專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種有效地適用于金一焊接連接的焊料 改性工藝。
背景技術(shù)：
對于經(jīng)由焊料凸塊將裸芯片連接到安裝基板上的電子零件的安裝，有使用刮擦式清 潔器來機(jī)械性、物理性地除去形成在焊料凸塊表面上的氧化膜的技術(shù)(例如，參照專利 文獻(xiàn)1)。而且，對于具有經(jīng)成型樹脂密封的封裝的表面安裝型半導(dǎo)體裝置，有對封裝背面照 射激光以除去成型樹脂表面的蠟成分的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。 [專利文獻(xiàn)1]日本專利特開2002_203872號公報(bào) [專利文獻(xiàn)2]日本專利特開平11一68004號公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容當(dāng)裝配通過金一焊接連接而將半導(dǎo)體芯片倒裝焊接到配線基板上而成的半導(dǎo)體裝 置時(shí)，預(yù)先在搭載著半導(dǎo)體芯片的配線基板的電極上涂敷焊料。然而，因?yàn)樵诖撕噶系谋砻嫔闲纬芍趸ぜ坝袡C(jī)污染膜，所以會使焊料的潤濕性 (對形成在半導(dǎo)體芯片上的凸塊的潤濕性)降低，或使?jié)櫇裥援a(chǎn)生不均。因此，當(dāng)將半 導(dǎo)體芯片倒裝焊接到配線基板上時(shí)(金一焊接連接)，首先，預(yù)先對配線基板進(jìn)行烘烤， 接著，進(jìn)行Ar等離子體處理，但僅利用此Ar等離子體處理，無法除去焊料表面的有機(jī) 膜。因此，為了提高焊料的潤濕性(對焊料的表面進(jìn)行改性)，已設(shè)計(jì)出了各種方法。以下所示的1) 5)是本申請案發(fā)明人研究出的用以提高焊料潤濕性的方法及其問 題點(diǎn)。1)一種在配線基板的電極上的焊料預(yù)涂層上涂敷助焊劑來安裝半導(dǎo)體芯片的方法。 對于此方法而言，助焊劑中含有鹵物質(zhì)，可以通過此鹵物質(zhì)來除去形成在配線基板的焊料表面上的氧化膜及有機(jī)污染膜。此時(shí)，為了不會再次在配線基板的焊料的表面上形成 氧化膜及有機(jī)污染膜，在存留有鹵物質(zhì)的狀態(tài)下，將半導(dǎo)體芯片安裝到配線基板上。然 而，如果在將半導(dǎo)體芯片安裝到配線基板上后仍殘留有助焊劑，那么此助焊劑會腐蝕形 成在半導(dǎo)體芯片的主面上的鋁制焊點(diǎn)(表面電極)。因此，在利用助悍劑除去形成在配線基板的焊料的表面上的氧化膜及有機(jī)污染膜后，例如必須通過清洗來除去此助焊劑。然而，當(dāng)應(yīng)用倒裝焊接時(shí)，難以進(jìn)行所述清洗步驟。其理由在于，當(dāng)進(jìn)行金一焊接 連接時(shí)，形成在半導(dǎo)體芯片上的金凸塊與配線基板的電極的接合強(qiáng)度相對較低，因此， 有必要在半導(dǎo)體芯片與配線基板之間填充填底膠。此填底膠須在不降低安裝半導(dǎo)體芯片 時(shí)的溫度的狀態(tài)下填充。如果進(jìn)行清洗步驟，那么就必須在填充填底膠之前進(jìn)行清洗， 為了進(jìn)行清洗，必須將所述配線基板暫時(shí)從平臺(加熱器)卸下。然而，如果從平臺卸 下所述配線基板，那么會引起如下問題，即，因冷卻而產(chǎn)生的熱收縮應(yīng)力會破壞焊料的 連接部。因此，無法在倒裝焊接后實(shí)施助焊劑清洗，所以涂敷助焊劑的1)的方法是不 可行的。2) —種使用02等離子體來對焊料進(jìn)行清洗的方法。02等離子體可以有效地除去 有機(jī)物。然而，在配線基板上的作為絕緣膜的阻焊劑中含有鹵物質(zhì)，如果對配線基板照 射02等離子體，那么就會從阻焊劑釋放出大量的鹵離子。如果在配線基板的表層中殘 留有鹵離子的狀態(tài)下進(jìn)行樹脂制模，那么就會有如下問題，即，在耐濕性的偏誤檢驗(yàn)中， 卣離子產(chǎn)生不良影響，在各個(gè)部位發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。即，從產(chǎn)品(半導(dǎo)體裝置)的耐濕性 方面考慮，2)的方法是不可行的。3) —種使用Ar等離子體來對焊料進(jìn)行清洗的方法。Ar等離子體法是物理上使Ar 的原子撞擊物質(zhì)，從而機(jī)械地撞飛對象物的方法，但效果不明顯，并且有時(shí)會增加其他 的有機(jī)污染。而且，因?yàn)榕渚€基板的溫度會升高，所以存在從配線基板釋放出氣體而導(dǎo) 致再次污染等問題，由此，3)的方法是不可行的。4) 一種在涂敷助焊劑后進(jìn)行回流焊，然后，進(jìn)行清洗(醇類)方法。B卩，此方法 是在進(jìn)行金一焊接連接之前，預(yù)先進(jìn)行助焊劑清洗的方法，但問題在于通過清洗會再次 附著有機(jī)物，因此4)的方法也是不可行的。5) —種將4)的利用醇類來進(jìn)行清洗，替換成利用水類來進(jìn)行清洗的方法。問題在 于無法同時(shí)除去有機(jī)物與氧化膜，因此5)的方法也是不可行的。根據(jù)以上敘述，作為提高焊料潤濕性的方法，本申請案發(fā)明人研究出的所述1) 5) 的方法是不可行的。而且，在所述專利文獻(xiàn)l (円本專利特開2002 — 203872號公報(bào))中公開了通過刮擦式清潔器來機(jī)械性、物理性地除去形成在焊料凸塊表面上的氧化膜的技術(shù)，但問題在于， 在此情況下，因?yàn)閷噶贤箟K施加載荷，所以焊料凸塊容易破損。而且，在所述專利文獻(xiàn)2 (日本專利特開平11一68004號公報(bào))中公開了對封裝背 面照射激光以除去蠟成分(有機(jī)膜)的技術(shù)，此時(shí)，因?yàn)榧す獾恼丈鋵ο笫欠庋b(樹脂)， 所以可以利用高溫的一次性照射來除去有機(jī)膜，但當(dāng)照射對象為配線基板時(shí)，如果想要 利用高溫的一次性照射來除去有機(jī)膜，那么會引起基板表面的阻焊劑燃燒的問題。而且，當(dāng)照射對象為配線基板時(shí)，因?yàn)樵诤噶贤箟K的周圍配置著打線接合用的引線 (電極)等，所以如果僅照射高溫激光，那么也會產(chǎn)生打線接合用的引線燃燒的不良情 況。本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高通過金一焊接連接來進(jìn)行倒裝焊接時(shí)的焊料 潤濕性的技術(shù)。而且，本發(fā)明的其他目的在于提供一種可以在提高填底膠的滲透性的同時(shí)，提高倒 裝焊接用的焊料的潤濕性的技術(shù)。本發(fā)明的所述目的、其他目的和新穎特征，根據(jù)本說明書的記述和附圖而變得明確。 如要對本申請案所揭示的發(fā)明中的代表性發(fā)明的概要進(jìn)行簡單說明，那么如下所述。艮P，本發(fā)明包括下述步驟準(zhǔn)備在多個(gè)電極上涂敷了焊料的配線基板；通過使用了氫氣與干燥空氣的混合氣體的氫燃燒，對所述焊料進(jìn)行熱處理；將在多個(gè)表面電極上接合了金凸塊的半導(dǎo)體芯片配置到配線基板上，然后，對焊料進(jìn)行加熱，使此焊料熔融，連接金凸塊與焊料以進(jìn)行倒裝焊接；在半導(dǎo)體芯片與配線基板之間填充填底膠。而且，本發(fā)明包括下述步驟將在多個(gè)電極上涂敷了焊料的配線基板配置在所需的 環(huán)境內(nèi)，在所述環(huán)境內(nèi)形成第一 Ar等離子體以除去配線基板主面的污物；在所述除去 污物的步驟后，通過使用了氫氣與干燥空氣的混合氣體的氫燃燒，對配線基板的多個(gè)電 極上的焊料進(jìn)行熱處理。并且，本發(fā)明包括下述步驟將在多個(gè)表面電極上接合了金凸 塊的第一半導(dǎo)體芯片配置到配線基板的主面上，然后，對焊料進(jìn)行加熱，使此焊料熔融，連接金凸塊與焊料，對第一半導(dǎo)體芯片進(jìn)行倒裝焊接；在第一半導(dǎo)體芯片與配線基板之 間填充填底膠；使第二半導(dǎo)體芯片的主面朝向上方，將此第二半導(dǎo)體芯片搭載到第一半 導(dǎo)體芯片上。此外，本發(fā)明還包括下述步驟將配線基板配置在所需的環(huán)境內(nèi)，在所述 環(huán)境內(nèi)形成第二 Ar等離子體，以除去配線基板主面的多個(gè)接合引線的污物；在所述除 去污物的步驟后，通過導(dǎo)電性的導(dǎo)線，分別電連接第二半導(dǎo)體芯片主面的多個(gè)表面電極、 與配線基板主面的多個(gè)接合引線。如果對由本申請案所揭示的發(fā)明中的代表性發(fā)明所獲得的效果進(jìn)行簡單說明，那么 如下所述。通過使用了氫氣與干燥空氣的混合氣體的氫燃燒，對配線基板的多個(gè)電極上的焊料 進(jìn)行熱處理，然后，利用金—焊接連接來進(jìn)行倒裝焊接，由此，除去附著在焊料表面的 有機(jī)物以提高焊料的潤濕性，從而可實(shí)現(xiàn)良好的金一焊接連接。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)示例的工藝流程圖。 圖2是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中所使用的配線基板的構(gòu)造的一個(gè)示 例的平面圖。圖3是表示沿著圖2所示的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。 圖4是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的氫燃燒時(shí)的遮罩配置狀態(tài)的構(gòu)造 的一個(gè)示例的平面圖。圖5是沿著圖4所示的A — A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。圖6是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的氫燃燒狀態(tài)的一個(gè)示例的概念圖。圖7是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的倒裝焊接時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的 平面圖。圖8是沿著圖7所示的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。圖9是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的氫燃燒和倒裝焊接后的倒裝焊接部的構(gòu)造的一個(gè)示例的示意放大截面圖。圖IO是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的填底膠填充時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的平面圖。圖ll是表示沿著圖10的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。 圖12是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的第二層芯片接合時(shí)的構(gòu)造的一 個(gè)示例的平面圖。圖13是表示沿著圖12的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。 圖14是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的打線接合時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例 的平面圖。圖15是表示沿著圖14的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。圖16是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的樹脂密封后的構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。圖17是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的球焊后的構(gòu)造的一個(gè)示例的截 面圖。[符號的說明]1第一半導(dǎo)體芯片la主面lb背面lc焊點(diǎn)(表面電極)2第二半導(dǎo)體芯片2a主面2b背面2c焊點(diǎn)(表面電極)3封裝基板(配線基板)3a主面3b背面3c倒裝焊接用端子3d打線連接用端子(接合引線3e阻焊劑4導(dǎo)線5金凸塊6焊料6aAuSii2的合金層7半導(dǎo)體封裝(半導(dǎo)體裝置)8焊球9填底膠10樹脂體11薄膜狀粘結(jié)材料12遮罩12a開口部13噴燈14火焰15 熱環(huán)境16 負(fù)荷具體實(shí)施方式
在以下的實(shí)施方式中，除了有特別需要，否則原則上不對相同或同樣的部分進(jìn)行重 復(fù)說明。而且，在以下的實(shí)施方式中，當(dāng)為了方便起見且有必要時(shí)，分割成多個(gè)部分或多個(gè) 實(shí)施方式進(jìn)行說明，但除了特別指明的情況以外，這些部分或?qū)嵤┓绞讲⒎腔o關(guān)系， 而是具有一個(gè)部分或?qū)嵤┓绞绞橇硪粋€(gè)部分或?qū)嵤┓绞降囊徊糠只蛉康淖冃卫?、?述、補(bǔ)充說明等的關(guān)系。并且，在以下的實(shí)施方式中，當(dāng)涉及要素的數(shù)等(包括個(gè)數(shù)、數(shù)值、量、范圍等) 時(shí)，除了特別指明的情況和理論上明確限定于規(guī)定數(shù)的情況等以外，不限定于此規(guī)定數(shù)， 可以是規(guī)定數(shù)以上，也可以是規(guī)定數(shù)以下。以下，根據(jù)附圖，詳細(xì)地對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。再者，在用以對實(shí)施方式 進(jìn)行說明的所有附圖中，對具有相同功能的部件標(biāo)記相同符號，并省略此部分的重復(fù)說 明。而且，為了使附圖便于理解，有時(shí)也對立體圖或平面圖附上影線。 (實(shí)施方式)圖l是表示本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)示例的工藝流程圖，圖 2是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中所使用的配線基板的構(gòu)造的一個(gè)示例的平 面圖，圖3是表示沿著圖2所示的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖，圖4 是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的氫燃燒時(shí)的遮罩配置狀態(tài)的構(gòu)造的一個(gè)示 例的平面圖，圖5是沿著圖4所示的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。此 外，圖6是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的氫燃燒狀態(tài)的一個(gè)示例的概念圖， 圖7是表示圖l所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的倒裝焊接時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的平面 圖，圖8是沿著圖7所示的A—A線截?cái)嗨玫臉?gòu)造的一個(gè)示例的截面圖，圖9是表示 圖1所不的半導(dǎo)體裝置的制迨力法屮的氫燃燒和倒裝焊接后的倒裝焊接部的構(gòu)造的一個(gè) 示例的示意放大截面圖。并且，圖IO是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的填 底膠填充時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的平面圖，圖ll是表示沿著圖10的A—A線截?cái)嗨玫?構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖，圖12是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的第二層 芯片接合時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的平面圖，圖13是表示沿著圖12的A—A線截?cái)嗨玫?構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。此外，圖14是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的打線接合時(shí)的構(gòu)造的一個(gè)示例的平面圖，圖15是表示沿著圖14的A—A線截?cái)嗨玫?構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖，圖16是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的樹脂密 封后的構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖，圖17是表示圖1所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的 球焊后的構(gòu)造的一個(gè)示例的截面圖。本實(shí)施方式用于說明半導(dǎo)體裝置的裝配，此半導(dǎo)體裝置是通過連接形成在半導(dǎo)體芯 片上的金凸塊與形成在配線基板的電極(接合引線)上的焊料(金一焊接連接)，將半 導(dǎo)體芯片倒裝焊接到配線基板上而成的，在本實(shí)施方式中，列舉裝入了多個(gè)半導(dǎo)體芯片 的被稱作SIP (System In Package,系統(tǒng)級封裝)的半導(dǎo)體封裝7，作為所述半導(dǎo)體裝置 的一個(gè)示例進(jìn)行說明。在所述SIP (半導(dǎo)體封裝7)中裝入了存儲器芯片與微電腦芯片，此存儲器芯片具 有存儲電路，此微電腦芯片對所述存儲器芯片進(jìn)行控制，并與半導(dǎo)體封裝7的外部交換 信號，在本實(shí)施方式中，列舉如圖17所示的裝入了一個(gè)微電腦芯片(第一半導(dǎo)體芯片1) 與一個(gè)存儲器芯片(第二半導(dǎo)體芯片2)的半導(dǎo)體封裝7作為一個(gè)示例，但所裝入的半 導(dǎo)體芯片的數(shù)量只要是兩個(gè)以上即可。而且，當(dāng)半導(dǎo)體封裝7并非SIP時(shí)，所裝入的半 導(dǎo)體芯片的數(shù)量也可以是一個(gè)。艮卩，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝7只要至少具有一個(gè)通過金一焊接連接而倒裝焊接到 配線基板上的半導(dǎo)體芯片即可，在圖17所示的半導(dǎo)體封裝7 (SIP)中，通過金一焊接 連接來將第一層的半導(dǎo)體芯片、即第一半導(dǎo)體芯片(微電腦芯片)1倒裝焊接到配線基 板上，然后，將第二層的第二半導(dǎo)體芯片(存儲器芯片)2積層在第一半導(dǎo)體芯片1上。 再者，第二半導(dǎo)體芯片2打線連接在配線基板上。接著，對半導(dǎo)體封裝7的詳細(xì)構(gòu)造進(jìn)行說明，此半導(dǎo)體封裝7包括搭載半導(dǎo)體芯 片的封裝基板(配線基板)3、通過金一焊接連接而倒裝焊接到封裝基板3上的作為微 電腦芯片的第一半導(dǎo)體芯片1、積層在第一半導(dǎo)體芯片1上的作為存儲器芯片的第二半 導(dǎo)體芯片2、多條導(dǎo)線4、由密封樹脂形成的樹脂體10、和多個(gè)作為外部端子的焊球8。封裝基板(配線基板)3具有作為芯片搭載面的主面3a與位于主面3a相反側(cè)的背面3b，在主面3a上形成著用于倒裝焊接的多個(gè)倒裝焊接用端子(接合引線)3c、和與導(dǎo)線4連接的多個(gè)打線連接用端子(接合引線)3d。多個(gè)倒裝焊接用端子3c和打線連接用端子3d從形成在主面3a上的作為絕緣膜的阻焊劑3e露出。多個(gè)倒裝焊接用端子3c以能夠與第一半導(dǎo)體芯片1倒裝焊接的方式，以與第一半導(dǎo)體芯片1的主面la的多個(gè)焊點(diǎn)(電極)lc相同的排列而形成。此外，以能夠通過導(dǎo)線4與第一半導(dǎo)體芯片1上的第二半導(dǎo)體芯片2連接的方式，沿著第一半導(dǎo)體芯片1的芯片搭載區(qū)域的外側(cè)，即沿著封裝基板3的主面3a的緣部形成著多個(gè)打線連接用端子(接合引線)3d。而且，第一半導(dǎo)體芯片l和第二半導(dǎo)體芯片2分別具有主面la、 2a和背面lb、 2b， 在各主面la、 2a上形成著多個(gè)作為電極的焊點(diǎn)lc、 2c。再者，第一半導(dǎo)體芯片1通過金一焊接連接而倒裝焊接在配線基板上。g卩，在第一 半導(dǎo)體芯片1的主面la與封裝基板3的主面3a相向的狀態(tài)下，通過金凸塊5和焊料6 來倒裝焊接第一半導(dǎo)體芯片1的焊點(diǎn)lc與封裝基板3的倒裝焊接用端子3c。而且，在第一半導(dǎo)體芯片1的倒裝焊接部或第一半導(dǎo)體芯片1與封裝基板3之間、 和芯片側(cè)面填充著填底膠9，保護(hù)第一半導(dǎo)體芯片1或所述倒裝焊接部。另一方面，第二半導(dǎo)體芯片2經(jīng)由薄膜狀粘結(jié)材料II等，粘著在朝向上方的第一 半導(dǎo)體芯片1的背面lb上。此時(shí)，因?yàn)榈诙雽?dǎo)體芯片2與封裝基板3打線連接，所 以朝向上方地粘著在此第二半導(dǎo)體芯片2的主面2a上。即，經(jīng)由薄膜狀粘結(jié)材料ll等 來連接第二半導(dǎo)體芯片2的背面2b與第一半導(dǎo)體芯片1的背面lb。而且，第二半導(dǎo)體芯片2的主面2a的焊點(diǎn)2c通過金線等導(dǎo)線4，與封裝基板3的 主面3a的打線連接用端子3d電連接。而且，第一半導(dǎo)體芯片1、第二半導(dǎo)體芯片2和多個(gè)導(dǎo)線4等被樹脂體10覆蓋、密 封，此樹脂體IO通過密封樹脂而形成在封裝基板3的主面3a上。所述密封樹脂例如為 熱固性環(huán)氧樹脂。而且，在封裝基板3的背面3b設(shè)置著作為半導(dǎo)體封裝7的外部端子的多個(gè)焊球8， 第一半導(dǎo)體芯片i和第二半導(dǎo)體芯片2通過封裝基板3的倒裝焊接用端子3c和打線連 接用端子3d，與對應(yīng)的焊球8電連接。接著，根據(jù)圖1所示的制造工藝流程，對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行 說明。首先，如圖1的步驟Sl所示，準(zhǔn)備基板。此時(shí)，如圖2和圖3所示，準(zhǔn)備封裝基 板(配線基板)3，在此封裝基板3的主面3a上形成著多個(gè)電極(倒裝焊接用端子3c 或打線連接用端子3d等)，且在多個(gè)倒裝焊接用端子3c上分別涂敷著焊料6。然后，如步驟S2所示，對基板進(jìn)行烘烤。此處，對基板進(jìn)行烘烤的理由之一在于， 即使在裝配半導(dǎo)體裝置之前， 一直將封裝基板3存放在濕氣少的環(huán)境中，如果長時(shí)間存 放，有時(shí)所述封裝基板3仍會吸濕。因此，通過此步驟S2所示的基板烘烤處理來除去 已完全滲入到封裝基板3內(nèi)的水分。之后，進(jìn)行步驟S3所示的第一 Ar (氬)等離子體處理。B卩，將封裝基板3配置在所需的環(huán)境內(nèi)，在所述環(huán)境內(nèi)形成第一Ar等離子體并搭載封裝基板3的主面3a，特別是搭載第一半導(dǎo)體芯片l，除去填充填底膠9的區(qū)域內(nèi)的污物。由此，在之后由填底膠 9密封的區(qū)域內(nèi)不易混入異物，因此，可以提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。然而，僅利用第 一 Ar (氬)等離子體處理，是無法完全除去形成在所述焊料6表面上的氧化膜及有機(jī)污 染膜的。因此，本實(shí)施方式中，在實(shí)施了第一 Ar (氬)等離子體處理后，進(jìn)行圖1的步驟 S4所示的氫燃燒(燃燒、熱處理)步驟。此處，對先進(jìn)行步驟S3所示的第一Ar等離子體處理步驟、還是先進(jìn)行步驟S4所 示的氫燃燒(燃燒、熱處理)步驟進(jìn)行說明。首先，如果僅僅為了提高焊料6的潤濕性，那么可以先進(jìn)行氫燃燒，但當(dāng)全面地考 慮半導(dǎo)體封裝7的裝配時(shí)，為了提高樹脂(填底膠9)的滲透性，Ar等離子體處理也尤 為重要。因此，本申請案的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果在Ar等離子體處理之前先進(jìn)行氫燃燒，那么 經(jīng)氫燃燒而暫時(shí)變干凈的焊料6，會受到之后的Ar等離子體處理的污染，導(dǎo)致其潤濕性 變差。即，在Ar等離子體處理中，因?yàn)楦鞣N物質(zhì)飛散，所以這些物質(zhì)會附著在焊料6 上，導(dǎo)致焊料6的潤濕性變差。因此，如圖l的流程所示，優(yōu)選在步驟S3中進(jìn)行第一 Ar等離子體處理，然后，在 步驟S4中進(jìn)行氫燃燒。然而，如果在Ar等離子體處理之后進(jìn)行氫燃燒，那么進(jìn)行過Ar等離子體處理的部 位的效果減弱，因此，對于無須進(jìn)行氫燃燒的部位，如下所述，須在封裝基板3上配置 遮罩12 (參照圖4和圖5)而進(jìn)行氫燃燒。由此，即使在Ar等離子體處理之后進(jìn)行氫燃燒，也可以防止進(jìn)行過Ar等離子體處 理的部位的效果減弱。而且，如果對配線基板的電極以外的地方(絕緣膜)實(shí)施氫燃燒，那么會燒到配線 基板的表面，且有可能從絕緣膜釋放出氣體。然而，如本實(shí)施方式所述，隔著遮罩12進(jìn)行氫燃燒，由此可以僅燃燒悍料6。根據(jù)所述理由，優(yōu)選在進(jìn)行氫燃燒之前進(jìn)行Ar等離子體處理。再者，當(dāng)進(jìn)行步驟S3的第一Ar等離子體處理時(shí)，與下述步驟S8的第二Ar等離子 體處理相比較，優(yōu)選使用以形成第一 Ar等離子體的輸出功率小于用以形成第二 Ar等離 子體的輸出功率。而且，優(yōu)選使步驟S3的施加第一 Ar等離子體的時(shí)間，短于步驟S8的施加第二Ar等離子體的時(shí)間。例如，在步驟S3的第一Ar等離子體處理中，優(yōu)選以300 w的輸出功率施加Ar等 離子體3秒左右。另一方面，在步驟S8的第二 Ar等離子體處理中，優(yōu)選以500 w的輸出功率施加 Ar等離子體20秒左右。為了提高步驟S8的第二 Ar等離子體處理步驟后的步驟S9的 打線接合步驟中的導(dǎo)線4與封裝基板3的打線連接用端子3d的連接性，第二 Ar等離子 體處理用于對打線連接用端子3d進(jìn)行清洗，但隨著裝配步驟的進(jìn)行，封裝基板3的污 物量也增大，因此，以比較大的能量進(jìn)行第二 Ar等離子體處理。相對于此，在步驟S3的第一 Ar等離子體處理步驟中，只要裝配尚未進(jìn)行到步驟 S8的第二 Ar等離子體處理，那么封裝基板3的污物也較少。因此，如果以較大的能量 進(jìn)行第一 Ar等離子體處理，那么會產(chǎn)生封裝基板3無端受到污染的問題。因此，在步 驟S3的第一 Ar等離子體處理中，優(yōu)選施加如下能量來進(jìn)行Ar等離子體處理，此能量 是指在使封裝基板3清洗到可以提高填底膠9 (樹脂)的滲透性的程度的范圍內(nèi)的最小 能量。之后，進(jìn)行步驟S4的氫燃燒(燃燒、熱處理)。即，在步驟S3的第一 Ar等離子體 處理之后，通過使用了氫氣與干燥空氣的混合氣體(合成氣體)的氫燃燒，對封裝基板 3的多個(gè)倒裝焊接用端子3c上的焊料6進(jìn)行熱處理，以提高焊料6的潤濕性。此時(shí)，氫 氣與干燥空氣的混合比率例如為氫氣干燥空氣=1: 2。再者，進(jìn)行氫燃燒時(shí)，通過使各倒裝焊接用端子3c上的焊料6與燃燒氫氣與干燥 空氣的混合氣體所產(chǎn)生的火焰14接觸，主要燒盡并除去附著在焊料6上的碳等有機(jī)物， 由此提高焊料6的潤濕性。而且，對于本實(shí)施方式的氫燃燒而言，如圖6所示，當(dāng)進(jìn)行氫燃燒時(shí)，在形成氫燃 燒用的火焰14的噴燈13與封裝基板3之間隔著遮罩12而進(jìn)行氫燃燒。即，在噴燈13 與封裝基板3之間隔著遮罩12，由此，不對無須實(shí)施氫燃燒的部位進(jìn)行氫燃燒，而僅對 需要實(shí)施氫燃燒的部位實(shí)施氫燃燒。此時(shí)，如圖4和圖5所示，準(zhǔn)備遮罩12,并在將此遮罩12配置在封裝基板3上的 狀態(tài)下進(jìn)行氫燃燒，所述遮罩12的開口部12a形成為與封裝基板3的倒裝焊接用端子 3c的排列相對應(yīng)的形狀。由此，當(dāng)進(jìn)行氫燃燒時(shí)，從噴燈13噴出的火焰14可以僅對暫時(shí)固定在倒裝焊接用端子3c上的焊料6進(jìn)行加熱，對焊料6進(jìn)行熱處理，由此可以提高焊料6的潤濕性。此時(shí)，遮罩12的開口部12a形成為與封裝基板3的倒裝焊接用端子3c的排列相對應(yīng)的形狀，此開口部12a以外的區(qū)域被遮罩12覆蓋，因此，可以防止對在步驟S3的第一Ar等離子體處理步驟中利用Ar等離子體清洗過的基板表面實(shí)施氫燃燒。因此，可以防 止步驟S3的第一 Ar等離子體處理的效果因進(jìn)行氫燃燒而減小。而且，遮罩12的開口部12a形成為與封裝基板3的倒裝焊接用端子3c的排列相對 應(yīng)的形狀，此開口部12a以外的區(qū)域被遮罩12覆蓋，因此，可以防止因氫燃燒而燒焦 基板表面(主面3a)、或燒焦并損壞安裝在基板表面上的電子零件等現(xiàn)象。艮口，本實(shí)施方式的氫燃燒的對象僅為封裝基板3上的用于倒裝焊接的焊料6，在除 此以外的無須加熱的部位(基板或安裝在基板上的電子零件、以及在第一 Ar等離子體 處理中經(jīng)清洗的部位或打線連接用端子3d等)上配置遮罩12，以不對此部位加熱，而 僅對焊料6進(jìn)行加熱。而且，在本實(shí)施方式中，當(dāng)進(jìn)行氫燃燒時(shí)，使形成氫燃燒用的火焰14的噴燈13在 封裝基板3上來回移動多次，逐漸地對封裝基板3的焊料6進(jìn)行加熱。此時(shí)，作為氫燃 燒的受控條件，優(yōu)選以使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160 17(TC的方式進(jìn)行氫燃燒。例如，將基板與噴燈之間的距離設(shè)為7 16 mm，在將噴燈13的火焰14照射到焊 料6的狀態(tài)下，使噴燈13在封裝基板3上來回移動3 10次，優(yōu)選來回移動5次，由 此使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160 170°C。其中，基板與噴燈之間的距離及噴燈13 的來回移動次數(shù)等照射條件是一個(gè)示例， 一貫是在使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160 17(TC的同時(shí)，在照射條件下進(jìn)行氫燃燒。這樣，以使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160 17(TC的方式進(jìn)行氫燃燒，由此可以提 高焊料6的潤濕性，并且使噴燈13在封裝基板3上來回移動多次，逐漸地對焊料6進(jìn) 行加熱，由此，可以在下述倒裝焊接后的金凸塊5與焊料6的界面上形成堅(jiān)固的合金層。氫燃燒結(jié)束后，進(jìn)行圖1的步驟S5所示的倒裝焊接。此處，如圖7和圖8所示， 將第一半導(dǎo)體芯片1配置到封裝基板3的主面3a上，然后，對焊料6進(jìn)行加熱，使此 悍料6熔融，連接金凸塊5與焊料6，將第一半導(dǎo)體芯片l倒裝焊接到封裝基板3上， 其中所述第一半導(dǎo)體芯片1具有多個(gè)焊點(diǎn)(表面電極)lc，且在多個(gè)焊點(diǎn)lc上接合著 金凸塊5。此時(shí)，如圖8所示，例如，在150 200。C的熱環(huán)境15中， 一邊從芯片側(cè)施 加負(fù)荷16， 一邊進(jìn)行倒裝焊接。此時(shí)，用于將負(fù)荷16施加到第一半導(dǎo)體芯片1上的夾 具(未圖示)本身也具有加熱機(jī)構(gòu)，并直接地使第一半導(dǎo)體芯片1的溫度上升。由此， 熱量容易傳遞到金凸塊5與焊料6的接合部，從而可以提高接合可靠性。此處，在對第 一半導(dǎo)體芯片1進(jìn)行加熱的同時(shí)施加負(fù)荷16的夾具的加熱溫度，例如為200°C。再者，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選在對金凸塊5與焊料6進(jìn)行倒裝焊接后，如圖9所示，在金凸塊5與焊料6的界面上形成著合金層，此合金層的熔點(diǎn)高于封裝安裝時(shí)的回流焊溫度。因?yàn)榉庋b安裝時(shí)的回流焊溫度(MAX)為260'C，所以在本實(shí)施方式中，例如優(yōu) 選形成AuSn2的合金層6a。所述AuSn2的合金層6a例如是熔點(diǎn)超過260'C的AuSn合金 層，其熔點(diǎn)為309'C。在本實(shí)施方式中，為了形成例如在半導(dǎo)體封裝裝配后的回流焊時(shí) (安裝時(shí))不會在金凸塊5與焊料6的界面上形成裂縫的堅(jiān)固的合金層，在進(jìn)行氫燃燒 時(shí)，使噴燈13來回移動多次，逐漸地對焊料6進(jìn)行加熱。其結(jié)果，通過氫燃燒后的倒裝焊接，可以在金凸塊5與焊料6的界面上形成熔點(diǎn)超 過26(TC的AuSn合金層，即形成AuSn2。此時(shí)，使AuSn2的合金層6a的合金寬度(L) 例如為L = 22|Lmi (MIN)，由此，可以使所述合金寬度穩(wěn)定。這樣，以在氫燃燒中，使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160 17(TC的方式，使噴燈 13來回移動多次逐漸地對焊料6進(jìn)行加熱，然后，通過倒裝焊接，在金凸塊5與焊料6 的界面上形成合金寬度為22 nm (MIN)的AuSri2的合金層6a，由此，可以提高焊料6 的潤濕性，并且可以實(shí)現(xiàn)提高了耐回流焊性和連接可靠性的金一焊接連接。在倒裝焊接后，如圖1的步驟S6所示，填充填底膠。此處，如圖10和圖11所示， 在第一半導(dǎo)體芯片1與封裝基板3之間、和第一半導(dǎo)體芯片1的周圍填充填底膠9 (樹 脂)。此時(shí)，在連接金凸塊5與焊料6時(shí)的溫度環(huán)境中填充填底膠。艮P，在裝配本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置時(shí)，在加熱的狀態(tài)下進(jìn)行倒裝焊接，然后，維 持所述加熱狀態(tài)，并立即填充填底膠9。即，在與倒裝焊接時(shí)相同的熱環(huán)境15中填充填 底膠9。由此，在倒裝焊接后，可以不從平臺(加熱器)卸下搭載著第一半導(dǎo)體芯片1的配 線基板3而填充填底膠(樹脂)9，因此，可以抑制因熱收縮應(yīng)力而破壞金一焊料的連 接部的問題。填底膠填充后，進(jìn)行步驟S7所示的第二層芯片接合。此處，如圖12和圖13所示， 使第二半導(dǎo)體芯片2的主面2a朝向上方，將此第二半導(dǎo)體芯片2搭載到第一半導(dǎo)體芯 片l。即，經(jīng)由薄膜狀粘結(jié)材料ll，將第二半導(dǎo)體芯片2接合到第一半導(dǎo)體芯片1的背 面lb上。此時(shí)，第二半導(dǎo)體芯片2與封裝基板3打線連接，因此，使形成了作為表面 電極的焊點(diǎn)2c的主面2a朝向上方，經(jīng)由薄膜狀粘結(jié)材料ll，將背面2b連接到第一半 導(dǎo)體芯片1的背面lb上。然后，進(jìn)行步驟S8所示的第二 Ar等離子體處理。B卩，將封裝基板3配置到預(yù)期的環(huán)境內(nèi)，在此環(huán)境內(nèi)形成第二 Ar等離子體以進(jìn)行第二 Ar等離子體處理。此時(shí)，以比步驟S3的第一 Ar等離子體處理時(shí)的處理?xiàng)l件更高的能量來進(jìn)行第二 Ar等離子體處理。例如，在步驟S3的第一Ar等離子體處理中，以300 w的輸出輸出功率施加Ar等離子體3秒左右，而在步驟S8的第二 Ar等離子體處理中，優(yōu)選以500 w的輸出功率施 加Ar等離子體20秒左右。為了提高步驟S8的第二 Ar等離子體處理步驟后的步驟S9 的打線接合步驟中的導(dǎo)線4與封裝基板3的打線連接用端子3d的連接性，第二 Ar等離 子體處理對打線連接用端子3d進(jìn)行清洗，因此，以比第一 Ar等離子體處理時(shí)的處理?xiàng)l 件更高的能量來進(jìn)行Ar等離子體處理。因此，通過第二 Ar等離子體處理，可以除去封裝基板3的主面3a的多個(gè)打線連接 用端子(接合引線)3d表面的污物。然后，在步驟S9中進(jìn)行打線接合。即，如圖14和圖15所示，通過導(dǎo)電性的導(dǎo)線4， 分別電連接第二半導(dǎo)體芯片2的主面2a的多個(gè)焊點(diǎn)2c、與封裝基板3的主面3a的多個(gè) 打線連接用端子3d。此時(shí)，因?yàn)橥ㄟ^步驟S8的第二 Ar等離子體處理來對封裝基板3的接合引線進(jìn)行清 洗，即對打線連接用端子3d進(jìn)行清洗，所以可以提高導(dǎo)線4與打線連接用端子3d的連接性。然后，進(jìn)行步驟S10所示的樹脂密封。即，如圖16所示，通過樹脂制模等來進(jìn)行 樹脂密封，并在封裝基板3的主面3a上形成樹脂體10，利用此樹脂體IO來密封第一半 導(dǎo)體芯片l、第二半導(dǎo)體芯片2和多個(gè)導(dǎo)線4等。之后，進(jìn)行步驟Sll所示的球焊。此時(shí)，如圖17所示，將多個(gè)作為外部端子的焊 球8接合在封裝基板3的背面3b上。然后，進(jìn)行步驟S12所示的單片化，并結(jié)束SIP的裝配，即結(jié)束半導(dǎo)體封裝7的裝配。根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，通過使用了氫氣與干燥空氣的混合氣體 的氫燃燒，來對封裝基板3的多個(gè)倒裝焊接用端子3c上的焊料6進(jìn)行熱處理，然后， 通過金一焊接連接來進(jìn)行倒裝悍接，由此，可以除去附著在焊料6表面上的有機(jī)物(碳 等)以提高焊料6的潤濕性，從而，可以實(shí)現(xiàn)良好的金一焊接連接。而且，因?yàn)椴⒎窃诘寡b焊接后進(jìn)行助焊劑清洗，而是預(yù)先對封裝基板3上的焊料6 進(jìn)行燃燒，所以可利用金一焊接連接，在加熱狀態(tài)下進(jìn)行倒裝焊接，然后立即填充填底 膠9。由此，在填充填底膠9并使倒裝焊接部7硬化后恢復(fù)到常溫，進(jìn)行助焊劑清洗，從而，可以防止倒裝焊接部受到破壞。而且，在半導(dǎo)體封裝7的裝配步驟的最初，通過氫燃燒來對封裝基板3的多個(gè)倒裝焊接用端子3c上的焊料6進(jìn)行熱處理，由此，即便對于從外部送入的封裝基板3，也可以控制其電極(倒裝焊接用端子3c)上的焊料6的狀態(tài)，從而可以提高產(chǎn)品(半導(dǎo)體封 裝7)在裝配時(shí)的可靠性。以上，已根據(jù)發(fā)明的實(shí)施方式，具體地對本發(fā)明人的發(fā)明進(jìn)行了說明，當(dāng)然，本發(fā) 明并不限定于所述發(fā)明的實(shí)施方式，可以在不脫離自身宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。例如，在所述實(shí)施方式中，對將半導(dǎo)體芯片積層為兩層的半導(dǎo)體封裝7的情況進(jìn)行 了說明，但所述實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置只要至少具有一個(gè)通過金一焊接連接的倒裝焊接 而安裝到封裝基板3上的半導(dǎo)體芯片，那么半導(dǎo)體芯片的積層數(shù)可以是2層以上的多層，也可以是僅為l層的單層。本發(fā)明適合于利用金一焊接連接而進(jìn)行的倒裝焊接。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括下述步驟(a)準(zhǔn)備在主面上形成了多個(gè)電極且在所述多個(gè)電極上涂敷了焊料的配線基板；(b)使用氫氣與干燥空氣的混合氣體，使所述配線基板的所述多個(gè)電極上的焊料燃燒；(c)將具有多個(gè)表面電極且在所述多個(gè)表面電極上接合了金凸塊的半導(dǎo)體芯片配置到所述配線基板的主面上，然后，對所述焊料進(jìn)行加熱，使所述焊料熔融，連接所述金凸塊與所述焊料，將所述半導(dǎo)體芯片倒裝焊接到所述配線基板上；和(d)在所述半導(dǎo)體芯片與所述配線基板之間填充填底膠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步驟中，在形成燃燒用的火焰的噴燈與所述配線基板之間，隔著遮罩 進(jìn)行氫燃燒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于當(dāng)在所述(b)步驟中進(jìn)行燃燒時(shí)，使形成燃燒用的火焰的噴燈在所述配線基板上 來回移動多次，逐漸地對所述配線基板的焊料進(jìn)行加熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述(c)步驟中的金凸塊一焊接連接時(shí)的溫度環(huán)境中，進(jìn)行所述(d)步驟的填底膠的填充。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在連接所述金凸塊與所述悍料后，在所述金凸塊與所述焊料的界面上形成AuSn2 以上的合金層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在連接所述金凸塊與所述焊料后，在所述金凸塊與所述焊料的界面上形成熔點(diǎn)超過26(TC的AuSn合金層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步驟中，通過燃燒來除去附著在所述焊料上的碳。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述(b)步驟中，以使所述配線基板的表面溫度達(dá)到160 17(TC的方式進(jìn)行燃燒。
9. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括下述步驟-(a) 準(zhǔn)備在主面上形成了多個(gè)電極且在所述多個(gè)電極上涂敷了焊料的配線基板；(b) 將所述配線基板配置在所需的環(huán)境內(nèi)，在所述環(huán)境內(nèi)形成第一 Ar等離子體以 除去所述配線基板的主面的污物；(c) 在所述(b)步驟之后，使用氫氣與干燥空氣的混合氣體，使所述配線基板的 所述多個(gè)電極上的焊料燃燒；(d) 將具有多個(gè)表面電極且在所述多個(gè)表面電極上接合了金凸塊的第一半導(dǎo)體芯 片配置到所述配線基板的主面上，然后，對所述焊料進(jìn)行加熱，使所述焊料熔 融，連接所述金凸塊與所述焊料，將所述第一半導(dǎo)體芯片倒裝焊接到所述配線 基板上；(e) 在所述第一半導(dǎo)體芯片與所述配線基板之間填充填底膠；(f) 使第二半導(dǎo)體芯片的主面朝向上方，將所述第二半導(dǎo)體芯片搭載到所述第一 半導(dǎo)體芯片上；(g) 將所述配線基板配置在所需的環(huán)境內(nèi)，在所述環(huán)境內(nèi)形成第二 Ar等離子體以 除去所述配線基板的主面的多個(gè)接合引線的污物；和(h) 在所述(g)步驟之后，通過各導(dǎo)電性的導(dǎo)線來電連接所述第二半導(dǎo)體芯片的 主面的多個(gè)表面電極與所述配線基板的主面的所述多個(gè)接合引線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 用以形成所述(b)步驟的所述第一 Ar等離子體的輸出功率，小于用以形成所述(g)步驟的所述第二 Ar等離子體的輸出功率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步驟中施加所述第一 Ar等離子體的時(shí)間，短于在所述(g)歩驟中施 加所述第二 Ar等離子體的時(shí)間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述(c)步驟中，在形成燃燒用的火焰的噴燈與所述配線基板之間，隔著遮罩 進(jìn)行氫燃燒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-當(dāng)在所述(c)歩驟中進(jìn)行燃燒時(shí)，使形成燃燒用的火焰的噴燈在所述配線基板上 來回移動多次，逐漸地對所述配線基板的焊料進(jìn)行加熱。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在所述(c)步驟中，以使所述配線基板的表面溫度達(dá)到160 170'C的方式進(jìn)行所 述氫燃燒。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法可以提高利用金-焊接連接來進(jìn)行倒裝焊接時(shí)的焊料的潤濕性。進(jìn)行熱處理，然后利用金-焊接連接來進(jìn)行倒裝焊接，由此除去附著在焊料6表面上的有機(jī)物(碳等)，確保焊料6的潤濕性，從而可以進(jìn)行金-焊接連接，所述熱處理是指以使封裝基板3的表面溫度達(dá)到160～170℃的方式，隔著配置在噴燈13與封裝基板3之間的遮罩12，將燃燒氫氣與干燥空氣的混合氣體而形成的火焰14照射到封裝基板3的多個(gè)倒裝用端子上的焊料6上。
文檔編號H01L21/50GK101276764SQ20081000629
公開日2008年10月1日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者中西正樹, 木本良輔, 紺野順平, 花田賢次 申請人:株式會社瑞薩科技