本发明专利技术涉及半导体器件、通过垂直层叠半导体器件配置的半导体模块结构及其制造方法。一种半导体器件包括：有机基板1；通孔4，沿基板的厚度方向贯穿有机基板；内部和外部电极5a，5b，在有机基板1的前和后面上并与通孔4电连接；半导体元件，经接合层3安装在有机基板1的一主表面上，其元件电路表面面向上；绝缘材料层6，密封半导体元件及其周边；金属薄膜布线层7，在绝缘材料层中提供，其一部分在外表面上暴露；金属过孔10，在绝缘材料层中并与布线层7电连接；以及，外部电极9，在布线层7上形成，其中布线层7被构造为电连接在半导体元件2的元件电路表面上的电极、电极5a、金属过孔10以及在布线层上形成的外部电极9。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件通过层叠半导体器件配置的半导体模块结构及其制造方法。更具体地，本专利技术涉及面板级扇出封装结构(Panel scale fan-out packagestructure)，其中以面板级进行所述薄膜布线工艺和组装工艺，并且更具体地，本专利技术可以应用于具有其中多个封装被垂直层叠的结构的半导体层叠模块。
技术介绍
根据最近对功能更高和更轻、更薄以及更小的电子装备的要求，电子部件的高密度集成和更高密度装配被发展并且还发展了在前述电子装备中使用的比以前更进一步缩小尺寸的半导体器件。作为制造半导体器件(例如LSI单元或者IC模块)的方法，存在这样的方法，包括最初以预定的设置将在电学性能测试中被检测为无缺陷的多个半导体元件设置并附接在保持板上，其中元件电路表面面向下，之后整体树脂密封多个半导体元件(例如，通过在其上布置树脂片并且通过加热和加压使其成型)，随后剥离保持板，将树脂封装体切割并且处理成预定形状(例如，圆形)随后，在嵌入树脂密封体中的半导体元件的元件电路表面上形成绝缘材料层，在绝缘材料层中形成开口以便与半导体元件的电极衬垫对齐，之后，在绝缘材料层上形成布线层，在开口中形成导电部(过孔部)用于与半导体元件的电极衬垫连接，随后形成阻焊剂层，形成焊料球作为外电极端子，并且之后单独切割半导体元件以完成半导体器件(例如，参考日本专利申请公开No. 2003-197662)。然而，如上获得的传统半导体器件，一但整体树脂密封多个半导体元件，因为树脂的硬化和收缩，并且收缩量未必是所设计的，所以存在树脂固化后位置依赖于半导体元件的设置而从设计位置偏离的情况，并且，伴随半导体元件具有这样的位置偏离，在绝缘材料层的开口中形成的过孔部和半导体元件的电极衬垫之间形成位置偏离，并且存在连接可靠性下降的问题。在日本专利申请公开No. 2010-219489中描述了解决前述问题的半导体器件。在图14中示出了该半导体器件的基本结构。半导体器件30包括从硬化树脂体或金属配置的平板31，在其一个主表面上布置半导体元件32，其中元件电路表面面向上，并且与元件电路表面相对的面(背面)通过粘接剂33固定到平板31。另外，在平板31的整个主表面上形成一个绝缘材料层34以便覆盖半导体元件32的元件电路表面。在前述单个绝缘材料层34上形成由如铜的导电金属构成的布线层35，并且其一部分被引出到半导体元件32的周边区域。另外，在半导体元件32的元件电路表面上形成的绝缘材料层34中形成过孔部36用于电连接电极衬垫(未示出)和半导体元件32的布线层35。与布线层35共同并且集成地形成过孔部36。另外，在布线层35的预定位置上形成作为外电极的多个焊料球37。另外，在绝缘材料层34上和除与焊料球37接合的部分之外的布线层35上形成如阻焊剂层38的保护层。在日本专利申请No. 2010-219489中描述的半导体器件，在基于前述配置的半导体元件的电极和布线层之间具有高的连接可靠性，并且使得能够廉价且高成品率地制造与电极的小型化兼容的半导体器件产品。然而，在日本专利申请公开No. 2010-219489中描述的半导体器件，难以提供贯穿封装的前和后表面的过孔，并且因此，存在其中器件不能满足应用于三维结构的层叠模块(其中其它半导体封装或者电路板层叠在半导体封装上)的要求的问题，并且该问题最近几年发展迅速。如最近的趋势，要求缩小半导体封装尺寸和增加要安装的半导体元件数目。为了符合这些要求，提出并发展了以下方面；即，具有POP (层叠封装(Package-on-Package))结构的半导体器件，其中其它半导体封装或者电路板层叠在半导体封装上(日本专利申 请公开No. 2008-218505)和具有TSV (硅通孔)结构的半导体器件(日本专利申请公开No.2010-278334).现在基于图15解释常规POP结构半导体器件。POP (层叠封装)是一种封装模式，其中多个不同的LST被装配为为独立的封装，测试并且其后附加地层叠封装。通过在半导体封装41上层叠另一个半导体封装42配置半导体器件40。在下半导体封装41的基板43上装配半导体元件44，并且在半导体元件44的周边形成的电极衬垫(未示出)和在基板上的电极衬垫45通过线46电连接。半导体元件44的整个表面用封装构件47密封。另外，基于回流，半导体封装41和半导体封装42通过在半导体封装42的下表面上形成的外部连接端子48 (焊料球)互相电连接。POP是有利的，因为作为如上所述层叠多个封装的结果，可以在装配器件时增加装配面积，并且因此每个封装可以单独测试，可以减少成品率损失。然而，使用Ρ0Ρ，因为独立封装被独立的组装并且层叠完成的封装，难以基于半导体元件尺寸的减小(缩小)减少组装的成本，并且存在层叠模块的组装成本很昂贵的问题。现在参考图16解释常规TSV结构半导体器件。如在图16中所示，半导体器件50具有这样的结构，其中具有相同的功能和结构并且使用相同的制造掩模分别制造的多个半导体元件51和一个插入基板52通过树脂层53层叠。每个半导体元件51都是使用硅基板的半导体元件，并且通过贯穿硅基板的多个贯通电极(TSV :硅通孔)54与上和下邻接半导体元件电连接并且用封装树脂55密封。同时，插入基板52是由树脂构成的电路板并且在其背面上形成有多个外部连接端子(焊料球)56。常规TSV (硅通孔)层叠模块结构，因为向每个独立半导体元件提供通孔，半导体元件有被破坏的可能性，并且还需要增加几个复杂的并且昂贵的在通孔中形成过孔电极的晶片处理。因此，这导致整个垂直层叠模块的显著成本增加。另外，对于常规结构，难以层叠并安装不同尺寸的芯片，并且归因于如在存储器件中的在相同的芯片上层合所必需的“为每个层提供不同重布线层”，与普通的存储模块比较，制造成本显著增加，并且存在不可能基于大规模制造降低成本的问题。
技术实现思路
提供本专利技术，目的是解决前述问题并且本专利技术的一个目标是提供具有包括贯穿前和后面的电极的结构的半导体器件，其可以采取包括POP型结构的垂直层叠结构并且其中不同尺寸的LSI芯片可以容易地垂直层叠。作为获得前述目标的大量研究的结果，专利技术人通过发现可以通过下述配置获得前述目标而完成了本专利技术；使用有机基板作为用于安装半导体元件支撑，提供在厚度方向上贯穿有机基板的通孔，向有机基板的前和后面提供外部电极和内部电极并且与通孔电连接，并且通过在绝缘材料层中提供的金属薄膜布线层来电连接在半导体元件的元件电路表面上设置的电极、内部电极、在绝缘材料层中的金属过孔和在金属薄膜布线层上形成的外部电极。换句话说，本专利技术如下所述。(I) 一种半导体器件，包括有机基板； 通孔，在基板的厚度方向上贯穿所述有机基板；外部电极和内部电极，被提供到所述有机基板的前面和后面并且电连接到所述通孔；半导体元件，通过接合层安装在所述有机基板的一个主表面上，所述半导体元件的元件电路表面面向上；绝缘材料层，用于密封所述半导体元件及其周边；金属薄膜布线层，被提供在所述绝缘材料层中，所述金属薄膜布线层的一部分在外表面上暴露；金属过孔，被提供在所述绝缘材料层中并且电连接到所述金属薄膜布线层；以及，在所述金属薄膜布线层上形成的外部电极，其中所述金属薄膜布线层被构造为电连接设置在所述半本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：有机基板；通孔，在基板的厚度方向上贯穿所述有机基板；外部电极和内部电极，被提供到所述有机基板的前面和后面并且电连接到所述通孔；半导体元件，通过接合层安装在所述有机基板的一个主表面上，所述半导体元件的元件电路表面面向上；绝缘材料层，用于密封所述半导体元件及其周边；金属薄膜布线层，被提供在所述绝缘材料层中，所述金属薄膜布线层的一部分在外表面上暴露；金属过孔，被提供在所述绝缘材料层中并且电连接到所述金属薄膜布线层；以及，在所述金属薄膜布线层上形成的外部电极，其中所述金属薄膜布线层被构造为电连接设置在所述半导体元件的所述元件电路表面上的电极、所述内部电极、所述金属过孔以及在所述金属薄膜布线层上形成的所述外部电极。
【技术特征摘要】
2011.07.28 JP 165200/20111.一种半导体器件，包括 有机基板； 通孔，在基板的厚度方向上贯穿所述有机基板； 外部电极和内部电极，被提供到所述有机基板的前面和后面并且电连接到所述通孔；半导体元件，通过接合层安装在所述有机基板的一个主表面上，所述半导体元件的元件电路表面面向上； 绝缘材料层，用于密封所述半导体元件及其周边； 金属薄膜布线层，被提供在所述绝缘材料层中，所述金属薄膜布线层的一部分在外表面上暴露； 金属过孔，被提供在所述绝缘材料层中并且电连接到所述金属薄膜布线层；以及， 在所述金属薄膜布线层上形成的外部电极， 其中所述金属薄膜布线层被构造为电连接设置在所述半导体元件的所述元件电路表面上的电极、所述内部电极、所述金属过孔以及在所述金属薄膜布线层上形成的所述外部电极。2.根据权利要求I的半导体器件，其中由分别地不同绝缘材料构成的多种绝缘材料层形成所述绝缘材料层。3.根据权利要求I或2的半导体器件，其中以多个层的形式提供所述金属薄膜布线层和与其连接的所述金属过孔。4.根据权利要求I到3中的任一项的半导体器件，其中未电连接到所述绝缘材料层中的所述金属薄膜布线层的通孔被设置在所述有机基板的面向所述半导体元件的区域中。5.根据权利要求I到4中的任一项的半导体器件，其中在所述有机基板上提供多个半导体元件。6.一种模块结构，其中多个根据权利要求I到5中的任一项的所述半导体器件通过连接在所述半导体器件中的一个上的所述金...
【专利技术属性】
技术研发人员：山方修武，胜又章夫，井上广司，泽地茂典，板仓悟，山地泰弘，
申请(专利权)人：株式会社吉帝伟士，
类型：发明
国别省市：
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