半导体装置的制造方法

专利名称：半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造技术，特别涉及一种有效地适用于金一焊接连接的焊料 改性工艺。
背景技术：
对于经由焊料凸块将裸芯片连接到安装基板上的电子零件的安装，有使用刮擦式清 洁器来机械性、物理性地除去形成在焊料凸块表面上的氧化膜的技术(例如，参照专利 文献1)。而且，对于具有经成型树脂密封的封装的表面安装型半导体装置，有对封装背面照 射激光以除去成型树脂表面的蜡成分的技术(例如，参照专利文献2)。 [专利文献1]日本专利特开2002_203872号公报 [专利文献2]日本专利特开平11一68004号公报 发明内容当装配通过金一焊接连接而将半导体芯片倒装焊接到配线基板上而成的半导体装 置时，预先在搭载着半导体芯片的配线基板的电极上涂敷焊料。然而，因为在此焊料的表面上形成着氧化膜及有机污染膜，所以会使焊料的润湿性 (对形成在半导体芯片上的凸块的润湿性)降低，或使润湿性产生不均。因此，当将半 导体芯片倒装焊接到配线基板上时(金一焊接连接)，首先，预先对配线基板进行烘烤， 接着，进行Ar等离子体处理，但仅利用此Ar等离子体处理，无法除去焊料表面的有机 膜。因此，为了提高焊料的润湿性(对焊料的表面进行改性)，已设计出了各种方法。以下所示的1) 5)是本申请案发明人研究出的用以提高焊料润湿性的方法及其问 题点。1)一种在配线基板的电极上的焊料预涂层上涂敷助焊剂来安装半导体芯片的方法。 对于此方法而言，助焊剂中含有卤物质，可以通过此卤物质来除去形成在配线基板的焊料表面上的氧化膜及有机污染膜。此时，为了不会再次在配线基板的焊料的表面上形成 氧化膜及有机污染膜，在存留有卤物质的状态下，将半导体芯片安装到配线基板上。然 而，如果在将半导体芯片安装到配线基板上后仍残留有助焊剂，那么此助焊剂会腐蚀形 成在半导体芯片的主面上的铝制焊点(表面电极)。因此，在利用助悍剂除去形成在配线基板的焊料的表面上的氧化膜及有机污染膜后，例如必须通过清洗来除去此助焊剂。然而，当应用倒装焊接时，难以进行所述清洗步骤。其理由在于，当进行金一焊接 连接时，形成在半导体芯片上的金凸块与配线基板的电极的接合强度相对较低，因此， 有必要在半导体芯片与配线基板之间填充填底胶。此填底胶须在不降低安装半导体芯片 时的温度的状态下填充。如果进行清洗步骤，那么就必须在填充填底胶之前进行清洗， 为了进行清洗，必须将所述配线基板暂时从平台(加热器)卸下。然而，如果从平台卸 下所述配线基板，那么会引起如下问题，即，因冷却而产生的热收縮应力会破坏焊料的 连接部。因此，无法在倒装焊接后实施助焊剂清洗，所以涂敷助焊剂的1)的方法是不 可行的。2) —种使用02等离子体来对焊料进行清洗的方法。02等离子体可以有效地除去 有机物。然而，在配线基板上的作为绝缘膜的阻焊剂中含有卤物质，如果对配线基板照 射02等离子体，那么就会从阻焊剂释放出大量的卤离子。如果在配线基板的表层中残 留有卤离子的状态下进行树脂制模，那么就会有如下问题，即，在耐湿性的偏误检验中， 卣离子产生不良影响，在各个部位发生腐蚀现象。即，从产品(半导体装置)的耐湿性 方面考虑，2)的方法是不可行的。3) —种使用Ar等离子体来对焊料进行清洗的方法。Ar等离子体法是物理上使Ar 的原子撞击物质，从而机械地撞飞对象物的方法，但效果不明显，并且有时会增加其他 的有机污染。而且，因为配线基板的温度会升高，所以存在从配线基板释放出气体而导 致再次污染等问题，由此，3)的方法是不可行的。4) 一种在涂敷助焊剂后进行回流焊，然后，进行清洗(醇类)方法。B卩，此方法 是在进行金一焊接连接之前，预先进行助焊剂清洗的方法，但问题在于通过清洗会再次 附着有机物，因此4)的方法也是不可行的。5) —种将4)的利用醇类来进行清洗，替换成利用水类来进行清洗的方法。问题在 于无法同时除去有机物与氧化膜，因此5)的方法也是不可行的。根据以上叙述，作为提高焊料润湿性的方法，本申请案发明人研究出的所述1) 5) 的方法是不可行的。而且，在所述专利文献l (円本专利特开2002 — 203872号公报)中公开了通过刮擦式清洁器来机械性、物理性地除去形成在焊料凸块表面上的氧化膜的技术，但问题在于， 在此情况下，因为对焊料凸块施加载荷，所以焊料凸块容易破损。而且，在所述专利文献2 (日本专利特开平11一68004号公报)中公开了对封装背 面照射激光以除去蜡成分(有机膜)的技术，此时，因为激光的照射对象是封装(树脂)， 所以可以利用高温的一次性照射来除去有机膜，但当照射对象为配线基板时，如果想要 利用高温的一次性照射来除去有机膜，那么会引起基板表面的阻焊剂燃烧的问题。而且，当照射对象为配线基板时，因为在焊料凸块的周围配置着打线接合用的引线 (电极)等，所以如果仅照射高温激光，那么也会产生打线接合用的引线燃烧的不良情 况。本发明的目的在于提供一种可以提高通过金一焊接连接来进行倒装焊接时的焊料 润湿性的技术。而且，本发明的其他目的在于提供一种可以在提高填底胶的渗透性的同时，提高倒 装焊接用的焊料的润湿性的技术。本发明的所述目的、其他目的和新颖特征，根据本说明书的记述和附图而变得明确。 如要对本申请案所揭示的发明中的代表性发明的概要进行简单说明，那么如下所述。艮P，本发明包括下述步骤准备在多个电极上涂敷了焊料的配线基板；通过使用了氢气与干燥空气的混合气体的氢燃烧，对所述焊料进行热处理；将在多个表面电极上接合了金凸块的半导体芯片配置到配线基板上，然后，对焊料进行加热，使此焊料熔融，连接金凸块与焊料以进行倒装焊接；在半导体芯片与配线基板之间填充填底胶。而且，本发明包括下述步骤将在多个电极上涂敷了焊料的配线基板配置在所需的 环境内，在所述环境内形成第一 Ar等离子体以除去配线基板主面的污物；在所述除去 污物的步骤后，通过使用了氢气与干燥空气的混合气体的氢燃烧，对配线基板的多个电 极上的焊料进行热处理。并且，本发明包括下述步骤将在多个表面电极上接合了金凸 块的第一半导体芯片配置到配线基板的主面上，然后，对焊料进行加热，使此焊料熔融，连接金凸块与焊料，对第一半导体芯片进行倒装焊接；在第一半导体芯片与配线基板之 间填充填底胶；使第二半导体芯片的主面朝向上方，将此第二半导体芯片搭载到第一半 导体芯片上。此外，本发明还包括下述步骤将配线基板配置在所需的环境内，在所述 环境内形成第二 Ar等离子体，以除去配线基板主面的多个接合引线的污物；在所述除 去污物的步骤后，通过导电性的导线，分别电连接第二半导体芯片主面的多个表面电极、 与配线基板主面的多个接合引线。如果对由本申请案所揭示的发明中的代表性发明所获得的效果进行简单说明，那么 如下所述。通过使用了氢气与干燥空气的混合气体的氢燃烧，对配线基板的多个电极上的焊料 进行热处理，然后，利用金—焊接连接来进行倒装焊接，由此，除去附着在焊料表面的 有机物以提高焊料的润湿性，从而可实现良好的金一焊接连接。


图1是表示本发明实施方式的半导体装置的制造方法的一个示例的工艺流程图。 图2是表示图l所示的半导体装置的制造方法中所使用的配线基板的构造的一个示 例的平面图。图3是表示沿着图2所示的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。 图4是表示图l所示的半导体装置的制造方法中的氢燃烧时的遮罩配置状态的构造 的一个示例的平面图。图5是沿着图4所示的A — A线截断所得的构造的一个示例的截面图。图6是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的氢燃烧状态的一个示例的概念图。图7是表示图l所示的半导体装置的制造方法中的倒装焊接时的构造的一个示例的 平面图。图8是沿着图7所示的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。图9是表示图l所示的半导体装置的制造方法中的氢燃烧和倒装焊接后的倒装焊接部的构造的一个示例的示意放大截面图。图IO是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的填底胶填充时的构造的一个示例的平面图。图ll是表示沿着图10的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。 图12是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的第二层芯片接合时的构造的一 个示例的平面图。图13是表示沿着图12的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。 图14是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的打线接合时的构造的一个示例 的平面图。图15是表示沿着图14的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。图16是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的树脂密封后的构造的一个示例的截面图。图17是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的球焊后的构造的一个示例的截 面图。[符号的说明]1第一半导体芯片la主面lb背面lc焊点(表面电极)2第二半导体芯片2a主面2b背面2c焊点(表面电极)3封装基板(配线基板)3a主面3b背面3c倒装焊接用端子3d打线连接用端子(接合引线3e阻焊剂4导线5金凸块6焊料6aAuSii2的合金层7半导体封装(半导体装置)8焊球9填底胶10树脂体11薄膜状粘结材料12遮罩12a开口部13喷灯14火焰15 热环境16 负荷具体实施方式
在以下的实施方式中，除了有特别需要，否则原则上不对相同或同样的部分进行重 复说明。而且，在以下的实施方式中，当为了方便起见且有必要时，分割成多个部分或多个 实施方式进行说明，但除了特别指明的情况以外，这些部分或实施方式并非互无关系， 而是具有一个部分或实施方式是另一个部分或实施方式的一部分或全部的变形例、详 述、补充说明等的关系。并且，在以下的实施方式中，当涉及要素的数等(包括个数、数值、量、范围等) 时，除了特别指明的情况和理论上明确限定于规定数的情况等以外，不限定于此规定数， 可以是规定数以上，也可以是规定数以下。以下，根据附图，详细地对本发明的实施方式进行说明。再者，在用以对实施方式 进行说明的所有附图中，对具有相同功能的部件标记相同符号，并省略此部分的重复说 明。而且，为了使附图便于理解，有时也对立体图或平面图附上影线。 (实施方式)图l是表示本发明实施方式的半导体装置的制造方法的一个示例的工艺流程图，图 2是表示图1所示的半导体装置的制造方法中所使用的配线基板的构造的一个示例的平 面图，图3是表示沿着图2所示的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图，图4 是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的氢燃烧时的遮罩配置状态的构造的一个示 例的平面图，图5是沿着图4所示的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图。此 外，图6是表示图l所示的半导体装置的制造方法中的氢燃烧状态的一个示例的概念图， 图7是表示图l所示的半导体装置的制造方法中的倒装焊接时的构造的一个示例的平面 图，图8是沿着图7所示的A—A线截断所得的构造的一个示例的截面图，图9是表示 图1所不的半导体装置的制迨力法屮的氢燃烧和倒装焊接后的倒装焊接部的构造的一个 示例的示意放大截面图。并且，图IO是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的填 底胶填充时的构造的一个示例的平面图，图ll是表示沿着图10的A—A线截断所得的 构造的一个示例的截面图，图12是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的第二层 芯片接合时的构造的一个示例的平面图，图13是表示沿着图12的A—A线截断所得的 构造的一个示例的截面图。此外，图14是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的打线接合时的构造的一个示例的平面图，图15是表示沿着图14的A—A线截断所得的 构造的一个示例的截面图，图16是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的树脂密 封后的构造的一个示例的截面图，图17是表示图1所示的半导体装置的制造方法中的 球焊后的构造的一个示例的截面图。本实施方式用于说明半导体装置的装配，此半导体装置是通过连接形成在半导体芯 片上的金凸块与形成在配线基板的电极(接合引线)上的焊料(金一焊接连接)，将半 导体芯片倒装焊接到配线基板上而成的，在本实施方式中，列举装入了多个半导体芯片 的被称作SIP (System In Package,系统级封装)的半导体封装7，作为所述半导体装置 的一个示例进行说明。在所述SIP (半导体封装7)中装入了存储器芯片与微电脑芯片，此存储器芯片具 有存储电路，此微电脑芯片对所述存储器芯片进行控制，并与半导体封装7的外部交换 信号，在本实施方式中，列举如图17所示的装入了一个微电脑芯片(第一半导体芯片1) 与一个存储器芯片(第二半导体芯片2)的半导体封装7作为一个示例，但所装入的半 导体芯片的数量只要是两个以上即可。而且，当半导体封装7并非SIP时，所装入的半 导体芯片的数量也可以是一个。艮卩，本实施方式的半导体封装7只要至少具有一个通过金一焊接连接而倒装焊接到 配线基板上的半导体芯片即可，在图17所示的半导体封装7 (SIP)中，通过金一焊接 连接来将第一层的半导体芯片、即第一半导体芯片(微电脑芯片)1倒装焊接到配线基 板上，然后，将第二层的第二半导体芯片(存储器芯片)2积层在第一半导体芯片1上。 再者，第二半导体芯片2打线连接在配线基板上。接着，对半导体封装7的详细构造进行说明，此半导体封装7包括搭载半导体芯 片的封装基板(配线基板)3、通过金一焊接连接而倒装焊接到封装基板3上的作为微 电脑芯片的第一半导体芯片1、积层在第一半导体芯片1上的作为存储器芯片的第二半 导体芯片2、多条导线4、由密封树脂形成的树脂体10、和多个作为外部端子的焊球8。封装基板(配线基板)3具有作为芯片搭载面的主面3a与位于主面3a相反侧的背面3b，在主面3a上形成着用于倒装焊接的多个倒装焊接用端子(接合引线)3c、和与导线4连接的多个打线连接用端子(接合引线)3d。多个倒装焊接用端子3c和打线连接用端子3d从形成在主面3a上的作为绝缘膜的阻焊剂3e露出。多个倒装焊接用端子3c以能够与第一半导体芯片1倒装焊接的方式，以与第一半导体芯片1的主面la的多个焊点(电极)lc相同的排列而形成。此外，以能够通过导线4与第一半导体芯片1上的第二半导体芯片2连接的方式，沿着第一半导体芯片1的芯片搭载区域的外侧，即沿着封装基板3的主面3a的缘部形成着多个打线连接用端子(接合引线)3d。而且，第一半导体芯片l和第二半导体芯片2分别具有主面la、 2a和背面lb、 2b， 在各主面la、 2a上形成着多个作为电极的焊点lc、 2c。再者，第一半导体芯片1通过金一焊接连接而倒装焊接在配线基板上。g卩，在第一 半导体芯片1的主面la与封装基板3的主面3a相向的状态下，通过金凸块5和焊料6 来倒装焊接第一半导体芯片1的焊点lc与封装基板3的倒装焊接用端子3c。而且，在第一半导体芯片1的倒装焊接部或第一半导体芯片1与封装基板3之间、 和芯片侧面填充着填底胶9，保护第一半导体芯片1或所述倒装焊接部。另一方面，第二半导体芯片2经由薄膜状粘结材料II等，粘着在朝向上方的第一 半导体芯片1的背面lb上。此时，因为第二半导体芯片2与封装基板3打线连接，所 以朝向上方地粘着在此第二半导体芯片2的主面2a上。即，经由薄膜状粘结材料ll等 来连接第二半导体芯片2的背面2b与第一半导体芯片1的背面lb。而且，第二半导体芯片2的主面2a的焊点2c通过金线等导线4，与封装基板3的 主面3a的打线连接用端子3d电连接。而且，第一半导体芯片1、第二半导体芯片2和多个导线4等被树脂体10覆盖、密 封，此树脂体IO通过密封树脂而形成在封装基板3的主面3a上。所述密封树脂例如为 热固性环氧树脂。而且，在封装基板3的背面3b设置着作为半导体封装7的外部端子的多个焊球8， 第一半导体芯片i和第二半导体芯片2通过封装基板3的倒装焊接用端子3c和打线连 接用端子3d，与对应的焊球8电连接。接着，根据图1所示的制造工艺流程，对本实施方式的半导体装置的制造方法进行 说明。首先，如图1的步骤Sl所示，准备基板。此时，如图2和图3所示，准备封装基 板(配线基板)3，在此封装基板3的主面3a上形成着多个电极(倒装焊接用端子3c 或打线连接用端子3d等)，且在多个倒装焊接用端子3c上分别涂敷着焊料6。然后，如步骤S2所示，对基板进行烘烤。此处，对基板进行烘烤的理由之一在于， 即使在装配半导体装置之前， 一直将封装基板3存放在湿气少的环境中，如果长时间存 放，有时所述封装基板3仍会吸湿。因此，通过此步骤S2所示的基板烘烤处理来除去 已完全渗入到封装基板3内的水分。之后，进行步骤S3所示的第一 Ar (氩)等离子体处理。B卩，将封装基板3配置在所需的环境内，在所述环境内形成第一Ar等离子体并搭载封装基板3的主面3a，特别是搭载第一半导体芯片l，除去填充填底胶9的区域内的污物。由此，在之后由填底胶 9密封的区域内不易混入异物，因此，可以提高半导体装置的可靠性。然而，仅利用第 一 Ar (氩)等离子体处理，是无法完全除去形成在所述焊料6表面上的氧化膜及有机污 染膜的。因此，本实施方式中，在实施了第一 Ar (氩)等离子体处理后，进行图1的步骤 S4所示的氢燃烧(燃烧、热处理)步骤。此处，对先进行步骤S3所示的第一Ar等离子体处理步骤、还是先进行步骤S4所 示的氢燃烧(燃烧、热处理)步骤进行说明。首先，如果仅仅为了提高焊料6的润湿性，那么可以先进行氢燃烧，但当全面地考 虑半导体封装7的装配时，为了提高树脂(填底胶9)的渗透性，Ar等离子体处理也尤 为重要。因此，本申请案的发明人发现如果在Ar等离子体处理之前先进行氢燃烧，那么 经氢燃烧而暂时变干净的焊料6，会受到之后的Ar等离子体处理的污染，导致其润湿性 变差。即，在Ar等离子体处理中，因为各种物质飞散，所以这些物质会附着在焊料6 上，导致焊料6的润湿性变差。因此，如图l的流程所示，优选在步骤S3中进行第一 Ar等离子体处理，然后，在 步骤S4中进行氢燃烧。然而，如果在Ar等离子体处理之后进行氢燃烧，那么进行过Ar等离子体处理的部 位的效果减弱，因此，对于无须进行氢燃烧的部位，如下所述，须在封装基板3上配置 遮罩12 (参照图4和图5)而进行氢燃烧。由此，即使在Ar等离子体处理之后进行氢燃烧，也可以防止进行过Ar等离子体处 理的部位的效果减弱。而且，如果对配线基板的电极以外的地方(绝缘膜)实施氢燃烧，那么会烧到配线 基板的表面，且有可能从绝缘膜释放出气体。然而，如本实施方式所述，隔着遮罩12进行氢燃烧，由此可以仅燃烧悍料6。根据所述理由，优选在进行氢燃烧之前进行Ar等离子体处理。再者，当进行步骤S3的第一Ar等离子体处理时，与下述步骤S8的第二Ar等离子 体处理相比较，优选使用以形成第一 Ar等离子体的输出功率小于用以形成第二 Ar等离 子体的输出功率。而且，优选使步骤S3的施加第一 Ar等离子体的时间，短于步骤S8的施加第二Ar等离子体的时间。例如，在步骤S3的第一Ar等离子体处理中，优选以300 w的输出功率施加Ar等 离子体3秒左右。另一方面，在步骤S8的第二 Ar等离子体处理中，优选以500 w的输出功率施加 Ar等离子体20秒左右。为了提高步骤S8的第二 Ar等离子体处理步骤后的步骤S9的 打线接合步骤中的导线4与封装基板3的打线连接用端子3d的连接性，第二 Ar等离子 体处理用于对打线连接用端子3d进行清洗，但随着装配步骤的进行，封装基板3的污 物量也增大，因此，以比较大的能量进行第二 Ar等离子体处理。相对于此，在步骤S3的第一 Ar等离子体处理步骤中，只要装配尚未进行到步骤 S8的第二 Ar等离子体处理，那么封装基板3的污物也较少。因此，如果以较大的能量 进行第一 Ar等离子体处理，那么会产生封装基板3无端受到污染的问题。因此，在步 骤S3的第一 Ar等离子体处理中，优选施加如下能量来进行Ar等离子体处理，此能量 是指在使封装基板3清洗到可以提高填底胶9 (树脂)的渗透性的程度的范围内的最小 能量。之后，进行步骤S4的氢燃烧(燃烧、热处理)。即，在步骤S3的第一 Ar等离子体 处理之后，通过使用了氢气与干燥空气的混合气体(合成气体)的氢燃烧，对封装基板 3的多个倒装焊接用端子3c上的焊料6进行热处理，以提高焊料6的润湿性。此时，氢 气与干燥空气的混合比率例如为氢气干燥空气=1: 2。再者，进行氢燃烧时，通过使各倒装焊接用端子3c上的焊料6与燃烧氢气与干燥 空气的混合气体所产生的火焰14接触，主要烧尽并除去附着在焊料6上的碳等有机物， 由此提高焊料6的润湿性。而且，对于本实施方式的氢燃烧而言，如图6所示，当进行氢燃烧时，在形成氢燃 烧用的火焰14的喷灯13与封装基板3之间隔着遮罩12而进行氢燃烧。即，在喷灯13 与封装基板3之间隔着遮罩12，由此，不对无须实施氢燃烧的部位进行氢燃烧，而仅对 需要实施氢燃烧的部位实施氢燃烧。此时，如图4和图5所示，准备遮罩12,并在将此遮罩12配置在封装基板3上的 状态下进行氢燃烧，所述遮罩12的开口部12a形成为与封装基板3的倒装焊接用端子 3c的排列相对应的形状。由此，当进行氢燃烧时，从喷灯13喷出的火焰14可以仅对暂时固定在倒装焊接用端子3c上的焊料6进行加热，对焊料6进行热处理，由此可以提高焊料6的润湿性。此时，遮罩12的开口部12a形成为与封装基板3的倒装焊接用端子3c的排列相对应的形状，此开口部12a以外的区域被遮罩12覆盖，因此，可以防止对在步骤S3的第一Ar等离子体处理步骤中利用Ar等离子体清洗过的基板表面实施氢燃烧。因此，可以防 止步骤S3的第一 Ar等离子体处理的效果因进行氢燃烧而减小。而且，遮罩12的开口部12a形成为与封装基板3的倒装焊接用端子3c的排列相对 应的形状，此开口部12a以外的区域被遮罩12覆盖，因此，可以防止因氢燃烧而烧焦 基板表面(主面3a)、或烧焦并损坏安装在基板表面上的电子零件等现象。艮口，本实施方式的氢燃烧的对象仅为封装基板3上的用于倒装焊接的焊料6，在除 此以外的无须加热的部位(基板或安装在基板上的电子零件、以及在第一 Ar等离子体 处理中经清洗的部位或打线连接用端子3d等)上配置遮罩12，以不对此部位加热，而 仅对焊料6进行加热。而且，在本实施方式中，当进行氢燃烧时，使形成氢燃烧用的火焰14的喷灯13在 封装基板3上来回移动多次，逐渐地对封装基板3的焊料6进行加热。此时，作为氢燃 烧的受控条件，优选以使封装基板3的表面温度达到160 17(TC的方式进行氢燃烧。例如，将基板与喷灯之间的距离设为7 16 mm，在将喷灯13的火焰14照射到焊 料6的状态下，使喷灯13在封装基板3上来回移动3 10次，优选来回移动5次，由 此使封装基板3的表面温度达到160 170°C。其中，基板与喷灯之间的距离及喷灯13 的来回移动次数等照射条件是一个示例， 一贯是在使封装基板3的表面温度达到160 17(TC的同时，在照射条件下进行氢燃烧。这样，以使封装基板3的表面温度达到160 17(TC的方式进行氢燃烧，由此可以提 高焊料6的润湿性，并且使喷灯13在封装基板3上来回移动多次，逐渐地对焊料6进 行加热，由此，可以在下述倒装焊接后的金凸块5与焊料6的界面上形成坚固的合金层。氢燃烧结束后，进行图1的步骤S5所示的倒装焊接。此处，如图7和图8所示， 将第一半导体芯片1配置到封装基板3的主面3a上，然后，对焊料6进行加热，使此 悍料6熔融，连接金凸块5与焊料6，将第一半导体芯片l倒装焊接到封装基板3上， 其中所述第一半导体芯片1具有多个焊点(表面电极)lc，且在多个焊点lc上接合着 金凸块5。此时，如图8所示，例如，在150 200。C的热环境15中， 一边从芯片侧施 加负荷16， 一边进行倒装焊接。此时，用于将负荷16施加到第一半导体芯片1上的夹 具(未图示)本身也具有加热机构，并直接地使第一半导体芯片1的温度上升。由此， 热量容易传递到金凸块5与焊料6的接合部，从而可以提高接合可靠性。此处，在对第 一半导体芯片1进行加热的同时施加负荷16的夹具的加热温度，例如为200°C。再者，在本实施方式中，优选在对金凸块5与焊料6进行倒装焊接后，如图9所示，在金凸块5与焊料6的界面上形成着合金层，此合金层的熔点高于封装安装时的回流焊温度。因为封装安装时的回流焊温度(MAX)为260'C，所以在本实施方式中，例如优 选形成AuSn2的合金层6a。所述AuSn2的合金层6a例如是熔点超过260'C的AuSn合金 层，其熔点为309'C。在本实施方式中，为了形成例如在半导体封装装配后的回流焊时 (安装时)不会在金凸块5与焊料6的界面上形成裂缝的坚固的合金层，在进行氢燃烧 时，使喷灯13来回移动多次，逐渐地对焊料6进行加热。其结果，通过氢燃烧后的倒装焊接，可以在金凸块5与焊料6的界面上形成熔点超 过26(TC的AuSn合金层，即形成AuSn2。此时，使AuSn2的合金层6a的合金宽度(L) 例如为L = 22|Lmi (MIN)，由此，可以使所述合金宽度稳定。这样，以在氢燃烧中，使封装基板3的表面温度达到160 17(TC的方式，使喷灯 13来回移动多次逐渐地对焊料6进行加热，然后，通过倒装焊接，在金凸块5与焊料6 的界面上形成合金宽度为22 nm (MIN)的AuSri2的合金层6a，由此，可以提高焊料6 的润湿性，并且可以实现提高了耐回流焊性和连接可靠性的金一焊接连接。在倒装焊接后，如图1的步骤S6所示，填充填底胶。此处，如图10和图11所示， 在第一半导体芯片1与封装基板3之间、和第一半导体芯片1的周围填充填底胶9 (树 脂)。此时，在连接金凸块5与焊料6时的温度环境中填充填底胶。艮P，在装配本实施方式的半导体装置时，在加热的状态下进行倒装焊接，然后，维 持所述加热状态，并立即填充填底胶9。即，在与倒装焊接时相同的热环境15中填充填 底胶9。由此，在倒装焊接后，可以不从平台(加热器)卸下搭载着第一半导体芯片1的配 线基板3而填充填底胶(树脂)9，因此，可以抑制因热收縮应力而破坏金一焊料的连 接部的问题。填底胶填充后，进行步骤S7所示的第二层芯片接合。此处，如图12和图13所示， 使第二半导体芯片2的主面2a朝向上方，将此第二半导体芯片2搭载到第一半导体芯 片l。即，经由薄膜状粘结材料ll，将第二半导体芯片2接合到第一半导体芯片1的背 面lb上。此时，第二半导体芯片2与封装基板3打线连接，因此，使形成了作为表面 电极的焊点2c的主面2a朝向上方，经由薄膜状粘结材料ll，将背面2b连接到第一半 导体芯片1的背面lb上。然后，进行步骤S8所示的第二 Ar等离子体处理。B卩，将封装基板3配置到预期的环境内，在此环境内形成第二 Ar等离子体以进行第二 Ar等离子体处理。此时，以比步骤S3的第一 Ar等离子体处理时的处理条件更高的能量来进行第二 Ar等离子体处理。例如，在步骤S3的第一Ar等离子体处理中，以300 w的输出输出功率施加Ar等离子体3秒左右，而在步骤S8的第二 Ar等离子体处理中，优选以500 w的输出功率施 加Ar等离子体20秒左右。为了提高步骤S8的第二 Ar等离子体处理步骤后的步骤S9 的打线接合步骤中的导线4与封装基板3的打线连接用端子3d的连接性，第二 Ar等离 子体处理对打线连接用端子3d进行清洗，因此，以比第一 Ar等离子体处理时的处理条 件更高的能量来进行Ar等离子体处理。因此，通过第二 Ar等离子体处理，可以除去封装基板3的主面3a的多个打线连接 用端子(接合引线)3d表面的污物。然后，在步骤S9中进行打线接合。即，如图14和图15所示，通过导电性的导线4， 分别电连接第二半导体芯片2的主面2a的多个焊点2c、与封装基板3的主面3a的多个 打线连接用端子3d。此时，因为通过步骤S8的第二 Ar等离子体处理来对封装基板3的接合引线进行清 洗，即对打线连接用端子3d进行清洗，所以可以提高导线4与打线连接用端子3d的连接性。然后，进行步骤S10所示的树脂密封。即，如图16所示，通过树脂制模等来进行 树脂密封，并在封装基板3的主面3a上形成树脂体10，利用此树脂体IO来密封第一半 导体芯片l、第二半导体芯片2和多个导线4等。之后，进行步骤Sll所示的球焊。此时，如图17所示，将多个作为外部端子的焊 球8接合在封装基板3的背面3b上。然后，进行步骤S12所示的单片化，并结束SIP的装配，即结束半导体封装7的装配。根据本实施方式的半导体装置的制造方法，通过使用了氢气与干燥空气的混合气体 的氢燃烧，来对封装基板3的多个倒装焊接用端子3c上的焊料6进行热处理，然后， 通过金一焊接连接来进行倒装悍接，由此，可以除去附着在焊料6表面上的有机物(碳 等)以提高焊料6的润湿性，从而，可以实现良好的金一焊接连接。而且，因为并非在倒装焊接后进行助焊剂清洗，而是预先对封装基板3上的焊料6 进行燃烧，所以可利用金一焊接连接，在加热状态下进行倒装焊接，然后立即填充填底 胶9。由此，在填充填底胶9并使倒装焊接部7硬化后恢复到常温，进行助焊剂清洗，从而，可以防止倒装焊接部受到破坏。而且，在半导体封装7的装配步骤的最初，通过氢燃烧来对封装基板3的多个倒装焊接用端子3c上的焊料6进行热处理，由此，即便对于从外部送入的封装基板3，也可以控制其电极(倒装焊接用端子3c)上的焊料6的状态，从而可以提高产品(半导体封 装7)在装配时的可靠性。以上，已根据发明的实施方式，具体地对本发明人的发明进行了说明，当然，本发 明并不限定于所述发明的实施方式，可以在不脱离自身宗旨的范围内进行各种改变。例如，在所述实施方式中，对将半导体芯片积层为两层的半导体封装7的情况进行 了说明，但所述实施方式的半导体装置只要至少具有一个通过金一焊接连接的倒装焊接 而安装到封装基板3上的半导体芯片，那么半导体芯片的积层数可以是2层以上的多层，也可以是仅为l层的单层。本发明适合于利用金一焊接连接而进行的倒装焊接。
权利要求
1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括下述步骤(a)准备在主面上形成了多个电极且在所述多个电极上涂敷了焊料的配线基板；(b)使用氢气与干燥空气的混合气体，使所述配线基板的所述多个电极上的焊料燃烧；(c)将具有多个表面电极且在所述多个表面电极上接合了金凸块的半导体芯片配置到所述配线基板的主面上，然后，对所述焊料进行加热，使所述焊料熔融，连接所述金凸块与所述焊料，将所述半导体芯片倒装焊接到所述配线基板上；和(d)在所述半导体芯片与所述配线基板之间填充填底胶。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步骤中，在形成燃烧用的火焰的喷灯与所述配线基板之间，隔着遮罩 进行氢燃烧。
3. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于当在所述(b)步骤中进行燃烧时，使形成燃烧用的火焰的喷灯在所述配线基板上 来回移动多次，逐渐地对所述配线基板的焊料进行加热。
4. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于在所述(c)步骤中的金凸块一焊接连接时的温度环境中，进行所述(d)步骤的填底胶的填充。
5. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于在连接所述金凸块与所述悍料后，在所述金凸块与所述焊料的界面上形成AuSn2 以上的合金层。
6. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-在连接所述金凸块与所述焊料后，在所述金凸块与所述焊料的界面上形成熔点超过26(TC的AuSn合金层。
7. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步骤中，通过燃烧来除去附着在所述焊料上的碳。
8. 根据权利要求l所述的半导体装置的制造方法，其特征在于在所述(b)步骤中，以使所述配线基板的表面温度达到160 17(TC的方式进行燃烧。
9. 一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括下述步骤-(a) 准备在主面上形成了多个电极且在所述多个电极上涂敷了焊料的配线基板；(b) 将所述配线基板配置在所需的环境内，在所述环境内形成第一 Ar等离子体以 除去所述配线基板的主面的污物；(c) 在所述(b)步骤之后，使用氢气与干燥空气的混合气体，使所述配线基板的 所述多个电极上的焊料燃烧；(d) 将具有多个表面电极且在所述多个表面电极上接合了金凸块的第一半导体芯 片配置到所述配线基板的主面上，然后，对所述焊料进行加热，使所述焊料熔 融，连接所述金凸块与所述焊料，将所述第一半导体芯片倒装焊接到所述配线 基板上；(e) 在所述第一半导体芯片与所述配线基板之间填充填底胶；(f) 使第二半导体芯片的主面朝向上方，将所述第二半导体芯片搭载到所述第一 半导体芯片上；(g) 将所述配线基板配置在所需的环境内，在所述环境内形成第二 Ar等离子体以 除去所述配线基板的主面的多个接合引线的污物；和(h) 在所述(g)步骤之后，通过各导电性的导线来电连接所述第二半导体芯片的 主面的多个表面电极与所述配线基板的主面的所述多个接合引线。
10. 根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于 用以形成所述(b)步骤的所述第一 Ar等离子体的输出功率，小于用以形成所述(g)步骤的所述第二 Ar等离子体的输出功率。
11. 根据权利要求IO所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-在所述(b)步骤中施加所述第一 Ar等离子体的时间，短于在所述(g)歩骤中施 加所述第二 Ar等离子体的时间。
12. 根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于在所述(c)步骤中，在形成燃烧用的火焰的喷灯与所述配线基板之间，隔着遮罩 进行氢燃烧。
13. 根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-当在所述(c)歩骤中进行燃烧时，使形成燃烧用的火焰的喷灯在所述配线基板上 来回移动多次，逐渐地对所述配线基板的焊料进行加热。
14. 根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于-在所述(c)步骤中，以使所述配线基板的表面温度达到160 170'C的方式进行所 述氢燃烧。
全文摘要
本发明的半导体装置的制造方法可以提高利用金-焊接连接来进行倒装焊接时的焊料的润湿性。进行热处理，然后利用金-焊接连接来进行倒装焊接，由此除去附着在焊料6表面上的有机物(碳等)，确保焊料6的润湿性，从而可以进行金-焊接连接，所述热处理是指以使封装基板3的表面温度达到160～170℃的方式，隔着配置在喷灯13与封装基板3之间的遮罩12，将燃烧氢气与干燥空气的混合气体而形成的火焰14照射到封装基板3的多个倒装用端子上的焊料6上。
文档编号H01L21/50GK101276764SQ20081000629
公开日2008年10月1日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年3月28日
发明者中西正树, 木本良辅, 绀野顺平, 花田贤次 申请人:株式会社瑞萨科技