專利名稱：半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置及其制造方法，特別是涉及一種被小型化至CSP(chip Size Package)水平的半導體裝置及其制造方法。
另外，如1999年的日經(jīng)微型設備2月號p38～p67和電子材料9月號p21～p85所示的那樣，提供把晶片處理工序和組件安裝工序一體化的晶片水平的CSP型半導體裝置。它的特征與以往的由單芯片制作的CSP型相比，抑制了由插入件等的零件數(shù)量和工序數(shù)量的削減導致的制造成本，謀求封裝整體的低成本化。
雖然上述的使用了導線的疊層水平的CSP型半導體裝置也追求小型化，但是考慮到導線的膨脹，有必要把樹脂覆蓋、密封到半導體芯片的上面和側面，從而要求進一步的小型化。另外，由于引線接合裝置的能力，導線間隔的限制，空間的導線形狀控制很困難，不適用于大型LSI的多管腳封裝。由于微細間隔導致的困難程度和密封樹脂的應力等，導線彼此間或與半導體芯片的端面發(fā)生接觸等，在成品率和可靠性方面存在著問題。另外，基于引線接合的成本比較高。
另一方面，晶片水平的CSP型半導體裝置雖然還具有在平面上幾乎被小型化到芯片尺寸的優(yōu)點，但因為很難進行層疊，所以，雖然希望更高密度化，但在這方面也有局限性。
為了解決以上所述問題，本發(fā)明的半導體裝置是在第一半導體芯片的表面上配置有第二半導體芯片的半導體裝置，其特征在于具有形成在第一半導體芯片的表面上的電極取出用的第一金屬端子；形成在第二半導體芯片的表面上的電極取出用的第二金屬端子；密封了第一半導體芯片的表面上、第一金屬端子、第二半導體芯片和第二金屬端子的樹脂。
根據(jù)以上所述半導體裝置，在形成有第一金屬端子的第一半導體芯片上配置第二半導體芯片，并用樹脂進行密封，使其覆蓋第一半導體芯片上和第二半導體芯片。據(jù)此，能以小型、高密度、低成本獲得無線的具有疊層水平的高可靠性的CSP型半導體裝置。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，還可以包含分別配置在所述第一金屬端子和第二金屬端子之上的安裝用外部端子。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述第一金屬端子和第二金屬端子中的至少一方的金屬端子能用鍍膜形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述第一金屬端子和第二金屬端子中的至少一方的金屬端子能用金屬球形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述安裝用外部端子最好用金屬球形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述第一金屬端子最好通過再布線層與形成在第一半導體芯片內的墊相連接，所述第二金屬端子最好通過再布線層與形成在第二半導體芯片內的墊相連接。
本發(fā)明的半導體裝置是在半導體芯片的表面上層疊配置有多個半導體芯片的半導體裝置，其特征在于具有
形成在半導體芯片的各表面上的電極取出用的金屬端子；密封了半導體芯片的表面上和金屬端子的樹脂。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，還可以包含配置在所述金屬端子上的安裝用外部端子。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述金屬端子中的至少一個還可以用鍍膜形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述金屬端子中的至少一個還可以用金屬球形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述安裝用外部端子用金屬球形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述金屬端子通過再布線層與形成在第一半導體芯片內的墊相連接。
本發(fā)明的半導體裝置是在第一半導體芯片的表面上配置有第二半導體芯片的半導體裝置，其特征在于具有形成在第一半導體芯片上的第一安裝用外部端子；形成在第二半導體芯片上的第二安裝用外部端子；密封了第一半導體芯片的表面上、第一安裝用外部端子、第二半導體芯片和第二安裝用外部端子的樹脂；所述第一安裝用外部端子和第二安裝用外部端子的各自的表面從樹脂露出。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述第一安裝用外部端子和第二安裝用外部端子分別用金屬球形成。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置中，所述第一安裝用外部端子最好通過再布線層與形成在第一半導體芯片內的墊相連接，所述第二安裝用外部端子通過再布線層與形成在第二半導體芯片內的墊相連接。
本發(fā)明的半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在表面上形成有電極取出用的第一金屬端子的第一半導體芯片和在表面上形成有電極取出用的第二金屬端子的第二半導體芯片；通過接合層在支撐襯底上配置第一半導體芯片的工序；通過接合層在第一半導體芯片的表面上配置第二半導體芯片的工序；通過樹脂來密封支撐襯底上、第一半導體芯片、第一金屬端子、第二半導體芯片和第二金屬端子的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面露出的工序。
根據(jù)以上所述半導體裝置的制造方法，在形成有第一金屬端子的第一半導體芯片上配置第二半導體芯片，并用樹脂進行密封，使其覆蓋第一半導體芯片的表面上和第二半導體芯片。據(jù)此，能以小型、高密度、低成本制造無線的具有疊層水平的高可靠性的CSP型半導體裝置。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，還包含在進行了所述的露出工序后，在所述第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面上配置安裝用外部端子的工序。
本發(fā)明的半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在多個芯片區(qū)域的各表面上形成有電極取出用的第一金屬端子的半導體片的工序；準備在表面上形成有電極取出用的第二金屬端子的半導體芯片的工序；通過接合層在所述半導體片的芯片區(qū)域上配置所述半導體芯片的工序；通過樹脂來密封半導體片上、第一金屬端子、半導體芯片和第二金屬端子的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面露出的工序。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，還可以包含在進行了所述的露出工序后，在所述第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面上配置安裝用外部端子的工序。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，還能包含在配置安裝用外部端子之后，把半導體片分割為各芯片的工序。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，準備所述半導體片的工序具有在半導體片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第一金屬端子的工序；所述準備半導體芯片的工序具有在半導體芯片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第二金屬端子的工序。
本發(fā)明的半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在多個芯片區(qū)域的各表面上配置有電極取出用的第一金屬端子的半導體片的工序；準備在表面上配置有電極取出用的第二金屬球的半導體芯片的工序；通過接合層在所述半導體片的芯片區(qū)域上配置所述半導體芯片的工序；通過樹脂密封半導體片上、第一金屬端子、半導體芯片、第二金屬端子的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面露出的工序。
根據(jù)所述半導體裝置的制造方法，因為使用第一和第二金屬端子形成外部端子，所以不需要嚴密控制金屬端子的形成和密封樹脂的厚度的工序。因此，能簡化工序，能進一步提高生產(chǎn)能力和降低制造成本。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，還能包含在進行了所述的露出工序后，把半導體片分割為各芯片的工序。
另外，在本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，所述準備半導體片的工序還可以具有在半導體片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上配置第一金屬端子的工序；所述準備半導體芯片的工序還可以具有在半導體芯片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第二金屬端子的工序。


圖1是簡要表示本發(fā)明的實施例1的半導體裝置的剖視圖。
圖2是局部放大圖1所示的金屬端子區(qū)域的剖視圖。
圖3(A)～(E)是表示制造圖2所示的金屬端子的方法的剖視圖。
圖4(A)～(D)是表示制造圖1所示的半導體裝置的方法的剖視圖。
圖5(A)～(D)是表示本發(fā)明的實施例2的半導體裝置的制造方法的剖視圖。
圖6是簡要表示本發(fā)明的實施例3的半導體裝置的剖視圖。
圖7是部分放大圖6所示的金屬端子區(qū)域的剖視圖。
圖8(A)～(E)是表示制造圖7所示的金屬端子的方法的剖視圖。
圖9(A)～(D)是表示制造圖6所示的半導體裝置的方法的剖視圖。
圖10是簡要表示本發(fā)明的實施例4的半導體裝置的剖視圖。
圖11是簡要表示本發(fā)明的實施例5的半導體裝置的剖視圖。
圖12是簡要表示以往的半導體裝置的一個例子的剖視圖。
下面簡要說明附圖符號。
11、51-第一半導體芯片；12、52-第二半導體芯片；13、18-再布線層；14、15、24、25-金屬端子；16-密封樹脂；17、26、27、53-安裝用外部端子；19-磨床；20-支撐構件；21-半導體片；22-接合層；23-絕緣性接合層；41-異種金屬帽層；42-電極取出用墊；43-最終保護絕緣層；44-聚酰亞胺層；45-緊貼層；46-Cu板層；47-光致抗蝕圖；47a-開口部；54-導線；55-絕緣襯底；56-樹脂；57、59-絕緣性接合層；58-布線部。
圖1是簡要表示本發(fā)明的實施例1的半導體裝置的剖視圖。
如圖1所示，第二半導體芯片12通過絕緣性接合層23連接在第一半導體芯片11的中央部上。絕緣性接合層23使第二半導體芯片12和第一半導體芯片11電絕緣，并且是用于接合第一半導體芯片11的表面(有源面)和第二半導體芯片的背面的層。
在第一半導體芯片11的有源面的外周配置有電極取出用墊(圖中未顯示)，在電極取出用墊上配置有再布線層13。在再布線層13上形成有金屬端子14。另外，在第二半導體芯片12的有源面的外周上配置有電極取出用墊(圖中未顯示)。在再布線層18之上形成有金屬端子15。預先在芯片內對墊和再布線結構進行布局，使金屬端子14、15彼此不干涉。
用密封樹脂16把第一半導體芯片11的有源面、再布線層13、金屬端子14、第二半導體芯片12的有源面、再布線層18以及金屬端子15封裝起來。金屬端子14、15的各自上表面從密封樹脂16露出。按照需要，在該露出的金屬端子14、15的上表面上形成有焊錫球等安裝用外部端子17，變?yōu)闊o線的疊層封裝。并且，安裝用外部端子17不是必要的，也可以是不形成安裝用外部端子17的半導體裝置。另外，在搭載了該半導體裝置的電子儀器的印刷電路板上，按照半導體裝置的電路，形成布線，用安裝工序，把該半導體裝置搭載在印刷電路板的必要位置上。
圖2是局部放大圖1所示的金屬端子區(qū)域的剖視圖。
半導體片21的有源面(表面)上形成有電極取出用墊42。該電極取出用墊42與半導體片21內的Al和Cu等各種金屬布線(圖中未顯示)相連接，各種金屬布線通過層間絕緣膜(圖中未顯示)，與MOS晶體管等半導體元件電連接。該半導體元件被制作在半導體片21的內部。
在包含電極取出用墊42的半導體片21的整個面上形成有由氧化硅膜和氮化硅膜構成的最終保護絕緣層43。該最終保護絕緣層43上形成有位于電極取出用墊42上的開口部。在最終保護絕緣層43上形成有厚度例如為數(shù)十～100μm左右的聚酰亞胺層44。該聚酰亞胺層44是用于緩沖對半導體源元件的應力的層。在聚酰亞胺層44上形成有開口部，該開口部把最終保護絕緣層的開口部開口。
在該開口部內以及聚酰亞胺層44上形成有緊貼層45。該緊貼層45是由Ti和W、TiW、Cr、Ni、TiCu、Pt等高熔點金屬、其合金或其氮化膜等任意一個構成。在該緊貼層45上形成Cu板層46。該Cu板層46除了Cu，還可以使用由Ni、Ag、Au或它們的合金構成的層。
在Cu板層46之上形成有厚度數(shù)μm～數(shù)十μm左右的再布線層13。再布線層13是把Cu選擇電鍍形成的膜。再布線層13的一端上形成金屬端子14，該金屬端子14是通過Cu的選擇電鍍形成膜的。在金屬端子14之上，按照需要，形成用于防止氧化的異種金屬帽層41。該異種金屬帽層41是由與金屬端子不同種類的材料構成的，例如由Ni、Au、Pt等構成。金屬端子14通過再布線層13與電極取出用墊42電連接。
下面，就制造圖2所示的金屬端子的方法加以說明。圖3(A)～(E)是表示制造圖2所示的金屬端子的方法的剖視圖。
首先，如圖3(A)所示，準備半導體片21。在該半導體片21的內部形成有MOS晶體管等半導體元件、與它電連接的各種金屬布線、層間絕緣膜等。接著，在各種金屬布線的一端形成電極取出用墊42。接著，在包含該墊42的整個面上，通過CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成由氧化硅膜和氮化硅膜構成的最終保護絕緣層43。
接著，在該最終保護絕緣層43上涂抹光敏抗蝕劑膜，通過使該光敏抗蝕劑膜曝光、顯影，在最終保護絕緣層43之上形成有光致抗蝕圖。接著，以該光致抗蝕圖為掩模，對最終保護絕緣層43進行蝕刻。據(jù)此，在最終保護絕緣層43上形成有位于電極取出用墊42上的開口部，通過該開口部，露出該墊42的表面。
接著，如圖3(B)所示，在最終保護絕緣層43之上涂抹數(shù)十～100μm左右的聚酰亞胺層44。接著，在該聚酰亞胺層44上涂抹光敏抗蝕劑膜，通過使該光敏抗蝕劑膜曝光、顯影，在聚酰亞胺層44上形成光致抗蝕圖。接著，以該光致抗蝕圖為掩模，對聚酰亞胺層44進行蝕刻，在該聚酰亞胺層44上形成位于電極取出用墊42的上方的開口部，通過該開口部，露出該墊42的表面。并且，在該工序中，直接使用感光性的聚酰亞胺，形成開口結構，能進行光敏抗蝕劑的涂抹、蝕刻和剝離處理的簡略化。
然后，如圖3(C)所示，通過濺射法，在開口部內和聚酰亞胺層44上形成由高熔點金屬構成的緊貼層45。接著，在該緊貼層45之上通過濺射法形成Cu板層46。接著，在Cu板層46之上通過選擇電鍍法形成厚度數(shù)μm～數(shù)十μm左右的Cu層。接著，以該Cu層為掩模，通過選擇蝕刻Cu板層46和緊貼層45，在聚酰亞胺層44之上隔著緊貼層45形成再布線層13，再布線層13的一端與電極取出用墊42電連接。
接著，如圖3(D)所示，在包含再布線層13的整個面上涂抹光敏抗蝕劑膜，通過使該光敏抗蝕劑膜曝光、顯影，在聚酰亞胺層44上形成具有位于再布線層13的另一端上的開口部47a的光致抗蝕圖47。
然后，如圖3(E)所示，把光致抗蝕圖47作為掩模，通過選擇電鍍，在開口部47a內的再布線層13上形成由Cu鍍膜構成的金屬端子14。并且，由Cu鍍膜構成的金屬端子的厚度和尺寸的控制是比較容易的。接著，在該金屬端子14上，通過電鍍法，形成由Ni等構成的異種金屬帽層41。接著，通過剝離光致抗蝕圖47，形成有圖2所示的半導體裝置。
下面，就制造圖1所示的半導體裝置的方法加以說明。圖4(A)～(D)是表示制造圖1所示的半導體裝置的方法的剖視圖。
首先，如圖4(A)所示，準備能配置多個芯片的板狀的支撐構件20，準備第一半導體芯片11和第二半導體芯片12。在此，支撐構件20不局限于樹脂、金屬或陶瓷等，如果確保了各半導體芯片的層疊工序的增強和耐熱性，能使用由各種材質構成的構件，例如最好使用聚酰亞胺或波膜鋼材。另外，如圖3所示，第一和第二半導體芯片11、12是把形成有金屬端子14的半導體片切割而成的各芯片。
接著，在支撐構件20上通過熱壓接薄板等的接合層22配置多個第一半導體芯片11。即第一半導體芯片11的背面通過接合層22與支撐構件20的表面接合。這時，支撐構件20和第一半導體芯片11的對準是以該支撐構件20上形成的搭載識別標記為基準進行的。
接著，在第一半導體芯片11的有源面的中央不上通過熱壓接薄板等的接合層23配置多個第二半導體芯片12。即第二半導體芯片12的背面通過接合層23與第一半導體芯片11的有源面(表面)接合。這時，第一半導體芯片11和第二半導體芯片12的對準是以搭載識別標記為基準進行的。并且，第二半導體芯片12是使用了其厚度(包含金屬端子15的芯片的厚度)被磨削為比第一半導體芯片11的金屬端子14的厚度還薄的芯片。
然后，如圖4(B)所示，通過鑄模裝置，澆鑄環(huán)氧等的密封樹脂16，使其覆蓋支撐構件20的表面、第一半導體芯片11、再布線層13、金屬端子14、第二半導體芯片12、再布線層18和金屬端子15。接著，用磨床19把該密封樹脂16磨削掉所希望的量。在此，所希望的量是指使金屬端子14、15的頭部(上部)露出的程度的磨削量。
接著，如圖4(C)所示，在金屬端子14、15的露出部分涂抹了焊劑后，用自動搭載機在必要的金屬端子14、15上搭載焊錫球。接著，在金屬端子14、15和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在金屬端子14、15上熔敷了焊錫球，形成有安裝用外部端子17。
并且，成為安裝用外部端子17的焊錫球最好使用直徑150～300μm、由Pb/Sn60～70wt％的材料構成的BGA(Boll Grid Array)用的材料。另外，能按照用途，適當選擇安裝用外部端子17的尺寸。焊錫成分能使用包含Ag/Sn類和Cu和Bi的無Pb材料。另外，安裝用外部端子17并不局限于焊錫球，如果不搭載焊錫球，也能使用通過印刷法、電鍍法和金屬流法形成的安裝用外部端子。
然后，如圖4(D)所示，使用分割鋸或激光切斷樹脂16和支撐構件20，使其變?yōu)閱蝹€的在第一半導體芯片上層疊了第二半導體芯片的結構的CSP型半導體裝置。
接著，按照CSP型半導體裝置的厚度設計等的要求，剝離支撐構件20和接合層22。這樣，就以圖1所示的疊層水平制造了無線的CSP型半導體裝置。接著，把該CSP型半導體裝置安裝到便攜式儀器等的由聚酰亞胺構成的各種主插件板上。并且，最好在分割為單個的裝置之前或后工序中，檢查CSP型半導體裝置的電氣特性。
根據(jù)所述實施例1，通過絕緣性接合層23，在形成有金屬端子14的第一半導體芯片11的中央部上配置第二半導體芯片12，用樹脂進行密封，使其覆蓋第一半導體芯片11的有源面上和第二半導體芯片12，在從樹脂露出的各芯片11、12的金屬端子14、15上搭載安裝用外部端子。據(jù)此，能以低成本，制造無線、疊層水平的CSP型半導體裝置。因此，與以往的半導體裝置相比，能實現(xiàn)更小型化，能制造適于大型LSI的多管腳封裝的半導體裝置，能提高成品率和可靠性。因此，能謀求半導體裝置和搭載了它的電子儀器類的小型化和高密度化。
另外，在實施例1中，通過鍍末形成金屬端子，通過焊錫球形成安裝用外部端子。因此，能容易地變更金屬端子和安裝用外部端子的大小和高度。據(jù)此，能層疊各種厚度的第二半導體芯片12，能制造芯片厚度不受限制的無線的芯片層疊型CSP。
另外，雖然，能單獨對第一和第二半導體芯片的各一個進行層疊、樹脂密封、磨削以及形成外部端子，但是缺乏生產(chǎn)性，所以如上述實施例所述，在支撐構件上制作多個，在最終工序中進行分割是高效率的。
圖5(A)～(D)是表示本發(fā)明的實施例2的半導體裝置的制造方法的剖視圖，對與圖4相同的部分采用了同一符號。
首先，如圖5(A)所示，在基片加工中，準備形成有再布線層13和金屬端子14的圖2所示半導體片21，準備第二半導體芯片12。在此，第二半導體芯片12是如圖3所示，把形成有金屬端子的半導體片切割，得到的各個芯片。
接著，在半導體片21上通過熱壓接薄板等的絕緣性接合層23配置多個第二半導體芯片12。即通過絕緣性接合層23把第二半導體芯片12的背面接合到半導體片21的芯片區(qū)域的中央部上。這時，半導體片21和第二半導體芯片12的對準是以該半導體片21上形成的搭載識別標記為基準進行的。該搭載識別標記是在基片加工的光刻工序中，對劃線區(qū)域進行統(tǒng)一刻膜而形成的。并且，第二半導體芯片12是使用了其厚度(包含金屬端子15的芯片的厚度)被磨削為比半導體片21的金屬端子14的高度還薄的芯片。
然后，如圖5(B)所示，通過鑄模裝置，澆鑄環(huán)氧等的密封樹脂16，使其覆蓋半導體片21的有源面(表面)、再布線層13、金屬端子14、第二半導體芯片12、再布線層18和金屬端子15。接著，用磨床19把該密封樹脂16磨削掉所希望的量。在此，所希望的量是指使金屬端子14、15的頭部(上部)露出的程度的磨削量。
并且，在磨削密封樹脂16時使用了磨床19，但是并不局限于此，也能通過其他的方法進行磨削。例如，能使用對晶片的整個表面上進行統(tǒng)一的機械磨削的方式、基于使用了氧和CF4或NF3或它們的混合氣體的干蝕刻機的蝕刻。
接著，如圖5(C)所示，在金屬端子14、15的露出部分涂抹了焊劑(圖中未顯示)后，用自動搭載機在必要的金屬端子14、15上搭載焊錫球。接著，在金屬端子14、15和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在金屬端子14、15上熔敷了焊錫球，形成有安裝用外部端子17。
并且，與實施例1同樣，成為安裝用外部端子17的焊錫球最好使用BGA用的材料。另外，能按照用途，適當選擇安裝用外部端子17的尺寸。焊錫成分能使用包含Ag/Sn類和Cu和Bi的無Pb材料。另外，安裝用外部端子17并不局限于焊錫球，如果不搭載焊錫球，也能使用通過印刷法、電鍍法和金屬流法形成的安裝用外部端子。
然后，如圖5(D)所示，使用分割鋸或激光切斷樹脂16和半導體片21，使其變?yōu)閱蝹€的在第一半導體芯片上層疊了第二半導體芯片的結構的CSP型半導體裝置。據(jù)此，把晶片分割為各芯片，在形態(tài)上成為第一半導體芯片11。這樣，就以疊層水平制造了無線的CSP型半導體裝置。
接著，把該CSP型半導體裝置安裝到便攜式儀器等的由聚酰亞胺構成的各種主插件板上。并且，最好在分割為單個的裝置之前或后工序中，檢查CSP型半導體裝置的電氣特性。
即使在所述實施例2中也能取得與實施例1同樣的效果。
另外，在實施例2中，在分割為第一半導體芯片11之前的半導體片21上層疊第二半導體芯片12，以疊層水平進行了統(tǒng)一樹脂密封后，在金屬端子14、15上設置安裝用外部端子17，然后，分割為單個的CSP水平。據(jù)此，因為在安裝工序中，半導體片21起到了實施例1中的支撐構件的作用，所以不再需要支撐構件，與實施例1相比，能削減包含接合層的材料和工序，能以薄膜化和更小型低成本，得到疊層水平的CSP型半導體裝置。
圖6是簡要表示本發(fā)明的實施例3的半導體裝置的剖視圖，對與圖1相同的部分采用了相同的符號。
在第一半導體芯片11的再布線層13上配置有由焊錫球構成的金屬端子24。因為此外的部分與圖1的結構相同，所以省略了說明。
圖7是局部放大了圖6所示的金屬端子區(qū)域的剖視圖，對與圖2相同的部分采用了相同的符號。
下面，就制造圖7所示的金屬端子的方法加以說明。圖8(A)～(E)是表示制造圖7所示的金屬端子的方法的剖視圖。
首先，如圖8(A)所示，準備半導體片21。在該半導體片21內部形成有MOS晶體管等半導體元件、與它電連接的各種金屬布線、層間絕緣膜等。接著，在各種金屬布線的一端形成電極取出用墊42。接著，在包含該墊42的整個面上，通過CVD法形成由氧化硅膜和氮化硅膜構成的最終保護絕緣層43。
接著，通過對該最終保護絕緣層43進行刻膜，在該最終保護絕緣層43上形成有位于電極取出用墊42上的開口部，通過該開口，露出該墊42的表面。
接著，如圖8(B)所示，在最終保護絕緣層43之上涂抹數(shù)十～100μm左右的聚酰亞胺層44。接著，通過對該聚酰亞胺層44進行刻膜，在聚酰亞胺層44上形成有位于電極取出用墊42的上方的開口部，通過該開口，露出該墊42的表面。
然后，如圖8(C)所示，通過濺射法，在開口部內和聚酰亞胺層44上形成由高熔點金屬構成的緊貼層45。接著，在該緊貼層45之上通過濺射法形成Cu板層46。接著，在Cu板層46之上通過選擇電鍍法形成厚度數(shù)μm～數(shù)十μm左右的Cu層。接著，以該Cu層為掩模，通過選擇蝕刻Cu板層46和緊貼層45，在聚酰亞胺層44之上隔著緊貼層45形成再布線層13，再布線層13的一端與電極取出用墊42電連接。
接著，如圖8(D)所示，在再布線層13的一端上涂抹了焊劑后，用自動搭載機在必要的再布線層13上搭載直徑300μm左右的由Pb/Sn構成的焊錫球。接著，對再布線層13和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在再布線層13上熔敷了焊錫球，形成有安裝用金屬端子24。
下面，就制造圖6所示的半導體裝置的方法加以說明。圖9(A)～(D)是表示制造圖6所示的半導體裝置的方法的剖視圖。
首先，如圖9(A)所示，在基片加工中，準備形成有再布線層13和金屬端子24的圖7所示半導體片21，準備第二半導體芯片12。在此，第二半導體芯片12是如圖2所示，把形成有金屬端子的半導體片切割，得到的各芯片。
接著，在半導體片21上通過熱壓接薄板等的絕緣性接合層23配置多個第二半導體芯片12。即通過絕緣性接合層23把第二半導體芯片12的背面接合到半導體片21的芯片區(qū)域的中央部上。這時，半導體片21和第二半導體芯片12的對準是以該半導體片21上形成的搭載識別標記為基準進行的。該搭載識別標記是在基片加工的光刻工序中，對劃線區(qū)域進行統(tǒng)一刻膜而形成的。
并且，在此，雖然在此使用了預先搭載了由焊錫球構成的金屬端子24的半導體片，但是并不局限于此，也可以準備未搭載金屬端子24的半導體片，在該半導體片上層疊配置有第二半導體芯片12后，在晶片的再布線層上搭載金屬端子用的焊錫球，通過熱處理使再布線層和焊錫球熔敷在一起。
然后，如圖9(B)所示，通過鑄模裝置，澆鑄環(huán)氧等的密封樹脂16，使其覆蓋半導體片21的有源面(表面)、再布線層13、金屬端子24、第二半導體芯片12、再布線層18和金屬端子15。接著，用磨床19把該密封樹脂16磨削掉所希望的量。在此，所希望的量是指使金屬端子24、15的頭部(上部)露出的程度的磨削量。通過用焊錫球形成金屬端子，在用磨床磨削樹脂時，能比較塊地磨削金屬端子，所以能降低對金屬端子的應力。
并且，雖然在磨削密封樹脂16時使用了磨床19，但是并不局限于此，也能通過其他的方法進行磨削。例如，能使用對晶片的整個表面上進行統(tǒng)一的機械磨削的方式、基于使用了氧和CF4或NF3或它們的混合氣體的干蝕刻機的蝕刻。
接著，如圖9(C)所示，在金屬端子24、15的露出部分涂抹了焊劑(圖中未顯示)后，用自動搭載機在必要的金屬端子24、15上搭載焊錫球。接著，在金屬端子24、15和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在金屬端子24、15上熔敷了焊錫球，形成有安裝用外部端子17。
并且，與實施例1同樣，成為安裝用外部端子17的焊錫球最好使用BGA用的材料。另外，能按照用途，適當選擇安裝用外部端子17的尺寸。焊錫成分能使用包含Ag/Sn類和Cu和Bi的無Pb材料、Cu、Ni、其他的高熔點金屬及其合金。另外，安裝用外部端子17并不局限于焊錫球，如果不搭載焊錫球，也能使用通過印刷法、電鍍法和金屬流法形成的安裝用外部端子。
然后，如圖9(D)所示，使用分割鋸或激光切斷樹脂16和半導體片21，使其變?yōu)閱蝹€的在第一半導體芯片上層疊了第二半導體芯片的結構的CSP型半導體裝置。據(jù)此，把晶片分割為各芯片，在形態(tài)上成為第一半導體芯片11。這樣，就以疊層水平制造了無線的CSP型半導體裝置。
即使在所述實施例3也能取得與實施例2同樣的效果。
另外，在實施例3中，用搭載了焊錫球的搭載金屬球形成金屬端子24，所以與通過電鍍形成金屬端子時相比，具有能以低成本、短工序形成大的金屬端子的優(yōu)點。因此，通過使用大的焊錫球形成高度高的金屬端子24，就沒有必要使第二半導體芯片12的厚度極端薄，在強度面上也能容易地加工第二半導體芯片12。
另外，在實施例3中，采用了用密封樹脂16包圍由搭載金屬球形成的球狀金屬端子24的周圍的結構。因此，當把該CSP型半導體裝置安裝在印刷電路板特別是撓性襯底上時，能增大對于加在金屬端子24上的應力的耐強度性。即從再布線層13提供金屬端子24和安裝用外部端子17的強度。因此，能降低金屬端子脫開等不良封裝的產(chǎn)生，能提高裝置的可靠性，并且能提高安裝成品率。
另外，因為在實施例3中，為在半導體芯片的再布線層上直接設置基于金屬球的外部端子的形態(tài)，所以能以低成本制造適于大量生產(chǎn)的CSP型半導體裝置。
圖10是簡要表示本發(fā)明的實施例4的半導體裝置的剖視圖，對與圖6相同的部分采用了相同的符號。
在第二半導體芯片12的再布線層18上配置有由焊錫球構成的金屬端子25。此外的部分與圖6中的結構同樣，所以省略了說明。
下面，就圖10所示的半導體裝置的制造方法加以說明。
首先，在基片加工中，準備形成有再布線層13和由直徑350μm的焊錫球構成的金屬端子24的圖7所示半導體片21，準備第二半導體芯片12。在此，第二半導體芯片12是把形成有由直徑150μm焊錫球構成的金屬端子25的半導體片切割，得到的各芯片。
接著，與實施例3同樣，在半導體片上通過熱壓接薄板等的絕緣性接合層23配置多個第二半導體芯片12。
并且，雖然在此使用了預先搭載了由焊錫球構成的金屬端子24的半導體片21和預先搭載了由焊錫球構成的金屬端子25的第二半導體芯片12，但是并不局限于此，也可以準備未搭載金屬端子24、25的半導體片和第二半導體芯片，在該半導體片上層疊配置有第二半導體芯片后，在晶片和第二半導體芯片各自的再布線層上搭載金屬端子用的焊錫球，通過熱處理使再布線層和焊錫球熔敷在一起。因此，能構筑靈活的工序流。
然后，通過鑄模裝置，澆鑄環(huán)氧等的密封樹脂16，使其覆蓋半導體片的有源面(表面)、再布線層13、金屬端子24、第二半導體芯片12、再布線層18和金屬端子25。接著，用磨床19把該密封樹脂16磨削掉所希望的量。在此，所希望的量是指使金屬端子24、25的頭部(上部)露出的程度的磨削量。
并且，在磨削密封樹脂16時使用了磨床19，但是并不局限于此，也能通過其他的方法進行磨削。
接著，在金屬端子24、25的露出部分涂抹了焊劑(圖中未顯示)后，用自動搭載機在必要的金屬端子24、25上搭載焊錫球。接著，在金屬端子24、25和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在金屬端子24、25上熔敷了焊錫球，形成有安裝用外部端子17。
并且，與實施例1同樣，成為安裝用外部端子17的焊錫球最好使用BGA用的材料。另外，能按照用途，適當選擇安裝用外部端子17的尺寸。焊錫成分能使用包含Ag/Sn類和Cu和Bi的無Pb材料、Cu、Ni、其他的高熔點金屬及其合金。另外，安裝用外部端子17并不局限于焊錫球，如果不搭載焊錫球，也能使用通過印刷法、電鍍法和金屬流法形成的安裝用外部端子。
然后，使用分割鋸或激光切斷樹脂16和半導體片21，使其變?yōu)閱蝹€的在第一半導體芯片上層疊了第二半導體芯片的結構的CSP型半導體裝置。據(jù)此，如圖10所示，把晶片分割為各芯片，在形態(tài)上成為第一半導體芯片11。這樣，就以疊層水平制造了無線的CSP型半導體裝置。
即使在所述實施例4中也能取得與實施例3同樣的效果，并且，金屬端子24、25都采用近似球的形狀，所以與實施例3相比，能降低在印刷電路板上安裝時的端子脫開等的發(fā)生。
另外，因為金屬端子24、25都是用焊錫球形成的，所以在形成金屬端子時，不再需要基于電鍍的厚Cu層的形成、帽層的形成以及光刻工序。據(jù)此，能提高生產(chǎn)能力、降低成本。
圖11是簡要表示本發(fā)明的實施例5的半導體裝置的剖視圖，對與圖10相同的部分采用了相同的符號。
在第一半導體芯片11的有源面(表面)的再布線層13上配置有安裝用外部端子26。在第二半導體芯片12的有源面(表面)的再布線層18上配置有比所述安裝用外部端子26的尺寸小的安裝用外部端子27。通過密封樹脂16覆蓋了第一半導體芯片11的表面、安裝用外部端子26的周圍、第二半導體芯片12和安裝用外部端子27的周圍。把安裝用外部端子26、27各自的頭部(上部)從密封樹脂16露出。因為此外的部分與圖11的結構同樣，所以省略了說明。
下面，就圖11所示的半導體裝置的制造方法加以說明。
首先，在基片加工中，準備形成有再布線層13的半導體片21，準備第二半導體芯片12。在此，第二半導體芯片12是形成有再布線層18的半導體片切割，得到的各芯片。
接著，在所述半導體片上通過熱壓接薄板等的絕緣性接合層23配置多個第二半導體芯片12。即通過絕緣性接合層23把第二半導體芯片12的背面接合到半導體片的芯片區(qū)域的中央部上。這時，半導體片和第二半導體芯片12的對準是以該半導體片上形成的搭載識別標記為基準進行的。該搭載識別標記是在基片加工的光刻工序中，對劃線區(qū)域進行統(tǒng)一刻膜而形成的。
接著，在再布線層13、18之上回轉涂抹了或噴涂了焊劑(圖中未顯示)后，用自動搭載機在必要的再布線層13、18上搭載焊錫球。這時搭載的焊錫球的大小最好為在半導體片的再布線層13上為直徑250μm～350μm，在第二半導體芯片12的再布線層18上為直徑100μm～200μm。這樣做的理由是為了調整第二半導體芯片12的厚度。接著，在再布線層13、18和焊錫球上進行170～200℃左右的熱處理。據(jù)此，在再布線層13上熔敷了焊錫球，形成有金屬端子26，在再布線層18上熔敷了焊錫球，形成有金屬端子27。
然后，通過鑄模裝置，涂上所定的厚度的環(huán)氧等的密封樹脂16，使其覆蓋半導體片的有源面(表面)、再布線層13、金屬端子26、第二半導體芯片12、再布線層18和金屬端子27。接著，用等離子體裝置，對密封樹脂16進行蝕刻。據(jù)此，使外部端子26、27的表面從密封樹脂16露出。
進行電氣特性的檢查，進行零件編號的印刷。接著，使用分割鋸或激光切斷樹脂16和半導體片，使其變?yōu)閱蝹€的在第一半導體芯片上層疊了第二半導體芯片的結構的CSP型半導體裝置。據(jù)此，把晶片分割為各芯片，在形態(tài)上成為第一半導體芯片11。這樣，就以疊層水平制造了無線的CSP型半導體裝置。然后，在電子儀器等的印刷電路板上安裝了CSP型半導體裝置。
在所述的實施例5中也能取得與實施例4同樣的效果。
另外，在實施例5中，因為不需要象實施例1～4那樣，嚴密控制金屬端子的形成和密封樹脂的厚度，所以能簡化工序，從而能進一步提高生產(chǎn)能力和降低制造成本。
而且，在所述的實施例5中，不在晶片水平搭載成為外部端子的焊錫球，而是在元件形成工序(基片加工)的結束后在半導體片的第一半導體芯片區(qū)域的中央部上層疊第二半導體芯片12，然后搭載焊錫球，但是并不局限于此，也可以在元件形成工序中的晶片水平搭載成為外部端子的焊錫球，然后把分割的第二半導體芯片12層疊到應該成為第一半導體芯片11的晶片上，接著進行鑄型工序。
另外，本發(fā)明并不局限于實施例1～5，能進行各種變更后實施。例如，雖然，采用了在第一半導體芯片上層疊第二半導體芯片的二層芯片層疊結構，但是也可以采用三層以上的芯片層疊結構。另外，所述的CSP型半導體裝置也能適用于存儲器和邏輯等各種LSI。
另外，在以上所述實施例中，磨削密封樹脂，在分割前的工序中形成有安裝用外部端子，但是，也可以在分割后形成單個裝置后，再形成安裝用外部端子。
另外，雖然在所述實施例中，是通過磨床進行密封樹脂的除去，但是也可以通過其他的磨削裝置、研磨裝置或蝕刻來進行。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，因為使用了金屬端子，所以不需要使用接合線。因此，能以小型、高密度、低成本來提供可靠性高的疊層水平的半導體裝置及其制造方法。
權利要求
1.一種半導體裝置，在第一半導體芯片的表面上配置有第二半導體芯片，其特征在于具有形成在第一半導體芯片的表面上的電極取出用的第一金屬端子；形成在第二半導體芯片的表面上的電極取出用的第二金屬端子；密封了第一半導體芯片的表面上、第一金屬端子、第二半導體芯片和第二金屬端子的樹脂。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于還包含分別配置在所述第一金屬端子和第二金屬端子之上的安裝用外部端子。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體裝置，其特征在于所述第一金屬端子和第二金屬端子中至少一方的金屬端子用鍍膜形成。
4.根據(jù)權利要求1～3中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述第一金屬端子和第二金屬端子中至少一方的金屬端子用金屬球形成。
5.根據(jù)權利要求2～4中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述安裝用外部端子用金屬球形成。
6.根據(jù)權利要求1～5中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述第一金屬端子通過再布線層與形成在第一半導體芯片內的墊相連接；所述第二金屬端子通過再布線層與形成在第二半導體芯片內的墊相連接。
7.一種半導體裝置，在半導體芯片的表面上層疊配置有多個半導體芯片，其特征在于具有形成在半導體芯片的各表面上的電極取出用的金屬端子；密封了半導體芯片的表面上和金屬端子的樹脂。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體裝置，其特征在于還包含配置在所述金屬端子上的安裝用外部端子。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬端子中的至少一個用鍍膜形成。
10.根據(jù)權利要求7～9中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬端子中的至少一個用金屬球形成。
11.根據(jù)權利要求8～10中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述安裝用外部端子用金屬球形成。
12.根據(jù)權利要求7～11中任意一項所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬端子通過再布線層與形成在半導體芯片內的墊相連接。
13.一種半導體裝置，在第一半導體芯片的表面上配置有第二半導體芯片，其特征在于具有形成在第一半導體芯片的表面上的第一安裝用外部端子；形成在第二半導體芯片的表面上的第二安裝用外部端子；密封了第一半導體芯片的表面上、第一安裝用外部端子、第二半導體芯片和第二安裝用外部端子的樹脂；所述第一安裝用外部端子和第二安裝用外部端子各自的表面從樹脂中露出。
14.根據(jù)權利要求13所述的半導體裝置，其特征在于所述第一安裝用外部端子和第二安裝用外部端子分別用金屬球形成。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的半導體裝置，其特征在于所述第一安裝用外部端子通過再布線層與形成在第一半導體芯片內的墊相連接，所述第二安裝用外部端子通過再布線層與形成在第二半導體芯片內的墊相連接。
16.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在表面上形成有電極取出用的第一金屬端子的第一半導體芯片和在表面上形成有電極取出用的第二金屬端子的第二半導體芯片；通過接合層在支撐襯底上配置第一半導體芯片的工序；通過接合層在第一半導體芯片的表面上配置第二半導體芯片的工序；通過樹脂來密封支撐襯底上、第一半導體芯片、第一金屬端子、第二半導體芯片和第二金屬端子的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面露出的工序。
17.根據(jù)權利要求16所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于還包含在所述露出的工序之后，在所述第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面上配置安裝用外部端子的工序。
18.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在多個芯片區(qū)域的各表面上形成有電極取出用的第一金屬端子的半導體片的工序；準備在表面上形成有電極取出用的第二金屬端子的半導體芯片的工序；通過接合層在所述半導體片的芯片區(qū)域上配置所述半導體芯片的工序；通過樹脂來密封半導體片上、第一金屬端子、半導體芯片和第二金屬端子的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面露出的工序。
19.根據(jù)權利要求18所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于還包含在所述露出的工序之后，在所述第一金屬端子和第二金屬端子各自的表面上配置安裝用外部端子的工序。
20.根據(jù)權利要求19所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于還包含在配置所述安裝用外部端子的工序之后，把半導體片分割為各個芯片的工序。
21.根據(jù)權利要求18～20中任意一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于準備所述半導體片的工序具有在半導體片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第一金屬端子的工序；準備所述半導體芯片的工序具有在半導體芯片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第二金屬端子的工序。
22.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于具有準備在多個芯片區(qū)域的各表面上配置了電極取出用的第一金屬球的半導體片的工序；準備在表面上配置了電極取出用的第二金屬球的半導體芯片的工序；通過接合層在所述半導體片的芯片區(qū)域上配置所述半導體芯片的工序；通過樹脂來密封半導體片上、第一金屬球、半導體芯片和第二金屬球的工序；通過除去所希望的量的該樹脂，使第一金屬球和第二金屬球各自的表面露出的工序。
23.根據(jù)權利要求22所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于還包含在所述露出的工序之后，把半導體片分割為各個芯片的工序。
24.根據(jù)權利要求22或23所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于準備所述半導體片的工序具有在半導體片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上配置第一金屬球的工序；準備所述半導體芯片的工序具有在半導體芯片內形成墊，在該墊上形成再布線層，在該再布線層上形成第二金屬球的工序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型、高密度、低成本、可靠性高的疊層水平的半導體裝置及其制造方法。該半導體裝置在第一半導體芯片(11)的表面上配置有第二半導體芯片(12)，它具有在第一半導體芯片的表面上配置有電極取出用的金屬端子(14)；形成在第二半導體芯片的表面上的電極取出用的金屬端子(15)；密封了第一半導體芯片(11)的表面上、金屬端子(14)、第二半導體芯片(12)和金屬端子(15)的樹脂。
文檔編號H01L23/31GK1402348SQ0212739
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月5日 優(yōu)先權日2001年8月3日
發(fā)明者兩角幸男 申請人:精工愛普生株式會社