专利名称：电子元件封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电子元件封装结构及其制造方法，特别地，涉及一种电子元件封装结构，其中一个半导体芯片或者类似物以埋在绝缘薄膜中的状态放置在布线衬底上，及其制造方法。
背景技术：
作为实现多媒体设备的关键技术，LSI技术正在稳定地朝着数据传输的更高速度和更大容量这一目标发展。因此，作为LSI和电子设备之间的界面，封装技术的更高密度也正在发展。
基于更进一步的密度增加的要求，大多数半导体芯片立体地堆叠放置在布线衬底上的半导体设备发展起来了。引用一个例子，专利文献1(日本未审的专利出版物第2001-177045号)和专利文献2(日本未审的专利出版物第2000-323645号)均提出了具有如下结构的半导体设备大多数半导体芯片以埋在绝缘薄膜中的状态立体地放置在布线衬底上，并且大多数半导体芯片使用其中插入绝缘薄膜而形成的多层布线图案或者类似物来互相连接。
然而，在上述的专利文献1和2中，没有考虑到这一事实，即当夹层绝缘薄膜在放置的半导体芯片上形成时，由于半导体芯片的厚度，夹层绝缘薄膜是以产生跳变的状态形成的。
特别地，如果在半导体芯片上的夹层绝缘薄膜中产生跳变，当在夹层绝缘薄膜上形成布线图案时，在光刻法中容易出现散焦。因此，要形成理想的高精度的布线图案是很困难的。
此外，由于在夹层绝缘薄膜上形成的布线图案中也产生跳变，当半导体芯片倒装地焊接到布线图案时，焊接的可靠性可能降低。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种制造电子元件封装结构的方法，该结构中一个电子元件埋在布线衬底上的夹层绝缘薄膜中，并且在该结构中由于该电子元件的厚度而产生的跳变可以轻易地被消除而被平面化，并提供这种电子元件封装结构。
本发明涉及一种制造电子元件封装结构的方法，包括步骤在包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的第一树脂薄膜；将一个在元件形成表面上具有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝上的状态，埋在所述未固化的第一树脂薄膜中；形成一层第二树脂薄膜，用于覆盖电子元件；通过热处理固化第一和第二树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案和连接终端上的绝缘薄膜的预定部分中形成一个通孔；在绝缘薄膜上，形成一层与布线图案和连接终端通过通孔连接的上层布线图案。
在本发明中，首先，在布线衬底上形成未固化的第一树脂薄膜。此后，在元件形成表面上有连接终端的电子元件(减薄的半导体芯片或者类似物)被挤压并以该连接终端指向朝上的状态埋在未固化的第一树脂薄膜中。此时，倾向于使电子元件的元件形成表面和第一树脂薄膜的上表面差不多在同一高度。
接着，形成未固化的第二树脂薄膜，其覆盖了电子元件。随后，第一和第二树脂薄膜通过热处理而固化，从而获得绝缘薄膜。然后，在布线图案和连接终端上的绝缘薄膜中形成通孔，并且在绝缘薄膜上形成与布线图案和连接终端通过通孔连接的上层布线图案。
如上所述，在本发明中，没有增加任何特殊的平面化处理，就将电子元件埋在绝缘薄膜中，以由于电子元件的厚度而产生的跳变被消除的状态放置。这排除了当上层布线图案在电子元件上方形成时，在光刻法中出现散焦的可能性。因此，可以稳定地形成高精度的上层布线图案。
而且，在上层电子元件被倒装地放置在电子元件上方的上层布线图案之上的情况下，上层电子元件和上层布线图案之间的连接的可靠性可以得到改善，因为在整个布线衬底上上层布线图案被放置在差不多同一高度。
在上述的发明中，倾向于将第一树脂薄膜插在电子元件的背面和布线衬底之间的位置。由于第一树脂薄膜起着粘附电子元件和布线衬底的粘合层的作用，封装结构就被简化了，并且封装结构的可靠性可以得到改善。
更进一步地，在使用包括一层钝化膜的电子元件作为上述发明中的电子元件的情况下，其中该钝化膜有一个开口部分用于露出连接终端，第二树脂薄膜可以被省去，上层布线图案直接在电子元件上形成。
而且，本发明涉及一种制造电子元件封装结构的方法，包括步骤在包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的第一树脂薄膜；将一个在元件形成表面上具有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝下的状态，埋在未固化的第一树脂薄膜中，并且把连接终端和布线图案相连；形成一层第二树脂薄膜，用于覆盖电子元件；通过热处理固化第一和第二树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案上的绝缘薄膜的预定部分中形成一个通孔；在绝缘薄膜上，形成一层与布线图案通过通孔连接的上层布线图案。
在本发明中，首先，在布线衬底上形成未固化的第一树脂薄膜。此后，电子元件(减薄的半导体芯片或者类似物)以连接终端指向朝下的状态埋在未固化的第一树脂薄膜中，并且电子元件的连接终端被倒装地焊接到布线图案。此时，倾向于调整电子元件的背面和第一树脂薄膜的上表面，使得它们差不多在同一高度。
接着，在形成用于覆盖电子元件的第二树脂薄膜之后，第一和第二树脂薄膜通过热处理而固化，变成绝缘薄膜。然后，在布线图案上的绝缘薄膜中形成通孔之后，在绝缘薄膜上形成与布线图案通过通孔连接的上层布线图案。
如上所述，没有增加任何特殊的平面化处理，就将电子元件以由于电子元件的厚度而产生的跳变被消除的状态埋在绝缘薄膜中，并且电子元件的连接终端可以被倒装地焊接到布线衬底的布线图案上。因此，与前述的发明相似，在电子元件上方可以形成高精度的上层布线图案。另外，当上层电子元件被倒装地放置在上层布线图案上时，它们可以高可靠性地连接。
而且，因为在电子元件下方的缝隙中并不需要特殊地形成未充满的树脂，所以制造成本可以降低。
在上述的发明中，用于覆盖电子元件的第二树脂薄膜可以被省去。在这种情况下，特别是当使用减薄的半导体芯片作为电子元件时，倾向不要将上层布线图案放置在半导体芯片上，以防止半导体芯片的电路图和上层布线图案被短路。
更进一步地，在上述的发明中，在形成未固化的树脂薄膜的处理之后，在布线图案上的树脂薄膜的预定部分中形成与电子元件的连接终端连接的开口部分。在这种情况下，当电子元件的连接终端被放置使得它对应于树脂薄膜的开口部分的同时与布线图案相连。就这方面而言，将树脂插在电子元件的连接终端和布线图案之间的可能性被排除了。因此，电子元件和布线图案之间的电连接的可靠性可以得到改善。
图1A和1B是截面图，表示制造一种半导体设备时的不利之处，其中一个半导体芯片以被埋在绝缘薄膜中的状态放置在该半导体设备中；图2A到2H是截面图，依次表示一种制造本发明的第一实施例的一个电子元件封装结构的方法；图3A到3F是截面图，依次表示一种制造本发明的第二实施例的一个电子元件封装结构的方法；图4A到4D是截面图，依次表示一种制造本发明的第三实施例的一个电子元件封装结构的方法；图5A到5E是截面图，依次表示一种制造本发明的第四实施例的一个电子元件封装结构的方法；以及图6A到6H是截面图，依次表示一种制造本发明的第五实施例的一个电子元件封装结构的方法。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
在描述本实施例之前，先描述制造一种半导体设备时的不利之处，其中一个半导体芯片以被埋在绝缘薄膜中的状态放置在该半导体设备中。图1A和1B是截面图，表示制造一种半导体设备时的不利之处，其中一个半导体芯片以被埋在绝缘薄膜中的状态放置在该半导体设备中。
首先，如图1A所示，在一个包括预定布线图案(未画出)的基衬底100上形成一个第一夹层绝缘薄膜102，然后，在所述的第一夹层绝缘薄膜102上形成一层铜导线104，该导线通过在所述的第一夹层绝缘薄膜102中形成的通孔(未画出)与基衬底100的布线图案连接。一个包括连接终端108a的半导体芯片108，以连接终端108a指向朝上的状态，牢固地固定在铜导线104上，并且在两者之间插入一层粘合层106。
接着，在半导体芯片108和铜导线104上形成一个第二夹层绝缘薄膜110。此时，第二夹层绝缘薄膜110以这样一种状态形成，即由于半导体芯片108的跳变，该薄膜在半导体芯片108上比在铜导线104上更高。
然后，如图1B所示，通过使用激光或者类似物蚀刻半导体芯片108的连接终端108a和类似部分上的第二夹层绝缘薄膜110，从而形成通孔112。接着，在通孔112的内表面和第二夹层绝缘薄膜110上形成一层籽晶铜膜(未画出)之后，通过光刻法形成一层保护膜(未画出)，在该保护膜中将要形成布线图案的部分被开口。
紧接着，在保护膜图的开口部分通过电镀形成一层铜膜图案之后，其中利用籽晶铜膜作为电镀电源层，保护膜被移除。接着，使用铜膜图案作为掩模来蚀刻籽晶铜膜，从而获得布线图案114。
由于跳变是在半导体芯片108的影响下在第二夹层绝缘薄膜110的上表面上产生的，所以在形成上述的保护膜图时，在光刻法中容易出现散焦。相应地，在第二夹层绝缘薄膜110上形成的保护膜图中容易出现问题。因此，要形成理想的高精度的布线图案114是很困难的。
接着，包括凸起116a的半导体芯片116的凸起116a被倒装地焊接到布线图案114的连接部分114a。此时，由于布线图案114的连接部分114a的高度会因为第二夹层绝缘薄膜110的跳变而变化，在半导体芯片116的凸起116a和布线图案114的连接部分114a之间容易出现焊接失败。
下文将要描述的，本发明实施例的电子元件封装结构及其制造方法，可以解决上述的难题。
(第一个实施例)接着，将要描述一种制造本发明的第一实施例的一个电子元件封装结构的方法。图2A到2H是截面图，依次表示所述的制造本发明的第一实施例的所述电子元件封装结构的方法。在制造第一实施例的所述电子元件封装结构的方法中，如图2A所示，首先，准备一个基衬底24，用于制造一个内建的布线衬底。该基衬底24用绝缘材料例如树脂制成。而且，在基衬底24中提供通孔24a，并在通孔24a的内表面上形成与基衬底24上的第一布线图案28连接的通孔电镀层24b。通孔电镀层24b的孔中用树脂24c填满。
此后，形成一层由树脂或者类似物制成的第一夹层绝缘薄膜30，其覆盖了第一布线图案28。然后，由激光、RIE或者类似物蚀刻第一布线图案28上的第一夹层绝缘薄膜30的预定部分，从而形成第一通孔30x。
接着，在第一夹层绝缘薄膜30上形成与第一布线图案28通过第一通孔30x连接的第二布线图案28a。形成第二布线图案28a采用的方法与将要描述的形成第三布线图案的方法相似。
接着，如图2B所示，在第二布线图案28a和第一夹层绝缘薄膜30上形成一层第一树脂薄膜32a。使用环氧系列树脂、聚酰亚胺系列树脂、聚苯醚系列树脂或者类似物作为第一树脂薄膜32a。形成第一树脂薄膜32a的方法包括一种碾压树脂薄膜的方法和一种通过旋涂或者印刷形成树脂薄膜的方法。
通常，通过热处理固化未固化的树脂材料来形成树脂薄膜。然而，本实施例的一个特征是将半导体芯片埋在呈未固化状态的柔软的树脂薄膜中。因此，在本步骤中，第一树脂薄膜32a以未固化的状态形成。也就是说，在形成如上所述的树脂材料之后，在50到100的环境中烘焙树脂材料使其暂时变粘，从而形成未固化的第一树脂薄膜32a。
第一树脂薄膜32a的厚度没有特别的限制，因为它是考虑到埋在其中的半导体芯片的厚度而设定的。然而，倾向于将第一树脂薄膜32a的厚度设定为半导体芯片的厚度的大约2倍。
接着，准备一个如图2C所示的半导体芯片20(电子元件)。连接焊盘21a(连接终端)露在半导体芯片20的元件形成表面上，半导体芯片20的其他部分由一层钝化膜21b覆盖。为了获得这个半导体芯片20，首先，准备一个半导体片，其厚度大约为400μm，包括元件(例如晶体管)和在元件形成表面上连接到元件的连接焊盘21a。此后，削磨这个半导体片的背面，使其变薄为大约150μm厚(大约50μm更好)或者更薄，然后将这个半导体片切成小片，从而获得独立的半导体芯片20。
虽然半导体芯片20被作为电子元件的一个例子，但是也可以使用不同种类的电子元件包括电容元件。
此后，如图2C所示，将半导体芯片20以元件形成表面朝上(面朝上)的状态放置在第一树脂薄膜32a上，然后挤压半导体芯片20，从而排除未固化的第一树脂薄膜32a将半导体芯片20埋在其中的情况。此时，将半导体芯片20埋在第一树脂薄膜32a中，使得半导体芯片20的元件形成表面和第一树脂薄膜32a的上表面差不多相同高度。这排除了由于半导体芯片20的厚度而产生的跳变的出现，并且没有特地增加平面化处理就使获得平面化成为可能。
当然，注意，半导体芯片20的元件形成表面的高度和第一树脂薄膜32a的上表面的高度可以在一定程度上不相同，该程度为对后面步骤中的光刻法和类似操作没有不利的影响。
图2C表示一种模式，在该模式中厚度大约为30μm的半导体芯片20被埋在厚度大约为60μm的第一树脂薄膜32a中，以至它们的上表面差不多等高。因此，在本实施例中，倾向于在半导体芯片20的背面和半导体芯片20下方的第一夹层绝缘薄膜30(或者第二布线图案28a)之间插入第一树脂薄膜32a。
这是因为在半导体芯片20的背面和第一夹层绝缘薄膜30之间插入的第一树脂薄膜32a起着粘合层的作用，用于粘附半导体芯片20和第一夹层绝缘薄膜30。因此，本实施例也有这样一种优势，即在半导体芯片20的背面上形成一层粘合层的步骤可以被省略，并且从制造成本减少的观点考虑，也是有便利的。
顺便说一下，半导体芯片20可以被埋在第一树脂薄膜32a中，通过调节半导体芯片20和第一树脂薄膜32a的厚度，使半导体芯片20的背面可以接触到第一夹层绝缘薄膜30或第一布线图案28a。在本例中，倾向于使半导体芯片20的元件形成表面和第一树脂薄膜32a的上表面差不多等高。
接着，如图2D所示，形成一层未固化的第二树脂薄膜32b，其覆盖了半导体芯片20。形成第二树脂薄膜32b采用的材料和形成方法与形成第一树脂薄膜32a相似。由于半导体芯片20而产生的元件形成表面的跳变，通过用第二树脂薄膜32b覆盖半导体芯片20而被平面化。
由于半导体芯片20被埋在第一树脂薄膜32a中并按照如上所述放置，所以第二树脂薄膜32b不能以在半导体芯片20上局部出现的状态形成，而是以整体平面化的状态形成。
接着，在130到200的环境中热处理图2D的结构，从而同时地固化第一和第二树脂薄膜32a和32b。此时，当在真空环境中挤压第一和第二树脂薄膜32a和32b时，可以执行热处理。通过执行真空挤压，第二树脂薄膜32b以它的上表面被进一步平面化的状态固化。
这样，获得了由第一树脂薄膜32a(第一绝缘薄膜)和第二树脂薄膜32b(第二绝缘薄膜)组成的第二夹层绝缘薄膜32。
接着，如图2E所示，由激光、RIE或者类似物蚀刻半导体芯片20的连接焊盘21a和第二布线图案28a上的第二夹层绝缘薄膜32的预定部分，从而形成第二通孔32x。
此后，如图2F所示，在第二通孔32x的内表面和第二夹层绝缘薄膜32上形成一层籽晶铜膜28x。然后，用光刻法形成一层保护膜29，其有对应于第三布线图案的开口部分29a。此时，由于第二夹层绝缘薄膜32是以它的上表面整体平面化的状态形成的，所以在光刻法中不会出现散焦。因此，有预定图案的保护膜29可以高精度、稳定地形成。
接着，再如图2F所示，通过使用保护膜29作为掩模，用电镀的方法形成一层铜膜图案28y，其中利用籽晶铜膜28x作为电镀电源层。
然后，在保护膜29被移除之后，通过使用铜膜图案28y作为掩模来蚀刻籽晶铜膜28x。这样，如图2G所示，在第二夹层绝缘薄膜32上形成了第三布线图案28b(上层布线图案)，其通过第二通孔32x与半导体芯片20的连接焊盘21a和第二布线图案28a连接。
由于覆盖着半导体芯片20的第二夹层绝缘薄膜32的上表面按上述方法变得平坦，当在第二夹层绝缘薄膜32上形成第三布线图案28b时，在光刻法中无需将焦点边距设得很大。因此，可以稳定地形成高精度的保护膜29，其有对应于第三布线图案28b的开口部分。相应地，可以获得理想的第三布线图案28b。
注意第二和第三布线图案28a和28b可以通过减去处理或者全加性处理，而不是上述的半加性处理来形成。
而且，虽然未在图中画出，也可以通过重复从形成第一树脂薄膜32a的步骤(图2B)到形成第三布线图案28b的步骤(图2G)的处理预定次数，来采用一种模式，在该模式中大多数半导体芯片20以被埋在各自的夹层绝缘薄膜中而成为多层的状态互相连接。并且在这个例子中，每一个夹层绝缘薄膜都是以平面化的状态形成的。因此，内部有半导体芯片的夹层绝缘薄膜和布线图案可以没有任何困难地、以层叠的方式形成。
更进一步地，也可以采用一种模式，在该模式中半导体芯片20被相似地埋在大多数夹层绝缘薄膜中的任意夹层绝缘薄膜中。而且，也可以采用一种模式，在该模式中一个半导体芯片20也以其被埋在一层夹层绝缘薄膜中的状态堆叠在基衬底24的背面上。
紧接着，如图2H所示，形成一层焊接保护膜36，其在第三布线图案28b的连接部分28z上有开口部分36a。然后，用镍/金电镀第三布线图案28b的连接部分28z。
接着，准备一个有凸起23的上层半导体芯片20x(上层电子元件)，并且上层半导体芯片20x的凸起23被倒装地焊接到第三布线图案28b的连接部分28z。
此时，由于第三布线图案28b的连接部分28z都被放置在差不多相同的高度，在半导体芯片20上方和不存在半导体芯片20这两个区域中没有高度变化，所以上层半导体芯片20x的凸起23可以高可靠性地连接到连接部分28z。
注意下述方法也可以被采用在焊接保护膜36的开口部分36a上放置焊球等来形成凸起，并且上层半导体芯片20x的连接终端与这些凸起连接。
这样，本发明的第一实施例的一个半导体设备1(电子元件封装结构)完成了。
在第一实施例的半导体设备1中，第一和第二夹层绝缘薄膜30和32和第一到第三布线图案28到28b以层叠的方式在基衬底24上形成。而且，半导体芯片以面朝上埋着的状态放置在第二夹层绝缘薄膜32的中心位置中。
也就是说，半导体芯片20以这种状态放置，即以不与半导体芯片20下方的第一夹层绝缘薄膜30(或第二布线图案28a)接触的状态放置，并且在半导体芯片20和第一夹层绝缘薄膜30之间插入第二夹层绝缘薄膜32。在半导体芯片20的背面和第一夹层绝缘薄膜30之间插入的第二夹层绝缘薄膜32也起着粘合层的作用，用于粘合这两者。如上所述，在半导体芯片20的背面无需特地提供一层粘合层。因此，半导体设备1的结构可以被简化，其可靠性可以得到改善。
而且，半导体芯片20的连接焊盘21a通过第三布线图案28b，电气连接到放置在半导体芯片20上方的上层半导体芯片20x和类似物上。
在制造本实施例的半导体设备1的方法中，由于半导体芯片20是以被埋在第一树脂薄膜32a中的状态放置的，在半导体芯片20上形成的第二树脂薄膜32b是以平面的、没有被由于半导体芯片20的厚度而产生的跳变影响的状态形成的。因此，在第二夹层绝缘薄膜32上形成的第三布线图案28b可以稳定地、高精度地形成。
更进一步地，在第一实施例中，第三布线图案28b是在覆盖半导体芯片20的第二树脂薄膜32b上形成的。因此，即使当半导体芯片20的钝化膜21b使用的是一种绝缘电阻可靠性低的薄膜时，第三布线图案28b和半导体芯片20的电路图被电气短路的可能性被排除了，从而使改善半导体设备1的可靠性成为可能。
另外，由于第三布线图案28b的连接部分28z被放置在相同的高度，可以减少第三布线图案28b的连接部分28z和上层半导体芯片20x的凸起23之间的连接共面性(平面度)。这使阻止第三布线图案28b的连接部分28z和上层半导体芯片20x的凸起23之间的焊接失败(跨接、开路和类似情形)的出现成为可能。
(第二个实施例)图3A到3F是截面图，依次表示一种制造本发明的第二实施例的一个电子元件封装结构的方法。第二实施例与第一实施例的不同之处在于第三布线图案直接在一个半导体芯片20上形成，而没有在半导体芯片埋在第一树脂薄膜中放置之后形成一层第二树脂薄膜。在第二实施例中，与第一实施例相似的步骤的详细描述将被省略。
在制造第二实施例的所述电子元件封装结构的方法中，如图3A所示，首先，在一个基衬底24上的第一夹层绝缘薄膜30和第二布线图案28a上，采用与第一实施例相似的方法形成一层未固化的第一树脂薄膜32a。
此后，准备一个如图3B所示的半导体芯片20a(电子元件)。该半导体芯片20a在它的元件形成表面上有连接焊盘21a。在元件形成表面的不是连接焊盘21a的其他部分上，提供一层钝化膜21b(表面保护膜)，其有开口部分21x用于露出连接焊盘21a。依照第二个实施例，使用绝缘电阻可靠性高的薄膜作为钝化膜21b。这种钝化膜21b的材料和厚度没有特别的限制。然而，例如，钝化膜21b由厚度大约为0.5μm的氮化硅薄膜和厚度大约为3μm或更厚的聚酰亚胺树脂薄膜组成。换句话说，可以通过将一个露出连接焊盘21a的树脂薄膜粘合到在第一实施例中使用的半导体芯片20上来形成钝化膜21b。
如上所述的半导体芯片20a的使用排除了半导体芯片20a的电路图和第三布线图案28b电气短路的可能性，即使第三布线图案28b直接在半导体芯片20a上形成，其中没有插入一层第二树脂薄膜，不像第一个实施例。
注意半导体芯片的钝化膜的材料和结构应根据不同种类的电子元件封装结构的可靠性要求来适当地进行选择，以阻止半导体芯片20a的电路图和第三布线图案28b被短路。
紧接着，再如图3B所示，采用与第一实施例相似的方法将半导体芯片20a埋在第一树脂薄膜32a中放置。这样，半导体芯片20a的元件形成表面和第一树脂薄膜32a的上表面差不多等高。相应地，排除了由于半导体芯片20a的厚度而产生的跳变的出现。
接着，如图3C所示，在130到200℃的环境中热处理图3B的结构，由此固化第一树脂薄膜32a成为一层第二夹层绝缘薄膜32。此后，由激光或者RIE蚀刻第二布线图案28a上的第二夹层绝缘薄膜32的预定部分，从而形成第二通孔32x。
然后，如图3D所示，采用与第一实施例相似的半加性处理或者类似操作，在第二夹层绝缘薄膜32和半导体芯片20a上形成第三布线图案28b(上层布线图案)。第三布线图案28b通过第二通孔32x连接到第二布线图案28a，通过钝化膜21b的开口部分21x连接到半导体芯片20a的连接焊盘21a。
在第二实施例中，由于第三布线图案28b可以直接在半导体芯片20a上形成，所以在半导体芯片20a上形成一层第二树脂薄膜的步骤可以省略。因此，与第一实施例相比，制造过程中的步骤数减少了，从而使制造成本减少成为可能。
接着，在第二实施例中，将描述一种模式，在该模式中进一步形成第四布线图案。也就是说，如图3E所示，形成一层第三夹层绝缘薄膜34，其由树脂薄膜或类似物组成，并覆盖了第三布线图案28b。接着，由激光或者RIE蚀刻第三布线图案28b上的第三夹层绝缘薄膜34的预定部分，从而形成第三通孔34x。更进一步地，采用半加性处理或者类似操作，形成第四布线图案28c，其与第三布线图案28b通过第三通孔34x连接。
如上所述，在第二实施例中，即使在额外地形成一层布线图案的情况下，与第一实施例的制造方法比较，步骤数也可以减少一步。因此，当通过增加布线密度来制造有更小尺寸和更高性能的电子元件封装结构时，制造成本可以比第一实施例减少更多。
接着，如图3F所示，与第一实施例相似，形成一层焊接保护膜36，其在第四布线图案28c的连接部分28z上有开口部分36a。此后，上层半导体芯片20x的凸起23被倒装地焊接到第四布线图案28c的连接部分28z。
这样，获得了第二实施例的一个半导体设备1a(电子元件封装结构)。
在第二实施例中，也可以采用与第一实施例相似的修改过的例子。
在第二实施例中，施加了与第一实施例相似的作用。另外，由于布线图案可以直接在半导体芯片20a上形成，与第一实施例的制造过程相比，制造过程的步骤数可以减少一步，从而使制造成本减少成为可能。
(第三个实施例)图4A到4D是截面图，依次表示一种制造本发明的第三实施例的一个电子元件封装结构的方法。第三实施例与第一实施例的不同之处在于一个半导体芯片面朝下地埋在树脂薄膜中并被倒装地放置。在第三实施例中，与第一实施例相同的步骤的详细描述将被省略。
在制造第三实施例的所述电子元件封装结构的方法中，如图4A所示，首先，在一个基衬底24上的第一夹层绝缘薄膜30和第二布线图案28a上，采用与第一实施例相似的方法形成一层未固化的第一树脂薄膜32a。
此后，准备一个如图4B所示的半导体芯片20b(电子元件)。该半导体芯片20b在元件形成表面上有连接焊盘21a和连接到连接焊盘21a的凸起23，并且被削薄至150μm(50μm更好)或者更薄。连接焊盘21a和连接到其上的凸起23是连接终端的例子。
接着，再如图4B所示，半导体芯片20b以它的放置着凸起23的那个表面指向朝下(面朝下)的状态放置在树脂薄膜32a上，挤压半导体芯片20b，从而将半导体芯片20b埋在树脂薄膜32a中。这样，半导体芯片20b排除了树脂薄膜32a，并且它的凸起23和第二布线图案28a接触。另外，半导体芯片20b的背面和树脂薄膜32a的上表面差不多等高而被平面化。
此时，适当调整半导体芯片20b的厚度和树脂薄膜32a的厚度，以至半导体芯片20b的背面和树脂薄膜32a的上表面差不多等高。例如，在半导体芯片20b的厚度大约30μm、凸起23的高度大约10μm(总厚度大约40μm)的情况下，形成树脂薄膜32a，以至在第二布线图案28a上有大约40μm的厚度。
接着，连接半导体芯片20b的凸起23和第二布线图案28a。在半导体芯片20b的凸起23是由金制成的情况下，使用表面上有金膜的导线作为第二布线图案28a，并且用超声波倒装放置来连接半导体芯片20b的凸起23和第二布线图案28a。
换句话说，在半导体芯片20b的凸起23是由焊接制成的情况下，使用铜导线或者表面上有金膜的导线作为第二布线图案28a，并且用软熔加热的方法连接半导体芯片20b的凸起23和第二布线图案28a。
注意第二布线图案28a上连接半导体芯片20b的凸起23的部分用镍/金电镀。
此后，在130到200℃的环境中执行热处理来固化树脂薄膜32a，从而获得一层第二夹层绝缘薄膜32。
这提供了一种结构，在该结构中半导体芯片20b以平面的状态埋在第一夹层绝缘薄膜32中，并且它的凸起23被倒装地焊接到第二布线图案28a上，如图4B所示。
在本实施例中，由于半导体芯片20b被埋在未固化的树脂薄膜32a中并被倒装地焊接到第二布线图案28a上，半导体芯片20b下方的缝隙无需使用未充满树脂填充，而是使用留在缝隙中的树脂薄膜32来填充。因此，本实施例也有这样一种优势，即没有特别要求使用未充满树脂来填充半导体芯片20b下方的缝隙这一步骤。
紧接着，如图4C所示，由激光或者RIE蚀刻第二布线图案28a上的第二夹层绝缘薄膜32的预定部分，从而形成第二通孔32x。
接着，采用在第一实施例中描述过的半加性处理或者类似操作，在第二夹层绝缘薄膜32上形成第三布线图案28b(上层布线图案)，其通过第二通孔32x连接到第二布线图案28a。在第三实施例中，半导体芯片20b的背面和第二夹层绝缘薄膜32的上表面差不多等高而被平面化。相应地，当第三布线图案28b形成时，可以改善光刻法中的精度。因此，理想的第三布线图案28b可以稳定地、高精度地形成。
在本实施例中，举例说明了一种模式，在该模式中使用通过削磨其背面而被削薄的半导体芯片作为半导体芯片20b。相应地，不在半导体芯片20b的背面形成第三布线图案28b，以阻止第三布线图案28b和半导体芯片20b的电路图被电气短路。注意，当预先在半导体芯片20b的背面形成一层绝缘薄膜时，可以在半导体芯片20b的背面上形成第三布线图案28b。
在第三实施例中，与第一实施例相似，也可以通过重复从形成第一树脂薄膜32a的步骤(图4A)到形成第三布线图案28b的步骤(图4C)的处理预定次数，来采用一种模式，在该模式中大多数半导体芯片20b以被埋在各自的夹层绝缘薄膜中而成为多层的状态互相连接。
接着，如图4D所示，形成一层焊接保护膜36，其在第三布线图案28b的连接部分28z上有开口部分36a。此后，包括凸起23的上层半导体芯片20x(上层电子元件)的凸起23被倒装地焊接到第三布线图案28b的连接部分28z。在第三实施例中，由于第三布线图案28b的连接部分28z在高度上没有变化并被放置在差不多等高的地方，上层半导体芯片20x的凸起23被高可靠性地连接到连接部分28z。
这样，获得了第三实施例的一个半导体设备1b(电子元件封装结构)。
在制造第三实施例的电子元件封装结构的方法中，半导体芯片20b面朝下地埋在未固化的树脂薄膜32a中，半导体芯片20b的凸起23被倒装地焊接到第二布线图案28a。
这样，没有增加特殊的平面化处理，就将半导体芯片20b以由于半导体芯片20b的厚度而产生的跳变被消除的状态埋在第二夹层绝缘薄膜32中，并且将其倒装地焊接到第二布线图案。相应地，与第一实施例相似，可以稳定地形成高精度的第三布线图案28b，上层半导体芯片20x可以高可靠性地倒装地焊接到第三布线图案28b。
而且，由于半导体芯片20b下方的缝隙无需特地使用未充满的树脂填充，就有制造成本可以减少的优势。
(第四个实施例)图5A到5E是截面图，依次表示一种制造本发明的第四实施例的一个电子元件封装结构的方法。第四实施例与第三实施例的不同之处在于在采用与第三实施例相似的方法将半导体芯片放置好之后，在半导体芯片上形成一层绝缘薄膜。这使在半导体芯片上方的区域中也能形成布线图案。在第四实施例中，与第一和第三实施例相同的步骤的详细描述将被省略。
在制造本发明的第四实施例的所述电子元件封装结构的方法中，如图5A所示，首先，采用与第三实施例相似的方法，将一个半导体芯片20b(电子元件)面朝下地埋在未固化的第一树脂薄膜32a中，并且半导体芯片20b的凸起23被倒装地焊接到第二布线图案28a。
此后，如图5B所示，形成一层未固化的第二树脂薄膜32b，其覆盖了半导体芯片20b。接着，在130到200℃的环境中热处理第一和第二树脂薄膜32a和32b，同时在真空环境中挤压它们，从而同时固化第一和第二树脂薄膜32a和32b。这样，获得了由第一和第二树脂薄膜32a和32b组成的第二夹层绝缘薄膜32。
然后，如图5C所示，由激光或者RIE蚀刻第二布线图案28a上的第二夹层绝缘薄膜32的预定部分，从而形成第二通孔32x。
接着，如图5D所示，采用在第一实施例中描述过的半加性处理或者类似操作，在第二夹层绝缘薄膜32上形成第三布线图案28b(上层布线图案)，其通过第二通孔32x与第二布线图案28a连接。
在本实施例中使用的半导体芯片20b是通过削磨其背面而被削薄至150μm(50μm更好)或者更薄的，并且在半导体芯片20b的背面上露出一层半导体(硅)层。因此，在第三布线图案28b直接在半导体芯片20b的背面上形成的情况下，第三布线图案28b和半导体芯片20b的电路图可能被电气短路。相应地，在上述的第三实施例中，第三布线图案28b没有放置在半导体芯片20b上。
然而，在第四实施例中，如图5D所示，在半导体芯片20b上提供了第二树脂薄膜32b，并且在第二树脂薄膜32b上形成了第三布线图案28b。因此，第三布线图案28b也可以放置在半导体芯片20b上方的区域中。
也就是说，在第四实施例中，与第三实施例相比，可以增加设计第三布线图案28b的灵活性。因此，可以增加电子元件封装结构的布线密度，从而使容易地应付更小的电子元件封装结构和更高性能的电子元件封装结构这些趋势成为可能。
接着，如图5E所示，形成一层焊接保护膜36，其在第三布线图案28b的连接部分28z上有开口部分36a。更进一步地，一个上层半导体芯片20x(上层电子元件)的凸起23被倒装地焊接到第三布线图案28b的连接部分28z。
这样，获得了第四实施例的一个半导体设备1c(电子元件封装结构)。
在第四实施例中，施加了与第三实施例相似的作用。另外，由于半导体芯片20b的背面被第二夹层绝缘薄膜32(第二树脂薄膜32b)覆盖，第三布线图案28b也可以在半导体芯片20b上方形成，从而使增加布线密度成为可能。
(第五个实施例)图6A到6H是截面图，依次表示一种制造本发明的第五实施例的一个电子元件封装结构的方法。在上述的第三和第四实施例中，半导体芯片的凸起被连接到布线图案，而树脂薄膜被排除。相应地，在半导体芯片的凸起和布线图案之间可能插入了少量树脂，这就有可能无法获得电连接的足够的可靠性。在第五实施例中，可以排除这样的麻烦。注意，在第五实施例中，与第一和第三实施例相同的步骤的详细描述将被省略。
在制造第五实施例的所述电子元件封装结构的方法中，如图6A所示，首先，采用与第一实施例相似的方法，形成未固化的第一树脂薄膜32a，例如，采用将一层树脂薄膜粘附到基衬底24上的第一夹层绝缘薄膜30和第二布线图案28a上。
此后，如图6B所示，由激光或者类似物蚀刻第二布线图案28a上的第一树脂薄膜32a的部分，该部分稍后与半导体芯片的凸起连接，从而形成开口部分33，其有延伸到第二布线图案28a的深度。
此时，用镍/金电镀第二布线图案28a的与半导体芯片20b的凸起23连接的部分，并且镍/金层露在开口部分33中。而且，由于半导体芯片的凸起稍后将放置在开口部分33中，开口部分33的直径设置为等于或大于半导体芯片20b的凸起23的直径。
接着，如图6C所示，准备半导体芯片20b(电子元件)，其包括连接焊盘21a和连接到连接焊盘21a上的凸起23。与第三实施例相似，半导体芯片20b的厚度被削薄至大约150μm或者更薄。
然后，将半导体芯片20b放置在第一树脂薄膜32a上并挤压，以至半导体芯片20b的凸起23对应于第二布线图案28a的露在第一树脂薄膜32a的开口部分33中的部分。这样，半导体芯片20b的凸起23放置在第二布线图案28a上与之连接，而无需排除第一树脂薄膜32a。
接着，如图6D所示，与第三实施例相似，半导体芯片20b的凸起23连接到第二布线图案28a。在半导体芯片20b的凸起23是由金制成的情况下，采用超声波倒装放置作为连接方法，而在半导体芯片20b的凸起23是由焊接制成的情况下，采用在200到250℃的环境中通过软熔加热来倒装放置作为连接方法。
顺便说一下，当半导体芯片20b的凸起23放置在第一树脂薄膜32a的开口部分33中时，在半导体芯片20b和第一树脂薄膜32a的开口部分33的侧面之间仍然有一点缝隙。在第一树脂薄膜32a使用的是热硬化性的树脂的情况下，当开口部分33由激光形成时，开口部分33的侧面通过加热固化到某一个程度。相应地，通过软熔第一树脂薄膜32a而产生的嵌入作用相对较小。因此，在本实施例中，在半导体芯片20b的凸起23是焊接凸起的情况下，凸起23被软熔并且固化而变形，从而填满缝隙。此后，在130到200℃的环境中执行热处理来固化第一树脂薄膜32a。
顺便说一下，引用一个修改过的例子，上述的缝隙可以这样被填满，即使用光固化树脂作为第一树脂薄膜32a，其中光固化树脂有当被紫外线照射而固化时，回流进开口部分33中的特征。这是因为，在使用光固化树脂的情况下，当由激光形成开口部分33时，它的侧面并不固化。
而且，在半导体芯片20b的凸起23使用的是焊接的情况下，当焊接被软熔并固化时，也有可能通过热处理同时固化第一树脂薄膜32a。
这样，半导体芯片20b以半导体芯片20b埋在第一树脂薄膜32a中的状态被倒装地焊接到第二布线图案28a上。更进一步地，与第三实施例相似，根据半导体芯片20b的厚度来调整第一树脂薄膜32a的厚度。相应地，半导体芯片20b的背面和第一树脂薄膜32a的上表面差不多等高，这样消除了由于半导体芯片20b而产生的跳变。
顺便说一下，半导体芯片20b的背面和第一树脂薄膜32a的上表面不必设在相同的高度。在如下所述形成一层第二树脂薄膜，用于覆盖半导体芯片20b的情况下，可以用第二树脂薄膜来完全实现平面化。
在第五实施例中，在第一树脂薄膜32a中形成开口部分33之后，半导体芯片20b的凸起23被连接到露在开口部分33中的第二布线图案28a。相应地，在半导体芯片20b的凸起23和第二布线图案28a之间的连接界面上不可能插入树脂。因此，半导体芯片20b的凸起23被高可靠性地连接到第二布线图案28a，从而使获得良好的电连接成为可能。
接着，如图6E所示，在第一树脂薄膜32a和半导体芯片20b上形成第二树脂薄膜32b。这样，获得了一层由第一和第二树脂薄膜32a和32b组成的第二夹层绝缘薄膜32。
注意可以采用下述的方法在第一树脂薄膜32a固化之前，在第一树脂薄膜32a上形成未固化的第二树脂薄膜32b，然后通过执行热处理同时固化第一和第二树脂薄膜32a和32b。
紧接着，如图6F所示，由激光或者RIE蚀刻第二布线图案28a上的第二夹层绝缘薄膜32的预定部分，从而形成第二通孔32x。
接着，如图6G所示，采用在第一实施例中描述过的半加性处理或者类似操作，在第二夹层绝缘薄膜32上形成第三布线图案28b(上层布线图案)，其与第二布线图案28a通过第二通孔32x连接。
顺便说一下，引用一个修改过的例子，与第三实施例相似，可以采用不形成第二树脂薄膜32b的模式。在本例中，获得了与图4C相似的结构，在第一树脂薄膜32a的除了半导体芯片20b上的区域上形成第三布线图案28b。
而且，在第五实施例中，也可以通过重复从形成第一树脂薄膜32a的步骤(图6A)到形成第三布线图案28b的步骤(图6G)的处理预定次数，来采用一种模式，在该模式中大多数半导体芯片20以被埋在各自的夹层绝缘薄膜中而成为多层的状态互相连接。
接着，如图6H所示，在形成一层焊接保护膜36之后，其中该保护膜在第三布线图案28b的连接部分28z上有开口部分36a，用镍/金电镀第三布线图案28b的连接部分28z。此后，一个上层半导体芯片20x(上层电子元件)的凸起23被倒装地焊接到第三布线图案28b的连接部分28z。更进一步地，如有需要，用未充满的树脂填满在上层半导体芯片20x和焊接保护膜36之间的缝隙。
这样，获得了第五实施例的一个半导体设备1d(电子元件封装结构)。
在第五实施例中，与其它实施例相似，没有增加特殊的平面化处理，就将半导体芯片20b以由于半导体芯片20b而产生的跳变被消除的状态埋在第二夹层绝缘薄膜32中，并且将其倒装地焊接到第二布线图案28a。相应地，与其它实施例相似，可以稳定地形成高精度的第三布线图案28b，上层半导体芯片20x可以高可靠性地倒装地焊接到第三布线图案28b。
而且，在本实施例中，在放置半导体芯片20b之前，无需形成一层非导电贴层(NCP)或者非导电薄膜(NCF)，并且在放置半导体芯片20b之后无需填充未充满的树脂。也就是说，在现有技术中，由于其中埋着半导体芯片20b的第一树脂薄膜32a起着NCP或NCF的作用，可以减少制造过程中的步骤数，从而使减少制造成本成为可能。
另外，在其中埋着半导体芯片20b的第一树脂薄膜32a中预先形成开口部分33，将半导体芯片20b的凸起23连接到第二布线图案28a露在开口部分33中的部分。这样，半导体芯片20b的凸起23比第三或第四实施例更高可靠性地电气连接到第二布线图案28a，并且可以提高半导体设备1d的生产产量。
权利要求
1.一种制造一个电子元件封装结构的方法，包括步骤在一个包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的第一树脂薄膜；将一个在一个元件形成表面上具有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝上的状态埋在所述的未固化的第一树脂薄膜中；形成一层第二树脂薄膜，用于覆盖所述的电子元件；通过热处理固化所述的第一和第二树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案和连接终端上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成一个通孔；以及在绝缘薄膜上，形成一层通过所述通孔连接到布线图案和连接终端的上层布线图案。
2.一种制造一个电子元件封装结构的方法，包括步骤在一个包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的树脂薄膜；将一个电子元件，其中该元件形成表面上有一个连接终端和一层具有一个开口部分用于露出该连接终端的钝化膜，以该连接终端指向朝上的状态埋在所述的未固化的树脂薄膜中；通过热处理固化所述的树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成一个通孔；以及在绝缘薄膜和电子元件上形成一层上层布线图案，其通过所述通孔连接到所述布线图案并通过所述开口部分连接到所述连接终端。
3.一种制造一个电子元件封装结构的方法，包括步骤在一个包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的树脂薄膜；将一个在一个元件形成表面上具有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝下的状态埋在所述的未固化的树脂薄膜中，并将该连接终端连接到所述布线图案；通过热处理固化所述的树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成一个通孔；以及在绝缘薄膜上，形成一层通过所述通孔连接到布线图案的上层布线图案。
4.一种制造一个电子元件封装结构的方法，包括步骤在一个包括一个布线图案的布线衬底上形成一层未固化的第一树脂薄膜；将一个在一个元件形成表面上具有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝下的状态埋在所述的未固化的第一树脂薄膜中，并将该连接终端连接到布线图案；形成一层第二树脂薄膜，用于覆盖所述的电子元件；通过热处理固化所述的第一和第二树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜；在布线图案上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成一个通孔；以及在绝缘薄膜上，形成一层通过所述通孔连接到布线图案的上层布线图案。
5.依照权利要求3和4的任何一条的方法，在形成未固化的树脂薄膜的步骤之后以及在将电子元件的连接终端连接到布线图案之前，进一步包括步骤在布线图案上的树脂薄膜的一个部分中形成一个开口部分，电子元件的连接终端被连接到该开口部分；其中将电子元件的连接终端连接到布线图案的步骤包括，放置电子元件的连接终端同时使电子元件的连接终端对应于树脂薄膜的开口部分。
6.依照权利要求5的方法，其中电子元件的连接终端是一个焊接凸起，以及其中在将电子元件的连接终端连接到布线图案的步骤中，通过软熔和固化来变形所述焊接凸起，从而填满在电子元件和树脂薄膜的开口部分的侧面之间的缝隙。
7.依照权利要求1到4的任何一条的方法，其中在将电子元件埋在未固化的树脂薄膜中的步骤中，未固化的树脂薄膜的上表面和电子元件的元件形成表面与背面中任何一个被设定在几乎同一高度。
8.依照权利要求1和2的任何一条的方法，其中在将电子元件埋在未固化的树脂薄膜中的步骤中，树脂薄膜插在电子元件的一个背面和布线衬底之间。
9.依照权利要求3的方法，其中在形成上层布线图案的步骤中，不在电子元件上形成上层布线图案。
10.依照权利要求1到4的任何一条的方法，进一步包括步骤从将电子元件埋在树脂薄膜中的步骤到形成上层布线图案的步骤被重复预定次数。
11.依照权利要求1到4的任何一条的方法，进一步包括步骤，将一个上层电子元件倒装地焊接到上层布线图案。
12.依照权利要求1到4的任何一条的方法，其中所述电子元件是一个厚度大约为150μm或者更薄的半导体芯片。
13.一种电子元件封装结构包括一个包括一个布线图案的布线衬底；一层在所述布线衬底上形成的第一绝缘薄膜；一个电子元件，其在一个元件形成表面上具有一个连接终端，该电子元件以所述连接终端指向朝上的状态被埋在第一绝缘薄膜中，并且以该电子元件的一个背面不接触所述布线衬底的状态放置；一层第二绝缘薄膜，用于覆盖所述电子元件；在布线图案和连接终端上的第一和第二绝缘薄膜的一个预定部分中分别形成的通孔；以及一层在第二绝缘薄膜上形成的上层布线图案，该上层布线图案通过所述通孔连接到布线图案和连接终端。
14.一种电子元件封装结构包括一个包括一个布线图案的布线衬底；一层在所述布线衬底上形成的绝缘薄膜；一个电子元件，其在一个元件形成表面上具有一个连接终端和一层具有一个开口部分用于露出该连接终端的钝化膜，该电子元件以所述连接终端指向朝上的状态被埋在绝缘薄膜中，并且以该电子元件的一个背面不接触布线衬底的状态放置；在布线图案上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成的一个通孔；以及一层在绝缘薄膜和电子元件上形成的上层布线图案，该上层布线图案通过所述通孔连接到所述布线图案并通过开口部分连接到连接终端。
15.依照权利要求13和14的任何一条的电子元件封装结构，其中电子元件的元件形成表面和绝缘薄膜的上表面几乎等高而被平面化，其中电子元件被埋在绝缘薄膜中。
16.依照权利要求13和14的任何一条的电子元件封装结构，其中电子元件是一个厚度大约为150μm或者更薄的半导体芯片。
17.依照权利要求13和14的任何一条的电子元件封装结构，其中绝缘薄膜是由树脂制成。
全文摘要
本发明包括在一个包括布线图案的布线衬底上形成一层未固化的第一树脂薄膜，将一个在元件形成表面上有一个连接终端的电子元件以该连接终端指向朝上的状态埋在所述的未固化的第一树脂薄膜中，形成一层第二树脂薄膜用于覆盖所述的电子元件，通过热处理固化第一和第二树脂薄膜来获得一层绝缘薄膜，在布线图案和连接终端上的绝缘薄膜的一个预定部分中形成一个通孔，并且在绝缘薄膜上，形成一层通过通孔连接到布线图案和连接终端的上层布线图案这些步骤。
文档编号H01L21/60GK1518080SQ20041000249
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月23日
发明者春原昌宏, 德, 村山启, 东光敏, 小山利德 申请人:新光电气工业株式会社