使用电极气密密封的高可靠性半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有高可靠性的半导体装置，该装置不使用密封材料，而通过框架结构密封形成于基板上的电极以防止电极的劣化。本发明专利技术的框架结构密封形成于基板上的电极。框架结构内部为真空或者填充不与电极发生反应的气体，由此防止因氧气或水分而引起电极的劣化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高可靠性的半导体装置，其不使用密封材料而通过框架结构密封形成于基板上的电极，从而防止电极的劣化。
技术介绍
以往，在布线基板上安装半导体芯片来制作半导体装置时，使用在半导体芯片上的接合焊盘和布线基板上的引线间以金属细线连接而形成电连接的引线键合技术，但是近年来，为了应对针对电子设备的小型化和轻量化的要求以及半导体元件连接端子数的增大，就采用了倒装芯片安装技术，该技术在半导体芯片表面的电极上形成突起电极(以下称为突起(bump))，通过面朝下方式直接安装在布线基板上。在该倒装芯片安装技术中，使用焊料或Au等金属材料在半导体芯片上所形成的多个电极上形成突起，在将这些多个突起与布线基板上所形成的对应的多个电极配合定位后进行加热压接。为了提高半导体装置的可靠性，在半导体芯片和布线基板之间，供给底部填充胶(underfill)材料，该底部填充胶材料作为用于保护电极不受诸如氧气或水分的氧化等来自周围环境的不良影响的密封树脂而起作用，此外，作为防止在加热压接后的冷却时由半导体芯片与布线基板间的热膨胀率差而产生的热应力导致破坏突起的热应力缓冲材料而起作用。作为底部填充胶材料的供给方法，有如下方法在将形成了突起的半导体芯片加热压接于布线基板上后，将液态树脂填充于半导体芯片和布线基板之间的方法；以及在先将液态树脂或树脂薄膜供给基板之后，再将半导体芯片接合于布线基板上的方法。然而哪一种方法都需要供给底部填充胶材料的工序，因为还有底部填充胶材料的保管和使用期限的制约，所以存在作业效率低下和成本上升等问题。另外，从如何降低环境负荷的观点出发，从电子设备中的接合了安装基板等多个部件的制品中分解回收部件从而进行再利用正成为一个课题，对于使用底部填充胶材料的情况，在分解时，底部填充胶材料的去除是个困难。进而，伴随着半导体装置的薄型化，半导体芯片与布线基板间的间隔变小，随着形成于基板上的布线间的窄间距化的进展，在布线间充分地填充树脂就变得很困难。因此，需要研究出如下的装置不使用底部填充胶材料那样的树脂，就能够防止半导体芯片以及布线基板上电极的劣化，并缓冲半导体芯片与布线基板之间的热应力，从而确保半导体装置的可靠性。作为不使用底部填充胶材料而缓冲具有突起的半导体芯片与布线基板间的热应力的装置，例如专利第3116926号说明书(专利文献1)中公开了在形成于半导体芯片上的突起的周围下部设置低弹性层以缓冲热应力的结构。此外，也进行付与突起自身以弹性来缓冲热应力的研究。例如特开平11-214447号公报(专利文献2)和特开2001-156091号公报(专利文献3)中公开了通过在焊料突起内部形成空隙来缓冲热应力的结构。特开平11-233669号公报(专利文献4)中公开了形成对由聚酰亚胺或丙烯等感光树脂构成的芯体施加了镀镍的突起，并利用树脂的弹性来缓冲热应力的结构。特开2000-320148号公报(专利文献5)中公开了在焊料接合部使用U字型的弹性部件来缓冲产生于集成电路与安装基板间的热应力的结构。进而，在小于10μm间距的微细接合中，突起连接变得困难，此外，当接合部上存在不同种类的材料时，通过在接合时的扩散反应而导致接合部材质变化从而无法确保可靠性，因此产生出下述需要采用从接合部排除不同种类材料而使形成于半导体芯片上的电极与形成于布线基板上的电极直接接触的无突起结构。在接合相同材质的基板彼此时(例如，在接合Si芯片彼此时或者将Si芯片向Si内插板(interposer)基板安装时)，不需要考虑热应力的产生，但是，在接合不同材质的基板时(例如，在将Si芯片于向印刷布线基板的树脂基板安装时)，由于在无突起结构中通过两块基板双方的变形来缓冲接合部的应力，所以要使基板尽可能薄型化使基板自身具有弹性。现在，厚度50μm的薄型Si晶片大量生产，进而，厚度30μm以下的晶片正在开发中。然而，在上述现有技术中，虽然不使用底部填充胶材料也能够达成底部填充胶材料所具有的应力缓冲功能，但是却没有进行关于防止电极劣化的密封性能的研究。进而，在电子
，作为从关系到提高维修、再加工的成品率的短期观点出发的课题以及作为从关系到所谓的循环、再利用的循环经济社会中制造业的根本的长远观点出发的课题，可分离的安装技术的开发正日益受到重视，在现有的安装技术中，因为通过接合半导体芯片的电极与布线基板的电极来制作半导体装置，因此在从布线基板分离半导体芯片时电极破损从而难以对半导体芯片和布线基板进行再利用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种半导体装置，其是在布线基板上安装了半导体芯片的半导体装置，不使用密封树脂，具有高可靠性，进而目的在于提供一种在保持高可靠性的同时可以容易地分离半导体芯片和布线基板的半导体装置。本专利技术提供一种半导体装置，该装置包含形成有一个或多个电极的第1基板、形成有一个或多个电极的第2基板以及框架结构，形成于第1基板上的一个或多个电极的每个与形成于第2基板上的对应的一个或多个电极的每个电连接，框架结构包围形成于第1和第2基板上的电极，由此气密密封这些电极，经由框架结构接合第1基板和第2基板。在本专利技术中，在第1基板和第2基板的组合中，包含有Si基板-Si基板(半导体芯片彼此、半导体芯片和内插板)、Si基板-印刷布线基板(还包含柔性基板)、Si基板-化合物半导体基板(GaAs、InP等基板)、化合物半导体基板与印刷布线基板的组合等。在上述组合中，可以将任一基板作为第1基板。在本专利技术的半导体装置中，该框架结构内部为真空，或者在其内部封入氮气或惰性气体或它们的混和物中的任一种。由此保护形成于半导体芯片和布线基板上的电极使其不受氧气、水分等影响而劣化，防止电连接的破坏。本专利技术中所谓“真空”，是指低于大气压的压力状态。另外，作为“惰性气体”可列举出氩等稀有气体。本专利技术的半导体装置其特征为形成于第1基板上的一个或多个电极的每个与形成于第2基板上的对应的一个或多个电极的每个不被接合在一起，而是通过电极彼此的接触从而达成电连接。进而，本专利技术的半导体装置其特征为框架结构与第1基板和第2基板中至少一个基板可分离地接合着。在本专利技术的半导体装置中，因为形成于半导体芯片上的电极与形成于布线基板上的电极不被接合在一起，而是通过电极彼此的接触来达成电连接，因此，只要经由框架结构将半导体芯片与布线基板可分离地接合，就能够容易不破损地分解电极，有利于进行半导体装置的维修和再利用等。此外，如上所述，在本专利技术的半导体装置中，因为电极利用框架结构气密密封，因此，即使在半导体芯片的电极和布线基板的电极仅仅通过接触实现电连接的情况下，电极的接触部也不会由于氧气或水分而劣化，从而避免电连接破坏。接合框架结构的方法，依赖于框架结构和接合框架结构的基板的材质，但是如果能够可分离地接合框架结构，则使用任何接合方法都可以。例如，可以通过焊料材料来接合框架结构。这样，在从布线基板分离半导体芯片时电极不会破损，从而可以对上述布线基板和芯片进行再利用。在本专利技术的半导体装置中，能够对形成于第1基板和第2基板上的电极的表面进行净化处理。在本专利技术中，因为通过接触而达成电连接，所以为了降低接触电阻，去除接触表面上的氧化物和吸附的有机物等对接触表面进行净化是较有效的。在要净化的接触表面上，通过在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，　　　　包含：形成有一个或多个电极的第１基板、形成有一个或多个电极的第２基板以及框架结构，　　　　形成于第１基板上的一个或多个电极的每个电连接到形成于第２基板上的对应的一个或多个电极的每个上，　　　　框架结构包围形成于第１和第２基板上的电极，由此气密密封这些电极，　　　　第１基板和第２基板经由框架结构接合。

【技术特征摘要】
JP 2004-8-30 250443/041.一种半导体装置，其特征在于，包含形成有一个或多个电极的第1基板、形成有一个或多个电极的第2基板以及框架结构，形成于第1基板上的一个或多个电极的每个电连接到形成于第2基板上的对应的一个或多个电极的每个上，框架结构包围形成于第1和第2基板上的电极，由此气密密封这些电极，第1基板和第2基板经由框架结构接合。2.权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，框架结构内部为真空。3.权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，框架结构内部密封有氮气或惰性气体或者它们的混合物之任一种。4.权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，形成于第1基板上的一个或多个电极的每个与形成于第2基板上的对应的一个或多个电极的每个不被接合在一起，而是通...

【专利技术属性】
技术研发人员：须贺唯知，伊藤寿浩，
申请(专利权)人：夏普株式会社，须贺唯知，冲电气工业株式会社，三洋电机株式会社，索尼株式会社，株式会社东芝，日本电气株式会社，富士通株式会社，松下电器产业株式会社，株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]