專利名稱：半導(dǎo)體封裝件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝件，更具體地講，涉及包含多個(gè)半導(dǎo)體芯片的多片型半導(dǎo)體封裝件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，使用半導(dǎo)體芯片(半導(dǎo)體元件)的幾乎全部電子系統(tǒng)(例如計(jì)算機(jī)、PCS、移動(dòng)電話、PDA等)的現(xiàn)狀是，為了滿足用戶的要求，逐漸實(shí)現(xiàn)高功能化和小型輕量化。隨著能夠響應(yīng)這種傾向的設(shè)計(jì)和制造工程技術(shù)的劃時(shí)代發(fā)展，在電子系統(tǒng)中所用的半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體封裝件也正在實(shí)現(xiàn)高功能化和小型輕量化。
眾所周知，作為半導(dǎo)體芯片的封裝件技術(shù)，有多芯片模塊(MCMmultichip module)封裝件和多芯片封裝件(MCPmulti chip package)等。
其中的多芯片模塊(MCM)封裝件，如圖3所示，是在薄膜的金屬膜、陶瓷或基板構(gòu)成的基底300上，利用引線鍵合、帶鍵合、倒裝芯片鍵合等方法，安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片302、304、306并進(jìn)行封裝件的技術(shù)。
圖3中展示的狀態(tài)是通過(guò)引線鍵合安裝第一半導(dǎo)體芯片302，通過(guò)帶鍵合安裝第二半導(dǎo)體芯片304，通過(guò)倒裝芯片鍵合安裝第三半導(dǎo)體芯片306；參考標(biāo)號(hào)308、310分別表示PGA輸入輸出端子和BGA輸入輸出端子。
另一方面，多芯片封裝件(MCP)是在限定尺寸的封裝件內(nèi)安裝兩個(gè)以上半導(dǎo)體芯片的技術(shù)，是采用引線鍵合在引線框架或基板上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片的技術(shù)。如圖4所示，其結(jié)構(gòu)是通過(guò)引線鍵合在基板402上裝載多個(gè)半導(dǎo)體芯片404a、404b，利用引線408使各個(gè)半導(dǎo)體芯片404a、404b的焊盤與外部引線406連接，具有把全部結(jié)構(gòu)埋入例如環(huán)氧模塑化合物(epoxy moldingcompoundEMC)400等的狀態(tài)。
但是，上述現(xiàn)有的多芯片模塊封裝件和多芯片封裝件，由于須采用引線鍵合、帶鍵合、倒裝芯片鍵合等方法，在薄膜的金屬膜、陶瓷或基板構(gòu)成的基底上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片，或者通過(guò)引線鍵合在基板上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片，用環(huán)氧模塑化合物埋入結(jié)構(gòu)的特性對(duì)小型輕量化存在限制。而且，由于現(xiàn)有的封裝件具有采用引線等使半導(dǎo)體芯片的焊盤與外部引線連接的結(jié)構(gòu)，所以存在半導(dǎo)體封裝件的品質(zhì)和可靠性降低的問(wèn)題(即電氣特性降低的問(wèn)題)。特別是，采用EMC的現(xiàn)有半導(dǎo)體封裝件，由環(huán)氧模塑化合物(EMC)產(chǎn)生的α粒子源，使得半導(dǎo)體封裝件的可靠性明顯降低，而且，存在因EMC導(dǎo)致器件的有源區(qū)被污染，封裝件可靠性降低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)小型輕量化，同時(shí)提高封裝件制品的可靠性的半導(dǎo)體封裝件及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種包括相互電氣連接的多個(gè)半導(dǎo)體芯片半導(dǎo)體封裝件，其包括主半導(dǎo)體芯片，其起引線框架或基板的作用，在外周邊設(shè)置有多個(gè)主芯片焊盤；至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片，其安裝在所述主半導(dǎo)體芯片上的規(guī)定部分，外周邊設(shè)置有多個(gè)副芯片焊盤；絕緣層，其以埋置所述副半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)，形成于主半導(dǎo)體芯片上，使所述主芯片焊盤和副芯片焊盤露出；多個(gè)金屬圖形，其包含在所述主芯片焊盤上形成的下阻擋層、在所述下阻擋層上形成的籽晶(seed)層和在所述籽晶層上形成的金屬層，在所述露出的任意的主芯片焊盤和副芯片焊盤之間，或者任意的副芯片焊盤和其它副芯片焊盤之間形成電氣連接；多個(gè)焊料鍵合區(qū)，其形成在所述多個(gè)金屬圖形上的規(guī)定部分。
本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種包含相互電氣連接的多個(gè)半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其包括以下工序涂敷工序，其在起引線框架或基板的作用，在外周邊設(shè)置有多個(gè)主芯片焊盤的主半導(dǎo)體芯片上的規(guī)定部分涂敷粘結(jié)劑，安裝工序，其在所述粘結(jié)劑上安置外周邊設(shè)置有多個(gè)副芯片焊盤的至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片；形成絕緣層工序，其埋置所述至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片，形成露出所述主芯片焊盤和副芯片焊盤的狀態(tài)；形成多個(gè)金屬圖形工序，其在任意的主芯片焊盤和副芯片焊盤之間，或者任意的副芯片焊盤和其它副芯片焊盤之間形成電氣連接；露出工序，其在形成了所述多個(gè)金屬圖形的主半導(dǎo)體芯片的整體涂敷封裝件材料后，露出選擇的金屬圖形的上部的一部分；安裝焊料縫合區(qū)工序，其在所述露出的金屬圖形的上部形成焊料鍵合區(qū)；安置焊料球工序，其在所述各焊料鍵合區(qū)的上部安置焊料球。


圖1a到圖1k是展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝件制造工序的工序順序圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制造的半導(dǎo)體封裝件的平面圖；圖3是現(xiàn)有的多芯片模塊(MCM)封裝件的剖面圖；圖4是現(xiàn)有的多芯片封裝件(MCP)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)本說(shuō)明書的介紹以及附圖，可以了解本發(fā)明的上述以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
以下，將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的核心技術(shù)要點(diǎn)在于，與采用引線鍵合、帶鍵合、倒裝芯片鍵合等在金屬膜、陶瓷、基板等基底上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片的現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝件不同，在起引線框架或基板作用的一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，采用金屬圖形直接安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片。采用這種技術(shù)手段可以容易地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
圖1a到圖1k是展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝件的制造工序的工序圖。
參見(jiàn)圖1a，在起引線框架或基板作用的一個(gè)半導(dǎo)體芯片，即在沿外周邊設(shè)置有多個(gè)主芯片焊盤102的主半導(dǎo)體芯片100上的規(guī)定部分，涂敷用于安裝副半導(dǎo)體芯片130、150(參見(jiàn)圖1c)的粘結(jié)劑130a、150a。此時(shí)，粘結(jié)劑130a、150a最好使用在175℃以上的溫度條件下硬化5分鐘到30分鐘的樹(shù)脂。具體地講，最好是散熱性良好的非導(dǎo)電性聚合物，厚度最好在1密耳以下。
主半導(dǎo)體芯片和副半導(dǎo)體芯片可以列舉出微處理器和存儲(chǔ)器、微處理器和非存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器和非存儲(chǔ)器等。
圖1b是沿圖1a的線A-A’的剖面圖。以下為了便于說(shuō)明和增強(qiáng)理解，特別根據(jù)沿圖1c的線B-B’的剖面圖，說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件的制造工序。
參照?qǐng)D1c，在主半導(dǎo)體芯片100上的規(guī)定部位涂敷的粘結(jié)劑130a、150a上，安裝分別具有多個(gè)副芯片焊盤132、152的副半導(dǎo)體芯片130、150。副半導(dǎo)體芯片130、150的尺寸至少比主半導(dǎo)體芯片100的尺寸要小，主半導(dǎo)體芯片100的厚度最好在5密耳到30密耳左右，副半導(dǎo)體芯片130、150的厚度最好在1密爾以下。
而且，在主半導(dǎo)體芯片100形成的主芯片焊盤102的尺寸和在副半導(dǎo)體芯片130、150形成的副芯片焊盤132、152的尺寸最好在25μm～150μm左右。然后，在主半導(dǎo)體芯片100上形成樹(shù)脂、即絕緣層104，完全掩埋副半導(dǎo)體芯片130、150，進(jìn)行采用掩模圖形的蝕刻工序，通過(guò)選擇地去除絕緣層的一部分，如圖1d所示，露出在主半導(dǎo)體芯片100上所設(shè)置的主芯片焊盤102和在副半導(dǎo)體芯片130上所設(shè)置的副芯片焊盤132的上部。這里，作為絕緣層104，使用非導(dǎo)電性的聚酰亞胺、聚合物等。
之后，通過(guò)進(jìn)行濺射或蒸發(fā)(evaporation)等工序，如圖1e所示，遍及主半導(dǎo)體芯片100的全部順序形成由Ti/W構(gòu)成的下阻擋層106和由純銅構(gòu)成的籽晶層108。這里，下阻擋層106是用于防止擴(kuò)散及增大鍵合力。
然后，對(duì)主半導(dǎo)體芯片100的全面涂敷光刻膠，之后通過(guò)進(jìn)行曝光和顯影工序，在主半導(dǎo)體芯片100上形成光刻膠圖形110，如圖1f所示，形成光刻膠圖形110，其具有的形狀是露出主半導(dǎo)體芯片100的主芯片焊盤102和副半導(dǎo)體芯片130的副芯片焊盤132以及應(yīng)該由金屬圖形連接這些焊盤之間的部分。
參照?qǐng)D1g，通過(guò)進(jìn)行電鍍工序，對(duì)未形成光刻膠圖形110的露出區(qū)域，即在主半導(dǎo)體芯片100上所設(shè)的主芯片焊盤102和副半導(dǎo)體芯片130上所設(shè)的副芯片焊盤132以及連接這些焊盤的部分，采用電氣傳導(dǎo)性優(yōu)異的金屬物質(zhì)(例如銅、金等)電鍍至光刻膠圖形110的高度后，通過(guò)剝離(strip)工序去除光刻膠圖形110，由此在籽晶(seed)層108上形成電氣連接主芯片102和副芯片焊盤132的金屬層112。
另外，對(duì)形成了金屬層112的主半導(dǎo)體芯片100全面涂敷光刻膠，之后通過(guò)曝光和顯影工序，在主半導(dǎo)體芯片100上形成掩模圖形114，如圖1h所示，形成僅覆蓋金屬層112上部的掩模圖形114。
然后，通過(guò)進(jìn)行以掩模圖形114作為蝕刻掩模的蝕刻工序，通過(guò)選擇地依次除去在金屬層112下部形成的籽晶層108和除下阻擋層106之外的其余部分，露出絕緣層104的一部分，通過(guò)剝離工序去除掩模圖形114，如圖1i所示，形成由下阻擋層106、籽晶層108和金屬層112構(gòu)成的、電氣連接主芯片焊盤102和副芯片焊盤132的金屬圖形116。如此形成的金屬圖形116的寬度最好是25～150μm，其厚度最好是2000?！?0密爾。
另一方面，作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由Ti/W+Cu+Cu或Ti/W+Cu+Au形成金屬圖形116，但是本發(fā)明并不限于本實(shí)施例，也可以由Cr+Ni+Au、Cr+Ni+Au+Cu、Cr+Co+Ni+Au、Cr+Co+Ni+Cu+Au等組合形成金屬圖形116。
另外，對(duì)形成了金屬圖形116的主半導(dǎo)體芯片100全面涂敫規(guī)定厚度(例如10到100μm)的封裝件材料，例如阻焊劑(ソルダレジスト)118，之后通過(guò)進(jìn)行光刻工序和蝕刻工序等，如圖1j所示，選擇地露出金屬圖形116上部的一部分。
最后，如圖1k所示，在金屬圖形116的露出部分形成焊料鍵合區(qū)120后，通過(guò)安置焊料球122，完成半導(dǎo)體封裝件的制造。這里，焊料鍵合區(qū)120是球形或方形，方形時(shí)的尺寸最好是0.1×0.1mm～1.5×1.5mm左右，球形時(shí)的最好是0.1mm～1.5mm左右。
因此，通過(guò)上述一系列工序制造的本發(fā)明半導(dǎo)體封裝件，如圖2所示，具有如下的結(jié)構(gòu)，在主半導(dǎo)體芯片100上裝載副半導(dǎo)體芯片130、150，對(duì)在主半導(dǎo)體芯片100外周邊形成的主芯片焊盤102和在副半導(dǎo)體芯片130、150外周邊形成的副芯片焊盤132、152之間，以及副半導(dǎo)體芯片130、150的副芯片焊盤132、152之間，通過(guò)金屬圖形116或者金屬圖形116和焊料鍵合區(qū)120進(jìn)行電氣連接，除了金屬圖形116、焊料鍵合區(qū)120和主芯片焊盤102之外，采用封裝件材料的阻焊劑118封裝件主半導(dǎo)體芯片100的上部部分。
而且，圖2中未示出，在各焊料鍵合區(qū)120通過(guò)后續(xù)工序安置焊料球122。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，與采用引線鍵合、帶鍵合、倒裝芯片鍵合等，在金屬膜、陶瓷、基板等基底上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片的現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝件不同，由于在起引線框架或基板作用的一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，采用金屬圖形直接安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片，所以能夠有效地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體封裝件的小型輕量化和低成本化，由于使用金屬圖形直接地連接半導(dǎo)體芯片，所以就半導(dǎo)體封裝件的電氣特性而言，能夠進(jìn)一步提高可靠性。
在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的條件下，本發(fā)明可以按照其它各種方式實(shí)施。上述實(shí)施例始終是用于了解本發(fā)明的技術(shù)思想，不應(yīng)僅限于其具體例子的狹義解釋，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以做各種變形進(jìn)行實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝件，包含相互電氣連接的多個(gè)半導(dǎo)體芯片，其特征在于，包括主半導(dǎo)體芯片，其起引線框架或基板的作用，在外周邊設(shè)置有多個(gè)主芯片焊盤；至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片，其安裝在所述主半導(dǎo)體芯片上的規(guī)定部分，外周邊設(shè)置有多個(gè)副芯片焊盤；絕緣層，其以埋置所述副半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)，形成于主半導(dǎo)體芯片上，使所述主芯片焊盤和副芯片焊盤露出；多個(gè)金屬圖形，其包含在所述主芯片焊盤上形成的下阻擋層、在所述下阻擋層上形成的籽晶層和在所述籽晶層上形成的金屬層，在所述露出的任意的主芯片焊盤和副芯片焊盤之間，或者任意的副芯片焊盤和其它副芯片焊盤之間形成電氣連接；多個(gè)焊料鍵合區(qū)，其形成在所述多個(gè)金屬圖形上的規(guī)定部分。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述半導(dǎo)體封裝件還包括封裝件材料，用于對(duì)除所述多個(gè)焊料鍵合區(qū)之外的所述主半導(dǎo)體芯片的上部進(jìn)行封裝件。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述封裝件材料是阻焊劑，其厚度在10～100μm的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述粘結(jié)劑是非導(dǎo)電性聚合物，其厚度在1密爾以下。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述主芯片焊盤的尺寸是25～150μm，其厚度在5～30密爾的范圍，所述副芯片焊盤的尺寸是25～150μm，其厚度在1密爾以下。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述金屬圖形是由Ti/W+Cu+Cu、Ti/W+Cu+Au、Cr+Ni+Au、Cr+Ni+Au+Cu、Cr+Co+Ni+Au、或Cr+Co+Ni+Cu+Au組成的混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述金屬圖形的寬度是25～150μm，其厚度在2000?！?0密爾范圍。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述焊料鍵合區(qū)是球形或方形，方形時(shí)的尺寸是0.1×0.1mm～1.5×1.5mm，球形時(shí)的尺寸是0.1mm～1.5mm。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，為了把副半導(dǎo)體芯片安裝在所述主半導(dǎo)體芯片上，使用粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑是非導(dǎo)電性聚合物，其厚度是1密爾以下。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，所述絕緣層是聚酰亞胺或聚合物。
11.一種包含相互電氣連接的多個(gè)半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，包括以下工序涂敷工序，其在起引線框架或基板的作用，在外周邊設(shè)置有多個(gè)主芯片焊盤的主半導(dǎo)體芯片上的規(guī)定部分涂敷粘結(jié)劑；安裝工序，其在所述粘結(jié)劑上安置外周邊設(shè)置有多個(gè)副芯片焊盤的至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片；形成絕緣層工序，其以露出所述主芯片焊盤和副芯片焊盤的狀態(tài)埋置所述至少一個(gè)副半導(dǎo)體芯片；形成多個(gè)金屬圖形工序，其在任意的主芯片焊盤和副芯片焊盤之間，或者任意的副芯片焊盤和其它副芯片焊盤之間形成電氣連接；露出工序，其在形成了所述多個(gè)金屬圖形的主半導(dǎo)體芯片的整體涂敷封裝件材料后，露出選擇的金屬圖形的上部的一部分；安裝焊料鍵合區(qū)工序，其在所述露出的金屬圖形的上部形成焊料鍵合區(qū)；安置焊料球工序，其在所述各焊料鍵合區(qū)的上部安置焊料球。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑是非導(dǎo)電性聚合物，其厚度在1密爾以下。
13.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述主芯片焊盤的尺寸在25～150μm的范圍，其厚度在5～30密爾的范圍，所述副芯片焊盤的尺寸在25～150μm的范圍，其厚度在1密爾以下。
14.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述絕緣層是非導(dǎo)電性的聚酰亞胺或聚合物。
15.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述金屬圖形的形成方法包括以下工序在所述主半導(dǎo)體芯片的整體順序地形成下阻擋層和籽晶層；形成光刻膠圖形，其形態(tài)是露出所述主芯片焊盤和副芯片焊盤以及用于電氣連接分別對(duì)應(yīng)的焊盤之間的部分；在所述露出的籽晶層上形成金屬物質(zhì)后，去除所述光刻膠圖形；形成掩模圖形，其形態(tài)是除所述金屬物質(zhì)之外，露出其余部分；通過(guò)進(jìn)行蝕刻工序，對(duì)所述掩模圖形下部以外存在的籽晶層和下阻擋層進(jìn)行蝕刻后，通過(guò)去除所述掩模圖形，形成所述金屬圖形。
16.如權(quán)利要求11或15的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述金屬圖形是Ti/W+Cu+Cu、Ti/W+Cu+Au、Cr+Ni+Au、Cr+Ni+Au+Cu、Cr+Co+Ni+Au、或Cr+Co+Ni+Cu+Au組成的混合物。
17.如權(quán)利要求16的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述金屬圖形的寬度是25～150μm，其厚度在2000～10密爾范圍。
18.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述封裝件材料是阻焊劑，其厚度在10～100μm的范圍。
19.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體封裝件的制造方法，其特征在于，所述焊料鍵合區(qū)是球形或方形，方形時(shí)的尺寸是0.1×0.1mm～1.5×1.5mm，球形時(shí)的尺寸是0.1mm～1.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)小型輕量化，同時(shí)提高封裝件制品的可靠性的半導(dǎo)體封裝件以及制造方法。為此，本發(fā)明與采用引線鍵合、帶鍵合、倒裝芯片鍵合等，在金屬膜、陶瓷、基板等基底上安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片的現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝件不同，由于在起引線框架或基板作用的一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，采用金屬圖形直接安裝多個(gè)半導(dǎo)體芯片，所以能夠有效地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體封裝件的小型輕量化和低成本化，由于使用金屬圖形直接地連接半導(dǎo)體芯片，所以就半導(dǎo)體封裝件的電氣特性而言，能夠進(jìn)一步提高可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1392609SQ02126588
公開(kāi)日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2002年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者樸桂燦 申請(qǐng)人:東部電子株式會(huì)社