專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有凸塊電極的半導體裝置，涉及在晶片級(wafer level)下形成半 導體元件封裝的半導體裝置。
背景技術：
圖5示出了現(xiàn)有的晶片級的半導體元件封裝的剖視圖。在晶片級下進行半導體元 件安裝的情況下，制造如下的半導體基板1 該半導體基板1形成有在半導體元件2上通過 金屬配線3形成的輸入輸出用金屬端子4以及保護金屬配線3的保護膜5，并且，以使輸入 輸出金屬端子4的一部分露出的方式對保護膜5進行蝕刻。之后，在半導體基板1上形成 第一應力緩沖層21，在形成在半導體基板1上的輸入輸出用金屬端子4上，形成貫穿第一應 力緩沖層21的第一開口孔23，接著，在第一開口孔23的內表面、輸入輸出用金屬端子4的 表面以及第一應力緩沖層21的表面上形成底層金屬，通過光致抗蝕劑形成將第一開口孔 23與最后形成的凸塊電極26電連接的再配線圖案，在此形成為通過電鍍等在第一開口孔 23和再配線25的圖案中嵌入例如銅等金屬。接著，去除形成了再配線25的圖案的光致抗蝕劑，對去除光致抗蝕劑后露出的底 層金屬進行蝕刻。接著，在第一應力緩沖層21和再配線25上形成第二應力緩沖層22，在再 配線25上以貫穿第二應力緩沖層22的方式形成第二開口孔24，在第二開口孔24上通過絲 網印刷等形成凸塊電極，由此形成具有凸塊電極的晶片級的半導體元件封裝。通常，如上所述的晶片級的半導體元件封裝的制造工序復雜，工序長，因此存在制 造成本大的問題。此外，在俯視圖中，從形成在具有半導體元件的半導體晶片上的輸入輸出 金屬端子一直連接到凸塊電極的再配線，例如是由通過電鍍形成的金屬形成的，因此其配 置存在制約，對半導體元件的芯片尺寸有影響。作為制造工序略微簡單的方式，例如作為用于倒裝芯片等的半導體元件封裝，有 像專利文獻1那樣的方式。專利文獻日本特開2006-165595號公報但是，在專利文獻1的方式中，在凸塊電極的中央部形成有開口孔，在開口孔上存 在由金屬等構成的導電層，因此，有時安裝半導體裝置時的凸塊電極的變形應力容易傳遞 給半導體元件，抗外部機械的應力的能力差。此外，如上所述方式的晶片級的半導體元件封裝的制造工序復雜，工序長，因此存 在制造成本大的問題。此外，在俯視圖中，從形成在具有半導體元件的半導體晶片上的輸入 輸出金屬端子一直連接到凸塊電極的再配線，例如是由通過電鍍形成的金屬形成的，因此 其配置存在制約，對半導體元件的芯片尺寸有影響。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種制造工序簡單且抗外部機械應力的能力強的晶 片級的半導體元件封裝。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種半導體裝置，其特征在于，具有半導體基板，其 具有形成在半導體元件上的金屬配線；保護膜，其形成在金屬配線中最上層的金屬配線上，保 護所述金屬配線；應力緩沖層，其形成在所述保護膜上；導通孔，其以貫通所述保護膜和所述應 力緩沖層的方式設置在所述金屬配線上；底層金屬膜，其形成在所述導通孔的內表面、所述金 屬配線的表面以及所述應力緩沖層的表面上；導電層，其以填塞所述導通孔的方式形成；以及 凸塊電極，其形成在所述導電層上，附視，所述導通孔形成在凸塊電極的周邊位置。并且，提供一種半導體裝置，其特征在于，該半導體裝置具有半導體基板；其具 有形成在半導體元件上的金屬配線；保護膜，其形成在金屬配線中最上層的金屬配線上，保 護所述金屬配線；應力緩沖層，其形成在所述保護膜上；導通孔，其以貫通所述保護膜和所 述應力緩沖層的方式設置在所述金屬配線上；底層金屬膜，其形成在所述導通孔的內表面、 所述第二金屬配線的表面以及所述應力緩沖層的表面上；導電層，其以填塞所述導通孔的 方式形成；凸塊電極，其形成在所述導電層上；由所述金屬配線形成在所述半導體元件上 的輸入輸出用金屬端子；以及將所述金屬端子與形成在所述凸塊電極和所述導通孔內的所 述導電層連接的再配線，所述再配線由形成在所述保護膜下的第二金屬配線形成。此外，提供一種半導體裝置，其特征在于，在所述半導體裝置中，所述應力緩沖層 是以聚酰亞胺膜或環(huán)氧樹脂為主要成分的有機樹脂膜。此外，提供一種半導體裝置，其特征在于，在所述半導體裝置中，所述應力緩沖層 是絕緣性陶瓷膜。此外，提供一種半導體裝置，其特征在于，在所述半導體裝置中，所述應力緩沖層 是包含氧化鋁或氮化鋁的陶瓷膜。此外，提供一種半導體裝置，其特征在于，在所述半導體裝置中，所述應力緩沖層 是由陶瓷膜和機械剛性比所述陶瓷膜小的材料這兩層構成的。根據本發(fā)明，能夠提供一種制造工序簡單且抗外部機械應力的能力強的晶片級的 半導體裝置。


圖1是本發(fā)明第一實施例的剖視圖。圖2是本發(fā)明第一實施例的俯視圖。圖3是本發(fā)明第二實施例的剖視圖。圖4是本發(fā)明第二實施例的俯視圖。圖5是現(xiàn)有方式的晶片級的半導體元件封裝的剖視圖。標號說明1、半導體基板；2、半導體元件；3、金屬配線；4、輸入輸出金屬端子；5、保護膜；6、 應力緩沖層；7、導通孔；8、底層金屬；9、導電層；10、凸塊電極；11、再配線(第二金屬線)； 12、金屬配線導通孔；13、絕緣膜；21、第一應力緩沖層；22、第二應力緩沖層；23、第一開口 孔；24、第二開口孔；25、再配線(第一應力緩沖層上的導電層)；26、凸塊電極(絲網印刷)。
具體實施例方式下面，使用圖1和圖2對本發(fā)明的第一實施例進行說明。
5
在由P型硅構成的半導體基板1上，形成有構成CMOS電路的半導體元件2。CMOS 電路的輸入電路或輸出電路通過由鋁構成的金屬配線3與輸入輸出金屬端子4連接。最上 層的金屬配線3和輸入輸出金屬端子4被由氮化硅構成的保護膜5覆蓋。此時，半導體基 板1也可以采用N型硅。接著，在保護膜5上形成應力緩沖層6。在本實施例中，通過旋涂(spin coat)形 成大致20微米厚度的感光性的聚酰亞胺，作為應力緩沖層6。之后，針對聚酰亞胺，利用光 掩模對作為導通孔7的部分的聚酰亞胺進行感光及顯影，在聚酰亞胺上形成作為導通孔7 的孔。導通孔7的位置避開此后形成的凸塊電極的中心，位于凸塊電極的下方且處于周邊 區(qū)域中。之后，將聚酰亞胺作為掩模，用六氟硫磺對保護膜5進行蝕刻，由此使金屬配線3 在導通孔7的底部露出。此時，應力緩沖層6的厚度為20微米，不過，該厚度例如也可以是10微米、30微米。此外，應力緩沖層6的材質也可以不是聚酰亞胺。例如以環(huán)氧樹脂為主要成分的 樹脂，例如PMMR、SU-8等也能夠發(fā)揮同樣的功能。此外，以聚酰亞胺或環(huán)氧樹脂為主要成分 的樹脂不一定需要有感光性。例如還有以下方法在用聚酰亞胺將保護膜5覆蓋后，例如用 鉻等金屬將聚酰亞胺表面覆蓋，并在其上面涂布光致抗蝕劑，利用光掩模在光致抗蝕劑上 形成導通孔的平面圖案，之后通過蝕刻將聚酰亞胺表面上的鉻加工成導通孔的平面圖案， 去除光致抗蝕劑，此后使用鉻作為蝕刻的掩模，將聚酰亞胺加工成導通孔的形狀。此外，還 有這樣的方法在用聚酰亞胺將保護膜5覆蓋后，使聚酰亞胺半硬化，在其上面涂布光致抗 蝕劑進行曝光及顯影，在光致抗蝕劑和聚酰亞胺上同時形成導通孔的圖案，之后去除光致 抗蝕劑，在聚酰亞胺上形成導通孔。此外，應力緩沖層6也可以使用陶瓷膜。尤其是氧化鋁、氮化鋁等，由于它們的熱 傳導率比聚酰亞胺等的樹脂大，因此，從使半導體元件產生的熱量向外部散熱的觀點來看， 特別有效。此外，陶瓷膜的機械強度比樹脂高。因此，作為晶片級的封裝材質，可以說陶瓷 膜的有用性高。例如，可以通過在保護膜5的表面上層疊陶瓷微粒來形成陶瓷膜。在應力緩沖層6使用陶瓷膜的情況下，可以在保護膜5上直接形成陶瓷膜，不過， 也可以在用機械剛性比陶瓷小的樹脂例如聚酰亞胺將保護膜5覆蓋之后，再形成陶瓷膜。在形成應力緩沖層6和導通孔7之后，通過濺射，在位于應力緩沖層6的表面、導 通孔7的內表面以及導通孔7的底面上的金屬配線3上，形成由鈦/鎢和銅構成的底層金 屬8。之后，在底層金屬8的表面上旋涂光致抗蝕劑，通過基于光掩模的曝光、顯影，去除用 于形成凸塊電極10的區(qū)域中的光致抗蝕劑而露出底層金屬8。之后，在露出的底層金屬8 上，通過電鍍而析出銅，形成導電層9，接著，通過電鍍在由銅構成的導電層9上形成厚度約 60微米的焊錫，作為凸塊電極10。最后，在通過有機溶劑溶解并去除光致抗蝕劑后，通過蝕 刻去除表面上露出的底層金屬，由此，在不存在凸塊電極10的區(qū)域中露出應力緩沖層6，制 成了半導體裝置。當從上方觀察本實施例的構造時，如圖2所示，導通孔7位于凸塊電極10 的下方的周邊附近。第一實施例是在凸塊電極10的正下方存在輸入輸出金屬端子4的例子，但輸入輸 出金屬端子并不一定位于凸塊電極周邊的正下方。凸塊電極所要求的位置也可以與金屬端子相離。因此，關于半導體元件2的輸入輸出金屬端子4不位于凸塊電極10的正下方的情 況，利用示出第二實施例的圖3和圖4來進行說明。在輸入輸出金屬端子4上，覆蓋由氧化硅構成的絕緣膜13，然后形成金屬配線導 通孔12。之后，形成由鋁構成的作為第二金屬配線的再配線11。之后，用由氮化硅構成的 保護膜5來覆蓋再配線11。接著，在保護膜5上形成應力緩沖層6。在本實施例中，通過旋涂形成了大約20微 米厚度的感光性的聚酰亞胺，作為應力緩沖層6。之后，針對聚酰亞胺，通過光掩模對作為 導通孔7的部分的聚酰亞胺進行感光及顯影，在聚酰亞胺上形成作為導通孔7的孔。導通 孔7的位置避開此后形成的凸塊電極的中心而位于凸塊電極的下方的周邊區(qū)域。之后，將 聚酰亞胺作為掩模，用六氟化硫對保護膜5進行蝕刻，由此，使作為第二金屬配線的再配線 11在導通孔7的底部露出。此時，導通孔7不是在半導體元件2及金屬端子4的正上方處 開口，而是在與半導體元件2及金屬端子4相離的位置處開口。此時，應力緩沖層6的厚度為20微米，不過，該厚度例如也可以是10微米、30微米。此外，應力緩沖層6的材質也可以不是聚酰亞胺。例如以環(huán)氧樹脂為主要成分的 樹脂，例如0MMR、SU-8等也能夠發(fā)揮同樣的功能。此外，以聚酰亞胺或環(huán)氧樹脂為主要成分 的樹脂不一定需要有感光性。例如還有以下方法在用聚酰亞胺將保護膜5覆蓋后，例如用 鉻等金屬將聚酰亞胺表面覆蓋，并在其上面涂布光致抗蝕劑，利用光掩模在光致抗蝕劑上 形成導通孔的平面圖案，之后通過蝕刻將聚酰亞胺表面上的鉻加工成導通孔的平面圖案， 去除光致抗蝕劑，此后使用鉻作為蝕刻的掩模，將聚酰亞胺加工成導通孔的形狀。此外，還 有這樣的方法在用聚酰亞胺將保護膜5覆蓋后，使聚酰亞胺半硬化，在其上面涂布光致抗 蝕劑進行曝光及顯影，在光致抗蝕劑和聚酰亞胺上同時形成導通孔的圖案，之后去除光致 抗蝕劑，在聚酰亞胺上形成導通孔。此外，應力緩沖層6也可以使用陶瓷膜。尤其是氧化鋁、氮化鋁等，由于它們的熱 傳導率比聚酰亞胺等的樹脂大，因此，從使半導體元件產生的熱量向外部散熱的觀點來看， 特別有效。此外，陶瓷膜的機械強度比樹脂高。因此，作為晶片級的封裝材質，可以說陶瓷 膜的有用性高。例如，可以通過在保護膜5的表面上層疊陶瓷微粒來形成陶瓷膜。在應力緩沖層6使用陶瓷膜的情況下，可以在保護膜5上直接形成陶瓷膜，不過， 也可以在用機械剛性比陶瓷小的樹脂例如聚酰亞胺將保護膜5覆蓋之后，再形成陶瓷膜。在形成應力緩沖層6和導通孔7之后，通過濺射，在位于應力緩沖層6的表面、導通孔7的內表面以及導通孔7的底面上的作為第2金屬配線的再配11上，形成由鈦/鎢和 銅構成的底層金屬8。之后，在底層金屬8的表面上旋涂光致抗蝕劑，通過基于光掩模的曝 光、顯影，去除用于形成凸塊電極10的區(qū)域中的光致抗蝕劑而露出底層金屬8。之后，在露 出的底層金屬8上，通過電鍍而析出銅，形成導電層9，接著，通過電鍍在由銅構成的導電層 9上形成厚度約60微米的焊錫，作為凸塊電極10。最后，在通過有機溶劑溶解并去除光致 抗蝕劑后，通過蝕刻去除表面上露出的底層金屬，由此，在不存在凸塊電極10的區(qū)域中露 出應力緩沖層6，制成了半導體裝置。在本實施例中，如圖4所示，配置成金屬端子4與凸塊電極10不重疊，因此能夠得到不容易因外部應力而受到損傷的半導體裝置.
權利要求
一種半導體裝置，其特征在于，該半導體裝置具有半導體基板；金屬配線，其配置在半導體元件上，該半導體元件設置在所述半導體基板上；保護膜，其形成在所述金屬配線上，保護所述金屬配線；應力緩沖層，其形成在所述保護膜上；導通孔，其貫通所述保護膜和所述應力緩沖層而設置在所述金屬配線上；底層金屬膜，其形成在所述導通孔的內表面、所述金屬配線的表面以及所述應力緩沖層的表面上；導電層，其以填塞所述導通孔的方式形成；以及凸塊電極，其形成在所述導電層上，俯看，所述導通孔位于所述凸塊電極的下方，且形成在周邊區(qū)域中。
2.根據權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述應力緩沖層是以聚酰亞胺膜或環(huán)氧樹脂為主要成分的有機樹脂膜。
3.根據權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 所述應力緩沖層是絕緣性陶瓷膜。
4.根據權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于， 所述應力緩沖層是包含氧化鋁或氮化鋁的陶瓷膜。
5.根據權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，所述應力緩沖層是由陶瓷膜和機械剛性比所述陶瓷膜小的材料這兩層構成的。
6.一種半導體裝置，其特征在于，該半導體裝置具有 半導體基板；第一金屬配線，其配置在半導體元件上，該半導體元件設置在所述半導體基板上； 第二金屬配線，其隔著絕緣膜配置在所述第一金屬配線上； 保護膜，其形成在所述第二金屬配線上，保護所述金屬配線； 應力緩沖層，其形成在所述保護膜上；導通孔，其貫通所述保護膜和所述應力緩沖層而配置在所述第二金屬配線上； 底層金屬膜，其形成在所述導通孔的內表面、所述第二金屬配線的表面以及所述應力 緩沖層的表面上；導電層，其以填塞所述導通孔的方式形成； 凸塊電極，其形成在所述導電層上；以及由所述第一金屬配線形成在所述半導體元件上的輸入輸出用金屬端子， 所述第二金屬配線是經由設置在所述金屬端子上的通孔將形成在所述凸塊電極和所 述導通孔內的所述導電層與所述金屬端子連接的再配線，俯視，所述導通孔位于所述凸塊電極的下方，且形成在周邊區(qū)域中。
7.根據權利要求6所述的半導體裝置，其特征在于，所述應力緩沖層是以聚酰亞胺膜或環(huán)氧樹脂為主要成分的有機樹脂膜。
8.根據權利要求6所述的半導體裝置，其特征在于， 所述應力緩沖層是絕緣性陶瓷膜。
9.根據權利要求8所述的半導體裝置，其特征在于，所述應力緩沖層是包含氧化鋁或氮化鋁的陶瓷膜。
10.根據權利要求8所述的半導體裝置，其特征在于，所述應力緩沖層是由陶瓷膜和機械剛性比所述陶瓷膜小的材料這兩層構成的。
全文摘要
本發(fā)明提供半導體裝置。該半導體裝置是制造工序簡單且抗外部機械應力的能力強的晶片級的半導體裝置，在形成在半導體元件(2)上的金屬配線(3)上形成保護膜和應力緩沖層，以使金屬配線露出的方式設置貫通保護膜和應力緩沖層的導通孔，經由填塞在導通孔內的導電層形成凸塊電極。
文檔編號H01L21/60GK101814476SQ20101011740
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權日2009年2月19日
發(fā)明者近江俊彥 申請人:精工電子有限公司