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2)。 [專利文獻1]日本專利特開2002_203872號公報 [專利文獻2]日本專利特開平11一68004號公報 發(fā)明內(nèi)容當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，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，因為在此焊料的表面上形成著氧化膜及有機污染膜，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，當將半 導(dǎo)體芯片倒裝焊接到配線基板上時(金一焊接連接)，首先，預(yù)先對配線基板進行烘烤， 接著，進行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 膜。因此，為了提高焊料的潤濕性(對焊料的表面進行改性)，已設(shè)計出了各種方法。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。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污染膜。此時，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(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污染膜后，例如必須通過清洗來除去此助焊劑。然而，當應(yīng)用倒裝焊接時，難以進行所述清洗步驟。其理由在于，當進行金一焊接 連接時，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 時的溫度的狀態(tài)下填充。如果進行清洗步驟，那么就必須在填充填底膠之前進行清洗， 為了進行清洗，必須將所述配線基板暫時從平臺(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行清洗的方法。02等離子體可以有效地除去 有機物。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)下進行樹脂制模，那么就會有如下問題，即，在耐濕性的偏誤檢驗中， 卣離子產(chǎn)生不良影響，在各個部位發(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)，從而機械地撞飛對象物的方法，但效果不明顯，并且有時會增加其他 的有機污染。而且，因為配線基板的溫度會升高，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行回流焊，然后，進行清洗(醇類)方法。B卩，此方法 是在進行金一焊接連接之前，預(yù)先進行助焊劑清洗的方法，但問題在于通過清洗會再次 附著有機物，因此4)的方法也是不可行的。5) —種將4)的利用醇類來進行清洗，替換成利用水類來進行清洗的方法。問題在 于無法同時除去有機物與氧化膜，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l (円本專利特開2002 — 203872號公報)中公開了通過刮擦式清潔器來機械性、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，因為對焊料凸塊施加載荷，所以焊料凸塊容易破損。而且，在所述專利文獻2 (日本專利特開平11一68004號公報)中公開了對封裝背 面照射激光以除去蠟成分(有機膜)的技術(shù)，此時，因為激光的照射對象是封裝(樹脂)， 所以可以利用高溫的一次性照射來除去有機膜，但當照射對象為配線基板時，如果想要 利用高溫的一次性照射來除去有機膜，那么會引起基板表面的阻焊劑燃燒的問題。而且，當照射對象為配線基板時，因為在焊料凸塊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行倒裝焊接時的焊料 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，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)明的概要進行簡單說明，那么如下所述。艮P，本發(fā)明包括下述步驟準備在多個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，對所述焊料進行熱處理；將在多個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，對焊料進行加熱，使此焊料熔融，連接金凸塊與焊料以進行倒裝焊接；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，對配線基板的多個電 極上的焊料進行熱處理。并且，本發(fā)明包括下述步驟將在多個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)體芯片主面的多個表面電極、 與配線基板主面的多個接合引線。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，對配線基板的多個電極上的焊料 進行熱處理，然后，利用金—焊接連接來進行倒裝焊接，由此，除去附著在焊料表面的 有機物以提高焊料的潤濕性，從而可實現(xiàn)良好的金一焊接連接。


圖1是表示本發(fā)明實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個示例的工藝流程圖。 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)造的一個示 例的平面圖。圖3是表示沿著圖2所示的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。 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的遮罩配置狀態(tài)的構(gòu)造 的一個示例的平面圖。圖5是沿著圖4所示的A — A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。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的構(gòu)造的一個示例的 平面圖。圖8是沿著圖7所示的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。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的構(gòu)造的一個示例的平面圖。圖ll是表示沿著圖10的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。 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的構(gòu)造的一 個示例的平面圖。圖13是表示沿著圖12的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。 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的構(gòu)造的一個示例 的平面圖。圖15是表示沿著圖14的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。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(表面電極)2第二半導(dǎo)體芯片2a主面2b背面2c焊點(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 負荷具體實施方式
在以下的實施方式中，除了有特別需要，否則原則上不對相同或同樣的部分進行重 復(fù)說明。而且，在以下的實施方式中，當為了方便起見且有必要時，分割成多個部分或多個 實施方式進行說明，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， 而是具有一個部分或?qū)嵤┓绞绞橇硪粋€部分或?qū)嵤┓绞降囊徊糠只蛉康淖冃卫?、?述、補充說明等的關(guān)系。并且，在以下的實施方式中，當涉及要素的數(shù)等(包括個數(shù)、數(shù)值、量、范圍等) 時，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，詳細地對本發(fā)明的實施方式進行說明。再者，在用以對實施方式 進行說明的所有附圖中，對具有相同功能的部件標記相同符號，并省略此部分的重復(fù)說 明。而且，為了使附圖便于理解，有時也對立體圖或平面圖附上影線。 (實施方式)圖l是表示本發(fā)明實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個示例的工藝流程圖，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)造的一個示例的平 面圖，圖3是表示沿著圖2所示的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖，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的遮罩配置狀態(tài)的構(gòu)造的一個示 例的平面圖，圖5是沿著圖4所示的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖。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的構(gòu)造的一個示例的平面 圖，圖8是沿著圖7所示的A—A線截斷所得的構(gòu)造的一個示例的截面圖，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 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 底膠填充時的構(gòu)造的一個示例的平面圖，圖ll是表示沿著圖10的A—A線截斷所得的 構(gòu)造的一個示例的截面圖，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 芯片接合時的構(gòu)造的一個示例的平面圖，圖13是表示沿著圖12的A—A線截斷所得的 構(gòu)造的一個示例的截面圖。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的構(gòu)造的一個示例的平面圖，圖15是表示沿著圖14的A—A線截斷所得的 構(gòu)造的一個示例的截面圖，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)造的一個示例的截面圖。本實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，在本實施方式中，列舉裝入了多個半導(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 的一個示例進行說明。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行控制，并與半導(dǎo)體封裝7的外部交換 信號，在本實施方式中，列舉如圖17所示的裝入了一個微電腦芯片(第一半導(dǎo)體芯片1) 與一個存儲器芯片(第二半導(dǎo)體芯片2)的半導(dǎo)體封裝7作為一個示例，但所裝入的半 導(dǎo)體芯片的數(shù)量只要是兩個以上即可。而且，當半導(dǎo)體封裝7并非SIP時，所裝入的半 導(dǎo)體芯片的數(shù)量也可以是一個。艮卩，本實施方式的半導(dǎo)體封裝7只要至少具有一個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的詳細構(gòu)造進行說明，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倒裝焊接用端子(接合引線)3c、和與導(dǎo)線4連接的多個打線連接用端子(接合引線)3d。多個倒裝焊接用端子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的多個焊點(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上形成著多個作為電極的焊點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，因為第二半導(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，對本實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進行 說明。首先，如圖1的步驟Sl所示，準備基板。此時，如圖2和圖3所示，準備封裝基 板(配線基板)3，在此封裝基板3的主面3a上形成著多個電極(倒裝焊接用端子3c 或打線連接用端子3d等)，且在多個倒裝焊接用端子3c上分別涂敷著焊料6。然后，如步驟S2所示，對基板進行烘烤。此處，對基板進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，如果長時間存 放，有時所述封裝基板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污 染膜的。因此，本實施方式中，在實施了第一 Ar (氬)等離子體處理后，進行圖1的步驟 S4所示的氫燃燒(燃燒、熱處理)步驟。此處，對先進行步驟S3所示的第一Ar等離子體處理步驟、還是先進行步驟S4所 示的氫燃燒(燃燒、熱處理)步驟進行說明。首先，如果僅僅為了提高焊料6的潤濕性，那么可以先進行氫燃燒，但當全面地考 慮半導(dǎo)體封裝7的裝配時，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行氫燃燒，那么 經(jīng)氫燃燒而暫時變干凈的焊料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，因為各種物質(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中進行第一 Ar等離子體處理，然后，在 步驟S4中進行氫燃燒。然而，如果在Ar等離子體處理之后進行氫燃燒，那么進行過Ar等離子體處理的部 位的效果減弱，因此，對于無須進行氫燃燒的部位，如下所述，須在封裝基板3上配置 遮罩12 (參照圖4和圖5)而進行氫燃燒。由此，即使在Ar等離子體處理之后進行氫燃燒，也可以防止進行過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，如本實施方式所述，隔著遮罩12進行氫燃燒，由此可以僅燃燒悍料6。根據(jù)所述理由，優(yōu)選在進行氫燃燒之前進行Ar等離子體處理。再者，當進行步驟S3的第一Ar等離子體處理時，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等離子體的時間，短于步驟S8的施加第二Ar等離子體的時間。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進行清洗，但隨著裝配步驟的進行，封裝基板3的污 物量也增大，因此，以比較大的能量進行第二 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的多個倒裝焊接用端子3c上的焊料6進行熱處理，以提高焊料6的潤濕性。此時，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，進行氫燃燒時，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上的碳等有機物， 由此提高焊料6的潤濕性。而且，對于本實施方式的氫燃燒而言，如圖6所示，當進行氫燃燒時，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，不對無須實施氫燃燒的部位進行氫燃燒，而僅對 需要實施氫燃燒的部位實施氫燃燒。此時，如圖4和圖5所示，準備遮罩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，當進行氫燃燒時，從噴燈13噴出的火焰14可以僅對暫時固定在倒裝焊接用端子3c上的焊料6進行加熱，對焊料6進行熱處理，由此可以提高焊料6的潤濕性。此時，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進行加熱。而且，在本實施方式中，當進行氫燃燒時，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進行加熱。此時，作為氫燃 燒的受控條件，優(yōu)選以使封裝基板3的表面溫度達到160 17(TC的方式進行氫燃燒。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)等照射條件是一個示例， 一貫是在使封裝基板3的表面溫度達到160 17(TC的同時，在照射條件下進行氫燃燒。這樣，以使封裝基板3的表面溫度達到160 17(TC的方式進行氫燃燒，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 行加熱，由此，可以在下述倒裝焊接后的金凸塊5與焊料6的界面上形成堅固的合金層。氫燃燒結(jié)束后，進行圖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具有多個焊點(表面電極)lc，且在多個焊點lc上接合著 金凸塊5。此時，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 加負荷16， 一邊進行倒裝焊接。此時，用于將負荷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進行加熱的同時施加負荷16的夾具的加熱溫度，例如為200°C。再者，在本實施方式中，優(yōu)選在對金凸塊5與焊料6進行倒裝焊接后，如圖9所示，在金凸塊5與焊料6的界面上形成著合金層，此合金層的熔點高于封裝安裝時的回流焊溫度。因為封裝安裝時的回流焊溫度(MAX)為260'C，所以在本實施方式中，例如優(yōu) 選形成AuSn2的合金層6a。所述AuSn2的合金層6a例如是熔點超過260'C的AuSn合金 層，其熔點為309'C。在本實施方式中，為了形成例如在半導(dǎo)體封裝裝配后的回流焊時 (安裝時)不會在金凸塊5與焊料6的界面上形成裂縫的堅固的合金層，在進行氫燃燒 時，使噴燈13來回移動多次，逐漸地對焊料6進行加熱。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的界面上形成熔點超 過26(TC的AuSn合金層，即形成AuSn2。此時，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，在連接金凸塊5與焊料6時的溫度環(huán)境中填充填底膠。艮P，在裝配本實施方式的半導(dǎo)體裝置時，在加熱的狀態(tài)下進行倒裝焊接，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，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等離子體以進行第二 Ar等離子體處理。此時，以比步驟S3的第一 Ar等離子體處理時的處理條件更高的能量來進行第二 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進行清洗，因此，以比第一 Ar等離子體處理時的處理條 件更高的能量來進行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的多個焊點2c、與封裝基板3的主面3a的多個 打線連接用端子3d。此時，因為通過步驟S8的第二 Ar等離子體處理來對封裝基板3的接合引線進行清 洗，即對打線連接用端子3d進行清洗，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和多個導(dǎo)線4等。之后，進行步驟Sll所示的球焊。此時，如圖17所示，將多個作為外部端子的焊 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的多個倒裝焊接用端子3c上的焊料6進行熱處理，然后， 通過金一焊接連接來進行倒裝悍接，由此，可以除去附著在焊料6表面上的有機物(碳 等)以提高焊料6的潤濕性，從而，可以實現(xiàn)良好的金一焊接連接。而且，因為并非在倒裝焊接后進行助焊劑清洗，而是預(yù)先對封裝基板3上的焊料6 進行燃燒，所以可利用金一焊接連接，在加熱狀態(tài)下進行倒裝焊接，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的多個倒裝焊接用端子3c上的焊料6進行熱處理，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)在裝配時的可靠性。以上，已根據(jù)發(fā)明的實施方式，具體地對本發(fā)明人的發(fā)明進行了說明，當然，本發(fā) 明并不限定于所述發(fā)明的實施方式，可以在不脫離自身宗旨的范圍內(nèi)進行各種改變。例如，在所述實施方式中，對將半導(dǎo)體芯片積層為兩層的半導(dǎo)體封裝7的情況進行 了說明，但所述實施方式的半導(dǎo)體裝置只要至少具有一個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)準備在主面上形成了多個電極且在所述多個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電極上的焊料燃燒；(c)將具有多個表面電極且在所述多個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，其特征在于當在所述(b)步驟中進行燃燒時，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的溫度環(huán)境中，進行所述(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到160 17(TC的方式進行燃燒。
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) 準備在主面上形成了多個電極且在所述多個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 所述多個電極上的焊料燃燒；(d) 將具有多個表面電極且在所述多個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 主面的多個表面電極與所述配線基板的主面的所述多個接合引線。
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等離子體的時間，短于在所述(g)歩驟中施 加所述第二 Ar等離子體的時間。
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-當在所述(c)歩驟中進行燃燒時，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到160 170'C的方式進行所 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-焊接連接來進行倒裝焊接時的焊料的潤濕性。進行熱處理，然后利用金-焊接連接來進行倒裝焊接，由此除去附著在焊料6表面上的有機物(碳等)，確保焊料6的潤濕性，從而可以進行金-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