半导体模块、半导体模块的制造方法和便携设备的制作方法

专利名称：半导体模块、半导体模块的制造方法和便携设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体模块及其制造方法。
技术背景在现有半导体模块中有被称为CSP( Chip Size Package:芯片尺寸封装) 的半导体模块。通过对在一个主面上形成有LSI (电路元件)和与其连接的 外部连接电极的半导体晶片(半导体基板)进行切割而分开来形成这种CSP 半导体模块。因此，半导体模块可以以与LSI芯片相同的尺寸固定在布线 基板上，从而，可以使安装有半导体模块一侧的布线基板小型化。近年来，伴随着电子设备的小型化/高性能化，要求电子设备中使用的 半导体模块进一步小型化。随着这样的半导体模块的小型化，用来安装在 布线基板上的电极间的节距窄化必不可少。作为半导体模块的表面安装方 法，已知有在电路元件的外部连接电极上形成焊料凸起、对焊料凸起和布 线基板的电极焊盘进行软钎焊的倒装安装方法。在倒装安装方法中，焊料 凸起本身的大小和软钎焊时架桥现象的产生等成为制约，导致外部连接电 极的节距窄化存在界限。近年来，为了克服这样的界限，在电路元件上通 过形成再布线来进行外部连接电极的再配置。作为这样的再配置方法，例 如已知有这样的方法，即以通过半蚀刻金属板而形成的突起结构作为电极 或通路，经由环氧树脂等绝缘层将电路元件安装在金属板上，将电路元件 的外部连接电极与突起结构相连接(参照专利文献1 )。专利文献1:日本特开2004 - 193297号公报在现有的半导体晶片(半导体基板)的状态下，将突起结构埋入绝缘 层中以将金属板、绝缘层及电路元件层积时，由于绝缘层的流动性低，尤 其是在半导体晶片的中心附近处被突起结构挤出的树脂的排出场所少，所 以存在这样的问题，即树脂的残膜夹在突起结构和与其相对的电路元件电 极的界面上，再布线部分处的连接可靠性降低。发明内容本发明是鉴于这样的问题而作出的，其目的在于提供一种在将突起结 构埋入绝缘层以将金属板、绝缘层及电路元件层积的半导体模块中，提高 突起结构和电路元件的电极的连接可靠性的技术。本发明的 一种形态是半导体模块的制造方法。该半导体模块的制造方法，其特征在于，包括第一工序，形成表面设置有电路元件和与该电路 元件电连接的电极的半导体基板；第二工序，形成具有从主表面突出设置 的突起部和设置在该主表面的第一沟槽部的金属板；第三工序，经由绝缘 层压接金属板和半导体基板，通过使突起部贯通绝缘层而电连接突起部和 电极。通过这种形态，被突起部挤出的部分等多余的绝缘层流动到第 一沟槽 部内，抑制绝缘层的残膜夹在突起部和电极之间的界面上，所以能够容易 地制造突起部和电极的连接可靠性提高的半导体模块。在上述结构中，优选在半导体基板上形成多个电路元件，第一沟槽部 形成在为划分多个电路元件而设置的划线区域中。划线区域一般是以将在 半导体晶片(半导体基板)的表面上纵横形成的多个电路元件划分成各电 路元件的方式包围的格子状的区域，是将半导体晶片(半导体基板)切割 而分开时被除去的区域。因此，可以不考虑电路元件的电极等布线层的布 局，在切割区域中设置第一沟槽部，而且在重新制造其它电路元件的情形 下也可以通用化而加以利用。结果是能够实现连接可靠性提高的半导体模 块的低成本化。在上述结构中，优选在电路元件的边缘部中形成电极。通过在避开了 形成有集成电路区域的边缘部(划线区域附近)形成电路元件的电极，在 划线区域中形成第 一沟槽部，因为多余的绝缘层变得容易流到第 一沟槽部 内，所以可有效地抑制绝缘层的残膜夹在突起部和电极之间的界面上。在上述结构中，其特征在于，还包括通过加工金属板而形成具有规定 线路/空间图形的布线层的第四工序，与布线层的空间图形相对应地形成第 一沟槽部，通过从背面侧将金属板薄膜化而形成布线层。根据本发明，因 为能够根据第一沟槽部的空间图形自身匹配地形成具有规定线路/空间图形 的布线层，所以不需要加工金属板以形成布线层的光刻工序或蚀刻工序。 结果是能够实现突起部和电极的连接可靠性提高的半导体模块的低成本化。在上述结构中也可以贯通金属板形成第一沟槽部。这种情形下，因为 多余的绝缘层通过贯通金属板的第 一沟槽部流出到外部，所以能够进一步 抑制绝缘层的残膜夹在突起部和电极之间的界面上。在上述结构中，优选在第一工序的半导体基板中，在其表面上进一步 形成第二沟槽部。这样，多余的绝缘层流到第一沟槽部内和第二沟槽部内，可进一 步有效地抑制绝缘层的残膜夹在突起部和电极之间的界面上。因此， 能够更容易地制造突起部和电极的连接可靠性提高的半导体模块。本发明的其它形态是半导体模块的制造方法。该半导体模块的制造方法的特征在于，包括第一工序，形成表面设置有电路元件和与该电路元 件电连接的电极以及沟槽部的半导体基板；第二工序，形成具有突起部的 金属板；第三工序，经由绝缘层压接金属板和半导体基板，通过使突起部 贯通绝缘层而将突起部和电极电连接，并且利用绝缘层埋入沟槽部。根据这种形态，因为被突起部挤出的绝缘层流到第二沟槽部内，抑制 绝缘层的残膜夹在突起部和电极之间的界面上，所以能够容易地制造突起 部和电极的连接可靠性提高的半导体模块。本发明的其它形态是半导体模块。该半导体模块包括 一体地设置有 从主表面突出的突出部的布线层、设置有与突起部电连接的元件电极的电 路元件、以及设置在布线层和电路元件之间的绝缘层，布线层在主表面上 具有沟槽部，绝缘层填充到沟槽部中。本发明的其它形态是半导体模块。该半导体模块包括 一体地设置有 从主表面突出的突出部的布线层、设置有与突起部电连接的元件电极的电 路元件、设置在布线层和电路元件之间的绝缘层、以及设置在布线层的主 表面和绝缘层之间的中间层，中间层在与绝缘层接触的面上具有沟槽部， 绝缘层填充到凹部中。本发明的其它形态是便携设备。该便携设备的特征在于包括上述任意 一种形态的半导体模块。根据本发明，在将突起结构埋入绝缘层以将金属板、绝缘层和电路元 件层积的半导体模块中，突起结构和电路元件的电极的连接可靠性提高。


图1是本发明第一实施方案的半导体模块的概括剖面图；图2 (A) (D)是用来说明具有突起部和沟槽部的铜板的形成方法的剖面图；图3 (A) (C)是用来说明具有突起部和沟槽部的铜板的形成方法的 剖面图；图4是示出由多条划线划分的半导体基板配置成矩阵状的半导体晶片 的平面图；图5 (A) ~ (D)是用来说明第一实施方案的半导体模块的制造工序的 概括剖面图；图6 (A) (C)是用来说明第一实施方案的半导体模块的制造工序的 概括剖面图；图7是本发明第二实施方案的具有突起部和沟槽部的铜板的概括剖面图；图8 (A) (C)是用来说明第二实施方案的半导体模块的制造工序的 概括剖面图；图9 (A) (C)是用来说明第二实施方案的半导体模块的制造工序的 概括剖面图；图10是本发明第三实施方案的具有突起部和沟槽部的铜板的概括剖面图；图11 (A) (C)是用来说明第三实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图12 (A)、图12 (B)是用来说明第三实施方案的半导体模块的制造 工序的^t括剖面图；图13是本发明第四实施方案的具有突起部和沟槽部的铜板的概括剖面图。图14 (A) (C)是用来说明第四实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图15 (A) (C)是用来说明第四实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图16 (A) (D)是用来说明第五实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图17 (A) (C)是用来说明第五实施方案的半导体模块的制造工序的概括剖面图；图18 (A) (D)是用来说明第六实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图19 (A) ~ (C)是用来说明第六实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图；图20是本发明第七实施方案的半导体模块的概括剖面图； 图21是本发明第八实施方案的半导体模块的概括剖面图； 图22是在布线图形的主表面S2中、图21中示出的沟槽部形成部分92 的立体图；图23是第九实施方案的半导体模块的概括剖面图； 图24 (A) (B)是用来说明构成实施方案九的半导体模块的中间层 的形成方法的剖面图；图25是示出本发明第十实施方案的、包括半导体模块的手机的结构图； 图26是图25中示出的手机的部分剖面图(第一壳体的剖面图)。附图标记说明1 半导体基板 2 电路元件2a 电极 3 保护膜4 再布线图形(布线层)4a突起部 4al 突起部的前端部4a2突起部的侧面部4b 沟槽部 5 划线6 半导体模块形成区域 7 绝缘层 8 外部连接电极(焊球)具体实施方式
下面根据

具体实现本发明的实施方案。此外，在全部的附图 中，对于相同的构成要素标注相同的附图标记，省略适当说明。 (第一实施方案)图1是根据本发明第一实施方案的半导体模块的概括剖面图。根据图1 说明第一实施方案的半导体模块。半导体基板1采用P型硅基板等，在其表面Sl (下面一侧)通过公知 技术形成规定的电路等电路元件2，在成为安装面的表面Sl (特别是边缘 部)形成电路元件2的电极2a。在除该电极2a之外的半导体基板1表面上的区域形成保护膜3。在半导体基板1的表面Sl (下面一侧)上，为了进一步扩大电极2a的节距在电极2a和保护膜3上形成有绝缘层7，贯通该绝 缘层7形成与电极2a的露出面连接的突起部(突起状的导体部)4a和在主 表面S2—侧一体地设置有该突起部4a的再布线图形(布线层)4。另外， 在该再布线图形4上设置在其主表面S2 —侧(上面一侧)由绝缘层7 (绝 缘层7a)埋入的沟槽部4b，在与该主表面S2相对的一侧(下面一侧)设 置外部连接电极(焊料凸起)8。具体地说，绝缘层7形成在半导体基板1的表面Sl (下面一侧)，其厚 度例如约为60pm。绝缘层7由加压时产生塑性流动的材料构成。作为加压 时产生塑性流动的材料可例举环氧类热固性树脂。用作绝缘层7的环氧类 热固性树脂例如可以是在温度160°C、压力8MPa的条件下，具有粘度为 lkPa.s特性的材料。另外，在温度160。C的条件下，这种材料在以15MPa 压力加压的情形下，和不加压的情形相比较，树脂的粘度降到约1/8。对此， 热固化前的B阶段的环氧树脂在玻璃化转变温度Tg以下的条件下，与树脂 不加压的情形相比程度相同，没有粘性，即使加压也不会产生粘性。再布线图形(布线层)4形成在绝缘层7上。在再布线图形4一体地设 置从主表面S2突出并贯通该绝缘层7的突起部(突起状的导体部)4a，并 且在该主表面S2设置埋入绝缘层7 (绝缘层7a)的沟槽部4b。再布线图形 4和突起部4a例如采用由轧制的铜构成的轧制金属。由铜构成的轧制金属 与由通过电镀处理等形成的铜构成的金属膜相比，在机械强度这点上强度 高，作为用于再布线的材料性能优异。再布线图形4的厚度例如约为30nm， 突起部4a的高度(厚度)例如约为60|im。突起部4a具有设置为圆形，与半导体基板1的电极2a接触的接触面平行的前端部4al，和随着靠近前 端部4al直径变细而形成的侧面部4a2。突起部4a前端(前端部4al )的直 径和基面的直径分别约为cf)40(im和4)60(im。此外，突起部4a设置在与电 极2a对应的位置。突起部4a的前端(.前端部4al )形成为与半导体基板1 的电极2a直接接触，电连接电极2a和再布线图形4。再布线图形(布线层) 4主表面S2上设置的沟槽部4b的深度例如约为15|^m。沟槽部4b设置在突 起部4a附近，将突起部4a埋入绝缘层7中以使铜板4z、绝缘层7和电路 元件2层积时，被突起部4a挤出的部分等多余的绝缘层7流入到沟槽部4b 中。此外，半导体基板l是本发明的"半导体基板"、电路元件2是本发明的"电路元件"、电极2a是本发明的"电极"、突起部4a是本发明的"突起 部"、沟槽部4b是本发明的"第一沟槽部"、铜板4z是本发明的"金属板"、 绝缘层7是本发明的"绝缘层"的一例。 (制造方法)图2和图3是用来说明具有突起部和沟槽部的铜板的形成方法的剖面 图。图4是表示由多条划线划分的半导体基板配置成矩阵状的半导体晶片 的平面图。图5和图6是用来说明在图1中示出的第一实施方案的半导体 模块的制造工序的概括剖面图。接下来，参照图1 图6，说明第一实施方 案的半导体模块的制造工序。如图2(A)所示，准备铜板4z,其厚度至少比突起部(突起状的导体 部)4a的高度和再布线图形(再布线)4的厚度之和还大。在这里，铜板 4z的厚度约为300pm。作为铜板4z，釆用由轧制的铜构成的轧制金属。如图2 (B)所示，利用通常的光刻法，在半导体模块形成区域6内的 突起部形成区域形成抗蚀剂掩模9a。在这里，突起部形成区域的排列与由 多条划线5划分为多个半导体模块形成区域6的半导体晶片中的半导体基 板1的各电极2a的位置相对应。如图2(C)所示，以该抗蚀剂掩模9a为掩模进行蚀刻处理，形成设置 为从铜板4z的主表面S2突出的规定图形的突起部4a。此时，通过调整蚀 刻条件，形成具有随着靠近突起部4a的前端部4al直径变细的侧面部4a2。 在这里，突起部4a的高度约为60pm，突起部4a前端(前端部4al )的直 径和基面的直径分别约为4>40|Lim和(J)60jum。此外，设置有突起部4a的铜 板4z是本发明的"金属板"的一例。如图2(D)所示，除去抗蚀剂掩模9a。由此形成突起部4a,该突起部 4a具有与铜板4z相对的前端部4al和形成为随着靠近前端部4al直径变细 的侧面部4a2。此外，还可以采用银(Ag)等金属掩模代替抗蚀剂掩模9a。 在这种情形下，因为可充分确保与铜板4z的蚀刻选择比，所以可以实现突 起部4a构图的进一步微细化。接下来，如图3 (A)所示，采用通常的光刻法，在半导体模块形成区 域6内的沟槽部形成区域形成抗蚀剂掩模9b。如图3(B)所示，用该抗蚀剂掩模9b作为掩模进行蚀刻处理，在铜板 4z上形成从其主表面S2下挖而设置的规定图形的沟槽部4b。在这里，沟槽部4b的深度约为15pm，设置在突起部4a附近。如图3 (C)所示，除去抗蚀剂掩模9b。由此形成铜板4z，该铜板4z 具有从其主表面S2突出设置的突起部4a和设置在该主表面S2上的沟槽部 4b。另外准备这样制造的铜板4z，在下面说明的第一实施方案的半导体模 块的制造工序中采用。首先，如图5 (A)所示，准备以矩阵状形成表面Sl具有电路元件2、 电极2a和保护膜3的半导体基板1的半导体晶片。此外，如图4所示，半 导体晶片被多条划线5格子状地划分成多个半导体模块形成区域6 (半导体 基板1 )。这些半导体模块形成区域6是此前描述的形成有电路装置的区域。具体地说，如图5 (A)所示，对于P型硅基板等半导体晶片内的各个 半导体基板1，在其表面Sl (下面一侧)利用公知技术形成规定的电路等 电路元件2,及在其边缘部或上部形成电极2a。 一般采用铝等金属作电极 2a的材料。在除该电极2a之外的半导体基板1表面Sl上的区域，形成用 来保护半导体基板1的绝缘性保护膜3。作为保护膜3,采用二氧化硅膜 (Si02)或氮化硅膜(SiN)等。如图5 (B)所示，在半导体晶片(半导体基板1 )的表面Sl (下面一 侧)，在半导体基板1、和一体地形成有突起部4a并且在其附近有沟槽部4b 的铜板4z之间夹持绝缘层7。绝缘层7的厚度与突起部4a的高度同等程度， 约为60(am。此外，具有突起部4a和沟槽部4b的铜板4z的形成方法如上所 述。如图5 (C)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形而将半导体基板1、绝缘层7和铜板4z —体化。压力加工时的压力 和温度分别约为5MPa和200。C。通过压力加工，绝缘层7的粘度降低，绝 缘层7产生塑性流动。由此突起部4a贯通绝缘层7，突起部4a和半导体基 板1的电极2a被电连接。与此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7(绝 缘层7a)流到沟槽部4b内。另外，此时由于突起部4a具有形成为随着靠 近前端部4al直径变细的侧面部4a2,所以突起部4a顺畅i也贯通绝纟彖层7。 结果是从突起部4a和半导体基板1的电极2a之间界面有效地挤出绝缘层7， 绝缘层7的一部分难以残留在界面上。如图5 (D)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z,将铜板4z调整到再布线图形4的厚度。本实施方案的再布线图形4的厚度约为接下来，如图6(A)所示，采用光刻技术和蚀刻技术，通过加工铜板 4z而将其图形化为具有规定线路/空间图形的再布线图形(布线层)4。具体地说，用层积装置将膜厚20(im左右的抗蚀剂膜贴附到铜板4z上， 采用具有规定线路/空间图形的光掩模进行UV曝光后，用Na2CC>3溶液进行 显影，除去未曝光区域的抗蚀剂膜，从而在铜板4z上选择性地形成抗蚀剂 掩模(未图示)。此外，为了提高与抗蚀剂掩模的紧贴性，希望在进行抗蚀 剂膜的层积之前，根据需要在铜板4z的表面上实施研磨、清洗等前处理。 接着，通过用氯化铁溶液蚀刻铜板4z的露出部分，形成具有规定线路/空间 图形的再布线图形(布线层)4。此后用NaOH溶液等剥离剂剥离抗蚀剂掩 模。如图6 (B)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a与电极2a 连接的部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极(焊球)8 。 具体地说，将成膏状的树脂和软钎焊材料的"焊料膏"用丝网掩模印刷在 希望的地方，加热到焊料的熔融温度，由此形成外部连接电极(焊球)8。 或者作为其它方法也可以事先将焊剂涂覆在再布线图形4 一侧上，在再布 线图形4上安装焊球。如图6(C)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5，通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体 基板1相同外形尺寸的半导体模块。此后用化学药剂进行清洗处理，除去 切割时产生的残渣。通过这些工序，制造前面的图1中示出的第一实施方案的半导体模块。根据该第 一实施方案的半导体模块的制造方法，能够得到下面的效果。 (1 )通过将绝缘层7压在具有从主表面S2突出设置的突起部4a、设 置在该主表面S2的沟槽部4b的铜板4z和半导体基板1之间，被突起部4a 挤出的部分等多余的绝缘层7流到沟槽部4b内，从而抑制绝缘层7的残膜 夹在突起部4a和半导体基板1的电极2a的界面上，所以能够容易地制造突 起部4a和电极2a的连接可靠性提高了的半导体模块。(2)因为在铜板4z上与突起部4a—并设置的沟槽部4b尤其在半导体 晶片的中心附近具有作为被突起部4a挤出的绝缘层7的排出处所的功能，所以能够在整个半导体晶片上可重复地稳定地制造突起部4a和电极2a的连 接可靠性提高的半导体模块。由此能够降低半导体模块的制造成本。(3)因为在将半导体模块分开前的半导体晶片的状态下一并形成具有 突起部4a和沟槽部4b的再布线图形(布线层)4，所以与单独在每个半导 体模块上形成再布线图形4等情形相比，能够降低半导体模块的制造成本。(第二实施方案)图7是用来说明本发明第二实施方案的具有突起部和沟槽部的铜板的 剖面图。图8和图9是用来说明第二实施方案的半导体模块的制造工序的 概括剖面图。接下来，参照图7 图9，说明第二实施方案的半导体模块的 制造工序。如图7所示，与第一实施方案中具有突起部和沟槽部的铜板不同之处 在于，沟槽部4bl不是形成在半导体模块形成区域6内而是形成在划线5 内。此外，该沟槽部4bl格子状地形成为沿着划线5包围半导体模块形成 区域6 (半导体基板1 )。具有这样的沟槽部4bl的铜板4z能够通过改变图 3 (A)中示出的抗蚀剂掩模9b的掩模图形而容易地制造。除此之外，与第 一实施方案中说明的铜板4z的制造方法相同。此外，划线5是本发明的"划 线区i或"的一例。事先准备这样的铜板4z，在下面说明的第二实施方案的半导体模块的 制造工序中采用。首先，如图8 (A)所示，在半导体晶片(半导体基板1 )的表面Sl (下 面一侧)，在半导体基板l、和一体地形成有突起部4a并且在划线5内具有 沟槽部4bl的铜板4z之间夹持绝缘层7。绝缘层7和铜板4z等共通部分与 第一实施方案一样。如图8 (B)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形将半导体基板l、绝缘层7和铜板4z—体化。压力加工条件采用与 第一实施方案相同的条件。通过压力加工，绝缘层7粘度降低，绝缘层7产生塑性流动。由此突 起部4a贯通绝缘层7，突起部4a和半导体基板1的电极2a纟皮电连接。与 此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7 (绝缘层7b)流到设置在划线 5的沟槽部4bl内。结果是从突起部4a和半导体基板1的电极2a之间的界 面有效地挤出绝缘层7,绝缘层7的一部分难以残留在界面上。如图8(C)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z,将铜板4z调整到再布线图形4的厚度。本实施方案的再布线图形4的厚度约为 30(jm。接下来，如图9(A)所示，采用光刻技术和蚀刻技术，通过加工铜板 4z而将其图形化为具有规定线状/空间图形的再布线图形(布线层)4。这 时在划线5内形成凸状的绝缘层7b。绝缘层7b按原样反映沟槽部4bl的形 状，其高度约为15pm。如图9 (B)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a与电极2a 连接部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极(焊球)8。如图9 (C)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5,通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体基板1相同外形尺寸的半导体模块。这时因为在划线5内设置的凸状的绝 缘层7b被除去，所以在最终的各个半导体模块的再布线图形(布线层)4 中不会残留沟槽部4bl或绝缘层7。通过这些工序，制造第二实施方案的半导体模块。根据该第二实施方案的半导体模块的制造方法，在具有第一实施方案 的上述(1 ) (3 )的效果之外，还能够取得如下效果。(4) 划线5 —般是包围成将半导体晶片(半导体基板1 )表面上纵横 形成的多个电路元件划分为各个电路元件2的格子状的区域，是切割半导 体晶片(半导体基板1 )而分开时被除去的区域。因此，可以不考虑半导体 基板1 (电路元件2)的电极2a或与其连接的再布线图形4等布局，在划线 5设置沟槽部4bl，而且在重新制造其它电路元件的情形下也可以将沟槽部 4bl通用化而加以利用。结果是能够实现连接可靠性提高了的半导体模块的 低成本化。(5) 通过在避开形成有集成电路的区域的边缘部(划线5附近)形成 半导体基板l (电路元件2)的电极2a，在划线5形成沟槽部4bl，被突起 部4a挤出的部分等多余的绝缘层7容易流到沟槽部4bl内，所以能更有效 地抑制绝缘层7的残膜夹在突起部4a和电极2a之间的界面上。(第三实施方案)图10是用来说明本发明第三实施方案的具有突起部和沟槽部的铜板的 剖面图。图11和图12是用来说明第三实施方案的半导体模块的制造工序的概括剖面图。接下来，参照图10 图12，说明第三实施方案的半导体模 块的制造工序。如图IO所示，与第一实施方案中具有突起部和沟槽部的铜板的不同之 处在于，沟槽部4b2与再布线图形(布线层)4的空间图形相对应地形成。 此外，该沟槽部4b2的深度与再布线图形(布线层)4的高度相同，约为 30fim。具有这样的沟槽部4b2的铜板4z能够通过改变图3 (A)中示出的 抗蚀剂掩模9b的掩模图形，并且控制图3 (B)中示出的蚀刻处理条件而容 易地制造。除此之外，与第一实施方案中说明的铜板4z的制造方法相同。事先准备这样的铜板4z，在下面说明的第三实施方案的半导体模块的 制造工序中采用。首先，如图11 (A)所示，在半导体晶片(半导体基板1)的表面Sl (下面一侧)，在半导体基板1、和具有突起部4a和沟槽部4b2的铜板4z 之间夹持绝缘层7。绝缘层7和铜板4z等共通部分与第一实施方案一样。如图11 (B)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形将半导体基板l、绝缘层7和铜板4z—体化。压力加工条件采用与 第一实施方案相同的条件。通过压力加工，绝缘层7粘度降低，绝缘层7产生塑性流动。由此突 起部4a贯通绝缘层7，突起部4a和半导体基板1的电极2a被电连接。与 此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7 (绝缘层7c)流到沟槽部4b2 内。结果是从突起部4a和半导体基板1的电极2a之间的界面有效地挤出绝 缘层7，绝缘层7的一部分难以残留在界面上。如图11 (C)所示，从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z，直到露出 绝缘层7c (绝缘层7 )。由此将铜板4z自身匹配地图形加工成具有规定线路 /空间图形的再布线图形(布线层)4。与此同时，再布线图形4的下面一侧 成为被绝缘层7 (绝缘层7 c )平坦化的状态。接下来，如图12 (A)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a 与电极2a连接的部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极 (焊球)8。 '如图12(B)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5，通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体 基板1相同外形尺寸的半导体模块。通过这些工序，制造第三实施方案的半导体模块。根据该第三实施方案的半导体模块的制造方法，在具有第一实施方案 的上述(1 ) (3 )的效果之外，还能够取得如下的效果。(6 )因为能够根据沟槽部4b2的空间图形自身匹配地形成具有规定线路/空间图形的再布线图形(布线层)4，所以不需要加工铜板4z以形成再 布线图形4的光刻工序和蚀刻工序。结果是可以实现突起部4a和电极2a 的连接可靠性提高了的半导体模块的低成本化。 (第四实施方案)图13是用来说明本发明第四实施方案的具有突起部和贯通孔的铜板的 剖面图。图14和图15是用来说明第四实施方案的半导体模块的制造工序 的概括剖面图。接下来，参照图13 图15，说明第四实施方案的半导体模 块的制造工序。如图13所示，与第一实施方案中具有突起部和沟槽部的铜板的不同之 处在于，沟槽部的底形成为到达铜板4z的背面侧，沟槽部成为贯通铜板4z 的贯通沟4b3。在本发明中沟槽部也包含有这样的贯通沟4b3。此外，该贯 通沟4b3的布局与第一实施方案的沟槽部4b相同。具有这样的贯通沟4b3 的铜板4z能够通过改变图3 (A)中示出的抗蚀剂掩模9b的掩模图形，并 且控制图3 (B)中示出的蚀刻处理条件而容易地制造。除此之外，与第一 实施方案中说明的铜板4 z的制造方法相同。事先准备这样的铜板4z，在下面说明的第四实施方案的半导体模块的 制造工序中采用。首先，如图14 (A)所示，在半导体晶片(半导体基板1)的表面Sl (下面一侧)，在半导体基^反1、和具有突起部4a和贯通沟4b3的铜板4z 之间夹持绝缘层7。绝缘层7和铜板4z等共通部分与第一实施方案一样。如图14(B)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形将半导体基板l、绝缘层7和铜板4z—体化。压力加工条件采用与 第一实施方案相同的条件。通过压力加工，绝缘层7粘度降低，绝缘层7产生塑性流动。由此突 起部4a贯通绝缘层7,突起部4a和半导体基板1的电极2a被电连接。与 此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7 (绝缘层7d)流到贯通沟4b3 内。并且在进一步存在多余绝缘层7的情形下，通过该贯通沟4b3使绝缘层7漏出到铜板4z的背面侧而容易地除去。结果是从突起部4a和半导体基 板1的电极2a之间的界面有效地挤出绝缘层7，绝缘层7的一部分难以残 留在界面上。如图14 (C)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻铜板4z和绝缘层 7d,将铜板4z调整到再布线图形4的厚度。本实施方案的再布线图形4的 厚度约为30|im。接下来，如图15(A)所示，采用光刻技术和蚀刻技术，通过加工铜板 4z而将其图形化为具有规定线路/空间图形的再布线图形(布线层)4。如图15(B)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a与电极2a 连接部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极(焊球)8。如图15(C)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5，通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体 基板1相同外形尺寸的半导体模块。通过这些工序，制造第四实施方案的半导体模块。根据该第四实施方案的半导体模块的制造方法，在具有第一实施方案 的上述(1 ) (3)的效果之外，还能够取得如下的效果。(7 )因为被突起部4a挤出的部分等多余的绝缘层7不仅流入到贯通沟 4b3内，而且通过贯通铜板4z的贯通沟4b3流出到外部(铜板4z的背面侧)， 所以可以进一步有效地抑制绝缘层7的残膜夹在突起部4a和电极2a之间的 界面上。因此能够容易地制造突起部4a和电极2a的连接可靠性提高了的半 导体模块。(8)通过设置贯通铜板4z的贯通沟4b3,经由该贯通沟4b3可以使被 突起部4a挤出的部分等多余的绝缘层7流出到外部(铜板4z的背面侧)， 所以与设置非贯通的沟槽部的情形相比，能够重复地稳定地制造突起部4a 和电极2a的连接可靠性提高了的半导体模块。因此能够实现半导体模块的 低成本化。(第五实施方案)图16和图17是用来说明第五实施方案的半导体模块的制造工序的概 括剖面图。接下来，参照图16和图17说明第五实施方案的半导体模块的 制造工序。与第二实施方案的不同之处在于，将在铜板4z—侧的划线5内形成的沟槽部4bl作为半导体晶片(半导体基板1 ) 一侧的划线5内的沟槽部la而形成。除此之外，与在第二实施方案中说明的半导体模块的制造方法相同。首先，如图16(A)所示，准备在表面Sl具有电极2a和保护膜3、并 且在划线5内具有沟槽部la的半导体基板1形成为矩阵状的半导体晶片。 此外，能够通过对于图5 (A)中示出的半导体晶片(半导体基板1)设置 与沟槽部形成区域相对应的抗蚀剂掩模，之后实施蚀刻处理而更容易地制 造这样的沟槽部la。另外，也能够通过半切割而容易地制造。如图16 (B)所示，在半导体晶片(半导体基板1 )的表面Sl (下面一 侧)，将绝缘层7夹在划线5具有沟槽部la的半导体基板1和一体地形成有 突起部4a的铜板4z之间。半导体基板1 、绝缘层7和铜板4z等共通部分 与第一实施方案相同。如图16(C)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形将半导体基板l、绝缘层7和铜板4z—体化。压力加工条件采用与 第二实施方案相同的条件。通过压力加工，绝缘层7的粘度降低，绝缘层7产生塑性流动。由此 突起部4a贯通绝缘层7，突起部4a和半导体基板1的电极2a被电连接。 与此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7 (绝缘层7b)流到设置在划 线5的沟槽部la内。结果是从突起部4a和半导体基板1的电极2a之间的 界面有效地挤出绝缘层7，绝缘层7的一部分难以残留在界面上。如图16 (D)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z，将铜 板4z调整到再布线图形4的厚度。接下来，如图17(A)所示，采用光刻技术和蚀刻技术，通过加工铜板 4z而将其图形化为具有规定线路/空间图形的再布线图形(布线层)4。如图17(B)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a与电极2a 连接部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极(焊球)8。如图17(C)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5，通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体基板1相同外形尺寸的半导体^f莫块。这时因为在划线5内设置的沟槽部la 被除去，所以在最终的各个半导体模块的再布线图形(布线层)4中不会残 留沟槽部la。通过这些工序，制造第五实施方案的半导体模块。根据该第五实施方案的半导体模块的制造方法，能够取得与第 一 实施方案的上述(1) (3)和第二实施方案的上述(4)和(5)相同的效果。(第六实施方案)图18和图19是用来说明第六实施方案的半导体模块的制造工序的概 括剖面图。接下来，参照图18和图19说明第六实施方案的半导体模块的 制造工序。与第二实施方案和第五实施方案的不同之处在于，除了在划线5内形 成的沟槽部4bl，还在半导体晶片(半导体基板1 ) 一侧的划线5内同样地 形成沟槽部la。除此之外，与在第二实施方案和第五实施方案中说明的半 导体模块的制造方法相同。首先，如图18(A)所示，准备在表面Sl具有电极2a和保护膜3、并 且在划线5内具有沟槽部la的半导体基板1形成为矩阵状的半导体晶片。如图18 (B)所示，在半导体晶片(半导体基板1 )的表面Sl (下面一 侧)，将绝缘层7夹在划线5具有沟槽部la的半导体基板1、和一体地形成 有突起部4a并且在划线5具有沟槽部4bl的铜板4z之间。半导体基板1 、 绝缘层7和铜板4z等共通部分与第一实施方案相同。如图18(C)所示，在如上所述进行夹持之后，通过用加压装置进行加 压成形将半导体基板l、绝缘层7和铜板4z—体化。压力加工条件采用与 第二实施方案相同的条件。通过压力加工，绝缘层7的粘度降低，绝缘层7产生塑性流动。由此 突起部4a贯通绝缘层7，突起部4a和半导体基板1的电极2a被电连接。 与此同时，被突起部4a挤出的多余的绝缘层7 (绝缘层7b)流到设置在划 线5的沟槽部4bl内和沟槽部la内。结果是从突起部4a和半导体基板1 的电极2a之间的界面有效地挤出绝缘层7，绝缘层7的一部分难以残留在 界面上。如图18 (D)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z，将铜 板4z调整到再布线图形4的厚度。接下来，如图19(A)所示，采用光刻技术和蚀刻技术，通过加工铜板 4z而将其图形化为具有规定线路/空间图形的再布线图形(布线层)4。这 时在划线5内形成凸状的绝缘层7b。绝缘层7b按原样反映沟槽部4bl的形状。如图19(B)所示，用焊料印刷法，形成对于通过突起部4a与电极2a 连接部分的再布线图形4起外部连接端子功能的外部连接电极(焊球)8。如图19 (C)所示，沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5，通 过从半导体晶片背面(上面一侧)切割半导体晶片而分开为具有与半导体 基板1相同外形尺寸的半导体模块。这时因为在划线5内设置的凸状的绝 缘层7b和沟槽部la被除去，所以在最终的各个半导体模块的再布线图形 (布线层)4中不会残留绝缘层7b和沟槽部la。通过这些工序，制造第六实施方案的半导体模块。根据该第六实施方案的半导体模块的制造方法，能够取得下面的效果。 (9 )通过在划线5内的铜板4z —侧和半导体基板1 一侧这两侧设置沟 槽部(沟槽部4bl、沟槽部la)，被突起部4a挤出的部分等多余的绝缘层7 流到沟槽部4bl内和沟槽部la内，可以有效地抑制绝缘层7的残膜夹在突 起部4a和电极2a之间的界面上。因此能够更容易地制造突起部4a和电极 2a的连接可靠性提高了的半导体模块。 (第七实施方案)图20是第七实施方案的半导体模块的概括剖面图。本实施方案的半导 体模块的基本结构与第一实施方案相同。对于第七实施方案的半导体模块， 省略与第 一实施方案相同结构的适当说明。在第七实施方案的半导体模块中，如图20所示，在再布线图形4的主 表面S2 —侧设置微细凹凸90。微细凹凸90的粗糙度利用表面粗糙度计的 测量法以10点平均表面粗糙度Rz表示，优选为l(am。微细凹凸卯例如可以通过对再布线图形4的表面实施粗糙化处理来形 成。作为粗糙化处理例如可以列举CZ处理(注册商标)等化学药剂处理、 等离子体处理等。对再布线图形4的主表面S实施粗糙化处理的工序，可 以插入在第一实施方案的半导体模块的制造工序中说明的除去抗蚀剂掩模 的工序(参照图3(C))之后。第七实施方案的半导体模块除具有第一实施方案的效果之外，还能够 取得下面的效果。(10)通过在再布线图形4的主表面S设置微细凹凸90,因固定效应 而提高绝缘层7和再布线图形4之间的结合力。(第八实施方案)图21是第八实施方案的半导体模块的概括剖面图。本实施方案的半导 体模块的基本结构与第一实施方案相同。对于第八实施方案的半导体模块， 省略与第 一 实施方案相同结构的适当说明。图22是布线图形4的主表面S2中、图21中示出的沟槽部形成部分92 的立体图。在第八实施方案的半导体模块中，如图21和图22所示，沿着 突起部4a的周围设置圆形的沟槽部4b。这样的圓形沟槽部4b可以这样形 成，即在第一实施方案的半导体模块的制造工序中说明的、在铜板4z中形 成沟槽部4b的工序(参照图3 (b))中，以具有包围突起部4a的环状开口 部的抗蚀剂掩模为掩模进行蚀刻处理而形成。根据第八实施方案的半导体模块，除具有第一实施方案的效果之外， 还能够取得下面的效果。(11 )在第一实施方案说明的压力加工(参照图5 (C))中，从各突起 部4a和与其相对应的半导体基板1的电极2a之间的界面被挤出的绝缘层7 确实地流到沿着突起部4a的周围设置的沟槽部4b内。结果是绝缘层7的一 部分更加难以由于突起部4a和半导体基板1的电极2a的界面而残留。(第九实施方案)图23是第九实施方案的半导体模块的概括剖面图。本实施方案的半导 体模块的基本结构除了在布线图形4和绝缘层7之间设置中间层200这一 点外，其余与第一实施方案相同。对于第九实施方案的半导体模块，省略与第一实施方案相同结构的适当说明。如图23所示，在第九实施方案的半导体模块中，在布线图形4的主表 面S2和绝缘层7之间设置中间层200。中间层200由绝缘材料或者金属材 料形成。绝缘材料只要是压力加工时不产生塑性流动而保持形状的树脂即 可。另外，作为金属材料例如可以例举铜。在中间层200中设置有沟槽部204。该沟槽部204相当于第 一 实施方案 的沟槽部4b。这样的中间层200可以这样形成，即在第一实施方案的半导体模块的 制造工序中说明的、在铜板4z的主表面S2形成突起部4a的工序(参照图 2(C))之后，实施下面的工序而形成。图24是用来说明构成第九实施方案的半导体模块的中间层200的形成方法的剖面图。首先，如图24(A)所示，在除突起部4a之外的、布线图形4的主表 面S2上形成中间层200。中间层200的厚度可以约为15jim。此外，中间层 200的厚度与后述的沟槽部204的深度相同。因此，可以适当变更中间层 200的厚度使之与沟槽部204的深度相符。在中间层200为绝缘材料的情形 下，可以通过层叠树脂片来形成中间层200。另外，在中间层200为铜等金 属的情形下，可以采用电镀法形成中间层200。在采用电镀法的情形下，通 过事先对突起部4a实施掩模，在电镀工序后除去掩模可以使突起部4a从中 间层200露出。接下来，如图24(B)所示，以抗蚀剂掩模(未图示)为掩模对中间层 200进行蚀刻处理，在中间层200形成规定图形的沟槽部204。在此，沟槽 部204的深度约为15(im，设置在突起部4a附近。然后，通过实施与第一实施方案的图5和图6相同的工序来制造如图 23所示的半导体模块。根据第九实施方案的半导体模块，除具有第一实施方案的效果之外， 还能够取得下面的效果。(12)通过预先形成具有与沟槽部深度相等的厚度的中间层，能容易 地将沟槽部形成为所希望的深度，从而可很好地再现沟槽部并稳定地制造。 因此能够降低半导体模块的制造成本。 (第十实施方案)接下来，说明包括本发明的半导体模块的便携设备。此外，虽然列举 装载在作为便携设备的手机中的例子，但是例如也可以是个人数字助理 (PDA)、数码摄像机(DVC)和数码照相机(DSC)这样的电子设备。图25表示包括本发明实施方案的半导体模块的手机的结构图。手机110 是第一壳体112和第二壳体114由可动部120连接的结构。第一壳体112 和第二壳体114可以以可动部120为轴转动。在第一壳体112设置有显示文 字或图像等信息的显示部118和扬声器部124。在第二壳体114设置有操作 用按钮等操作部122和麦克风部126。此外，本发明各实施方案的半导体模 块装载在这样的手机110的内部。图26是图25中示出的手机的部分剖面图(第一壳体112的剖面图)。 本发明各实施方案的半导体模块130通过外部连接电极9装载在印刷基板128上，通过这样的印刷基板128与显示部118等电连接。另外，在半导体 模块130的背面侧(与外部连接电极9相反侧的面)设置有金属基板等散 热基板116，例如，由半导体模块130产生的热量不滞留在第一壳体112的 内部，而能够有效地散热到第一壳体112的外部。根据包括本发明实施方案的半导体模块的便携设备，能够取得下面的 效果。(13 )因为突起部4a和电极2a的连接可靠性提高，进而半导体模块 130的连接可靠性提高，所以装载有这样的半导体模块130的便携设备的可 靠性提高。(14) 因为可降低半导体模块130的制造成本，所以能够抑制装载有 这样的半导体模块130的便携设备的制造成本。(15) 因为在上述实施方案中示出的由芯片尺寸封装CSP (Chip Size Package)工序制造的半导体模块130被薄型化/小型化，所以能够实现装载 了这样的半导体模块130的便携设备的薄型化/小型化。本发明不受上述各实施方案的限制，根据本领域技术人员的知识可以 进行各种设计变更等变形，进行了这样的变形的实施方案也包含在本发明 的范围内。例如，也可以适当组合各实施方案的结构。在上述第二实施方案中，列举了沿着划线5围绕半导体模块形成区域6 (半导体基板1 )而格子状地形成沟槽部4bl的例子，但是本发明不限于此， 例如也可以沿着划线5反复配置多个孤立的切口状的沟槽部。在这样的情 形下也能够取得上述效果。在上述实施方案中，虽然列举了铜板4z的突起部4a形成为圓形、随着 靠近其前端部4al直径逐渐变细的例子，但是本发明不限于此，例如也可以 是具有规定直径的圓柱状的突起部。另外，虽然作为突起部4a采用圓形， 但是也可以是四边形等多边形。在这种情形下，通过在铜板上设置沟槽部， 被突起部4a挤出的部分等多余的绝缘层7流到沟槽部内，抑制绝缘层7的 残膜夹在突起部4a和电极2a之间的界面上。因此能够提高半导体模块的连 接可靠性。在上述实施方案中，虽然列举了这样的例子，即为了进一步扩大半导 体基板1 (电路元件2 )的电极2a的节距，将突起部4a埋入绝缘层7并使 铜板4z、绝缘层7和电路元件2层积来形成再布线图形(布线层)4,在其背面侧设置外部连接电极(焊球)8，但是本发明不限于此，例如也可以使用具有突起部和沟槽部的铜板反复形成布线层来进行多层化。据此，能够 更简便地进行多层布线的层积，并且能够提高多层布线内的连接可靠性和 多层布线与电路元件的连接可靠性。
权利要求
1.一种半导体模块的制造方法，包括第一工序，形成表面设置有电路元件和与该电路元件电连接的电极的半导体基板；第二工序，形成具有从主表面突出设置的突起部和设置在该主表面的第一沟槽部的金属板；第三工序，其经由绝缘层压接所述金属板和所述半导体基板，通过使所述突起部贯通所述绝缘层而电连接所述突起部和所述电极。
2. 如权利要求1所述的半导体模块的制造方法，其特征在于，在所述 半导体基板上形成多个所述电路元件，所述第一沟槽部形成在于多个所述 电路元件之间进行划分而设置的划线区域中。
3. 如权利要求2所述的半导体模块的制造方法，其特征在于，在所述 电路元件的边缘部形成有所迷电极。
4. 如权利要求1所述的半导体模块的制造方法，其特征在于，还包括 第四工序，通过加工所述金属板而形成具有规定线路/空间图形的布线层，与所述布线层的空间图形相对应地形成所述第一沟槽部，通过从背面 侧将所述金属板薄膜化而形成所述布线层。
5. 如权利要求1 3中任一项所述的半导体模块的制造方法，其特征在 于，贯通所述金属板形成所述第一沟槽部。
6. 如权利要求1 5中任一项所述的半导体模块的制造方法，其特征在 于，在所述第一工序的所述半导体基板中，在其表面进一步形成第二沟槽 部。
7. —种半导体模块的制造方法，包括第一工序，形成表面设置有电路元件和与该电路元件电连接的电极、 以及沟槽部的半导体基板；第二工序，形成具有突起部的金属板；第三工序，经由绝缘层压接所述金属板和所述半导体基板，通过使所 述突起部贯通所述绝缘层而电连接所述突起部和所述电极。
8. —种半导体模块，其特征在于，包括 一体地设置有从主表面突出的突起部的布线层；设置有与所述突起部电连接的元件电极的电路元件； 设置在所述布线层和所述电路元件之间的绝缘层，所述绝缘层在所述主表面具有沟槽部，所述绝缘层填充到所述沟槽部中。
9. 如权利要求8所述的半导体模块，其特征在于，所述布线层和所述 突起部由轧制金属形成。
10. 如权利要求8或9所述的半导体模块，其特征在于，所述绝缘层由 通过加压产生塑性流动的绝缘树脂形成。
11. 如权利要求8 10中任一项所述的半导体模块，其特征在于，在所 述布线层的所述主表面形成有微细凹凸。
12. 如权利要求8 11中任一项所述的半导体模块，其特征在于，沿着 所述突起部的周围设置有所述沟槽部。
13. —种半导体模块，其特征在于，包括 一体地设置有从主表面突出的突起部的布线层； 设置有与所述突起部电连接的元件电极的电路元件； 设置在所述布线层和所述电路元件之间的绝缘层； 设置在所述布线层的所述主表面和所述绝缘层之间的中间层， 所述中间层在与所述绝缘层接触的面上具有沟槽部，所述绝缘层填充在所述沟槽部中。
14. 一种便携设备，其特征在于，包括权利要求8 13中任一项所述的 半导体模块。
全文摘要
本发明提供一种半导体模块、半导体模块的制造方法和便携设备。在将突起结构埋入绝缘层中以将金属板、绝缘层和电路元件层积的半导体模块中，使突起结构和电路元件的电极的连接可靠性提高。准备在表面具有电极和保护膜的半导体基板形成为矩阵状的半导体晶片。接下来，在半导体晶片(半导体基板)的表面，在半导体基板、和一体地形成突起部并且在其附近具有沟槽部的铜板之间夹持绝缘层。在进行这样的夹持之后，通过用加压装置进行加压成形将半导体基板、绝缘层和铜板一体化。由此突起部贯通绝缘层，突起部和电极被电连接。与此同时，被突起部挤出的多余的绝缘层流到沟槽部内。
文档编号H01L21/603GK101231963SQ20071030778
公开日2008年7月30日 申请日期2007年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者冈山芳央 申请人:三洋电机株式会社