专利名称：半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造方法，更具体地说，涉及制造晶片级封装的方法。
背景技术：
对于半导体器件的制造方法，有一种方法包括在半导体晶片态下，在半导体晶片的表面形成绝缘层、互连布图、外部电极端子等，其中以预先限定的排列安装形成半导体芯片，最后把半导体晶片切割成单独的部分以制造芯片尺寸的半导体器件(晶片级封装)。日本未审查专利申请公开号2002-93942描述的半导体器件的制造方法包括在半导体晶片的形成电极端子的表面形成再互连层，在半导体芯片的背面形成再互连层，以及形成电连接到电极端子的外部端子。
日本未审查专利申请公开号2002-134651描述的半导体器件的制造方法包括在半导体晶片的电极端子上形成连接凸起，然后用树脂覆盖在其上形成连接凸起的表面，以露出连接凸起的端面，并进一步利用树脂覆盖半导体晶片的背面。此外，日本未审查专利申请公开号2002-270720描述的半导体器件的制造方法包括在半导体晶片的半导体芯片的表面的电极焊盘上形成突出的电极，利用绝缘树脂覆盖半导体晶片的表面以露出所突出的电极，研磨半导体晶片的背面，然后用绝缘树脂覆盖半导体晶片的背面，并切割半导体晶片以获得单独的半导体器件。
在上述制造晶片级封装的传统方法中，使用溅射等在半导体晶片上形成膜或暴露半导体晶片以制造半导体器件。因此，所述产品的制造需要使用薄膜形成系统或曝光系统等昂贵的制造系统。特别是，当使用被认为使用量将增加的300mm(12英寸)的大尺寸半导体晶片制造半导体封装时，需要构建新的制造系统，因此，带来需要进一步投资的问题。
晶片级封装具有与半导体晶片的硅材料的热膨胀系数基本相等的热膨胀系数，所以在通常用作安装电路板的由树脂构成的树脂板(安装电路板)上安装晶片级封装时，所述热膨胀系数与树脂板的显著不同，因此带来了这样的问题在晶片级封装和树脂板(焊料球)的连接部分上产生热应力以及连接部分破裂。因此，前面提供的作为晶片级封装的产品被限制为尺寸不大于10mm2左右的小型产品。此外，在传统的晶片级封装中，在产品中有时半导体晶片的硅材料被暴露于外界。对于这样的产品，所述封装不能被充足地保护。此外，背面没有被电绝缘，因此，会在所述封装的背面发生短路。
发明内容
本发明的目的是提供半导体器件的制造方法，所述半导体器件不需要使用昂贵的半导体器件制造系统来制造，可以与安装电路板的热膨胀系数相匹配，并可以容易地被安装。
为了实现上述目的，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括在半导体晶片的电极端子形成表面上形成与电极端子电连接的过孔和其它导体部分，并把半导体晶片切割成单独的半导体芯片以形成芯片尺寸的半导体器件，包括以下步骤对电极端子进行化学镀以用保护电极端子不被激光束损坏的保护膜覆盖电极端子的表面；在形成保护膜之前或之后研磨半导体晶片的背面以减小半导体晶片的厚度；利用树脂覆盖整个半导体晶片的电极端子形成的表面和背面，利用保护膜覆盖电极端子并对其进行处理以减小所述半导体晶片的厚度，以形成层叠板；以及从层叠板的外部将激光束聚焦到半导体晶片的电极端子形成表面以形成导通孔，在导通孔的底面露出保护层，然后通过电镀填充导通孔以形成导体部分。
优选的是，制造方法进一步包括以下步骤形成导体部分后在导体部分的平台上焊接外部连接端子，并把外部连接端子焊接到平台后把半导体晶片切割成单独的半导体芯片。
可供选择的是，制造方法进一步包括当利用树脂覆盖整个半导体晶片的电极端子形成表面和背面时，使用具有与树脂板的热膨胀系数接近的热膨胀系数的树脂。可供选择的是，半导体器件的制造方法进一步包括形成导体部分后，通过电绝缘层形成与导体部分电连接的互连布图。
通过参考附图对优选实施例的下述说明，将更加清楚本发明的这些和其它目的和特征，其中图1A到1J为根据本发明制造半导体器件的方法的截面图；图2为通过切割板获得的半导体器件的结构的截面图；图3A到3E为根据本发明制造半导体器件的另一个方法的截面图；以及图4A到4D为根据本发明制造半导体器件的再一个方法的截面图。
具体实施例方式
下面将通过参考附图详细说明本发明的优选实施例。图1A到1J为根据本发明的第一个实施例制造半导体器件的方法的截面图。图1A示出了以预先限定的排列安装有半导体芯片的半导体晶片10。标号12表示在半导体晶片10的形成电极表面上形成的电极端子(铝焊盘)。注意，在实际的半导体晶片中，形成了大量的电极端子12，但在本图中，所示的电极端子12只用于说明。
图1B示出了如下状态通过保护膜14覆盖电极端子12的表面，从而在后面的步骤中电极端子12不被通过激光处理在绝缘层中形成导通孔时使用的激光束损坏。保护膜14由具有导电性的材料构成，用于与电极端子12电连接。只要能够保护电极端子12不被激光束损坏，所述材料不是讨论的重点。在本实施例中，半导体晶片10被化学镀镍，以在电极端子12的表面形成作为保护层14的镍层。为了有选择地在电极端子12的表面沉积化学镀层，通过预先处理半导体晶片10，可以通过化学镀仅在电极端子12的表面形成保护层14。保护膜14的厚度应该为大约10到20μm。
注意，也可以在电极端子12的表面形成保护膜14，然后在保护膜14的表面镀金、镀铜等以减小与电连接到电极端子12的互连布图之间的接触电阻。在本实施例中使用化学镀形成保护膜14或镀金膜或镀铜膜的方法的优点在于不需要使用任何特殊的用于形成激光保护膜的掩膜，与溅射或其它薄膜工艺步骤相比工艺过程更简单，以及不需要与薄膜工艺系统等的化学镀系统相比的昂贵系统。
图1C示出了如下状态研磨与形成电极端子12的一面相反的半导体晶片10的另一面(半导体晶片的背面)以减小半导体芯片10的厚度。通过减薄半导体芯片10，半导体器件的总厚度变小且半导体器件可以更紧凑。很容易通过研磨把600μm厚的半导体晶片减小到大约100μm到200μm。注意，利用保护膜14覆盖电极端子12的表面的步骤可以在研磨半导体晶片10的背面的过程之后进行。即，也可以研磨半导体晶片10的背面，然后为了有选择地在电极端子12的表面沉积化学镀层，处理化学镀的表面以在电极端子12的表面形成保护层14。
图1D示出了如下状态在研磨半导体晶片10的背面后，利用树脂层16和18覆盖半导体晶片10的正面和背面以形成层叠板20。通过使用包括制造通常的树脂板时使用的玻璃布的半固化片在厚度方向把半导体晶片10夹在中间并对其进行挤压、加热，可以与半导体晶片10一体形成树脂层16和18。通过覆盖半导体晶片10的正面和背面，树脂层16和18用于保护半导体晶片10。
如果可以适当地选择用于树脂层16和18的树脂材料的热膨胀系数，以使半导体器件的热膨胀系数整体上与安装电路板的热膨胀系数基本匹配，可以减小在安装电路板上安装半导体器件时半导体器件和安装电路板之间产生的热应力。本实施例的树脂层16和18的厚度为大约60到200μm，但树脂层16和18的厚度可以被设定为这样的厚度在安装电路板上安装半导体器件时，所述厚度适合减小焊料球或其它外部连接端子和安装电路板上的连接部分之间的热应力，热应力与用于树脂层16和18的树脂材料的热膨胀系数有关。树脂层16和18可以使用相同的树脂材料，也可以使用不同的树脂材料。选择用于树脂层16和18的树脂材料的热膨胀系数和厚度，从而在覆盖半导体晶片的两个表面并形成板20时板20不会发生弯曲。
在图1C所示的步骤中，研磨半导体晶片10的背面以减小半导体晶片10的厚度，从而在形成半导体器件时总体上尽可能地减小由硅构成的半导体芯片的热膨胀系数对半导体器件的影响。如上所述，硅的热膨胀系数与用于安装电路板的树脂板的热膨胀系数显著不同。因此，如果可以抑制半导体芯片对热膨胀系数的影响并把与形成安装电路板的树脂材料的热膨胀系数接近的材料作为用于树脂层16和18的树脂材料，可以使半导体器件的热膨胀系数总体上接近于安装电路板的热膨胀系数。
注意，如图1D所示，在使用树脂层16和18覆盖半导体晶片10的两面并形成层叠板20时，不需要形成与半导体晶片10的圆形形状大体相同的形状。形成在后面的步骤中便于操作的矩形或其它形状就可以了。使之成为在后面的步骤中便于操作的形状的重要性在于在本实施例的半导体器件的制造方法中，采取了用于印刷电路板或其它树脂板的制造系统来制造晶片级封装，因此，以便于在这样的制造系统中操作的形状形成板20方便了传统系统的应用。
图1E示出了如下状态通过激光处理在树脂层16中形成导通孔22。激光束在电极端子12的排列位置聚焦以形成导通孔22。提供导通孔22以使覆盖电极端子12的保护膜14在底面被露出。电极端子12的表面被保护膜14覆盖以不被激光束损坏。
图1F示出了如下状态在层叠板20上化学镀铜以在包括导通孔22的内表面的树脂层16的整个表面形成电镀电源供给层24(plating powerfeed layer)。电镀电源供给层24用于通过电镀形成充当互连布图的导体部分。图1G示出了如下状态暴露形成互连布图的部分并利用抗蚀剂图形26覆盖电镀电源供给层的表面。抗蚀剂图形26可以这样形成利用干膜或其它光敏树脂层覆盖被电镀电源供给层24覆盖的树脂层16的表面并对其进行曝光和显影。
图1H示出了如下状态在表面电镀铜以在电镀电源供给层24的暴露位置形成镀铜28，然后除去抗蚀剂图形26。镀铜28填充了导通孔22并在树脂层16的表面的电镀电源供给层24的暴露部分以预定的厚度形成。在本实施例中，在导通孔22中填充的镀铜部分作为过孔28a，而在树脂层16的表面形成的镀铜部分作为平台28b。图1I示出了如下状态除去暴露于树脂层16表面的电镀电源供给层24的部分，并形成导体部分，其中通过过孔28a把单独的电极端子12和平台28b分别独立地电连接到导体部分。电镀电源供给层24的厚度远远小于平台28b等的镀铜28的厚度，从而平台28b的暴露部分没有被抗蚀剂等覆盖，并使用氯化铁或其它铜腐蚀溶液化学蚀刻层叠板20以除去电镀电源供给层24的暴露部分。
图1J示出了如下状态把作为外部连接端子的焊料球30焊接到暴露于树脂层16的外表面的所有平台28b。由此，获得了具有焊料球30的层叠板，焊料球30与半导体晶片10的电极端子12电连接并位于树脂层16的外表面。图2示出了通过把图1J所示的晶片形状的层叠板20切割成单独的部分获得的半导体器件(半导体封装)。切割层叠板20时，应该在半导体晶片10上形成单独的半导体芯片的边界位置切割。
图2所示的半导体器件32由正面和背面被树脂层16和18覆盖的半导体芯片10a构成，具有焊接到在树脂层16的表面形成的平板28b的焊料球30，并具有通过过孔28a电连接的半导体芯片10a的焊料球30和电极端子12。当安装半导体器件32时，焊接放置在安装电路板的连接部分的焊料球30就足够了。
半导体芯片10a的两个表面被树脂层16和18覆盖，从而可靠地保护了半导体芯片10a。半导体芯片10a的背面没有被暴露于外界，从而相互连接等不会接触半导体芯片10a的外表面并不会引起短路。当在安装电路板上安装半导体器件时，树脂层16和18用来减小焊料球30和连接端子之间的热应力。因此，可以避免在焊料球30和连接端子的焊接部分热应力聚集和发生破裂的问题。
注意，利用图1A到1J和图2所示的半导体器件的制造方法，从在形成于半导体晶片10上的电极端子12上形成保护膜14的步骤开始，采用了在传统树脂板制造过程中使用的制造方法。特别是，图2所示形成用于与电极端子12电连接的导体部分的步骤采用了过去经常用作制造树脂板的方法的半添加法。这样，本实施例的特征为使用了在形成半导体器件(半导体封装)的树脂板的制造方法中通常使用的制造方法和设备。
在图1A到1J和图2所示的实施例中，以与半导体晶片10的电极端子12相同的排列形成平台28b，但也可以通过在半导体晶片10的表面上铺设互连布图来制造半导体器件。图3A到3E示出了如下步骤利用树脂层16和18覆盖半导体晶片10的正面和背面(图3A)，在树脂层16中形成导通孔22(图3B)，通过化学镀铜在包括导通孔22的树脂层16的整个表面形成电镀源供给层24(图3C)，在树脂层16的表面形成抗蚀剂图形26a(图3D)，以及电镀铜以形成构成互连布图(再分布布图)28c的导体层，并把焊接球30焊接到互连布图28c的平台部分以形成层叠板(图3E)。
如图3D所示，在通过过孔28a与电极端子12电连接的状态下，在绝缘层16的表面形成了形成再互连的互连布图28c。可以这样获得如图3E所示的层叠板除去抗蚀剂图形26a，蚀刻去掉在树脂层16的表面暴露的电镀电源供给层24，并利用绝缘树脂34覆盖树脂层16的表面并只露出互连布图28c的平台，然后把焊接球30焊接到平台。通过把图3E所示的层叠板切割成单独的部分获得半导体器件。获得这样形式的半导体器件，电极端子12和互连布图28c通过过孔28a电连接，并且焊接球30焊接到互连布图28c的平台。
在图3A到3E所示的半导体器件的制造方法中，在树脂层16的表面上只形成一层互连布图28c。图4A到4D示出了通过电绝缘层堆叠多层互连布图的例子。图4A示出了如下状态在树脂层16的表面形成与电极端子12电连接的第一层互连布图28c。图4B示出了如下状态在互连布图28c上形成树脂层17并通过激光处理树脂层17形成导通孔22。图4C示出了如下状态利用电镀电源供给层24在树脂层17的表面形成第二层互连布图28d并与位于下面的互连布图28c电连接。
图4D示出了如下状态利用绝缘树脂34a覆盖树脂层17的表面并只露出互连布图28的平台，然后把焊接球30焊接到平台。这样，可以利用在半导体晶片10的电极端子形成表面的上的树脂层16和17使各层互相电绝缘，并获得了具有通过两层互连布图28c和28d电连接的电极端子12和焊料球的层叠板。通过把层叠板切割成单独的部分，可以获得半导体器件(晶片级封装)。
根据图4A到4D所示的半导体器件的制造方法，通过把板切割成单独的部分，可以获得由半导体芯片10a构成的半导体器件，其中在半导体芯片10a的电极端子形成表面上形成了多层互连层。这样，当在半导体晶片10的电极端子形成表面上形成了互连布图时，可以形成任何图形的互连布图并可以形成相互堆叠的多个互连布图。形成这些互连布图的方法实际上采用了制造树脂板的传统方法，它的步骤不是特别复杂。此外，如上所述，本发明的制造半导体器件的方法并不依赖于溅射或其它薄膜工艺，因此，可以采用制造树脂板的传统制造系统。特别是，无需使用昂贵的制造系统。
总结本发明的效果，如上所述，对于根据本发明的半导体器件的制造方法，从在半导体晶片的电极端子上形成保护膜的步骤开始，可以采用制造树脂板的传统方法来制造半导体器件，且不需要为半导体器件使用昂贵的制造系统，因此可以降低半导体器件的制造成本。特别是，即使处理比过去大的半导体晶片时，也可以采用树脂板的传统制造系统。因此，不需要构建新的制造系统从而降低了投资成本。
此外，通过本发明的方法获得的半导体器件的半导体芯片的两个表面被树脂层覆盖，从而具有稳定制造半导体芯片的优点并减小了通过树脂层安装半导体器件时外部连接端子上的热应力。
为了说明，通过所选择的具体实施例说明了本发明，然而，显然只要不脱离本发明的基本概念和范围，本领域的技术人员可以进行各种修改。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括在半导体晶片的电极端子形成表面上形成与电极端子电连接的过孔和其它导体部分，并把半导体晶片切割成单独的半导体芯片以形成芯片尺寸的半导体器件，该方法包括以下步骤化学镀所述电极端子以利用保护所述电极端子不被激光束损坏的保护膜覆盖所述电极端子的表面，在形成所述保护膜之前或之后研磨半导体晶片的背面以减小半导体晶片的厚度，利用树脂覆盖整个半导体晶片的所述电极端子形成表面和背面以形成层叠板，所述电极端子被保护膜覆盖，并被处理以减小其厚度，以及从所述层叠板的外部把激光束聚焦到半导体晶片的电极端子形成表面以形成导通孔，在所述导通孔的底面露出所述保护层，然后通过电镀填充所述导通孔以形成所述导体部分。
2.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，进一步包括以下步骤形成所述导体部分后在所述导体部分的平台上焊接外部连接端子，以及把所述外部连接端子焊接到所述平台后把半导体晶片切割成单独的半导体芯片。
3.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，进一步包括当利用树脂覆盖整个半导体晶片的电极端子形成表面和背面时，使用具有与树脂板的热膨胀系数接近的热膨胀系数的树脂。
4.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，进一步包括形成所述导体部分后，通过电绝缘层形成与所述导体部分电连接的互连布图。
全文摘要
半导体器件的制造方法，能够利用制造树脂板的传统制造系统，从而制造晶片级封装且不增加制造成本，该方法包括化学镀所述电极端子以利用保护所述电极端子不被激光束损坏的保护膜覆盖所述电极端子的表面；在形成所述保护膜之前或之后研磨半导体晶片的背面以减小半导体晶片的厚度；利用树脂覆盖整个半导体晶片的所述电极端子形成表面和背面以形成层叠板，所述电极端子被保护膜覆盖并被处理以减小其厚度；以及从所述层叠板的外部把激光束聚焦到半导体晶片的电极端子形成表面以形成导通孔，在所述导通孔的底面露出所述保护层，然后通过电镀填充所述导通孔以形成所述导体部分。
文档编号H01L21/60GK1551319SQ20041003475
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者反町东夫 申请人:新光电气工业株式会社