[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置。

背景技术

当半导体芯片(半导体元件)面朝下的安装在基板上时，在基板和半导体芯片之间形成不需要的间隙。该间隙必须用称作底填料的绝缘材料填充。广泛用作底填料材料的为诸如环氧树脂等的热固性树脂(专利文件1)。

[专利文件1]：日本特开平11-233571号公报

发明内容

一般而言，基板和半导体芯片的线性膨胀系数并不相同。基板由含有有机树脂的材料制成，其线性膨胀系数大于半导体芯片的线性膨胀系数。当具有半导体芯片安装在基板上这样结构的半导体装置经受热累积(thermalhistory)时，它们之间的线性膨胀系数差异会引起基板的翘曲。在常规的半导体装置中，这样的翘曲有时会导致在例如半导体芯片、半导体芯片与凸块间的界面处、或凸块与基板间的界面处出现裂纹等损坏。

另外，近年来已经使用了具有装配层(buildup layer)的基板。这样的基板的常规模型包括在核心层上的装配层。随着向更高的半导体芯片时钟频率急速发展，半导体芯片的安装要求可以降低电感的基板。具有核心层和装配层的基板在核心层的通孔处具有很高的电感。提出的降低电感的方案是尽可能降低核心层的厚度，或使用仅具有装配层(没有核心层)的基板。

一般而言，核心层用于降低基板的线性膨胀系数。因此，减少核心层厚度或使用仅具有装配层的基板会通过热累积加速基板的翘曲。

本发明的一个目的是提供半导体装置，其可以避免半导体元件、半导体元件与凸块间的界面和凸块与基板间的界面出现损坏。

本发明提供一种半导体装置，其包括：

基板，

安装在基板上的半导体元件，

连接基板和半导体元件的凸块，和

填充凸块周围的底填料，

其中，凸块包括熔点为230℃或以上的高熔点焊料，

底填料包括弹性模量30MPa～3000MPa的树脂材料，

基板具有含树脂绝缘层与导电互联层交替层压的装配层，每个导电互联层通过绝缘层中的通孔内形成的导电层连接，且

在25℃～玻璃转化温度之间，装配层的绝缘层在基板面内方向的线性膨胀系数为35ppm/℃或以下。

根据具有这样的构造的本发明，底填料的弹性模量控制在30MPa～3000MPa以紧密地固定凸块的四周，并防止凸块中出现裂纹。由于在25℃～玻璃转化温度之间，装配层的绝缘层在基板面内方向的线性膨胀系数为35ppm/℃或以下，可以缓解装配层的翘曲，从而有效减少半导体元件的损坏、半导体元件与凸块之间界面处的损坏和凸块与基板之间界面处的损坏。

这里，底填料的弹性模量由125℃下测得的应力-应变曲线确定。

根据本发明，还提供了半导体装置，其包括：

基板；

安装在基板上的半导体元件，

连接基板和半导体元件的凸块，和

填充凸块周围的底填料，

其中，凸块包括无铅焊料，底填料包括弹性模量150MPa～800MPa的树脂材料，

基板具有含树脂绝缘层与导电互联层交替层压的装配层，这些导电互联层通过绝缘层中的通孔内形成的导电层连接，且

在25℃～玻璃转化温度之间，装配层的绝缘层在基板面内方向的线性膨胀系数为35ppm/℃或以下。

根据具有这样的构造的本发明，底填料的弹性模量控制在150MPa～800MPa，这样即便使用由韧性较低的无铅焊料组成的凸块，也能防止凸块中出现裂纹。由于在25℃～玻璃转化温度之间，装配层的绝缘层在基板面内方向的线性膨胀系数为35ppm/℃或以下，可以缓解装配层的翘曲，从而有效减少半导体元件的损坏、半导体元件与凸块之间界面处的损坏和凸块与基板之间界面处的损坏。

这里，底填料的弹性模量由125℃下测得的应力-应变曲线确定。

根据本发明的半导体装置，优选地，半导体元件包括硅基板、硅基板上设置的层间绝缘膜和层间绝缘膜中设置的引脚，所述层间绝缘膜包括相对介电常数为3.3或以下的低介电层。

本发明的半导体装置可以防止凸块中出现裂纹并防止半导体元件出现损坏。

因此，具有相对介电常数为3.3或以下的低介电层(low-k膜)的半导体元件还可以防止半导体元件的low-k膜出现损坏。

优选地，在25℃～玻璃转化温度之间，底填料与装配层的绝缘层的线性膨胀系数差为25ppm/℃或以下。

将在25℃～玻璃转化温度之间底填料与装配层的绝缘层的线性膨胀系数差控制在25ppm/℃或以下可抑制底填料与基板之间出现变形。