專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法以及半導(dǎo)體芯片和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體芯片、制造半導(dǎo)體器件的方法，以及電子設(shè)備，并尤其涉及適于倒裝片安裝(flip-chip mounting)技術(shù)的半導(dǎo)體芯片。
本發(fā)明要求在2003年12月5日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2003-407386和在2004年10月20日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-305519的優(yōu)先權(quán)，它們?cè)诖吮灰胱鳛閰⒖肌?br> 背景技術(shù)：
目前，強(qiáng)烈地要求減小移動(dòng)電子設(shè)備，諸如移動(dòng)電話(huà)和筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)，的尺寸、寬度和重量，以及制造成本。為了滿(mǎn)足這種要求，已經(jīng)考慮在各種電子設(shè)備中使用的半導(dǎo)體芯片的高度集成，并且已經(jīng)研究和開(kāi)發(fā)了各種半導(dǎo)體安裝技術(shù)。
作為一種用于安裝有效的、且能夠利用樹(shù)脂來(lái)可靠地模壓的半導(dǎo)體芯片的技術(shù)，提出了倒裝片安裝技術(shù)，如例如在日本未審查的專(zhuān)利申請(qǐng)、第一公開(kāi)No.2000-286299中所公開(kāi)的。在該方法中，由鎳和金組成的凸起被設(shè)置在半導(dǎo)體芯片上，并且該半導(dǎo)體芯片和布線(xiàn)板通過(guò)各向異性的導(dǎo)電樹(shù)脂層被電連接。
然而，該技術(shù)有個(gè)問(wèn)題。為了確保與布線(xiàn)板的良好電連接，各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層中包含的導(dǎo)電微粒需要滲入到形成被設(shè)置在半導(dǎo)體芯片上的凸起的表面的金層中。因而，由于需要形成具有足夠厚度的金層，因此不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的成本降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述缺點(diǎn)，構(gòu)思了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種高度可靠的半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體器件和該半導(dǎo)體芯片能夠以較低的成本來(lái)制造，并且能夠確保良好的電連接；提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法；以及提供一種具有該半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體芯片，其包括襯底、外部連接電極以及凸起，其中該凸起具有第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，并且該第二導(dǎo)電層由銅組成；布線(xiàn)板，其具有焊接區(qū)；以及絕緣材料，該絕緣材料中散布有導(dǎo)電微粒，其中導(dǎo)電微粒在凸起和焊接區(qū)之間連接，其中通過(guò)已經(jīng)滲入到第二導(dǎo)電層和焊接區(qū)的導(dǎo)電微粒來(lái)建立電連接。
在上述的半導(dǎo)體器件中，因?yàn)閷?dǎo)電微粒滲入到第二導(dǎo)電層中的銅中，而不是導(dǎo)電微粒僅僅與第二導(dǎo)電層接觸，因此保證了大的接觸面積，并且可以提供低電阻電連接。此外，第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電微粒之間的電連接變得可以抵抗由溫度變化或振動(dòng)等造成的絕緣材料的膨脹和收縮。從而，能夠以較低成本提供具有可靠的電連接的半導(dǎo)體器件。此外，在該半導(dǎo)體器件中，因?yàn)閷?dǎo)電微粒被安全地夾在凸起的表層中的銅和布線(xiàn)板上的焊接區(qū)中間，因此保證了穩(wěn)定的電連接。因此，能夠以較低成本提供具有可靠的電連接的半導(dǎo)體器件。
在上述半導(dǎo)體器件中，第二導(dǎo)電層的厚度優(yōu)選地被選擇成，使得導(dǎo)電微粒滲入該第二導(dǎo)電層的深度足以建立電連接。例如，第二導(dǎo)電層的厚度可以被選擇成，使得導(dǎo)電微粒滲入該第二導(dǎo)電層的深度為該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的四分之一或更多。半導(dǎo)體芯片上的凸起和布線(xiàn)板上的焊接區(qū)一般具有不規(guī)則表面，而非平滑表面。如果導(dǎo)電例子滲入第二導(dǎo)電層的深度小于該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的四分之一，則由于不規(guī)則性的分布將造成接觸面積較小，將不能建立良好的電連接。相反，如果導(dǎo)電微粒滲入第二導(dǎo)電層的深度為該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的四分之一或更多，則保證了大接觸面積，并且減輕了不規(guī)則性的效應(yīng)。因此，可以與布線(xiàn)板上的焊接區(qū)建立良好的電連接，并提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。
在上述半導(dǎo)體器件中，第二導(dǎo)電層的厚度可以被選擇成，使得導(dǎo)電微粒滲入第二導(dǎo)電層的深度為該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的二分之一或更多，以致凸起和焊接區(qū)直接接觸。因?yàn)閷?dǎo)電微粒被安全地夾在第二導(dǎo)電層和布線(xiàn)板上的焊接區(qū)中間，因此保證了穩(wěn)定的電連接。因而，可以建立良好的電連接，并且提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。
在上述半導(dǎo)體器件中，可以將催化劑布置在第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間。在某些情況下，其中某種材料組合被用于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，則不能在該第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間獲得緊密的粘著。在某些情況下，諸如第二導(dǎo)電層脫落的問(wèn)題可能會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間設(shè)置催化劑時(shí)，有可能通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇催化劑來(lái)提高第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的粘著。
上述的半導(dǎo)體器件可以進(jìn)一步包括鈍化膜，該鈍化膜被形成在襯底上，并且具有在外部連接電極中的開(kāi)口。第一導(dǎo)電層可以被形成在該開(kāi)口內(nèi)，并且該第一導(dǎo)電層的厚度等于或小于該鈍化膜的厚度。換句話(huà)說(shuō)，第一導(dǎo)電層可以?xún)H被形成在處于鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)。如果由硬材料組成的第一導(dǎo)電層也被形成在鈍化膜上，則當(dāng)通過(guò)向半導(dǎo)體芯片施加壓力來(lái)將半導(dǎo)體芯片安裝到布線(xiàn)板上時(shí)，由于集中在鈍化膜上的應(yīng)力，使得該鈍化膜將破裂。相反，如果第一導(dǎo)電層僅被形成在處于鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)，則只有由銅組成的第二導(dǎo)電層被設(shè)置在鈍化膜上。因而，當(dāng)通過(guò)向半導(dǎo)體芯片施加壓力來(lái)將半導(dǎo)體芯片安裝到布線(xiàn)板上時(shí)，銅的撓性能夠幫助減輕強(qiáng)加于鈍化膜上的應(yīng)力。因此，可以防止諸如鈍化膜破裂的損壞，并且可以實(shí)現(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體芯片。
在上述半導(dǎo)體器件中，第一導(dǎo)電層可以由具有和導(dǎo)電微粒相同的硬度或比導(dǎo)電微粒更高的硬度的材料組成。此外，導(dǎo)電微?？梢园哂斜冉M成第二導(dǎo)電層的銅更高的硬度的材料組成。在該布置中，因?yàn)閷?dǎo)電微粒不滲入到第一導(dǎo)電層中，而是滲入到第二導(dǎo)電層中，因此防止了導(dǎo)電微粒完全被埋入凸起中。因此，提高了電連接的可靠性。
本發(fā)明針對(duì)一種半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片包括襯底；外部連接電極，其被形成在該襯底上；凸起，其電連接到該外部連接電極，并且包括第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層由銅組成；以及鈍化膜，其具有在該外部連接電極上的開(kāi)口，其中第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)的外部連接電極的正面接觸，并且不接觸該鈍化膜的正面。
如果由例如鎳的硬材料組成第一導(dǎo)電層也被形成在鈍化膜上，則當(dāng)通過(guò)向半導(dǎo)體芯片施加壓力來(lái)將半導(dǎo)體芯片安裝到布線(xiàn)板上時(shí)，由于集中在鈍化膜上的應(yīng)力，使得該鈍化膜將破裂。相反，如果第一導(dǎo)電層僅被形成在處于鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)，因而該第一導(dǎo)電層不和鈍化膜的正面接觸，則只有由銅組成的第二導(dǎo)電層被設(shè)置在鈍化膜上。因而，當(dāng)通過(guò)向半導(dǎo)體芯片施加壓力來(lái)將半導(dǎo)體芯片安裝到布線(xiàn)板上時(shí)，銅的撓性能夠幫助減輕強(qiáng)加于鈍化膜上的應(yīng)力。因此，可以防止諸如鈍化膜破裂的損壞，并且可以實(shí)現(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體芯片。
在上述半導(dǎo)體芯片中，可以將催化劑布置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間。該催化劑能夠提高第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的粘著。例如，可以將鈀用作催化劑。
在上述半導(dǎo)體芯片中，被設(shè)置在鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)的外部連接電極的厚度可以是0.2μm或更厚。具有足夠厚度的外部連接電極能夠減小在粘結(jié)期間對(duì)位于該外部連接電極下面的襯底的損壞。
在上述半導(dǎo)體芯片中，可以將比第一導(dǎo)電層軟的第三導(dǎo)電層設(shè)置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間。該第三導(dǎo)電層可以減小在粘結(jié)期間對(duì)位于外部連接電極下面的襯底的損壞。
本發(fā)明針對(duì)一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括具有凸起的半導(dǎo)體芯片和具有焊接區(qū)的布線(xiàn)板，該凸起包括第一導(dǎo)電層，該方法包括以下步驟在第一導(dǎo)電層上設(shè)置由銅組成的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層形成凸起的一部分；將其中散布有導(dǎo)電微粒的絕緣材料布置在具有第二導(dǎo)電層的凸起和焊接區(qū)之間；以及將凸起壓在焊接區(qū)上，使得導(dǎo)電微粒滲入到第二導(dǎo)電層和該焊接區(qū)中，以便在該凸起和該焊接區(qū)之間建立電連接。
在通過(guò)上述制造方法制造的半導(dǎo)體器件中，因?yàn)閷?dǎo)電微粒被安全地夾在布線(xiàn)板上的焊接區(qū)和凸起的表層中的銅中間，因此可以保持穩(wěn)定的電連接。因而，根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法，可以以較低成本提供具有可靠的電連接的半導(dǎo)體芯片。
上述的制造半導(dǎo)體器件的方法可以進(jìn)一步包括步驟將催化劑布置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇催化劑，來(lái)提高第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的粘著。
在上述的制造半導(dǎo)體器件的方法，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層至少之一可以利用化學(xué)沉積來(lái)形成。因?yàn)橛锌赡芾没瘜W(xué)沉積來(lái)形成高度變化較小的凸起，因此可以以較低成本提供高度可靠的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備包括上述的、能夠以較低成本提供高度可靠電子器件的半導(dǎo)體器件。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的橫截面示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面示意圖；圖3A至3F為圖2中所示的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一個(gè)例子的橫截面示意圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的橫截面示意圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的橫截面示意圖；以及圖6所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子設(shè)備的透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施例。應(yīng)該注意，這些實(shí)施例不限制在權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍。同樣，并非實(shí)施例中的所有元件都是對(duì)權(quán)利要求中定義的主題所必不可少的。
第一實(shí)施例圖2為圖解說(shuō)明了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面示意圖。
半導(dǎo)體器件2包括半導(dǎo)體芯片1；布線(xiàn)板(wiring board)20，其配備有多個(gè)焊接區(qū)(land)21；以及各向異性的導(dǎo)電樹(shù)脂層31，其中散布有導(dǎo)電微粒30。
圖1為圖解說(shuō)明了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的橫截面示意圖。
半導(dǎo)體芯片1包括多個(gè)外部連接電極11，其被設(shè)置在由例如硅組成的襯底10的一側(cè)上；以及凸起(bump)40，其具有堆疊在一起的第一導(dǎo)電層13和第二導(dǎo)電層15。第一導(dǎo)電層13由例如鎳組成，并且具有從10μm至25μm范圍內(nèi)的厚度，優(yōu)選地為大約15μm。第二導(dǎo)電層15由銅組成，并具有大約5μm的厚度。外部連接電極11是電連接到已經(jīng)被形成在襯底10上或襯底10中的集成電路(未顯示)的電極，并且由鋁或銅組成。
此外，在上面布置有外部連接電極11的襯底10一側(cè)上，形成了由氧化硅組成的鈍化膜。在鈍化膜中設(shè)置開(kāi)口12a，從而使外部連接電極11的一部分暴露。這樣限定開(kāi)口12a，使得外部連接電極11的中心被暴露。在該情況下，外部連接電極11的邊緣被鈍化膜的一部分覆蓋。換句話(huà)說(shuō)，在上面布置有外部連接電極11的襯底10一側(cè)上，外部連接電極11的至少一部分被暴露，并且該外部連接電極11的其余部分被鈍化膜12覆蓋。
由例如鈀組成的催化劑被布置在第一導(dǎo)電層13與第二導(dǎo)電層15之間。該催化劑有助于增強(qiáng)由鎳組成的第一導(dǎo)電層13和由銅組成的第二導(dǎo)電層15之間的粘著，以便提高互連的可靠性。
布線(xiàn)板20可以是，但不限于，由例如聚酰亞胺樹(shù)脂、聚酯膜等組成的撓性襯底。布線(xiàn)板20可以是剛性襯底，例如玻璃鋼板襯底或陶瓷襯底。焊接區(qū)21是導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層可以由例如銅組成，或者可以由具有比銅更低的電阻率的銀組成。
各向異性的導(dǎo)電樹(shù)脂層31由熱固樹(shù)脂，例如環(huán)氧樹(shù)脂，組成，并且被夾在上面布置有凸起40的半導(dǎo)體芯片1一側(cè)和上面布置有焊接區(qū)21的布線(xiàn)板20一側(cè)的中間，以便密封并粘結(jié)半導(dǎo)體芯片1和布線(xiàn)板20。導(dǎo)電微粒30由具有比組成第二導(dǎo)電層15的銅更高的硬度的材料，諸如鎳，組成。導(dǎo)電微粒30具有從0.2μm至5μm范圍內(nèi)的微粒尺寸，優(yōu)選地具有大約4μm的微粒尺寸。當(dāng)在此使用，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電微粒的微粒尺寸”指的是導(dǎo)電微粒的微粒尺寸。
作為凸起40的最外層的第二導(dǎo)電層15與焊接區(qū)21接觸。夾在第二導(dǎo)電層15和焊接區(qū)21中間的導(dǎo)電微粒30滲入第二導(dǎo)電層15和焊接區(qū)21。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)導(dǎo)電微粒30被夾在凸起40和焊接區(qū)21中間時(shí)，因?yàn)殒嚤茹~硬，因此由鎳組成的導(dǎo)電微粒30滲入到由銅組成的第二導(dǎo)電層15中，并被第二導(dǎo)電層15俘獲。這樣選擇第二導(dǎo)電層15的厚度，使得導(dǎo)電微粒30滲入到第二導(dǎo)電層15，以建立電連接。導(dǎo)電微粒滲入到第二導(dǎo)電層15的深度被設(shè)置為大約5μm，因此滲入深度至少為導(dǎo)電微粒30的微粒尺寸的四分之一或更多，在該實(shí)施例中滲入深度為1μm或更大。當(dāng)在此使用，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電微粒的滲入深度”指的是導(dǎo)電微粒滲入到第二導(dǎo)電層中的平均距離。如果導(dǎo)電微粒30被夾在凸起40和焊接區(qū)21中間，同時(shí)凸起40和焊接區(qū)21直接接觸，則有可能使導(dǎo)電微粒30滲入到第二導(dǎo)電層15中，且滲入深度為導(dǎo)電微粒30的微粒尺寸的二分之一或更多，在該實(shí)施例該滲入深度中為2μm或更大。因此，凸起40和焊接區(qū)21通過(guò)導(dǎo)電微粒30電連接。
應(yīng)該注意，第一導(dǎo)電層13可以由和導(dǎo)電微粒30一樣硬的材料組成，乃至可以具有比導(dǎo)電微粒更高的硬度。這樣防止導(dǎo)電微粒30完全埋入凸起40中，并且提高了電連接的可靠性。
如下，將說(shuō)明圖2所示的半導(dǎo)體器件2的制造過(guò)程。圖3A至3F為半導(dǎo)體器件2的制造過(guò)程的橫截面示意圖。在附圖中，只顯示了與本發(fā)明相關(guān)的元件。
如圖3A所示，設(shè)置由硅等組成的襯底10，在該襯底10上已經(jīng)形成了集成電路(未顯示)。襯底10包括多個(gè)外部連接電極11。外部連接電極11是電連接到已經(jīng)被形成在襯底10上的集成電路(未顯示)的電極，并且由鋁或銅等組成。
接下來(lái)，將鈍化膜12沉積在上面設(shè)置有外部連接電極的襯底10一側(cè)上。鈍化膜12由例如這樣的薄膜組成，該薄膜由作為襯底10(SiO2或SiN)的材料的氧化硅或氮化硅、聚酰亞胺樹(shù)脂等組成。
接下來(lái)，將說(shuō)明在每一個(gè)外部連接電極11上形成凸起的步驟。如圖3B所示，當(dāng)外部連接電極11由鋁組成時(shí)，該外部連接電極11受到鋅酸鹽處理，以電解方式用鋅代替表面上的鋁，以形成由鋅組成的金屬涂層(未顯示)。然后，將第一導(dǎo)電層13形成在外部連接電極11上。該第一導(dǎo)電層13由例如鎳組成，并且可以利用化學(xué)沉積來(lái)形成。換句話(huà)說(shuō)，把已經(jīng)受到鋅酸鹽處理的外部連接電極11浸入化學(xué)鍍鎳溶液中，從而鎳被沉淀。第一導(dǎo)電層13的厚度為，例如從大約10μm至大約25μm，選地為大約15μm。在該實(shí)施例中，設(shè)置蘑菇形凸起，并且在沒(méi)有使用模板的情況下形成導(dǎo)電層。然而，應(yīng)該注意，可以使用具有抗蝕層(resist layer)的模板來(lái)形成直壁型凸起。
接下來(lái)，將催化劑布置在第一導(dǎo)電層13上。例如，該催化劑可以是鈀。為了布置鈀，可以采用敏化激活方法或催化加速劑方法。
接下來(lái)，如圖3C所示，形成第二導(dǎo)電層15。第二導(dǎo)電層15由例如銅組成，并且可以利用化學(xué)沉積來(lái)形成。特別是，把第一導(dǎo)電層13浸入銅電鍍液中。位于第一導(dǎo)電層13上的鈀起催化劑的作用，銅被沉淀。第二導(dǎo)電層15的厚度優(yōu)選地為大約5μm。催化劑可以改善第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的粘著。
在上述的步驟中，在每一個(gè)外部連接電極11上都形成包括第一導(dǎo)電層13和第二導(dǎo)電層15的凸起，并且因此制造半導(dǎo)體芯片1。
接下來(lái)，如圖3D所示，設(shè)置布線(xiàn)板20，并且將多個(gè)焊接區(qū)21設(shè)置在該布線(xiàn)板20的一個(gè)表面上。將各向異性的導(dǎo)電樹(shù)脂層31布置在上面已經(jīng)布置有焊接區(qū)21的布線(xiàn)板20一面上。布線(xiàn)板20可以是，但不限于，由例如聚酰亞胺樹(shù)脂、聚酯膜等組成的撓性襯底。布線(xiàn)板20可以是剛性襯底，例如玻璃鋼板襯底或陶瓷襯底。焊接區(qū)21是導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層可以由例如銅組成，或者可以由具有比銅更低的電阻率的銀組成。
各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31由糊狀的環(huán)氧樹(shù)脂，例如熱固樹(shù)脂，組成，并且具有粘附特性。利用絲網(wǎng)印刷或分配方法，將各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31設(shè)置在布線(xiàn)板20上。應(yīng)該注意，可以通過(guò)將樹(shù)脂膜涂敷在布線(xiàn)板20上，來(lái)形成各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31。在各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31中，散布有多個(gè)導(dǎo)電微粒。
然后，如圖3E所示，使圖3C中所示的半導(dǎo)體芯片1倒置，并將半導(dǎo)體芯片1放置成與配備有各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31的布線(xiàn)板20相對(duì)。特別是，將凸起40放置成與要與之建立電連接的布線(xiàn)板20上的焊接區(qū)21相對(duì)，并且借助于各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層的粘附特性將半導(dǎo)體芯片1臨時(shí)粘附到各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層上。把具有增壓平面(flatpressurizing surface)的熱壓工具50加熱到各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31的硬化溫度(curing temperature)。當(dāng)與布線(xiàn)板20平行地放置熱壓工具50的增壓平面時(shí)，壓力被施加到該增壓平面上，從而半導(dǎo)體芯片1被壓在布線(xiàn)板20上。
結(jié)果，如圖3F所示，各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂31被凸起40替代，直到該凸起40接觸被設(shè)置在布線(xiàn)板20上的焊接區(qū)21為止。各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31中包含的導(dǎo)電微粒30被夾在作為凸起40的最外層的第二導(dǎo)電層15和焊接區(qū)21中間。因?yàn)閷?dǎo)電微粒30的硬度比由銅組成的第二導(dǎo)電層15的硬度大，因此導(dǎo)電微粒30滲入到第二導(dǎo)電層15。導(dǎo)電微粒30滲入第二導(dǎo)電層15的深度被設(shè)置為，至少是導(dǎo)電微粒30的微粒尺寸的四分之一或更多，例如大約1μm的滲入深度。如果導(dǎo)電微粒30被夾在凸起40和焊接區(qū)21中間，同時(shí)凸起40和焊接區(qū)21直接接觸，則有可能使導(dǎo)電微粒30滲入到第二導(dǎo)電層15中，并且滲入深度為導(dǎo)電微粒30的微粒尺寸的二分之一或更多，在該實(shí)施例該滲入深度中為2μm或更大。同時(shí)，導(dǎo)電微粒30滲入到由銅或銀組成的焊接區(qū)21中。結(jié)果，有可能在凸起40和焊接區(qū)21之間建立電連接，該電連接具有低接觸電阻，且高度可靠，并且能夠抵抗由于溫度變化或振動(dòng)造成的膨脹或收縮。
應(yīng)該注意，在該實(shí)施例中，當(dāng)把半導(dǎo)體芯片1垂直地壓在布線(xiàn)板20上，并且施加壓力時(shí)，可能施加由超聲震動(dòng)產(chǎn)生的微小振動(dòng)。這使得導(dǎo)電微粒30能夠容易地切入由銅組成的第二導(dǎo)電層15和在焊接區(qū)21的表面上形成的氧化膜中，確保了更好的電連接。
然后，使各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂層31熱硬化(thermo-cured)，同時(shí)保持凸起40與焊接區(qū)21之間的電連接，以密封并粘結(jié)半導(dǎo)體芯片1和布線(xiàn)板20。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，因?yàn)閷?dǎo)電微粒30滲入由銅組成的第二導(dǎo)電層15和布置在布線(xiàn)板20上的焊接區(qū)21，因此接觸面積增大了，這提供了低電阻電連接。此外，因?yàn)閷?dǎo)電微粒30被夾在凸起40和布線(xiàn)板20上布置的焊接區(qū)21中間，因此互連變得可以抵抗由于溫度變化或振動(dòng)等造成的絕緣材料的膨脹和收縮。因此，可以以較低的成本提供具有良好的電連接的半導(dǎo)體芯片。此外，因?yàn)榭梢岳没瘜W(xué)沉積來(lái)形成凸起40，因此可以制造高度變化較小的凸起。
第二實(shí)施例接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片的第二實(shí)施例。圖4為圖解說(shuō)明了半導(dǎo)體芯片的第二實(shí)施例的橫截面示意圖，該第二實(shí)施例與圖1所示的第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)。第二實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片3包括凸起40，該凸起40包括第一導(dǎo)電層13和第二導(dǎo)電層15，并且在被布置在由硅組成的襯底10的一側(cè)上的多個(gè)外部連接電極11的每一個(gè)上都設(shè)置凸起40。該第二實(shí)施例不同于第一實(shí)施例之處在于，第一導(dǎo)電層13被設(shè)置在處于鈍化膜12中的開(kāi)口12a內(nèi)，并且該第一導(dǎo)電層13的厚度等于或小于鈍化膜12的厚度。換句話(huà)說(shuō)，只在鈍化膜12的開(kāi)口12a內(nèi)設(shè)置第一導(dǎo)電層13。第一導(dǎo)電層13與鈍化膜12的開(kāi)口12a內(nèi)的外部連接電極11的正面11F接觸，并且不接觸鈍化膜的正面。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示圖1中所示的對(duì)應(yīng)元件，并且將省略對(duì)它們的說(shuō)明。
鈍化膜12是由例如氧化硅組成的膜，并且具有從1μm至3μm范圍內(nèi)的厚度，優(yōu)選地為大約1.5μm厚。第一導(dǎo)電層13由例如鎳組成，并且電連接到外路連接電極11。第一導(dǎo)電層13的厚度可以是等于或小于鈍化膜12的厚度的任何值。第一導(dǎo)電層13的厚度優(yōu)選地等于鈍化膜的厚度，即大約1.5μm，從而第一導(dǎo)電層13和圍繞該第一導(dǎo)電層13的鈍化膜12處于同一平面內(nèi)。
根據(jù)該實(shí)施例，因?yàn)樵阝g化膜12的正面12F上只形成由銅組成的第二導(dǎo)電層15，因此當(dāng)通過(guò)向半導(dǎo)體芯片3施加壓力來(lái)把半導(dǎo)體芯片3安裝到布線(xiàn)板20上時(shí)，施加于鈍化膜12上的應(yīng)力通過(guò)銅的撓性而得以減輕。因此，可以防止諸如鈍化膜12破裂的損壞，并且可以實(shí)現(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體芯片。
此外，在該實(shí)施例中，由例如鈀組成的催化劑(未顯示)被布置在第一導(dǎo)電層13和第二導(dǎo)電層15之間。該催化劑能夠增強(qiáng)由鎳組成的第一導(dǎo)電層13與由銅組成的第二導(dǎo)電層15之間的粘著。
第三實(shí)施例圖5為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。如圖5所示，可以將比第一導(dǎo)電層13軟的第三導(dǎo)電層13’設(shè)置在第一導(dǎo)電層13和第二導(dǎo)電層15之間。在該實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層13由鎳(Ni)組成，第三導(dǎo)電層13’由比鎳軟的金屬金(Au)組成。第三導(dǎo)電層13’可以減小在粘結(jié)期間對(duì)位于外部連接電極11下面的襯底10的損壞(硅開(kāi)裂)。由金組成的第三導(dǎo)電層13’可以防止第一導(dǎo)電層13等的氧化。第三導(dǎo)電層13’也充當(dāng)上述實(shí)施例中的催化劑。
在上述的實(shí)施例中，被設(shè)置在鈍化膜12的開(kāi)口12a內(nèi)的外部連接電極11的厚度優(yōu)選地為0.2μm或更厚。因?yàn)橛射X(Al)組成的外部連接電極11具有足夠的厚度，因此可以減小在粘結(jié)期間對(duì)位于外部連接電極11下面的襯底10的損壞(硅開(kāi)裂)。
在圖6中，便攜式電話(huà)100被顯示為具有根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的例子。圖2所示的半導(dǎo)體器件被安裝在這種電子設(shè)備的外殼中。
電子設(shè)備不限于IC卡或便攜式電話(huà)，并且本發(fā)明可應(yīng)用于各種電子設(shè)備。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于各種各樣的電子設(shè)備，包括筆記本型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電子管理器、電子臺(tái)式計(jì)算器、液晶投影儀、打印機(jī)等。
雖然以上已經(jīng)描述和例舉了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，這些優(yōu)選實(shí)施例是本發(fā)明的例子，而不是限制性的。在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行添加、替代和其它的更改。因此，本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為是受上述的描述限制，而僅由附加權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片包括襯底；外部連接電極；以及凸起，其中該凸起具有第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，并且該第二導(dǎo)電層由銅組成；布線(xiàn)板，其具有焊接區(qū)；以及絕緣材料，該絕緣材料中散布有導(dǎo)電微粒，其中該導(dǎo)電微粒在所述凸起和所述焊接區(qū)之間連接，其中通過(guò)已經(jīng)滲入到第二導(dǎo)電層和焊接區(qū)中的導(dǎo)電微粒，來(lái)建立電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，選擇所述第二導(dǎo)電層的厚度，使得導(dǎo)電微粒滲入到該第二導(dǎo)電層中，以建立電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，選擇所述第二導(dǎo)電層的厚度，使得導(dǎo)電微粒滲入該第二導(dǎo)電層的深度是該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的四分之一或更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，選擇所述第二導(dǎo)電層的厚度，使得導(dǎo)電微粒滲入該第二導(dǎo)電層的深度是該導(dǎo)電微粒的微粒尺寸的二分之一或更多，以致所述凸起和所述焊接區(qū)直接接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，催化劑被布置在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括鈍化膜，該鈍化膜被形成在襯底上，并具有在外部連接電極中的開(kāi)口，其中所述第一導(dǎo)電層被形成在該開(kāi)口內(nèi)，并且該第一導(dǎo)電層的厚度等于或小于所述鈍化膜的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一導(dǎo)電層由具有和導(dǎo)電微粒相同的硬度或比導(dǎo)電微粒更高的硬度的材料組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電微粒包含具有比組成第二導(dǎo)電層的銅更高的硬度的材料。
9.一種半導(dǎo)體芯片，包括襯底；外部連接電極，其被形成在所述襯底上；凸起，其電連接到所述外部連接電極，并且包括第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層由銅組成；以及鈍化膜，其具有在所述外部連接電極上的開(kāi)口，其中所述第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)的外部連接電極的正面接觸，并且不和該鈍化膜的正面接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體芯片，其中，催化劑被布置在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體芯片，其中，在被設(shè)置在鈍化膜中的開(kāi)口內(nèi)的外部連接電極的厚度為0.2μm或更厚。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體芯片，其中，比所述第一導(dǎo)電層軟的第三導(dǎo)電層被設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間。
13.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括具有凸起的半導(dǎo)體芯片和具有焊接區(qū)的布線(xiàn)板，該凸起包括第一導(dǎo)電層，所述方法包括以下步驟在該第一導(dǎo)電層上設(shè)置由銅組成的第二導(dǎo)電層，其中該第二導(dǎo)電層形成凸起的一部分；將其中散布有導(dǎo)電微粒的絕緣材料布置在具有第二導(dǎo)電層的所述凸起和所述焊接區(qū)之間；以及將所述凸起壓在所述焊接區(qū)上，使得導(dǎo)電微粒滲入到所述第二導(dǎo)電層和所述焊接區(qū)中，以便在所述凸起和所述焊接區(qū)之間建立電連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其進(jìn)一步包括步驟將催化劑布置在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層至少之一是利用化學(xué)沉積形成的。
16.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片包括襯底、外部連接電極以及凸起，其中該凸起具有第一導(dǎo)電層和被設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層，并且該第二導(dǎo)電層由銅組成；布線(xiàn)板，其具有焊接區(qū)；以及絕緣材料，該絕緣材料中散布有導(dǎo)電微粒，其中該導(dǎo)電微粒在凸起和焊接區(qū)之間連接，其中通過(guò)已經(jīng)滲入到第二導(dǎo)電層和焊接區(qū)中的導(dǎo)電微粒來(lái)建立電連接。
文檔編號(hào)H01R11/01GK1645602SQ20041010000
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者今井英生 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社