本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法、叠层芯片安装结构及其形成方法，其中，所述半导体装置包括：半导体芯片，其具有半导体基板；焊盘电极，其形成于半导体基板上；基体金属层，其形成于所述焊盘电极上；以及焊料凸块电极，其形成于基体金属层上，其中，包括基体金属层的侧面的露出表面被焊料凸块电极所覆盖。即使当减小相邻的焊料凸块电极之间的间隔时，本发明专利技术仍可提高产量和接合的可靠性。
Semiconductor device and method for manufacturing the same, stacked chip mounting structure and forming method thereof
The invention provides a semiconductor device and a manufacturing method thereof, laminated chip mounting structure and its forming method, among them, the semiconductor device includes: a semiconductor chip having a semiconductor substrate; a pad electrode, which is formed on the semiconductor substrate; a base metal layer, which is formed on the pad electrode and solder bump; the block electrode is formed on the substrate, the metal layer, which comprises a base metal layer of the side of the exposed surface covered by solder bump electrode. The invention can increase yield and joint reliability even when the spacing between adjacent solder bump electrodes is reduced.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于制造电子装置的半导体装置及其制造方法、一种使用该半导体装置的叠层芯片(Chip-on-Chip)安装结构及其形成方法。
技术介绍
迄今为止，具有焊料凸块电极的半导体装置已被用作电子装置的关键部分，所述电子装置例如是如电视接收机的视频设备、音频设备、移动电话和个人计算机。图4A 40分别图示了用于将半导体芯片制造为半导体装置65的步骤。例如，在 "Introduction of CASIO solder BUMP technology (Smart & Fine Technology)，，中公幵了下述的这些制造步骤。首先，如图4A所示，用于将布线(未图示)从内电路引导至外端子的绝缘膜64形成于由Si等制成的半导体基板51上。同样，由铝制成的焊盘电极52在绝缘膜64上形成于预定位置。在此情况中，虽然将连接于半导体基板51的布线穿过绝缘膜64而导出至焊盘电极52，但此处省略了该导出结构的图示(等)。接下来，如图4B所示，在绝缘膜64上通过Ar等离子体蚀刻以形成表面保护膜53， 以便部分地覆盖焊盘电极52。接下来，如图4C所示，在保护膜53的整个表面上通过溅射以形成用于增强上层的覆盖特性的Ti层M。接下来，如图4D所示，在Ti层M的整个表面上通过溅射以形成在电镀阶段成为电极的Cu层55。接下来，如图4E所示，在Cu层55上通过涂敷以形成例如为正型的光致抗蚀剂56。接下来，如图4F所示，通过使用用于曝光的掩模63而使正性光致抗蚀剂56的预定位置(即在焊盘电极52上)曝光。同样，如图所示4G，将正性光致抗蚀剂56的曝光部分溶解并移除，以在正性光致抗蚀剂56中形成开口部，然后将残留物移除。接下来，如图4H所示，将Cu层55和正性光致抗蚀剂56分别作为电极和掩模，为开口部进行用于Ni层57的电镀。结果，将构成凸块下金属(UBM，Under Bump Metal)的Ni 电镀层57仅选择性地形成于焊盘电极52上。如下所述，Ni电镀层57具有作为焊料凸块电极的基体的阻挡作用。即，当焊料凸块电极直接形成于Cu层55上时，Cu层55被腐蚀， 于是在焊料凸块电极的电镀阶段中的电极特性变得恶化。然而，为防止这种情况，将M电镀层57用作阻挡层，从而可保护Cu层55免于腐蚀。接下来，如图41所示，以Cu层55作为电极，将Sn-Ag合金层58a (Sn对Ag的比率是97 幻电解地电镀在Ni电镀层57上。接下来，如图4J所示，将光致抗蚀剂56完全移除。接下来，如图4K所示，以Sn-Ag合金层58a作为蚀刻掩模对Cu层55进行湿式蚀刻，从而移除Cu层55的不需要的部分。在此情况中，虽然Cu层55被蚀刻，但未图示该状态。接下来，如图4L所示，随后以Sn-^Vg合金层58a作为掩模，通过湿式蚀刻将除了在 Sn-^Vg合金层58a下面的Ti层M的部分以外的Ti层M选择性地移除。结果，Ti层M (以及Cu层55)具有将邻近的焊料凸块电极彼此电隔离的图形。接下来，如图4M所示，将熔剂层59沉积以覆盖包括Sn-Ag合金层58a的整个表面。 熔剂层59用作还原剂，于是溶解并移除焊料凸块电极材料的表面氧化物膜。接下来，如图4N所示，进行回流处理以熔化Sn-Ag合金层58a，从而形成焊料凸块电极58。接下来，如图40所示，将熔剂层59移除，并且通过划刻得到期望的半导体装置 (半导体芯片)65。通过使用叠层芯片系统以无熔剂的方式安装如此得到的半导体装置65。图5A 5D分别图示用于安装半导体装置65的步骤。首先，如图5A所示，将各自具有焊盘电极和焊料凸块电极的上半导体装置(半导体芯片)65A和下半导体装置65B彼此如此对齐，即使得上半导体装置65A的焊料凸块电极 58和下半导体装置65B的焊料凸块电极58彼此面对，所述焊盘电极和焊料凸块电极在结构上与上述半导体装置65的焊盘电极和焊料凸块电极相同。接下来，如图5B所示，在施加热以及施加压力的情况下使得上半导体装置65A与下半导体装置65B接触。而且，在加热和熔化的状态下，使上半导体装置65A的焊料凸块电极58与下半导体装置65B的焊料凸块电极58接触。此时，上半导体装置65A和下半导体装置65B的各焊料凸块电极58的表面氧化物膜被剥离，从而可降低两个焊料凸块电极58 之间的接触电阻。接下来，如图5C所示，上半导体装置65A被进一步压向下半导体装置65B，由此，上半导体装置65A和下半导体装置65B的两个焊料凸块电极58在充分熔化的情况下在图中的横向上溢出。接下来，如图5D所示，调整上半导体装置65A和下半导体装置65B之间所界定的间隙并进行冷却，从而可形成使用叠层芯片系统的被减薄的安装结构66。如上所述，在无熔剂的条件下通过施加压力以形成使用叠层芯片系统的安装结构 66的情况下，与通过使用熔剂将两个焊料凸块电极熔化的情况相对比，在完成安装之后，不必要非常困难地注入清洗所必需的清洗液并且穿过由上半导体装置和下半导体装置之间所界定的狭窄空间以移除熔剂。如上所述，当形成使用叠层芯片系统的安装结构66时，使用各自在UBM层62的上表面上具有焊料凸块电极58的上半导体装置65A和下半导体装置65B，UBM层62由Ni层 57、Cu层55和Ti层M所构成。图6A是每个上半导体装置65A和下半导体装置65B的主体部分的放大的横截面图。而且，如图6B所示，当上半导体装置65A和下半导体装置65B 通过焊料凸块电极58以无熔剂的方式彼此结合时，根据焊料的体积的分散以及结合条件，焊料凸块电极58被过度挤压，以变得易于以横向溢出。此时，当使在每个上半导体装置65A和下半导体装置65B中的邻近的焊料凸块电极58彼此接近时，特别是期望安装结构的横向尺寸减小时，各自在横向溢出的相邻焊料凸块电极58会彼此接触。结果，由于相邻的焊料凸块电极58在接触阶段的压力，两个焊料凸块电极58之间的接触表面中的表面氧化物膜被剥离，故引起电短路，从而产生故障。此外，如果在如图5C所示的一个半导体装置中的相邻焊料凸块电极58之间没有发生上述短路，则当相邻的焊料凸块电极之间的间隔减小时，由填充于上半导体装置和下半导体装置之间所界定的空间中的环氧树脂所制成的底部填充材料(underfill material)(未图示)的横向厚度(包括间隔)易于变小，以对应于焊料凸块电极的溢出量。 结果，产生电迁移，这样Sn原子穿过在底部填充材料中的小孔隙而在相邻的焊料凸块电极之间移动，并且还会引起短路。
技术实现思路
为解决上述问题而作出本专利技术，因此，期望的是提供一种半导体装置及其制造方法，一种使用该半导体装置的叠层芯片安装结构及其形成方法，其中，当根据叠层芯片系统而安装半导体装置，且将相邻的焊料凸块电极设置为彼此在横向上靠近时，横向溢出的焊料凸块电极的量(凸出的量)减小，从而可以在避免短路的情况下提供高的产量以及高的可靠性。为达到上述期望，根据本专利技术的实施方式，提供了一种半导体装置，其包括半导体芯片，其具有半导体基板；焊盘电极，其形成于半导体基板上；基体金属层，其形成于焊盘电极上；以及焊料凸块电极，其形成于基体金属层上，其中，包括基体金属层的侧面的露出表面被焊料凸块电极所覆盖。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种叠层芯片安装结构，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体装置，其包括：半导体芯片，其具有半导体基板；焊盘电极，其形成于所述半导体基板上；基体金属层，其形成于所述焊盘电极上；以及焊料凸块电极，其形成于所述基体金属层上，其中，包括所述基体金属层的侧面的露出表面被所述焊料凸块电极所覆盖。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：尾崎裕司，浅见博，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP
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