專利名稱：多層互連基板、半導(dǎo)體裝置及阻焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體裝置，尤其涉及一種樹脂材料及利用該樹脂材料的多層互連基板。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的高性能半導(dǎo)體裝置使用多層樹脂基板用作其上攜帶半導(dǎo)體芯片的封裝基板。
另一方面，現(xiàn)今用于高性能半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體芯片中會產(chǎn)生大量的熱，因而，在該攜帶半導(dǎo)體芯片的多層樹脂基板中易于產(chǎn)生由熱應(yīng)力導(dǎo)致的翹曲。應(yīng)該注意的是，半導(dǎo)體芯片相對于樹脂基板具有更大的彈性模量。
這樣，當通過焊料凸塊等將半導(dǎo)體裝置安裝于電路基板上時，由于該半導(dǎo)體裝置所產(chǎn)生的熱能，使得大量的應(yīng)力作用于該焊料凸塊上；從而導(dǎo)致在該半導(dǎo)體芯片和該封裝基板之間，或者該封裝基板和該電路基板之間的電連接及機械連接遭到毀壞或損壞。
為了抑制封裝基板的這種翹曲問題，已經(jīng)開始使用具有大彈性模量的多層樹脂基板，其中該大彈性模量的多層樹脂基板的結(jié)構(gòu)為在該多層樹脂基板的中央部安置有以玻璃纖維織物進行加強的核心層。
另一方面，對于具有這種厚的核心層的封裝基板，該基板的厚度增大，而基板厚度的增大導(dǎo)致在信號路徑中例如形成于基板中的通路插塞(via-plug)的電感增加的問題。從而導(dǎo)致電信號的傳輸速度下降的問題。
因此，一直在努力通過將該核心層從多層樹脂基板中去除從而實現(xiàn)厚度只有500μm或更少的極薄多層樹脂基板。
參考文獻專利參考文件1日本特開2000-133683號公報專利參考文件2日本特開平11-345898號公報專利參考文件3日本特開平9-289269號公報專利參考文件4WO00/49652專利參考文件5日本特開2002-187935號公報專利參考文件6日本特開2001-127095號公報圖1顯示了傳統(tǒng)的具有核心的多層樹脂基板。
參考圖1，在樹脂基板11的中心部分處設(shè)有核心部分(core part)11C，該核心部分11包含層疊的11C1和11C2，其每一層的厚度為40-60μm并均由浸漬有玻璃纖維織物11G的樹脂層形成，其中，在該核心部分11C上形成有內(nèi)建的(build-up)絕緣膜11A及11B，絕緣膜11A及11B上具有互連圖案12A及12B。此外，在該核心部分11C的下方形成有內(nèi)建的絕緣膜11D及11E，絕緣膜11D及11E上具有互連圖案12D及12E。
此外，貫穿該核心部分11C形成有通路(through-via)12C，用來連接該互連層12A及互連層12D。
此外，在最外部的內(nèi)建絕緣膜11B及11E上分別形成有阻焊劑膜13A及13B，其中，在該阻焊劑膜13A中形成有電極焊盤14A，而在該阻焊劑膜13B中形成有電極焊盤14B。
在這樣形成的多層樹脂基板11上，面朝下地安裝有半導(dǎo)體芯片15，其中半導(dǎo)體芯片15的電極凸起16與對應(yīng)的電極焊盤14A連接。此外，在該半導(dǎo)體芯片15及該阻焊劑膜13A之間的空隙中充填有底部填充樹脂層(underfill resin layer)17。
在該樹脂基板11的背面，在該電極焊盤14B上形成有焊料凸塊17，用于將由半導(dǎo)體芯片15及多層樹脂基板11形成的半導(dǎo)體裝置安裝到電路基板上。
不過，對于具有這樣核心部分11C的多層樹脂基板11而言，也存在基板的總厚度(包括該核心部分11C1及11C2)超過500μm的情形。一般來說，會使用不止一層的核心層，且核心層的總厚度會大于500μm。在這種情況下，由通路12C形成的、并從該電極焊盤14B延伸到該電極焊盤14A的信號路徑的長度也超過500μm，并且通過這種長的信息路徑所傳輸?shù)男盘栍捎陔姼械脑黾佣鴷?jīng)歷延遲。
避免這個問題的一種方法是如圖2所示將該核心部分11C消除從而減少該多層樹脂基板的厚度。不過，這種所謂的“無核心部分的樹脂基板(其不包括核心部分)”會導(dǎo)致彈性模量的下降——從有核心部分11C時的20GPa的數(shù)值下降到10GPa或更少；而這樣會導(dǎo)致前面提到的樹脂基板的翹曲或變形成為主要的問題。在圖2中，應(yīng)該注意到的是之前解釋過的部分由相同的附圖標記表示，故其說明省略。
當帶有半導(dǎo)體芯片的樹脂基板產(chǎn)生翹曲時，在樹脂基板及安裝有具有該樹脂基板的半導(dǎo)體裝置的電路基板之間的結(jié)合部會作用有大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致該結(jié)合部遭損毀或損壞的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，其提供了一種多層互連基板，包括樹脂層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層，所述多個內(nèi)建層中的每一層均包括絕緣層及互連圖案；及第一和第二阻焊劑層，設(shè)置在所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的頂面及底面，其中，所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層中均包括玻璃纖維織物。
在本發(fā)明另一方案中，其提供一種半導(dǎo)體裝置，包括多層互連基板；及以面朝下的狀態(tài)安裝于所述多層互連基板上的半導(dǎo)體芯片，所述多層互連基板包括樹脂層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層，所述多個內(nèi)建層中的每一層均包括絕緣層及互連圖案；及設(shè)置在所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的頂面及底面的第一阻焊劑層和第二阻焊劑層，所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層均包括玻璃纖維織物；及電極焊盤，其形成于所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層上。
在本發(fā)明的另一方案中，其提供了一種阻焊劑，包括具有阻焊劑樹脂合成物的層，及浸漬在具有所述阻焊劑樹脂合成物的所述層中的玻璃纖維織物。
根據(jù)本發(fā)明，通過將阻焊劑浸漬到玻璃纖維織物中而機械地加強阻焊劑膜，從而改善了該阻焊劑膜的彈性模量。因此，通過將此剛性的阻焊劑膜設(shè)置于無核心的內(nèi)建多層基板的正面及背面，該無核心的內(nèi)建基板可從前側(cè)和后側(cè)被機械性地加強，而此結(jié)構(gòu)也可在保證足夠彈性模量的同時減少基板的厚度。通過此結(jié)構(gòu)，互連基板中信號路徑的電感減小，從而成功地抑制信號的延遲。應(yīng)該注意到的是，阻焊劑膜并未構(gòu)成信號路徑，所以，阻焊劑膜由于所包含的玻璃纖維織物而導(dǎo)致的厚度的增加不會對互連基板的電特性帶來任何負面影響。不管互連基板的厚度如何減少，由于該互連基板具有大的彈性模量，因此當半導(dǎo)體芯片以倒裝芯片方式安裝于互連基板上并且這樣安裝的半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生熱時，在互連基板中僅有輕度的翹曲及變形。從而，在半導(dǎo)體芯片及互連基板之間以及該互連基板及該電路基板之間形成高度可靠的電學及機械的連接。
此外，該阻焊劑膜也執(zhí)行傳統(tǒng)阻焊劑膜的功能，例如防止焊料橋接、減少焊料拾取、防止焊料爐的污染、在組裝時保護基板、消除銅互連圖案的氧化或侵蝕，以及消除電遷移等。
本發(fā)明的其他目的和其他特征通過下面的詳細描述并結(jié)合附圖將變得清楚。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的、利用具有核心的多層樹脂基板的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造圖；圖2示出了一半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造圖，其中圖1所示構(gòu)造中的核心部分已被去除；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造圖；圖4A至圖4G顯示了圖3所示的半導(dǎo)體裝置的制作過程。
具體實施例方式
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體裝置20的構(gòu)造。
參考圖3，該半導(dǎo)體裝置20由樹脂多層互連基板21以及通過焊料凸塊22A以倒裝芯片方式安裝于該樹脂多層互連基板21上的半導(dǎo)體芯片22形成，其中該樹脂多層互連基板21包括樹脂內(nèi)建疊層21A，樹脂內(nèi)建疊層21A中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層21A1-21A6，并且在該樹脂內(nèi)建疊層21A的頂面和底面上分別形成有阻焊劑層21B及21C。所述內(nèi)建層21A1-21A6的每一層均形成有Cu互連圖案21Ac，Cu互連圖案21Ac是例如直徑為40μm的通路圖案(via pattern)和線寬及線間距為30μm/30μm的圖案(a line-and-spacepattern of 30μm/30μm)的六層疊加的形式。因此，該Cu互連圖案21Ac的一部分形成貫穿該樹脂內(nèi)建疊層21A的通路21At。
應(yīng)該注意的是，對于本實施例的半導(dǎo)體裝置20，阻焊劑層21B及21C可以使用這樣的復(fù)合材料，其中阻焊劑樹脂合成物浸漬有例如彈性模量為40GPa的玻璃纖維織物21G。從而無論該阻焊劑樹脂合成物本身是否是彈性模量為2-3GPa的彈性模量的傳統(tǒng)產(chǎn)品，該阻焊劑層21B及21C均具有10-30GPa的彈性模量，例如15GPa。
根據(jù)圖3的構(gòu)造，該剛性的阻焊劑層21B及21C被設(shè)置于具有小彈性模量的樹脂內(nèi)建疊層21A的正面及背面，這樣該樹脂內(nèi)建疊層21A被從前側(cè)及后側(cè)機械性地加強。因此，基板的翹曲或變形可被有效地抑制。
此外，在與該內(nèi)建層21A6的互連圖案21Ac相接觸的阻焊劑層21B內(nèi)形成有電極焊盤21b的陣列，并且在阻焊劑層21C內(nèi)類似地形成有電極焊盤21c。從而，阻焊劑層21B及21C執(zhí)行傳統(tǒng)阻焊劑膜的功能，例如防止焊料橋接、減少焊料拾取(solder pickup)、防止焊料爐的污染、在組裝時保護基板、消除銅互連圖案的氧化或侵蝕，以及消除電遷移等。因此，用于傳統(tǒng)阻焊劑的環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂或環(huán)氧丙烯酸脂中的任何一種均可用作構(gòu)成該阻焊劑層21B及21C的樹脂材料。
盡管能想到使用包含有參考圖1說明的核心材料11C1及11C2所用到的玻璃纖維織物的預(yù)浸料坯來用于該阻焊劑層21B及21C，但是這些設(shè)計用于核心層的材料當用于該阻焊劑層21B及21C時并不能滿意地執(zhí)行阻焊劑的功能。
因此，難以在該多層樹脂基板的最外表面設(shè)置傳統(tǒng)的核心材料。
至于玻璃纖維織物21G，優(yōu)選地使用由高密度的、組織高度稀松的織物構(gòu)成的扁平玻璃纖維織物。
此外，該半導(dǎo)體芯片22以倒裝芯片方式安裝于該電極焊盤21b上，并且在該電極焊盤21c上形成有焊料凸塊23，以用于安裝到電路基板上。
對于具有這種結(jié)構(gòu)的多層互連基板21，包含有玻璃纖維織物的阻焊劑層21B及21C位于在該樹脂內(nèi)建疊層21A中形成的信號路徑的外部，從而不會因為該阻焊劑層21B及21C而導(dǎo)致該信號路徑內(nèi)的電感的增加。盡管該阻焊劑層21B及21C由于玻璃纖維織物的浸漬從而其厚度相對于傳統(tǒng)的焊接膜可能有所增加，但對于信號通過該基板的傳輸特性沒有太大影響。
雖然優(yōu)選地該阻焊劑層21B及21C具有與圖1所示構(gòu)造中的核心層11C1及11C2的厚度大致相等的40-60μm的厚度，但是只要該厚度不超過該核心層厚度的大約10倍，就不會對該多層互連基板21的電學特性產(chǎn)生負面影響。
下面將參考圖4A至圖4G對圖3所示的該多層互連基板21的制作過程進行說明。
參考圖4A，在由Cu或Cu合金構(gòu)成的支撐部件20S上形成第一層Cu互連圖案21Ac，然后通過真空壓制方法層疊設(shè)置由Tomoegawa Paper Co.Ltd出售的商品名為TLF-30的樹脂層而形成該第一層的內(nèi)建絕緣膜21A1。
接下來，在圖4B的過程中，通過CO2激光鉆孔方法在該內(nèi)建絕緣膜21A1上形成開口21Av，然后通過Rohm and Haas Company出售的非電解質(zhì)電鍍液在圖4B所示結(jié)構(gòu)的整個表面上形成Cu籽晶層(未在圖中顯示)。
進一步地，在圖4C的步驟中，通過Photec RY-3229(Hitachi Chemical Co.Ltd.的商品名)該Cu籽晶層上形成抗蝕圖，然后利用該抗蝕圖作為掩模，通過進行Cu的電解電鍍處理在開口21Av中填充Cu層。這樣，形成Cu互連圖案21Ac。需要注意的是，圖4C顯示的是在通過電解電鍍方法形成Cu層之后將抗蝕圖及不必要的Cu籽晶層除去的狀態(tài)。
進一步地，通過重復(fù)圖4A-圖4C中的過程，層疊設(shè)置絕緣膜21A1-21A6，然后如圖4D所示形成包括銅互連圖案21Ac及該通路21At的樹脂內(nèi)建疊層21A。
接下來，在圖4E的步驟中，在該樹脂內(nèi)建疊層21A上形成該阻焊劑層21B，其中該阻焊劑層21B由浸漬有阻焊劑的玻璃纖維織物形成，其中由Taiyo Ink MFG.Co.Ltd.出售的商品名為PSR-4000SP的阻焊劑用于此目的。至于該玻璃纖維織物，可以使用由Asahi Fiberglass Co.Ltd.提供的產(chǎn)品名為“High-Open Fabric Flat Roving Glass”的組織高度稀松的玻璃纖維織物。
進一步地，在圖4F的步驟中，通過蝕刻去除該支撐部件20S，并且與該阻焊劑層21B類似地在該樹脂內(nèi)建疊層21A的底部表面上形成阻焊劑層21C。
進一步地，在圖4G的步驟中，通過激光鉆孔方法在阻焊劑層21B內(nèi)形成與下方的互連圖案21Ac或通路21At對應(yīng)的開口，并在所述開口中形成電極焊盤21b。另外，在圖4G的步驟中，同樣通過激光鉆孔方法在阻焊劑層21C內(nèi)形成與該樹脂內(nèi)建疊層21A中的互連圖案21Ac或通路21At對應(yīng)的開口，并在所述開口中形成電極焊盤21c。
對這樣形成的多層互連基板21的翹曲進行測量。已經(jīng)證實當基板每邊的尺寸為4cm時，翹曲被成功地抑制為約50μm。尤其是已經(jīng)證實可將安裝有半導(dǎo)體22的、各邊尺寸為2cm的區(qū)域中的翹曲抑制為約20μm。從而證明無需利用任何加強件即可將半導(dǎo)體芯片22設(shè)置于這種多層互連基板21上。
此外，在使用彈性模量為10GPa的常用的底部填充樹脂(SumitomoBakelite Co.Ltd.的產(chǎn)品名稱為CRP-40753S3的產(chǎn)品)作為充填該半導(dǎo)體芯片22和該基板21之間空隙的底部填充樹脂層22B的狀態(tài)下，對半導(dǎo)體芯片22以倒裝芯片方式安裝在該多層互連基板21上的結(jié)構(gòu)進行熱循環(huán)測試。在-10℃及100℃之間重復(fù)該熱循環(huán)測試300次。其結(jié)果證實了不會產(chǎn)生例如該半導(dǎo)體芯片和該多層樹脂基板21之間的電連接的剝離或斷開。
此外，對安裝半導(dǎo)體芯片22之后的翹曲進行了測量，證實在各邊尺寸為4cm的基板中的翹曲為100μm或更少，并且未產(chǎn)生通路接觸部(via-contact)的分離或斷開。
在此要注意的是，該底部填充的樹脂層22B可加入或不加入填料顆粒。
通過在圖3的構(gòu)造中仍使用相同的阻焊劑材料(Taiyo Ink MFG.Co.Ltd.的PSR-4000SP)但未浸漬玻璃纖維織物的對比試驗發(fā)現(xiàn)，對于各邊尺寸為4cm的基板，其翹曲的幅度的值從浸漬玻璃纖維織物時的50μm增大到300μm。至于各邊尺寸為2cm的芯片安裝區(qū)域，證實了翹曲從20μm增加至約100μm，而如此大的翹曲使得如不利用基板上的加強件則無法將半導(dǎo)體芯片22安裝于該基板上。
因此，在另一對比試驗中，前述對比試驗中的多層樹脂互連基板沿其外圍設(shè)有厚度為1mm的Cu加強件。這樣，該基板的翹曲被抑制為約100μm。此外，該半導(dǎo)體芯片22類似地通過底部填充樹脂進行安裝，然后在-10℃及100℃之間重復(fù)熱循環(huán)測試300次。在此對比試驗中，證實在基板與該芯片之間可造成斷開。
此外，在安裝有該半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)下對基板翹曲的測量發(fā)現(xiàn)，該對比試驗中的翹曲高達300μm，且該半導(dǎo)體芯片會分離并在通路內(nèi)出現(xiàn)斷開。
這樣，通過利用玻璃纖維織物對設(shè)于基板最外表面的阻焊劑層進行機械地加強，本發(fā)明能有效地抑制該無核心的多層樹脂基板的翹曲或變形。
此外，應(yīng)該注意到，利用含有玻璃纖維織物的阻焊劑層對該多層樹脂基板進行機械地加強并不局限于無核心基板；對于圖1中具有核心部分的基板，當基板的厚度為500μm或更小時同樣有效，只不過翹曲及變形成為嚴重的問題。
由于本發(fā)明的阻焊劑層21B及21C含有玻璃纖維織物，因此這些層的鉆孔處理則通過激光束來進行。因此，該阻焊劑層無需具有光敏性。不過，這并不代表傳統(tǒng)的光敏阻焊劑不能用于本發(fā)明。事實上，本發(fā)明實施例所用的阻焊劑(Taiyo Ink MFG.Co.Ltd.的PSR-4000SP)正是光敏阻焊劑。
此外，本發(fā)明并不僅局限于之前所述的實施例，在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以進行各種變體及修改。
權(quán)利要求
1.一種多層互連基板，包括樹脂層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層，所述多個內(nèi)建層中的每一層均包括絕緣層及互連圖案；及第一和第二阻焊劑層，設(shè)置在所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的頂面及底面，其中，所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層中均包括玻璃纖維織物。
2.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層的彈性模量均大于所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的彈性模量。
3.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層的彈性模量均為10-30GPa。
4.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層的厚度均為30-60μm。
5.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述多層互連基板從所述第一阻焊劑層的表面到所述第二阻焊劑層的表面的厚度為500μm或更小。
6.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層形成有各自的電極焊盤。
7.如權(quán)利要求1所述的多層互連基板，其中所述玻璃纖維織物包含組織高度稀松的織物。
8.一種半導(dǎo)體裝置，包括多層互連基板；及以面朝下的狀態(tài)安裝于所述多層互連基板上的半導(dǎo)體芯片，所述多層互連基板包括樹脂層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層，所述多個內(nèi)建層中的每一層均包括絕緣層及互連圖案；及設(shè)置在所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的頂面及底面的第一阻焊劑層和第二阻焊劑層，所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層均包括玻璃纖維織物；及電極焊盤，其形成于所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層上。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層的彈性模量均大于所述樹脂疊層結(jié)構(gòu)的彈性模量。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一阻焊劑層和第二阻焊劑層的彈性模量均為10-30GPa。
11.一種阻焊劑，包括具有阻焊劑樹脂合成物的層，及浸漬在具有所述阻焊劑樹脂合成物的所述層中的玻璃纖維織物。
12.如權(quán)利要求11所述的阻焊劑，其中所述阻焊劑樹脂合成物包含有環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂及環(huán)氧丙烯酸脂中的任意一種。
全文摘要
一種多層互連基板，包括樹脂層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊設(shè)置有多個內(nèi)建層，所述多個內(nèi)建層中的每一層均包括絕緣層及互連圖案；及設(shè)置在所述樹脂層疊結(jié)構(gòu)的頂面及底面的第一和第二阻焊劑層，其中，所述第一和第二阻焊劑層的每一層均包括玻璃纖維織物。
文檔編號H01L23/12GK101047159SQ20061010750
公開日2007年10月3日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者倉科守, 水谷大輔 申請人:富士通株式會社