專利名稱：互連襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互連襯底和利用該半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件，以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
例如，在日本特開(kāi)專利公開(kāi)第2004-111536號(hào)中公開(kāi)了一種常規(guī)的互連襯底。如下制造本文公開(kāi)的互連襯底。首先，在基底金屬板的一個(gè)表面上形成第一絕緣層。接下來(lái)，在該第一絕緣層上形成將要與例如LSI的半導(dǎo)體芯片連接的第一電極焊盤。因此，在第一電極焊盤上形成了由多層互連和覆蓋所述互連的絕緣體構(gòu)成的互連層。
此后，在互連層上形成將要與例如母板的印刷互連襯底連接的第二電極焊盤。進(jìn)一步地，在該第二電極焊盤上形成第二絕緣層之后，在該第二絕緣層中形成開(kāi)口(第二開(kāi)口)，從而暴露第二電極焊盤。接下來(lái)，通過(guò)蝕刻去除基底金屬板。因此，在第一絕緣層中形成開(kāi)口(第一開(kāi)口)，從而暴露第一電極焊盤。上述工藝完成無(wú)芯型多層互連襯底。
這里，將要連接至印刷互連襯底的第二電極焊盤比將要與半導(dǎo)體芯片相連的第一電極焊盤具有更大的面積。與其相應(yīng)的，第二開(kāi)口具有比第一開(kāi)口更大的面積。
除了日本特開(kāi)專利公開(kāi)No.2004-111536之外，涉及本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)還有例如日本特開(kāi)專利公開(kāi)No.2005-302922、2005-302943、2005-302968以及2005-302969。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了如下問(wèn)題。即，為了形成具有相對(duì)較大的開(kāi)口面積的第二開(kāi)口，優(yōu)選使用光刻方法。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)激光處理難以形成具有較大開(kāi)口面積的開(kāi)口。那么，為了使用光刻方法，必須利用光敏材料構(gòu)造在其中要形成第二開(kāi)口的第二絕緣層。
然而，通常，與利用非光敏材料構(gòu)成的絕緣層相比，利用光敏材料構(gòu)成的絕緣層在機(jī)械強(qiáng)度方面較差。絕緣層機(jī)械強(qiáng)度的降低導(dǎo)致了互連襯底以及由此提供的半導(dǎo)體器件的可靠性的降低。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種互連襯底，包括互連；覆蓋該互連的絕緣層；在該絕緣層的第一表面上配置的并由非光敏絕緣材料構(gòu)成的第一層，該第一層具有第一開(kāi)口；在與第一表面相對(duì)的絕緣層的第二表面上配置的、并由光敏絕緣材料構(gòu)成的第二層，該第二層具有第二開(kāi)口，該第二開(kāi)口具有比第一開(kāi)口更大的開(kāi)口面積；在絕緣層的第一表面?zhèn)壬吓渲玫谝浑姌O焊盤，并將其暴露于第一開(kāi)口；以及在絕緣層的第二表面?zhèn)壬吓渲玫诙姌O焊盤，并將其暴露于第二開(kāi)口。
在該互連襯底中，第二層由光敏絕緣材料構(gòu)成。這允許使用光刻方法來(lái)形成具有較大開(kāi)口面積的第二開(kāi)口。因此，可以容易地形成該第二開(kāi)口。另一方面，在其中形成有開(kāi)口面積較小的第一開(kāi)口的第一層由非光敏絕緣材料構(gòu)成。因此，可以獲得具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度的第一層。從而實(shí)現(xiàn)了便于制造并具有高可靠性的互連襯底。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件，包括上述互連襯底；以及連接至第一電極焊盤的半導(dǎo)體芯片。此半導(dǎo)體器件具備上述的互連襯底。從而實(shí)現(xiàn)了便于制造且具有高可靠性的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造互連襯底的方法，包括在支撐襯底上形成由非光敏絕緣材料構(gòu)造的第一層；在該第一層上形成第一電極焊盤；在該第一電極焊盤上形成互連和覆蓋該互連的絕緣層；在該絕緣層上形成第二電極焊盤；利用光敏絕緣材料構(gòu)造第二層，以覆蓋第二電極焊盤；在該第二層中形成第二開(kāi)口，從而暴露第二電極焊盤；在形成第二開(kāi)口之后去除支撐襯底；以及在去除該支撐襯底之后在第一層中形成第一開(kāi)口，從而暴露第一電極焊盤，該第一開(kāi)口具有小于第二開(kāi)口的開(kāi)口面積。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在支撐襯底上形成由非光敏絕緣材料構(gòu)造的第一層；在該第一層上形成第一電極焊盤；在該第一電極焊盤上形成互連和覆蓋該互連的絕緣層；在該絕緣層上形成第二電極焊盤；形成由光敏絕緣材料構(gòu)造的第二層，以覆蓋第二電極焊盤；在該第二層中形成第二開(kāi)口，從而暴露第二電極焊盤；在形成第二開(kāi)口之后去除支撐襯底；在去除該支撐襯底之后在第一層中形成第一開(kāi)口，從而暴露第一電極焊盤，該第一開(kāi)口具有小于第二開(kāi)口的開(kāi)口面積；以及將半導(dǎo)體芯片連接至暴露于第一開(kāi)口的第一電極焊盤。
在這些制造方法中，形成了由光敏絕緣材料構(gòu)成的第二層。這允許使用光刻方法來(lái)形成具有較大開(kāi)口面積的第二開(kāi)口。因此，可以容易地形成該第二開(kāi)口。另一方面，作為在其中將要形成開(kāi)口面積較小的第一開(kāi)口的層，形成了由非光敏絕緣材料構(gòu)成的第一層。因此，可以獲得具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度的第一層。從而可以容易地制造具有高可靠性的互連襯底和半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了便于制造且具有高可靠性的互連襯底和半導(dǎo)體器件以及它們的制造方法。


通過(guò)下面的說(shuō)明并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上面和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將更加顯而易見(jiàn)，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的互連襯底和半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的剖視圖；圖2A和2B示出了圖1的半導(dǎo)體器件一部分的剖視圖；圖3A至3C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖4A至4C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖5A至5C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖6A至6C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖7A至7C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖8A至8C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖9A至9C示出了圖1的半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)示例的工藝圖；圖10示出了實(shí)施例修改示例的剖視圖；圖11示出了實(shí)施例修改示例的剖視圖；圖12A和12B示出了實(shí)施例修改示例的剖視圖；圖13示出了實(shí)施例修改示例的剖視圖；圖14A和14B示出了常規(guī)倒裝芯片型半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例的剖視圖；圖15A至15C示出了常規(guī)積層襯底制造方法的工藝圖。
圖16A至16C示出了常規(guī)積層襯底制造方法的工藝圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考解釋性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，利用本發(fā)明的啟示可以實(shí)現(xiàn)多種替換實(shí)施例，并且本發(fā)明并不局限于用于解釋目的的實(shí)施例。
下面，參考附圖，將詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的互連襯底和半導(dǎo)體器件及其制造方法的優(yōu)選實(shí)施例。在此處對(duì)于附圖的說(shuō)明中，相同的元件以相同的引用標(biāo)記表示，并且不再對(duì)其重復(fù)說(shuō)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的互連襯底和半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的剖視圖。半導(dǎo)體器件1包括互連襯底10和半導(dǎo)體芯片60。互連襯底10包括互連12、絕緣層14、非光敏樹(shù)脂層20(第一層)、光敏樹(shù)脂層30(第二層)，電極焊盤40(第一電極焊盤)以及電極焊盤50(第二電極焊盤)。該互連襯底10是不具有芯襯底的無(wú)芯多層互連襯底。
互連12被絕緣層14覆蓋。另外，互連12被設(shè)置在絕緣層14的多個(gè)層中。也就是，互連12具有多層互連結(jié)構(gòu)。非光敏樹(shù)脂層20被設(shè)置在絕緣層14的表面S1(第一表面)上。利用非光敏絕緣材料構(gòu)造該非光敏樹(shù)脂層20。非光敏樹(shù)脂層20可具有多層結(jié)構(gòu)，在所述多層結(jié)構(gòu)中層疊了由不同的非光敏絕緣材料構(gòu)造的多個(gè)層。另外，非光敏樹(shù)脂層20具有開(kāi)口22(第一開(kāi)口)。
光敏樹(shù)脂層30設(shè)置在絕緣層14的表面S2(第二表面)上。表面S2是與表面S1相對(duì)的表面。利用光敏絕緣材料構(gòu)造光敏樹(shù)脂層30。另外光敏樹(shù)脂層30具有開(kāi)口32(第二開(kāi)口)。開(kāi)口32的開(kāi)口面積大于開(kāi)口22的開(kāi)口面積。
電極焊盤40被設(shè)置在絕緣層14的表面S1側(cè)上。具體地，電極襯底40被設(shè)置在絕緣層14的表面S1側(cè)上的表面層中。電極焊盤40暴露于開(kāi)口22。也就是，上述開(kāi)口22位于電極焊盤40上方。此電極焊盤40是將與半導(dǎo)體芯片60連接的電極焊盤。另外，構(gòu)成電極焊盤40的材料可以是，例如單一元素Cu。
電極焊盤50被設(shè)置在絕緣層14的表面S2側(cè)上。具體地，電極焊盤50被設(shè)置在絕緣層14的表面S2。電極焊盤50暴露于開(kāi)口32。也就是，上述開(kāi)口32位于電極焊盤50之上。此電極焊盤50是將要與印刷互連襯底(未示出)連接的電極焊盤，其中所述印刷互連襯底例如是母板。
這里，電極焊盤50的面積大于電極焊盤40的面積。電極焊盤50的布局間距也大于電極焊盤40的布局間距。另外，開(kāi)口22的開(kāi)口面積小于電極焊盤40的開(kāi)口面積。類似地，開(kāi)口32的開(kāi)口面積小于電極焊盤50的開(kāi)口面積。
參考圖2A和2B，將更詳細(xì)地說(shuō)明電極焊盤40和電極焊盤50。這些圖示出了半導(dǎo)體器件1的一部分的剖視圖。如圖2A所示，多層膜42被設(shè)置在暴露于開(kāi)口22的電極焊盤40的一部分上。此多層膜42由設(shè)置在電極焊盤40上的Ni膜42a和設(shè)置在Ni膜42a上的Au膜42b的疊層制成。類似地，如圖2B所示，多層膜52被設(shè)置在暴露于開(kāi)口32的電極焊盤50的一部分上。此多層膜52由設(shè)置在電極焊盤50上的Ni膜52a和設(shè)置在Ni膜52a上的Au膜52b的疊層制成。
回到圖1，半導(dǎo)體芯片60連接至互連襯底10的電極焊盤40。具體地，半導(dǎo)體芯片60具有凸電極62，并且此凸電極62經(jīng)由焊料72連接到電極焊盤40。也就是，半導(dǎo)體芯片60以倒裝芯片的方式連接至互連襯底10。半導(dǎo)體芯片60可以是，例如LSI。
使用底部填充樹(shù)脂74填充互連襯底10和半導(dǎo)體芯片60之間的間隙。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片60被密封樹(shù)脂76覆蓋。另外，對(duì)于上述的電極焊盤50，連接了作為半導(dǎo)體器件1外部電極端子的焊料球78。然而，可以使用引腳形狀或者具有圓柱形式的直列形狀的端子作為外部電極端子，用以取代焊料球78。
參考圖3A至9C，示出了一種制造半導(dǎo)體器件1的方法作為制造根據(jù)本發(fā)明的互連襯底和半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)實(shí)施例?？偟脕?lái)說(shuō)，該制造方法包括以下步驟(a)至(i)(a)在基底襯底90(支撐襯底)上形成非光敏樹(shù)脂層20；(b)在該非光敏樹(shù)脂層20上形成電極焊盤40；(c)在該電極焊盤40上形成互連12和覆蓋該互連12的絕緣層14；(d)在絕緣層14上形成電極焊盤50；(e)形成光敏樹(shù)脂層30以覆蓋電極焊盤50；(f)在該光敏樹(shù)脂層30中形成開(kāi)口32，從而暴露電極焊盤50；(g)在形成開(kāi)口32之后去除基底襯底90；(h)在去除基底襯底90之后在非光敏樹(shù)脂層20中形成開(kāi)口22，從而暴露電極焊盤40；以及(i)將半導(dǎo)體芯片60連接至暴露于開(kāi)口22的電極焊盤40。
更具體地，首先，制備基底襯底90(圖3A)。這里，優(yōu)選地制備具有高平坦度和高機(jī)械強(qiáng)度的基底襯底90。例如，利用金屬材料或者金屬合金材料，例如SUS或者Cu作為主要成分構(gòu)造基底襯底90。
接下來(lái)，在基底襯底90的一個(gè)表面上形成非光敏樹(shù)脂層20(圖3B)。非光敏樹(shù)脂層20的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率優(yōu)選地分別為50Mpa或更高和10％或更高。可以利用處于半固態(tài)的由環(huán)氧樹(shù)脂基樹(shù)脂、氰酸脂基(cyanate-based)樹(shù)脂或者聚烯烴基樹(shù)脂制成的絕緣樹(shù)脂膜，通過(guò)真空疊層方法或者真空壓力方法可以容易地形成該非光敏樹(shù)脂層20。另外，可以通過(guò)涂覆液體形式的材料，例如PI(聚酰亞胺)，從而形成非光敏樹(shù)脂層20。
接下來(lái)，在非光敏樹(shù)脂層20的預(yù)定位置處形成電極焊盤40(圖3C)。例如，可以利用通用的非電解Cu鍍籽晶，通過(guò)半加成處理方法形成由Cu材料制成的電極焊盤40。這里，假設(shè)要安裝具有如LSI(半導(dǎo)體芯片60)的區(qū)域陣列布局的FC(倒裝芯片)器件，該區(qū)域陣列布局的FC端子間距可以是，例如約150至250μm。另外，電極焊盤40的直徑可以是，例如約60至100μm。
接下來(lái)，在電極焊盤40上形成絕緣層14a(圖4A)?？梢酝ㄟ^(guò)上述真空疊層法或者真空壓力法容易地形成絕緣層14a。另外，作為一種形成絕緣層14a的不同技術(shù)，可以提出一種通過(guò)應(yīng)用等離子表面處理技術(shù)，利用旋涂法以及CVD(化學(xué)氣相淀積)法和PVD(物理氣相淀積)法形成液體形式的絕緣材料等的方法。
接下來(lái)，執(zhí)行部分地去除絕緣層14a的工藝，從而形成開(kāi)口16a(圖4B)。這里，當(dāng)利用光敏材料構(gòu)成絕緣層14a時(shí)，可以通過(guò)執(zhí)行曝光和顯影工藝從而形成開(kāi)口16a。另一方面，當(dāng)利用非光敏材料構(gòu)成絕緣層14a時(shí)，通過(guò)激光處理形成開(kāi)口16a。在后一情況下，在光刻膠的圖案形成之后，通過(guò)應(yīng)用等離子表面處理技術(shù)，可利用干法蝕刻技術(shù)形成開(kāi)口16a。
這里，考慮到絕緣層14a的抗破裂特性，優(yōu)選地應(yīng)用通常具有優(yōu)異的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)比的非光敏材料。另外，通過(guò)考慮產(chǎn)品的可靠性，可以利用相同的非光敏材料形成非光敏樹(shù)脂層20和絕緣層14a。
接下來(lái)，在絕緣層14a上形成互連12(圖4C)。在形成互連12時(shí)，可以使用半加成處理方法。在此處理方法中，首先通過(guò)非電解Cu鍍或者Ti/Cu的濺射法等在絕緣層14a的整個(gè)表面上形成用于電鍍的供電層(籽晶金屬)。接下來(lái)，在涂覆光刻膠和執(zhí)行曝光與顯影工藝從而使預(yù)定的互連圖案被剝離暴露之后，通過(guò)使用電鍍方法形成Cu等的互連圖案。隨后，在剝離掉光刻膠之后，利用互連圖案作為掩模通過(guò)蝕刻去除下面的供電層。這完成了互連12。
此后，將上述從形成絕緣層14a到形成互連12的步驟重復(fù)預(yù)定次數(shù)，以獲得多層互連結(jié)構(gòu)。也就是，在此示例中，在絕緣層14a上形成絕緣層14b之后，在絕緣層14b中形成開(kāi)口16b(圖5A)。在絕緣層14b上形成互連12(圖5B)。進(jìn)一步地，在絕緣層14b上形成絕緣層14c之后，在絕緣層14c中形成開(kāi)口16c(圖5C)。上面的工藝完成了絕緣層14。
接下來(lái)，在多層互連的最上層，也就是絕緣層14c的預(yù)定位置處通過(guò)上述半加成處理法等形成電極焊盤50(圖6A)。假設(shè)要將電極焊盤50連接至母板，電極焊盤50的布局間距是，例如約0.4至1.0mm。另外，電極焊盤50的直徑是，例如約0.18至0.6mm。
接下來(lái)，在絕緣層14上形成光敏樹(shù)脂層30，以覆蓋電極焊盤50。進(jìn)一步地，在光敏樹(shù)脂層30中形成開(kāi)口32，從而暴露電極焊盤50(圖6B)。優(yōu)選地通過(guò)光刻法形成開(kāi)口32。
接下來(lái)，通過(guò)化學(xué)蝕刻等去除基底襯底90(圖6C)。此時(shí)，非光敏樹(shù)脂層20起到蝕刻阻擋層的作用。這里，當(dāng)基底襯底90的材料是基于Cu的金屬時(shí)，可以利用氯化銅的水溶液或者基于氨的堿性蝕刻劑通過(guò)蝕刻選擇性地去除該基于Cu的金屬。另外，當(dāng)基底襯底90的材料是基于SUS的金屬時(shí)，可以利用氯化鐵的水溶液通過(guò)蝕刻去除該基于SUS的金屬。
接下來(lái)，在非光敏樹(shù)脂層20中形成開(kāi)口22，從而暴露電極焊盤40(圖7A)。優(yōu)選地通過(guò)激光處理形成開(kāi)口22。這里，當(dāng)通過(guò)激光處理在開(kāi)口22的底部生成碳化樹(shù)脂層(污染層)等時(shí)，在激光處理之后通過(guò)高錳酸鹽處理來(lái)執(zhí)行去除處理。
接下來(lái)，在暴露于開(kāi)口22的電極焊盤40的一部分上形成多層膜42，并且在暴露于開(kāi)口32的電極焊盤50的一部分上形成多層膜52(圖7B)。可通過(guò)非電鍍法形成多層膜42和多層膜52。以上完成了互連襯底10。這里，通過(guò)將在其上分別形成多層膜42和多層膜52的電極焊盤40和電極焊盤50用作電極，利用電測(cè)試探頭執(zhí)行互連襯底10的電測(cè)試(開(kāi)路/短路測(cè)試)。
此后，在非光敏樹(shù)脂層20上形成了印刷掩模M1之后，利用焊膏72a和印刷膠刮92執(zhí)行普通的印刷工藝(圖7C)。在通過(guò)此工藝將焊膏72a放置在開(kāi)口22中之后，執(zhí)行諸如IR回流焊的焊接工藝來(lái)形成焊料72(預(yù)備焊料部件)(圖8A)。
接下來(lái)，在互連襯底10的電極焊盤40上以倒裝芯片的方式安裝半導(dǎo)體芯片60(圖8B)。此時(shí)，當(dāng)半導(dǎo)體芯片60的凸電極62是包含諸如Sn或Pb的金屬材料作為主要成分的焊料時(shí)，可以通過(guò)利用助焊劑的加熱回流焊工藝以倒裝芯片的方式安裝半導(dǎo)體芯片60。另外，當(dāng)凸電極62是包含諸如Au或In的金屬材料作為主要成分的焊料時(shí)，可以通過(guò)熱壓接合法以倒裝芯片的方式安裝半導(dǎo)體芯片60。
此后，半導(dǎo)體芯片60和互連襯底10之間的間隙以絕緣底部填充樹(shù)脂74填充(圖8C)。在此示例中，半導(dǎo)體芯片60的側(cè)表面也被底部填充樹(shù)脂74所覆蓋。可以通過(guò)利用液體形式的底部填充材料的密封技術(shù)或者通過(guò)傳壓密封技術(shù)(transfer sealing)等來(lái)形成底部填充樹(shù)脂74。通過(guò)提供底部填充樹(shù)脂74，可以有效地保護(hù)半導(dǎo)體芯片60和互連10及其連接部件。
此后，在互連襯底10上形成密封樹(shù)脂76，以覆蓋半導(dǎo)體芯片60(圖9A)?？梢酝ㄟ^(guò)傳壓密封技術(shù)、注入密封技術(shù)等形成密封樹(shù)脂76。通過(guò)提供密封樹(shù)脂76，對(duì)于半導(dǎo)體器件1的半導(dǎo)體封裝來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)械強(qiáng)度和防潮方面的提高。
此后，將包括諸如Sn的金屬材料作為主要成分的焊球78連接至電極焊盤50(圖9B)?？梢酝ㄟ^(guò)，例如將助焊劑選擇性地施加至電極襯底50上并隨后安裝焊球78且利用IR回流焊工藝進(jìn)行熱處理，從而連接焊球78。
此后，利用切割刀等的切割與分離技術(shù)用于將晶片分離為多個(gè)片(圖9C)。上述工藝完成了半導(dǎo)體器件1。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的效果。在互連10中，利用光敏絕緣材料構(gòu)造光敏樹(shù)脂層30。這允許使用光刻技術(shù)形成具有較大開(kāi)口面積的開(kāi)口32。因此，可以容易地形成開(kāi)口32。
另一方面，可以考慮通過(guò)激光處理形成開(kāi)口32。然而，對(duì)于激光處理，每次照射的處理直徑上限約為100μm，因而不適合用于形成具有約180至600μm直徑的電極焊盤50。另外，可以考慮通過(guò)干法蝕刻技術(shù)形成開(kāi)口32。然而，采用真空技術(shù)的干法蝕刻裝置通常極為昂貴。此外，還需要涂覆光刻膠和執(zhí)行曝光與顯影的工藝。這帶來(lái)了生產(chǎn)成本增加的問(wèn)題。由于這些原因，優(yōu)選地使用光刻方法形成開(kāi)口32。
另一方面，利用非光敏絕緣材料構(gòu)成非光敏樹(shù)脂層20，在所述非光敏樹(shù)脂層20中形成有開(kāi)口面積較小的開(kāi)口22。通常，與光敏材料相比，非光敏材料具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)比。因此，通過(guò)采用非光敏樹(shù)脂層20，在互連襯底10中避免了產(chǎn)生諸如絕緣樹(shù)脂裂縫的缺陷，因而提高了互連襯底10的可靠性。因此，實(shí)現(xiàn)了便于制造并具有高可靠性的互連襯底10。另外，半導(dǎo)體器件1具備此互連襯底10。從而實(shí)現(xiàn)了便于制造并具有高可靠性的半導(dǎo)體器件1。
開(kāi)口22的開(kāi)口面積小于電極焊盤40的面積。因此，將電極焊盤40表面(暴露于開(kāi)口22的表面)的一部分構(gòu)造為覆蓋有非光敏樹(shù)脂層20。這防止了電極焊盤40從絕緣層14剝落。類似地，開(kāi)口32的開(kāi)口面積小于電極焊盤50的面積。因此，將電極焊盤50表面(暴露于開(kāi)口32的表面)的一部分構(gòu)造為覆蓋有光敏樹(shù)脂層30。這防止了電極焊盤50從絕緣層14剝落。
多層膜42(見(jiàn)圖2A)被設(shè)置在暴露于開(kāi)口22的電極焊盤40的一部分上。這在形成焊料72時(shí)提高了焊接的穩(wěn)定性。另外，在執(zhí)行上述電子測(cè)試的情況下，可以使電極焊盤40與測(cè)試探頭之間的接觸電阻穩(wěn)定。類似地，多層膜52(見(jiàn)圖2B)被設(shè)置在暴露于開(kāi)口32的電極焊盤50的一部分上。這在形成焊球78時(shí)提高了焊接的穩(wěn)定性。另外，在執(zhí)行上述電子測(cè)試的情況下，可以使電極焊盤50與測(cè)試探頭之間的接觸電阻穩(wěn)定。
在開(kāi)口22中提供焊料72作為預(yù)備焊料部件。這在以倒裝芯片方式連接半導(dǎo)體芯片60時(shí)提高了焊接工藝的穩(wěn)定性。具體地，當(dāng)半導(dǎo)體芯片60的大小是15平方毫米或者更大時(shí)，電極焊盤40的平行度由于互連襯底10的扭曲往往趨于變差。因此，當(dāng)考慮生產(chǎn)工藝時(shí)，這對(duì)于形成焊料72很重要。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體芯片60的大小小于15平方毫米時(shí)，看不到上述趨勢(shì)，因此對(duì)于形成焊料72來(lái)說(shuō)并不重要。
另外，在本實(shí)施例的制造方法中，在基底襯底90上形成多層互連層。這將多層互連層機(jī)械地限制在基底襯底90，因此可以保持高度的平坦性。進(jìn)一步地，該多層互連層在熱分布方面具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。因此實(shí)現(xiàn)了一種具有優(yōu)異生產(chǎn)成品率和適于形成具有精密間距的互連的制造方法。
另一方面，在普通積層襯底的情況下，由于FR-4、5或者基于BT的芯襯底的扭曲或者細(xì)微不規(guī)則，圖案間距在行和空間上具有10μm/10μm的限制。此外，由于芯襯底的扭曲較大，在圖案曝光期間易于發(fā)生焦點(diǎn)深度的變化，這導(dǎo)致制造工藝的穩(wěn)定性的降低。因此，在形成精密圖案的方面以及鑒于生產(chǎn)成本的顯著提高，常規(guī)制造方法具有技術(shù)的限制。
另外，在本發(fā)明的制造方法中，非光敏樹(shù)脂層20在去除基底襯底90時(shí)起到蝕刻阻擋層的作用。這可以保護(hù)電極焊盤40。因此，將提高制造互連襯底10的工藝穩(wěn)定性，從而提高生產(chǎn)率。
參考圖14A和14B，下面說(shuō)明常規(guī)倒裝芯片型半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例。此半導(dǎo)體器件包括圖14A中所示的半導(dǎo)體芯片100。在半導(dǎo)體芯片100的表面上，形成了由導(dǎo)電材料(例如焊料、Au或者基于Sn-Ag的合金)構(gòu)成的凸起塊102。凸塊102形成在外部端子上，這些外部端子以預(yù)定布局形成在芯片的外圍或形成在有源區(qū)上，也就是，這些凸塊形成在以區(qū)域陣列布局形成的外部端子上。
如圖14B所示，該半導(dǎo)體芯片100安裝在多層互連襯底110上。在此多層互連襯底110上，形成了以與凸塊102布局圖案的相同圖案布置的電極焊盤(未示出)。在多層互連襯底110上安裝半導(dǎo)體芯片100時(shí)，當(dāng)焊料被用作凸塊102的材料時(shí)，通常利用助焊劑執(zhí)行IR回流工藝。
然而，在多層互連襯底上安裝半導(dǎo)體芯片之后，由于它們之間線性膨脹系數(shù)不匹配，造成這樣的問(wèn)題，即溫度周期特性變差，具體地是在安裝可靠性方面。為了解決該問(wèn)題，通常采取以下措施。
首先，為了使多層互連襯底的線性膨脹系數(shù)接近硅的線性膨脹系數(shù)，通過(guò)使用基于陶瓷的材料嘗試使線性膨脹系數(shù)的不匹配最小化，從而提高安裝可靠性，所述基于陶瓷的材料例如是ALN、莫來(lái)石(Mullite)或者玻璃陶瓷，這些都是昂貴的材料。這些嘗試在提高安裝可靠性方面有效。然而，由于使用昂貴的基于陶瓷的材料作為多層互連襯底材料，因此互連襯底的用途一般局限于高端超級(jí)計(jì)算機(jī)或者大型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。
另一方面，近些年來(lái)，作為一種利用多層互連襯底在倒裝芯片安裝中提高安裝可靠性的技術(shù)日益普及，其中所述多層互連襯底利用了具有較低的價(jià)格和較大線性膨脹系數(shù)的有機(jī)材料，將底部填充樹(shù)脂放置在半導(dǎo)體芯片和采用有機(jī)材料的多層互連襯底之間。該技術(shù)是這樣的技術(shù)，即通過(guò)將底部填充樹(shù)脂放置在半導(dǎo)體芯片和采用有機(jī)材料的多層互連襯底之間，作用于凸塊連接部件的剪應(yīng)力被分散了，從而提高了安裝可靠性，其中所述凸塊連接部件位于半導(dǎo)體芯片和采用有機(jī)材料的多層互連襯底之間。
根據(jù)該技術(shù)，通過(guò)允許底部填充樹(shù)脂介于半導(dǎo)體芯片和采用有機(jī)材料的多層互連襯底之間，可以使用具有低價(jià)格并采用有機(jī)材料的多層互連襯底。然而，與此同時(shí)當(dāng)在底部填充樹(shù)脂中出現(xiàn)孔隙時(shí)，或者當(dāng)?shù)撞刻畛錁?shù)脂和半導(dǎo)體芯片之間的界面處或底部填充樹(shù)脂與采用多層互連襯底之間的界面處的粘和性差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。也就是，在產(chǎn)品的吸濕回流焊工藝中導(dǎo)致了界面剝落現(xiàn)象，從而在產(chǎn)品中產(chǎn)生了缺陷。因此，上述技術(shù)通常不能促進(jìn)倒裝芯片型半導(dǎo)體器件的成本降低。
另外，通常在倒裝芯片型半導(dǎo)體器件中，考慮到凸塊布局圖案的最小間距和引腳的數(shù)量，通常將被稱為積層襯底的多層互連襯底用作采用有機(jī)材料的多層互連襯底。
下面參考圖15A至16C說(shuō)明生產(chǎn)常規(guī)積層襯底的方法。首先，制備芯襯底120，在所述芯襯底中，具有10至40μm厚的Cu箔接合絕緣玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基底材料的兩個(gè)表面上(圖15A)，其中所述絕緣玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基底材料例如是由FR4、FR5或者BT襯底所代表的。該Cu箔經(jīng)過(guò)圖案化工藝變成互連122。進(jìn)一步地，為了在上和下互連之間建立電連接，形成通孔部件124?？梢酝ㄟ^(guò)鉆孔工藝等并且隨后執(zhí)行通孔鍍工藝來(lái)打孔形成通孔部件124。此時(shí)，考慮到后續(xù)步驟的工藝穩(wěn)定性以及襯底的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，通孔部件124的內(nèi)部通常填充有絕緣樹(shù)脂126，用于填充該通孔。
接下來(lái)，在互連120上形成絕緣樹(shù)脂128，其中所述互連存在于芯襯底120的上方和下方。此后，通過(guò)采用光刻膠技術(shù)的化學(xué)蝕刻法或者激光處理技術(shù)等在絕緣樹(shù)脂128的預(yù)定位置處形成開(kāi)口129(圖15B)。接下來(lái)，為了確保電解Cu鍍工藝的供電層與芯襯底120上的互連122之間的電連接，通過(guò)利用諸如Ti/Cu的金屬的濺射方法、非電解Cu鍍方法等形成金屬薄膜層130(圖15C)。
此后，為了通過(guò)電解Cu鍍工藝形成互連圖案，在金屬薄膜層130上形成約20至40μm厚的干膜或諸如光刻膠的M2掩模，并且執(zhí)行曝光和顯影工藝(圖16A)。此后，利用金屬薄膜層130作為供電層，通過(guò)電解Cu鍍工藝形成互連圖案部件132。接下來(lái)，在剝離掩模M2之后，利用互連圖案部件132作為掩模，通過(guò)濕法蝕刻工藝去除金屬薄膜層130，以使互連圖案部件132電氣獨(dú)立(圖16C)。重復(fù)上述從形成絕緣樹(shù)脂128至形成互連圖案部件132的步驟，以獲得多層互連襯底。
然而，根據(jù)此制造方法，考慮到對(duì)由于與芯襯底120的熱膨脹系數(shù)不匹配所導(dǎo)致的應(yīng)力進(jìn)行緩解以及考慮到諸如連接孔部件可靠性的多層互連襯底的可靠性，為了確保互連圖案部件132的厚度，必須采用約20至40μm厚的干膜或者光刻膠。因此，在曝光與顯影工藝中形成圖案時(shí)，約30μm成為最小間距的極限。結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題，使得不能促進(jìn)多層互連襯底的高度致密和襯底形狀的尺度降低。
另外，通常在積層襯底的生產(chǎn)中，采用了這樣一種技術(shù)，使產(chǎn)品統(tǒng)一地在具有約500mm×600mm尺寸的大面板上制造，并且在最終步驟中通過(guò)執(zhí)行切割工藝，從而獲得各個(gè)單個(gè)多層互連襯底。因此，如果可以降低單個(gè)多層互連襯底的外部尺寸，則在每一面板上可獲得的襯底數(shù)量可以增加。然而，在制造積層襯底的當(dāng)前方法中，如上所述，只能將互連圖案間距制造為最小約30μm。因此，不能降低單個(gè)多層互連襯底的外部尺度，從而難以很大程度地降低多層互連襯底的成本。
這種制造多層互連襯底的方法進(jìn)一步具有扭曲的問(wèn)題。芯襯底本身具有扭曲，并且在用于形成積層互連圖案的曝光與顯影工藝中，由于存在的扭曲而引入了抗蝕劑圖案的不匹配?？刮g劑圖案的不匹配將造成生產(chǎn)成品率的降低。
另外，為了限制芯襯底的扭曲，必須在芯襯底的兩側(cè)上形成積層，因而有必要形成開(kāi)始并不需要的積層互連層。結(jié)果，它將是基于有機(jī)的多層互連襯底，該襯底是超過(guò)所需的、被迫增加的層。這造成生產(chǎn)成品率降低，并且極難降低其生產(chǎn)成本。
比較而言，根據(jù)上述實(shí)施例的互連襯底10和半導(dǎo)體器件1及其制造方法，可以解決圖14A至16C中所述的與常規(guī)技術(shù)關(guān)聯(lián)的所有問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的互連襯底和半導(dǎo)體器件及其制造方法并不局限于上述實(shí)施例，因此可以進(jìn)行各種修改。例如，參考圖10，半導(dǎo)體芯片66(第二半導(dǎo)體芯片)可設(shè)置在半導(dǎo)體芯片60(第一半導(dǎo)體芯片)上。半導(dǎo)體芯片66經(jīng)由粘合劑67堆疊在半導(dǎo)體芯片60的背面上。另外，半導(dǎo)體芯片66經(jīng)由接合線68連接至電極焊盤40。通過(guò)這樣的構(gòu)造，可以獲得多種芯片類型的半導(dǎo)體器件。另外，當(dāng)與半導(dǎo)體芯片60功能不同的半導(dǎo)體芯片被用作半導(dǎo)體芯片66時(shí)，可以獲得該半導(dǎo)體器件的功能衍生。這里，在本示例中，半導(dǎo)體器件被堆疊為兩級(jí)；然而可將半導(dǎo)體芯片堆疊為三級(jí)或更多級(jí)。
另外參考圖11，熱沉80可以設(shè)置在半導(dǎo)體芯片60上。熱沉80經(jīng)由粘合劑82連接至半導(dǎo)體芯片60的背面。對(duì)于粘合劑82，優(yōu)選使用具有高導(dǎo)熱率的粘合劑。另外，熱沉80設(shè)置在從半導(dǎo)體芯片60至非光敏樹(shù)脂層20的區(qū)域上，并且設(shè)置在半導(dǎo)體芯片60上的部分相對(duì)于設(shè)置在非光敏樹(shù)脂層20上的部分突出。利用這樣的構(gòu)造，可以獲得具有優(yōu)異熱擴(kuò)散性的半導(dǎo)體器件。通常，倒裝型半導(dǎo)體器件常常為多引腳或者高速邏輯器件，因此重要的是使半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱能夠高效地?cái)U(kuò)散。
另外，參考圖12A，在形成第一層的步驟中，可經(jīng)由絕緣粘合劑88在基底襯底90上接合非光敏絕緣膜86作為第一層。對(duì)于絕緣膜86，優(yōu)選地使用具有高強(qiáng)度和高伸長(zhǎng)性質(zhì)的絕緣膜。在圖12A中，在絕緣膜86上形成Cu箔40a。也就是，在基底襯底90上設(shè)置具有粘合劑的RCC(樹(shù)脂涂覆的銅)，該RCC由Cu箔40a/絕緣膜86/絕緣粘合劑88的多層結(jié)構(gòu)制成。通過(guò)在該Cu箔40a上執(zhí)行圖案化工藝，可以形成電極焊盤40(圖12B)。可以通過(guò)采用減成(subtractive)技術(shù)來(lái)執(zhí)行圖案化Cu箔40a的工藝，通過(guò)該技術(shù)，在形成光刻膠以及執(zhí)行曝光與顯影工藝之后，通過(guò)蝕刻去除Cu箔40a的預(yù)定部分。此后，執(zhí)行圖4A至9C中說(shuō)明的步驟，以獲得圖13所示的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)這樣的構(gòu)造，絕緣粘合劑88起到粘和至基底襯底90的粘合劑的作用，因此如下所述的非光敏絕緣膜可以被用作第一層，其中所述非光敏絕緣膜與圖1所示的非光敏樹(shù)脂層20相比具有更大的厚度(例如，約10至30μm)，但不具有例如高強(qiáng)度PI膜或者液晶聚合物的粘合功能。非光敏PI膜通常具有斷裂強(qiáng)度為100MPa或更高以及具有斷裂伸長(zhǎng)率為100％或更高的機(jī)械性質(zhì)，從而在現(xiàn)有的絕緣材料中具有最高等級(jí)的抗破裂性質(zhì)。因此可以獲得具有更加優(yōu)異的樹(shù)脂抗破裂性質(zhì)的無(wú)芯型多層互連襯底。
這里，在上述RCC中，在Cu箔40a和絕緣膜86之間存在絕緣粘合劑。也就是，該RCC可以由Cu箔40a/絕緣粘合劑/絕緣膜86/絕緣粘合劑88的多層結(jié)構(gòu)制成。
顯然，本發(fā)明并不局限于上面的實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的精神與保護(hù)范圍的情況下進(jìn)行修改與變化。
權(quán)利要求
1.一種互連襯底，包括互連；覆蓋所述互連的絕緣層；在所述絕緣層的第一表面上配置的且由非光敏絕緣材料構(gòu)成的第一層，所述第一層具有第一開(kāi)口；在與所述第一表面相對(duì)的所述絕緣層的第二表面上配置的第二層，且所述的第二層由光敏絕緣材料構(gòu)成，所述第二層具有第二開(kāi)口，該第二開(kāi)口具有比所述第一開(kāi)口的開(kāi)口面積大的開(kāi)口面積。在所述絕緣層的所述第一表面?zhèn)壬吓渲玫那冶┞队谒龅谝婚_(kāi)口的第一電極焊盤；以及在所述絕緣層的所述第二表面?zhèn)壬吓渲玫那冶┞队谒龅诙_(kāi)口的第二電極焊盤。
2.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中所述互連具有多層互連結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中所述第二電極焊盤的面積大于所述第一電極焊盤的面積。
4.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中所述第一開(kāi)口與所述第二開(kāi)口的開(kāi)口面積分別小于所述第一電極焊盤與所述第二電極焊盤的面積。
5.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中構(gòu)成所述第一電極焊盤的材料是單一元素Cu。
6.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中在暴露于所述第一開(kāi)口的所述第一電極焊盤的一部分上，以及在暴露于所述第二開(kāi)口的所述第二電極焊盤的一部分上配置有Ni和Au的多層膜。
7.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中所述第一電極焊盤是與半導(dǎo)體芯片連接的電極焊盤，以及所述第二電極焊盤是與印刷互連襯底連接的電極焊盤。
8.權(quán)利要求1所述的互連襯底，其中所述第一層是非光敏絕緣膜。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括權(quán)利要求1的所述互連襯底；以及連接至所述第一電極焊盤的半導(dǎo)體芯片。
10.權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在所述半導(dǎo)體芯片上配置的第二半導(dǎo)體芯片，其中所述第二半導(dǎo)體芯片經(jīng)由接合線路連接至所述第一電極焊盤。
11.權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在所述半導(dǎo)體芯片上配置的熱沉。
12.權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中在從所述半導(dǎo)體芯片上至所述第一層的區(qū)域上配置所述熱沉，并且配置在所述半導(dǎo)體芯片上的部分所述熱沉相對(duì)于配置在所述第一層上的部分所述熱沉突出。
13.一種制造互連襯底的方法，包括在支撐襯底上形成由非光敏絕緣材料構(gòu)成的第一層；在所述第一層上形成第一電極焊盤；在所述第一電極焊盤上形成互連以及覆蓋所述互連的絕緣層；在所述絕緣層上形成第二電極焊盤；形成由光敏絕緣材料構(gòu)成的第二層，以覆蓋所述第二電極焊盤；在所述第二層中形成第二開(kāi)口，從而暴露所述第二電極焊盤；在形成所述第二開(kāi)口之后去除所述支撐襯底；以及在去除所述支撐襯底之后，在所述第一層中形成第一開(kāi)口，從而暴露所述第一電極焊盤，所述第一開(kāi)口具有小于所述第二開(kāi)口的開(kāi)口面積的開(kāi)口面積。
14.權(quán)利要求13所述的制造互連襯底的方法，其中在形成所述第二開(kāi)口時(shí)，通過(guò)光刻方法形成所述第二開(kāi)口，以及在形成所述第一開(kāi)口時(shí)，通過(guò)激光處理形成所述第一開(kāi)口。
15.權(quán)利要求13所述的制造互連襯底的方法，其中，在形成所述第一層時(shí)，通過(guò)絕緣粘合劑的中間物，在所述支撐襯底上接合非光敏絕緣膜作為所述第一層。
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在支撐襯底上形成由非光敏絕緣材料構(gòu)成的第一層；在所述第一層上形成第一電極焊盤；在所述第一電極焊盤上形成互連以及覆蓋所述互連的絕緣層；在所述絕緣層上形成第二電極焊盤；形成由光敏絕緣材料構(gòu)成的第二層，以覆蓋所述第二電極焊盤；在所述第二層中形成第二開(kāi)口，從而暴露所述第二電極焊盤；在形成所述第二開(kāi)口之后去除所述支撐襯底；以及在去除所述支撐襯底之后，在所述第一層中形成第一開(kāi)口，從而暴露所述第一電極焊盤，所述第一開(kāi)口具有小于所述第二開(kāi)口的開(kāi)口面積的開(kāi)口面積；以及將半導(dǎo)體芯片連接至暴露于所述第一開(kāi)口的所述第一電極焊盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種互連襯底，包括互連、絕緣層、非光敏樹(shù)脂層、光敏樹(shù)脂層、第一電極焊盤以及第二電極焊盤。非光敏樹(shù)脂層由非光敏絕緣材料構(gòu)成。另外，非光敏樹(shù)脂層具有第一開(kāi)口。光敏樹(shù)脂層由光敏絕緣材料構(gòu)成。另外，光敏樹(shù)脂層具有第二開(kāi)口。第二開(kāi)口的開(kāi)口面積大于第一開(kāi)口的開(kāi)口面積。第一電極焊盤被設(shè)置在絕緣層的第一表面?zhèn)?。第一電極焊盤暴露于第一開(kāi)口。第二電極焊盤被設(shè)置在絕緣層的第二表面?zhèn)取５诙姌O焊盤暴露于第二開(kāi)口。
文檔編號(hào)H05K1/02GK101013686SQ200710004790
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
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