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)體元件的封裝技術(shù)，尤其涉及通過利用樹脂密封半導(dǎo)體元件而封裝的半導(dǎo)體器件、及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了減小半導(dǎo)體元件中由布線之間的寄生電容引起的信號延時以及元件中的漏電流，已經(jīng)使用介電常數(shù)為3或更低的低介電層作為半導(dǎo)體元件的多層布線的層間絕緣體。為了實(shí)現(xiàn)2或更低的介電常數(shù)，在介電層中形成大約0.1nm到100nm的微小氣孔，從而獲得包括固體部分和介電常數(shù)較小的空氣的多孔材料。這樣的低介電膜具有低材料強(qiáng)度，并且由于其中含有微小氣孔，所以非常脆弱易損。
另一方面，半導(dǎo)體元件是通過磨石從晶片上機(jī)械切割下來、安裝在玻璃環(huán)氧襯底或者由鐵或銅合金制成的引線框上、并用環(huán)氧或硅基樹脂密封，從而生產(chǎn)出半導(dǎo)體封裝。此時，由于半導(dǎo)體元件的外緣部分通過磨石切割，所以元件的外緣端部變得陡直而基本為直角，并且，元件的多層絕緣層也暴露在外面。半導(dǎo)體元件的陡直的側(cè)表面表明是解理面，在所述解理面上純硅的晶體取向一致，所以它與密封樹脂的粘合強(qiáng)度較低(例如，日本專利申請公開2003-197564)。
形成半導(dǎo)體封裝時，由于密封樹脂、襯底和半導(dǎo)體元件之間的熱膨脹系數(shù)的差異，會有應(yīng)力作用在半導(dǎo)體元件的上表面、側(cè)表面和下表面上。在半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力作用從中心向外緣增大，特別是，高應(yīng)力作用在半導(dǎo)體元件的外緣部分，如元件的外緣端部和側(cè)表面上。由于所述應(yīng)力，存在這樣的問題，即，在低介電膜中、或者在結(jié)合低介電膜的半導(dǎo)體元件的表面上的多層布線膜中的多層布線層的界面上，會發(fā)生剝離現(xiàn)象。半導(dǎo)體元件的表面越靠近其外緣端部，熱應(yīng)力越大，如果多層絕緣膜發(fā)生了即使是輕微的剝離，那么層間的剝離也會從該部分發(fā)展。
如上所述，半導(dǎo)體元件的側(cè)表面和靠近半導(dǎo)體元件切割面的部分不能實(shí)現(xiàn)與密封樹脂的高強(qiáng)度粘合。因此，在具有高熱應(yīng)力的半導(dǎo)體元件的側(cè)表面上的密封樹脂容易剝離，并且，靠近半導(dǎo)體元件的外緣端部的、包括多層布線的表面的應(yīng)力急劇增加，從而加快了易損的低介電層的剝離，這是另一個問題。
如果半導(dǎo)體封裝是按照常規(guī)方法，通過密封包括低介電常數(shù)的易損的層間絕緣膜的半導(dǎo)體元件構(gòu)成，由于作用在半導(dǎo)體元件外緣部分上的應(yīng)力，在具有低介電常數(shù)的層間絕緣膜中發(fā)生剝離，從而降低元件的可靠性，這又是另一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體元件，其中在半導(dǎo)體襯底的表面上形成有包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜，并且從半導(dǎo)體襯底的表面上去除層疊膜的部分，從而在該部分暴露出半導(dǎo)體襯底；安裝襯底，在其上安裝半導(dǎo)體元件；以及樹脂層，其使用樹脂密封半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括對半導(dǎo)體元件進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻，在所述元件中，在半導(dǎo)體襯底表面上形成由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜，并從半導(dǎo)體襯底的表面上去除層疊膜的部分，從而在所述部分暴露出半導(dǎo)體襯底；
將半導(dǎo)體元件安裝在安裝襯底上；以及使用樹脂密封半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括對半導(dǎo)體元件應(yīng)用激光束，在所述元件中，在半導(dǎo)體襯底表面上形成由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜，并從半導(dǎo)體襯底的表面上去除層疊膜的部分，從而在所述部分暴露出半導(dǎo)體襯底；將半導(dǎo)體元件安裝在安裝襯底上；以及使用樹脂密封半導(dǎo)體元件的至少一個表面。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是示出用于圖1所示半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的放大截面圖；圖3是示出常規(guī)半導(dǎo)體元件的示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4是用于說明第一實(shí)施例的曲線圖，其中繪出了圖3所示的常規(guī)半導(dǎo)體元件中作用在層疊膜上的最大主應(yīng)力與到外緣端部的距離之間的關(guān)系；圖5是用于說明第一實(shí)施例的曲線圖，其中繪出了圖1所示的半導(dǎo)體元件中作用在層疊膜上的最大主應(yīng)力與到外緣端部的距離之間的關(guān)系；圖6是用于說明第二實(shí)施例的曲線圖，其中繪出了圖7所示的半導(dǎo)體元件中作用在層疊膜上的最大主應(yīng)力與到外緣端部的距離之間的關(guān)系；圖7是示出用于本發(fā)明第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的放大截面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是圖8所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在經(jīng)過樹脂密封后的截面圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖；圖11是圖10所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在經(jīng)過樹脂密封后的截面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖；圖13是圖12所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在去除表面保護(hù)膜并經(jīng)過樹脂密封后的截面圖；圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖；圖15是圖14所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在去除表面保護(hù)膜并經(jīng)過樹脂密封后的截面圖；圖16是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種修改的截面圖，其中半導(dǎo)體元件被設(shè)置成E-BGA型安裝結(jié)構(gòu)；圖17是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種修改的截面圖，其中半導(dǎo)體元件被設(shè)置成FC-BGA型安裝結(jié)構(gòu)；以及圖18是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的又一種修改的截面圖，其中半導(dǎo)體元件被設(shè)置成T-BGA型安裝結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下文中，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意結(jié)構(gòu)的截面圖。
半導(dǎo)體芯片(半導(dǎo)體元件)12通過粘合劑13被安裝在安裝襯底11上，半導(dǎo)體元件12的電極焊盤(未示出)通過接線14連接安裝襯底11上的布線(未示出)。在安裝襯底11的底面上設(shè)置有焊球15。使用環(huán)氧或硅基樹脂16密封半導(dǎo)體元件12。
盡管上述封裝結(jié)構(gòu)，即P-BGA的基本結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的結(jié)構(gòu)相同，但是本實(shí)施例的半導(dǎo)體元件12的外緣結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)的封裝，如下所述。
圖2是示出本實(shí)施例的半導(dǎo)體元件12的外緣結(jié)構(gòu)的放大截面圖。為了簡化對圖2的說明，省略了粘合劑13和焊球15。
在半導(dǎo)體元件12中，在半導(dǎo)體襯底21上形成各種層間絕緣膜22，并在絕緣膜22之間形成布線層23。其中至少一個絕緣膜22是介電常數(shù)為2或更低的低介電膜。
將半導(dǎo)體元件12的層疊膜24(22、23)形成為晶片狀態(tài)，并最后切割所述晶片形成多個小塊的半導(dǎo)體芯片。根據(jù)本實(shí)施例，在切割晶片以從晶片上切下半導(dǎo)體元件之前或之后，通過利用非接觸式高能處理，如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、聚焦離子束蝕刻(FIB)和激光束，去除了在切割線上形成的包括低介電層的層疊膜24，從而暴露出硅晶片或芯片的表面。圖2中的標(biāo)號25表示層疊膜24的去除部分。
對于這樣的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體元件12的外緣部分被形成為臺階狀，從而可以在元件的外緣部分形成硅襯底的暴露表面。硅表面與環(huán)氧基或硅基密封樹脂16之間具有極高的粘合性，因此樹脂16不容易從硅上剝離。同時，可以獲得這樣的區(qū)域，其中確保不存在導(dǎo)致剝離開始發(fā)生的易損低介電層，并且，由粘合在硅表面上的密封樹脂16產(chǎn)生作用在半導(dǎo)體元件外緣部分處的層疊膜24上的應(yīng)力，從而可以降低易損層疊膜的端部上的應(yīng)力，降低的量與層疊膜24的側(cè)表面到元件內(nèi)側(cè)的距離相對應(yīng)。
通過將距離半導(dǎo)體元件端部的較大寬度設(shè)置為去除層疊膜24的區(qū)域，可以降低作用在低介電層上的剝離應(yīng)力。盡管當(dāng)增大去除的層疊膜24的寬度時可以期望獲得更好的效果，但是隨著寬度的增大晶片的產(chǎn)率會下降。因此，當(dāng)去除層疊膜24時，有效的是，去除被施加有高熱應(yīng)力的外緣部分處的層疊膜24。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有效的是，去除的層疊膜24的寬度為從半導(dǎo)體元件的外緣端部到300μm。更優(yōu)選，所述寬度為從半導(dǎo)體元件的外緣端部到5至10μm。
為了比較，圖3示出了常規(guī)的元件封裝的實(shí)例。半導(dǎo)體元件12的外緣部分被垂直切割，并且硅襯底21除了側(cè)表面以外沒有其它表面暴露，因此襯底硅和樹脂層16之間的接觸面積較小，不能獲得高粘合強(qiáng)度。
圖4是用于說明第一實(shí)施例的曲線圖，其中繪出了圖3所示的常規(guī)半導(dǎo)體元件中作用在層疊膜上的最大主應(yīng)力與到外緣端部的距離之間的關(guān)系；圖5是用于說明第一實(shí)施例的曲線圖，其中繪出了圖1所示半導(dǎo)體元件中作用在層疊膜上的最大主應(yīng)力與到外緣端部的距離之間的關(guān)系。如圖4所示，根據(jù)圖3所示的常規(guī)結(jié)構(gòu)，元件的外緣部分附近的應(yīng)力非常大，這導(dǎo)致了膜的剝離。相反，如圖5所示，根據(jù)圖1所示的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，由于去除了元件外緣部分的層疊膜，因而作用在層疊膜上的應(yīng)力非常小。由此也可以明顯看出，本實(shí)施例已經(jīng)消除了層疊膜的外緣部分發(fā)生膜剝離的可能性，從而可以改善元件的可靠性。
如果使用RIE去除半導(dǎo)體元件12上的層疊膜24，那么包括層疊膜24和硅部分的側(cè)壁表面可以得到的表面粗糙度為Rmax＝1μm或更小。此外，同樣是在層疊膜24的外緣部分，不會發(fā)生膜剝離。與此相反，在如常規(guī)地使用磨石的切削處理(blade processing)中，包括層疊膜24的側(cè)壁表面可以得到的表面粗糙度Rmax為約10至100μm，硅部分可以得到的表面粗糙度Rmax為約5μm，在層疊膜24的外緣部分會發(fā)生膜剝離。
基于以上事實(shí)，可以認(rèn)識到RIE的有效性。也就是說，上述本實(shí)施例的效果是通過進(jìn)行RIE去除層疊膜而獲得的，而如果通過切削處理去除元件外緣部分的層疊膜24，則不能得到上述效果。此外，使用FIB也可以期望得到與使用RIE一樣的效果。較小的表面粗糙度意味著降低了元件面積因?yàn)榇植诙瘸蔀閾p壞區(qū)而浪費(fèi)的可能生，從而提高元件的產(chǎn)率。
例如，通過使用二氧化碳?xì)怏w激光器或YAG激光器去除半導(dǎo)體元件12上的層疊膜24，暴露出硅襯底，同時硅表面會被氧化，從而在元件的外緣部分形成厚度為1μm或更薄的二氧化硅膜。通過利用主要由例如注模、液體環(huán)氧的環(huán)氧樹脂或硅樹脂構(gòu)成的密封樹脂密封，由于粘合對象是二氧化硅膜，所以可以提高粘合強(qiáng)度。也就是說，通過激光處理、并在襯底21的暴露表面上形成二氧化硅膜，可以提高其與樹脂16的粘合能力。
此外，通過利用激光處理層疊膜24，可以在襯底表面上形成普通機(jī)械研磨所不能獲得的優(yōu)良的粗糙度，從而進(jìn)一步提高了作為粘合對象的半導(dǎo)體元件12的外緣部分與密封樹脂16之間的粘合強(qiáng)度。通過提高元件外緣部分與密封樹脂之間的粘合強(qiáng)度，可以減小對易損的膜的剝離應(yīng)力。由于這些效果，可以切實(shí)地防止封裝中易損的多層低介電膜的剝離。
此外，經(jīng)過機(jī)械處理的硅與密封樹脂之間的抗剪粘合強(qiáng)度平均為32Mpa，并且剝離界面為硅和樹脂之間的界面。與此相反，當(dāng)利用激光處理硅表面而生成的二氧化硅膜與樹脂粘合時，即使嘗試將其分離，但是在二氧化硅膜和樹脂之間的界面處未發(fā)生剝離，從而毀壞了塊硅。也就是說，二氧化硅膜和樹脂之間的粘合強(qiáng)度達(dá)到了37Mpa或更高，超過了使塊硅毀壞的粘合強(qiáng)度。
根據(jù)本實(shí)施例，對于這樣的半導(dǎo)體元件12，其中在硅襯底21的表面上形成由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜24，通過RIE、FIB或激光從襯底外緣去除層疊膜24，從而可以將硅襯底暴露在元件的外緣。這樣，當(dāng)利用樹脂密封元件的表面時，樹脂16和襯底硅之間的粘合很強(qiáng)。結(jié)果，可以提高在元件外緣上的樹脂16的粘合。因此，在包括例如低介電常數(shù)的易損層間絕緣膜的半導(dǎo)體元件12中，可以防止由作用在元件外緣部分的應(yīng)力引起的層間分離，從而提高可靠性。
特別是，通過使用二氧化碳?xì)怏w激光器或YAG激光器去除元件外緣上的層疊膜24時，可以在暴露的襯底硅的表面上形成二氧化硅膜，從而可以強(qiáng)化與樹脂的粘合，而進(jìn)一步提高可靠性。
(第二實(shí)施例)圖7是示出用于本發(fā)明第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的放大截面圖。相同的標(biāo)號表示與圖2相同的部件，并省略了詳細(xì)的描述。
本實(shí)施例與上述第一實(shí)施例的不同之處在于，溝槽25不是形成于包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部的外緣部分中，而是形成于半導(dǎo)體元件12的外緣端部的內(nèi)側(cè)，并沿著半導(dǎo)體元件12的外緣端部。
對于加工溝槽25的方法，可以使用上述RIE、FIB或激光束。溝槽25的形成位置為例如距離半導(dǎo)體元件的外緣端部10至300μm的內(nèi)側(cè)，以及溝槽的寬度為例如5至295μm。
這樣，通過在半導(dǎo)體元件的外緣端部的內(nèi)側(cè)形成溝槽25，導(dǎo)致剝離開始發(fā)生的層疊膜的外緣部分與元件外緣端部的高應(yīng)力范圍分開，同時，溝槽25中的樹脂16如上所述具有高粘合強(qiáng)度，從而樹脂16弛豫了層疊膜的外緣端部的應(yīng)力。本實(shí)施例中作用在層疊膜24上的應(yīng)力在元件的外緣部分仍然較大，如圖6所示，然而，由于在半導(dǎo)體元件的外緣端部的內(nèi)側(cè)形成溝槽25，可以極大降低作用在比溝槽25距離外緣端部更靠內(nèi)側(cè)的那部分層疊膜24上的應(yīng)力。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，還可以防止由作用在半導(dǎo)體元件12的外緣部分上的應(yīng)力引起的層間分離，并且可以獲得與第一實(shí)施例相同的效果。另外，類似于第一實(shí)施例，通過利用激光形成溝槽25可以得到進(jìn)一步的效果。
(第三實(shí)施例)圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面。
根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)利用激光在包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部的外緣部分上去除包括低介電膜的層疊膜24，從而形成溝槽時，不但去除了包括低介電膜的層疊膜24，還從硅襯底的上表面去除了深度為1μm或更深的硅襯底，從而形成離硅襯底的上表面為1μm或更深的硅襯底21的暴露表面。由于硅襯底21的暴露底表面離其上表面為1μm或更深，密封樹脂不僅粘合硅襯底21的暴露底表面，還粘合硅襯底21的暴露側(cè)表面，從而密封樹脂與硅襯底21之間的有效暴露面積增大。因此，相關(guān)于密封樹脂的粘合強(qiáng)度增大了，從而防止了低介電膜的剝離和包括低介電膜的層疊膜24的剝離。此外，硅襯底21的暴露底表面的粗糙度，即硅襯底21的暴露底表面的深度不均勻度為3μm或更大。由此，這樣就在硅襯底21的暴露底表面上形成了3μm或更大的不均勻度，從而密封樹脂以足以發(fā)揮粘合效果的量填充入凹陷部分中。因此，硅襯底21與密封樹脂之間的粘合強(qiáng)度增強(qiáng)，從而防止低介電膜的剝離和包括低介電膜的層疊膜24的剝離。對于這些利用激光的處理，例如，可以使用YAG激光器的三次諧波(355nm)。激光輸出條件，例如激光輸出功率和激光的輸出脈沖數(shù)，由將要去除的目標(biāo)層適當(dāng)?shù)卮_定。對將要去除的包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底的范圍的確定，考慮半導(dǎo)體晶片的有效使用，即從一塊半導(dǎo)體晶片上切出最多半導(dǎo)體芯片；以及考慮在每個半導(dǎo)體芯片中的最小暴露范圍，所述范圍確保半導(dǎo)體元件與密封樹脂之間的希望粘合強(qiáng)度。該去除范圍是包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部地從外緣端部到內(nèi)側(cè)300μm處。優(yōu)選的是，該范圍是包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部地從外緣端部到內(nèi)側(cè)5至10μm處。
此外，優(yōu)選的是，當(dāng)在半導(dǎo)體芯片的外緣部分上去除包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底時，激光輸出不同于在去除硅襯底時的激光輸出。也就是說，由于包括低介電膜的層疊膜24的機(jī)械強(qiáng)度不高，所以使用低輸出激光去除該膜，即，使用輸出為1W或更低的激光，以最小化施加到包括低介電膜的層疊膜24的暴露表面上的損壞。另一方面，由于硅襯底具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，所以即使使用高輸出激光去除襯底，而損壞仍較小，例如，使用輸出為1W或更高的激光，并可以在短時間內(nèi)去除預(yù)定的深度的硅襯底。通過適當(dāng)?shù)馗淖冚敵鰲l件，如激光輸出功率和激光輸出脈沖數(shù)，提高了激光處理的效率。
圖9是圖8所示半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在經(jīng)過樹脂16的密封后的截面圖。除了提供了樹脂16，該結(jié)構(gòu)基本上與圖8所示的結(jié)構(gòu)相同，因而相同的標(biāo)號表示與圖8相同的部件，并省略對其的詳細(xì)描述。
(第四實(shí)施例)圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖。
本實(shí)施例與上述第三實(shí)施例的不同之處在于，溝槽25不是形成于包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部的外緣部分中，而是形成于半導(dǎo)體元件12的外緣端部的內(nèi)側(cè)，并沿著半導(dǎo)體元件12的外緣端部。
溝槽25的形成位置為例如距離半導(dǎo)體元件的外緣端部10至300μm的內(nèi)側(cè)，溝槽的寬度為例如5至295μm。
這樣，通過在半導(dǎo)體元件的外緣端部的內(nèi)側(cè)形成溝槽25，導(dǎo)致剝離開始發(fā)生的層疊膜的外緣部分與元件的外緣端部的高應(yīng)力范圍分開，同時，溝槽25中的樹脂16如上所述具有高粘合強(qiáng)度，從而樹脂16弛豫了層疊膜的外緣端部處的應(yīng)力。本實(shí)施例中作用在層疊膜24上的應(yīng)力在元件的外緣部分仍然較大，然而，由于在半導(dǎo)體元件的外緣端部的內(nèi)側(cè)形成了溝槽25，可以極大地降低作用在比溝槽25距離外緣更靠內(nèi)側(cè)的那部分層疊膜24上的應(yīng)力。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，還可以防止由作用在半導(dǎo)體元件12的外緣部分的應(yīng)力引起的層間分離，并可以獲得與圖8所示的第三實(shí)施例相同的效果。另外，類似于第三實(shí)施例，通過利用激光形成溝槽25可以獲得進(jìn)一步的效果。
圖11是圖10所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在經(jīng)過樹脂16的密封后的截面圖。除了提供了樹脂16，該結(jié)構(gòu)基本上與圖10所示的結(jié)構(gòu)相同，因此相同的標(biāo)號表示與圖10相同的部件，并省略對其的詳細(xì)描述。
(第五實(shí)施例)圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖。
當(dāng)利用激光去除在包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部的外緣部分上的包括低介電膜的層疊膜24、以及硅襯底，從而暴露出硅襯底21時，包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底中的硅成分由于激光的作用而散布。如果散布的硅成分粘合到在硅襯底上形成的圖形布線部分中，會在布線之間產(chǎn)生短路，從而造成元件缺陷。因此，為了防止散布的硅成分粘合到在硅襯底上形成的圖形布線部分中，提供了表面保護(hù)膜(防粘膜)31，從而防止布線圖形之間發(fā)生短路。為了利用YAG激光器的三次諧波(355nm)來形成溝槽，當(dāng)通過elepso測量儀利用波長為365nm的光束測量折射率n時，表面保護(hù)膜的折射率n大于1.5(n＞1.5)。表面保護(hù)膜由例如PVA(聚乙烯醇)制成。
由于在包括低介電膜的層疊膜24上提供了表面保護(hù)膜，當(dāng)利用激光在包括半導(dǎo)體元件12外緣端部的外緣部分上去除包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底時，散布的硅成分粘合到表面保護(hù)膜31上，從而防止了硅成分粘合到圖形布線部分中。PVA在激光作用下具有良好的吸收特征，從而其具有較高的發(fā)熱效率。因此，當(dāng)應(yīng)用激光時，包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底的溫度升高，從而加速了對包括低介電膜的層疊膜24和硅襯底的去除。通常，在溝槽形成后，利用激光一起除去表面保護(hù)膜31和散布的硅成分。清水清洗或化學(xué)溶液清洗也通常被用于去除表面保護(hù)膜31。
此外，如圖12所示，當(dāng)在包括低介電膜的層疊膜24和表面保護(hù)膜31之間的下層形成折射率為1.5或更小的絕緣膜32，如折射率為1.49的TEOS、在上層形成折射率大于1.5的絕緣膜33，如折射率為1.5至1.8的聚酰亞胺時，可以加速利用激光在低介電膜中形成溝槽時的處理效率。其原因是，如果上層膜(表面保護(hù)膜和折射率大于1.5的絕緣膜)31和33的折射率大于下層膜(折射率為1.5或更小的絕緣膜)32的折射率，不僅上層膜31和33對激光的吸收性能會增強(qiáng)，而且可以期望在利用激光加熱包括低介電膜的層疊膜24的熱處理方面的進(jìn)展。此外，另一個原因是，如果上層膜(表面保護(hù)膜和折射率大于1.50的絕緣膜)31和33經(jīng)處理而被去除一部分，那么除掉部分的作用就像一個開口，使在處理下層膜時產(chǎn)生的氣體可以有效地向外排出，從而防止層疊膜24被氣壓損害。同時，如果將折射率大于1.5的絕緣膜33，例如折射率為1.5至1.8的聚酰亞胺形成在包括低介電膜的層疊膜24和表面保護(hù)膜31之間，那么不僅有作為表面保護(hù)膜的效果，而且如上述，還具有加速對包括低介電膜的層疊膜24的熱處理的效果。
圖13是圖12所示半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在去除表面保護(hù)膜31、并經(jīng)過樹脂16的密封后的截面圖。除了去除了表面保護(hù)膜31并提供了樹脂16以外，該結(jié)構(gòu)基本上與圖12所示的結(jié)構(gòu)相同，所以相同的標(biāo)號表示與圖12相同的部件，并省略對其的詳細(xì)描述。
(第六實(shí)施例)圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的經(jīng)過激光處理的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)的截面圖。
本實(shí)施例與上述第五實(shí)施例不同之處在于，溝槽25不是形成于包括半導(dǎo)體元件12的外緣端部的外緣部分中，而是形成于半導(dǎo)體元件12的外緣端部的內(nèi)側(cè)，并沿著半導(dǎo)體元件12的外緣端部。因此，相同的標(biāo)號表示與圖12相同的部件，并省略對其的詳細(xì)描述。
圖15是圖14所示的半導(dǎo)體元件的外緣結(jié)構(gòu)在去除表面保護(hù)膜31、并經(jīng)過樹脂16的密封后的的截面圖。除了去除了表面保護(hù)膜31并提供了樹脂16以外，該結(jié)構(gòu)基本上與圖14所示的結(jié)構(gòu)相同，所以相同的標(biāo)號表示與圖14相同的部件，并省略對其的詳細(xì)描述。
(修改)本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。盡管在上述實(shí)施例中描述了P-BGA封裝的例子，但是本發(fā)明并不限于這一實(shí)例，而是可以應(yīng)用到如圖16-18所示的其它類型的封裝中。圖16是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種修改的截面圖，其中將半導(dǎo)體元件設(shè)置成E-BGA型安裝結(jié)構(gòu)，圖17是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種修改的截面圖，其中將半導(dǎo)體元件設(shè)置成FC-BGA型安裝結(jié)構(gòu)，以及圖18是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的又一種修改的截面圖，其中將半導(dǎo)體元件設(shè)置成T-BGA型安裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以應(yīng)用于其它類型的封裝中，例如圖16所示的E-BGA封裝、圖17所示的FC-BGA封裝、以及圖18所示的T-BGA封裝。相同的標(biāo)號用于表示與圖1相同的部件，標(biāo)號17表示加強(qiáng)板，標(biāo)號18表示凸起。本發(fā)明還可以應(yīng)用于另外類型的封裝，只要半導(dǎo)體元件的表面或者整個半導(dǎo)體元件是使用樹脂封裝的。
根據(jù)實(shí)施例，對層疊膜的外緣部分的去除或者對溝槽的處理是在半導(dǎo)體元件的整個外緣上進(jìn)行的。然而，并不需要在整個外緣進(jìn)行去除或處理。只要在封裝中作用在半導(dǎo)體元件上的高熱應(yīng)力發(fā)生的半導(dǎo)體元件的拐角部分進(jìn)行去除或處理就是有效的。在密封樹脂和硅襯底之間具有高熱應(yīng)力的區(qū)域中，只需要沿著切割線連續(xù)去除至少500μm或更多的層疊膜。
襯底并不總是局限于硅，也可以使用GaAs或者其它半導(dǎo)體襯底。此外，密封樹脂并不限于環(huán)氧基或硅基樹脂，也可以使用其它樹脂，只要該樹脂與半導(dǎo)體襯底或其氧化物膜之間具有足夠強(qiáng)的粘合性。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，去除半導(dǎo)體元件的外緣部分上的層疊膜，以暴露出元件外緣部分上的襯底表面，這樣可以用由硅或類似物形成的半導(dǎo)體或者其氧化物膜來構(gòu)成元件的外緣部分，從而可以增強(qiáng)與密封樹脂的粘合強(qiáng)度。因此，即使在用樹脂密封半導(dǎo)體元件的表面時有應(yīng)力作用在元件表面的外緣部分，也不會發(fā)生樹脂剝離，從而防止了內(nèi)部絕緣層的剝離，從而可以提高半導(dǎo)體元件的可靠性。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它優(yōu)點(diǎn)和修改將是容易發(fā)生的。因此，本發(fā)明更廣泛的方面并不限于這里所示和描述的特定細(xì)節(jié)和代表性實(shí)施例。因此，在不脫離由所附權(quán)利要求書及其等效物所限定的本發(fā)明總構(gòu)思的精神或范圍下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體元件，其中在半導(dǎo)體襯底的表面上形成有由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜，并且所述層疊膜的部分被從所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上去除，從而所述半導(dǎo)體襯底在所述部分被暴露出；安裝襯底，其上安裝有所述半導(dǎo)體元件；以及樹脂層，其利用樹脂密封所述半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述暴露部分是包括其外緣端部的所述襯底的外緣部分的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述暴露部分沿所述襯底的所述外緣端部，并位于距離所述外緣端部一定距離的內(nèi)側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述層疊膜的暴露表面和通過去除所述層疊膜的所述部分而產(chǎn)生的所述襯底的暴露表面的表面粗糙度為1μm或更小。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述半導(dǎo)體襯底的所述暴露部分上形成有氧化物膜。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述層疊膜的所述去除部分的寬度為1至300μm。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述層疊膜的所述去除部分的寬度為5至10μm。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述暴露部分被從所述襯底的所述表面去除1μm或更深。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底的所述暴露部分的表面粗糙度為3μm或更大。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)通過elepso測量儀利用波長為365nm的光束測量時，折射率大于1.5的膜被提供在所述層疊膜的上方。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述折射率大于1.5的膜是保護(hù)膜，其用于防止在去除所述層疊膜時散布的半導(dǎo)體成分的粘合。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)通過elepso測量儀利用波長為365nm的光束測量時，折射率為1.5或更小的絕緣膜被形成于所述保護(hù)膜和所述層疊膜之間的下層，折射率大于1.5的絕緣膜被形成于所述保護(hù)膜和所述層疊膜之間的上層。
13.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括對半導(dǎo)體元件進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻，以從半導(dǎo)體襯底的表面上去除層疊膜的部分，從而在所述部分暴露出所述半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體元件中，在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上形成有由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的所述層疊膜；將所述半導(dǎo)體元件安裝在安裝襯底上；以及使用樹脂密封所述半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中反應(yīng)離子蝕刻的條件是，使所述層疊膜的暴露表面和通過去除所述層疊膜的所述部分而產(chǎn)生的所述襯底的暴露表面的表面粗糙度為1μm或更小。
15.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括對半導(dǎo)體元件應(yīng)用激光束，以從半導(dǎo)體襯底的表面上去除層疊膜的部分，從而在所述部分暴露出所述半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體元件中，在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上形成有由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的所述層疊膜；將所述半導(dǎo)體元件安裝在安裝襯底上；以及利用樹脂密封所述半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述半導(dǎo)體襯底的所述暴露部分上形成氧化物膜。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中應(yīng)用激光束將所述襯底的所述暴露部分從所述襯底的所述表面去除1μm或更深。
18.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中應(yīng)用激光束使所述襯底的所述暴露部分的表面粗糙度為3μm或更大。
19.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述層疊膜的所述去除部分的寬度為1至300μm。
20.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述層疊膜的所述去除部分的寬度為5至10μm。
21.如權(quán)利要求17、18、19和20中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中使用YAG激光束的三次諧波作為激光束。
22.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中當(dāng)通過elepso測量儀利用波長為365nm的光束測量時，在所述層疊膜上提供折射率大于1.5的膜。
23.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述折射率大于1.5的膜是保護(hù)膜，其用于防止在去除所述層疊膜時散布的半導(dǎo)體成分的粘合。
24.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中當(dāng)通過elepso測量儀利用波長為365nm的光束測量時，在所述保護(hù)膜和所述層疊膜之間的下層形成折射率為1.5或更小的絕緣膜，在所述保護(hù)膜和所述層疊膜之間的上層形成折射率大于1.5的絕緣膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體元件，在所述半導(dǎo)體元件中，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成有由包括絕緣膜的多個膜層構(gòu)成的層疊膜，并且層疊膜的部分被從半導(dǎo)體襯底的表面上去除，從而在該部分暴露出半導(dǎo)體襯底；安裝襯底，在其上安裝半導(dǎo)體元件；以及樹脂層，其利用樹脂密封半導(dǎo)體元件的至少一個表面。
文檔編號H01L21/00GK1674223SQ200510069718
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者井本孝志, 田窪知章, 細(xì)川隆治, 井守義久, 佐藤隆夫, 黑澤哲也, 桐谷美佳 申請人:株式會社東芝