專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其安裝體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其安裝體，特別是涉及對(duì)減小間距有效的半導(dǎo)體裝置及其安裝體。
背景技術(shù)：
隨著集成電路小型化需求的逐漸擴(kuò)大，半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，正如CSP(Chip Size Package)所代表的那樣，以非常接近于裸芯片的形態(tài)構(gòu)成并通過(guò)反轉(zhuǎn)片式安裝將該半導(dǎo)體裝置接合到配線基板上的方法日益引人注目。
此處，采用上述倒裝芯片安裝法的半導(dǎo)體裝置與配線基板之間的接合，是通過(guò)在構(gòu)成該半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體基板的主面?zhèn)人O(shè)置的凸起部來(lái)進(jìn)行的，為了以窄間距而配置所述凸起部，必須減小凸起部的體積，以避免鄰接的凸起部相互接觸。
但是，如果使凸起部的體積減小，半導(dǎo)體基板和配線基板之間的間隙將變小，所以，很難進(jìn)行向所述間隙內(nèi)填充樹脂的封裝以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定接合和提高或確保連接可靠性的目的。
因此，為了確保上述的間隙，以往曾研究了采用支柱狀的金屬柱的接合凸起部。作為采用了這種支柱型接合凸起部的半導(dǎo)體裝置及其安裝方法，已知的有如下的文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1特開平5-136201號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-313993號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3美國(guó)專利第6,592,019號(hào)公報(bào)此處，在上述專利文獻(xiàn)1中，如該文獻(xiàn)的第0020段和圖1所示，公開了一種用引線接合法形成具有金屬柱的接合凸起部的方法。
另外，在專利文獻(xiàn)2中，如該文獻(xiàn)的第0002～0007段和圖18～圖24所示，公開了一種用電鍍法形成金屬柱、同時(shí)在該金屬柱的上表面上具有焊珠的接合凸起部的形成方法。
另外，在專利文獻(xiàn)3中，如該文獻(xiàn)的第7欄第16行～第54行和圖1～圖3所示，公開了用電鍍法形成金屬柱以及在其上表面上形成焊錫層并使該焊錫層以原有的狀態(tài)與配線基板接合的方法、和通過(guò)軟熔使該焊錫層暫時(shí)變?yōu)榍驙詈笫怪c配線基板接合的方法。
但是，在上述專利文獻(xiàn)1所公開的方法中，必須在每個(gè)端子上形成引線凸起部，因此很難適用于輸入輸出端子較多的半導(dǎo)體裝置，同時(shí)很難使各凸起部的高度均勻齊平，因而可以認(rèn)為，很難將該方法應(yīng)用于近年來(lái)的多引線窄間距型的半導(dǎo)體裝置。
另外，在上述專利文獻(xiàn)2所公開的方法中，如該文獻(xiàn)的第0007段和圖22所示，由于產(chǎn)生被樹脂覆蓋金屬柱的上表面的過(guò)程，因此在形成焊珠之前必須將金屬柱研磨成圖23所示的狀態(tài)，同時(shí)，由于是在將該金屬柱埋設(shè)在樹脂內(nèi)的狀態(tài)下構(gòu)成半導(dǎo)體裝置，所以，存在著不能確保封裝的間隙的課題。
另一方面，在上述專利文獻(xiàn)3所公開的方法中，由于用電鍍法形成金屬柱和焊錫層，并在使該金屬柱露出的狀態(tài)下安裝在配線基板上，因此，在使各凸起部的高度均勻化和確保封裝間隙方面，可以認(rèn)為該方法是非常優(yōu)異的方法。
但是，在該專利文獻(xiàn)3中，如該文獻(xiàn)的第7欄第47行～第53行所示，沒(méi)有提及把在金屬柱的上表面上形成的焊錫層暫時(shí)軟熔而形成焊珠時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題，所以為了在金屬柱上形成精度較高的焊珠，尚需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種對(duì)形成接合凸起部有效的半導(dǎo)體裝置及其安裝體，其中在所述接合凸起部的柱狀部的上表面具有焊珠。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1技術(shù)方案為，半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于上述柱狀電極具有柱狀部和金屬球部，所述柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬球部由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成，并被接合在上述柱狀部的上表面上；當(dāng)設(shè)上述金屬球部的體積為A、上述柱狀部的上表面的面積為B、在上述柱狀部的上表面上形成的起伏部的體積為E時(shí)，上述柱狀電極具有A-E≤1.3×B1.5的關(guān)系。
如上所述，通過(guò)以柱狀部的上表面面積與在上表面上形成的起伏部之間的關(guān)系將金屬球部的體積限定在規(guī)定的體積以下，使金屬球部與柱狀部之間的接觸面上產(chǎn)生的張力大于施加于金屬球部的重力，因此，在低熔點(diǎn)材料通過(guò)軟熔形成金屬球部之際，可以防止該低熔點(diǎn)材料向柱狀部的側(cè)表面流淌。
此處，所謂的在柱狀部的上表面上形成的起伏部，是指在該柱狀部的上端部分劃出1條以直角的角度與柱狀部的側(cè)表面相交的水平線時(shí)從該水平線突出的起伏部分。這樣的起伏部分有時(shí)在電鍍工序中是自然形成的，有時(shí)是人為地形成的，通過(guò)設(shè)定該起伏部分的體積，可以防止低熔點(diǎn)材料向柱狀部的側(cè)表面流淌。
當(dāng)采用這些結(jié)構(gòu)時(shí)，上述的柱狀部的上表面面積B，可以按其與低熔點(diǎn)層相接觸的部分的表面積來(lái)考慮。因此，如采用這些結(jié)構(gòu)，能使低熔點(diǎn)層和柱狀部之間的接觸面積加大，因此可以使低熔點(diǎn)層的體積增加。
其結(jié)果是，由于可以使各柱狀電極的高度均勻齊平，所以，可以實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)，即，使各電極相對(duì)于配線基板的接合精度提高，同時(shí)既能確保封裝間隙又能使電極間距盡可能地狹小。
此外，根據(jù)本方法，可以形成僅與柱狀部的上表面相接合的金屬球部而無(wú)需對(duì)柱狀部進(jìn)行額外的側(cè)表面處理，因此能以簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成具有較高可靠性的柱狀電極的半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明并不排除對(duì)柱狀部進(jìn)行側(cè)表面處理，為了更可靠地防止低熔點(diǎn)材料流淌到柱狀部的側(cè)表面，也可以對(duì)柱狀部進(jìn)行側(cè)表面處理。
此處，柱狀部最好用像銅那樣的電阻率較低而熔點(diǎn)高的材料形成，金屬球部最好用像焊錫那樣的熔點(diǎn)較低且與構(gòu)成柱狀部的材料親合性良好的材料形成。此外，柱狀部也可以用鎳、鋁、鈦等導(dǎo)電材料形成。
另外，本發(fā)明的第2技術(shù)方案所述的半導(dǎo)體裝置為第1技術(shù)方案所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)上述各柱狀電極間的間距的1/2為C、上述金屬球部的高度為D時(shí)，上述各柱狀電極具有D≤C的關(guān)系。
這樣，通過(guò)進(jìn)一步限定柱狀電極的間距和金屬球部的高度之間的關(guān)系，在將本半導(dǎo)體裝置安裝到配線基板之際進(jìn)行軟熔時(shí)，可以避免鄰接的柱狀電極間的相互接觸。
另外，本發(fā)明的第3技術(shù)方案為半導(dǎo)體裝置的安裝體，所述半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，上述的設(shè)有多個(gè)柱狀電極的半導(dǎo)體裝置通過(guò)所述各柱狀電極安裝在配線基板上，所述半導(dǎo)體裝置的安裝體的特征在于上述柱狀電極具有柱狀部和金屬層，所述柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬層由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成，并被接合在上述柱狀部的上表面上；當(dāng)設(shè)上述低熔點(diǎn)金屬層的體積為A，上述柱狀部的上表面的面積為B，在上述柱狀部的上表面上形成的起伏部的體積為E時(shí)，上述柱狀電極具有A-E≤1.3×B1.5的關(guān)系。
如上所述，通過(guò)由柱狀部的上表面的面積和在上表面上形成的起伏部之間的關(guān)系將金屬球部的體積限定在規(guī)定的體積以下，可以在防止了低熔點(diǎn)金屬向柱狀部的側(cè)表面流淌的狀態(tài)下將半導(dǎo)體裝置安裝在配線基板上，因此，可以使各柱狀電極的高度均勻齊平，其結(jié)果是，由于可以使各柱狀電極的高度均勻齊平，所以，可以實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)，即，使各電極相對(duì)于配線基板的接合精度提高，同時(shí)既能確保封裝間隙又能使電極間距盡可能地狹小。
另外，本發(fā)明的第4技術(shù)方案為根據(jù)技術(shù)方案3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在上述半導(dǎo)體裝置和上述配線基板之間，具有以直接與上述柱狀部的側(cè)表面相接觸的狀態(tài)進(jìn)行了填充的封裝部。
通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以在適當(dāng)?shù)卮_保封裝間隙的狀態(tài)下進(jìn)行半導(dǎo)體裝置的窄間距安裝。
另外，本發(fā)明的第5技術(shù)方案為一種半導(dǎo)體裝置，其具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于上述柱狀電極具有第1和第2柱狀部以及金屬球部，所述第1和第2柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬球部由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成并被接合在上述第2柱狀部的上表面上；上述第2柱狀部具有直徑小于上述第1柱狀部直徑的部位，并介于上述金屬球部和上述第1柱狀部之間。
如上所述，通過(guò)將直徑較小的柱狀部配置在直徑較大的柱狀部上，同時(shí)將金屬球部設(shè)置在直徑較小的柱狀部上，在低熔點(diǎn)材料通過(guò)軟熔形成金屬球部之際，至少可以防止該低熔點(diǎn)材料向直徑較大的柱狀部的側(cè)表面流淌。
其結(jié)果是，即使低熔點(diǎn)材料流淌到直徑小的柱狀部的側(cè)表面，也能使流淌停止在直徑大的柱狀部的上表面上，因此，可以使各柱狀電極的高度均勻齊平，使各電極相對(duì)于配線基板的接合精度提高，同時(shí)既能確保封裝間隙又能使電極間距盡可能地狹小。
此外，根據(jù)本方法，可以形成僅與柱狀部的上表面相接合的金屬球部而無(wú)需對(duì)柱狀部進(jìn)行額外的側(cè)表面處理，因此能以簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成具有較高可靠性的柱狀電極的半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明并不排除對(duì)柱狀部進(jìn)行側(cè)表面處理，為了更可靠地防止低熔點(diǎn)材料流淌到柱狀部的側(cè)表面，也可以對(duì)柱狀部進(jìn)行側(cè)表面處理，并且為了獲得更可靠的防止流淌效果，對(duì)側(cè)表面進(jìn)行防止流淌處理是有效的。
另外，如上所述，通過(guò)以第1和第2這兩段來(lái)形成柱狀部，在用電鍍法形成柱狀部之際，可以緩和設(shè)置在抗蝕劑(resist)上的開口部的長(zhǎng)寬比，因此能形成可以被配置在更窄間距中的電極。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以形成具有僅與柱狀部的上表面接合的球部的柱狀電極。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1制造工序的剖視圖。
圖3是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2制造工序的剖視圖。
圖4是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第3制造工序的剖視圖。
圖5是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1安裝工序的剖視圖。
圖6是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2安裝工序的剖視圖。
圖7是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的另一種安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖8是表示連接可靠性較低的柱狀電極的狀態(tài)的剖視圖。
圖9是表示圖4中所示的低熔點(diǎn)層的體積和柱狀部的上表面面積之間的關(guān)系的剖視圖。
圖10是表示形成了柱狀電極的晶片的軟熔工序的側(cè)表面圖。
圖11是表示按圖10的工序形成的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖12是表示對(duì)低熔點(diǎn)層的體積A和柱狀部的上表面面積B之間的關(guān)系進(jìn)行了檢驗(yàn)時(shí)的結(jié)果的表。
圖13是表示柱狀電極的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)例的剖視圖。
圖14是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖15是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1制造工序的剖視圖。
圖16是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2制造工序的剖視圖。
圖17是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第3制造工序的剖視圖。
圖18是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第4制造工序的剖視圖。
圖19是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1安裝工序的剖視圖。
圖20是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2安裝工序的剖視圖。
圖21是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的另一種安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖22是表示連接可靠性較低的柱狀電極的狀態(tài)的剖視圖。
圖23是表示使用了截面為梯形的柱狀部時(shí)的實(shí)施方式的剖視圖。
圖24是表示對(duì)使用了貫通通路的半導(dǎo)體基板的安裝例的剖視圖。
圖25是表示接合到被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的電極圖案上的例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不局限于以下說(shuō)明的實(shí)施方式，而是可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變更的。
圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖，如該圖所示，本安裝結(jié)構(gòu)，是具有將半導(dǎo)體裝置10通過(guò)柱狀電極20安裝在配線基板30上的結(jié)構(gòu)的。
半導(dǎo)體裝置10包括由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板12、在該半導(dǎo)體基板12的主面?zhèn)人O(shè)置的多個(gè)鋁電極墊14、和在使該各電極墊14部分地露出的狀態(tài)下形成的鈍化膜16。
柱狀電極20包括分別在上述各電極墊14的露出部上形成的由銅構(gòu)成的柱狀部22、和在該柱狀部22的上表面上形成的由焊錫構(gòu)成的低熔點(diǎn)層24。此外，該柱狀部最好是以15μm以上的高度形成。
配線基板30由在內(nèi)層有各種圖案的多層基板32、和在該多層基板32的表面上形成的配線圖案34構(gòu)成。
半導(dǎo)體裝置10和配線基板30之間的電接合，是通過(guò)將位于柱狀電極20的前端部的低熔點(diǎn)層24熔融在配線圖案34上進(jìn)行的，在該半導(dǎo)體裝置10和配線基板30之間實(shí)施封裝40，以保護(hù)各柱狀電極20的接合狀態(tài)。
圖2是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1制造工序的剖視圖。當(dāng)制造本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置時(shí)，首先，如該圖(a)所示，在形成了多個(gè)集成電路的晶片13的主面?zhèn)龋纬啥鄠€(gè)電極墊14，并在使該各電極墊14的中央部露出的狀態(tài)下形成鈍化膜16。
接著，如該圖(b)所示，在鈍化膜16上涂敷光致抗蝕劑42，然后，如該圖(c)所示，使光致抗蝕劑42與各電極墊14的露出部對(duì)應(yīng)地感光，形成使各電極墊14露出的開口部44。此處，使各開口部44的寬度為比鈍化膜16的開口寬度窄的寬度，而且，在不與鈍化膜16的端部接觸的狀態(tài)下形成各開口部44。
圖3是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2制造工序的剖視圖。如該圖(a)所示，利用前圖中所示的開口部44，在電極墊14上形成柱狀部22。該柱狀部22的形成是通過(guò)鍍銅進(jìn)行的。
接著，如該圖(b)所示，利用前圖中所示的開口部44，在柱狀部22的上表面上形成低熔點(diǎn)層24。此低熔點(diǎn)層24的形成，是通過(guò)鍍焊錫進(jìn)行的。
圖4是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第3制造工序的剖視圖。如該圖(a)所示，將前圖中所示的光致抗蝕劑42除去后，得到在晶片13上形成的多個(gè)柱狀電極20。然后，如該圖(b)所示，通過(guò)將低熔點(diǎn)層24加熱熔融，將該低熔點(diǎn)層24加工成球狀。此加熱熔融處理，是通過(guò)將晶片13置入軟熔爐內(nèi)并按預(yù)定的溫度和時(shí)間實(shí)施加熱處理進(jìn)行的。此外，在軟熔之前先涂敷氧化膜除去劑。
圖5是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1安裝工序的剖視圖。如該圖所示，在將經(jīng)過(guò)以上說(shuō)明的一系列工序制成的半導(dǎo)體裝置10向配線基板30上安裝時(shí)，使該半導(dǎo)體裝置10的主面?zhèn)瘸蚺渚€基板30，并將位于柱狀電極20的前端的球狀的低熔點(diǎn)層24與配線基板30上所設(shè)置的配線圖案的位置對(duì)準(zhǔn)。
圖6是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2安裝工序的剖視圖。如該圖所示，將在前圖所示的工序中已對(duì)準(zhǔn)了位置的半導(dǎo)體裝置10安裝在配線基板30上，然后，進(jìn)行軟熔而將低熔點(diǎn)層24熔融固定在配線圖案34上。在使各低熔點(diǎn)層24的固定完成后，從由該圖中的箭頭A指示的方向填充封裝樹脂，從而得到圖1中所示的結(jié)構(gòu)。
圖7是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的另一種安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。如該圖所示，只要是在半導(dǎo)體裝置10已被安裝在配線基板30上以后，其狀態(tài)也可以是柱狀部22的前端埋設(shè)在低熔點(diǎn)層24內(nèi)的狀態(tài)。
圖8是表示連接可靠性較低的柱狀電極的狀態(tài)的剖視圖。如該圖(a)所示，當(dāng)球狀的低熔點(diǎn)層24在其與柱狀部22的側(cè)表面相接觸的狀態(tài)下被形成時(shí)，在各柱狀電極20的高度上將產(chǎn)生偏差，其結(jié)果是，如該圖(b)所示，將產(chǎn)生沒(méi)有與配線圖案34相接合的柱狀電極。
為防止產(chǎn)生這種狀態(tài)，在本實(shí)施方式中，在圖4所示的形成球狀的低熔點(diǎn)層24的工序中，采用如下所述的方法。
圖9是表示圖4中所示的低熔點(diǎn)層的體積和柱狀部的上表面面積之間的關(guān)系的剖視圖。如該圖所示，當(dāng)設(shè)各低熔點(diǎn)層24的體積為A、各柱狀部22的上表面的面積為B時(shí)，為了滿足A≤1.3×B1.5的關(guān)系，在上述的用圖2和圖3已說(shuō)明的工序中，通過(guò)調(diào)整開口部44的截面面積和低熔點(diǎn)層24的鍍敷量來(lái)形成各柱狀電極20。
圖10是表示形成了柱狀電極的晶片的軟熔工序的側(cè)表面圖。如該圖所示，在按上述關(guān)系形成了各柱狀電極20之后，將已形成了所述各柱狀電極20的晶片13的背面?zhèn)确胖迷诰С信_(tái)52上，并以使低熔點(diǎn)層24朝上的狀態(tài)將該晶片13設(shè)置在軟熔爐50內(nèi)。
然后，當(dāng)在該狀態(tài)下對(duì)低熔點(diǎn)層24進(jìn)行加熱時(shí)，雖然向下的重力施加在已熔融的低熔點(diǎn)層24上，但是，因?yàn)榈腿埸c(diǎn)層24與柱狀部22的上表面面積之間的關(guān)系控制著低熔點(diǎn)層24的量，所以，低熔點(diǎn)層24在其不與柱狀部22的側(cè)表面相接觸的狀態(tài)下被加工成球狀。
圖11是表示按圖10的工序形成的半導(dǎo)體裝置的電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。如該圖所示，當(dāng)設(shè)各低熔點(diǎn)層24的體積為A、各柱狀部22的上表面的面積為B時(shí)，經(jīng)過(guò)了圖10所示的工序的半導(dǎo)體裝置10的各柱狀電極20，是在滿足A≤1.3×B1.5的關(guān)系的狀態(tài)下被形成的，而且，當(dāng)設(shè)各柱狀電極22的間距的1/2為C、球狀的低熔點(diǎn)層24的高度為D時(shí)，上述各柱狀電極，具有D≤C的關(guān)系。
圖12是表示對(duì)低熔點(diǎn)層的體積A和柱狀部的上表面面積B之間的關(guān)系進(jìn)行了檢驗(yàn)時(shí)的結(jié)果的表。如該圖所示，通過(guò)改變A和B的值，對(duì)低熔點(diǎn)層相對(duì)于柱狀部側(cè)表面的流淌狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果是，雖然確認(rèn)了在第1～3條件下可以在不流淌到柱狀部側(cè)表面的狀態(tài)下形成球部，但在第4和第5條件下發(fā)生了向側(cè)表面的流淌。圖13是表示柱狀電極的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)例的剖視圖。關(guān)于上述的柱狀電極，可以采用將柱狀電極22的上表面形成為如圖(a)所示的上表面山型的結(jié)構(gòu)，也可以采用如圖(b)所示的具有起伏的結(jié)構(gòu)，或者如圖(c)所示的在中央部具有凸部的結(jié)構(gòu)、如圖(d)所示的將上表面部分加寬了的結(jié)構(gòu)、如圖(e)所示的以彎曲型形成的結(jié)構(gòu)。
另外，如圖(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示，當(dāng)使柱狀電極20的上表面具有山形、起伏、凸部時(shí)，若設(shè)該圖(a)、(b)、(c)、(e)中所示的虛線E′以上的體積為E，則在滿足A-E≤1.3×B1.5的關(guān)系的狀態(tài)下形成柱狀電極20。此虛線是將以直角的角度與柱狀部的側(cè)表面相交的水平線劃在該柱狀部的上端部分上而得到的線，從該水平線凸起的起伏部分的體積即為E。這種起伏部分有時(shí)是通過(guò)電鍍工序自然形成的，有時(shí)是人為地形成的，通過(guò)設(shè)定該起伏部分的體積，可以防止低熔點(diǎn)材料流淌到柱狀部的側(cè)表面。
當(dāng)采用這些結(jié)構(gòu)時(shí)，上述的柱狀部22的上表面面積B，可以按其與低熔點(diǎn)層24接觸的部分的表面積來(lái)考慮。因此，如采用這些結(jié)構(gòu)，能使低熔點(diǎn)層24和柱狀部22的接觸面積加大，故可以增加低熔點(diǎn)層的體積。
圖14是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。如該圖所示，本安裝結(jié)構(gòu)，是具有將半導(dǎo)體裝置10通過(guò)柱狀電極20安裝在配線基板30上的結(jié)構(gòu)的。
半導(dǎo)體裝置10包括由Si、GaAs、GaN、SiGe等構(gòu)成的半導(dǎo)體基板12、在該半導(dǎo)體基板12的主面?zhèn)人O(shè)置的多個(gè)鋁電極墊14、和在使所述各電極墊14部分地露出的狀態(tài)下形成的鈍化膜16。
柱狀電極20包括分別在上述各電極墊14的露出部上形成的由銅、鎳、導(dǎo)電膏劑等高熔點(diǎn)材料構(gòu)成的柱狀部22-1和22-2、和在該柱狀部22的上表面上形成的由焊錫等構(gòu)成的低熔點(diǎn)層24。此外，該柱狀部最好以15μm以上的高度形成。
此處，以直徑互不相同的形狀來(lái)形成柱狀部22-1和22-2，通過(guò)將此兩種不同形狀的主狀部22-1和22-2相互重疊構(gòu)成一個(gè)柱狀部。柱狀部22-2具有比柱狀部22-1較小的外徑，低熔點(diǎn)層24被設(shè)置在此直徑較小的表面上。即，將柱狀部由若干段來(lái)構(gòu)成，通過(guò)沿著從半導(dǎo)體基板12到低熔點(diǎn)金屬層24的方向?qū)⒅鶢畈康闹睆阶龀煞侄蔚鼗蜻B續(xù)地減小的結(jié)構(gòu)，在通過(guò)軟熔等方式形成球狀的低熔點(diǎn)金屬層24時(shí)，可以防止低熔點(diǎn)金屬層24流淌到柱狀部的側(cè)表面上。
配線基板30由在內(nèi)層有各種圖案的多層基板32、和在該多層基板32的表面上形成的配線圖案34構(gòu)成。
半導(dǎo)體裝置10和配線基板30的電接合，是通過(guò)將位于柱狀電極20的前端部的低熔點(diǎn)層24熔融在配線圖案34上進(jìn)行的，在該半導(dǎo)體裝置10和配線基板30之間實(shí)施封裝40，以保護(hù)各柱狀電極20的接合狀態(tài)。
圖15是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1制造工序的剖視圖。在制造本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置時(shí)，首先，如該圖(a)所示，在形成了多個(gè)集成電路的晶片13的主面?zhèn)刃纬啥鄠€(gè)電極墊14，并在使該各電極墊14的中央部露出的狀態(tài)下形成鈍化膜16。
接著，如該圖(b)所示，在鈍化膜16上涂敷光致抗蝕劑42-1，然后，如該圖(c)所示，使光致抗蝕劑42-1與各電極墊14的露出部對(duì)應(yīng)地感光，形成使各電極墊14露出的開口部44。此處，使各開口部44的寬度為比鈍化膜16的開口寬度窄的寬度，而且，最好在不與鈍化膜16的端部相接觸的狀態(tài)下形成各開口部44，但各開口部44的寬度也可以形成得比鈍化膜16的開口寬度寬。
圖16是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2制造工序的剖視圖。如該圖(a)所示，利用前圖中所示的開口部44，在電極墊14上形成柱狀部22-1。該柱狀部22-1的形成，是通過(guò)鍍銅、或鍍鎳、或用印刷法填充導(dǎo)電性膏劑進(jìn)行的。
接著，如該圖(b)所示，在光致抗蝕劑42-1上涂敷光致抗蝕劑42-2，然后，如該圖(c)所示，使光致抗蝕劑42-2與各柱狀部22-1的露出部對(duì)應(yīng)地感光，形成使各柱狀部22-1露出的開口部44。此處，使各開口部44的寬度為比各柱狀部22-1的開口寬度窄的寬度，圖17是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第3制造工序的剖視圖。如該圖(a)所示，利用前圖中所示的開口部44，在柱狀部22-1上形成柱狀部22-2。該柱狀部22-2的形成，是通過(guò)鍍銅、或鍍鎳、或用印刷法填充導(dǎo)電性膏劑進(jìn)行的。
接著，如該圖(b)所示，利用該圖(a)中所示的開口部44，在柱狀部22-2的上表面上形成低熔點(diǎn)層24。此低熔點(diǎn)層24的形成，通過(guò)鍍焊錫進(jìn)行。
圖18是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第4制造工序的剖視圖。如該圖(a)所示，將前圖中所示的光致抗蝕劑42-1和42-2除去后，得到在晶片13上形成的多個(gè)柱狀電極20。然后，如該圖(b)所示，通過(guò)將低熔點(diǎn)層24加熱熔融，將該低熔點(diǎn)層24加工為球狀。此加熱熔融處理，通過(guò)將晶片13置入軟熔爐內(nèi)并按預(yù)定的溫度和時(shí)間實(shí)施加熱處理進(jìn)行。此外，在軟熔之前先涂敷氧化膜除去劑。
圖19是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第1安裝工序的剖視圖。如該圖所示，在將經(jīng)過(guò)以上已說(shuō)明的一系列工序制成的半導(dǎo)體裝置10向配線基板30上安裝時(shí)，使該半導(dǎo)體裝置10的主面?zhèn)瘸蚺渚€基板30，并將位于柱狀電極20-2的前端的球狀的低熔點(diǎn)層24與配線基板30上所設(shè)置的配線圖案的位置對(duì)準(zhǔn)。
圖20是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的第2安裝工序的剖視圖。如該圖所示，將在前圖所示的工序中已對(duì)準(zhǔn)了位置的半導(dǎo)體裝置10安裝在配線基板30上，然后，進(jìn)行軟熔而將低熔點(diǎn)層24熔融固定在配線圖案34上。在使各低熔點(diǎn)層24的固定完成后，從由該圖中的箭頭A指示的方向填充封裝樹脂，從而得到圖14中所示的結(jié)構(gòu)。
圖21是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的另一種安裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。如該圖所示，只要是在半導(dǎo)體裝置10已被安裝在配線基板30上以后，也可以是柱狀部22的前端埋設(shè)在低熔點(diǎn)層24內(nèi)的狀態(tài)。
圖22是表示連接可靠性較低的柱狀電極的狀態(tài)的剖視圖。如該圖(a)所示，當(dāng)球狀的低熔點(diǎn)層24在其與柱狀部22的側(cè)表面相接觸的狀態(tài)下形成時(shí)，在各柱狀電極20的高度上將產(chǎn)生偏差，其結(jié)果是，如該圖(b)所示，將產(chǎn)生沒(méi)有與配線圖案34相接合的柱狀電極。
為防止產(chǎn)生這種狀態(tài)，在本實(shí)施方式中，如圖18所示，在柱狀部設(shè)置直徑不同的部位，因此，在形成球狀的低熔點(diǎn)層24的工序中，當(dāng)該低熔點(diǎn)層24熔融時(shí)，至少可以防止該低熔點(diǎn)層24流淌擴(kuò)散到柱狀部22-1的側(cè)表面。
圖23是表示使用了截面為梯形的柱狀部時(shí)的實(shí)施方式的剖視圖。如該圖所示，也可以采用靠低熔點(diǎn)層24一側(cè)的直徑較小、靠半導(dǎo)體基板12一側(cè)的直徑較大的截面為梯形的柱狀部22來(lái)構(gòu)成柱狀電極20。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)層24熔融時(shí)，可以防止該低熔點(diǎn)層24流淌擴(kuò)散到柱狀部22的側(cè)表面。
圖24是表示對(duì)使用了貫通通路的半導(dǎo)體基板的安裝例的剖視圖。如該圖所示，也可以采用在貫通于半導(dǎo)體基板12-2的內(nèi)外的貫通通路51上形成電極墊14-2并在該電極墊上接合低熔點(diǎn)層24的結(jié)構(gòu)。此處，貫通通路51是通過(guò)向形成在半導(dǎo)體基板12-2的內(nèi)部的貫通孔內(nèi)填充銅或?qū)щ姼鄤┬纬傻摹?br> 圖25是表示接合到被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的電極圖案上的例的剖視圖。如該圖所示，也可以采用在半導(dǎo)體基板的主面上形成電極墊14-2，然后在已形成的電極墊14-2上形成配線圖案34并在該配線圖案34上接合低熔點(diǎn)層24的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，由于可以形成具有僅被接合在柱狀部的上表面上的球狀低熔點(diǎn)層的柱狀電極，因此，有望應(yīng)用于更小型的要求具有較窄間距的半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于上述柱狀電極具有柱狀部和金屬球部，所述柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬球部由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成，并被接合在上述柱狀部的上表面上；當(dāng)設(shè)上述金屬球部的體積為A、上述柱狀部的上表面的面積為B、在上述柱狀部的上表面上形成的起伏部的體積為E時(shí)，上述柱狀電極具有A-E≤1.3×B1.5的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于當(dāng)設(shè)上述各柱狀電極間的間距的1/2為C、上述金屬球部的高度為D時(shí)，上述各柱狀電極具有D≤C的關(guān)系。
3.一種半導(dǎo)體裝置的安裝體，所述半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，上述的設(shè)有多個(gè)柱狀電極的半導(dǎo)體裝置通過(guò)所述各柱狀電極安裝在配線基板上，所述半導(dǎo)體裝置的安裝體的特征在于上述柱狀電極具有柱狀部和金屬層，所述柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬層由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成，并被接合在上述柱狀部的上表面上；當(dāng)設(shè)上述低熔點(diǎn)金屬層的體積為A，上述柱狀部的上表面的面積為B，在上述柱狀部的上表面上形成的起伏部的體積為E時(shí)，上述柱狀電極具有A-E≤1.3×B1.5的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在上述半導(dǎo)體裝置和上述配線基板之間，具有以直接與上述柱狀部的側(cè)表面相接觸的狀態(tài)進(jìn)行了填充的封裝部。
5.一種半導(dǎo)體裝置，具有多個(gè)被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的柱狀電極，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于上述柱狀電極具有第1和第2柱狀部以及金屬球部，所述第1和第2柱狀部由導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述金屬球部由熔點(diǎn)比上述柱狀部低的導(dǎo)電材料形成并被接合在上述第2柱狀部的上表面上；上述第2柱狀部具有直徑小于上述第1柱狀部直徑的部位，并介于上述金屬球部和上述第1柱狀部之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有柱狀電極的半導(dǎo)體裝置，所述柱狀電極具有僅與柱狀部的上表面接合的球狀的低熔點(diǎn)層。當(dāng)設(shè)各低熔點(diǎn)層(24)的體積為A、各柱狀部(22)的上表面的面積為B時(shí)，通過(guò)調(diào)整低熔點(diǎn)層(24)的鍍敷量和柱狀部(22)的截面面積以滿足A≤1.3×B1.5的關(guān)系，由此，當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)層(24)通過(guò)軟熔形成球狀時(shí)，可以防止該低熔點(diǎn)層(24)流淌到柱狀部(22)的側(cè)表面。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1812081SQ200610000339
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者井上泰造, 北崎健三, 重谷壽士, 麥谷英兒 申請(qǐng)人:太陽(yáng)誘電株式會(huì)社