專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)(KOKAI)出版物No.2002-368184中公開(kāi)了一種多芯片半導(dǎo)體器件，其中多個(gè)半導(dǎo)體芯片貼裝在引腳架的島上，每個(gè)半導(dǎo)體芯片通過(guò)導(dǎo)線與內(nèi)引腳接合，并且所貼裝的多個(gè)半導(dǎo)體芯片完全為樹(shù)脂模制。因?yàn)槎鄠€(gè)半導(dǎo)體芯片貼裝在一個(gè)引腳架上，導(dǎo)致引腳架很大，因此該半導(dǎo)體器件占據(jù)很大的貼裝(占用)面積。因?yàn)椴捎昧耸褂靡_架的導(dǎo)線接合，制造成本也很高。
在未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)(KOKAI)出版物No.2003-273321中公開(kāi)了一種具有很小貼裝面積的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件具有多個(gè)雙面基板，在各個(gè)基板上面貼裝有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片?；逋ㄟ^(guò)，例如熱壓進(jìn)行堆疊或者層疊。
在未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)(KOKAI)出版物No.2001-094046中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件具有貼裝在底板上表面中心上的兩個(gè)堆疊裸芯片。設(shè)置在各個(gè)裸芯片的上表面外圍區(qū)域的連接墊通過(guò)接合導(dǎo)線與設(shè)置在底板的上表面外圍的連接墊相連。為了能夠進(jìn)行下面裸芯片的導(dǎo)線接合，上面裸芯片的尺寸比下面裸芯片的尺寸小，以便下面裸芯片的上表面外圍露出，并且設(shè)置在上面裸芯片上的連接墊比設(shè)置在下面裸芯片上的連接墊位于更內(nèi)側(cè)。此外，因?yàn)樯厦媛阈酒膶?dǎo)線接合是在下面裸芯片的導(dǎo)線接合之后在底板的上表面上進(jìn)行，因此用于下面裸芯片的連接墊被設(shè)置在下面裸芯片的貼裝區(qū)域之外，并且用于上面裸芯片的連接墊被設(shè)置在其外側(cè)。
在上述未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)(KOKAI)出版物No.2003-273321中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件具有雙面板，通過(guò)使形成于各個(gè)雙面板上的導(dǎo)電連接端子聚合而將半導(dǎo)體芯片貼裝于所述雙面板上。對(duì)于該半導(dǎo)體器件，因?yàn)楦鱾€(gè)電路板厚而昂貴，因此整個(gè)半導(dǎo)體器件也厚而昂貴。另外，因?yàn)楦鱾€(gè)層被接合，因此根據(jù)環(huán)境變化，很難獲得強(qiáng)度可靠性。在未經(jīng)審查的日本專利申請(qǐng)(KOKAI)出版物No.2001-094946中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件中，因?yàn)橛糜谙旅媛阈酒倪B接墊設(shè)置在底板的上表面上，并且用于上面裸芯片的連接墊設(shè)置在其外側(cè)，因此，當(dāng)堆疊半導(dǎo)體芯片的數(shù)量增加時(shí)，底板上的墊板所占據(jù)的面積將變大。因此，整個(gè)半導(dǎo)體器件的面積將變大。此外，因?yàn)閷?dǎo)線長(zhǎng)度變長(zhǎng)，因此電阻值變大并且更不適用于高頻。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中貼裝面積很小并且連接單元中的強(qiáng)度可靠性得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的半導(dǎo)體器件包括具有多個(gè)用于外部連接的電極(14)的第一半導(dǎo)體元件(4)；設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件(4)外圍的絕緣元件(16)；設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件(4)和絕緣元件(16)上表面一側(cè)的上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)；設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件(4)和絕緣元件(16)下表面一側(cè)的下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)；和貼裝在上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)和下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)中至少一者上面的第二半導(dǎo)體元件(40，71，77)。
根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)方面的半導(dǎo)體器件制造方法包括通過(guò)分別進(jìn)行密封由底板(1)、絕緣元件(16)和上部絕緣膜(17)形成第一半導(dǎo)體元件(4)，其中各個(gè)半導(dǎo)體元件(4)包括多個(gè)用于外部連接的電極；在上部絕緣膜(17)上面形成上重新布線層(20)；在底板(1)下面形成下重新布線層(33)；在至少上重新布線層(20)或下重新布線層上面貼裝第二半導(dǎo)體元件(40)；和通過(guò)切斷底板(1)、絕緣元件(16)和上部絕緣膜(17)獲得多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件(4)和至少一個(gè)第二半導(dǎo)體元件(40)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖2是為制造圖1中所示半導(dǎo)體器件而最初準(zhǔn)備的部件的橫截面圖。
圖3是在圖2所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖4是在圖3所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖5是在圖4所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖6是在圖5所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖7是在圖6所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖8是在圖7所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖9是在圖8所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖10是在圖9所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖11是在圖10所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖12是在圖11所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖13是在圖12所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖14是在圖13所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖15是在圖14所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖16是在圖15所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖17是在圖16所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖18是在圖17所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖19是在圖18所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖21是一個(gè)制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖，用于說(shuō)明圖20中所示半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖22是在圖21所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖23是在圖22所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖24是在圖23所示步驟之后的制造步驟中半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖26是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
圖27是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
第一個(gè)實(shí)施例下面將參考圖1中橫截面圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括矩形形狀的底板1。底板1由，例如滲入玻璃纖維基底中的環(huán)氧基樹(shù)脂形成。由銅箔形成的上層布線2形成于底板1的上表面上，并且由銅箔形成的下層布線3形成于底板1的下表面上。上層布線2用作接地布線并且具有形成于基本上整個(gè)表面上的圖案。下層布線3用作電流源(電源)布線并且具有形成于基本上整個(gè)表面上的圖案。
半導(dǎo)體元件4設(shè)置在上層布線2上。更具體地說(shuō)，半導(dǎo)體元件4具有矩形外形并且具有一定程度上小于底板1的尺寸。半導(dǎo)體元件4的底面通過(guò)芯片接合(die-bonding)物質(zhì)形成的粘接層5被連接到上層布線2的上表面上。半導(dǎo)體元件4包括后面將要說(shuō)明的配線層、柱狀電極和密封膜，并且通常被稱為CSP(芯片級(jí)封裝)。因?yàn)榘雽?dǎo)體元件4通過(guò)在配線層、柱狀電極和密封膜形成于硅晶片上之后切割硅晶片獲得，因此半導(dǎo)體元件4也被稱為晶片級(jí)CSP(W-CSP)。
下面將詳細(xì)說(shuō)明半導(dǎo)體元件4的結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體元件4包括硅基板(半導(dǎo)體基板)6。硅基板6通過(guò)粘接層5被連接到底板1上。具有預(yù)定功能(例如，用作CPU)的集成電路(未示出)形成于硅基板6的上表面區(qū)域中。與該集成電路相連并且由鋁合金等形成的多個(gè)連接墊7形成于上表面的外圍。由二氧化硅等形成的絕緣膜8形成于除連接墊7的中心部分以外的硅基板6的上表面上。連接墊7的中心部分通過(guò)設(shè)置在絕緣膜8中的孔9露出。
由環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的保護(hù)膜(絕緣膜)10形成于絕緣膜8上面?？?1形成于保護(hù)膜10中與絕緣膜8中的孔9對(duì)應(yīng)(重疊)的區(qū)域中。由銅等形成的基底金屬層12設(shè)置在保護(hù)膜10的上表面上。由銅形成的配線層13分別設(shè)置在基底金屬層12的整個(gè)上表面上。基底金屬層12和堆疊的配線層13作為一個(gè)整體用作多層(兩層)配線層(重新布線層)。包括各自的基底金屬層12的各個(gè)配線層13的一個(gè)端部通過(guò)孔9和11與各個(gè)連接墊7相連。
由銅形成的柱狀電極(用于外部連接的電極)14設(shè)置在配線層13的連接墊的上表面上。各個(gè)柱狀電極14的高度為60至150μm。由環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的密封膜(絕緣膜)15設(shè)置在包括配線層13的保護(hù)膜10的上表面上，使得密封膜15的上表面與柱狀電極14的上表面齊平。
這樣，被稱為W-CSP的半導(dǎo)體元件4包括硅基板6、連接墊7、絕緣膜8、保護(hù)膜10、配線層13、柱狀電極14和密封膜15。
具有類似矩形框形狀的絕緣層16形成于包括上層布線2的底板1的上表面上以包圍半導(dǎo)體元件4的外圍。絕緣層16的上表面與半導(dǎo)體元件4的上表面基本上齊平。絕緣層16由，例如熱固性樹(shù)脂，或者包含分散于其中的增強(qiáng)劑如玻璃纖維或硅土填充劑的樹(shù)脂形成。
在半導(dǎo)體元件4和絕緣層16的上表面上設(shè)置有第一上部絕緣膜17，使得該上表面非常平坦。第一上部絕緣膜17由常用于，例如積層基板(build-up substrate)中的所謂積層材料形成，并且例如，由熱固性樹(shù)脂，如包含分散于其中的增強(qiáng)劑如纖維或填充劑的環(huán)氧樹(shù)脂或BT(馬來(lái)酰亞胺三嗪)樹(shù)脂等形成。纖維可以為玻璃纖維或芳香尼龍纖維等。填充劑可以為硅土填充劑或陶瓷填充劑等。
孔18分別形成于第一上部絕緣膜17中和柱狀電極14的中心部分上。由銅等形成的第一上部基底金屬層19形成于第一上部絕緣膜17的上表面上。由銅形成的第一上部配線層20分別設(shè)置在第一上部基底金屬層19的整個(gè)上表面上。第一上部基底金屬層19和堆疊的第一上部配線層20作為一個(gè)整體用作多層(兩層)配線層(重新布線層)。各個(gè)第一上部基底金屬層19和第一上部配線層20的一個(gè)端部通過(guò)形成于第一上部絕緣膜17中的各個(gè)孔18與各個(gè)柱狀電極14的上表面相連。
由與第一上部絕緣膜17相同材料形成的第二上部絕緣膜21設(shè)置在第一上部配線層20和第一上部絕緣膜17的上表面上?？?2形成于第二上部絕緣膜21中與各個(gè)第一上部配線層20的連接墊的至少一部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。由銅等形成的第二上部基底金屬層23分別設(shè)置在第二上部絕緣膜21的上表面上。由銅形成的第二上部配線層24分別設(shè)置在第二上部基底金屬層23的上表面上。第二上部基底金屬層23和堆疊的第二上部配線層24用作多層(兩層)配線層(重新布線層)。各個(gè)第二上部基底金屬層23和第二上部配線層24的端部的至少一部分通過(guò)第二上部絕緣膜21的孔22與第一上部配線層20的連接墊相連。
由阻焊劑等形成的頂絕緣膜25設(shè)置在第二上部配線層24和第二上部絕緣膜21的上表面上。孔26設(shè)置在頂絕緣膜25中與第二上部配線層24的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中。多個(gè)焊球27設(shè)置在孔26的內(nèi)部和上部，與第二上部配線層24的連接墊相連。多個(gè)焊球27在頂絕緣膜25的頂面上以矩陣形式布置。
由與第一上部絕緣膜17相同材料形成的下部絕緣膜31設(shè)置在底板1和下層布線3的下表面上。并且，下部絕緣膜31的下表面非常平坦。由銅等形成的第一下部基底金屬層32分別設(shè)置在第一下部絕緣膜31的下表面上。由銅形成的第一下部配線層33分別設(shè)置在第一下部基底金屬層32的幾乎整個(gè)下表面上?；捉饘賹?2和堆疊的第一下部配線層33作為一個(gè)整體用作多層(兩層)配線層(重新布線層)。
由與第一上部絕緣膜17相同材料形成的第二下部絕緣膜34設(shè)置在第一下部配線層33和第一下部絕緣膜31的下表面上。孔35形成于第二下部絕緣膜34中與第一下部配線層33的連接墊對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。由銅等形成的第二下部基底金屬層36設(shè)置在第二下部絕緣膜34的下表面上。由銅形成的第二下部配線層37分別設(shè)置在第二下部基底金屬層36的整個(gè)下表面上。第二下部基底金屬層36和堆疊的第二下部配線層37作為一個(gè)整體用作多層配線層。包括各自的第二下部基底金屬層36的各個(gè)第二下部配線層37的一個(gè)端部的至少一部分通過(guò)形成于第二下部絕緣膜34中的各個(gè)孔35與各個(gè)第一下部配線層33的連接墊相連。
由阻焊劑等形成的底絕緣膜38設(shè)置在第二下部配線層37和第二下部絕緣膜34的下表面上。孔39形成于底絕緣膜38中與第二下部配線層37的連接墊對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。多個(gè)半導(dǎo)體元件40以下面狀態(tài)貼裝在底絕緣膜38的下表面上，即設(shè)置在半導(dǎo)體元件40的上表面上的多個(gè)焊球41通過(guò)底絕緣膜38中的孔39與第二下部配線層37的連接墊相連。
盡管半導(dǎo)體元件40的細(xì)節(jié)并沒(méi)有示于圖中，但是，半導(dǎo)體元件40可能為裸芯片、BGA(球柵陣列)或CSP等。各個(gè)半導(dǎo)體元件40具有由硅等形成的半導(dǎo)體基板。具有預(yù)定功能(例如，用作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)的集成電路形成于各個(gè)半導(dǎo)體基板的上表面區(qū)域中。由鋁等形成并且與該集成電路相連的多個(gè)連接墊在各個(gè)半導(dǎo)體基板的上表面的外圍區(qū)域處形成。焊球41設(shè)置在連接墊上，或者與連接墊相連的用于外部連接的電極，如柱狀電極上。
穿透(通)孔42形成為穿透下面元件的預(yù)定位置，即第一上部絕緣膜17、絕緣層16、包括上層布線2和下層布線3的底板1、第一下部絕緣膜31、包括第一下部基底金屬層32的第一下部配線層33(層32和33設(shè)置在圖1中未示出的位置)和第二下部絕緣膜34。豎直導(dǎo)體43分別形成于穿透孔42的內(nèi)壁上。各豎直導(dǎo)體43包括由銅等形成、形成于孔42內(nèi)壁上的基底金屬層43a和形成于基底金屬層43a上的銅層43b。
包括第二上部基底金屬層23的第二上部配線層24、包括上部基底金屬層19的第一上部配線層20、上層布線2或下層布線3和包括第二下部基底金屬層36的第二下部配線層37通過(guò)豎直導(dǎo)體43連接。在圖1中，上層布線2與左側(cè)豎直導(dǎo)體43相連，并且下層布線3與右側(cè)豎直導(dǎo)體43相連。
為了使豎直導(dǎo)體43的導(dǎo)電性更高，由銅漆、銀漆、導(dǎo)電性樹(shù)脂等形成的導(dǎo)電性材料44被填充在豎直導(dǎo)體43中。作為替代，可以將絕緣樹(shù)脂填充在豎直導(dǎo)體43中，或者豎直導(dǎo)體43的內(nèi)部可以為中空。
作為一個(gè)例子，用于接地的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上層布線2相連。用于電源的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作電源布線的下層布線3相連。
用于半導(dǎo)體元件40接地的焊球41通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上層布線2相連。用于半導(dǎo)體元件40電源的焊球41通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作電源布線的下層布線3相連。
用于半導(dǎo)體元件40信號(hào)的焊球41通過(guò)第一上部配線層20、豎直導(dǎo)體43、第一下部配線層33和第二下部配線層37與用于半導(dǎo)體元件4信號(hào)的柱狀電極14相連。包括層2、23、24、36和37以及豎直導(dǎo)體43的接地布線與用于接地的焊球27相連。包括層3、23、24、36和37以及豎直導(dǎo)體43的電源布線與用于電源的焊球27相連。連接到半導(dǎo)體元件4或40信號(hào)端子的信號(hào)布線與用于信號(hào)的焊球27相連。
作為一個(gè)例子，硅基板6的厚度為0.1至0.35mm，柱狀電極14的厚度為0.06至0.15mm，半導(dǎo)體元件4的厚度為0.25至0.5mm，第一上部絕緣膜17至頂絕緣膜25的總厚度為0.2至0.25mm，底板1至底絕緣膜38的總厚度為0.25至0.3mm，半導(dǎo)體元件40的厚度為0.25至0.3mm，并且整體厚度為1.0至1.2mm。
底板1在平面內(nèi)一定程度上大于半導(dǎo)體元件4的原因是為了根據(jù)硅基板6上連接墊7的數(shù)量獲得焊球27以矩陣形式布置的足夠的布置面積，該布置面積大于半導(dǎo)體元件4，由此使第二上部配線層24中連接墊(頂絕緣膜25中孔26的內(nèi)部導(dǎo)電部分)的尺寸和間距大于柱狀電極14的尺寸和間距。
第二上部配線層24中以矩陣形式(行和列)布置的連接墊不僅布置在與半導(dǎo)體元件4對(duì)應(yīng)的區(qū)域上，而且布置在與設(shè)置于半導(dǎo)體元件4的周圍側(cè)表面外部的絕緣層16對(duì)應(yīng)的區(qū)域上。換句話說(shuō)，在以矩陣形式布置的焊球27中，至少位于最外圍的焊球27布置在半導(dǎo)體元件4的外面。
在該半導(dǎo)體器件中，用作CPU的半導(dǎo)體元件4設(shè)置在底板1的上面，并且用作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的多個(gè)半導(dǎo)體元件40設(shè)置在底板1的下面。換句話說(shuō)，具有不同功能的半導(dǎo)體元件彼此堆疊。因此，半導(dǎo)體器件的尺寸或占用面積可以小于半導(dǎo)體元件布置在一個(gè)平面上的裝置。因此，即使半導(dǎo)體器件包括具有不同功能的半導(dǎo)體元件4、40，裝置的尺寸也可以很小。此外，根據(jù)該實(shí)施例，因?yàn)橛摄~箔形成的上層布線2和下層布線3設(shè)置在底板1的上、下表面上，因此與布線2和3通過(guò)積層處理形成的情況相比，用于形成半導(dǎo)體器件的步驟數(shù)量可以減少。
接下來(lái)將說(shuō)明該半導(dǎo)體器件的制造方法的一個(gè)例子。
首先將說(shuō)明半導(dǎo)體元件4的制造方法的一個(gè)例子。
首先制備圖2中所示晶片狀態(tài)的硅基板(半導(dǎo)體基板)6。具有預(yù)定功能的集成電路形成于硅基板6的各個(gè)元件區(qū)域中。與各個(gè)集成電路電連接的連接墊7形成于半導(dǎo)體基板6的上表面區(qū)域上。連接墊7可以由鋁等形成。由二氧化硅等形成的絕緣膜8和由環(huán)氧樹(shù)脂、或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的保護(hù)膜10形成于基板6和連接墊7上。連接墊7的中心部分通過(guò)形成于絕緣膜8和保護(hù)膜10中的孔9、11露出。
接下來(lái)，如圖3中所示，基底金屬層12形成于保護(hù)膜10的整個(gè)上表面和連接墊7通過(guò)孔9和11露出的中心部分上面?；捉饘賹?2可以是通過(guò)無(wú)電鍍(electroless deposition或electrolessplating)或?yàn)R鍍(sputtering)形成的銅層。此外，基底金屬層12可以具有多層結(jié)構(gòu)，包括，例如通過(guò)濺鍍形成于基板6上的鈦等的薄膜層和通過(guò)濺鍍形成于該薄膜層上的銅層。
防鍍膜51形成于所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上。然后，防鍍膜51通過(guò)，例如PEP(照相蝕刻處理)形成圖案，使孔52形成于與配線層13將要形成于其上的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。配線層13通過(guò)使用基底金屬層12作為電鍍電流通路(電極)進(jìn)行電解鍍銅形成在防鍍膜51的孔52中的基底金屬層12的上表面上。然后，防鍍膜51被去除。
接下來(lái)，如圖4中所示，防鍍膜53形成于所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上，也就是形成于基底金屬層12和配線層13的上表面上。然后，防鍍膜53通過(guò)，例如PEP形成圖案，使得在柱狀電極14隨后將要形成的區(qū)域上形成孔54。然后，通過(guò)使用基底金屬層12和配線層13作為電鍍電流通路進(jìn)行電解鍍銅，柱狀銅層在防鍍膜53的孔54中和配線層13的連接墊區(qū)域上面生長(zhǎng)。當(dāng)具有期望厚度的柱狀電極14形成時(shí)，電鍍停止。防鍍膜53被去除。然后，基底金屬層12中不需要的部分通過(guò)使用配線層13作為蝕刻掩模進(jìn)行蝕刻而被去除，由此，如圖5中所示，基底金屬層12只剩下配線層13下面的部分。
如圖6中所示，通過(guò)絲網(wǎng)印刷、旋涂或模具涂布等，由環(huán)氧樹(shù)脂、或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的密封膜15形成于所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上，也就是形成于柱狀電極14、配線層13和保護(hù)膜10的整個(gè)上表面上，使其厚度比柱狀電極14的高度更厚。在這種狀態(tài)下，柱狀電極14的上表面被密封膜15覆蓋，如圖6中所示。
密封膜15和柱狀電極14的上表面，通過(guò)例如CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)被拋光以露出柱狀電極14的上表面并且使密封膜15的上表面和露出的柱狀電極14的上表面平坦，如圖7中所示。通過(guò)電鍍形成的柱狀電極14具有不同高度，而拋光使柱狀電極14具有相同的高度。
如圖8中所示，粘接層5被粘附到硅基板6的整個(gè)下表面上。粘接層5由粘晶(die bond)材料，如環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰亞胺樹(shù)脂等形成，并且通過(guò)在半硬化狀態(tài)下進(jìn)行熱壓被固定到硅基板6上。接下來(lái)，固定到硅基板6上的粘接層5被連接到切割帶上(未示出)。
晶片如圖9中所示被切割，由此獲得在硅基板6的下表面上包含粘接層5的多個(gè)半導(dǎo)體元件4。通過(guò)將粘接層5與切割帶分離，獲得圖1中所示半導(dǎo)體元件4。
因?yàn)檫@樣獲得的半導(dǎo)體元件4包括位于硅基板6下表面上的粘接層5，就不需要在各個(gè)半導(dǎo)體元件4的硅基板6的下表面上提供粘接層。與在各個(gè)半導(dǎo)體元件4的硅基板6的下表面上分別提供粘接層相比，從切割帶上分離這種粘接層的操作很容易。
接下來(lái)將說(shuō)明具有這樣獲得的半導(dǎo)體元件4的半導(dǎo)體器件的制造方法的一個(gè)例子。
首先，如圖10中所示，制備具有可以獲得多個(gè)底板1的尺寸的平面矩形底板1。底板1的平面形狀不限于矩形。銅箔被層疊到底板1的上、下表面上。上層布線2和下層布線3通過(guò)光刻法使銅箔形成圖案而形成。很多對(duì)上層布線2和下層布線以矩陣形式形成于底板1上。
然后，粘附到半導(dǎo)體元件4的硅基板6的各個(gè)下表面上的粘接層5被粘附到底板1的上表面上的預(yù)定位置上。在這里，粘接層5通過(guò)熱壓完全硬化。預(yù)定數(shù)量的半導(dǎo)體元件4以矩陣形式布置在底板1上。
第一絕緣材料16a被貼裝在底板1的上表面上。更具體地說(shuō)，第一絕緣材料16a通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋涂等被貼裝在底板1的上表面上并且位于半導(dǎo)體元件4之間并且位于半導(dǎo)體元件4的外側(cè)。
薄片形第二絕緣材料17a被設(shè)置在半導(dǎo)體元件4和第一絕緣材料16a的上表面上。薄片形第三絕緣材料31a被設(shè)置在底板1的下表面上。
第一絕緣材料16a由熱固性樹(shù)脂，或者包含分散于其中的增強(qiáng)劑如玻璃纖維或硅土填充劑的熱固性樹(shù)脂形成。優(yōu)選的是，薄片形第二和第三絕緣材料17a和31a由積層材料形成。但是，它并不限于積層材料。對(duì)于這種積層材料，存在半硬化熱固性樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂或BT樹(shù)脂等的材料，其中混合有硅土填充劑。對(duì)于第二和第三絕緣材料17a和31a，可以使用通過(guò)下面方法獲得的薄片形預(yù)浸制品，即將熱固性樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂等浸入玻璃纖維基底中，并且使熱固性樹(shù)脂或者僅僅由不包括混入其中的填充劑的熱固性樹(shù)脂形成的材料半硬化。
第一至第三絕緣材料16a、17a和31a通過(guò)使用一對(duì)熱壓板55、56進(jìn)行熱壓，如圖11中所示。由此，絕緣層16在以矩陣形式布置在最外圍的半導(dǎo)體元件4和半導(dǎo)體元件4之間形成于底板1的上表面上，第一上部絕緣膜17形成于半導(dǎo)體元件4和絕緣層16的上表面上，并且第一下部絕緣膜31形成于底板1的下表面上。
因?yàn)榈谝簧喜拷^緣膜17的上表面被位于上側(cè)的熱壓板55的下表面壓緊，因此第一上部絕緣膜17的上表面變得平坦。而且，因?yàn)榈谝幌虏拷^緣膜31被位于下側(cè)的熱壓板56的上表面壓緊，因此第一下部絕緣膜31的下表面變得平坦。因此，不需要使第一上部絕緣膜17的上表面和第一下部絕緣膜31的下表面變得平坦的拋光處理。這樣，即使底板1的尺寸相對(duì)較大，例如為大約500×500mm，第一絕緣膜17的上表面和第一下部絕緣膜31的下表面也可以變得平坦，同時(shí)第一絕緣膜17和絕緣膜31形成于底板1上布置的多個(gè)半導(dǎo)體元件4上面。
如圖12中所示，孔18通過(guò)照射激光束形成于第一絕緣膜17中與柱狀電極14的上表面中心部分對(duì)應(yīng)的部分中。在第一絕緣膜31中沒(méi)有形成孔。如果需要，在第一上部絕緣膜17的孔18等中產(chǎn)生的環(huán)氧樹(shù)脂污跡等通過(guò)去污處理去除。
接下來(lái)，如圖13中所示，第一上部基底金屬層19通過(guò)無(wú)電鍍銅等形成于第一上部絕緣膜17的整個(gè)上表面和通過(guò)孔18露出的柱狀電極14的上表面上。而且，第一下部基底金屬層32通過(guò)無(wú)電鍍銅等形成于第一下部絕緣膜31的整個(gè)下表面上。
然后，上防鍍膜61形成于上部基底金屬層19上，并且下防鍍膜62形成于下部基底金屬層32上。上防鍍膜61形成圖案以便形成孔63，并且下防鍍膜62形成圖案以便形成孔64?？?3形成于第一上部配線層20將要形成的區(qū)域中?？?4形成于下部配線層33將要形成的區(qū)域中。
通過(guò)使用基底金屬層19、32作為電鍍電流通路進(jìn)行電解鍍銅，第一上部配線層20形成在上防鍍膜61的孔63中的第一上部基底金屬層19的上表面上，并且第一下部配線層33形成在下防鍍膜62的孔64中的第一下部基底金屬層32的下表面上。
防鍍膜61、62被去除，然后，第一上部基底金屬層19和第一下部基底金屬層32中不需要的部分通過(guò)使用第一上部配線層20和第一下部配線層33作為掩模進(jìn)行蝕刻而被去除。通過(guò)該處理，如圖14中所示，第一上部基底金屬層19只剩下第一上部配線層20下面的部分，并且第一下部基底金屬層32只剩下第一下部配線層33下面的部分。
如圖15中所示，第二上部絕緣膜21通過(guò)絲網(wǎng)印刷、旋涂或模具涂布等形成于第一上部配線層20和第一上部絕緣膜17的上表面上，并且第二下部絕緣膜34形成于第一下部絕緣膜31和第一下部配線層33的下表面上。與第一上部絕緣膜17相同的材料可以用于第二上部絕緣膜21和第二下部絕緣膜34。但是，它們可以由不同于上述第一上部絕緣膜17的材料形成。
如圖16中所示，孔22通過(guò)照射激光束形成于第二上部絕緣膜21的區(qū)域中以便露出第一上部配線層20的至少部分連接墊區(qū)域。孔35形成于第二下部絕緣膜34的區(qū)域中以便露出第一下部配線層33的至少部分連接墊區(qū)域。
然后，通過(guò)使用機(jī)械鉆，通過(guò)照射CO2激光束，或者通過(guò)沖孔等，穿透(通)孔42形成于下面元件的預(yù)定位置中，即第二上部絕緣膜21、第一上部配線層20和第一上部基底金屬層19、第一上部絕緣膜17、絕緣層16、底板1、上層布線2、下層布線3、第一下部絕緣膜31、設(shè)置在圖16中未示出的位置上的第一下部配線層33和第一下部基底金屬層32、以及第二下部絕緣膜34。然后，根據(jù)需要，在孔22、35和穿透孔42等中產(chǎn)生的環(huán)氧樹(shù)脂污跡等通過(guò)去污處理去除。
如圖17中所示，金屬層通過(guò)電解鍍銅等形成于第二絕緣膜21的整個(gè)上表面上、第一上部配線層20通過(guò)孔22露出的連接墊上、第二下部絕緣膜34的整個(gè)下表面上、第一下部配線層33通過(guò)孔35露出的連接墊上、以及穿透孔42的內(nèi)壁表面上。所形成的金屬層構(gòu)成第二上部基底金屬層23、第二下部基底金屬層36和基底金屬層43a。
然后，在第二上部基底金屬層23上形成上防鍍膜65，并且在第二下部基底金屬層36上形成下防鍍膜66。
然后，上防鍍膜65形成圖案以在上防鍍膜65中以及與穿透孔42和第二上部配線層24將要形成的區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域中形成孔67，如圖17中所示。此外，下防鍍膜66形成圖案以在下防鍍膜66中以及與穿透孔42和第二下部配線層37將要形成的區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域中形成孔68，如圖17中所示。
通過(guò)使用基底金屬層23、36和43a作為電鍍電流通路進(jìn)行電解鍍銅，第二上部配線層24形成在上防鍍膜65的孔67中的第二上部基底金屬層23的上表面上，并且第二下部配線層37形成在下防鍍膜66的孔68中的第二下部基底金屬層36的下表面上，此外，銅層43b形成在穿透孔42中的基底金屬層43a的表面上。
接下來(lái)，防鍍膜65、66被去除。然后，第二上部基底金屬層23和第二下部基底金屬層36中不需要的部分通過(guò)使用第二上部配線層24和第二下部配線層37作為掩模進(jìn)行蝕刻而被去除。由此，如圖18中所示，第二上部基底金屬層23只剩下第二上部配線層24下面的部分，并且第二下部基底金屬層36只剩下第二下部配線層37下面的部分。
在這種狀態(tài)下，作為一個(gè)例子，用于半導(dǎo)體元件4接地的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上層布線2相連。用于半導(dǎo)體元件4電源的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作電源布線的下層布線3相連。
如圖19中所示，由銅漆、銀漆、導(dǎo)電性樹(shù)脂等形成的導(dǎo)電性材料44通過(guò)絲網(wǎng)印刷等填充在豎直導(dǎo)體43中。接下來(lái)，根據(jù)需要，從穿透孔42中伸出的額外的導(dǎo)電性材料44通過(guò)拋光等被去除。
接下來(lái)，由阻焊劑等形成的頂絕緣膜25通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋涂等形成于第二上部配線層20和第二上部絕緣膜21的上表面上。在這種情況下，孔26形成于頂絕緣膜25中與第二上部配線層24的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋涂等，由阻焊劑等形成的底絕緣膜38形成于第二下部配線層37和第二下部絕緣膜34的下表面上。在這種情況下，孔39形成于底絕緣膜38中與第二下部配線層37的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中。
焊球41通過(guò)底絕緣膜38的孔39與第二下部配線層37的連接墊相連。然后，半導(dǎo)體元件40被貼裝到底絕緣膜38的下表面上。接下來(lái)，焊球27通過(guò)孔26與第二上部配線層24的連接墊相連。
用于半導(dǎo)體元件40接地的焊球41通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上層布線2相連。用于半導(dǎo)體元件40電源的焊球41通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作電源布線的下層布線3相連。用于半導(dǎo)體元件40信號(hào)的焊球41通過(guò)第一上部配線層20、豎直導(dǎo)體43、第一下部配線層33和第二下部配線層37與用于半導(dǎo)體元件4信號(hào)的柱狀電極14相連。
然后，通過(guò)在各相鄰半導(dǎo)體元件4之間切斷(切割)下面元件獲得多個(gè)圖1中所示的半導(dǎo)體器件，即頂絕緣膜25、第二上部絕緣膜21、第一上部絕緣膜17、絕緣層16、底板1、第一下部絕緣膜31、第二下部絕緣膜34和底絕緣膜38。
根據(jù)上述制造方法，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了上層布線2、下層布線3、第一和第二上部配線層20和24、第一和第二下部配線層33和37、豎直導(dǎo)體43以及焊球27的形成，因此制造過(guò)程可以簡(jiǎn)化成放置在底板1上的多個(gè)半導(dǎo)體元件4，并且此后通過(guò)切割所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)而獲得多個(gè)半導(dǎo)體器件。因?yàn)楦鱾€(gè)絕緣膜和配線層形成為它們粘接堆疊，因此與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件相比，有可能減薄半導(dǎo)體器件的整體厚度。
而且，因?yàn)樵趫D11所示步驟之后的步驟中多個(gè)半導(dǎo)體元件4可以與底板1一起轉(zhuǎn)移，因此制造過(guò)程可以簡(jiǎn)化。此外，因?yàn)殡姌O和配線層之間以及各配線層之間的連接通過(guò)鍍膜形成，因此與熱壓縮方法相比，關(guān)于器件強(qiáng)度的可靠性可以得到保證。
柱狀電極14具有大約0.1mm的高度。所以，即使在因?yàn)榄h(huán)境變化而由硅基板6和電路基板(未示出)的熱膨脹差異產(chǎn)生應(yīng)力的情況下，也可以通過(guò)柱狀電極在水平方向的變動(dòng)避免應(yīng)力集中。
在上述實(shí)施例中，上層布線2用作接地布線并且形成于基本上整個(gè)表面上，并且下層布線3用作電源布線并且形成于基本上整個(gè)表面上。但是，本發(fā)明并不限于此，并且上層布線2可以用作電源布線并且下層布線3可以用作接地布線。
而且，上層布線2和/或下層布線3可以用作屏蔽層和/或一般電路圖案。此外，上層布線2和/或下層布線3可以形成于僅僅部分區(qū)域上和/或具有任意圖案。
在上述實(shí)施例中，CPU形成于半導(dǎo)體元件4的硅基板6中。但是，形成于基板6中的電路是任意的。例如，包括形成于絕緣膜上的薄膜晶體管的SOI(絕緣硅)可以形成于硅基板6中。在這種情況下，微帶線可以由用作接地布線并且形成于基本上整個(gè)表面上的上層布線2和由導(dǎo)電性材料形成的粘接層5形成。
在上述實(shí)施例中，上部配線層和下部配線層都具有兩層結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明并不限于此。各個(gè)上部配線層和下部配線層可以由一層、或者由等于或大于三層的層形成。而且，上部配線層和下部配線層的層數(shù)可以彼此不同。
此外，由電容器或電阻器等構(gòu)成的若干芯片部分可以貼裝在底絕緣膜38上。
此外，在上述實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件4以面朝上的貼裝狀態(tài)貼裝在底板1上。但是，它可以通過(guò)為底板1提供墊單元而以面朝下的狀態(tài)貼裝。
半導(dǎo)體元件40貼裝在作為底板1下表面一側(cè)的底層的第二下部配線層37上。但是，半導(dǎo)體元件40可以貼裝在作為頂層的第二上部配線層24上，或者可以貼裝在第二下部配線層37和第二上部配線層24的兩個(gè)表面上。在半導(dǎo)體元件40貼裝在底板1下表面一側(cè)的情況下，有可能下部配線層可以直接設(shè)置在底板1的下表面上，并且半導(dǎo)體元件40貼裝在下部配線層上。
在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件40以面朝下的狀態(tài)貼裝。但是，半導(dǎo)體元件面朝上的貼裝也可以采用。其例子將作為第二個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
第二個(gè)實(shí)施例在圖20所示第二個(gè)實(shí)施例中，貼裝在第二下部配線層37上的第一半導(dǎo)體元件71和第二半導(dǎo)體元件77是面朝上貼裝，不同于圖1中所示第一個(gè)實(shí)施例。下面將主要說(shuō)明第二個(gè)實(shí)施例和第一個(gè)實(shí)施例之間的差別。相同參考標(biāo)記被用于與第一個(gè)實(shí)施例具有相同結(jié)構(gòu)的部分，并且省略了重復(fù)說(shuō)明部分。
與第一個(gè)實(shí)施例一樣，包括第二下部基底金屬層36的第二下部配線層37形成于第二下部絕緣膜34的下表面上。但是，圖案是與后面將要說(shuō)明的第一外部半導(dǎo)體元件71和第二外部半導(dǎo)體元件77的接合位置一致。
由阻焊劑等形成的底絕緣膜38設(shè)置在第二下部絕緣膜34和第二下部配線層37的下表面上?？?9設(shè)置在底絕緣膜38中與第二下部配線層37的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中。由金形成的第一和第二表面層70a和70b設(shè)置在孔39中第二下部配線層37的連接墊的下表面上。第一表面層70a布置在后面將要說(shuō)明的第一外部半導(dǎo)體元件71的貼裝區(qū)域的外圍，并且第二表面層70b布置在其外圍。
第一外部半導(dǎo)體元件71的下表面通過(guò)芯片接合材料形成的粘接層72被粘附到底絕緣膜38的下表面中心部分上。第一外部半導(dǎo)體元件71通常被稱為裸芯片。并且第一外部半導(dǎo)體元件71具有硅基板73(半導(dǎo)體基板)、設(shè)置在硅基板73的主要表面(圖20中的下表面)中心區(qū)域上的集成電路、由鋁金屬等形成并與該集成電路相連的多個(gè)連接墊74和由二氧化硅等形成并且覆蓋連接墊74除其中心部分以外的區(qū)域的絕緣膜75。第一外部半導(dǎo)體元件71的連接墊74通過(guò)第一接合導(dǎo)線76與第一表面層70a相連。
第二外部半導(dǎo)體元件77的下表面通過(guò)芯片接合材料形成的粘接層78被粘附到第一外部半導(dǎo)體元件71的下表面中心部分上。與第一外部半導(dǎo)體元件71一樣，第二外部半導(dǎo)體元件77是裸芯片。其尺寸僅僅一定程度上小于第一外部半導(dǎo)體元件71的尺寸。因?yàn)榈诙獠堪雽?dǎo)體元件77的基本結(jié)構(gòu)與第一外部半導(dǎo)體元件71相同，其詳細(xì)說(shuō)明將被省略。第二外部半導(dǎo)體元件77的連接墊79通過(guò)由金形成的第二接合導(dǎo)線80與第二表面層70b相連。由環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的密封件81覆蓋第一和第二外部半導(dǎo)體元件71和77、第一和第二接合導(dǎo)線76和80以及底絕緣膜38的下表面中心部分。
包括第二上部基底金屬層23的第二上部配線層24的至少一部分通過(guò)豎直導(dǎo)體43與包括第二下部基底金屬層36的第二下部配線層37的至少一部分相連。豎直導(dǎo)體43包括銅等形成的基底金屬層43a和設(shè)置在穿透孔42內(nèi)壁表面上的銅層43b。穿透孔42設(shè)置在底板1包括下面元件的預(yù)定位置中，即第二上部絕緣膜21、第一上部基底金屬層19、第一上部配線層20、第一上部絕緣膜17、絕緣層16、上部配線層或下部配線層3、第一下部絕緣膜31、第一下部基底金屬層32、第一下部配線層33和第二下部絕緣膜34。
在這種情況下，由銅漆、銀漆、或?qū)щ娦詷?shù)脂等形成的導(dǎo)電性材料44填充在豎直導(dǎo)體43中，用于獲得上、下層布線更好的導(dǎo)電性。但是，可以填充絕緣樹(shù)脂，或者豎直導(dǎo)體43可以為中空。
這里，作為一個(gè)例子，用于半導(dǎo)體元件4接地的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上層布線2相連。用于半導(dǎo)體元件4電源的柱狀電極14通過(guò)第一上部配線層20和豎直導(dǎo)體43與用作電源布線的下層布線3相連。
用于第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77接地的連接墊74、79通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作接地布線的上部配線層2相連。用于第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77電源的連接墊74、79通過(guò)第二下部配線層37和豎直導(dǎo)體43與用作電源的下部配線層3相連。
用于半導(dǎo)體元件4信號(hào)的柱狀電極14和用于外部半導(dǎo)體元件71、77信號(hào)的連接墊74、79通過(guò)第一上部配線層20、豎直導(dǎo)體43、第一下部配線層33和第二下部配線層37相連。然后，接地布線與用于接地的焊球27相連，電源布線與用于電源的焊球27相連，并且信號(hào)布線與用于信號(hào)的焊球27相連。
底板1的尺寸一定程度上大于半導(dǎo)體元件4的尺寸的原因是為了根據(jù)硅基板6上連接墊7數(shù)量的增加使焊球27的布置區(qū)域一定程度上大于半導(dǎo)體元件4的尺寸，由此使第二上部配線層24的連接墊(頂絕緣膜25中孔26的內(nèi)部)的尺寸和間距大于柱狀電極14的尺寸和間距。
這樣，以矩陣形式布置的第二上部配線層24的連接墊不僅設(shè)置在與半導(dǎo)體元件4對(duì)應(yīng)的區(qū)域上，而且設(shè)置在與設(shè)置于半導(dǎo)體元件4的周圍側(cè)表面外部的絕緣層16對(duì)應(yīng)的區(qū)域上。換句話說(shuō)，在以矩陣形式布置的焊球27中，至少位于最外圍的焊球27設(shè)置在半導(dǎo)體元件4外部的位置的外圍。
采用該半導(dǎo)體器件，因?yàn)榈谝缓偷诙虏颗渚€層33、37設(shè)置在底板1下面，并且第一和第二上部配線層20、24的至少一部分以及第一和第二下部配線層33、37的至少一部分通過(guò)豎直導(dǎo)體43相連，第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77可以堆疊貼裝在底絕緣膜38的下表面上。此外，根據(jù)該半導(dǎo)體器件，盡管三個(gè)半導(dǎo)體元件4、71和77基本上作為一個(gè)整體堆疊，因?yàn)閮H僅第一和第二外部半導(dǎo)體元件71和77進(jìn)行布線接合，在堆疊三個(gè)半導(dǎo)體元件并且為每個(gè)半導(dǎo)體元件進(jìn)行布線接合的結(jié)構(gòu)中，與位于頂部的外部半導(dǎo)體元件的布線接合可以省略，可以防止底板1面積的增加，并且可以減小電阻值。
接下來(lái)將說(shuō)明制造該半導(dǎo)體器件的一個(gè)例子。圖18中所示狀態(tài)是第一個(gè)實(shí)施例經(jīng)過(guò)圖2至17所示方法之后的狀態(tài)。
如圖21中所示，通過(guò)絲網(wǎng)印刷等，由銅漆、銀漆、或?qū)щ娦詷?shù)脂等形成的導(dǎo)電性材料44填充在豎直導(dǎo)體43中。接下來(lái)，根據(jù)需要，從豎直導(dǎo)體43中伸出的額外的導(dǎo)電性材料44通過(guò)拋光等被去除。接下來(lái)，通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋涂等，由阻焊劑等形成的頂絕緣膜25形成于包括第二上部配線層24的第二上部絕緣膜21的上表面上。
而且，通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋涂等，由阻焊劑等形成的底絕緣膜38形成于包括第二下部配線層37的第二下部絕緣膜34的下表面上。在這種情況下，在底絕緣膜38中與第二下部配線層37的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中形成孔39。在此，在頂絕緣膜25中與第二上部配線層24的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中沒(méi)有形成孔26。
這里，包括第二上部基底金屬層23的第二上部配線層24被完全分離。另一方面，包括第二下部基底金屬層36的第二下部配線層37沒(méi)有完全分離，并且與后面將要說(shuō)明的切斷線(對(duì)應(yīng)于切割線)區(qū)域上形成的電鍍電流通路(未示出)相連。
如圖22中所示，通過(guò)使用底絕緣膜38作為掩模進(jìn)行電解鍍金在孔39中的第二下部配線層37的下表面上形成第一和第二表面層70a和70b。
接下來(lái)，如圖23中所示，在頂絕緣膜中與第二上部配線層24的連接墊對(duì)應(yīng)的部分中形成孔26。然后，如圖24中所示，第一外部半導(dǎo)體元件71的粘接層72被粘附到底絕緣膜38的下表面中心部分，然后，第二外部半導(dǎo)體元件77的粘接層78與第一外部半導(dǎo)體元件71的下表面中心部分相連。然后，第一外部半導(dǎo)體元件71的連接墊74通過(guò)由金形成的第一接合導(dǎo)線76與第一表面層70a相連。此后，第二外部半導(dǎo)體元件77的連接墊79通過(guò)第二接合導(dǎo)線80與第二表面層70b相連。
或者，可以如此，即第一外部半導(dǎo)體元件71的粘接層72被粘附到底絕緣膜38的下表面中心部分，然后，第一外部半導(dǎo)體元件71的連接墊74和第一表面層70a通過(guò)第一接合導(dǎo)線76相連。此后，第二外部半導(dǎo)體元件77的粘接層78與第一外部半導(dǎo)體元件71的下表面中心部分相連，然后，第二外部半導(dǎo)體元件77的連接墊79和第二表面層70b通過(guò)第二接合導(dǎo)線80相連。
通過(guò)灌封或絲網(wǎng)印刷等，由環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂等形成的密封件81在第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77以及包括第一和第二接合導(dǎo)線76和80的底絕緣膜38的下表面上形成。然后，焊球27通過(guò)在孔26及其上側(cè)將它連接到第二上部重新布線層的連接墊上而形成。接下來(lái)，通過(guò)在各相鄰半導(dǎo)體元件4之間切斷下面元件獲得多個(gè)圖20中所示的半導(dǎo)體器件，即頂絕緣膜25、第二上部絕緣膜21、第一上部絕緣膜17、絕緣層16、底板1、第一下部絕緣膜31、第二下部絕緣膜34和底絕緣膜38。
在這種情況下，當(dāng)按照上面切斷線進(jìn)行切斷時(shí)，因?yàn)榘ǖ诙虏炕捉饘賹?6的第二下部配線層37與在切斷線區(qū)域上形成的電鍍電流通路分離，因此，包括第二下部基底金屬層36的第二下部配線層37被完全分離。這里，表面層70a、70b通過(guò)電解鍍，而不是通過(guò)無(wú)電鍍形成。這是因?yàn)?，在表面?0a、70b通過(guò)無(wú)電解鍍形成的情況下，其厚度相對(duì)較薄，至于在表面層70a、70b通過(guò)電解鍍形成的情況下，其厚度相對(duì)較厚。如果表面層70a、70b的厚度相對(duì)較薄，由布線接合產(chǎn)生的連接缺陷就更有可能出現(xiàn)。另一方面，如果表面層70a、70b的厚度相對(duì)較厚，由布線接合產(chǎn)生的連接缺陷就最不可能出現(xiàn)。
第三個(gè)實(shí)施例圖25是作為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。圖25中所示半導(dǎo)體器件與圖20中所示半導(dǎo)體器件的主要不同點(diǎn)在于，第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77設(shè)置為堆疊在頂絕緣膜25上，并且焊球27設(shè)置在底絕緣膜38下面。在這種情況下，第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77以及覆蓋第一和第二接合導(dǎo)線76、80的密封件81通過(guò)傳遞模塑法等形成，并且當(dāng)通過(guò)切斷獲得各個(gè)半導(dǎo)體元件時(shí)，密封件81也被切斷。
第四個(gè)實(shí)施例圖26是顯示作為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分(例如，其中密封件81、第一和第二接合導(dǎo)線76、80等被省略的半導(dǎo)體器件)的俯視圖。因?yàn)樵谠摪雽?dǎo)體中頂絕緣膜25等存在于半導(dǎo)體元件4和第一外部半導(dǎo)體元件71之間，具有較大外部尺寸的半導(dǎo)體元件被用于在與半導(dǎo)體元件4中區(qū)域?qū)?yīng)的頂絕緣膜25上面提供第一和第二表面層70a、70b，其中所述表面層通過(guò)第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77的連接墊(未示出)以及第一和第二接合導(dǎo)線(未示出)相連。
在第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77被直接堆疊在設(shè)置于底板1上的半導(dǎo)體元件4上面的情況下，通過(guò)三個(gè)半導(dǎo)體元件4、71和77以及接合導(dǎo)線相連的連接墊設(shè)置于底板1上半導(dǎo)體元件4的貼裝區(qū)域的外面，因此，底板1的尺寸變得很大。另一方面，采用圖26中所示的半導(dǎo)體器件，如上所述，因?yàn)橥ㄟ^(guò)第一和第二外部半導(dǎo)體元件71、77的連接墊以及第一和第二接合導(dǎo)線相連的第一和第二表面層70a、70b設(shè)置在與半導(dǎo)體元件4中區(qū)域?qū)?yīng)的頂絕緣膜25上面，因此，底板1的尺寸可以很小。
第五個(gè)實(shí)施例圖27是作為本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的前視圖。在該半導(dǎo)體器件中，與圖20中所示半導(dǎo)體器件對(duì)應(yīng)的多個(gè)半導(dǎo)體塊，例如四個(gè)半導(dǎo)體塊被堆疊。在這種情況下，底層半導(dǎo)體塊91與圖20中所示半導(dǎo)體器件基本上相同。但是，半導(dǎo)體塊91的尺寸稍大于圖20中所示半導(dǎo)體器件，并且在密封件81的外圍，在半導(dǎo)體塊91的上表面上設(shè)置有上連接墊92。另一個(gè)半導(dǎo)體塊93與底層的半導(dǎo)體塊91基本上相同。但是，半導(dǎo)體塊93不包括焊球27。作為替代，焊球95設(shè)置在下連接墊94下面，而下連接墊94在半導(dǎo)體塊93的下表面上設(shè)置在與密封件81外圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域上。在半導(dǎo)體塊93的上表面上，上連接墊96設(shè)置在密封件81的外圍。
這里，上連接墊92、96由圖20中所示第二下部配線層37的連接墊的一部分形成。在這種情況下，表面層可以在底絕緣膜38的孔39中形成，用于露出第二下部配線層37的連接墊。下連接墊94由圖20中所示第二上部配線層24的連接墊形成。在這種情況下，用于形成下連接墊94的第二上部配線層的連接墊僅僅設(shè)置在與密封件81外圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域上。
第二層半導(dǎo)體塊93通過(guò)將半導(dǎo)體塊93的焊球95連接到底層半導(dǎo)體塊91的上連接墊92上而被貼裝在底層半導(dǎo)體塊91上。第三層和第四層半導(dǎo)體塊93通過(guò)將第三層和第四層焊球95連接到第二層和第三層半導(dǎo)體塊93的上連接墊96上而被貼裝在第二層和第三層半導(dǎo)體塊93上。在密封件81的厚度為0.5至0.6mm的情況下，使用直徑為0.8至1.0mm的焊球95。
在上述各個(gè)實(shí)施例中，說(shuō)明了兩個(gè)外部半導(dǎo)體元件被堆疊和貼裝的情況。但是，本發(fā)明并不限于此，并且一個(gè)外部半導(dǎo)體元件被貼裝，或者三個(gè)或更多外部半導(dǎo)體元件被堆疊和貼裝的情況也有可能。在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了上部配線層和下部配線層具有兩層的情況。本發(fā)明并不限于此，并且上部配線層和下部配線層可以具有一層、或三層或更多層，而且，層數(shù)不必相同，并且可以具有不同的層數(shù)。但是，在層數(shù)相同的情況下，可以減小半導(dǎo)體的翹曲。
在上述實(shí)施例中，各個(gè)相鄰的半導(dǎo)體元件4被切斷。但是，本發(fā)明并不限于此，并且兩個(gè)或更多半導(dǎo)體元件4可以作為一對(duì)被切斷。在這種情況下，多個(gè)外部半導(dǎo)體元件可以堆疊到各個(gè)半導(dǎo)體元件4上。通過(guò)多個(gè)半導(dǎo)體元件4成為一對(duì)的半導(dǎo)體元件可以為相同類型或者不同類型。
在上述實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件4包括作為用于外部連接的電極的柱狀電極14。但是，本發(fā)明并不限于此，并且半導(dǎo)體元件4可以包括包含有作為用于外部連接的電極的連接墊的配線層13，而不包括柱狀電極。或者半導(dǎo)體元件4可以為包括作為用于外部連接的電極的連接墊7的半導(dǎo)體元件(即裸芯片)，而不包括柱狀電極或者配線層。
在本發(fā)明中，包括多個(gè)用于外部連接的電極的第一半導(dǎo)體元件通過(guò)下面方法處于密封狀態(tài)，即，將第一半導(dǎo)體元件貼裝在底板上，并且通過(guò)絕緣材料覆蓋其外圍，并且通過(guò)上部絕緣膜覆蓋其上表面。第二半導(dǎo)體元件與設(shè)置在上部絕緣膜上的上部配線層，或者直接設(shè)置在底板上或通過(guò)下部絕緣膜設(shè)置的下部配線層中至少一者相連。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以提供一種半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制造方法，其中可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步薄化，同時(shí)保持很小的貼裝表面并且保證連接單元的強(qiáng)度可靠性。
可以不脫離本發(fā)明的寬廣精神和范圍對(duì)其形成各種實(shí)施例和改變。上述實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明，而并非限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)而非實(shí)施例表示。在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的等效物意義范圍內(nèi)和權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)進(jìn)行的各種修改被認(rèn)為位于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括第一半導(dǎo)體元件(4)，其具有多個(gè)用于外部連接的電極(14)；絕緣元件(16)，其設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件(4)的外圍；上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)，其形成于第一半導(dǎo)體元件(4)和絕緣元件(16)的上表面上；下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)，其形成于第一半導(dǎo)體元件(4)和絕緣元件(16)的下表面上；和第二半導(dǎo)體元件(40，71，77)，其貼裝在上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)和下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)中至少一者的上面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括導(dǎo)體(43)，其穿透絕緣元件(16)以電連接上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)和下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體元件(40，71，77)僅僅貼裝在上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)和下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)中一者上面，并且焊球(27)貼裝在另一者上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)包括具有多層結(jié)構(gòu)的上部絕緣膜(17，21)和具有多層結(jié)構(gòu)的上部布線層(20，24)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述上部布線層(20，24)的頂層包括連接墊，并且上部布線結(jié)構(gòu)(17，20，21，24)包括頂絕緣膜(25)，所述頂絕緣膜(25)覆蓋除所述連接墊以外的上部布線層(24)頂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在頂層的上部布線層(24)的連接墊上面的焊球(27)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在頂層的上部布線層(24)上面的表面層(70a，70b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，還包括貼裝在頂層的絕緣膜(25)上面的第二半導(dǎo)體元件(71，77)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體元件(71，77)包括與表面層(70a，70b)相連的接合導(dǎo)線(76，80)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)包括底板(1)、下部絕緣膜(31)和下部布線層(33)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述底板(1)包括設(shè)置在底板(1)上表面上的上層布線(2)和設(shè)置在底板(1)下表面上的下層布線(3)中至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述上層布線(2)和下層布線(3)中至少一者為接地布線。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述底板(1)由包含增強(qiáng)劑的熱固性樹(shù)脂形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)包括具有多層結(jié)構(gòu)的下部絕緣膜(31，34)和具有多層結(jié)構(gòu)的下部布線層(33，37)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述下部布線層(33，37)的底層包括連接墊，并且下部布線結(jié)構(gòu)(2，1，3，31，33，34，37)包括一底絕緣膜(38)，所述底絕緣膜(38)覆蓋除連接墊以外的下部配線層(37)底層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，還包括插入第二半導(dǎo)體元件(40)和下部布線層(33，37)的底層之間的焊球(41)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在下部布線層(33，37)的底層上的表面層(70a，70b)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，還包括貼裝在底絕緣膜(38)上的第二半導(dǎo)體元件(71，77)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體元件(71，77)包括與表面層(70a，70b)相連的接合導(dǎo)線(76，80)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體元件(4)的用于外部連接的電極(14)是高度等于或高于60μm的柱狀電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體元件(4)包括保護(hù)膜(10)，并且用于外部連接的電極(14)設(shè)置在保護(hù)膜(10)上面。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體元件(4)包括在用于外部連接的電極(14)之間設(shè)置在保護(hù)膜(10)上面的絕緣膜(15)。
23.一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括通過(guò)分別進(jìn)行密封由底板(1)、絕緣膜(16)和上部絕緣膜(17)形成第一半導(dǎo)體元件(4)，其中各個(gè)半導(dǎo)體元件(4)包括多個(gè)用于外部連接的電極；在上部絕緣膜(17)上面形成上部布線層(20)；在底板(1)下面形成下部布線層(33)；在至少上部布線層(20)或下部布線層上面貼裝第二半導(dǎo)體元件(40)；和通過(guò)切斷底板(1)、絕緣元件(16)和上部絕緣膜(17)獲得多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件(4)和至少一個(gè)第二半導(dǎo)體元件(40)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中通過(guò)分別密封形成第一半導(dǎo)體元件(4)，所述方法包括制備具有可以布置多個(gè)第一半導(dǎo)體元件(4)的尺寸的底板(1)；在底板(1)上面固定所述第一半導(dǎo)體元件(4)使得在所述第一半導(dǎo)體元件之間具有一定距離；在各個(gè)第一半導(dǎo)體元件(4)的外圍在底板(1)上面形成絕緣元件(16)；和在第一半導(dǎo)體元件(4)上面形成上部絕緣膜(17)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中通過(guò)分別密封形成第一半導(dǎo)體元件(4)，所述方法包括通過(guò)使用熱壓板(55，56)熱壓上部絕緣膜(17)、第一半導(dǎo)體元件(4)、絕緣元件(16)和底板(1)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述底板(1)包括上布線層(2)和下布線層(3)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件制造方法，包括進(jìn)一步形成底板(1)、絕緣元件(16)和上部絕緣膜(17)的穿透孔(42)，并且在穿透孔(42)中形成連接上部布線層(20)與上層布線(2)或下層布線(3)中至少一者的導(dǎo)體(43)。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件制造方法，包括進(jìn)一步形成底板(1)、絕緣元件(16)和上部絕緣膜(17)的穿透孔(42)，并且在穿透孔(42)中形成連接上部布線層(20)與下部布線層(33)的導(dǎo)體(43)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述上層布線(2)和下層布線(3)中至少一者與導(dǎo)體(43)相連。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述用于外部連接的電極(14)是高度等于或高于60μm的柱狀電極。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體元件(4)包括保護(hù)膜(10)，并且用于外部連接的電極(14)設(shè)置在保護(hù)膜(10)上面。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體元件(4)包括在用于外部連接的電極(14)之間設(shè)置在保護(hù)膜(10)上面的絕緣膜(15)。
全文摘要
第一半導(dǎo)體元件(4)貼裝在底板(1)上面，并且處于其外圍由絕緣元件(16)覆蓋并且其上表面由上部絕緣膜(17)覆蓋的密封狀態(tài)中。形成于上部絕緣膜(17)上面的上部布線層(20，24)和通過(guò)下部絕緣膜(31，34)形成于底板(1)下面的下部布線層(33，37)通過(guò)導(dǎo)體(43)相連。第二半導(dǎo)體元件(40)露出貼裝，并與下部布線層(33，37)相連。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1830083SQ200480021710
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者脅坂伸治, 定別當(dāng)?？? 若林猛, 三原一郎 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社