專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中描述的實(shí)施例一般涉及其中層疊有多個(gè)半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
存在這樣的半導(dǎo)體封裝，其中，存儲(chǔ)器芯片(存儲(chǔ)器元件)和控制向/從該存儲(chǔ)器芯片寫入和讀取的控制芯片(控制元件，系統(tǒng)LSI)被層疊。為了以該方式層疊控制芯片和存儲(chǔ)器芯片，存在使用多個(gè)半導(dǎo)體封裝(多封裝結(jié)構(gòu))的方式和使用單個(gè)半導(dǎo)體封裝(單封裝結(jié)構(gòu))的方式。在多封裝結(jié)構(gòu)中，控制芯片的半導(dǎo)體封裝和存儲(chǔ)器芯片的半導(dǎo)體封裝被層疊(封裝上封裝(Package On Package))。在單封裝結(jié)構(gòu)中，控制芯片和存儲(chǔ)器芯片被并列設(shè)置或?qū)盈B在一個(gè)基底上，從而形成半導(dǎo)體封裝。在多封裝結(jié)構(gòu)中，可以在每個(gè)半導(dǎo)體封裝中的芯片與基底之間設(shè)置連接，從而便于高速操作。然而，多封裝結(jié)構(gòu)在厚度和成本上不利。另一方面，單封裝結(jié)構(gòu)在厚度和成本上比多封裝結(jié)構(gòu)有利。然而，芯片與基底之間的連接關(guān)系傾向于復(fù)雜。此外，從長期來看，確保封裝中的電連接的可靠性變難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)能夠確保封裝中的電連接的可靠性的半導(dǎo)體裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體裝置具有基底、第一半導(dǎo)體芯片、電極、第一和第二連接部件以及第一和第二密封部件。所述第一半導(dǎo)體芯片被設(shè)置在所述基底上。所述電極被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片上并包含Al。所述第一連接部件電連接所述電極和所述基底，并包含Au或Cu。所述第一密封部件密封所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第一連接部件。一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片層疊在所述第一密封部件上。一個(gè)或多個(gè)第二連接部件電連接所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片和所述基底。所述第二密封部件密封所述第一連接部件、所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片以及所述一個(gè)或多個(gè)第二連接部件。所述第一密封部件中的Cl離子和Br離子的總重量Wl與所述第一密封部件和所述基底的樹脂的重量WO的比率小于等于7. 5ppm。本發(fā)明的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)能夠確保封裝中的電連接的可靠性的半導(dǎo)體裝置。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的平面圖；圖2A和圖2B是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的放大截面圖；圖4是示例根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造工序的流程圖；圖5A和圖5B是在圖4的工序之后產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖；圖6A和圖6B是在圖4的工序之后產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖；圖7A和圖7B是在圖4的工序之后產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖；圖8A和圖8B是在圖4的工序之后產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖；圖9A和圖9B是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖；圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的放大截面圖；圖11是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造工序的流程圖；圖12是表示用于密封部件31的樹脂材料的粘度的溫度依賴性的曲線圖；圖13A和圖13B是表示在接合線(bonding wire) BI和電極21a至21d的接合部分(joining part)中發(fā)生的層狀結(jié)構(gòu)(lamellar structure)的顯微鏡照片；圖14是表示Au和Al的合金層的顯微鏡照片；圖15A和15B是描述層狀結(jié)構(gòu)LS的發(fā)生機(jī)制的圖；以及圖16是示例加速試驗(yàn)的結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參照附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置I的平面圖。圖2A和圖2B是半導(dǎo)體裝置I的側(cè)面圖。圖2A是在圖1中的箭頭α的方向上觀看的半導(dǎo)體裝置I的側(cè)面圖。圖2Β是在圖1中的箭頭β的方向上觀看的半導(dǎo)體裝置I的側(cè)面圖。圖3是半導(dǎo)體裝置I的放大的截面圖。注意，在圖1中，省略了對(duì)密封部件61和接合線Β2、Β3的圖示。在圖2Α中，半導(dǎo)體裝置I被示例為具有處于透視狀態(tài)的密封部件61。在圖2Β中，密封部件61處于透視狀態(tài)，并且省略了對(duì)接合線Β3的圖示。(半導(dǎo)體裝置I的概況)首先，將描述半導(dǎo)體裝置I的概況。半導(dǎo)體裝置I具有矩形安裝基底11、矩形半導(dǎo)體芯片21、密封部件31、矩形半導(dǎo)體芯片41至44、矩形半導(dǎo)體芯片51至54以及密封部件61。半導(dǎo)體芯片41至44和51至54是用于寫入和讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器芯片，并且通過作為控制芯片(控制器)的半導(dǎo)體芯片21執(zhí)行對(duì)這些半導(dǎo)體芯片41至44和51至54寫入和讀取數(shù)據(jù)。在該半導(dǎo)體裝置I中，將多個(gè)半導(dǎo)體芯片41至44和51至54分成用于執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)的兩個(gè)系統(tǒng)(第一和第二系統(tǒng))。此外，半導(dǎo)體芯片21與外部之間的數(shù)據(jù)交換也被分成兩個(gè)系統(tǒng)(第三和第四系統(tǒng))。當(dāng)在系統(tǒng)中和系統(tǒng)之間的布線長度存在較大差異時(shí)，半導(dǎo)體芯片的操作的加速受到阻礙。如上所述，通過半導(dǎo)體芯片21執(zhí)行在半導(dǎo)體芯片41至44、51至55與外部之間的信號(hào)輸入/輸出。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片21被設(shè)置在安裝基底11的中心附近，從而便于使外部連接端子13a、13b與半導(dǎo)體芯片21之間的布線具有相等的長度(或具有近似相等的長度，以下將簡稱為“具有相等的長度”)。此外，半導(dǎo)體芯片41至44、51至55被設(shè)置在半導(dǎo)體芯片21上，從而便于使半導(dǎo)體芯片21與半導(dǎo)體芯片41至44、51至55之間的布線具有相等的長度。為了使布線具有相等的長度，可以設(shè)想，層疊處于單獨(dú)封裝的半導(dǎo)體芯片21和半導(dǎo)體芯片41至44、51至55 (封裝上封裝)。即，可在每個(gè)半導(dǎo)體封裝中設(shè)置芯片與基底之間的連接，并且這便于高速操作。然而，制造多個(gè)封裝通常導(dǎo)致高成本，并傾向于使整個(gè)厚度變大。關(guān)于這一點(diǎn)，在該實(shí)施例中，可以以相對(duì)低的成本制造具有相等長度的布線的薄半導(dǎo)體裝置I。具體地，構(gòu)造半導(dǎo)體裝置I，使得通過設(shè)計(jì)半導(dǎo)體芯片21、半導(dǎo)體芯片41至44和半導(dǎo)體芯片51至55在安裝基底11上的設(shè)置等等，布線長度在系統(tǒng)中和系統(tǒng)之間基本上相等。具體地，其被構(gòu)造為，使得在連接半導(dǎo)體芯片21和半導(dǎo)體芯片41至44的布線當(dāng)中的特定布線(第一系統(tǒng))與在連接半導(dǎo)體芯片21和半導(dǎo)體芯片51至54的布線當(dāng)中的特定布線(第二系統(tǒng))具有基本上相同的布線長度，此外，在連接半導(dǎo)體芯片21和安裝基底11 的外部連接端子13a的布線當(dāng)中的特定布線(第三系統(tǒng))與在連接半導(dǎo)體芯片21和安裝基底11的外部連接端子13b的布線當(dāng)中的特定布線(第四系統(tǒng))具有基本上相同的布線長度。這里，注意，特定布線是指用于傳送數(shù)據(jù)信號(hào)(IO)或者指定數(shù)據(jù)的讀取/寫入的時(shí)機(jī)(timing)的定時(shí)信號(hào)(timing signal)的布線。(半導(dǎo)體裝置I的結(jié)構(gòu))下文中，將描述半導(dǎo)體裝置I的結(jié)構(gòu)。安裝基底11具有與前表面和后表面對(duì)應(yīng)的第一主表面IIa和第二主表面lib。安裝基底11是具有第一至第四邊(側(cè)表面)A至D的矩形基底。如圖3所示，安裝基底11具有中心層(core layer) Ilc ;布線層lld、lle ;層間連接部Ilf ;以及阻焊層llg、llh。中心層Ilc是具有例如50 μ m至300 μ m的厚度的樹脂層(例如使用玻璃環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(bismaleimide triazine resin))。例如，Cu被用于布線層lid、lie,其中一個(gè)或多個(gè)布線層被設(shè)置在中心層Ilc的兩個(gè)表面上。連接端子12a至12f和外部連接端子13a、13b被連接至布線層lld、lle。阻焊層llg、Ilh是分別被設(shè)置在布線層IlcUlle外部的樹脂層(使用例如環(huán)氧樹脂)。在設(shè)置連接端子12a至12f和外部連接端子13a、13b的位置處，在阻焊層IlgUlh中形成開口。在安裝基底11的第一主表面Ila上，在第一至第四邊A至D的側(cè)面上分別形成用于半導(dǎo)體芯片21的連接端子12a至12d。此外,在安裝基底11的第一主表面Ila上,沿著第一和第二邊A、B分別形成用于半導(dǎo)體芯片41至44的連接端子12e和用于半導(dǎo)體芯片51至54的連接端子12f。例如，在銅(Cu)的端子上通過鎳(Ni)和金(Au)的電解鍍(electrolyticplating)來形成連接端子12a至12f。沿著安裝基底11的第二主表面Ilb上的第三和第四邊C、D，分別形成外部連接端子13a、13b，其中外部連接端子13a、13b為用于外部基底等的連接端子。外部連接端子13a、13b是例如焊料球或焊料凸起(bump)。半導(dǎo)體芯片21是具有第一至第四邊a至d并控制向/從半導(dǎo)體芯片41至44和半導(dǎo)體芯片51至54寫入和讀取數(shù)據(jù)的矩形控制芯片(控制器)。利用樹脂層21f(例如使用熱固性樹脂)將半導(dǎo)體芯片21安裝在安裝基底11的中心附近。
半導(dǎo)體芯片21具有沿著邊a至d形成的多個(gè)電極21a至21d，其中邊a至d分別與安裝基底11的邊A至D對(duì)應(yīng)。電極21a至21d是例如鋁襯墊(pad)。半導(dǎo)體芯片21被安裝在安裝基底11的第一主表面Ila上。半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d通過接合線BI而被分別電連接至安裝基底11的連接端子12a至12d。接合線BI的材料為例如金(Au)或銅(Cu)。密封部件31將半導(dǎo)體芯片21與接合線BI —起埋入。對(duì)于密封部件31，使用例如熱固性樹脂。密封部件31被形成在半導(dǎo)體芯片21的前表面上和半導(dǎo)體芯片21的周圍，以使其前表面(上表面)在比接合 線BI的上端高的位置。此外，密封部件31被形成為使得其大小(垂直和水平長度)與在前表面(上表面)上層疊的半導(dǎo)體芯片41的后表面的大小(垂直和水平長度)基本相同。圖3表示在密封部件31附近的半導(dǎo)體裝置I的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。在安裝基底11 (阻焊層Ilg)上，通過樹脂層21f而安裝半導(dǎo)體芯片21。通過密封部件31密封半導(dǎo)體芯片21和接合線BI。半導(dǎo)體芯片41被設(shè)置在該密封部件31上。此時(shí),如下定義圖3中示例的厚度df、距離dg、高度dw和厚度dc、da、dt。具體地，厚度df是密封部件31的厚度，并由安裝基底11與半導(dǎo)體芯片41之間的距離限定。距離dg是接合線BI的最大高度與半導(dǎo)體芯片41之間的距離(間距(clearance))。高度dw是接合線BI的最大高度與半導(dǎo)體芯片21之間的距離。厚度dc是半導(dǎo)體芯片21的厚度。厚度da是樹脂層21f的厚度。厚度dt是接合線BI的最大高度與安裝基底11之間的距離，并且也是高度dw、厚度dc和厚度da的總和。如下設(shè)定厚度df等便于產(chǎn)生這樣的半導(dǎo)體裝置1，該半導(dǎo)體裝置I實(shí)現(xiàn)了防止接合線BI與半導(dǎo)體芯片41之間的接觸且減薄半導(dǎo)體裝置I。具體地，在稍后將描述的制造工序(圖4)之后，可產(chǎn)生這樣的半導(dǎo)體裝置I。注意，這些值可被認(rèn)為是實(shí)例I中的目標(biāo)值，稍后將描述。厚度df 125 μ m 至 145 μ m(135 μ m± 10 μ m)距離dg :至少 5. 7 μ m高度dw 30 μ m 至 90 μ m(60 μ m±30 μ m)厚度dc 25 μ m 至 35 μ m(30 μ m±5 μ m)厚度da 3 μ m M 11μηι(7μηι±4μηι)厚度dt 65 μ m M 129 μ m (97 μ m± 32 μ m)半導(dǎo)體芯片41至44是用于寫入和讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器芯片。半導(dǎo)體芯片41至44在其前表面的一邊上分別具有電極41a至44a。電極41a至44a為例如鋁襯墊。以使半導(dǎo)體芯片41至44的位置錯(cuò)開(shift)的方式將半導(dǎo)體芯片41至44層疊在密封部件31上，使得在其上形成電極41a至44a的邊沿著(along)安裝基底11的邊A。例如,通過以使半導(dǎo)體芯片41至44的位置在O.1mm至1. Omm的范圍內(nèi)錯(cuò)開的方式層疊半導(dǎo)體芯片41至44,確保用于接合到電極41a至44a的空間。
半導(dǎo)體芯片41至44的電極41a至44a通過接合線B2而被電連接至安裝基底11的連接端子21e。半導(dǎo)體芯片41至44的電極41a至44a的至少部分通過接合線B2而彼此電連接。接合線B2的材料為例如金(Au)或銅(Cu)。半導(dǎo)體芯片51至54是用于寫入和讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器芯片。半導(dǎo)體芯片51至54在其前表面的一邊上分別具有電極51a至54a。電極51a至54a為例如鋁襯墊。以使半導(dǎo)體芯片51至54的位置錯(cuò)開的方式將半導(dǎo)體芯片51至54層疊在半導(dǎo)體芯片41至44上，使得在其上形成電極51a至54a的邊沿著安裝基底11的邊B。例如，通過以使半導(dǎo)體芯片51至54的位置在O.1mm至1. Omm的范圍內(nèi)錯(cuò)開的方式層疊半導(dǎo)體芯片51至54,確保用于接合到電極51a至54a的空間。半導(dǎo)體芯片51至54的電極51a至54a通過接合線B3而被電連接至安裝基底11的連接端子12f。半導(dǎo)體芯片51至54的電極51a至54a的至少部分通過接合線B3而彼此電連接。接合線B3的材料為例如金(Au)或銅(Cu)。 密封部件61是密封半導(dǎo)體芯片21、密封部件31、半導(dǎo)體芯片41至44和半導(dǎo)體芯片51至54的密封樹脂(例如，具有環(huán)氧樹脂、二氧化硅填料、和/或碳粉末(碳黑)作為主要成分的模制樹脂)。該實(shí)施例中，安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和密封部件31中所包含的雜質(zhì)離子(Cl離子和Br離子)的量受到限制。具體地，安裝基底11中的樹脂(中心層和阻焊層IlgUlh)和密封部件31中所包含的Cl離子和Br離子的總量(重量)的比率K小于等于約15ppm(更精確地，小于等于13.5ppm)。通過中心層11c、阻焊層llg、llh和密封部件31中的Cl離子和Br離子的總重量Wl (g)與中心層11c、阻焊層llg、I Ih和密封部件31的總重量WO (g)的比率來表示該比率K (K = W1/W0)。Cl離子和Br離子有可能腐蝕半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d(例如Al)與接合線BI (例如Au或Cu)的接合部分的合金層(AuAl或CuAl合金)。如稍后將描述的，當(dāng)半導(dǎo)體裝置I在高溫和高濕度下操作時(shí)，該合金層可能被腐蝕。通過將安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和密封部件31中所包含的Cl離子和Br離子的比率K設(shè)定為小于等于約15ppm，可以抑制該腐蝕。密封部件31的透水性影響該腐蝕。如稍后將描述的，密封部件31由具有一定程度的流動(dòng)性的樹脂材料形成。因此，難以在該樹脂材料中放入大量填料。因此，相比于例如密封部件61，密封部件31傾向于具有高的透水性，并且可能具有例如大出2至10倍的透水性。換句話說，相反地，密封部件61具有相對(duì)低的透水性，并且由于與半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d在某種程度上分離，所以該密封部件對(duì)在電極21a至21d附近的腐蝕的影響小。注意，樹脂層21f中的鹵素離子不必小于等于15ppm。這是因?yàn)?，由于半?dǎo)體芯片21上的樹脂層21f的表面被具有相當(dāng)?shù)偷耐杆缘陌雽?dǎo)體芯片21覆蓋，到達(dá)半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d的Cl離子和Br離子的量小。如上所述，考慮到透水性和與電極21a至21d的距離，中心層11c、阻焊層IlgUlh和密封部件31中的鹵素離子(Cl離子和Br離子)的量成為問題。因此，可以以中心層11c、阻焊層IlgUlh和密封部件31的重量WO為基準(zhǔn)來表示鹵素離子的比率K。(半導(dǎo)體裝置I的產(chǎn)生)
圖4是示例半導(dǎo)體裝置I的制造工序的流程圖。圖5A至圖8B是示例半導(dǎo)體裝置I的制造工序的視圖。下文中，將參照?qǐng)D4至圖SB描述半導(dǎo)體裝置I的制造工序。注意，對(duì)與圖1至圖3中描述的組件相同的組件給出相同參考標(biāo)號(hào)，并省略重復(fù)性描述。1.接合半導(dǎo)體芯片21 (步驟S11，圖5A)準(zhǔn)備安裝基底11，并且將半導(dǎo)體芯片21安裝在該安裝基底11的第一主表面Ila上。此時(shí)，半導(dǎo)體芯片21被安裝在安裝基底11的第一主表面Ila上，使得半導(dǎo)體芯片21的邊a至d對(duì)應(yīng)于安裝基底11的邊A至D。注意，當(dāng) 半導(dǎo)體芯片21從半導(dǎo)體基底(晶片)切出時(shí)，接合膜(樹脂層21f)被附在半導(dǎo)體芯片21的后表面上，并且使用該膜安裝半導(dǎo)體芯片21。2.電連接半導(dǎo)體芯片21和安裝基底11 (步驟S12，圖5B)通過接合線BI分別電連接安裝基底11的連接端子12a至12d和半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d。此時(shí)，形成電極21a至21d與接合線BI的接合部分(合金層)。如上所述，這些合金層可能被腐蝕。3.形成密封部件31 (接合半導(dǎo)體芯片41)(步驟S13，圖6A)在半導(dǎo)體芯片21的前表面上和半導(dǎo)體芯片21周圍，形成密封部件31。為此，準(zhǔn)備半導(dǎo)體芯片41，在該半導(dǎo)體芯片41的后表面上形成有熱固性樹脂層。通過將該半導(dǎo)體芯片41層疊在半導(dǎo)體芯片21上并固化熱固性樹脂層，形成密封部件31。即，并行執(zhí)行形成密封部件31和接合半導(dǎo)體芯片41。其細(xì)節(jié)可在以下步驟(I)至(4)中給出。(I)在半導(dǎo)體芯片41上形成熱固性樹脂層在半導(dǎo)體芯片41的后表面上，形成熱固性樹脂層。在半導(dǎo)體芯片41的后表面上，例如，施加具有50 μ m至200 μ m的厚度的熱固性樹脂。在半導(dǎo)體芯片41的后表面上，也可附接(attach)膜形成的熱固性樹脂。(2)調(diào)節(jié)熱固性樹脂層的粘度調(diào)節(jié)熱固性樹脂層的粘度。例如，用加熱器加熱熱固性樹脂層(升高至熱固化進(jìn)行的溫度)，該熱固性樹脂層被軟化為具有300Pa · s至IOOOOPa · s的粘度。通過調(diào)節(jié)熱固性樹脂層的粘度，制成具有適當(dāng)厚度的密封部件31，從而可以防止接合線BI的上端接觸半導(dǎo)體芯片41的后表面。此外，防止了接合線BI的變形以及在密封部件31與半導(dǎo)體芯片21之間的空隙的出現(xiàn)。(3)將半導(dǎo)體芯片41安裝在半導(dǎo)體芯片21上將具有熱固性樹脂層的半導(dǎo)體芯片41安裝在半導(dǎo)體芯片21上。如上所述，由于調(diào)節(jié)了熱固性樹脂層的粘度，在安裝時(shí)熱固性樹脂層具有適當(dāng)厚度。此外，防止了接合線BI的變形以及在密封部件31與半導(dǎo)體芯片21之間的空隙的出現(xiàn)。注意，由于熱固性樹脂層最后將被固化，所以在實(shí)質(zhì)上沒有進(jìn)行固化之前在半導(dǎo)體芯片21上安裝半導(dǎo)體芯片41。(4)固化熱固性樹脂層通過固化熱固性樹脂層，形成密封部件31。由于熱固性樹脂層的溫度升高，熱固化進(jìn)行。如上所述，通過加熱而使熱固性樹脂層暫時(shí)軟化(粘度的調(diào)節(jié))，但是由于熱固化的進(jìn)行而使熱固性樹脂層最終固化。所形成的密封部件31具有位于比接合線BI的上端高的位置處的前表面(上表面)以及與在前表面(上面)上層疊的半導(dǎo)體芯片41的后表面的大小(垂直和水平長度)基本上相等的大小(垂直和水平長度)。密封部件31可具有上述例如125 μ m至145 μ m的厚度。4.層疊半導(dǎo)體芯片42至44 (步驟S14，圖6B)將半導(dǎo)體芯片42至44層疊在半導(dǎo)體芯片41上。此時(shí)，半導(dǎo)體芯片41至44的位置在密封部件31上錯(cuò)開，使得在其上形成電極41a至44a的邊沿著安裝基底11的邊A。注意，當(dāng)半導(dǎo)體芯片42至44從半導(dǎo)體基底(晶片)切出時(shí)，接合膜附接在每一個(gè)半導(dǎo)體芯片42至44的后表面上。5.電連接半導(dǎo)體芯片41至44和安裝基底11 (步驟S15，圖7A) 用接合線B2連接半導(dǎo)體芯片41至44的電極41a至44a和安裝基底11的連接端子12e。注意,在接合中，可以從安裝基底11的連接端子12e側(cè)到半導(dǎo)體芯片44的電極44a側(cè)進(jìn)行順序連接，或者可以從半導(dǎo)體芯片44的電極44a側(cè)到安裝基底11的連接端子12e側(cè)進(jìn)行順序連接。6.層疊半導(dǎo)體芯片51至54 (步驟S16，圖7B)以使半導(dǎo)體芯片51至54的位置錯(cuò)開的方式將半導(dǎo)體芯片51至54層疊在層疊的半導(dǎo)體芯片44的表面上，使得在其上形成電極51a至54a的邊沿著安裝基底11的邊B。注意，當(dāng)半導(dǎo)體芯片51至54從半導(dǎo)體基底(晶片)切出時(shí)，接合膜被附接在每一個(gè)半導(dǎo)體芯片51至54的后表面上。7.電連接半導(dǎo)體芯片51至54和安裝基底11 (步驟S17，圖8A)通過接合線B3連接半導(dǎo)體芯片51至54的電極51a至54a和安裝基底11的連接端子12f。注意，在接合中，可以從安裝基底11的連接端子12f側(cè)到半導(dǎo)體芯片54的電極54a側(cè)進(jìn)行順序連接，或者可以從半導(dǎo)體芯片54的電極54a側(cè)到安裝基底11的連接端子12f側(cè)進(jìn)行順序連接。8.形成密封部件61 (步驟S18，圖8B)用將成為密封部件61的密封樹脂(模制樹脂)來密封在安裝基底11的第一主表面Ila上安裝的半導(dǎo)體芯片21、半導(dǎo)體芯片41至44和半導(dǎo)體芯片51至54。作為模制樹月旨，可以使用具有環(huán)氧樹脂、二氧化硅填料和/或碳粉末(碳黑)作為主要成分的模制樹脂。之后，將外部連接端子13a、13b(焊球等)接合至安裝基底11。(第二實(shí)施例)圖9A和圖9B是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置2的側(cè)面圖。圖9A是在圖1中的箭頭α的方向上觀看的半導(dǎo)體裝置2的側(cè)面圖。圖9Β是在圖1中的箭頭β的方向上觀看的半導(dǎo)體裝置2的側(cè)面圖。圖10是半導(dǎo)體裝置2的放大的截面圖。注意，在圖9Α中，半導(dǎo)體裝置2被示例為具有處于透視狀態(tài)的密封部件61。在圖9Β中，密封部件61處于透視狀態(tài)，并且省略了對(duì)接合線Β3的圖示。下文中，將參照?qǐng)D9Α、圖9Β、圖10描述半導(dǎo)體裝置2的結(jié)構(gòu)，其中，對(duì)與圖1至圖3中描述的半導(dǎo)體裝置I的組件相同的組件給出相同參考標(biāo)號(hào)，并省略重復(fù)性描述。在該半導(dǎo)體裝置2中，半導(dǎo)體芯片21的上表面位于下側(cè)，且半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d通過接合端子B4而被電連接至安裝基底11的連接端子12a至12d (稱為倒裝芯片連接)。接合端子B4由包括例如Au或Cu的金屬形成。用樹脂層(例如熱固性樹脂)21g將半導(dǎo)體芯片21安裝到安裝基底11。類似于第一實(shí)施例，可將密封部件31的厚度df設(shè)定為125 μ m至145 μ m(135土 10 μ m)?？蓪雽?dǎo)體芯片21的厚度dc設(shè)定為25 μ m至35 μ m(30 μ m±5 μ m)?？蓪惭b基底11與半導(dǎo)體芯片21之間的距離db設(shè)定為4μηι至10μηι(6μ m±3 μ m)。這樣設(shè)定厚度df等便于制造半導(dǎo)體裝置2。具體地，在稍后將描述的制造工序(圖11)之后，可制成這樣的半導(dǎo)體裝置2。在該實(shí)施例中同樣地，安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和密封部件31中所包含的雜質(zhì)離子(Cl離子和Br離子)的量受到限制。可在電極21a至21d與接合端子B4之間形成合金層(AuAl或CuAl合金)。該情況下，類似于第一實(shí)施例，Cl離 子和Br離子可能腐蝕該合金層。具體地，安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)、密封部件31和樹脂層21g中所包含的Cl離子和Br離子的總重量的比率Kl小于等于15ppm。由中心層11c、阻焊層llg、llh、密封部件31和樹脂層21g中的Cl離子和Br離子的總重量Wll與中心層I lc、阻焊層llg、llh、密封部件31和樹脂層21g的總重量WlO的比率來表示該比率K (K =W11/W10)。通過包括樹脂層21g來計(jì)算比率Kl的原因在于，樹脂層21g的透水性大到一定程度，并且其與半導(dǎo)體芯片21的電極21a接近。將比率Kl設(shè)定為小于等于約15ppm可以抑制該腐蝕。(半導(dǎo)體裝置2的產(chǎn)生)在圖11中示例的工序之后可產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置2。如下進(jìn)行半導(dǎo)體芯片21向安裝基底11的附接。1.電連接半導(dǎo)體芯片21和安裝基底11 (步驟S21)電連接半導(dǎo)體芯片21和安裝基底11。例如，可通過Au/Pd/Ni等的電解鍍或焊鍍(solder plating)形成安裝基底11的連接端子12a至12e。在半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d上形成鍍焊料(solder plating)和Au凸起。在將半導(dǎo)體芯片21安裝在安裝基底11上之后，通過回流裝置將鍍焊料等等加熱到例如200°C至260°C以使其熔化。結(jié)果，通過鍍焊料等接合安裝基底11和半導(dǎo)體芯片21(接合端子B4的形成)。2.將半導(dǎo)體芯片21接合至安裝基底11 (步驟S22)在步驟S21中的電連接之后，用熱固性樹脂等接合安裝基底11和半導(dǎo)體芯片21 (樹脂層21g的形成)。注意，在安裝基底11和半導(dǎo)體芯片21的接合之前，可以將半導(dǎo)體芯片21接合至安裝基底11。3.形成密封部件31 (安裝半導(dǎo)體芯片41)(步驟S23)可以與第一實(shí)施例類似地形成密封部件31。即，熱固性樹脂層被形成在半導(dǎo)體芯片41的后表面上，并被加熱使其具有300Pa · s至IOOOOPa · s的粘度。之后，可將該半導(dǎo)體芯片41安裝在半導(dǎo)體芯片21上，并可固化該熱固性樹脂層。結(jié)果，類似于第一實(shí)施例，可形成具有厚度df (125μπι至145μπι(135μπι±10μπι))的密封部件31。之后，在類似于第一實(shí)施例的工序之后，產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置2。其細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例基本上沒有區(qū)別，因此省略這些細(xì)節(jié)。
(實(shí)例I)圖12是表示用于形成密封部件31的熱固性樹脂的切變粘度(shear viscosity)與溫度T之間的關(guān)系的曲線圖。曲線Gl至G4對(duì)應(yīng)于具有不同組成的熱固性樹脂Ml至M4。這里，通過改變熱固性樹脂Ml至M4的溫度而利用熱固性樹脂Ml至M4中的每一者形成密封部件31。在曲線上，半導(dǎo)體裝置I此時(shí)是好還是壞被表示為“〇”、“X”?！癌枴薄ⅰ?X ”分別對(duì)應(yīng)于好產(chǎn)品、壞產(chǎn)品。注意，參照厚度df等是否在上述范圍(125μπι至145μπι等)內(nèi)來確定該好壞。如圖12所示，通過其中垂直邊和水平邊分別為切變粘度V和溫度T的平行四邊形來表示可獲得好產(chǎn)品的區(qū)域Α0。另一方面，在區(qū)域Al中，由于切變粘度V大，發(fā)生接合線BI的變形和密封部件31的膨脹(低于標(biāo)準(zhǔn)的厚度df)。在區(qū)域A2中，由于切變粘度小，發(fā)生密封部件31中的空洞和密封部件31的擠出(extrusion)。在區(qū)域A3中，由于低溫,在密封部件31與安裝基底11之間的接合強(qiáng)度不足。在區(qū)域A4中，由于高溫，在接合線BI與半 導(dǎo)體芯片21之間發(fā)生空洞(氣泡)?？色@得好產(chǎn)品的區(qū)域AO的切變粘度V為約250pa · s至約IOkpa · S。此外，溫度T為60°C至140°C。該溫度T是熱固性樹脂Ml至M4的熱固化開始溫度等，即，根據(jù)所使用的材料而變化的參數(shù)。另一方面，可以想到切變粘度V具有一定程度的普適性。S卩，即使當(dāng)要使用的熱固性樹脂被改變時(shí)，適當(dāng)?shù)那凶冋扯萔的范圍不會(huì)改變很大。注意，可使用粘度測(cè)量裝置測(cè)量切變粘度V。在IHz的振動(dòng)下測(cè)量切變粘度V。如上所述，發(fā)現(xiàn)了可通過使用具有約250pa · s至約IOkpa · s的切變粘度V的液體熱固性樹脂來形成具有適當(dāng)厚度df等的密封部件31。(實(shí)例2)如上所述，Cl離子和Br離子有可能腐蝕半導(dǎo)體芯片21的電極21a至21d (例如Al)與接合線BI (例如Au或Cu)的接合部分的合金層(AuAl或CuAl合金)。圖13A和圖13B表示當(dāng)半導(dǎo)體裝置I在高溫度和高濕度下操作時(shí)該接合部分的合金層中出現(xiàn)的層狀結(jié)構(gòu)LS。圖13A和圖13B的倍率不同。圖13B表示進(jìn)一步放大圖13A的狀態(tài)?？梢钥闯?，在電極21a至21d與接合線BI之間形成構(gòu)成層的結(jié)構(gòu)(層狀結(jié)構(gòu))LS。這里，電極21a至21d由Al形成，接合線BI由Au形成。稍后將描述，該層狀結(jié)構(gòu)LS包括高電阻的AlCl3層，其大大影響電極21a至21d與接合線BI之間的電連接的可靠性。將說明層狀結(jié)構(gòu)LS的發(fā)生機(jī)制。圖14表示當(dāng)電極21a至21d和接合線BI分別由Al和Au形成時(shí)接合部分中的合金的狀態(tài)。在Au相(接合線BI)與Al相(電極21b)之間設(shè)置合金相I (Au4Al)、合金相2 (Au5Al2相和Au2Al相混合的相)、合金相2 (AuAl相)和合金相4 (AuAl2)。其中，合金相I (Au4Al)可被Cl離子等腐蝕。圖15A和圖15B是表示當(dāng)半導(dǎo)體裝置I在高溫度和高濕度下操作時(shí)電極21a至21d和接合線BI的接合部分的狀態(tài)的圖。如上所述，密封部件31具有相對(duì)高的透水性。這一點(diǎn)并非與安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)有很大不同。因此，在高溫度和高濕度下，密封部件31和安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)包含允許其中的Cl離子和Br離子容易地移動(dòng)的濕氣(moisture)，并且這可能成為合金相I (Au4Al)的腐蝕的因素。在圖15A中，對(duì)電極21a至21d施加正電壓(Vcc襯墊)。由此，將密封部件31中的Cl離子等拉向電極21a至21d,并如下地與合金相I (Au4Al)反應(yīng)。Au4A1+3C1 — A1C13+4Au具體地，“Au4A1”被腐蝕，并變?yōu)椤癆1C1/’，并同時(shí)被還原并變?yōu)椤癆u”。結(jié)果，形成層狀結(jié)構(gòu)LS，該層狀結(jié)構(gòu)LS是通過“A1C13”的高電阻層和“Au”的低電阻層的層疊而形成的。如上所述，高電阻層是損害電連接的可靠性的原因。由于在高溫下施加的電壓，被還原的“Au”的層可能如下與Al合金化并再次變?yōu)椤癆u4A1，，。4Au+Al —Au4Al因此，反復(fù)發(fā)生“Au4A1”的腐蝕和還原、從還原發(fā)生的合金化(“Au4A1”的再次出現(xiàn))、以及再次出現(xiàn)的“Au4A1”的腐蝕和還原，從而層狀結(jié)構(gòu)LS不斷生長。結(jié)果，在被施加了正電壓的電極21a至21d中發(fā)生連接故障。另一方面，圖15B中，電極12a至21d處于接地狀態(tài)(Vss襯墊)。由此，密封部件31中的Cl離子等移動(dòng)遠(yuǎn)離電極21a至21d，并且將不與合金相I(Au4Al)反應(yīng)。因此，當(dāng)在操作狀態(tài)下試驗(yàn)半導(dǎo)體裝置I時(shí)，是否存在腐蝕依賴于是否對(duì)電極21a至21d施加電壓等(例如，電極21a至21d是Vcc襯墊還是Vss襯墊)而不同。如上所述，通過在高溫度和高濕度下對(duì)半導(dǎo)體裝置I施加電力，例如，電極21a至21d和接合線BI的接合部分(合金相I(Au4Al))腐蝕。為了限制該腐蝕的發(fā)展，限制在安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和密封部件61中所包含的雜質(zhì)離子(Cl離子和Br離子)的量。具體地，安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和密封部件61中所包含的Cl離子和Br離子的總重量的比率K小于等于約15ppm(更精確地，小于等于13. 5ppm) ο圖16是示例在高溫度和高濕度下操作試驗(yàn)(HAST(高加速的溫度和濕度應(yīng)力試驗(yàn)))的結(jié)果的曲線圖。這里，在100°c的溫度和85%的濕度下進(jìn)行操作試驗(yàn)。該曲線圖的水平軸和垂直軸分別表示試驗(yàn)時(shí)間(HAST Lap)和故障率(累計(jì)故障率)F。測(cè)量在每個(gè)試驗(yàn)時(shí)間tl至t6的故障率F。曲線G21、G22(G22a，22b)和G23至G26表示當(dāng)安裝基底11中的樹脂(中心層Ilc和阻焊層IlgUlh)和整個(gè)密封部件31中所包含的Cl離子的總重量的比率(比例)K分別為26、23、20、18、17、12[ppm]時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。注意，在曲線G23、G25、G26(當(dāng)Cl離子的比率K為20、17、12[ppm]時(shí))中在時(shí)間t3，以及在曲線G23、G26(當(dāng)Cl離子的總重量的比率K為20、12 [ppm]時(shí))中在時(shí)間t4，在試驗(yàn)的樣品中沒有發(fā)生故障。因此，這些情況下，假設(shè)在樣品中發(fā)生一個(gè)故障，計(jì)算假故障率H)。S卩，在曲線圖上繪制比實(shí)際故障率Fl大的假故障率H)。如該圖所示，可以看出，隨著Cl離子的比率K變低，故障率F降低。S卩，曲線G21至G26傾向于沿向右和向下方向移動(dòng)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cl離子的總重量的比率Kl小于等于13. 5ppm時(shí)，可充分提高半導(dǎo)體裝置1的可靠性。此時(shí)，密封部件31中的Cl離子的比率K2小于等于7. 5ppm，且安裝基底11中的樹脂(中心層和阻焊層IlgUlh)中的Cl離子的比率K3小于等于6ppm。該比率K2不是以僅僅密封部件31的重量為基準(zhǔn)，而是以中心層、阻焊層IlgUlh和密封部件31的重量WO為基準(zhǔn)。因此，當(dāng)增加密封部件31中的比率K2和安裝基底11中的比率K3時(shí)，總和等于密封部件31和安裝基底11 (中心層和阻焊層IlgUlh)中的比率Kl。
雖然已經(jīng)描述了特定實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅僅以實(shí)例的方式給出，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，本文中描述的新穎實(shí)施例可以以各種其他形式被實(shí)施；此外，可以對(duì)本文中描述的實(shí)施例在形式上做出各種省略、替換和改變而不背離本發(fā)明的精神。所附權(quán)利要求及其等價(jià) 物旨在涵蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這樣的形式或修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括基底；第一半導(dǎo)體芯片，其被設(shè)置在所述基底上；電極，其被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片上并包含Al ；第一連接部件，其電連接所述電極和所述基底，并包含Au或Cu ;第一密封部件，其密封所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第一連接部件；一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片，其層疊在所述第一密封部件上；一個(gè)或多個(gè)第二連接部件，其電連接所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片和所述基底； 第二密封部件，其密封所述第一連接部件、所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片以及所述一個(gè)或多個(gè)第二連接部件；以及所述第一密封部件中的Cl離子和Br離子的總重量Wl與所述第一密封部件和所述基底的樹脂的重量WO的比率小于等于7. 5ppm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述基底的樹脂中的Cl離子和Br離子的總重量W2與所述重量WO的比率小于等于6ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，通過固化具有大于等于250Pa · s且小于等于IOOOOPa · s的粘度的液體樹脂材料而形成所述第一密封部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述電極被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片的主表面上，所述主表面在所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片側(cè)；且其中，所述第一連接部件為線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第一密封部件具有由所述基底與所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片之間的距離限定的大于等于125 μ m且小于等于145 μ m的厚度；且其中，所述線的最大高度與所述基底之間的距離大于等于64. 7μπι且小于等于 129. 3 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述電極被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片的主表面上，所述主表面在所述基底側(cè)；且其中，所述第一連接部件是在所述第一半導(dǎo)體芯片與所述基底之間設(shè)置的凸起。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體裝置具有基底、第一半導(dǎo)體芯片、電極、第一和第二連接部件以及第一和第二密封部件。所述電極被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片上并包含Al。所述第一連接部件電連接所述電極和所述基底，并包含Au或Cu。所述第一密封部件密封所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第一連接部件。一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片層疊在所述第一密封部件上。所述第二密封部件密封所述第一連接部件、所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體芯片以及一個(gè)或多個(gè)第二連接部件。所述第一密封部件中的Cl離子和Br離子的總重量W1與所述第一密封部件和所述基底的樹脂的重量W0的比率小于等于7.5ppm。
文檔編號(hào)H01L23/29GK103000600SQ20121007104
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月12日
發(fā)明者井本孝志, 安藤善康, 谷本亮, 巖本正次, 竹本康男, 田口英男, 武部直人, 宮下浩一, 田中潤, 石田勝廣, 渡邊昭吾, 佐野雄一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社 東芝