專利名稱：電極及其制造方法,以及具有該電極的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的電極，具體地，涉及用于PoP結(jié)構(gòu)(Package-on-Package)的電極，其中安裝有半導(dǎo)體元件的封裝被層疊在一起，還涉及這種電極的制造方法以及具有這種電極的半導(dǎo)體器件。
近年來(lái)，半導(dǎo)體器件的速度和容量增加，此外，為了電子系統(tǒng)的微型化，半導(dǎo)體器件封裝已被小型化。特別，在便攜式器件中，封裝的小型化是重要的，并且，每個(gè)具有安裝在一個(gè)封裝中的多個(gè)半導(dǎo)體芯片的那些半導(dǎo)體器件已經(jīng)被采用至今。作為這些半導(dǎo)體器件，已經(jīng)提出了具有在封裝中層疊多個(gè)半導(dǎo)體芯片的MCP(多芯片封裝)和其中多個(gè)CSP(芯片尺寸封裝)被層疊在一起的PoP(Package-on-Package)器件。此外，倒裝芯片鍵合方法等等被用作除常規(guī)引線鍵合方法以外的半導(dǎo)體芯片連接方法，其中倒裝芯片鍵合方法使用形成為凸塊的鍵合焊盤。這使之可以獲得半導(dǎo)體器件的小型化。
圖3是具有常規(guī)PoP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面圖。在所示的半導(dǎo)體器件中，上封裝具有樹脂密封的半導(dǎo)體芯片9-1和9-2，并且在它們的焊盤3處通過焊球16-2連接到下封裝。具體地，下封裝安裝有半導(dǎo)體芯片9-3，并且具有在其上部的連接焊盤3和在其底部設(shè)置的焊球16-1。半導(dǎo)體芯片9-1和9-2被安裝在上封裝的上部，并通過引線鍵合連接到上封裝板的電極。在上封裝的底側(cè)形成用于連接下封裝的焊盤3。
在該P(yáng)oP結(jié)構(gòu)中，為了將上和下封裝連接在一起，必須保證下封裝中安裝的半導(dǎo)體芯片9-3的高度所需要的空間或間隙(間隔)。該間隔由焊球的高度保持。但是，由于焊球的球形由焊料本身的物理性能決定，因此不可能隨意地形成垂直延伸的形狀。因此，連接上和下封裝的每個(gè)焊球16-2要求具有大于該間隔的直徑。另一方面，依據(jù)連接端子(I/O端子)的數(shù)目增加，封裝的小型化等等，必須減小連接焊球的尺寸和減窄連接電極間距。但是，就焊球而言，存在如果球直徑被減小，那么間隔量也減小的問題。相反，如果用于連接上和下封裝的焊球16-2的直徑大于用于將板連接的焊球16-1的直徑，那么由于端子數(shù)目，產(chǎn)生封裝的尺寸增加的問題。
為了處理該問題，考慮使用除焊球以外的連接方法。例如，專利文件1(日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)(JP-A)-14571)公開了一種半導(dǎo)體器件，具有在半導(dǎo)體元件上形成的金屬柱。在專利文件1中，使用電鍍方法形成金屬柱。但是，通過電鍍方法存在金屬柱的高度變化的問題。另一方面，在專利文件2(日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)(JP-A)2004-228403)中，半導(dǎo)體元件和相對(duì)板的連接圖形通過導(dǎo)電柱連接在一起。但是，在專利文件2中，發(fā)生有關(guān)導(dǎo)電柱的定位問題。這些現(xiàn)有技術(shù)文件的技術(shù)被不足以應(yīng)用于具有許多端子的半導(dǎo)體器件，在這種半導(dǎo)體器件中連接電極間距被減窄。
此外，隨著增強(qiáng)的功能性，半導(dǎo)體器件的連接端子數(shù)目增加，以致需要減窄連接端子間距。
但是，沒有建立用于PoP結(jié)構(gòu)的電極連接技術(shù)，以便充分地減窄連接電極間距。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種用于PoP(Package-on-Package)結(jié)構(gòu)的電極，使之可以減窄端子間距，并提供這種電極的制造方法以及具有這種電極的半導(dǎo)體器件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基本上采用下面將被描述的技術(shù)?？梢匀菀椎乩斫猓景l(fā)明也包括這種技術(shù)的要點(diǎn)范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的各種應(yīng)用技術(shù)。
本發(fā)明的電極制造方法包括以下步驟從其背面刻蝕金屬板，由此形成具有與金屬板厚度相等的高度的金屬柱。
本發(fā)明的電極制造方法的特征在于具有以下步驟在形成金屬柱的步驟之前，在金屬板的表面上形成布線板和在該布線板上安裝半導(dǎo)體芯片并樹脂密封它。
本發(fā)明的電極制造方法的特征還可以在于，形成布線板的步驟包括以下步驟通過在金屬板的表面上涂敷抗電鍍劑、構(gòu)圖該抗電鍍劑、以及進(jìn)行電鍍來(lái)形成焊盤，形成用于保護(hù)該焊盤的絕緣樹脂層，以及在該絕緣樹脂層中形成穿通孔由此形成連接到該焊盤的電極。
本發(fā)明的電極制造方法的特征還在于通過依次電鍍鎳、金、鎳和銅，形成該焊盤。
本發(fā)明的電極制造方法的特征還可以在于通過鍍銅形成電極。
本發(fā)明的電極制造方法的特征可以在于，形成所述金屬柱/多個(gè)金屬柱的步驟包括在金屬板的背面上涂敷抗刻蝕劑，對(duì)該抗刻蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖以提供用于保留與焊盤相對(duì)應(yīng)的金屬板區(qū)域的圖形，以及然后利用該圖形刻蝕金屬板。
本發(fā)明的電極制造方法的特征還可以在于由包含銅作為主要成分的金屬板形成金屬柱。
本發(fā)明的電極由上述電極制造方法的任意一項(xiàng)制造。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括通過上述電極制造方法的任意一項(xiàng)制造的電極。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的特征在于具有金屬柱的封裝被用作上封裝，以及該金屬和下封裝的焊盤通過焊接連接在一起。
由于通過刻蝕金屬板形成本發(fā)明的金屬柱，因此獲得了可以形成具有精確高度的金屬柱的效果。此外，通過使用上封裝中形成的本發(fā)明的金屬柱將上和下封裝連接在一起，有可以獲得具有精細(xì)電極間距和精確高度的小型化PoP結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖2A至2P示出了根據(jù)制造流程的主要工藝的剖面圖，用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的制造方法；以及圖3是常規(guī)PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考圖1和圖2A至2P詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)及其制造方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的剖面圖。圖2A至2P示出了根據(jù)制造流程的主要工藝的剖面圖，用于說(shuō)明圖1所示的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的制造方法。
首先，將參考圖2A至2P，根據(jù)制造流程描述電極和PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的制造方法。如圖2A所示，首先制備銅板1作為用于形成金屬柱的金屬板。該金屬不被特別限制，只要它是導(dǎo)電性和散熱性優(yōu)異的金屬。例如，優(yōu)選使用導(dǎo)電性和散熱性優(yōu)異的銅或含銅的金屬作為主要成分。銅板1的厚度直接對(duì)應(yīng)于銅柱的高度，并被設(shè)為例如，200μm。然后，在銅板1的上表面上形成PoP結(jié)構(gòu)中的上封裝的焊盤3。該焊盤3通過對(duì)抗電鍍劑2構(gòu)圖(圖2B)并進(jìn)行電鍍工藝(圖2C)形成。在該電鍍工藝中，依次電鍍鎳、金、鎳和銅。完成該電鍍之后，抗電鍍劑2被除去。
然后，形成用于保護(hù)焊盤3的絕緣樹脂層4(圖2D)并使用例如，二氧化碳激光器，在將用作穿通孔5的部分執(zhí)行穿孔(圖2E)。然后，再次使用抗電鍍劑2并進(jìn)行電鍍工藝，用電鍍金屬填充穿通孔5，此外，形成連接圖形和電極6(圖2F和2G)。在該電鍍工藝中，進(jìn)行鍍銅。在除去抗電鍍劑2之后(圖2H)，形成阻焊劑7(圖2I)。
在形成多個(gè)連接層的情況下，絕緣樹脂層形成、激光器穿孔以及電鍍的工藝可以被重復(fù)需要的次數(shù)。通過上述工藝，在銅板1上形成布線板8，布線板8具有用于在其上安裝半導(dǎo)體芯片所必需的連接圖形和電極6。然后，在布線板8上安裝半導(dǎo)體芯片9。在本實(shí)施例中，在布線板8上層疊兩個(gè)半導(dǎo)體芯片9-1和9-2并通過引線鍵合連接(圖2J)。然后，用密封樹脂10覆蓋半導(dǎo)體芯片9和鍵合引線，以便與布線板8整體地密封(圖2K)。
然后，對(duì)抗刻蝕劑11進(jìn)行構(gòu)圖，以使得其在將形成銅柱的銅板1上的部分處保留(圖2L)，并通過刻蝕銅板1，形成銅柱12(圖2M)。由此，每個(gè)銅柱12的高度等于銅板1的厚度，由于銅板1的厚度精確度是優(yōu)異的，所以每個(gè)銅柱12的高度也是高度精確的。在該刻蝕中，由于半導(dǎo)體芯片9和安裝有半導(dǎo)體芯片9的布線板8被密封樹脂10整體地密封，所以沒有刻蝕的腐蝕影響。在刻蝕銅板1之后，抗蝕劑11被除去，然后在預(yù)定部分執(zhí)行切割，由此獲得形成有銅柱12的封裝(圖2N)。銅柱12被連接到焊盤3，因此用作封裝13的電極。
如上所述，通過刻蝕銅板，形成銅柱12，并且每個(gè)銅柱12具有等于銅板厚度的高度。銅板的厚度幾乎沒有偏差，且因此精確度是優(yōu)異的。因此，銅柱的高精確度也是優(yōu)異的，而沒有偏差。此外，由于利用抗蝕劑圖形的刻蝕能夠產(chǎn)生精細(xì)圖形，銅柱的間距可以被精細(xì)地減窄。由此，根據(jù)本實(shí)施例的銅柱最適宜于作為精細(xì)-間距電極，且因此最適宜于具有許多端子的PoP結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的上封裝。
此外，把分別制備的下封裝14和上封裝13連接在一起。下封裝14在其底部設(shè)有焊球16，以及在其上部具有半導(dǎo)體芯片9-3，此外，焊料膏15被涂敷到其上部形成的焊盤3(圖2O)。上封裝13的銅柱12和下封裝14的焊盤3通過回流加熱鍵合在一起。因此，上和下封裝13和14被集成在一起，由此獲得PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件20(圖2P和圖1)。在上和下封裝13和14之間可以填充底層填料等等。
以此方式，通過使用銅柱12將上和下封裝13和14連接在一起，制造圖1的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件20。在上封裝13中，安裝半導(dǎo)體芯片9-1和9-2，并且銅柱12被連接到焊盤3。下封裝14在其中安裝有半導(dǎo)體芯片9-3并形成有焊盤3。上封裝的銅柱12和下封裝的焊盤3上的焊料膏通過回流加熱鍵合，由此形成PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件20。該P(yáng)oP結(jié)構(gòu)中的上和下封裝之間的間隔由每個(gè)銅柱的高度決定。由于間隔由每個(gè)銅柱的高度決定，因此其是優(yōu)異的而沒有偏差。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過使用上封裝中形成的銅柱的焊接，PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的上和下封裝被連接在一起。在銅板上形成的布線板上安裝半導(dǎo)體芯片并密封該封裝之后，通過從其背面(即與形成布線板的側(cè)面相對(duì)的側(cè)面)刻蝕銅板，來(lái)形成銅柱。使用銅板的厚度作為每個(gè)銅柱的高度，可以在獲得精細(xì)電極間距的同時(shí)，保證用于間隔的高度。由于銅板的厚度的精確度是優(yōu)異的，PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的間隔的精確度也是優(yōu)異的，如前面所述。由于該刻蝕使得可以將銅柱處理至精細(xì)尺寸，因此能夠獲得高精確度和小尺寸連接電極。由此，通過利用銅柱作為連接電極，獲得了高度精確的和小型化的具有多連接端子的PoP-結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件。
盡管已根據(jù)該實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而是在不脫離本發(fā)明的原理的條件下，可以以多種方式體現(xiàn)，其均自然地包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種電極制造方法，包括以下步驟從其背面刻蝕金屬板，由此形成金屬柱，該金屬柱具有由所述金屬板的厚度決定的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電極制造方法，在形成所述金屬柱的步驟之前，還包括以下步驟在所述金屬板的表面上形成布線板和在所述布線板上安裝半導(dǎo)體芯片并對(duì)其進(jìn)行樹脂密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電極制造方法，其中形成所述布線板的步驟包括以下若干步驟通過在所述金屬板的表面上涂敷抗電鍍劑、對(duì)所述抗電鍍劑進(jìn)行構(gòu)圖、然后電鍍從而形成焊盤，形成用于保護(hù)所述焊盤的絕緣樹脂層，以及在所述絕緣樹脂層中形成穿通孔以由此形成連接到所述焊盤的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電極制造方法，其中所述焊盤通過依次電鍍鎳、金、鎳和銅來(lái)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的電極制造方法，其中通過鍍銅形成所述電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電極制造方法，其中形成所述金屬柱的步驟包括在所述金屬板的背面上涂敷抗蝕劑，對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖以提供用于保留與焊盤相對(duì)應(yīng)的所述金屬板的區(qū)域的圖形，以及利用所述圖形刻蝕所述金屬板。
7.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1的電極制造方法制造的電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電極，其中所述金屬柱由包含銅作為主要成分的金屬板形成。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括通過根據(jù)權(quán)利要求1的電極制造方法制造的電極。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件，其中具有所述金屬柱的封裝被用作上封裝，并且所述金屬柱和下封裝的焊盤通過焊接連接在一起。
全文摘要
通過刻蝕金屬板形成金屬柱。因此，金屬柱可以形成有精確的高度和精細(xì)間距。通過使用上封裝中形成的金屬柱將上和下封裝連接在一起，能夠獲得具有精細(xì)電極間距的小型化半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L25/00GK101060087SQ200710096149
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者山口昌浩, 中村博文 申請(qǐng)人:爾必達(dá)存儲(chǔ)器株式會(huì)社, Nec凸版電子基板株式會(huì)社