第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的引線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖6B是示出在第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的導(dǎo)電線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖7是示出按照本發(fā)明的第3優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8A和8B是示出圖7中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖9A和9B是示出按照本發(fā)明的第4優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖10A和10B是示出按照本發(fā)明的第5優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖11A和11B是示出按照本發(fā)明的第6優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖12是示出按照本發(fā)明的第7優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖13A和13B是示出圖12中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟的剖面圖。
圖14是示出按照本發(fā)明的第8優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖15A是示出在第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的引線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖15B是示出在第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底的導(dǎo)電線之間的位置關(guān)系的剖面圖。
圖16是示出按照本發(fā)明的第9優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。
第1優(yōu)選實(shí)施例圖1A和1B示出按照本發(fā)明的第1優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)。首先在本身是硅晶片的半導(dǎo)體集成電路襯底100上形成導(dǎo)電圖形101和表面保護(hù)層102，以便提供半導(dǎo)體集成電路。以下將該半導(dǎo)體集成電路襯底100稱為“半導(dǎo)體襯底100”。參照數(shù)字103表示該導(dǎo)電圖形101的拉長(zhǎng)部分(traction portion)。該導(dǎo)電圖形101由鋁(Al)或鋁(Al)和硅(Si)的合金、銅(Cu)等制成。形成表面保護(hù)層102來(lái)覆蓋半導(dǎo)體集成電路的表面以便進(jìn)行保護(hù)。表面保護(hù)層102由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)等制成。該拉長(zhǎng)部分103可位于諸如鍵合焊區(qū)的導(dǎo)電圖形的焊區(qū)上或位于通孔(未示出)處。
在半導(dǎo)體集成電路上形成具有不同高度的多個(gè)基底部件104a和104b。這些基底部件104a和104b由諸如聚酰亞胺樹(shù)脂的絕緣材料制成。在半導(dǎo)體集成電路上形成導(dǎo)電層105。在較高基底部件104a的周圍形成開(kāi)口106。該基底部件104a和104b、該導(dǎo)電層105和開(kāi)口106組成半導(dǎo)體集成電路的電極。將較低(較短)的基底部件104b的頂部表面104b-a設(shè)計(jì)成在位置上比基底部件104a的頂部表面104a-a低“ΔT”。頂部表面104a-a的形狀不限于方形。
在拉長(zhǎng)部分103上的較高的基底部件104a和較低的基底部件104b之間形成開(kāi)口106，以便露出導(dǎo)電圖形101。如圖1A和1B中所示，將開(kāi)口106形成為包圍較高的基底部件104a和將基底部件104a和104b互相分開(kāi)。可將開(kāi)口106設(shè)計(jì)成不包圍基底部件104a，只要它露出導(dǎo)電圖形101即可?？蓪⒒撞考?04a和104b設(shè)計(jì)成不互相分開(kāi)，只要它們具有不同的高度即可。
在基底部件104a、導(dǎo)電圖形101和表面保護(hù)層102上形成導(dǎo)電層105，以便在較高的基底部件104a的頂部制成導(dǎo)電圖形101的連接端。在圖1A和1B中，雖然導(dǎo)電層105完全覆蓋較高的基底部件104a，但在基底部件104的表面上的一些區(qū)域可不用導(dǎo)電層105來(lái)覆蓋。該導(dǎo)電層105由金屬或合金來(lái)制成，該金屬或合金是考慮與連接襯底(300，301)的連接工藝來(lái)選擇的?？蓪⒃搶?dǎo)電層105設(shè)計(jì)成具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。例如，可將該導(dǎo)電層105設(shè)計(jì)成具有金(Au)、銅(Cu)、鉛(Pb)和錫(Sn)的合金等的單層結(jié)構(gòu)；或具有金(Au)和鎳(Ni)，以下用Ni/Au層來(lái)表示，或金(Au)、鈦(Ti)和鎢(W)，以下用Ti-W/Au層來(lái)表示的雙層結(jié)構(gòu)。
較高的基底部件104a、導(dǎo)電層105和開(kāi)口106形成電極部分107。該較低的基底部件104b形成表面保護(hù)部分108，該部分保護(hù)半導(dǎo)體集成電路的表面?？蓪⑤^低的基底部件104b設(shè)計(jì)成具有互不相同的高度，只要較高的基底部件104a是最高的即可。換言之，可存在包括最高的基底部件在內(nèi)的大于3個(gè)的基底部件的不同高度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A至2D來(lái)描述圖1A和1B中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟。參照?qǐng)D2A，在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101、表面保護(hù)層102。然后，使用旋轉(zhuǎn)涂敷技術(shù)在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由可硬化的聚酰亞胺樹(shù)脂制成的絕緣層204。其次，穿過(guò)絕緣層204形成開(kāi)口106，以便露出導(dǎo)電圖形101和對(duì)較高的基底部件104a進(jìn)行加工成形。其后，在350℃下對(duì)絕緣層204進(jìn)行烘烤，使其硬化。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2B和2C，在帶有開(kāi)口106的絕緣層204上形成導(dǎo)電層205。對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕以除去不需要的部分，從而在從導(dǎo)電圖形101一直延伸到較高的基底部件104a的頂部表面104a-a的區(qū)域上形成導(dǎo)電圖形105。更詳細(xì)的說(shuō)，利用噴涂技術(shù)在絕緣層204上形成銅導(dǎo)電層205，在該導(dǎo)電層205上對(duì)光致抗蝕劑207進(jìn)行圖形刻蝕。然后，通過(guò)濕法刻蝕技術(shù)使用光致抗蝕劑207作為刻蝕掩模對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕。
其次，參照?qǐng)D2D，在未用導(dǎo)電層105(205)覆蓋的部分對(duì)絕緣層204進(jìn)行刮削，以形成較低的基底部件104b。結(jié)果，在半導(dǎo)體襯底上形成如圖1A和1B中所示的電極。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底安裝到連接襯底上。在圖1A和1B中，打算將位于較高的基底部件104a的頂部表面104a-a的導(dǎo)電圖形105連接到連接襯底上。不將較低的基底部件104b連接到連接襯底上。可用密封樹(shù)脂來(lái)充填在較低的基底部件104b和連接襯底之間的空間。
圖3A示出在第1優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和諸如載帶的連接襯底的引線301之間的位置關(guān)系。圖3B示出在第1優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底300的導(dǎo)電線302之間的位置關(guān)系。在圖3A中，利用熱壓鍵合技術(shù)將導(dǎo)電層105鍵合到引線301上。在圖3B中，利用回流技術(shù)將導(dǎo)電層105鍵合到導(dǎo)電線302上。
按照上面描述的第1優(yōu)選實(shí)施例，半導(dǎo)體集成電路完全用由絕緣材料制成的基底部件104a和104b來(lái)覆蓋，這樣就在制造電極時(shí)和進(jìn)行鍵合工藝時(shí)使半導(dǎo)體集成電路的表面，特別是在不形成表面保護(hù)層102的區(qū)域處，得到充分的保護(hù)。將較高的基底部件104a的頂部表面104a-a設(shè)計(jì)成比基底部件104b的頂部表面高“ΔT”，這樣就可容易地將在頂部表面104a-a處的導(dǎo)電層105鍵合到連接襯底上。
基底部件104a由聚酰亞胺樹(shù)脂制成，該聚酰亞胺樹(shù)脂具有彈性極限高于金屬的聚合物結(jié)構(gòu)，因此電極部分107不以塑性方式變形，只是根據(jù)在鍵合工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力或熱應(yīng)力以彈性方式變形。結(jié)果，可防止電極由于熱疲勞而破裂，因而，可改善電極的可靠性。
待鍵合的導(dǎo)電層105以基底部件104a的高度與導(dǎo)電圖形101分離，因此，即使在利用熱壓技術(shù)來(lái)鍵合電極也可防止由于在導(dǎo)電層105和導(dǎo)電圖形101之間的連接面處的金屬擴(kuò)散而發(fā)生電極性能變壞的情況。結(jié)果，在本實(shí)施例中，可省略凸點(diǎn)電極所需要的用于防止金屬擴(kuò)散的附加的金屬層。不僅可在拉長(zhǎng)部分103上形成基底部件104a，而且也可在表面保護(hù)層102上形成基底部件104a，因而，能獨(dú)立于拉長(zhǎng)部分103的尺寸和形狀、自由地在尺寸和形狀方面設(shè)計(jì)基底部件104的頂部表面104a-a。
第2優(yōu)選實(shí)施例圖4A和4B示出按照本發(fā)明的第2優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)。在這些圖中，與第1優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。在第2優(yōu)選實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底100上形成較高的基底部件404a和較低的基底部件404b，使得較高的基底部件404a比較低的基底部件404b高“ΔT”。在半導(dǎo)體集成電路上形成導(dǎo)電層405，使其從導(dǎo)電圖形101延伸到較高的基底部件404a的頂部表面404a-a。較高的基底部件404a和較低的基底部件404b由聚酰亞胺樹(shù)脂制成。該導(dǎo)電層405由與圖1A和1B中示出的導(dǎo)電層105相同的材料制成。
如圖4B中所示，將較高的基底部件404a和較低的基底部件404b形成為一個(gè)整體，這是本實(shí)施例的一個(gè)特征。本實(shí)施例的另一個(gè)特征是導(dǎo)電層405不在整個(gè)基底部件404a和404b上形成。更詳細(xì)地說(shuō)，該導(dǎo)電層405不在較低的基底部件404b的頂部表面上形成，也不在較高的基底部件404a的側(cè)表面404a-b上形成。不將開(kāi)口406設(shè)計(jì)成包圍較高的基底部件404a，相反，第1優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)口106包圍著較高的基底部件104a。較高的基底部件404a、導(dǎo)電層405和開(kāi)口406組成電極部分407。該較低的基底部件404b組成表面保護(hù)部分408，該部分保護(hù)半導(dǎo)體襯底100的表面。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5A至5D來(lái)描述圖4A和4B中示出的電極結(jié)構(gòu)的制造步驟。參照?qǐng)D5A，在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101、表面保護(hù)層102。然后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由可硬化的聚酰亞胺樹(shù)脂制成的絕緣層204。其次，穿過(guò)絕緣層204形成開(kāi)口406，以便露出導(dǎo)電圖形101和對(duì)較高的基底部件404a的一部分進(jìn)行加工成形。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5B和5C，在絕緣層204和在開(kāi)口406的底部的導(dǎo)電圖形101上形成導(dǎo)電層205。對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕以除去不需要的部分，從而在從導(dǎo)電圖形101延伸到較高的基底部件404a的頂部表面404a-a的區(qū)域上形成導(dǎo)電圖形405。更詳細(xì)的說(shuō)，利用噴涂技術(shù)在絕緣層204上形成銅導(dǎo)電層205，在該導(dǎo)電層205上對(duì)光致抗蝕劑207進(jìn)行圖形刻蝕。然后，通過(guò)溫法刻蝕技術(shù)使用光致抗蝕劑207作為刻蝕掩模對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕。
其次，參照?qǐng)D5D，在未用導(dǎo)電層405(205)覆蓋的部分對(duì)絕緣層204進(jìn)行刮削，以完成較高的基底部件404a和較低的基底部件404b。結(jié)果，如圖4A和4B中所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成電極。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底安裝到連接襯底(300)上。在圖4A和4B中，打算將位于較高的基底部件404a的頂部表面404a-a的導(dǎo)電圖形405連接到連接襯底上。可用密封樹(shù)脂來(lái)充填在較低的基底部件404b和連接襯底之間的空間。
圖6A示出在第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和諸如載帶的連接襯底的引線301之間的位置關(guān)系。圖6B示出在第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底300的導(dǎo)電線302之間的位置關(guān)系。利用熱壓鍵合技術(shù)、回流技術(shù)等將導(dǎo)電層405鍵合到引線301上或?qū)щ娋€302上。
按照上面描述的第2優(yōu)選實(shí)施例，較高的和較低的基底部件404a和404b不整個(gè)地用導(dǎo)電層405來(lái)覆蓋，從而使由于鍵合工藝中的彈性變形而產(chǎn)生的應(yīng)力和在用于制造電極的熱工藝中產(chǎn)生的氣體能容易地消失。結(jié)果，導(dǎo)電層405不容易破裂，因而電極具有高的連接可靠性。
即使較高的基底部件404a如圖2A和2B中所示完全被導(dǎo)電層所覆蓋，也可得到上述的優(yōu)點(diǎn)。再有，即使較高的基底部件104a如圖1A和1B中所示與較低的基底部件104b分離，只要較高的基底部件104a部分地露出，就能得到上述的優(yōu)點(diǎn)。
第3優(yōu)選實(shí)施例圖7示出按照本發(fā)明的第3優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)。在圖7中，與第1和第2優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。在第3優(yōu)選實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底100上不形成表面保護(hù)層，代之以基底部件404b本身起到保護(hù)層的作用。這是與第2優(yōu)選實(shí)施例的區(qū)別。穿過(guò)較高的基底部件404a和較低的基底部件404b形成開(kāi)口406。在半導(dǎo)體集成電路上形成導(dǎo)電層405，使其從導(dǎo)電圖形101延伸到較高的基底部件404a的頂部表面。較高的和較低的基底部件404a和404b由聚酰亞胺樹(shù)脂制成。該導(dǎo)電層405由與圖1A和1B中示出的導(dǎo)電層105相同的材料制成。
如圖7中所示，將較高的基底部件404a和較低的基底部件404b形成為一個(gè)整體，以與第2優(yōu)選實(shí)施例相同的方式，導(dǎo)電層405不在整個(gè)基底部件404a和404b上形成。以與圖6A和6B中示出的第2優(yōu)選實(shí)施例相同的方式，將電極連接到連接襯底。
圖8A和8B中示出用于制造圖7中示出的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的步驟。在這些中，與第1和第2優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。
在制造過(guò)程中，如圖8A所示，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101。然后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由可硬化的聚酰亞胺樹(shù)脂制成的絕緣層204。其次，穿過(guò)絕緣層204形成開(kāi)口406，以便露出導(dǎo)電圖形101和對(duì)較高的基底部件404a的一部分進(jìn)行加工成形。在形成開(kāi)口406后，對(duì)絕緣層204進(jìn)行硬化。
其次，在絕緣層204和在開(kāi)口406的底部的導(dǎo)電圖形101上形成導(dǎo)電層205(未示出)。對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕以除去不需要的部分，從而沿從導(dǎo)電圖形101延伸到較高的基底部件404a的頂部表面404a-a的區(qū)域形成導(dǎo)電圖形405。更詳細(xì)的說(shuō)，利用噴涂技術(shù)在絕緣層204上形成銅導(dǎo)電層205，在該導(dǎo)電層205上對(duì)光致抗蝕劑(未示出)進(jìn)行圖形刻蝕。然后，通過(guò)濕法刻蝕技術(shù)使用光致抗蝕劑207作為刻蝕掩模對(duì)導(dǎo)電層205進(jìn)行圖形刻蝕以形成導(dǎo)電層405。在未用導(dǎo)電層405(205)覆蓋的部分對(duì)絕緣層204進(jìn)行刮削，以完成較高的基底部件404a和較低的基底部件404b。結(jié)果，如圖7中所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成電極。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底安裝到連接襯底(未示出)上。將位于較高的基底部件404a的頂部表面的導(dǎo)電圖形405連接到連接襯底上?？捎妹芊鈽?shù)脂來(lái)充填在較低的基底部件404b和連接襯底之間的空間。
按照上述的第3優(yōu)選實(shí)施例，絕緣層204，特別是較低的基底部件404b，起到保護(hù)層的作用，從而可省略在第1和第2優(yōu)選實(shí)施例中使用的表面保護(hù)層(102)。結(jié)果，可簡(jiǎn)化半導(dǎo)體裝置的制造工藝，因而可降低制造成本。
第4優(yōu)選實(shí)施例圖9A和9B示出用于制造按照本發(fā)明的第4優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的步驟。在這些圖中，與第1至第3優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。圖9A和9B特別示出用于形成絕緣層504和開(kāi)口406的步驟。將第4優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)成具有與第2優(yōu)選實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。用于制造第4優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟類似于用于制造第2優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟。但是，在第4優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣層504由光敏樹(shù)脂制成，開(kāi)口406由光刻技術(shù)來(lái)形成。
更詳細(xì)地說(shuō)，如圖9A中所示，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101和表面保護(hù)層102。然后，使用旋轉(zhuǎn)涂敷技術(shù)在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由光敏聚酰亞胺樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣層504。其次，在打算形成開(kāi)口406的區(qū)域處將曝光的光501照到絕緣層504上。該曝光的光501包含對(duì)組成絕緣層504的聚酰亞胺樹(shù)脂敏感的波長(zhǎng)。
其次，將絕緣層504浸在顯影劑溶液中以除去被曝光的部分從而形成開(kāi)口406，使導(dǎo)電圖形101露出。在350℃下對(duì)半導(dǎo)體襯底100(晶片)進(jìn)行烘烤使上述樹(shù)脂硬化。其后，進(jìn)行在圖5B至5D中示出的步驟。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底100安裝到連接襯底(未示出)上。
按照上面描述的第4優(yōu)選實(shí)施例，使用光刻技術(shù)形成開(kāi)口406，從而與機(jī)械成形技術(shù)相比可更精確地、精細(xì)地和有效地對(duì)開(kāi)口406進(jìn)行加工成形。按照第4優(yōu)選實(shí)施例的對(duì)開(kāi)口進(jìn)行加工成形的方法適用于第1和第3優(yōu)選實(shí)施例。
第5優(yōu)選實(shí)施例圖10A和10B示出用于制造按照本發(fā)明的第5優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的步驟。在這些圖中，與第1至第4優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。圖10A和10B特別示出用于形成絕緣層604和開(kāi)口406的步驟。將第5優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)成具有與第2優(yōu)選實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。用于制造第5優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟類似于用于制造第2優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟。但是，在第5優(yōu)選實(shí)施例中，開(kāi)口406由激光加工技術(shù)來(lái)形成，這是本實(shí)施例的特征。
如圖10A中所示，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101和表面保護(hù)層102。然后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由聚酰亞胺樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣層604。其次，在打算形成開(kāi)口406的區(qū)域處將激光601照到絕緣層604上，可對(duì)該開(kāi)口進(jìn)行很好的成形。
其次，對(duì)設(shè)有開(kāi)口406的絕緣層604進(jìn)行在350℃下的烘烤處理，使絕緣層604硬化。其后，進(jìn)行在圖5B至5D中示出的步驟。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底100安裝到連接襯底(未示出)上。
按照上面描述的第5優(yōu)選實(shí)施例，使用激光加工技術(shù)形成開(kāi)口406，從而與機(jī)械成形技術(shù)相比可更精確地、精細(xì)地和有效地對(duì)開(kāi)口406進(jìn)行加工成形。按照第5優(yōu)選實(shí)施例的對(duì)開(kāi)口進(jìn)行加工成形的方法適用于第1和第3優(yōu)選實(shí)施例。
第6優(yōu)選實(shí)施例圖11A和11B示出用于制造按照本發(fā)明的第6優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的步驟。在這些圖中，與第1至第5優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。圖11A和11B特別示出用于切去絕緣層604的一部分的步驟。將第6優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)成具有與第2優(yōu)選實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。用于制造第6優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟類似于用于制造第2優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟。但是，在第6優(yōu)選實(shí)施例中，使用導(dǎo)電層405作為刻蝕掩模通過(guò)等離子刻蝕技術(shù)切去絕緣層604的一部分，這是本實(shí)施例的特征。
在制造過(guò)程中，如圖11A中所示，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101和表面保護(hù)層102。然后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由聚酰亞胺樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣層604，然后對(duì)開(kāi)口406進(jìn)行加工成形。其次，如圖11A所示，在導(dǎo)電圖形101和絕緣層604的一部分上形成導(dǎo)電層405。
現(xiàn)在參照?qǐng)D11B，使用導(dǎo)電層405作為刻蝕掩模，用主要包含氧(O2)的刻蝕氣體701對(duì)具有導(dǎo)電層405的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行等離子刻蝕工藝。通過(guò)該刻蝕工藝，對(duì)絕緣層604進(jìn)行有選擇的刻蝕，以形成較高的基底部件404a和較低的基底部件404b。換言之，在打算形成較低的基底部件404b的區(qū)域處將絕緣層604刻蝕掉ΔT，從而對(duì)較低的基底部件404b進(jìn)行成形，使其具有比較高的基底部件404a的高度低ΔT的高度。將這樣制造的半導(dǎo)體襯底110安裝到連接襯底(未示出)上。
按照上面描述的第6優(yōu)選實(shí)施例，使用等離子刻蝕技術(shù)對(duì)較低的基底部件404b進(jìn)行成形，從而可精確地控制較高的和較低的基底部件404a和404b之間的高度差ΔT(刻蝕深度)。
第7優(yōu)選實(shí)施例圖12示出用于按照本發(fā)明的第7優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)。在圖12中，與第1至第6優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。用于制造第7優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟類似于用于制造第2優(yōu)選實(shí)施例的電極的步驟。但是，在第7優(yōu)選實(shí)施例中，在圖5A和5B步驟之前進(jìn)行修整(trimming)工藝。本實(shí)施例的特征是，形成開(kāi)口406使之露出修整圖形801，用絕緣層204來(lái)覆蓋修整焊區(qū)(pad)802。
在制造過(guò)程中，如圖13A中所示，首先在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電圖形101、表面保護(hù)層102和修整圖形801。然后，對(duì)半導(dǎo)體集成電路進(jìn)行電測(cè)試。將在修整焊區(qū)802處露出的修整圖形801的一部分切去。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13B，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上覆蓋由可硬化的聚酰亞胺樹(shù)脂制成的絕緣層204，穿過(guò)絕緣層204形成開(kāi)口406以露出導(dǎo)電圖形101。在形成開(kāi)口406后，對(duì)絕緣層204進(jìn)行硬化。不在修整焊區(qū)802上形成開(kāi)口406，從而使修整焊區(qū)802保持于被絕緣層204保護(hù)的狀態(tài)。其后，進(jìn)行圖5B和5D中示出的工藝。
按照上述描述的第7優(yōu)選實(shí)施例，即使在形成開(kāi)口406后，修整焊區(qū)802的修整圖形801也保持于被絕緣層204保護(hù)的狀態(tài)。從而修整圖形801可保持它剛被形成時(shí)的狀態(tài)。換言之，修整圖形801不受任何在其形成后進(jìn)行的工藝的影響，特別是不受用于形成導(dǎo)電層和圖形刻蝕的工藝的影響。
第8優(yōu)選實(shí)施例圖14示出按照本發(fā)明的第8優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)。在圖14中，與第1至第7優(yōu)選實(shí)施例相同或?qū)?yīng)的組成部分用相同的參照數(shù)字來(lái)表示，不重復(fù)相同的描述以避免多余的描述。第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)類似于第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)。但是，第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)包括在較高的基底部件404a的頂部表面404a-a處的導(dǎo)電層405上的凸點(diǎn)電極901。該凸點(diǎn)電極901可由具有高熔點(diǎn)的金屬制成，諸如金(Au)和銅(Cu)，或由具有低熔點(diǎn)的金屬制成，諸如Pb-Sn和銦(In)。
較高的基底部件404a、導(dǎo)電層405、開(kāi)口406和凸點(diǎn)電極901組成電極部分907。較低的基底部件404b組成表面保護(hù)部分408。假定將凸點(diǎn)電極901設(shè)計(jì)成具有“H”的高度，電極部分907的連接高度比第2優(yōu)選實(shí)施例的電極部分的連接高度高“H”。該凸點(diǎn)電極901一般在完成圖5A至5D中示出的步驟后來(lái)形成。
圖15A示出在第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和諸如載帶的連接襯底的引線301之間的位置關(guān)系。圖15B示出在第8優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)和連接襯底300的導(dǎo)電線302之間的位置關(guān)系。利用熱壓鍵合技術(shù)、回流技術(shù)等將電極部分907的凸點(diǎn)電極901鍵合到引線301上或?qū)щ娋€302上。
按照上述描述的第8優(yōu)選實(shí)施例，半導(dǎo)體裝置設(shè)有在較高的基底部件404a的頂部表面處的導(dǎo)電層405上的凸點(diǎn)電極901，從而與第2優(yōu)選實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)相此，到引線301或?qū)щ娋€302的距離變寬。結(jié)果，容易吸收熱應(yīng)力，因而，可將半導(dǎo)體裝置制造成具有高的可靠性。如凸點(diǎn)電極901由焊料制成，因?yàn)樽詫?duì)準(zhǔn)效應(yīng)的緣故，能以不很細(xì)致的方式將電極連接到連接襯底上。
第9優(yōu)選實(shí)施例圖16示出按照本發(fā)明的第9優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的一部分。在該實(shí)施例中，用倒裝技術(shù)將半導(dǎo)體襯底1000安裝到連接襯底300上，用密封樹(shù)脂1001充填在襯底1000和300之間的空間。該密封樹(shù)脂1001可由聚酰亞胺制成。該半導(dǎo)體襯底1000設(shè)有由基底部件1004和導(dǎo)電層1005組成的電極部分1007。該基底部件1004可由聚酰亞胺制成。本實(shí)施例的主要特征是，密封樹(shù)脂1001和基底部件1004由相同的材料、即聚酰亞胺樹(shù)脂制成。
在常規(guī)的半導(dǎo)體裝置中，用倒裝技術(shù)將帶有金屬凸點(diǎn)的半導(dǎo)體襯底安裝到連接襯底上，用密封樹(shù)脂充填在襯底之間的空間。但是，按照這種常規(guī)的半導(dǎo)體裝置，因?yàn)橥裹c(diǎn)電極和密封樹(shù)脂之間的熱膨脹系數(shù)的差別而產(chǎn)生熱應(yīng)力。結(jié)果，凸點(diǎn)電極隨熱應(yīng)力而延伸，并可因熱疲勞而破裂。
相反，按照第9優(yōu)選實(shí)施例，密封樹(shù)脂1001和基底部件1004由相同的材料、即聚酰亞胺制成，從而可防止電極部分1007破裂。因此，可將按照本實(shí)施例的裝置制造成具有高的可靠性。
可理解，本發(fā)明的上述描述是可以作各種修正、變更和修改的，所有這些都應(yīng)包括在與后附的權(quán)利要求書(shū)等效的意義和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體集成電路，它包括導(dǎo)電圖形；絕緣層，在該半導(dǎo)體集成電路上形成該絕緣層，以形成多個(gè)具有不均勻高度的基底部件；開(kāi)口，穿過(guò)該絕緣層形成該開(kāi)口，以露出導(dǎo)電圖形的一部分；和導(dǎo)電層，在該絕緣層和該開(kāi)口上形成該導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層從該導(dǎo)電圖形的已露出部分延伸到最高基底部件的頂部表面，其中電極由該絕緣層、該開(kāi)口和該導(dǎo)電層組成。
2.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中將該最高的基底部件與其他基底部件形成為一個(gè)整體。
3.如權(quán)利要求2中所述的半導(dǎo)體裝置，其中將其他基底部件形成為具有露出的頂部表面。
4.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中將該最高的基底部件形成為在側(cè)表面上具有露出部分。
5.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中將該開(kāi)口形成為包圍最高的基底部件。
6.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中該絕緣層起到作為該半導(dǎo)體集成電路的保護(hù)層的作用。
7.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，還包括凸點(diǎn)電極，它在最高基底部件的頂部表面處的導(dǎo)電層上形成。
8.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，還包括由聚酰亞胺樹(shù)脂制成的絕緣層。
9.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中該導(dǎo)電層從主要由金(Au)組成的單層、主要由銅(Cu)組成的單層、主要由鉛(Pb)和錫(Sn)組成的單層和主要由金(Au)組成的集合層來(lái)選擇。
10.一種半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體襯底，它包括半導(dǎo)體集成電路和電極，該電極由在該半導(dǎo)體集成電路上形成的絕緣材料構(gòu)成的基底部件和在該基底部件的表面上形成的導(dǎo)電層組成；連接襯底，使用倒裝技術(shù)將該半導(dǎo)體襯底安裝到該連接襯底上；和密封部件，將該密封部件充填在該半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間內(nèi)，其中該基底部件和該密封部件由相同的材料制成。
11.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，還包括連接襯底，使用倒裝技術(shù)將帶有所述電極的所述半導(dǎo)體襯底安裝到該連接襯底上；和密封部件，將該密封部件充填在該半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間內(nèi)，其中該基底部件和該密封部件由相同的材料制成。
12.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下述步驟提供包括導(dǎo)電圖形的半導(dǎo)體集成電路；在該半導(dǎo)體集成電路上形成絕緣層；穿過(guò)該絕緣層形成開(kāi)口，以露出該導(dǎo)電圖形的一部分；在帶有該開(kāi)口的該絕緣層上形成導(dǎo)電層；對(duì)除了從該導(dǎo)電圖形的已露出的部分延伸到該絕緣層的預(yù)定部分的部分以外的導(dǎo)電層進(jìn)行圖形刻蝕；和對(duì)未用該導(dǎo)電層覆蓋的部分處的絕緣層進(jìn)行加工成形，使其具有低于用該導(dǎo)電層覆蓋的部分的高度。
13.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中用于形成該開(kāi)口的步驟包括下述步驟(1)在半導(dǎo)體集成電路上覆蓋可硬化的樹(shù)脂以形成該絕緣層；(2)穿過(guò)該可硬化的樹(shù)脂形成該開(kāi)口；和(3)對(duì)該樹(shù)脂進(jìn)行硬化。
14.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中用于形成該開(kāi)口的步驟包括下述步驟(1)在半導(dǎo)體集成電路上覆蓋光敏樹(shù)脂以形成該絕緣層；和(2)用光刻技術(shù)穿過(guò)該絕緣層形成該開(kāi)口。
15.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中用于形成該開(kāi)口的步驟包括下述步驟(1)在半導(dǎo)體集成電路上覆蓋絕緣樹(shù)脂以形成該絕緣層；和(2)用激光加工技術(shù)穿過(guò)該絕緣層形成該開(kāi)口。
16.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中用于形成該開(kāi)口的步驟包括在半導(dǎo)體集成電路上覆蓋絕緣樹(shù)脂以形成該絕緣層的步驟；和用于對(duì)絕緣層進(jìn)行加工成形的步驟是對(duì)該絕緣層進(jìn)行等離子刻蝕的步驟。
17.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中該絕緣層由聚酰亞胺樹(shù)脂制成。
18.如權(quán)利要求12中所述的方法，其中在未用該保護(hù)層覆蓋的半導(dǎo)體集成電路上形成該絕緣層，從而使該絕緣層起到作為保護(hù)層的作用。
19.如權(quán)利要求12中所述的方法，還包括下述步驟在該絕緣層上形成的該導(dǎo)電層上形成凸點(diǎn)電極。
20.如權(quán)利要求12中所述的方法，還包括下述步驟進(jìn)行該半導(dǎo)體集成電路的電測(cè)試；和在形成該絕緣層的步驟和形成該開(kāi)口的步驟之前形成用于修整該半導(dǎo)體集成電路的圖形，其中進(jìn)行形成該絕緣層的步驟和形成該開(kāi)口的步驟，使絕緣層留在用于修整的圖形的整個(gè)表面上。
21.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下述步驟制造半導(dǎo)體襯底，該襯底包括半導(dǎo)體集成電路和電極，該電極由在該半導(dǎo)體集成電路上形成的絕緣材料構(gòu)成的基底部件和在該基底部件的表面上形成的導(dǎo)電層組成；按照倒裝技術(shù)放置該半導(dǎo)體襯底，使其面對(duì)連接襯底；將該電極連接到該連接襯底；將密封部件充填在半導(dǎo)體襯底和連接襯底之間的空間內(nèi)，其中該基底部件和該密封部件由相同的材料制成。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,包括:半導(dǎo)體集成電路,它包括導(dǎo)電圖形;絕緣層,在該半導(dǎo)體集成電路上形成,以形成多個(gè)具有不均勻高度的基底部件;開(kāi)口,穿過(guò)該絕緣層形成,以露出導(dǎo)電圖形的一部分;和在該絕緣層和該開(kāi)口上形成的導(dǎo)電層,該導(dǎo)電層從該導(dǎo)電圖形的已露出的部分延伸到最高基底部件的頂部表面。電極由該絕緣層、該開(kāi)口和該導(dǎo)電層組成。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1199921SQ9810848
公開(kāi)日1998年11月25日 申請(qǐng)日期1998年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月19日
發(fā)明者大角卓史 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社