專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置，具體涉及一種適用于WL-CSP (晶片級芯 片尺寸封裝Wafer Level-Chip Size Package)技術的半導體裝置。
背景技術：
最近，伴隨著半導體裝置的高功能化'多功能化，推進了 WL-CSP (晶 片級芯片尺寸封裝Wafer Level-Chip Size Package,以下記述為 "WL-CSP")技術的實用化。在WL-CSP技術中，在晶片狀態(tài)下完成封裝 工序，通過切割切出的各個芯片尺寸成為封裝尺寸。如圖9所示，適用于WL-CSP技術的半導體裝置包括由表面保護膜81 覆蓋表面的半導體芯片82、在表面保護膜81上層疊的應力緩沖層83 (例 如，聚酰亞胺等)、以及設置在應力緩沖層83上的焊料球84。在表面保 護膜81上形成焊盤開口 86，用于使半導體芯片82的內部布線的一部分露 出作為電極焊盤85。在應力緩沖層83上形成貫通孔87，用于使從焊盤開 口 86露出的電極焊盤85露出。形成凸塊基底層92，使得覆蓋電極焊盤85的表面、貫通孔87的內面 以及應力緩沖層83的表面中的貫通孔87的周邊。凸塊基底層92由阻擋 層88 (例如鈦、鉤鈦等)和在該阻擋層88上形成的金屬鍍層89 (例如銅、 金等)構成。將焊料球84設置在金屬鍍層89的表面上，并經過金屬鍍層 89和阻擋層88與電極焊盤85電連接。通過使焊料球84與安裝基板90 上的焯盤91連接，實現(xiàn)將該半導體裝置安裝在安裝基板90上(相對于安裝基板電連接和機械連接)。但是，在與金屬鍍層89的關系中，由于焊料球84只固定于金屬鍍層 89的表面上，因此從焊料球84和應力緩沖層83之間，阻擋層88的側面 88C和金屬鍍層89的側面89C成為露出的狀態(tài)。這些露出的側面88C和側 面89C暴露于濕氣等水氣中，在腐蝕阻擋層88和金屬鍍層89時，恐怕阻 擋層88會從應力緩沖層83剝離下來。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種可以防止凸塊基底層從應力緩沖層剝離的 半導體裝置。本發(fā)明的半導體裝置包括半導體芯片；在所述半導體芯片的表面上形成的電連接用的內部焊盤；在所述半導體芯片上形成的、具有露出所述 內部焊盤的開口部的應力緩沖層；形成為覆蓋所述內部焊盤的從所述開口 部露出的面、所述開口部的內面以及所述應力緩沖層上的所述開口部的周 邊部的凸塊基底層；形成在所述凸塊基底層上的、用于與外部電連接的焊 料端子；以及形成在所述應力緩沖層上的、包圍所述凸塊基底層的周圍、 覆蓋所述凸塊基底層的側面的保護層。根據(jù)這種結構，凸塊基底層形成在內部焊盤的從開口部露出的面、開 口部的內面以及應力緩沖層上的開口部的周邊部上，使得覆蓋它們。在凸 塊基底層上，形成用于與外部電連接的焊料端子。然后，對于凸塊基底層 的側面，其全周被保護層覆蓋。由于凸塊基底層的側面全周被保護層覆蓋，因此可以防止凸塊基底層 暴露于水分而腐蝕以及凸塊基底層從應力緩沖層上剝離。結果是，由于可 以防止伴隨著凸塊基底層的剝離而導致的焊料端子相對于半導體芯片的 剝離，因此可以實現(xiàn)連接可靠性高的半導體裝置。優(yōu)選地，所述應力緩沖層由聚酰亞胺構成，所述凸塊基底層包含由 含有鈦或鎳的金屬構成的阻擋層；以及在該阻擋層上層疊的、由具有焊料 濕潤性的金屬構成的連接焊盤。利用這種結構，由于由聚酰亞胺構成的應力緩沖層和由含有鈦或鎳的 金屬構成的凸塊基底層的阻擋層的密接性降低，因此在氧化(腐蝕)該阻 擋層上的連接焊盤時，在應力緩沖層和阻擋層之間容易產生剝離。在阻擋 層的側面被保護層覆蓋的構成中，例如，由于可以防止從阻擋層和連接焊 盤之間的層疊界面氧化連接焊盤，因此可以防止阻擋層從應力緩沖層剝 離。
而且，優(yōu)選地，所述焊料端子覆蓋所述連接焊盤的側面。 根據(jù)這種結構，由于連接焊盤的側面沒有露出，因此可以防止連接焊盤的氧化(腐蝕)。因此，可以進一步防止阻擋層從應力緩沖層剝離。本發(fā)明的上述或其它目的、特征和效果通過下面參照附圖對實施方式進行的說明將變得更為清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的半導體裝置的圖解的底面圖。 圖2是表示圖1中的焊料球的周邊放大了的圖解的底面圖。圖3是沿著圖1所示的A-A切斷面切斷時的剖面圖。 圖4A是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖。圖4B是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4A的工序之后的工序的圖。圖4C是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4B的工序之后的工序的圖。圖4D是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4C的工序之后的工序的圖。圖4E是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4D的工序之后的工序的圖。圖4F是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4E的工序之后的工序的圖。圖4G是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4F的工序之后的工序的圖。圖4H是按照工藝順序表示圖1的半導體裝置的制造方法的圖解的剖 面圖，并且是表示圖4G的工序之后的工序的圖。圖5是表示圖1所示半導體裝置的變形例的圖解的剖面圖，其中有機 保護膜是其他結構。圖6是表示圖1所示半導體裝置的變形例的圖解的剖面圖，其中連接 焊盤是其他結構。
圖7是表示圖1所示半導體裝置的變形例的圖解的剖面圖，其中連接 焊盤的突出部是其他結構。圖8是表示圖1所示半導體裝置的變形例的圖解的剖面圖，其中連接 焊盤的突出部是其他結構。圖9是表示現(xiàn)有技術的半導體裝置的結構的圖解的剖面圖，是表示將半導體裝置安裝在安裝基板上的狀態(tài)的圖。
具體實施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的半導體裝置的圖解的底面圖(是表示安裝基板的接合面的圖)。圖2是放大表示圖1中的焊料球6的周邊的圖 解的底面圖。圖3是表示沿著圖1所示的A-A的切斷面切斷的剖面圖。而 且，在圖2和圖3中，通過將半導體裝置以斷線斷開，省略表示其一部分。該半導體裝置是利用WL-CSP技術制作的半導體裝置，包括半導體 芯片1;覆蓋半導體芯片1的功能面1A (制作半導體芯片1中的功能元件 的面)的表面保護膜3;在表面保護膜3上形成的應力緩沖層4;在應力 緩沖層4上形成的連接焊盤5;以及與連接焊盤5連接的、并用于與外部 電連接的焊料球6 (焊料端子)。因此，該半導體裝置通過各焊料球6與 安裝基板7上的焊盤8連接而實現(xiàn)安裝到安裝基板7上(相對于安裝基板 7電連接和機械連接)。半導體芯片l例如是平面視圖為大致矩形形狀的硅芯片，在其功能面 1A上，形成多個電極焊盤2 (內部焊盤)。電極焊盤2例如是平面視圖為大致矩形形狀的鋁焊盤，并與在半導體 芯片1的功能面1A上制作的功能元件電連接。此外，電極焊盤2沿著半 導體芯片l的外周邊，以平面視圖為矩形環(huán)狀并列配置成兩列，在互相鄰 接的電極焊盤2之間，分別空出適當?shù)拈g隔(參照圖l)。表面保護膜3由氧化硅或氮化硅構成。在表面保護膜3上形成用于露 出各電極焊盤2的焊盤開口9。應力緩沖層4例如由聚酰亞胺構成。應力緩沖層4形成為覆蓋表面保 護膜3的整個表面區(qū)域，并具有吸收和緩和施加于該半導體裝置上的應力 的功能。此外，在應力緩沖層4上，在與各電極焊盤2相對的位置上貫通
形成貫通孔10 (開口部)，從焊盤開口 9露出的電極焊盤2通過貫通孔 10而面向外部。此外，形成阻擋層12，使得覆蓋電極焊盤2的從貫通孔 10露出的面、貫通孔10的內面以及應力緩沖層4上的貫通孔10的周邊部 11。阻擋層12例如由含有鈦或鎳的金屬(例如鈦、鎳、鈦鎢等)構成， 具有防止電極焊盤2腐蝕的功能。阻擋層12被形成為平面視圖為大致圓 形形狀，例如，以厚度1000 2000埃形成。此外，在阻擋層12上形成連接焊盤5。更具體地說，形成連接焊盤5， 使得接觸在貫通孔10內的阻擋層12的內面12A和在應力緩沖層4上的阻 擋層12的外端面12B。由此，形成由阻擋層12和連接焊盤5構成的凸塊 基底金屬(凸塊基底層)，應力緩沖層4上的阻擋層12的側面12C是從 連接焊盤5露出的露出面。連接焊盤5使用具有焊料濕潤性的金屬例如銅形成。該連接焊盤5包 括埋設于貫通孔10中的埋設部13;以及與該埋設部13—體形成的、在 應力緩沖層4上突出的突出部14。埋設部13例如被形成為圓柱狀，并通過阻擋層12與電極焊盤2電連接。突出部14形成為例如高度為10 50um的圓柱狀。此外，突出部14 形成為在與半導體芯片l和應力緩沖層4的疊層方向(下面簡單稱為"疊 層方向")垂直的寬度方向(以下簡單稱為"寬度方向")上的寬度(直 徑)比貫通孔10的同方向上的開口寬度(直徑)大(更寬)。由此，突 出部14的周邊部15在寬度方向上伸出并與阻擋層12的外端面12B接觸。焊料球6使用焊料被例如形成為大致球狀，并覆蓋連接焊盤5的突出 部14的整個表面(前端面14A和側面14B)。通過形成大致球狀的焊料球 6，在焊料球6的寬度方向上的中心圓周6L和應力緩沖層4之間，形成面 向應力緩沖層4的表面4A、阻擋層12的側面12C以及焊料球6的球面6A 的間隙21。在間隙21上形成有機保護膜20 (保護層)。該有機保護膜20例如由 低吸水性的有機材料即聚酰亞胺構成。有機保護膜20在間隙21中形成為 包圍阻擋層12的周圍的平面視圖為大致圓環(huán)形狀，并覆蓋接觸阻擋層12
的側面12C (參照圖2)。圖4A 圖4H是表示圖1所示半導體裝置的制造方法的圖解的剖面圖。 在制造該半導體裝置時，如圖4A所示，首先，制作多個半導體芯片1， 并制備其整個表面區(qū)域被表面保護膜3覆蓋的半導體晶片W。而且，在表 面保護膜3上形成露出電極焊盤2的焊盤開口 9。在該半導體晶片W的狀 態(tài)下，在表面保護膜3上形成應力緩沖層4。然后，如圖4B所示，在應力緩沖層4上形成貫通孔10。 形成貫通孔10之后，如圖4C所示，在半導體晶片W上，依次形成阻 擋層12、光刻膠16和金屬層17。具體地說，首先，在半導體晶片W上的 整個區(qū)域上，利用濺射法等形成阻擋層12。然后，利用公知的光刻技術， 在該阻擋層12上形成光刻膠16，該光刻膠16在應該形成連接焊盤5的突 出部14 (參照圖3)的區(qū)域上具有開口部18。形成光刻膠16之后，在半 導體晶片W的整個區(qū)域上，利用濺射法等形成由用作連接焊盤5的材料的 銅構成的金屬層17。之后，通過除去光刻膠16,將金屬層17的不要部分 (連接焊盤5以外的部分)與光刻膠16 —起移去。由此，形成連接焊盤5。 之后，通過刻蝕除去阻擋層12的不要部分(形成連接焊盤5的部分以外 的部分)。接著，如圖4D所示，通過在連接焊盤5的突出部14的整個表面(前 端面14A和側面14B)上粘接焊料，形成覆蓋突出部14的整個表面(前端 面14A和側面14B)的大致球狀的焊料球6。通過形成焊料球6使得覆蓋 突出部14的整個表面(前端面14A和側面14B)，露出阻擋層12的側面 12C。由此，在應力緩沖層4上形成由應力緩沖層4的表面4A、阻擋層12 的側面12C和焊料球6的球面6A包圍的間隙21。然后，如圖4E所示，在半導體晶片W上的整個區(qū)域上涂敷由用作有 機保護膜20 (參照圖3)的材料的聚酰亞胺構成的有機保護層19。作為有 機保護層19，例如可以采用感光性聚酰亞胺(例如正型感光性聚酰亞胺、 負型聚酰亞胺)，在本實施方式中，采用正型感光性聚酰亞胺。涂敷有機保護層19之后，在半導體晶片W上配置光刻膠(圖中未示 出)，該光刻膠在應該形成有機保護膜20的區(qū)域以外的區(qū)域上具有開口 部。之后，如圖4F所示，從該光刻膠上向有機保護層19照射紫外線(紫
外線曝光)。之后，如圖4G所示，除去有機保護層19的紫外線曝光過的部分(有 機保護膜20以外的部分)。由此，在間隙21中，形成接觸并覆蓋阻擋層 12的側面12C的有機保護膜20。之后，如圖4H所示，沿著在半導體晶片 W內的各半導體芯片1之間設定的切割線L，切斷(切割)半導體晶片W。 由此，獲得圖l所示結構的半導體裝置。如上所述，在該半導體裝置中，在電極焊盤2的從貫通孔10露出的 面、貫通孔10的內面以及應力緩沖層4上的貫通孔10的周邊部11上， 按照覆蓋它們的方式，形成阻擋層12。在阻擋層12的、貫通孔10內的內 面12A和應力緩沖層4上的外端面12B上，接觸形成包括突出部14的連 接焊盤5，該突出部14的整個表面(前端面14A和側面14B)被用于與外 部電連接的焊料球6覆蓋。之后，阻擋層12的側面12C的整個周邊被有 機保護膜20覆蓋。由于由聚酰亞胺構成的應力緩沖層4和由鈦、鎳、鈦鎢構成的阻擋層 12的密接性低，因此在氧化(腐蝕)該阻擋層12上的連接焊盤5時，容 易發(fā)生應力緩沖層4和阻擋層12之間的剝離。像該半導體裝置這樣，在用有機保護膜20覆蓋阻擋層12的側面12C 的整個周邊的結構中，由于可以防止阻擋層12和連接焊盤5的接觸界面 暴露于水分而氧化(腐蝕)連接焊盤5，因此可以防止阻擋層12從應力緩 沖層4上剝離。此外，由于連接焊盤5的突出部14的側面14B被焊料球6 覆蓋、突出部14的側面14B沒有露出，由此可以防止連接焊盤5的氧化 (腐蝕)。因此，可以進一步防止阻擋層12從應力緩沖層4剝離。結果是，由于可以防止因阻擋層12的剝離伴隨而來的焊料球6相對 于半導體芯片1的剝離，因此可以實現(xiàn)連接可靠性高的半導體裝置。此外，通過焊料球6與外部的安裝基板7上的焊盤8連接，該半導體 裝置被安裝到該安裝基板7上。在該安裝狀態(tài)下，即使在焊料球6上發(fā)生 因半導體芯片1和安裝基板7的熱膨脹/熱收縮導致的應力，在焊料球6 與連接焊盤5的突出部14粘接的狀態(tài)下，由于突出部14向焊料球6的內 部突出，因此通過向焊料球6的內部突出的突出部14可以緩和一部分該 應力。因此，可以防止焊料球6中發(fā)生裂紋。 此外，突出部14的周邊部15向應力緩沖層4的貫通孔10的周邊部 ll伸出。由此，在用突出部14緩和應力時，可以使該突出部14經受的應 力逃向應力緩沖層4。因此，即使在焊料球6上產生大的應力，也可以通 過連接焊盤5和應力緩沖層4很好地緩和該應力，可以防止在半導體芯片 1中產生裂紋。此外，由于連接焊盤5的突出部14形成為圓柱形，其側面14B上沒 有角。因此，可以通過突出部14 (圓柱)的側面14B分散吸收在焊料球6 上產生的應力。而且，在本實施方式中，盡管有機保護膜20在間隙21中按照覆蓋并 接觸阻擋層12的側面12C的方式形成，但如果能防止阻擋層12的露出部 分(在本實施方式中為側面12C)和外部的接觸，則有機保護膜20也可以 具有其他結構。如圖5所示，有機保護膜20例如可以形成為在有機保護 膜20和阻擋層12的側面12C之間形成空間23。盡管前面說明了本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明也可以用其它實施方 式來實施。例如，在上述實施方式中，盡管連接焊盤5釆用銅形成，但是只要是 具有焊料濕潤性的金屬即可，不限于銅。例如，連接焊盤5可以采用金來 形成。這種情況下，例如，如圖6所示，在連接焊盤5的突出部14和焊 料球6的界面上，優(yōu)選形成用于防止金擴散的由鎳構成的擴散防止層22。此外，例如，在上述實施方式中，盡管連接焊盤5的突出部14形成 為圓柱狀，例如，如圖7所示，代替連接焊盤5，還可以形成包括突出部 26的金屬焊盤29，其中突出部26由在層疊方向配置在應力緩沖層4 一側 上的上側突出部27和在上側突出部27的下側被一體地形成的下側突出部 28構成。此外，例如，如圖8所示，連接焊盤5還可以形成為半橢圓球狀。此外，在上述實施方式中，關于半導體芯片1中電極焊盤2的配置形 態(tài)，盡管電極焊盤2沿著半導體芯片1的外周邊以平面視圖為矩形環(huán)狀被 并列配置成兩列，但是如果是在半導體芯片1的功能面1A上被規(guī)則配置 的形態(tài)，則不限于矩形環(huán)狀，例如，可以配置成矩陣狀等。此外，在上述實施方式中，盡管以WL-CSP的半導體裝置為例進行了 說明，但除了 WL-CSP的半導體裝置以外，本發(fā)明也能夠適用于相對于安
裝基板、使半導體芯片的表面對置、并以露出半導體芯片的背面的狀態(tài)安 裝(裸晶片安裝)的半導體裝置。盡管前面已經詳細介紹了本發(fā)明的實施方式，但是這些只不過是用于 使本發(fā)明的技術內容清楚的具體例子，本發(fā)明不能被限定和解釋為這些具 體例子，本發(fā)明的精神和范圍僅僅由所附權利要求書來限定。本申請對應于2006年12月25日在日本特許廳提出的特許公開 2006-348572號，這里引用其全部內容。
權利要求
1、一種半導體裝置，包括半導體芯片；在所述半導體芯片的表面上形成的電連接用的內部焊盤；在所述半導體芯片上形成的、具有露出所述內部焊盤的開口部的應力緩沖層；形成為覆蓋所述內部焊盤的從所述開口部露出的面、所述開口部的內面以及所述應力緩沖層上的所述開口部的周邊部的凸塊基底層；形成在所述凸塊基底層上的、用于與外部電連接的焊料端子；以及形成在所述應力緩沖層上的、包圍所述凸塊基底層的周圍、覆蓋所述凸塊基底層的側面的保護層。
2、 根據(jù)權利要求1記載的半導體裝置，其中，所述應力緩沖層由聚 酰亞胺構成，所述凸塊基底層包含由含有鈦或鎳的金屬構成的阻擋層；以及在該 阻擋層上層疊的、由具有焊料濕潤性的金屬構成的連接焊盤。
3、 根據(jù)權利要求2記載的半導體裝置，其中，所述焊料端子覆蓋所 述連接焊盤的側面。
全文摘要
本發(fā)明的半導體裝置包括半導體芯片；在所述半導體芯片的表面上形成的電連接用的內部焊盤；在所述半導體芯片上形成的、具有露出所述內部焊盤的開口部的應力緩沖層；形成為覆蓋所述內部焊盤的從所述開口部露出的面、所述開口部的內面以及所述應力緩沖層上的所述開口部的周邊部的凸塊基底層；形成在所述凸塊基底層上的、用于與外部電連接的焊料端子；以及形成在所述應力緩沖層上的、包圍所述凸塊基底層的周圍、覆蓋所述凸塊基底層的側面的保護層。
文檔編號H01L23/485GK101211877SQ20071016112
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權日2006年12月25日
發(fā)明者奧村弘守, 新開寬之 申請人:羅姆股份有限公司