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)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法以及通過該制造方法制造的半導(dǎo)體器件，該方法適用于通過接合凸點(diǎn)(bonding bump)將半導(dǎo)體芯片安裝在安裝襯底上。
背景技術(shù)：
目前，通過將諸如CPU(中央處理器)和存儲(chǔ)器的多個(gè)LSI(大規(guī)模集成)器件結(jié)合到一個(gè)封裝中而獲得的SIP(系統(tǒng)封裝)已被認(rèn)為是用于高性能半導(dǎo)體器件的一種封裝類型。一些SIP采用了將多個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝在公共安裝襯底(插入物)上的封裝形式。一些其他的SIP采用了直徑大于其上將安裝的半導(dǎo)體芯片直徑的半導(dǎo)體芯片來作為安裝襯底，即芯片上芯片系統(tǒng)封裝(chip-on-chip SIPs)。
作為通過使用這樣的SIP封裝形式來安裝半導(dǎo)體器件的方法，最近已實(shí)際使用倒裝芯片接合從而增大引腳的數(shù)目并減小間距。在倒裝芯片接合中，凸點(diǎn)(金屬突起)形成在半導(dǎo)體芯片的電極上，并且將半導(dǎo)體芯片安裝在安裝襯底上，在半導(dǎo)體芯片和安裝襯底之間設(shè)置有凸點(diǎn)。因此，用于形成并接合凸點(diǎn)的方法至關(guān)重要。
在倒裝芯片接合中，有時(shí)通過倒裝芯片接合器(flip chip bonder)將具有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片安裝在類似地具有多個(gè)凸點(diǎn)的安裝襯底上。與使用有機(jī)襯底的普通封裝相比，具有這種安裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝如SIP更小巧更輕薄，并且以更低的功耗更高速地工作。此外，SIP在例如成本、發(fā)展TAT(周轉(zhuǎn)時(shí)間，Turn Around Time)和工作速度方面比SOC(片上系統(tǒng)，System on Chip)更有利，其中SOC通過將CPU和存儲(chǔ)器的功能集成在一個(gè)高性能芯片(例如，DRAM/邏輯LSI芯片)中而獲得。因此，SIP不僅廣泛地應(yīng)用于小巧輕便的便攜式電子裝置，而且還應(yīng)用于所有的電子裝置。
圖5A和5B是解釋常規(guī)半導(dǎo)體器件制造方法的視圖。首先，如圖5A所示，在半導(dǎo)體芯片1的電極上形成凸點(diǎn)2，并且在相應(yīng)的安裝襯底3的電極上形成凸點(diǎn)4。安裝襯底3固定在未示出的平臺(tái)上，而半導(dǎo)體芯片1通過未示出的真空夾盤的吸附而握持。然后將半導(dǎo)體芯片1放置在平臺(tái)的上方從而面對(duì)安裝襯底3。在這種情況下，例如通過使用凸點(diǎn)和圖案的圖像識(shí)別將半導(dǎo)體芯片1的凸點(diǎn)2和安裝襯底3的凸點(diǎn)4對(duì)準(zhǔn)。
接著，如圖5B所示，通過向下移動(dòng)真空夾盤使半導(dǎo)體芯片1的凸點(diǎn)2與安裝襯底3的凸點(diǎn)4接觸。在這種接觸狀態(tài)下，通過真空夾盤將半導(dǎo)體芯片1向下按壓，并且凸點(diǎn)2和4通過在預(yù)定溫度下被加熱而接合。
常規(guī)上，通過使用例如虛擬樣品(dummy sample)來檢查半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間的對(duì)準(zhǔn)，使得半導(dǎo)體襯底1和安裝芯片3不會(huì)未對(duì)準(zhǔn)。然而，例如當(dāng)凸點(diǎn)2和4為球形時(shí)，輕微的未對(duì)準(zhǔn)就會(huì)極大地影響凸點(diǎn)的接合程度以及半導(dǎo)體器件的電特性。也就是說，如圖6A所示，在半導(dǎo)體芯片1上的凸點(diǎn)2的中心與安裝襯底3上的凸點(diǎn)4的中心(以單點(diǎn)劃線表示)未對(duì)準(zhǔn)的情況下，當(dāng)凸點(diǎn)2和4被按壓以彼此接觸時(shí)，凸點(diǎn)2和4彼此滑移，如圖6B和6C所示，增大了半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間的未對(duì)準(zhǔn)。
因此，如圖6D和6E所示，半導(dǎo)體芯片1在安裝襯底3的平面方向上(圖中的左-右方向上)發(fā)生位移。因此，凸點(diǎn)2和4之間的位置關(guān)系被嚴(yán)重破壞，凸點(diǎn)2和4在這種狀態(tài)下被接合。結(jié)果，在半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間的凸點(diǎn)接合部分，由于接觸面積的減小而導(dǎo)致電阻增大。在某些情況下，可能出現(xiàn)開路故障或短路故障。
例如，專利文件1(日本未審定專利申請(qǐng)公開No.2000-100868(第0022-0027段，圖3)描述了“半導(dǎo)體器件的制造方法”。在該方法中，在布線板的布線層形成表面上形成絕緣樹脂層，在絕緣樹脂層中形成錐形開口，在開口的內(nèi)部形成焊料層，在半導(dǎo)體芯片的鋁電極端子上形成球形金屬凸點(diǎn)，該金屬凸點(diǎn)被加熱，與絕緣樹脂層的開口中的焊料層加壓性地接觸，從而進(jìn)入熔化和軟化的焊料層中，并且，通過將軟化的絕緣樹脂層的上表面與半導(dǎo)體芯片的電極端子表面緊密接觸，而用絕緣樹脂層涂敷并密封半導(dǎo)體芯片的金屬凸點(diǎn)與布線焊盤之間的接合部分。
然而，在以上專利文件1中所描述的制造方法中，當(dāng)半導(dǎo)體芯片的金屬凸點(diǎn)被放在絕緣樹脂層的開口內(nèi)的焊料層中時(shí)，由于絕緣樹脂層通過加熱而被軟化，如果金屬凸點(diǎn)從開口相對(duì)偏移，則其被粘附在絕緣樹脂層中同時(shí)延伸了開口。因此，絕緣樹脂層的開口不能起到防止與金屬凸點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的作用。此外，在以上專利文件1中所描述的制造方法中，凸點(diǎn)并未彼此接觸地接合。因此，以上專利文件1中所描述的制造方法不能解決將被本發(fā)明所解決的問題，即，如上所述的當(dāng)通過倒裝芯片接合將半導(dǎo)體芯片1安裝到安裝襯底3上時(shí)，凸點(diǎn)2和4之間的未對(duì)準(zhǔn)所引起的接合故障。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中，在通過倒裝芯片接合將具有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片安裝到具有多個(gè)凸點(diǎn)的安裝襯底上之前，在所述半導(dǎo)體芯片和所述安裝襯底中的至少一個(gè)上形成突出引導(dǎo)體(projectingguide)，從而使該突出引導(dǎo)體靠近凸點(diǎn)并從其上設(shè)置有凸點(diǎn)的表面突出，并且該突出引導(dǎo)體具有指向凸點(diǎn)的引導(dǎo)面(guide face)。
在以上的半導(dǎo)體器件制造方法中，在安裝襯底上安裝半導(dǎo)體芯片時(shí)，例如預(yù)先將突出引導(dǎo)體形成在安裝襯底上。即使當(dāng)凸點(diǎn)輕微地未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，半導(dǎo)體芯片的凸點(diǎn)也會(huì)在凸點(diǎn)接合期間碰觸突出引導(dǎo)體的引導(dǎo)面。通過在這種狀態(tài)下施加壓力來校正凸點(diǎn)之間的未對(duì)準(zhǔn)。


圖1之(A)-(D)是表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的具體實(shí)例的說明圖；圖2A至2C是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的具體實(shí)例的說明圖；圖3A和3B是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的具體實(shí)例的說明圖；圖4A和4B是表示突出引導(dǎo)體的截面形狀的另一實(shí)例的視圖；圖5A和5B是表示常規(guī)半導(dǎo)體器件制造方法的說明圖；圖6A至6E是表示常規(guī)方法的問題的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中，采用通過接合凸點(diǎn)將半導(dǎo)體芯片的電極與安裝襯底電連接的倒裝芯片接合來在安裝襯底上安裝半導(dǎo)體芯片。以下將描述該方法的具體過程。
圖1至3B是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的具體實(shí)例的說明圖。在對(duì)該實(shí)施例的描述中，與上述常規(guī)技術(shù)中類似的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。
首先，如圖1(A)所示，在其上將安裝半導(dǎo)體芯片的安裝襯底3的芯片安裝表面上形成多個(gè)凸點(diǎn)4。每個(gè)凸點(diǎn)4是由金屬制成的金屬凸點(diǎn)并且在設(shè)置于安裝襯底3的芯片安裝表面上的電極焊盤上形成為球狀，其中所述金屬在凸點(diǎn)接合例如焊接期間在加熱溫度下不會(huì)熔化。盡管通常通過電鍍晶片而形成凸點(diǎn)，但凸點(diǎn)也可以通過例如浸漬或在電鍍之后的回流而形成。
接下來，如圖1(B)所示，通過用抗蝕劑涂敷安裝襯底3的整個(gè)芯片安裝表面而形成抗蝕劑層5。作為抗蝕劑材料，可使用在以下將描述的凸點(diǎn)接合期間、在加熱溫度下變得比凸點(diǎn)硬的材料，例如熱固樹脂，如環(huán)氧樹脂或酚樹脂。調(diào)整抗蝕劑的涂敷厚度使得在固化樹脂之后完成狀態(tài)下相對(duì)于安裝襯底3的芯片安裝表面的抗蝕劑層5的厚度大于凸點(diǎn)4的高度。更優(yōu)選地，調(diào)整抗蝕劑的涂敷厚度使得在固化樹脂之后完成狀態(tài)下抗蝕劑層5的厚度等于或小于未示出的半導(dǎo)體芯片與安裝襯底3之間的預(yù)定間隙。此處描述的抗蝕劑層5的厚度對(duì)應(yīng)于以下將描述的突出引導(dǎo)體5A的高度。
接下來，如圖1(C)和1(D)所示，通過將安裝襯底3上的抗蝕劑層5構(gòu)圖成預(yù)定形狀，在設(shè)置于最外圍的四個(gè)角處的凸點(diǎn)4附近形成在平面圖中呈L形(勾形)的突出引導(dǎo)體5A。通過首先使用未示出的光掩模用紫外線輻射曝光抗蝕劑層5，經(jīng)由顯影去除不需要的抗蝕劑材料，然后熱固遺留在安裝襯底3上的抗蝕劑材料，來進(jìn)行抗蝕劑層5的構(gòu)圖。當(dāng)通過這樣的構(gòu)圖得到的突出引導(dǎo)體5A在截面中為矩形時(shí)，其不能起到預(yù)期的引導(dǎo)作用。因此，例如通過濺射將突出引導(dǎo)體5A成形為預(yù)期形狀。作為一個(gè)實(shí)例，突出引導(dǎo)體5A成形為在截面中基本為半圓形。
因此，突出引導(dǎo)體5A形成在安裝襯底3的芯片安裝表面上從而從其上設(shè)置有凸點(diǎn)4的表面突出。如上所述，由于突出引導(dǎo)體5A成形為在截面中基本為半圓形，指向凸點(diǎn)4的曲面用作引導(dǎo)面，該引導(dǎo)面沿著與安裝襯底3的凸點(diǎn)形成表面(基本上與芯片安裝表面相同)成鈍角的斜線(未示出)設(shè)置。該引導(dǎo)面用作定位引導(dǎo)面，其在凸點(diǎn)被接合(凸點(diǎn)接合)時(shí)，允許后面描述的半導(dǎo)體芯片1的凸點(diǎn)2可靠地接合到安裝襯底3的凸點(diǎn)4。
當(dāng)形成具有這樣的引導(dǎo)面的突出引導(dǎo)體5A時(shí)，突出引導(dǎo)體5A的高度大于凸點(diǎn)4的高度，因?yàn)榭刮g劑的涂敷厚度在構(gòu)圖之前的以上工藝中被調(diào)整為使得在樹脂固化之后完成狀態(tài)下的從其制成突出引導(dǎo)體5A的抗蝕劑層5的厚度大于凸點(diǎn)4的高度。
接下來，如圖2A所示，其上預(yù)先形成凸點(diǎn)2的半導(dǎo)體芯片1由真空夾盤6吸附并面朝下握持，如上所述的其上形成有突出引導(dǎo)體5A的安裝襯底3被固定到倒裝芯片接合器的平臺(tái)7上。在將安裝襯底3固定在平臺(tái)7上之前，通過使用虛擬樣品來調(diào)整(粗調(diào))平臺(tái)7的位置。在將安裝襯底3放置在平臺(tái)7上之后，將通過真空夾盤6握持的半導(dǎo)體芯片1放置在平臺(tái)7的上方從而面對(duì)安裝襯底3，在這種狀態(tài)下通過倒裝芯片接合器的圖像識(shí)別系統(tǒng)來進(jìn)行半導(dǎo)體芯片1與安裝襯底3之間的相對(duì)定位(細(xì)調(diào))?？梢酝ㄟ^水平移動(dòng)平臺(tái)7或者水平移動(dòng)真空夾盤6來執(zhí)行定位。
接著，如圖2B所示，通過分配器或類似物將密封底層填料(sealingunderfill)8涂敷到安裝襯底3的芯片安裝表面上。底層填料8的涂敷區(qū)域限定為包圍設(shè)置在安裝襯底3的芯片安裝表面的最外圍的凸點(diǎn)4的區(qū)域。在這種情況下，代替底層填料8，可以在安裝襯底3的芯片安裝表面上預(yù)先粘附粘合劑膜，比如ACF(各向異性導(dǎo)電膜)或NCF(非導(dǎo)電膜)。
接下來，如圖2C所示，通過向下移動(dòng)真空夾盤6使半導(dǎo)體芯片1上的凸點(diǎn)2與安裝襯底3上的凸點(diǎn)4接觸。在這種情況下，涂敷在安裝襯底3上的底層填料8被半導(dǎo)體芯片1按壓，并由此填充在半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間。
即使當(dāng)凸點(diǎn)2和4在彼此接觸時(shí)發(fā)生輕微的未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，半導(dǎo)體芯片1的凸點(diǎn)2碰觸突出引導(dǎo)體5A的內(nèi)曲面(引導(dǎo)面)，如圖3A所示，并且在這種狀態(tài)下真空夾盤6沿箭頭方向按壓半導(dǎo)體芯片1。由于這一原因，凸點(diǎn)2下滑到突出引導(dǎo)體5A的曲面上，并且如圖3B所示，由真空夾盤6握持的半導(dǎo)體芯片1由此移向左側(cè)(圖中的箭頭方向)，也就是說，在可減少凸點(diǎn)2和4之間的未對(duì)準(zhǔn)的方向(可校正未對(duì)準(zhǔn)的方向)上。
結(jié)果，當(dāng)在安裝襯底3上安裝半導(dǎo)體芯片1時(shí)，可以有效地校正凸點(diǎn)2和4之間的未對(duì)準(zhǔn)，并且提高凸點(diǎn)接合的穩(wěn)定性。而且，由于使用虛擬樣品的對(duì)準(zhǔn)調(diào)整不需要高的精確度，所以可以大大減少調(diào)整時(shí)間，并能夠提高生產(chǎn)率。順便提及，在通過上述制造方法獲得的半導(dǎo)體器件中，突出引導(dǎo)體5A形成在安裝襯底3上。
通過將突出引導(dǎo)體5A的高度設(shè)定為等于半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間的預(yù)定間隙，突出引導(dǎo)體5A可以用作半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3之間的間隔物。因此，通過使用突出引導(dǎo)體5A的高度作為參數(shù)，能夠精確地控制半導(dǎo)體芯片和安裝襯底3之間的間隙。
盡管在以上實(shí)施例中，突出引導(dǎo)體5A分別設(shè)置在安裝襯底3最外圍的四個(gè)角上的凸點(diǎn)4附近，但可以任意地改變突出引導(dǎo)體5A的布局和數(shù)目?？梢詫⑴c以上類似的突出引導(dǎo)體5A形成在半導(dǎo)體芯片1上，或者將與以上類似的突出引導(dǎo)體5A形成在半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3兩者上。當(dāng)突出引導(dǎo)體5A形成在半導(dǎo)體芯片1和安裝襯底3兩者上時(shí)，需要考慮使突出引導(dǎo)體5A在凸點(diǎn)接合期間不會(huì)彼此干擾。
盡管在以上實(shí)施例中突出引導(dǎo)體5A的截面為半圓形，但其可以例如是三角形，如圖4A所示，或者可以是梯形，如圖4B所示。當(dāng)突出引導(dǎo)體5A具有如圖4A或4B所示的截面形狀時(shí)，沿著與凸點(diǎn)形成表面呈鈍角的斜線設(shè)置的傾斜面形成為用作凸點(diǎn)接合期間的引導(dǎo)面。
工業(yè)適用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在通過倒裝芯片接合將具有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片安裝到具有多個(gè)凸點(diǎn)的安裝襯底上時(shí)，在所述半導(dǎo)體芯片和所述安裝襯底中的至少一個(gè)上預(yù)先形成突出引導(dǎo)體，從而使該突出引導(dǎo)體靠近凸點(diǎn)并從其上設(shè)置有凸點(diǎn)的表面突出并且具有指向凸點(diǎn)的引導(dǎo)面。因此，在凸點(diǎn)接合期間，可以通過突出引導(dǎo)體的引導(dǎo)面來校正凸點(diǎn)之間的未對(duì)準(zhǔn)，由此能夠獲得穩(wěn)定的接合狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在通過倒裝芯片接合將具有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片安裝到具有多個(gè)凸點(diǎn)的安裝襯底上之前，在所述半導(dǎo)體芯片和所述安裝襯底中的至少一個(gè)上形成突出引導(dǎo)體，使得所述突出引導(dǎo)體靠近所述凸點(diǎn)突出并從其上設(shè)置有所述凸點(diǎn)的表面突出，并且使所述突出引導(dǎo)體具有指向所述凸點(diǎn)的引導(dǎo)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體的引導(dǎo)面是斜面或曲面，所述斜面或曲面沿著與其上設(shè)置有所述凸點(diǎn)的表面呈鈍角的斜線設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體設(shè)置在安置于所述半導(dǎo)體芯片或所述安裝襯底的最外圍的四個(gè)角上的凸點(diǎn)附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體由在凸點(diǎn)接合期間、在加熱溫度下變得比所述凸點(diǎn)硬的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體設(shè)置在所述凸點(diǎn)附近從而在平面圖中基本為L形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體形成為使得其高度大于設(shè)置在所述突出引導(dǎo)體附近的凸點(diǎn)的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述突出引導(dǎo)體形成為使得其高度基本等于或者小于所述半導(dǎo)體芯片和所述安裝襯底之間的預(yù)定間隙。
8.一種半導(dǎo)體器件，其中具有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片通過倒裝芯片接合安裝到具有多個(gè)凸點(diǎn)的安裝襯底上，并且其中突出引導(dǎo)體設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片和所述安裝襯底中的至少一個(gè)上，使得所述突出引導(dǎo)體靠近所述凸點(diǎn)突出并從其上設(shè)置有所述凸點(diǎn)的表面突出，并且使所述突出引導(dǎo)體具有指向所述凸點(diǎn)的引導(dǎo)面。
全文摘要
當(dāng)通過接合凸點(diǎn)在安裝板上安裝半導(dǎo)體芯片時(shí)，由于凸點(diǎn)的相互位置偏移而發(fā)生接合故障。在通過倒裝芯片系統(tǒng)將其上形成有多個(gè)凸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片安裝到其上形成有多個(gè)凸點(diǎn)(4)的安裝板(3)上之前，在其上形成凸點(diǎn)的安裝板(3)上形成比凸點(diǎn)(4)厚的抗蝕劑層(5)，然后構(gòu)圖該抗蝕劑層以形成半圓形截面的突出引導(dǎo)體(5A)，其從凸點(diǎn)(4)附近的凸點(diǎn)(4)形成面突出并且具有朝向安裝板(3)上的凸點(diǎn)(4)側(cè)的引導(dǎo)面(曲面)。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1723551SQ200480001819
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者仙田亞由美 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社