半导体器件的制造方法

专利名称：半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及包括连接到布线电路层的至少一个主表面的半导体元件的半导体器 件的制造方法，更具体地涉及如下半导体器件的制造方法其中布线电路层的顶和背主表 面是粘合表面，并且另一个半导体元件可以连接到其它主表面。
背景技术：
用各种半导体材料配置的半导体元件(在下文中也简称为“元件”)，诸如使用硅 半导体的ic和使用有机半导体的有机EL元件，往往通过在晶片衬底上重复地形成多元件 矩阵然后将该衬底切割成称作半导体芯片(也称为裸芯片)的各个元件来生产。在下面的描述中，其上形成的半导体元件(切割之前的状态)也称为“半导体晶 片”，并且切割之前的状态也称为“晶片状态”。同样，切割过的半导体芯片也简称为“芯片”， 并且切割之后的状态也称为“芯片状态”。除了基本的半导体元件结构之外，各种布线结构被制作在处于晶片状态时的元件 中，以便添加复杂的功能以及用于其它目的。这样的布线结构包括例如再分布层、允许元件 侧面和背面经过晶片衬底彼此电连通的导电通路(通孔)、等等。例如如JP-A-2000-243754中所公开的，形成铝电极(包含在元件中作为半导体元 件结构的电极焊盘)，之后在其上顺序地形成绝缘层、镀铜层等等，由此形成再分布层。在被提供有布线结构并且被划分成芯片后，任何元件用作具有连接导体的半导体 器件，该连接导体与只暴露电极的初始元件相比便于连接到和安装外部导体(外部电路等
寸J o例如，通过提供再分布层，可以容易地连接元件的铝电极和外部电路上的用于安 装元件的导体，即使它们的大小或间距(Pitch)彼此不同。可以通过提供在衬底厚度方向上穿透晶片衬底的通孔，在晶片衬底的背面上形成 连接端子。经过对待添加到半导体元件的这种布线层的研究，本发明人发现在与布线层有关 的制造成本方面有进一步的改善空间，并且将其确认为待由本发明解决的问题。因此，由于在每个半导体晶片上构建再分布层的必要性，用于在半导体晶片上直 接形成再分布层的处理煞费苦心。本发明人注意到如下事实对于减小用于形成这种再分 布层的制造成本还有空间，尽管这还没有被视为问题。如果发现所形成的再分布层具有不 可接受的质量，而即使所获得的半导体晶片整体上具有可接受的质量，则半导体晶片的丢 弃也是不可避免的，这就增加了制造成本，因为再分布层已经单片形成在半导体晶片上。本发明所要解决的问题在于解决本发明人注意到的上述问题以及提供一种实现 减小赋予半导体元件的再分布层的制造成本的制造方法。

发明内容
本发明人广泛地研究解决上述问题，并且发现通过将再分布层形成为与半导体晶片无关的布线电路层以及以使得支撑层可以被分开的方式给布线电路层提供金属的支撑 层，可以解决上述问题。发明人基于这一发现实进行了进一步的研究，并且开发了本发明。因此，本发明具有以下特征(1) 一种具有层压结构的半导体器件的制造方法，其中第一半导体元件被层压且 连接到布线电路层的两个主表面中的至少一个，该布线电路层至少包括布线部和绝缘部， 其中该绝缘部包括第一粘合层和第二粘合层，该第一粘合层设置在该布线电路层的一 个主表面侧而该第二粘合层设置在另一个主表面侧，并且该两个主表面分别通过第一粘合 层和第二粘合层的存在而形成第一粘合表面和第二粘合表面，并且第一连接导体部暴露在 至少第一粘合表面中，该第一半导体元件以使得该元件的电极能够被连接的方式连接到该 第一粘合表面，并且该第一连接导体部构成布线电路层的布线部的一部分或者经由导电通 路而连接到该布线部；该制造方法包括以下步骤以使得布线电路层能够从该衬底被剥离并且该第一粘合表面被提供在布线电路 层的离开衬底的相对侧的方式在第一金属支撑衬底上层压布线电路层；在层压步骤后，将处于晶片状态的第一半导体元件接合(bond)到第一粘合表面， 且同时连接该元件的电极到第一连接导体部；以及在接合步骤后，从该布线电路层剥离该金属支撑衬底。(2)根据上面(1)的方法，其中该布线电路层的该绝缘部具有层压结构，该层压结 构包括第一粘合层、第二粘合层以及在这些粘合层之间的基底绝缘层，(i)在层压步骤中，在第二金属支撑衬底上形成该基底绝缘层，形成该布线电路部和覆盖该布线电路部的第二粘合层，在第二粘合表面上可剥离地层压第一金属支撑衬底，该第二粘合表面是第二粘合 层的上表面，剥离该第二金属支撑衬底，在该基底绝缘层的暴露表面上形成该第一粘合层，以及然后在第一粘合表面中形成第一连接导体部，该第一粘合表面是第一粘合层的下表(ii)在接合步骤中，将处于晶片状态的第一半导体元件接合到第一粘合表面，且同时连接该元件的电 极到第一连接导体部。(3)根据上面(1)的方法，其中以使得第二半导体元件的电极能够被连接的方式 将第二连接导体部暴露在布线电路层的第二主表面中，并且第二连接导体部是布线电路层 的布线部的一部分或者经由导电通路而连接到布线部，并且该方法还包括剥离步骤后的第二接合步骤，在第二接合步骤中，将处于晶片状态或芯片状态的第二半导体元件接合到在剥离步骤中所暴露的第 二粘合表面，且同时连接第二半导体元件的电极到第二连接导体部。
(4)根据上面(1)的方法，其中第一粘合层和第二粘合层由在粘合期间要求加热 的粘合剂制成，并且第二粘合层由即使由于在第一半导体元件在先接合到第一粘合层期间加热也不 会丧失接合能力的粘合剂制成。(5)根据上面(1)的方法，其中在第一金属支撑衬底和布线电路层之间存在脱模 层(release layer)，由此能够从第一金属支撑衬底剥离布线电路层。(6)根据上面(5)的方法，其中以使得脱模层容易从布线电路层剥离且不容易从 第一金属支撑衬底剥离的方式已经形成该脱模层，由此该脱模层能够连同第一金属支撑衬 底一起从布线电路层剥离。(7)根据上面(5)的方法，其中该脱模层由聚酰亚胺制成。(8)根据上面(5)的方法，其中该脱模层由从金属、金属氧化物和无机氧化物中选 择的一种材料制成。(9)根据上面(1)的方法，其中该布线电路层用作连接到其上的半导体元件的再 分布层。


图1示出如何经过每个步骤形成布线电路层的示意图以解释本发明的制造方法。 视情况而定给出阴影以区分不同区(其它图的情况也是如此)。图2示出由本发明形成的布线电路层中的导体的各种内部结构和连接结构。图3示出布线电路层的示例内部结构的更详细示意图。图4示出本发明的示例1中的处理的程序。图5继续图4示出本发明的示例1中的处理的程序。图6示出本发明的示例2中的处理的程序。图7继续图6示出本发明的示例2中的处理的程序。在这些附图中使用的数字代码表示如下1 ；第一金属支撑衬底，2 ；布线电路层， 21 ；第一连接导体部，22 ；第二连接导体部，3 ；晶片状态的第一半导体元件，4 ；半导体器件
具体实施例方式根据本发明的制造方法，如下面所描述地解决上述问题。本发明的制造方法可以被描述为一种方法，其中先前与半导体元件分开地制备作 为布线电路层的再分布层被层压在晶片状态的元件(诸如半导体晶片)上以获得半导体器 件。通过分开生产布线电路层，可以基于卷对卷(roll-to-roll)容易生产可以包括 大量晶片的大面积的大量半导体器件，因此制造成本甚至比当在每个半导体晶片上直接形 成再分布层时更低。此外，以电路层能够被剥离的方式为布线电路层提供的金属支撑衬底赋予布线电 路层充分的刚性以提高可操纵性直到布线电路层被层压在半导体晶片上，因而有助于减小 制造成本。本发明的制造方法使得仅选择无缺陷的布线电路层以连接处于晶片状态的元件成为可能，以便避免无缺陷元件的无益丢弃。因为布线电路层的两个主表面都是粘合表面，所以根据本发明获得的半导体器件 具有粘合表面并且在安装到外部电路方面很有用。可以通过以使得元件能够被分别连接的方式将连接导体部暴露于布线电路层的 两个主表面、剥离金属支撑衬底以及此后将该元件也连接到暴露的第二主表面，提高元件 安装密度。在下文中，参照具体示例描述本发明的制造方法。如本文所用的，指示向上或向下 的术语，诸如“上”和“上表面”，仅仅用来解释层和元件在层压方向上的位置关系，而不要解 释为限制半导体器件的实际垂直位置或者布线电路层和半导体元件之间的相互垂直位置 关系。图1示意性地示出如何经过本发明的制造方法中的每个步骤形成产品。为了解释 起见，已经简化了布线电路层中所示出的层结构和连接图案。如本文所提到的，“处于晶片状态的半导体元件”不仅包括以晶片衬底上的矩阵为 形式时的多个半导体元件的半导体晶片，而且包括通过一旦将晶片切割成各个芯片、通过 质量核查来检查半导体晶片中的多个元件、此后仅将那些具有可接受质量的芯片重新布置 在与晶片衬底相同形状的片材上而制备的那些半导体晶片。在下面的描述中，“处于晶片状 态的半导体元件”也称为“晶片状元件”。该制造方法至少具有层压步骤，用于在第一金属支撑衬底上可剥离地形成布线 电路层；接合步骤，用于连接晶片状元件；以及剥离步骤，用于从布线电路层剥离第一金属 支撑衬底。该布线电路层至少具有布线部(S卩，图案化的导电层)和其间填充的绝缘部，并且 该布线电路层用作所连接元件的再分布层。下面详细描述其结构。在制造方法中，首先在层压步骤中在第一金属支撑衬底1和布线电路层2之间形 成层压结构(lamination)，如图1(a)所示。大致存在两种形成层压结构的方法。在一种方法中，如参照图4和5的示例中所 描述的，在层压步骤中仅将布线电路层可剥离地层压在第一金属支撑衬底上。在另一种方 法中，如参照图6和7的示例中所描述的，提供作为临时衬底的第二金属支撑衬底，在其上 可剥离地层压布线电路层的所有或一些层，并且还在其上层压第一金属支撑衬底，此后剥 离和去除第二金属支撑衬底，从而获得允许分离第一金属支撑衬底和布线电路层的层压结 构。在前者方法中，所暴露的主表面还可以覆盖有在连接到半导体元件前要去除的脱 模衬里(release liner) 0在后者方法中，第二金属支撑衬底可以用作脱模衬里。当元件(第二元件)也被安装到通过剥离步骤中的剥离而变为暴露的第二主表面 (第二粘合表面)时，必要的是第二连接导体部也以使得能够连接第二元件这样的图案和 暴露方式形成在第二粘合表面中。尽管第二元件优选地处于晶片状态，但是其可以处于划分的芯片状态。用于连接 第二元件的第二连接导体部，如上述第一连接导体部，是构成布线电路层的布线部的一部 分或者经由导电通路连接到布线部的任一连接导体部。接下来，在制造方法的接合步骤中，如图1(a)和(b)所示，晶片状元件3A被接合到布线电路层2的暴露主表面(第一粘合表面)20A，元件3A的电极31同时连接到主表面 20A中暴露的第一连接导体部21。在图1(a)中，第一连接导体部21、电极31等等被示为它们比实际状态时更突出， 以便清楚地指示它们的位置。在图1中，以放大视图仅示出晶片上的一个元件。然而在实 际的设置中，多个元件以矩阵形式布置在晶片级的衬底上。在图1(b)中，第一连接导体部 21和电极31中的每个的突出部被省略。在实际步骤中，半导体元件和布线电路层通过挤压 而达到无缝粘合。而且，在制作方法的剥离步骤中，如图1(c)所示，第一金属支撑衬底1从布线电路 层2剥离以暴露布线电路层的第二主表面(第二粘合表面)20B，由此获得希望的半导体器 件4。在这个阶段中，半导体器件处于晶片形式，因此通过切割来获得各个芯片形式的 半导体器件。在将第一金属支撑衬底从布线电路层中剥离后，在切割之前可以使布线电路 层经受诸如提供焊球的处理。半导体器件可以是允许层压在布线电路层上和连接到其的连接导体部的任一半 导体器件；示例包括常规已知的元件，诸如那些像单个发光元件的简单结构、包括其组件的 阵列、有机半导体元件、IC、其中集成各种操作电路的处理器、存储器、光传感器和图像传感 器、以及多芯片模块、MEMS(微机电系统；其中机器部件、传感器、致动器、电子电路等等集 成在衬底上的器件)等等。用于在其上形成半导体元件的晶片衬底可以是用于半导体元件的任何衬底；示例 包括诸如硅的半导体晶体衬底、以及绝缘晶体衬底、玻璃衬底、由有机化合物制成的衬底等 等。这些衬底中，最通用的衬底是硅晶体衬底(硅晶片)。金柱凸点、凸点下金属(UBM)等等形成在元件的电极中。UBM由通过化学镀 (electroless plating)形成的Ni/Au层(Ni在底涂层侧；下面的情况也是如此，即首先指 示层压结构的底涂层侧)、通过溅射形成的Ti/Cu层、Ti/ff/Cu层和Ti/Ni/Cu层、等等来例 证。常规已知的方法可以用来连接元件的电极到布线电路层的连接导体部；示例包括 金-金接合、金柱凸点-焊料接合、焊料凸点接合、使用银胶的接合、以及使用ACF(各向异 性导电膜)或NCF(非导电膜)的接合。为了满足精细间距的需要，适合使用金柱凸点-焊 料接合。如果在器件和布线电路层之间由于凸点高度等等而产生间隙，则可以填充底填充
材料等等。在其中在衬底中存在在厚度方向上穿透晶片衬底的通孔并且半导体元件的电极 经过该通孔与晶片衬底的背面侧可连通(communicable)的结构的情况下，布线电路层可 以层压在晶片衬底的背面侧，并且布线电路层的连接导体部可以连接到通孔的端子。此外 在这种情况下，布线电路层可以用来不在晶片衬底的背面侧上而在元件侧上连接元件的电 极和通孔，并且布线电路层可以层压在背面侧和元件侧两者上。布线电路层至少包括布线部(具体地是形成为电路图案的导电层)以及完全覆盖 布线部的上侧、下侧和周围的绝缘部。图2示出了布线电路层的示例结构。在绝缘部中，在第一主表面20A—侧上存在 第一粘合层20a，而在第二主表面20B —侧上存在第二粘合层20b，由此这两个主表面起粘合表面的作用。如图1所示，第一连接导体部21暴露于第一粘合表面(图1中的20A)用 于以使得能够连接元件3A的电极31的方式连接第一元件3A。在图1所示的示例中，第一 连接导体部21经由导电通路连接到作为其中的布线部的导电层。第一连接导体部可以是 暴露于第一粘合表面的布线部。布线电路层用作连接到其的元件的再分布层。当元件连接到布线电路层的第一和 第二粘合表面中的每个表面时，布线电路层用作这两个元件的共同再分布层。尽管不具体限制布线电路层的内部结构和导体连接结构，但是图2例证了有用的 基本结构。在图2的结构中，布线电路层具有作为绝缘部的绝缘层20，该绝缘层20构成具有 第一粘合层20a、基底绝缘层20c和第二粘合层20b的层压结构。在图2(a)所示的示例中， 导电层被提供为单个层。在图2(b)所示的示例中，导电层的形式是在布线电路层的厚度方 向上彼此分开的两层。在绝缘层20的第一粘合表面(其是布线电路层的第一主表面20A)上，第一连接 导体部21被提供用于连接到第一元件电极。在第二表面(其是布线电路层的第二主表面 20B)上，第二连接导体部22被提供用于连接到外部导体(例如，用于安装半导体器件的外 部电路的焊盘)或者连接到第二元件；第一和第二连接导体部(21，22)连接到绝缘层20中 提供的导电层23。关于这两个连接导体部(21，22)，根据元件的实际功能和电极的作用，可 以不同地确定连接图案；例如，特定部件可以经由导电层而彼此连接。参照图2(a)所示的示例，导电层23以指定的连接图案形成在绝缘层20中，其中 从导电层23延伸到第一主表面20A的导电通路(金属柱)24的末端构成第一连接导体部 21,而从导电层23延伸到第二主表面20B的导电通路(金属柱)25的末端构成第二连接导 体部22。在所示出的示例中，金属膜形成在每个导电通路的末端中，用于获得较好的电连接 和提高耐腐蚀性。更具体地，在图2(a)所示的示例中，导电层23形成在基底绝缘层20c的 上表面上，第一粘合层20a形成在导电层23上；这种层压结构使得导电层23嵌入在绝缘层 20中。参照图2(b)所示的示例，导电层具有第一元件侧上的导电层23a和第一金属支撑 衬底上的导电层23b。导电层23a和23b被间隔，并且被提供在这两层之间的指定位置的导 电通路26连接这些导电层。更具体地，在图2(b)所示的示例中，导电层23嵌入在基底绝 缘层20c中，元件侧的导电层23a与图2(a)所示的示例中一样被提供在基底绝缘层20c的 上表面上并且由粘合层20a覆盖。例如可以通过根据需要重复以下步骤，以上基底绝缘层和下基底绝缘层的形式形 成多个导电层在最下层侧上形成基底绝缘层；在其上形成第一导电层；在第一导电层上形成第二基底绝缘层以嵌入第一导电层；在第二基底绝缘层的上表面上的指定位置制作开口以暴露第一导电层；用导电材料填充该开口以制作导电通路；以及在第二基底绝缘层的上表面上形成第二导电层。除了图2所示的典型示例结构，其他示例包括其中特定第一连接导体部21a和21b彼此连接(图3(a))的结构、其中第一连接导体部连接到多个第二导体部(未示出)的结 构、其中特定第一连接导体部21a和21b在层中彼此连接并且不连接到布线电路层的第二 表面中的第二连接导体部(图3(b))的结构、等等；连接结构的图案可以根据预计使用而被 自由变化和组合。布线电路层的布线(电路层中横向延伸的导电层)可以是如上面描述的单层或多层。在切割之前在布线电路层中含有的各个布线电路层的布置图案可以是对应于晶 片状元件中的元件阵列图案并允许连接各个元件与布线电路层的任何布置图案。在切割之前布线电路层整体上的外部周边形状可以是与晶片衬底相同的形状或 对应形状、甚至具有可以包括多个晶片衬底(简单片材、从卷中展开的带、等等)的更大面 积的形状、与每个晶片衬底中的元件组件区相同的形状或对应形状、等等。可以酌情添加用于在切割之前定位布线电路层的补充构件以及用于提高可操纵 性的晶片状元件和装置。用于更优选地执行上述电连接和增强耐腐蚀性的金属膜优选地通过镀(plating) 来形成；用于该金属膜的有用材料包括诸如铜、金、银、钼、铅、锡、镍、钴、铟、铑、铬、钨和钌 的单金属、以及由其中的两种或更多制成的合金、等等。优选的材料包括金、锡、镍等等；金 属膜的优选模式包括具有附的底层和Au的表面层的双层结构等等。在对应于连接导体部的位置给金属支撑衬底提供开口(通孔)，由此允许连接导 体部的末端从绝缘层的表面突出。作为布线电路层的绝缘部的绝缘层优选为如上面描述的三层结构(粘合层/基底 绝缘层/粘合层)。基底绝缘层负责绝缘层的机械强度，并且起用于电路图案形成的基底的 作用。布线电路层可以是仅两个粘合层的双层结构，并且可以是包括附加绝缘层的四层 或更多的多层结构。当布线电路层的绝缘层含有基底绝缘层时，有用材料的示例包括公知的合成树 脂诸如聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚醚腈树脂(polyethernitrile resin)、聚醚砜树 脂(polyether sulfone resin)、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂(polyethylene ter印hthalateresin)、聚蔡二甲酸乙二醇酉旨丰对月旨(polyethylene naphthalate resin)禾口 聚氯乙烯树脂(polyvinyl chlorideresin)、以及这些树脂与合成纤维布、玻璃布、无纺玻 璃织物、诸如Ti02、Si02、&02、矿物和泥土的微颗粒的组合物、等等。具体而言，优先考虑聚 酰亚胺树脂、环氧树脂、和玻璃布_环氧树脂，因为在剥离和分离金属支撑层后获得具有较 高机械强度和较好电特性(绝缘特性等等)的较薄柔性绝缘层。基底绝缘层的厚度优选为3到50 u m。第一和第二粘合层的材料可以是在接合期间不要求加热的粘合剂或者是要求加 热的粘合剂(热塑树脂、热固树脂)。当使用要求在接合期间加热的粘合剂时，用于在后接合的第二粘合层优选为即使 当在第一粘合层的在先接合期间被加热也不会丧失粘合性的粘合剂。例如，如果用于在后 接合的第二粘合层的粘合剂是与用于在先接合的第一粘合层相同的热固树脂，则第二粘合 层因在先接合期间加热而同时变凝固(set)，这进而会使得该粘合不可能。
10
优选的实施例包括以下项(a)两个粘合层都用热塑树脂形成。(b)用于在先接合的第一粘合层用热固树脂形成，而用于在后接合的第二粘合层 用热塑树脂形成。(c)用于在先接合的第一粘合层用热塑树脂或热固树脂形成，而用于在后接合的 第二粘合层用其凝固温度高于第一粘合层的树脂的凝固温度的热固树脂形成，以便防止用 于在后接合的第二粘合层因在先接合期间加热而凝固。用于第一和第二粘合层(20a，20b)的优选材料包括但不限于诸如聚砜、聚醚砜、 聚海因(polyhydantoin)、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酰亚胺硅氧烷(polyimide siloxane)和硅 氧烷改性聚酰胺酰亚胺(siloxane-modified polyamideimide)的热塑树脂、以及环氧树 脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等等；这些可以被混合地使用。有用的环氧树脂包括但不限于与热塑树脂、橡胶、弹性体等混合的环氧树脂、二氧 化硅杂化材料(silica hybrids)、纳米颗粒散布的环氧树脂等等。有用的丙烯酸树脂的示例包括但不限于环氧丙烯酸酯、丙烯酸氨酯(urethane acrylate)、有机硅丙烯酸酯(silicone acrylate)等等。用于这两个粘合层的材料(用于在先接合的粘合层材料和用于在后接合的粘合 层材料)的优选组合包括酚醛型环氧树脂(phenol novolaktype epoxy resin)和热塑聚酰 亚胺的组合、双酚A醛型环氧树脂(bisphenol A novolak type epoxy resin)和聚酰亚胺 有机娃白勺组合、含蔡IS型环氧tt■月旨(naphthalene-containing novolak type epoxyresin) 和硅氧烷改性聚酰胺酰亚胺的组合、等等。每个粘合层的厚度优选为1到100 ym。作为布线电路层在第一金属支撑衬底上的形成方法，可以采用常规已知的用于产 生电路衬底或中介层(interposer)的方法，诸如半添加法和减去法。通过在金属支撑衬底上形成布线电路层，制造期间的尺寸稳定性得以提高并且薄 布线电路层的可操纵性得以改善。当通过半添加法在布线电路层中形成导电层和导电通路时，可优选的是，如图4 到6所示，预先通过溅射来形成种子膜23a (金属薄膜)以允许金属材料良好地沉积在导电 层和构成导电通路的部的壁表面上。用于这样的种子膜的有用材料的示例包括诸如铜、金、 银、钼、铅、锡、镍、钴、铟、铑、铬、钨和钌的单金属、由其中的两种或更多制成的合金、等等。用于图2所示的导电层和导电通路的材料的示例包括从铜、金、银、钼、铅、锡、镍、 钴、铟、铑、铬、钨、钌等中选择的单金属、以及包括其中的一种或多种的合金(例如，焊料、 镍锡、金钴等等)。具体而言，优选地使用容许电镀(electroplating)或化学镀的金属。优 选铜，因为其优点在于容易形成导电层电路图案和电特性。导电层23的厚度可以视情况在1到50 ym的范围内选择但不限于此。导电通路 24和25优选地具有圆柱体形状，其直径为5到500 u m,优选地是5到300 u m。用于第一金属支撑衬底的优选材料包括但不限于铜、主要基于铜的铜合金、镍、主 要基于镍的镍合金、主要基于镍和铁的合金、不锈钢等等。为了最小化与半导体晶片的线性膨胀系数的差别，优选地使用主要基于镍和铁的 合金(例如，42合金)。
第一金属支撑衬底的厚度根据材料的刚性而可变，并且优选为大约lOym到 200 u m,更优选为大约20 ii m到80 u m。当第一金属支撑衬底的厚度小于10 y m时，很可能在金属支撑衬底中发生皱折和 起皱，这进而减小卷工艺中的可操纵性。当第一金属支撑衬底的厚度超过200 ym时，缠绕 直径由于其刚性而增加，这进而妨碍卷工艺中的操纵并且还干扰通过蚀刻处理。如图6和7所示，即使当使用第二金属支撑衬底1A时，所用的第二金属支撑衬底 可以与上面描述的第一金属支撑衬底相同。为了便于从布线电路层更平稳地剥离第一金属支撑衬底，可优选的是其中其间存 在脱模层的结构。可优选的是以使得脱模层可以容易从布线电路层被剥离且不易从金属 支撑衬底被剥离的方式形成该脱模层，以及该脱模层可连同金属支撑衬底一起从布线电路 层去除。用于脱模层的有用材料包括有机物质(有机硅树脂、聚酰亚胺等等)和无机物质 (金属、金属氧化物、无机氧化物等等)。无机物质由银、钛、钨、镍、二氧化硅等例证。考虑到产生布线电路层的步骤以及在连接布线电路层到半导体晶片期间的高热 条件，更优先考虑聚酰亚胺和前述的无机物质，因为有机硅树脂可能恶化。当脱模层被形成为聚酰亚胺层时，其厚度优选为0. 1到lOym，且更优先考虑0. 1 到5 y m以防止整个布线电路层弯曲。当脱模层被形成为由前述无机物质之一制成的层时，其厚度优选为1到lOOnm，且 更优先考虑1到50nm以防止整个布线电路层弯曲。当脱模层是聚酰亚胺层时，形成该层的有用方法包括其中涂布溶液的方法、其中 通过电沉积或化学汽相沉积(CVD)来沉积该层的方法、其中分开形成的聚酰亚胺膜被层压 的方法、等等。当脱模层是由诸如金属、金属氧化物或无机氧化物之类的无机物质制成的层 时，形成该层的有用方法包括电镀、真空蒸发、溅射等等。示例在下文中参照实际产生示例更详细且更具体地描述本发明的制造方法。对于在以 下解释中所涉及的图4到7中的所有布线电路层，仅放大了一个第一连接导体部和相当于 第一连接导体部的图7的布线电路层背面上的一个第二连接导体部。示例 1在SUS304的第一金属支撑衬底上形成钛的脱模层，并且在两个表面上都具有粘 合层的布线电路层形成在其上且接合到半导体晶片。[脱模层的形成]具有厚度25 y m的钛的脱模层5通过溅射而形成在作为第一金属支撑衬底1的具 有厚度25 iim的不锈钢(SUS304)箔的整个表面上，如图4 (a)所示。[绝缘层中的下粘合层(第二粘合层)的形成]如图4(b)所示，(通过氧双邻苯二甲酸酐(oxydiphthalicdianhydride)与2， 2'-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷(2，2-bis (4-aminophenoxyphenyl)propane)的反 应而制备的)聚酰胺酸溶液被涂布在脱模层5的上表面上并且被热凝固以形成热塑聚酰亚 胺的第二粘合层20b。第二粘合层具有5 ym的厚度。[绝缘层中的基底绝缘层的形成]
(通过 3，4' ,3,4'-联苯四羧酸二酐(3，4' ,3,4' -biphenyltetracarboxylic dianhydride)、4，4 ‘ - 二氨基二苯醚(4，4' -diaminodiphenyl ether)和对苯二胺 (para-phenylenediamine)的反应而制备的)聚酰胺酸被涂布在第二粘合层20b的上表面 上并且被热凝固以形成具有10 y m的厚度的聚酰亚胺层(基底绝缘层)20c。[连接导体部、种子膜、下导电通路和导电层的形成]如图4(c)所示，在要形成用于连接第二元件的第二连接导体部的位置通过激光 处理在粘合层20b和基底绝缘层20c的层压结构中形成开口 hl，以使钛脱模层5暴露于开 口的底部。该开口是直径为100 iim的球形。金膜222和镍膜221通过镀而顺序地形成在暴露于开口内部的钛脱模层5的表面 上。金膜变成下连接导体部的表面上的金属膜。而且，如图4(d)所示，执行用铬然后用铜的溅射以形成种子膜23a(铬层厚度 20nm、铜层厚度lOOnm)，并且通过电解铜镀以指定的布线图案形成导电层23和导电通路 25。由于种子膜的铜层与导电通路和导电层的铜变为一体，所以种子膜23a被示为如 图4(d)中的单层铬。图5到7的情况也是如此。随后，去除其中没有导电层23的种子膜的部分(导电层之外的种子膜的部分)。[上导电通路的形成]如图5(e)所示，种子膜在除了其中要形成导电通路的部分(未示出)之外的整个 表面上覆盖有镀抗蚀剂，并且通过电解铜镀来形成具有直径80 y m和高度15 y m的导电通 路24。[绝缘层中的上粘合层(第一粘合层)的形成]如图5(f)所示，在去除镀抗蚀剂后，包括环氧树脂和聚酰亚胺作为主要成分的热 固树脂的第一粘合层20a以使得暴露的导电层23和导电通路24被嵌入的方式形成，并且 然后以使得导电通路24的上端面作为第一连接导体部暴露于粘合层的上表面(第一粘合 表面)的方式用碱性溶液蚀刻第一粘合层。[第一连接导体部上的金属膜的形成]如图5(f)所示，镍膜211 (厚度2 ym)和金膜212 (厚度0. 5 y m)通过电镀而顺序 地形成在导电通路24的上端面上。尽管抗蚀剂用于该镀，但这里省略其描述。[连接到第一半导体晶片]由此获得的布线电路层(可剥离地附着的第一金属支撑衬底)连接到第一半导体 晶片，如下面所描述的。半导体晶片具有240个元件，每个元件具有240个直径80 y m的圆形电极焊盘，且 每个焊盘上形成宽60 y m的金柱凸点。如图5(g)所示，在3Pa的真空、温度200°C、压力1. 5g/凸点下使用(由EV Group 制造的)对准器和接合设备将半导体晶片3A对准并且接合到布线电路层的上主表面(第 一粘合表面)20A，此后在180°C下第一粘合层固化2小时。随后，通过在脱模层5和第二粘 合层20b之间的界面处进行分离，一起剥离第一金属支撑衬底1和脱模层5。如图5(h)所示，第二半导体晶片3B与上面同样地被对准在剥离后暴露的第二粘 合层的第二粘合表面(布线电路层的下主表面20B)，如上面所描述的，并且它们在300°C下被热压缩接合以产生半导体器件，其通过切割而被切成各个芯片。在这个示例中，用于在先连接第一半导体晶片的第一粘合层20a被制备为热固树 脂层，而用于在后连接第二半导体晶片的第二粘合层20b被制备为热塑树脂层。通过采取 这种配置，在先接合期间的加热对在后接合没有影响，并且获得优选的双侧安装物件。示例 2如图6和7所示，第二金属支撑衬底被制备为临时衬底，布线电路层的一部分(除 了第一粘合层之外的层)被可剥离地层压在其上，并且第一金属支撑衬底被进一步可剥离 地层压其上，此后第二金属支撑衬底被去除，并且形成第一粘合层以获得金属支撑衬底和 布线电路层的可剥离层压结构。[第二金属支撑衬底上的第二脱模层的形成]如图6(a)所示，使用具有厚度25 ym的不锈钢(SUS304)箔作为第二金属支撑衬 底1A，通过溅射在衬底1A的整个表面上形成具有厚度25 y m的钛的第二脱模层5A。[绝缘层中的基底绝缘层的形成]在这个示例中，在第二金属支撑衬底上形成基底绝缘层，在其上形成第二粘合层， 在其上可剥离地形成第一金属支撑衬底，然后剥离第二金属支撑衬底1A，此后形成第一粘
口 te o如图6(b)所示，使用(通过3，4' ,3,4'-联苯四羧酸二酐、4，4' -二氨基二苯 醚和对苯二胺的反应而制备的)光敏聚酰胺酸，在第二脱模层5A上形成聚酰亚胺层(基底 绝缘层)20c。厚度为lOiim。通过激光处理在用于形成用于连接第二元件的第二连接导体部的位置在基底绝 缘层20c中形成开口 h2，以使第二脱模层(钛层)5A暴露于开口的底部。该开口是直径为 lOOiim的球形。[种子膜、下导电通路的部分和导电层的形成]如图6(c)所示，用铬然后用铜执行溅射以形成种子膜23a，并且通过电解铜镀来 形成为指定的布线图案的下导电通路的部分24和导电层23。随后，去除其中没有导电层23的种子膜的部分(导电层之外的种子膜的部分)。[上导电通路的形成]以与上述示例1的相同方式，种子膜在除了用于形成导电通路的部分(未示 出)之外的整个表面上覆盖有镀抗蚀剂，并且通过电解铜镀来形成具有直径80 ym和高度 15iim的导电通路(金属柱)25，如图6(d)所示。[绝缘层中的第二粘合层的形成]在去除镀抗蚀剂后，以使得暴露的导电层23和导电通路25被嵌入的方式使(通 过氧双邻苯二甲酸酐与2，2'-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷的反应而制备的)聚酰 胺酸溶液被涂布并且被热凝固以形成热塑聚酰亚胺的第二粘合层20b，如图6(e)所示。随 后，以使得导电通路25的上端面作为第二连接导体部暴露于第二粘合层的上表面(第二粘 合表面)的方式用碱性溶液蚀刻粘合层。第二粘合层具有5 ym的厚度。[上导电通路的上端面上的金属膜的形成]如图6(e)所示，镍膜211 (厚度2 ym)和金膜212 (厚度0. 5 y m)通过电镀而顺序 地形成在导电通路25的上端面上。如示例1中一样，抗蚀剂用于该镀。
[金属支撑衬底的接合]分离地，使用不锈钢(SUS304)箔作为金属支撑衬底1，该箔具有与第二金属支撑 衬底1A相同的25 y m的厚度，并且在其上通过溅射在整个表面上形成具有厚度25 y m的钛 的脱模层5。第一金属支撑衬底1和脱模层5的这种双层层压结构被热压缩接合到如上面描述 所形成的第二粘合层20b的上表面(第二粘合表面或者第二主表面20B)，如图7(f)所示。[第二金属支撑衬底的剥离和下导电通路的形成]如图7(g)所示，第二金属支撑衬底1A和第二脱模层5A通过在脱模层5A和基底 绝缘体层20c之间的界面处的分离而被一起剥离。在开口 h2的底部上形成的铬种子膜的下端面暴露于剥离后所暴露的基底绝缘体 层20c的下表面。在去除铬种子膜后，通过使用镀抗蚀剂来电解铜镀，进一步形成具有直径 lOOiim和高度15iim的下导电通路(金属柱)24，如图7 (g)所示。[绝缘层中的第一粘合层的形成]如图7(h)所示，在去除镀抗蚀剂后，包括环氧树脂和聚酰亚胺作为主要成分的热 固树脂的第一下粘合层20a以使得暴露的基底绝缘体层20c和导电通路24被嵌入的方式 形成。随后，以使得导电通路24的下端面作为第一连接导体部暴露于第一粘合层的下表面 (第一粘合表面)的方式用碱性溶液蚀刻第一粘合层。第一粘合层具有5 ym的厚度。[第一连接导体部的表面上的金属膜的形成]如图7(h)所示，镍膜211 (厚度2 ym)和金膜212 (厚度0. 5 y m)通过电镀而顺序 地形成在下连接导体部的表面上。尽管抗蚀剂用于该镀，但这里省略其描述。[连接到半导体晶片]对由此获得的布线电路层(可剥离地附着的金属支撑衬底)，两个半导体晶片的 每个使用与示例1相同的程序连接到两个主表面，并且晶片通过切割而被切成各个芯片形 式的半导体器件。这个示例中最终获得的布线电路层中的两个粘合层就它们与第一金属支撑衬底 的位置关系而言等同于示例1中的那两个粘合层；用于在先连接第一半导体晶片的第一粘 合层20a是热固树脂层，而用于在后连接第二半导体晶片的第二粘合层20b是热塑树脂。通 过这种配置，在先接合期间的加热对在后接合没有影响，并且获得优选的双侧安装物件。根据本发明的制造方法，能够以较低成本为半导体元件提供再分布层，并且可避 免由于再分布层的不可接受的质量而导致的可接受质量的半导体元件被丢弃。该制造方法 还使得能够在半导体器件的两面上都安装元件，导致提高的安装密度。本申请是基于在日本提交的专利申请号2009-080023，该申请的内容全文并入本 文以供此参考。
权利要求
一种具有层压结构的半导体器件的制造方法，其中第一半导体元件被层压且连接到布线电路层的两个主表面中的至少一个，该布线电路层至少包括布线部和绝缘部，其中该绝缘部包括第一粘合层和第二粘合层，该第一粘合层设置在该布线电路层的一个主表面侧而该第二粘合层设置在另一个主表面侧，并且该两个主表面分别通过第一粘合层和第二粘合层的存在而形成第一粘合表面和第二粘合表面，并且第一连接导体部暴露在至少第一粘合表面中，该第一半导体元件以使得该元件的电极能够被连接的方式连接到该第一粘合表面，并且该第一连接导体部构成布线电路层的布线部的一部分或者经由导电通路而连接到该布线部；该制造方法包括以下步骤以使得布线电路层能够从该衬底被剥离并且该第一粘合表面被提供在布线电路层的离开衬底的相对侧的方式在第一金属支撑衬底上层压该布线电路层；在层压步骤后，将处于晶片状态的第一半导体元件接合到第一粘合表面，且同时连接该元件的电极到第一连接导体部；以及在接合步骤后，从该布线电路层剥离该金属支撑衬底。
2.根据权利要求1的方法，其中该布线电路层的该绝缘部具有层压结构，该层压结构 包括第一粘合层、第二粘合层以及在这些粘合层之间的基底绝缘层，(i)在层压步骤中，在第二金属支撑衬底上形成该基底绝缘层， 形成该布线电路部和覆盖该布线电路部的第二粘合层，在第二粘合表面上可剥离地层压第一金属支撑衬底，该第二粘合表面是第二粘合层的 上表面，剥离该第二金属支撑衬底，在该基底绝缘层的暴露表面上形成该第一粘合层，以及然后在第一粘合表面中形成第一连接导体部，该第一粘合表面是第一粘合层的下表面，( )在接合步骤中，将处于晶片状态的第一半导体元件接合到第一粘合表面，且同时连接该元件的电极到 第一连接导体部。
3.根据权利要求1的方法，其中以使得第二半导体元件的电极能够被连接的方式将第 二连接导体部暴露在布线电路层的第二主表面中，并且第二连接导体部是布线电路层的布 线部的一部分或者经由导电通路而连接到布线部，并且该方法还包括剥离步骤后的第二接合步骤， 在第二接合步骤中，将处于晶片状态或芯片状态的第二半导体元件接合到在剥离步骤中所暴露的第二粘 合表面，且同时连接第二半导体元件的电极到第二连接导体部。
4.根据权利要求1的方法，其中第一粘合层和第二粘合层由在粘合期间要求加热的粘 合剂制成，并且第二粘合层由即使由于在第一半导体元件在先接合到第一粘合层期间加热也不会丧 失接合能力的粘合剂制成。
5.根据权利要求1的方法，其中在第一金属支撑衬底和布线电路层之间存在脱模层，由此能够从第一金属支撑衬底剥离布线电路层。
6.根据权利要求5的方法，其中以使得脱模层容易从布线电路层剥离且不容易从第一 金属支撑衬底剥离的方式已经形成该脱模层，由此该脱模层能够连同第一金属支撑衬底一 起从布线电路层剥离。
7.根据权利要求5的方法，其中该脱模层由聚酰亚胺制成。
8.根据权利要求5的方法，其中该脱模层由从金属、金属氧化物和无机氧化物中选择 的一种材料制成。
9.根据权利要求1的方法，其中该布线电路层用作连接到其上的半导体元件的再分布层。
全文摘要
本发明涉及半导体器件的制造方法。具有至少布线部和绝缘部的布线电路层(2)以使得该层(2)能够从金属支撑衬底(1)被剥离的方式形成在衬底(1)上，布线电路层的顶表面和底表面(20A，20B)是粘合表面。在布线电路层(2)的第一粘合表面(20A)中暴露第一连接导体部(21)，其可与晶片状态的第一半导体元件(3)的电极31连接。在布线电路层(2)层压在并连接到元件(3)后，金属支撑衬底(1)从布线电路层(2)被剥离以产生半导体器件(4)。另一个元件可以连接到剥离后暴露的另一个粘合表面(20B)。
文档编号H01L21/60GK101853793SQ20101014935
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月27日
发明者吉田直子, 小田高司, 森田成纪 申请人:日东电工株式会社