专利名称：半导体ic、具有嵌入半导体ic的模块以及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路(以下称为“半导体IC”)及其制造方法。具体地，本发明涉及一种可适于嵌入在电路板中的半导体IC，以及制造该半导体IC的方法。本发明还涉及具有嵌入半导体IC的模块及其制造方法。具体地，本发明涉及一种具有具备优异散热性的嵌入半导体IC的模块，以及制造这种具有嵌入半导体IC的模块的方法。
背景技术：
近年来，为了满足对于具有嵌入半导体IC的紧凑且薄的模块的需求，已经提出了将裸芯片状态的半导体IC安装在电路板上的许多建议。然而，当将半导体IC安装在电路板的表面上时，电路板的一部分表面被半导体IC占据。因此，电路板的利用率降低。此外，由于半导体IC被安装在电路板上，所以很难减小模块的总厚度。
为了解决以上问题，提出了一种通过在电路板上形成空腔来构造具有嵌入半导体IC的模块的方法。然后将裸芯片状态的半导体IC嵌入到该空腔中。参见日本专利特开No.H9-321408。
然而，根据日本专利特开No.H9-321408中描述的方法，嵌入半导体IC的大部分被树脂覆盖。因此，半导体IC工作所产生的热量很难有效地耗散。因此，嵌入高工作频率和高发热性的半导体IC(例如，CPU(中央处理单元)和DSP(数字信号处理器))是不现实的。
如日本专利特开No.2003-174116中所述，为了改善半导体IC的散热，提出了一种背面粘合有金属片的半导体IC。如下制造日本专利特开No.2003-174116中所述的半导体IC。
通过焊片(welding sheet)将金属片粘合在晶片的背面。然后，通过切割将晶片分为多个单独的半导体IC。然而，半导体晶片具有刚性和易碎的特性，而金属片具有良好的延展特性。因此，实际上很难顺利地对由具有明显不同物理特性的不同类型的材料制成的叠层进行切割。具体地，在对由不同类型的材料制成的叠层进行切割时，在断面上会出现非常严重的碎裂或延展，从而这些半导体IC不能实际使用。
另外，在日本专利特开No.2005-64470中描述了一种本发明的申请人所采用的具有嵌入半导体IC的模块，该模块在电路板中内置半导体IC。根据日本专利特开No.2005-64470中描述的具有嵌入半导体IC的模块，嵌入半导体IC的大部分被树脂覆盖。因此，散热性不令人满意。
根据日本专利特开No.2005-64470中描述的具有嵌入半导体IC的模块，预先使要内置的半导体IC变薄，由此减小具有嵌入半导体IC的模块的总厚度。然而，在减小半导体IC的厚度的情况下，当如日本专利特开No.2003-174116所述以晶片状态粘合金属片以提高散热性时，由于半导体晶片的热膨胀系数与金属片的热膨胀系数之间的差异，而使得半导体晶片中出现了很大翘曲。结果，处理的容易程度和生产率降低。如上所述，当将金属片粘合在半导体晶片的整个表面上时，切割变得相当困难。
发明内容
提出本发明以解决上述问题。因此，本发明的一个目的是提供一种半导体IC，并且提供一种制造该半导体IC的方法，即使在该半导体IC被嵌入在电路板中，该半导体IC也可以获得高的散热性，并且可以使用印制电路的工艺容易地制造该半导体IC。
本发明的另一个目的是提供一种具有嵌入半导体IC的模块，并且提供一种制造具有嵌入半导体IC的模块的方法，该模块中内置有具有以上特性的半导体IC。
根据本发明的半导体IC包括半导体IC主体，其主表面上形成有预定的电路；以及金属层，其选择性地设置在该半导体IC主体的背面的中心。
根据本发明，该半导体IC利用设置在半导体IC主体的背面的中心处的金属层可以获得高散热性。因为该金属层是选择性地设置的，所以即使在通过研磨(polishing)等使半导体IC主体变薄时，也不容易在晶片状态下出现翘曲。因为选择性地设置有金属层的位置是半导体IC主体的背面的中心，所以不需要切割半导体晶片和厚金属的叠层。结果，可以有效地防止断面的碎裂。
优选地，该金属层设置在半导体IC主体的除了背面的周边以外的基本上整个背面上。当该金属层设置在半导体IC主体的基本上整个背面上时，可以获得更高的散热性。
优选地，根据本发明的半导体IC还包括设置在至少该金属层与半导体IC主体的背面之间的衬底金属层(under-barrier metal layer)。衬底金属层的存在使得可以增强金属层与半导体IC主体之间的紧密粘合。
优选地，根据本发明的半导体IC还包括防锈膜，其覆盖了金属层的底面和侧面。当设置了该防锈膜时，即使在使用易于发生氧化或腐蚀的材料作为该金属层的材料时，也可以防止氧化和腐蚀的发生。
当将半导体IC嵌入在树脂层中时，可以增强半导体IC主体与树脂层之间的紧密粘合。优选地，防锈膜选择性地设置在半导体IC主体的背面的除了该背面的周边以外的区域中。根据这种结构，可以在切割半导体晶片时防止断面的碎裂，因为切割区域中没有防锈膜。
根据本发明的制造半导体IC的方法包括第一步骤，在半导体晶片的背面上选择性地形成金属层，该半导体晶片的主表面上形成有预定的电路；以及第二步骤，沿着没有形成该金属层的区域分割(disconnecting)该半导体晶片。
根据本发明，所述金属层是选择性地设置的。因此，即使在通过研磨等使半导体IC主体变薄时，也不容易在晶片状态下出现翘曲。此外，可以在切割时有效地防止断面的碎裂。
优选地，该第一工艺包括在半导体晶片的基本上整个背面上形成衬底金属层的步骤；以及通过在使用抗蚀剂覆盖衬底金属层的一部分的同时进行电镀，在衬底金属层上选择性地形成所述金属层的步骤。根据该方法，可以增强所述金属层与半导体IC主体之间的紧密粘合。此外，可以容易地选择性地形成所述金属层。
优选地，该第一工艺还包括在选择性地形成所述金属层之后去除抗蚀剂的步骤；以及去除由于去除抗蚀剂而暴露的衬底金属层的步骤。根据该结构，可以在切割半导体晶片时防止断面的碎裂，因为切割区域中没有防锈膜。
优选地，该制造半导体IC的方法包括以下步骤在执行所述第一工艺之前使半导体晶片变薄。根据该方法，当将半导体IC嵌入到树脂层中时，可以使具有嵌入半导体IC的模块的总厚度变薄。
优选地，该制造半导体IC的方法还包括以下步骤在执行了所述第一步骤之后并且在执行所述第二步骤之前，形成覆盖所述金属层的底面和侧面的防锈膜。当设置了该防锈膜时，即使在使用易于发生氧化或腐蚀的材料作为该金属层的材料时，也可以防止氧化和腐蚀的发生。
优选地，该防锈膜选择性地形成在半导体晶片的除了其背面的未被所述金属层覆盖的至少一部分区域以外的基本上整个背面上。根据该结构，可以在切割半导体晶片时防止断面的碎裂，因为切割区域中没有防锈膜。
优选地，该制造半导体IC的方法还包括以下步骤使所述金属层的表面粗糙。根据该方法，当将半导体IC嵌入在树脂层中时，可以进一步增强半导体IC与树脂层之间的紧密粘合。
根据本发明的具有嵌入半导体IC的模块包括半导体IC和树脂层，该半导体IC被嵌入到该树脂层中。根据该半导体IC，利用设置在半导体IC主体的背面的中心处的金属层可以获得高散热性。因此，可以提供一种具有嵌入半导体IC的薄模块，该模块内置有半导体IC，从而通过高速切换而产生大量的热量。
优选地，该树脂层的底面形成与设置在半导体IC主体上的金属层的底面基本上相同的平面。通过该结构，该金属层的基本上整个表面处于暴露状态。因此，可以获得相当高的散热性。
根据本发明的制造具有嵌入半导体IC的模块的方法包括第一步骤，将半导体IC嵌入在树脂层中；以及第二步骤，暴露设置在半导体IC主体上的金属层的至少一部分表面。根据本发明，嵌入在树脂层中的半导体IC的金属层被暴露。因此，可以提供具有具备高散热性的嵌入半导体IC的模块。
第二工艺可以通过对树脂层的底面进行研磨而暴露出金属层的基本上整个底面来执行，或者可以通过在树脂层的底面上形成多个通孔而暴露出该金属层的至少一部分底面来执行。当在树脂层的底面上形成通孔时，优选地，该制造具有嵌入半导体IC的模块的方法还包括第三步骤向通孔中嵌入导热性比树脂层高的材料。
根据该方法，可以通过所嵌入的材料，从在第二工艺中暴露出的金属层的表面有效地散热。作为具有高导热性的材料，优选地，除了金属以外，可以使用在导电膏或绝缘膏中含有填料的材料。
通过结合附图来参照本发明的以下详细说明，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更加明了，附图中图1是根据本发明优选实施例的半导体IC的结构的示意性剖视图；图2是表示制造图1所示的半导体IC的方法的流程图；图3示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(衬底金属层的形成)；图4示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(抗蚀剂的形成)；图5示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(对抗蚀剂进行构图)；图6是表示经构图的抗蚀剂的部分平面图；图7示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(对金属层进行构图)；图8示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(去除抗蚀剂)；图9示出了图1所示的半导体IC的制造工艺的一部分(去除衬底金属层)；
图10是在不去除衬底金属层的情况下进行切割的方法的说明图；图11是根据本发明另一优选实施例的半导体IC的结构的示意性剖视图；图12是使用金属掩模进行溅射的方法的说明图；图13示出了通过使用金属掩模进行溅射而获得的结构；图14是根据本发明优选实施例的具有嵌入半导体IC的模块的结构的示意性剖视图；图15示出了图14所示的具有嵌入半导体IC的模块的制造工艺的一部分(用预浸料坯进行挤压)；图16示出了图14所示的具有嵌入半导体IC的模块的制造工艺的一部分(树脂层的形成)；图17示出了图14所示的具有嵌入半导体IC的模块的制造工艺的一部分(对树脂层的底面进行研磨)；图18示出了图14所示的具有嵌入半导体IC的模块的制造工艺的一部分(对树脂层的顶面进行研磨)；图19示出了图14所示的具有嵌入半导体IC的模块的制造工艺的一部分(内部导电层的形成)；图20示出了通过形成多个通孔而暴露出金属层的一部分的方法；图21示出了在通孔中嵌入有嵌入材料的状态；图22示出了通过形成通孔而暴露出柱形凸点(stud bump)的一部分的方法；图23示出了在形成内部导电图案和树脂层之后对树脂层进行研磨的方法；图24示出了定位并固定在转印基板上的半导体IC；图25示出了在对转印基板和预浸料坯进行挤压之前的状态；图26示出了在对转印基板和预浸料坯进行挤压之后分离转印基板的状态；图27示出了在对转印基板和预浸料坯进行挤压之后对转印基板进行研磨的状态；以及图28示出了在对转印基板和预浸料坯进行挤压之后对转印基板进行激光处理(laser-via processed)的状态。
具体实施例方式
以下将参照附图来详细说明本发明的优选实施例。
图1是根据本发明优选实施例的半导体IC 10的结构的示意性剖视图。
如图1所示，根据本实施例的半导体IC 10包括半导体IC主体11，其主表面11a上形成有预定的电路(未示出)；衬底金属层12，其设置在半导体IC主体11的背面11b的中心处；以及金属层13，其设置在衬底金属层12上。
尽管可以将任意类型的IC用作半导体IC 10，但是可以选择性地使用具有很高工作频率的数字IC，例如CPU和DSP。这种半导体IC由于高速切换而产生大量的热量。如稍后所述，根据本实施例的半导体IC 10即使在嵌入在多层基板中时也能非常有效地向母板散热。因此，可以选择产生大量热量的数字IC。
半导体IC主体11的主表面11a上形成有多个焊盘电极14。每一个焊盘电极14上都形成有作为一种导电凸起的柱形凸点15。在本发明中，在焊盘电极14上形成诸如柱形凸点15的导电凸起不是必须的。然而，如果设置了导电凸起，则在嵌入半导体IC之后，可以通过发射激光束或通过研磨来形成通孔以将半导体IC连接至布线。如稍后所述，在具有嵌入半导体IC的模块的制造过程中，可以定位半导体IC 10。
导电凸起并不限于柱形凸点15，而是可以使用各种类型的凸点，例如板凸点(plate bump)、电镀凸点以及球凸点。当使用柱形凸点作为导电凸起时，可以引线接合银或铜来形成该柱形凸点。当使用板凸点时，可以通过电镀、溅射或者通过淀积来形成该板凸点。当使用电镀凸点时，可以通过电镀来形成该电镀凸点。当使用球凸点时，可以将焊料球安装在焊接区电极(land electrode)上，并进行融熔以形成球凸点，或者可以将焊糊印刷在焊接区电极上，并进行融熔以形成球凸点。
可用于导电凸起的金属的种类并没有具体限制。例如，可以使用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡(Sn)、铬(Cr)、镍铬合金(Ni-Cr)以及焊料。另选地，对导电材料进行丝网印制，并进行固化以形成圆锥或圆柱形凸点。可以对纳米膏(nanopaste)进行印制、加热和烧结来形成凸点。
在本实施例中，半导体IC主体11具有小于普通半导体IC的厚度t(从主表面11a到背面11b的距离)。半导体IC主体11的厚度t并没有具体限制。优选地，厚度t等于或小于100微米，例如大约20到50微米。这是因为，当半导体IC主体的厚度t较小时，可以减小具有嵌入半导体IC的模块的总厚度。
当该厚度t太小时，在半导体IC主体11中会出现裂缝，从而处理变得相当困难。另一方面，当将半导体IC主体11的厚度t设定为大约20到50微米时，可以防止裂缝的出现以及处理的容易性的显著降低，同时充分减小了具有嵌入半导体IC的模块的总厚度。
根据本实施例的半导体IC 10具有金属层13。因此，可以更有效地防止裂缝的出现，并且处理的容易性进一步提高。
衬底金属层12用于增强半导体IC主体11与金属层13之间的紧密粘合。衬底金属层12选择性地设置在半导体IC主体11的除了其背面11b的周边11c以外的基本上整个背面11b上。如稍后所述，在本实施例中，金属层13是通过电解电镀形成的。因此，衬底金属层12也用作电源膜。
衬底金属层12的材料没有具体限制，只要该材料满足以上目的即可。例如，可以使用的材料包括钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、镍铬合金(Ni-Cr)，以及这些金属的叠层，例如镍/铬(Ni/Cr)。此外，优选地，以上材料用作基底材料，然后在其表面上层叠铜(Cu)，由此形成衬底金属层12。
衬底金属层12的膜厚没有具体的限制，优选为大约0.05到2微米。例如，当使用铬(Cr)和铜(Cu)的层叠膜(Cr/Cu)时，将铬(Cr)的厚度设定为大约0.5微米，而将层叠在其表面上的铜(Cu)的厚度设定为大约0.5微米。如稍后所述，衬底金属层12可以通过溅射或淀积来形成。可以通过无电极电镀在基底材料的表面上形成铜(Cu)。
金属层13通过无电极电镀形成在衬底金属层12上，并选择性设置在半导体IC主体11的除了其背面11b的周边11c以外的基本上整个背面11b上。金属层13用作半导体IC主体11工作所产生的热量的散热途径。同时，金属层13用于有效防止在半导体IC主体11的背面11b上出现裂缝，并用于提高处理的容易性。
金属层13的材料没有具体的限制，只要该材料是可以通过电镀形成的金属即可。例如，可以使用的材料包括铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、镍铬合金(Ni-Cr)、焊料和锡(Sn)。其中，考虑到成本和导热性，使用铜(Cu)是特别优选的。当选择铜(Cu)作为金属层13的材料时，可以使用硫化铜溶液等作为电镀液。
尽管金属层13的膜厚度没有具体的限制，但是优选地该厚度为大约1到50微米，更优选地为大约2到20微米。具体地，大约5到15微米的厚度是优选的。这是因为，当金属层13的膜厚度小于1微米时，不能充分地获得防止裂缝的效果和提高处理容易性的效果。此外，在将半导体IC 10嵌入在多层基板之后，在通过激光照射而暴露出一部分金属层13时，存在对半导体IC主体带来损伤的风险。
而当金属层13的膜厚度超过50微米时，最终制造的具有嵌入半导体IC的模块的厚度变得大于所需厚度。因此，降低了使半导体IC主体11变薄的效果。
另一方面，当金属层13的膜厚度设定在以上范围内时，可以充分地获得以上效果，同时减小了具有嵌入半导体IC的模块的厚度。此外，可以减小在将半导体IC 10嵌入在多层基板中之后，在通过激光照射而暴露出至少一部分金属层13时，对半导体IC主体带来损伤的风险。
以上对根据本实施例的半导体IC 10的结构进行了说明。下面将对制造根据本实施例的半导体IC 10的方法进行说明。
图2是表示制造半导体IC 10的方法的流程图，图3至图10是根据图2所示的流程图的工艺图。
首先，如图3所示，对已经完成了前端处理的半导体晶片90的背面90b进行研磨，即，对与其上形成有预定电路(例如晶体管)的主表面90a相对的表面进行研磨，由此使半导体晶片90变薄(步骤S10)。然而，使半导体晶片90变薄的方法并不限于研磨，还可以使用诸如蚀刻、等离子体处理、激光照射以及喷砂的其他变薄方法。
接下来，对半导体晶片90的经研磨的背面90b执行应力消除处理，由此释放由于研磨而产生的背面90b的物理应力(步骤S11)。该应力消除处理包括使用蚀刻液的湿蚀刻、使用研浆的研磨、使用非金刚石研磨剂涂层的干研磨，以及使用蚀刻气体的干蚀刻。
接下来，在已经过应力消除处理的半导体晶片90的整个背面90b上形成衬底金属层12(步骤S12)。作为形成衬底金属层12的方法，优选地使用溅射和淀积。
如图4所示，在衬底金属层12的整个表面上形成抗蚀剂91(步骤S13)。接下来，如图5所示，通过曝光对抗蚀剂91进行构图(步骤S14)。因此，衬底金属层12的一部分被抗蚀剂91覆盖，而该层的剩余部分被曝光。衬底金属层12的覆盖有抗蚀剂91的部分是要通过切割来分离的区域，以及其附近区域。因此，经构图的抗蚀剂91形成了使各个半导体IC分离的栅格，如图6中的部分俯视平面图所示。
接下来，如图7所示，使用暴露出的衬底金属层12作为电源膜，通过电解电镀在衬底金属层12上形成金属层13(步骤S15)。因此，金属层13是选择性地形成在衬底金属层12上的。
如图8所示，去除抗蚀剂91(步骤S16)，如图9所示，通过软蚀刻去除衬底金属层12上的没有形成金属层13的不必要部分(步骤S17)。因此，半导体晶片90的背面90b在与各个半导体IC相对应的部分处覆盖有衬底金属层12和金属层13，而在切割区域及其附近区域被暴露。
然后，沿着线A-A，即，沿着未覆盖有衬底金属层12和金属层13的暴露区域，来切割半导体晶片90，由此得到多个单独的半导体IC 10(步骤S18)。因为在要进行切割的区域没有形成衬底金属层12和金属层13，而是暴露出半导体晶片90，所以可以使用对于分离半导体晶片最优的普通切割机。
可以在任意阶段，例如，在使半导体晶片90变薄之前形成柱形凸点15(步骤S10)。为了增强与树脂的粘合，优选地，在形成金属层13之后，对金属层13的表面进行粗糙化。粗糙化方法包括使用过氧化氢/硫酸或蚁酸，以及丹宁酸(tanning)进行粒间腐蚀。此外，可以对金属层13的表面进行粗电镀，而不是对金属层13的表面进行粗糙化，由此使表面粗糙化。
于是，在如上所述的方法中完成了图1所示的半导体IC 10。步骤S17处的去除衬底金属层12不是必需的。即，可以沿着线B-B来进行切割，而留下衬底金属层12的未形成有金属层13的不必要部分，如图10所示(步骤S18)。通过这种结构，可以省略软蚀刻工艺(步骤S17)。
在这种情况下，薄的衬底金属层12仍然存在于要进行切割的区域中。因此，切割条件在某些情况下必需与正常条件不同，以避免出现碎裂。然而，由于衬底金属层12具有非常小的膜厚度，所以避免碎裂的切割条件没有那么严格。
根据以上方法，金属层13是选择性地形成的。因此，可以避免在变薄的半导体晶片90的整个表面上形成厚金属层时出现翘曲。没有形成金属层13的区域与要进行切割的区域相对应。因此，无需对半导体晶片和厚金属的叠层进行切割。结果，可以有效地防止断面的碎裂。
以上对制造半导体IC 10的方法进行了说明。下面对根据本发明另一实施例的半导体IC进行说明。
图11是根据本发明另一优选实施例的半导体IC 20的结构的示意性剖视图。
除了半导体IC 20包括覆盖背面的防锈膜21以外，根据本实施例的半导体IC 20与根据上述实施例的半导体IC 10相同。因此，对相同的构成要素赋予相同的标号，并省略对它们的重复说明。
防锈膜21覆盖了半导体IC 20的背面，即，半导体IC 20的暴露出金属层13和衬底金属层12的底面和侧面，还覆盖了半导体IC主体11的在周边11c处暴露的背面11b。
通过这种结构，防锈膜21用于防止金属层13被腐蚀，并用于增强树脂与半导体IC 20之间的紧密粘合。防锈膜21的材料没有具体的限制，只要该材料满足以上目的即可。例如，可使用的材料包括钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、镍-铬合金(Ni-Cr)，以及这些金属的叠层，例如镍/铬(Ni/Cr)。
防锈膜21的膜厚度没有具体的限制，优选地为大约0.005到0.5微米。例如，当使用铬(Cr)时，将膜厚度设定为大约0.05微米。
如上所述，因为根据本实施例的半导体IC 20具有覆盖金属层13的防锈膜21，所以即使在选择了易腐蚀材料(例如，铜(Cu))作为金属层13的材料时，也可以有效地防止金属层13的氧化和腐蚀。结果，可以获得高可靠性。
作为制造半导体IC 20的方法，在去除衬底金属层的工艺(步骤S17)与切割工艺(步骤S18)之间添加通过溅射来形成防锈膜21的工艺。在这种情况下，如参照图10所述，在要切割的区域中存在薄防锈膜21的状态下进行切割。因此，需要在不产生碎裂的条件下进行切割。然而，由于防锈膜21具有与衬底金属层12相似的非常小的厚度，所以避免碎裂的切割条件没有那么严格。
在这种情况下，优选地，在形成金属层13之后和形成防锈膜21之前，对金属层13的表面进行粗糙化。如上所述，由于防锈膜21具有非常小的厚度，所以金属层13的经粗糙化的表面反映在防锈膜21上。结果，可以进一步加强金属层13与树脂之间的紧密粘合。
为了可靠地防止切割工艺(步骤S18)中的碎裂，优选地，将防锈膜21选择性地形成在半导体IC主体11的除了周边11c以外的区域中。为了执行这种选择性形成，使用用于覆盖要通过切割来进行分离的区域及其附近区域的金属掩模92，并且可以通过金属掩模92的开口92a来进行选择性溅射或淀积，如图12所示。
结果，如图13所示，防锈膜21形成在除了未被金属层13覆盖的至少一部分以外的基本上整个表面上。因此，当如图13所示沿线C-C来切割半导体晶片90时，可以很容易地获得多个单独的半导体IC 20，而不会产生碎裂。
下面将说明具有嵌入半导体IC的模块，在该模块中嵌入有半导体IC10。
图14是根据本发明优选实施例的具有嵌入半导体IC的模块100的结构的示意性剖视图。
如图14所示，根据本实施例的具有嵌入半导体IC的模块100包括多层基板110，其由层叠的树脂层111和112构成；嵌入在多层基板110中的半导体IC 10；形成在多层基板110内的内部导电图案120；以及设置在多层基板110的底面110a上的散热电极130。
根据本实施例的具有嵌入半导体IC的模块100还包括与内部导电图案120相连的信号端子电极和电源端子电极。然而，这些电极与本发明的要点不直接相关，因此，图14中未示出。尽管根据本实施例的具有嵌入半导体IC的模块100中嵌入了图1所示的半导体IC 10，但是也可以嵌入图11所示的半导体IC 20，来代替半导体IC 10。
在具有嵌入半导体IC的模块100的实际使用中，具有嵌入半导体IC的模块100被安装在母板上，使得母板(未示出)的安装表面与多层基板110的底面110a相面对。设置在母板的安装表面上的接地图案和设置在具有嵌入半导体IC的模块100上的散热电极130彼此电连接和机械连接。
树脂层111和112的材料可以是具有耐重熔能力(reflowdurability)的热硬化性树脂或者热塑性树脂。具体地，可以从环氧树脂、双马来亚胺三嗪(bismalaimide-triazine)树脂(BT树脂)、酚醛树脂、苯乙烯树脂、聚苯醚树脂(PPE、PPO)、氰酸盐树脂、苯并噁嗪(benzooxyazine)树脂、聚酰亚胺树脂、芳香族聚酯树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚芳酯(polyarilate)树脂以及聚醚醚酮树脂当中选择任意材料。也可以使用注入有以上树脂之一的诸如玻璃布、芳族聚酰胺、聚芳酯的非织布材料。也可以使用注入有填料的以上树脂的材料。
如上所述，根据本实施例的具有嵌入半导体IC的模块100中结合有变薄的半导体IC 10。因此，具有嵌入半导体IC的整个模块可以变薄。设置在半导体IC 10上的金属层13暴露在多层基板110的底面110a上，而散热电极130直接形成在所暴露的金属层13上。
因此，半导体IC 10工作所产生的热量可以非常有效地耗散到母板。因此，可以选择具有很高工作频率的数字IC(例如，CPU和DSP)作为半导体IC 10。
下面对制造具有嵌入半导体IC的模块100的方法进行说明。
图15至图19是依次描述制造具有嵌入半导体IC的模块100的方法的工艺图。
首先，如图15所示，制备两个预浸料坯111a和111b，并通过这两个预浸料坯111a和111b来挤压半导体IC 10。预浸料坯是纤维片，例如注入有诸如环氧树脂的未固化的热硬化性树脂的玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维。当在通过预浸料坯111a和111b进行挤压的同时对半导体IC 10进行加热时，包含在预浸料坯111a和111b中的热硬化性树脂被固化，从而形成树脂层111，如图16所示。半导体IC 10被嵌入在树脂层111中。
接下来，对嵌入有半导体IC 10的树脂层111的底面进行研磨，由此去除树脂层11的直到图16所示的线D-D的一部分。结果，暴露出半导体IC 10的金属层13，并且树脂层111的底面形成与金属层13的正面基本上相同的平面。
然后对树脂层111的上表面进行研磨，由此去除树脂层111的直到图17所示的线E-E的一部分，从而暴露出半导体IC 10的柱形凸点15的一部分，如图18所示。
如图19所示，形成内部导电层120，使其与暴露出的柱形凸点15相连，并形成覆盖内部导电层120的树脂层112。此外，形成散热电极130，由此完成图14所示的具有嵌入半导体IC的模块100。
当按照以上方法制造具有嵌入半导体IC的模块100时，可以暴露出金属层13的基本上整个表面。因此，可以获得具有相当高的散热性的结构。在这种情况下，当金属层13具有较小的厚度时，需要很高的精度来调节对树脂层111的研磨量。当金属层13具有特定级别的厚度(优选地等于或大于5微米)时，不需要较高的精度来调节研磨量，因此可以容易地进行研磨。
根据以上制造方法，通过对树脂层111的底面进行研磨而暴露出半导体IC 10的金属层13。暴露出金属层13的方法并不限于此。
如图20所示，可以通过照射激光束在树脂层111中形成通孔111c，由此暴露出金属层13的一部分。在这种情况下，如图21所示，将导热性高于树脂层111的材料111d嵌入在通孔111c中，并在所嵌入的材料111d的表面上形成散热电极130。当金属层13的厚度过小时，存在半导体晶片90直接被所照射的激光束的能量损伤，以及形成在半导体IC 10上的诸如晶体管的电路受到损伤的风险。然而，当金属层13具有特定级别的厚度(优选地等于或大于5毫米)时，可以防止出现这种损伤。
可以使用金属和导电粘合剂之一或者二者作为嵌入材料111d。当使用金属作为嵌入材料111d时，可以通过电镀来形成嵌入材料111d。优选地，完全填充嵌入材料111d。可以一起使用电镀以及导电或绝缘膏，或者可以使用导电粘合剂。
在这种情况下，可以通过丝网印制来形成嵌入材料111d。当一起使用电镀以及导电或绝缘膏时，使用金属覆盖通孔111c的侧壁，而使用导电或绝缘膏填充其内部。当使用导电或绝缘膏时，该导电或绝缘膏优选地包含填料，以提高导热性。
此外，根据以上制造方法，通过对树脂层111的上表面进行研磨而暴露出半导体IC 10的柱形凸点15。另选地，如图22所示，可以通过照射激光束在树脂层111中形成通孔111e，由此暴露出导电凸起(例如，柱形凸点15)的一部分。
此外，根据以上制造方法，对树脂层111的底面进行研磨以暴露出半导体IC 10的金属层13。此后，形成内部导电图案120，并形成树脂层112以覆盖内部导电图案120。另选地，如图23所示，在形成内部导电图案120和树脂层112之后，可以通过研磨来去除半导体IC 10的直到线F-F的一部分。
当设置在半导体IC 10上的焊盘电极14的间距非常小时，例如，当该间距等于或小于100微米，具体为大约60微米时，在定位焊盘电极14和内部导电图案120时需要很高的精度。在这种情况下，使用导电凸起(例如设置在焊盘电极14上的柱形凸点15)来进行定位是非常有效的。
例如，如图24所示，预先制备形成有定位孔191和内部导电图案120的转印板190。在其上层叠粘合剂片200。半导体IC 10的柱形凸点15与定位孔191配合，并暂时止动。在这种状态下，如图25所示，对预浸料坯111a和转印基板190进行挤压，并剥离转印板190。
如图26所示，内部导电图案120和半导体IC 10被嵌入在树脂层111中。另选地，在嵌入内部导电图案120和半导体IC 10之后，对转印板190进行研磨而不是剥离转印板190，由此暴露出柱形凸点15，如图27所示。
另选地，在嵌入内部导电图案120和半导体IC 10之后，利用激光束照射转印板190以形成通孔，由此暴露出柱形凸点15，如图28所示。在这种情况下，内部导电图案120与半导体IC 10的柱形凸点15之间的位置关系由转印基板190来规定。因此，内部导电图案120与半导体IC 10的柱形凸点15之间不会出现位置偏差。因此，即使在设置在半导体IC 10上的焊盘电极14的间距非常小时，也可以防止柱形凸点15和内部导电图案120之间出现位置偏差。
此后，如图17所示，通过研磨暴露出半导体IC 10的金属层13的基本上整个表面。另选地，如图20所示，通过照射激光束在树脂层111中形成通孔111c，由此暴露出金属层13的一部分。同时，还形成其他内部导电图案120和树脂层112，并形成散热电极130的凸点，由此完成具有嵌入半导体IC的模块。
如上所述，根据本实施例的具有嵌入半导体IC的模块100结合有变薄的半导体IC 10，并且可以将半导体IC 10工作所产生的热量非常有效地耗散至母板。因此，本发明可以提供嵌入有工作频率非常高的数字IC(例如，CPU和DSP)的薄模块。
因为半导体IC主体11的背面11b被金属层13保护，所以无论是挤压工艺和制造工艺过程中的热冲击、产品完成之后或者重熔的可靠性测试和机械应力测试(例如，弯曲测试)过程中的热冲击，半导体IC主体11中都不容易出现裂缝。因此，可以获得很高的可靠性。
如上所述，根据本发明的半导体IC即使在被嵌入在由树脂制成的电路板中时，也可以获得高导热性。因此，本发明非常适合应用于高发热性的半导体IC(例如，CPU和DSP)。因为金属层是选择性设置的，所以即使在通过研磨使半导体IC主体变薄时，也不会在晶片状态下出现翘曲。因此，可以容易地制造这种半导体IC。
因为金属层设置在半导体IC主体的背面的中心处，所以无需对半导体晶片和厚金属的叠层进行切割。结果，可以有效地防止断面的碎裂。因此，通过将这种半导体IC嵌入在多层基板中，可以制造具有具备高散热性的嵌入半导体IC的薄模块。
本发明决不限于上述实施例，而是可以在权利要求所陈述的本发明的范围内进行各种修改，并且这些修改自然地包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种半导体集成电路，其包括主体，其主表面上形成有预定电路；以及金属层，其选择性地设置在所述主体的背面的中心处。
2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其中，所述金属层设置在所述主体的除了其背面的周边以外的基本上整个背面上。
3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括衬底金属层，其设置在至少所述金属层和所述主体的背面之间。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体集成电路，还包括防锈膜，其覆盖了所述金属层的底面和侧面。
5.根据权利要求4所述的半导体集成电路，其中，所述防锈膜选择性地设置在所述主体的背面的除了该背面的周边以外的区域中。
6.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其中，所述主体被变薄。
7.一种制造半导体集成电路的方法，包括第一步骤，在半导体晶片的背面上选择性地形成金属层，该半导体晶片的主表面上形成有预定电路；以及第二步骤，沿着未形成所述金属层的区域分割所述半导体晶片。
8.根据权利要求7所述的制造半导体集成电路的方法，其中，所述第一步骤包括以下步骤在所述半导体晶片的基本上整个背面上形成衬底金属层；以及通过在使用抗蚀剂覆盖所述衬底金属层的一部分的同时进行电镀，在所述衬底金属层上选择性地形成所述金属层。
9.根据权利要求8所述的制造半导体集成电路的方法，其中，所述第一步骤还包括以下步骤在选择性地形成所述金属层之后去除所述抗蚀剂；以及去除由于去除所述抗蚀剂而暴露出的所述衬底金属层。
10.根据权利要求7所述的制造半导体集成电路的方法，还包括以下步骤在执行所述第一步骤之前使所述半导体晶片变薄。
11.根据权利要求7至10中的任意一项所述的制造半导体集成电路的方法，还包括以下步骤在执行所述第一步骤之后和执行所述第二步骤之前，形成覆盖所述金属层的底面和侧面的防锈膜。
12.根据权利要求11所述的制造半导体集成电路的方法，其中，通过在所述半导体晶片的除了其背面的没有被所述金属层覆盖的至少一部分区域以外的基本上整个背面上选择性地形成所述防锈膜，来执行形成所述防锈膜的所述步骤。
13.根据权利要求7至10中的任意一项所述的制造半导体集成电路的方法，还包括以下步骤对所述金属层的表面进行粗糙化。
14.一种具有嵌入半导体集成电路的模块，其包括半导体集成电路，其包括主体，其主表面上形成有预定电路；以及金属层，其选择性地设置在所述主体的背面的中心处；以及树脂层，所述半导体集成电路嵌入在该树脂层中。
15.一种制造具有嵌入半导体集成电路的模块的方法，包括第一步骤，嵌入半导体集成电路，该半导体集成电路包括主体，其主表面上形成有预定电路；以及金属层，其选择性地设置在所述主体的背面的中心处；以及第二步骤，暴露出所述金属层的表面的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的制造具有嵌入半导体集成电路的模块的方法，其中，通过对所述树脂层的底面进行研磨而暴露出所述金属层的基本上整个底面，来执行所述第二步骤。
17.根据权利要求15所述的制造具有嵌入半导体集成电路的模块的方法，其中，通过在所述树脂层的底面上形成多个通孔而暴露出所述金属层的底面的至少一部分，来执行所述第二步骤。
18.根据权利要求17所述的制造具有嵌入半导体集成电路的模块的方法，还包括第三步骤将导热性高于所述树脂层的材料嵌入所述多个通孔。
全文摘要
半导体IC、具有嵌入半导体IC的模块以及它们的制造方法。一种半导体IC包括主体，其主表面上形成有预定电路；金属层，其选择性设置在该半导体IC主体的除了周边以外的基本上整个背面上。根据本发明，设置在该半导体IC主体上的金属层可以很大程度地散热。因为该金属层是选择性地设置的，所以即使在通过研磨使半导体IC主体变薄时，也不容易在晶片状态下出现翘曲。该金属层选择性地设置在半导体IC的背面的中心处。因此，无需对半导体晶片和厚金属的叠层进行切割。结果，可以有效地防止断面上的碎裂。
文档编号H01L23/31GK1873980SQ20061008852
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者川畑贤一, 阿部寿之 申请人:Tdk株式会社