半导体器件及其制造方法技术

本公开总体涉及半导体器件及其制造方法。半导体器件包括形成在半导体衬底之上的焊盘电极，形成在焊盘电极上的导体柱，形成在导体柱上且由镍膜制成的盖帽膜，形成在布线板中的端子，形成在端子上并由包含磷的镍膜制成的金属膜，插入在盖帽膜和金属膜之间且包含锡作为主要成分的焊料层，以及插入在焊料层和金属膜之间且包含锡和铜的合金层。

Semiconductor Devices and Their Manufacturing Methods

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求享有2018年1月30日提交的日本专利申请No.2018-013192的优先权，该申请在此通过全文引用的方式将其内容并入本申请。
本专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法，并且涉及例如一种可有效地可应用于使用具有阻挡金属规范的布线板的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
日本专利申请公开No.2013-211511(专利文献1)公开了一种其中半导体芯片SC的电极焊盘PAD与布线板INT的连接端子TER由Cu柱体PIL构成的凸块电极以及焊料层SOL连接的结构。进一步，专利文献1公开了Ni层NIL插入在Cu柱体PIL和焊料层SOL之间以便于防止由于电迁移Cu从Cu柱体PIL扩散至Sn基焊料层SOL。日本专利申请公开No.2014-053608(专利文献2)公开了一种具有使用电镀方法的阻挡金属规范的布线板。也即，布线板的电路图形(上述“连接端子”)的表面采用镍层/金层的堆叠膜或者镍层/钯层/金层的堆叠膜覆盖。此外，作为电镀方法，公开了无电金电镀系列的表面处理诸如ENIG(无电电镀镍沉浸金)或ENEPIG(无电电镀镍无电电镀钯沉浸金)。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人已经研究了一种半导体器件，其中专利文献1的半导体芯片安装在专利文献2的布线板上。根据由本专利技术的专利技术人做出的研究，已经发现在这样的半导体器件中缩短了将半导体芯片的电极焊盘和布线板的连接端子连接的凸块电极的电迁移寿命。换言之，已经发现在半导体芯片和布线板之间的连接结构中缩短了电迁移寿命并且无法确保半导体器件的可靠性。也即，在使用具有阻挡金属规范(barriermetalspecification)的布线衬底的半导体器件中，需要改进可靠性。本专利技术的其他问题和新颖特征将从本说明书和附图的描述而明显。根据实施例的半导体器件包括：在半导体衬底之上形成的焊盘电极；在焊盘电极上形成的导体柱；在导体柱上形成并由镍膜支撑的盖帽膜；在布线板中形成的端子；在端子上形成并由包含磷的镍膜制成的金属膜；插入在盖帽膜和金属膜之间并包含锡作为主要成分的焊料层；以及插入在焊料层和金属膜之间并包含锡和铜的合金层。根据实施例，能够改进半导体器件的可靠性。附图说明图1是根据本实施例的半导体器件的俯视图；图2是根据本实施例的半导体器件的底视图；图3是根据本实施例的半导体器件的局部剖视图；图4是示出了根据本实施例的半导体器件的制造工艺的工艺流程图；图5是在根据本实施例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图6是示出了图5中部分A的配置的主要部分的剖视图；图7是示出了根据本实施例的半导体芯片的配置的主要部分的剖视图；图8是根据本实施例的半导体芯片的制造工艺中主要部分的剖视图；图9是从图8继续的半导体芯片的制造工艺中主要部分的剖视图；图10是从图9继续的半导体芯片的制造工艺中主要部分的剖视图；图11是从图10继续的半导体芯片的制造工艺中主要部分的剖视图；图12是根据本实施例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图13是示出了图12中部分B的配置的主要部分的剖视图；图14是根据本实施例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图15是示出了图14中部分C的配置的主要部分的剖视图；图16是根据本实施例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图17是根据本实施例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图18是示出了根据本实施例的半导体器件的效果的图；图19是根据比较示例的半导体器件的主要部分的剖视图；图20是示出了图19中部分D的配置的剖视图；图21是根据第一修改例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图22是根据第一修改例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图23是根据第二修改例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；图24是根据第二修改例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图；以及图25是根据第二修改例的半导体器件的制造工艺中主要部分的剖视图。具体实施方式在以下描述的实施例中，当为了方便起见需要时将在多个部分或实施例中描述本专利技术。然而，这些部分或实施例并非相互不相关除非另外说明，并且作为其修改示例、细节、或补充说明，一个与另一个的整体或一部分相关。此外，在以下所述实施例中，当涉及元件的数目(包括块件的数目、数值、数量、范围等等)时，元件的数目不限于具体数目除非另外说明，或者除了其中数目明显原则上限定于具体数目的情形之外，并且大于或小于所规定数目的数目也是可应用的。进一步，在以下所述的实施例中，构成元件(包括元件步骤)并非总是必不可缺的，除非另外说明，或者除了其中构成元件明显原则上必不可少的情形之外。类似地，在以下所述的实施例中，当提到构成元件的形状、其位置关系等等时，其中包括了实质上近似和类似的形状等，除非另外说明，或者除了其中可以设想原则上明显地排除它们的情形之外。同理适用于上述数值和范围。此外，遍及附图原则上由相同的参考符号标注相同的组件以用于描述实施例，并且将省略其重复性说明。注意，甚至在平视图中有时应用阴影以便于使得附图容易查看。(实施例)<半导体器件的结构>图1是根据本专利技术一个实施例的半导体器件的俯视图。图2是根据本实施例的半导体器件的底视图。图3是根据本实施例的半导体器件的局部剖视图。如图1中所示，根据本实施例的半导体器件SA包括方形布线板WB，并且矩形半导体芯片CHP经由密封材料(下填料)UF而被安装在布线板WB的主表面的中心上。如图1中所示，半导体芯片CHP的尺寸小于布线板WB。注意，布线板WB可以具有矩形形状且半导体芯片CHP可以具有方形形状。接着，如图2中所示，多个焊料球SB以阵列设置在布线板WB的背表面上。图2示出了其中焊料球SB以四行沿着布线板WB的外侧周缘部分(外侧边缘部分)而设置的示例。这些焊料球SB用作用于将半导体器件SA连接至外部设备的外部连接端子。也即，当半导体器件SA安装在例如由母板所代表的电路板上时使用焊料球SB。焊料球SB也可以以矩阵图形设置在布线板WB的整个背表面之上。图3是根据本实施例的半导体器件SA的局部剖视图。尽管布线板WB具有多层布线结构，但是图3仅示出了用于核心层CL的每个一层，在核心层CL的主表面侧上的布线WL1，以及在背表面侧上的布线WL2。布线WL1和WL2由铜(Cu)膜制成。在核心层CL的主表面侧上形成的布线WL1的上表面和侧表面由阻焊膜SR1覆盖。在布线WL1的一部分中形成的端子TA在阻焊膜SR1中所提供的开口处，从阻焊膜SR1暴露，并且连接至开口中的凸块电极BE2。在核心层CL的背表面侧上形成的布线WL2的下表面和侧表面由阻焊膜SR2覆盖。在布线WL2的一部分中形成的焊岛LND在提供于阻焊膜SR2中开口处从阻焊膜SR2暴露，并且焊料球SB连接至开口中的焊岛LND。主表面上布线WL1通过提供在穿透核心层CL的通孔中的布线WL3而连接至在背表面上的布线WL2。阻焊膜SR1和SR2是由绝缘树脂制成的绝缘膜，并且核心层CL由绝缘树脂衬底诸如玻璃环氧树脂制成。半导体芯片CHP安装在布线板WB上，并且连接至在半导体芯片CHP的主表面上形成的焊盘电极PA的凸块电极BE2被连接至从阻焊膜SR1暴露的端子TA。进一步，密封材料(下填料)被注入以填充半导体芯片CHP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：焊盘电极，在半导体衬底之上形成；导体柱，在所述焊盘电极上形成；盖帽膜，在所述导体柱上形成并且由镍膜制成；端子，在布线板中形成；第一金属膜，在所述端子上形成并且由包含磷的镍膜制成；焊料层，被插入在所述盖帽膜和所述第一金属膜之间并且包含锡作为主要成分；以及第一合金层，被插入在所述焊料层和所述第一金属膜之间并且包含锡和铜。

【技术特征摘要】
2018.01.30 JP 2018-0131921.一种半导体器件，包括：焊盘电极，在半导体衬底之上形成；导体柱，在所述焊盘电极上形成；盖帽膜，在所述导体柱上形成并且由镍膜制成；端子，在布线板中形成；第一金属膜，在所述端子上形成并且由包含磷的镍膜制成；焊料层，被插入在所述盖帽膜和所述第一金属膜之间并且包含锡作为主要成分；以及第一合金层，被插入在所述焊料层和所述第一金属膜之间并且包含锡和铜。2.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括：第二金属膜，被插入在所述盖帽膜和所述焊料层之间并且由铜膜制成。3.根据权利要求2所述的半导体器件，进一步包括：第二合金层，被插入在所述第二金属膜和所述焊料层之间并且包含锡和铜。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述第二金属膜的宽度小于所述盖帽膜的宽度。5.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括：第三金属膜，被插入在所述第一金属膜和所述第一合金层之间、并且由铜膜制成。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述导体柱的膜厚度大于所述焊料层的膜厚度。7.一种半导体器件的制造方法，包括步骤：(a)制备半导体芯片，所述半导体芯片包括在半导体衬底之上形成的焊盘电极、在所述焊盘电极上形成的导体柱，在所述导体柱上形成并且由镍膜制成的盖帽膜、在所述盖帽膜上形成并且由铜膜制成的第一金属膜、以及在所述第一金属膜上形成并且包含锡作为主要成分的第一焊料层；(b)制备布线板，所述布线板包括端子、在所述端子上形成并且由包含磷的镍膜制成的第二金属膜、以及在所述第二金属膜上形成且包含锡作为主要成分的第二焊料层；以及(c)在其中所述第一焊料层和所述第二焊料层相互接触的状态下，对所述半导体芯片和所述布线板执行热处理，由此熔化所述第一焊料层和所述第二焊料层以形成第三焊料层，其中，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：土屋秀昭，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP