专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及作为插入件使用薄膜型绝缘基板的半导体器件，特别是用于薄膜型半导体封装及RFID(射频识别)器件的天线电路基板的半导体器件。
过去，采用薄膜型插入件的半导体器件由形成多个焊盘的半导体元件(下面简称芯片)、键合到上述焊盘上的突起状突点以及支承将金属箔图形化而获得的布线层的绝缘薄膜基板形成的插件构成，突点与布线层键合。
用于半导体器件的薄膜型插件有多种。一般称之为FPC(Flexible PrintedCircuit board，柔性印刷电路基板)，将铜及铝等金属箔粘在绝缘性聚酰亚胺薄膜或PET薄膜上，通过将其刻蚀成图形而形成由多个导体层构成的导电回路。
对于将芯片连接到这种薄膜基板上的方法，可以列举出在芯片焊盘上形成金属制突点并利用ACF(各向异性导电膜)等连接的方法。
图16A是现有技术的芯片的透视图，图16B是沿(图16A)的16B-16B线的剖视图。在硅半导体芯片101的主面上，在其周边区域形成由铝等构成的多个焊盘102，在其上部形成通过镀金构成的电镀突点103。这种突点的形成方法是，形成被称作势垒金属的导电膜，在该膜上用光刻胶形成电镀掩模并以此作为掩模通过电镀在势垒金属上有选择地形成突点，随后除去不需要的势垒金属层。
图17A是另一种现有技术芯片的透视图，图17B是沿17B-17B线的剖视图。在硅半导体等芯片101的主面上，于其周边区域形成由铝等构成的多个焊盘102，于其上形成柱状突点104。柱状突点104通过将金丝等进行柱状键合形成，将其上部进行平整化处理。这种柱状突点的形成方法为，将称作焊条的电极置于金丝的前端，在两者之间加上高电压引起电弧放电，借助由此所产生的热量将金丝的前端制成球形，利用具有毛细管的焊头将其压接到形成于芯片上的焊盘上连接之后，将多余的丝除去并将其前端平整化。
图18A为将ACF粘合到形成铝布线层的绝缘基板上的薄膜基板的透视图，图18B是沿18B-18B线的剖视图。在聚亚酰胺等绝缘薄膜基板105上形成粘合层108，利用该粘合剂层108形成铝布线106。然后，以被覆构成铝布线层106的引线前端的方式在粘合剂层108上形成ACF107。
图19A为将具有利用图16A、16B或图17A、17B的方式形成的突点的芯片粘合到绝缘薄膜基板的ACF上，然后通过加压、压接将突点电连接到布线层上的器件的透视图，图19B为沿19B-19B线的剖视图，图20为图19的连接部分的放大剖视图。将具有突点104的芯片101与倒装片的键合同样，与绝缘薄膜基板105的布线层106进行对位，通过加热、加压压接，同时利用ACF107的树脂的固化，进行芯片101的粘合以及突点(柱状突点)104和铝布线层106的连接。柱状突点104与铝布线层106的电连接通过分散在ACF107内部的金属粒子109来进行。
形成于上述芯片焊盘上的突点与绝缘薄膜基板的连接是通过添加到ACF内的金属粒子的接触实现的。例如在所使用的ACF是日立化成制的FC262B的场合下，作为主成分的树脂在180℃、30秒钟左右固化，适量地混入作为金属粒子的粒径约5μm～20μm的Ni粒子的材料，将绝缘薄膜基板的铝布线与芯片上的突点进行连接。通过将芯片和绝缘薄膜基板加热、加压压接，使镍粒子刺入绝缘薄膜基板的铝布线层内，可以破坏形成于铝表面上的氧化被膜。然而，在进行如温度循环试验这种可靠性试验时，会在易氧化的铝材表面上形成新氧化被膜，从而造成导电不良。此外，对于各向异性导电树脂，除薄膜型之外还有膏形，它们在加入金属粒子时由于产生沉淀等问题，是造成连接成品率低下的主要原因。
下面，参照图21至图23说明其它问题。
图21是表示和倒装片的键合情况同样地把芯片连接到两面都有铝布线层的现有技术的绝缘薄膜基板上的斜视图，图22是将两面布线的绝缘薄膜基板进行孔加工、借助通孔电镀进行连接的状态的剖视图。图23是表示通过从两面夹持布线的绝缘薄膜基板进行铆接状态的剖视图。图21透视地示出了薄膜布线层，并表示出绝缘薄膜基板105的背面的图示，在背面，形成铝等背面布线层110。装配芯片，成型于主面上的铝布线层和背面布线层110通过铆接件111连接。在图22的方法中，以贯通形成与绝缘背面基板105的两面上的铜布线层112的方式形成通孔，通过在该通孔的内表面上形成电镀层113将两个布线层112进行电连接。由于需要进行电镀处理，所以制造成本非常高。同时，由于不适合于进行电镀，从而不能使用铝布线层。在图23所示的方法中，由于进行机械地夹持连接，可以使用铝布线层，但为了进行加工，其加工区必须在2mm以上，从而限制了工序数。
作为和铆接同样的方法也有所谓焊接(点焊)的方法，但这种方法同样需要2mm2以上的加工面积，从而存在同样的问题。
鉴于上述问题，本发明提供一种半导体器件及其制造方法，这种半导体器件及其制造方法可以在作为插件的绝缘薄膜基板的表面上使用形成于芯片焊盘上的突点与布线层表面接触的方式获得很强的连接性能，并可同时达到用形成于芯片的焊盘上的突点贯穿形成于绝缘薄膜基板的两面或三层以上的布线层并与布线层相互连接。
本发明的特征为，利用形成于芯片焊盘上的尖锐状或进行切口加工的突点，将形成于布线表面的氧化被膜或污物破坏，与作为插件的绝缘薄膜基板的布线接触。通过露出材料的新生面可获得更强的连接性能。同时，其特征为，可同时达到将形成于芯片的焊盘上的突点把形成于绝缘薄膜基板上的两面或三层以上的布线层贯穿与布线层的连接。
本发明的半导体器件的制造方法的特征为它具有以下工序将突起状突点结合到设于半导体元件主面上的焊盘上的工序，将上述突点的前端进行尖锐化或切口加工的工序，由支承图形化金属箔所获得的布线层的绝缘薄膜基板构成的插件的工序，以及将上述突点与倒装片键合一样、连接到贯穿上述布线层的引线上的工序。上述突点由金构成，上述布线层可由铝构成。上述绝缘薄膜基板在其背面上也有布线层，在把上述突点和倒装片同样连接到构成上述布线层的引线上的工序中，也可使上述突点穿透到上述背面，与上述背面的布线层进行连接。
本发明的半导体器件，其特征为，它具有形成多个焊盘的半导体元件，结合到上述焊盘上的突起状突点，由支承图形化金属箔所获得的布线层的绝缘表面基板构成的插件，上述突点，其前端具有尖锐的结构或切口结构，且和倒装片的键合一样连接到构成上述布线层的引线上。上述突点的前端也可以有延伸到上述引线内部的结构。上述突点的前端也可具有突出到上述绝缘薄膜基板的背面的结构。穿透到上述绝缘薄膜基板背面的上述突点和前端，可与形成在上述背面的布线层进行电连接。上述突点电极可采用金、焊锡、铜、铝其中之一。形成于上述薄膜基板上的布线层，可用铝、铜、金、银导电胶中任何一种材料构成。作为形成于上述绝缘薄膜基板上的布线层，可采用铝布线层，对于上述突点，可采用金。同时，例如如图10所示，在半导体元件与绝缘薄膜基板之间，可以夹有粘合剂及底部填充的树脂等热固性树脂。
图1A是根据本发明的实施例具有通过电镀法形成的金突点的芯片的透视图。
图1B是沿图1A的1B-1B线的剖视图。
图2A是在本发明的实施例中所使用的用于加工金突点的金属工具的透视图。
图2B是沿图2A的长度方向的剖视图。
图3A是根据本发明的实施例的具有进行切口加工的金突点的芯片的透视图。
图3B是图沿3A的3B-3B线的剖视图。
图4A～4D是根据本实施例的说明在芯片上形成由键合焊丝构成的柱状突点的方法的剖视图。
图5是表示根据本发明的将柱状突点的前端的焊丝拉断状态的芯片的透视图。
图6是表示将具有用图3所示的方法形成的金突点的芯片以倒装片的形式连接到具有铝布线层的绝缘薄膜基板上的状态的剖视图。
图7是表示将具有用实施例的图4所示的方法形成的柱状突点的芯片以倒装片的形式连接到具有铝布线层上的绝缘薄膜基板上的状态的剖视图。
图8A是表示根据本发明的实施例在把芯片倒装到绝缘薄膜基板上时的中间夹有热固性树脂粘合剂的组装状态的透视图。
图8B是图8A的8B-8B线的剖视图。
图9A～9C是根据本发明的实施例的对利用电镀及柱状突点形成的金突点用各种工具进行切口加工处理的突点的透视图及剖视图。
图10A及10B是说明根据本发明的实施例的电镀突点形成方法的剖视图。
图11A为根据本发明的实施例具有突起状的柱状突点的芯片的透视图。
图11B为图11A的11B-11B线的剖视图。
图12是表示将备有具有图11B所示的突起状的柱状突点的芯片连接到具有铝布线的绝缘薄膜基板上倒装连接状态的剖视图。
图13是表示在本发明的图12中将贯穿绝缘薄膜基板的柱状突点前端的突起压扁的状态的剖视图。
图14A及14B是根据本发明的实施例的绝缘薄膜基板的两面的布线连接并再次布线的状态的绝缘薄膜基板主面及背面的透视图。
图15A及B是表示根据本发明的实施例的绝缘薄膜基板上装配两个芯片的多芯片封装的主面及背面的透视图。
图16A是现有技术的芯片的透视图。
图16B是图16A的16B-16B线的剖视图。
图17A为现有技术的芯片的透视图以及其沿17B-17B线的透视图。
图17B为沿图17A的17B-17B线的剖视图。
图18A及18B为在现有技术的形成铝布线层的绝缘薄膜基板上粘贴ACF的状态的透视图。
图19A为用于说明将具有用图16或图17的方法形成的芯片在绝缘薄膜基板上粘贴ACF、然后通过加压压接将突点与布线连接的状态的绝缘薄膜基板的透视图。
图19B为沿图19A的19B-19B线的剖视图。
图20为图19的连接部分的放大剖视图。
图21为把现有技术的芯片倒装连接到两面具有铝布线层的绝缘薄膜基板上的透视图。
图22为在两面布线的绝缘薄膜基板进行孔加工、通过通孔电镀连接状态的剖视图。
图23为从两面通过机械夹持两面布线的绝缘薄膜基板经铆接连接的状态的剖视图。
现参照图1-图10说明第一个实施例。
首先，参照图1-图3说明具有尖锐形状或切口的突点的形成方法。
图1表示利用电镀法形成的金突点。在半导体芯片1的主面上，于其周边区域形成由铝构成的多个焊盘2，在该焊盘上形成通过镀金构成的电镀突点3。这种电镀突点的形成方法为，形成势垒金属层，在其上利用光刻胶形成电镀掩模，以其作为掩模在势垒金属层上利用电镀选择性地形成突点后，将不需要的势垒金属层去掉。
如后面将要述及的，在把上述芯片1的上述突点3键合到绝缘薄膜基板的铝布线层上时，为了使上述突点3容易变形从而进行良好的电连接，对上述突点3进行切口加工，形成尖锐形状的前端部。
对于图1所示的电镀突点3，将图2A、B所示的由碳化钨等金属制成的工具14的截面为圆形或四边形的前端部141压在突点3上，或进行敲击，可得到如图3所示的在焊盘2的上部具有圆形凹坑151的突点15。
另一方面，利用图4A所示的工具，经过图4B～D的工序，形成柱状突点。即，将焊条18靠近金丝161的前端，在金丝161的前端与焊条18之间外加高电压，引起电弧放电，利用由此所产生的热量将金丝161的前端制成球状17，用键合工具(毛细管)16将其压接到形成于芯片1上的焊盘2上后，将丝161拉断。由于是将丝161拉断分离，所以柱状突点19的前端部191成尖锐形状。
图5是表示具有柱状突点19的芯片1的透视图，在半导体芯片1的主面上在其周边区域形成多个由铝制成的焊盘2，于其上形成柱状突点19。
下面，说明把芯片向具有铝布线的绝缘薄膜基板上装配的方法。将图3所示的芯片以和倒装片相同的方式加热、加压压接到绝缘薄膜基板上。
图6是表示把芯片1装配到绝缘薄膜基板5上的状态的剖视图。在绝缘薄膜基板5上利用粘合剂8设置铝布线层6。将图3A所示的芯片1的金突点15以和铝布线层6接触的方式装配。同时，通过对两者加热、加压，使突点15嵌入铝布线层6的内部。即，使经过加工的前端部变形，通过嵌入，提高与铝布线层6的机械连接性能。
这时，突点15一边破坏形成于铝布线层6表面上的氧化被膜，进而，通过突点15的突起形状变形压接，一边形成新的界面进行接触。另外，该接触面中间不用经由现有技术例的ACF金属粒子之类的其它材料，纯粹是金与铝的接触，所以，通过此后的加热处理(例如，150℃,2小时)，可以形成Au-铝合金，从而可达到可靠性高的连接。
图7是表示具有柱状突点的芯片装配到绝缘薄膜基板上的状态的剖视图。在绝缘薄膜基板5上，借助粘合剂8形成铝布线层6。以金突点19与铝布线层6接触的方式装配图4或图5所示的芯片1。同时，通过加热加压两者，突点19刺入铝布线层6内。通过使经过加工的前端变形并嵌入铝内部提高了与铝布线层6的机械连接性能。
利用这种方法可获得良好的电连接。然而，为了把芯片保持在绝缘薄膜基板上，能够更加稳定地固定，在绝缘薄膜基板上涂布热固性粘合剂，在连接芯片时通过加热、加压压接的同时，还可使之固化。
图8A、B为说明装配有这种状态的芯片的绝缘薄膜基板的透视图及沿8B-8B线的剖视图。如图所示，在配置于铝布线层6与突点15的连接部上、芯片1与绝缘薄膜基板5上的粘合剂8之间，填充热固性粘合剂23。
突点15通过刺破铝布线层与之接触，而对于铜布线层(也包括电镀层)等硬质材料的布线回路，利用这些形状的金属制突点也可获得破坏形成于其表面上的污物的效果，可得到高的连接性能。
下面参照图9A～9C和图10A、10B说明突点表面部分的形状。此外，在图9A～9C中，所表示的分别为透视图和剖视图。
在图9A中，在突点15的表面部分上形成十字状截面为V字形的槽152。同时，在图9B中，沿突点15表面的对角线形成截面为U字形的槽153。在图9C中，将突点15表面的对向的两个边的角削去，形成比底面小的表面部分154。
图10A、10B为用于说明利用电镀法形成具有在表面的周边向外延伸的延伸部221的突点22的剖视图。
以使芯片1上的焊盘2暴露出来的方式形成第一光刻胶20，同样地，以使芯片1上的焊盘2暴露出来的方式在第一光刻胶上形成第二光刻胶21。形成比第一光刻胶20的开口部大的第二个光刻胶21的开口部。在加上这些光刻胶之后，进行电镀处理，除去光刻胶20、21，在焊盘2上形成具有表面部分面积大即在表面部分的周边部向外延伸的延伸部221的电镀突点22。
下面，参照图11A至图15B说明第二个实施例。
图11A、B，作为形成在芯片的焊盘上的柱状突点，采用具有长的颈部的突点。这时的柱状突点，为穿透绝缘薄膜基板，其尖锐的前端的高度约在50μm～100μm左右。在电镀突点的情况下，也用图9所示的方式使其前端尖锐化。
如图11B所示，在芯片1的主面上于其周边区域形成由铝等制成的多个焊盘2，在这些焊盘上形成与图5所示的柱状突点19相比具有颈部251更长的柱状突点25。
如图12所示，与芯片1连接的绝缘薄膜基板5，其两面具有铝布线层6和10。作为绝缘薄膜基板5，为使柱状突点25容易穿透，使用厚度为30μm～100μm左右的薄的绝缘薄膜基板。同时，对于绝缘薄膜基板5的基体材料，例如使用聚乙烯，液晶聚合物，可通过加热软化的PET,PVC等柔性材料。以使突点和布线层接触的方式使芯片与该绝缘薄膜基板接触，加热加压接对两者进行电连接。在绝缘薄膜基板5的两面上，形成铝布线层6和10。该主面的铝布线层6与背面的铝布线层10借助穿透绝缘薄膜基板5的柱状突点25相互进行电连接。
此外，如图13所示，为提高连接能力和可靠性，可把穿透到背面的柱状突点25压扁形成突点24。
图14A、14B及图15A、15B表示利用前面所述的两面连接的封装。可由具有铝布线层的绝缘薄膜基板制成多芯片封装(MCP)。
如图14A所示，在绝缘薄膜基板5的主面上形成铝布线层6。芯片1的突点被连接到绝缘薄膜基板5的铝布线层6上，芯片1通过芯片保持用粘合剂23被固定。
如图14B所示，在绝缘薄膜基板5的背面形成铝布线层10，两面的布线，由图13所示的突点25电连接。
如图15A所示，在绝缘薄膜基板5上，其主面上形成铝布线层6，装配两个芯片1,1′。芯片1,1′的突点连接到绝缘薄膜基板5的铝布线层6上，芯片1,1′用芯片保持用粘合剂23固定。
如图15B所示，在背面形成铝布线层10，两面的布线层借助图13所示的突点5进行电连接。
这些封装用于薄型半导体封装和RFID器件的天线电路基板。
如上所述，根据本发明，通过使用形成于芯片的焊盘上的尖锐形状的突点或进行切口加工的突点，一边破坏形成于布线表面上的氧化被膜，生成材料的新生面，可获得更高的连接性能以及使所接触的突点在布线材料内部变形，可提高机械强度。同时，将芯片焊盘上的突点穿透形成于绝缘薄膜基板上的两面或三层布线层，可同时达到布线层的相互连接。
权利要求
1.半导体器件，它备有具有多个焊盘的半导体元件，结合到上述焊盘上的突点，以及由具有布线层的绝缘薄膜基板构成的插件，其特征为，上述突点具有键合时可容易变形的结构，且以倒装片的形式连接到上述布线层上。
2.如权利要求1所述半导体器件，其特征在于，上述突点在其前端具有尖锐的颈部。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，上述突点在颈部的表面部分具有交叉槽。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，上述突点在表面部的周边具有向外延伸的延伸部。
5.如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，上述突点的前端嵌入上述布线层内。
6.如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，上述突点的槽嵌入上述布线层内。
7.如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，上述突点由柱状突点构成。
8.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，上述突点的前端，穿透到上述绝缘薄膜基板的背面。
9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，穿透上述绝缘薄膜基板背面的上述突点的前端与形成于上述背面的布线层电连接。
10.如权利要求1所述半导体器件，其特征在于，上述突点使用金，焊锡，铜，铝等材料之一。
11.如权利要求1所述半导体器件，其特征在于，形成于上述绝缘薄膜基板上的布线层，采用铝布线，铜布线，金布线，银布线，导电膏膜等构成的组
12.半导体器件的制造方法，其特征在于，它具有以下工序在半导体元件的主面上形成多个焊盘的工序，将具有在键合时可容易变形的结构的突点结合到上述焊盘上的工序，准备至少在一个表面上具有多个布线层的绝缘薄膜基板构成的插件，将上述突点以倒装片的方式连接到上述布线层上的工序。
13.如权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，上述突点在形成时其前端具有尖锐的颈部。
14.半导体器件的制造方法，其特征在于，它具有以下工序在半导体元件的主面上形成多个焊盘的工序，将具有颈部的突点结合到上述焊盘上的工序，所述颈部具有表面部，准备由在至少一个表面上具有多个布线层的绝缘薄膜基板构成的插件的工序，将上述突点以倒装片的形式连接到上述布线层上的工序。
15.如权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在上述表面部分上形成交叉的槽。
16.如权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，上述突点以在其表面部的周边向外延伸的延伸部的方式形成。
全文摘要
半导体器件及其制造方法,它通过使用在芯片的电极表面上形成的突点与布线表面接触的方法可获得与作为插件的绝缘薄膜基板更高的连接性能,同时,将形成于芯片的连接电极上的突点贯穿形成于绝缘薄膜基板上的两面或三层以上的布线,可同时达到与布线层的相互连接。采用形成于芯片1的电极表面上的尖锐状或经过切口加工的突点15,一边破坏形成于布线表面上的氧化被膜及污物一边与作为插件的绝缘薄膜基板5的布线层6接触。通过暴露出材料的新生面可获得性能更高的连接性能。
文档编号H01L23/485GK1325137SQ0112168
公开日2001年12月5日 申请日期2001年3月14日 优先权日2000年3月14日
发明者横井哲哉, 池水守彦 申请人:株式会社东芝