专利名称：制造半导体装置的方法和回流预处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及回流预处理装置和回流预处理方法，特别地，涉及形成焊料凸块时所 使用的回流预处理装置和回流预处理方法。
背景技术：
在实施倒装芯片执行方式(FC连接倒装芯片连接)时在半导体芯片上形成的焊 料凸块是已知的。通过在低氧气氛中对布置在半导体芯片上的焊料进行热处理(回流处 理)而形成焊料凸块。将所述焊料凸块机械并电连接到在所述半导体芯片上形成的电极焊 盘(pad)上。
在半导体芯片上布置焊料的方法可例示地有镀敷法、印刷法、焊球安装法等。所述 焊料例示性地有其中向作为主要成分的铅Pb中添加诸如锡Sn的成分的合金、或其中向作 为主要成分的锡Sn中添加银Ag和铜Cu的合金。在这种焊料中，如果以在其表面上直接形 成氧化膜的状态实施回流处理，则有时存在如下情况氧化膜抑制焊料的熔化并由此不能 将焊料形成为随后的FC连接所需要的凸块状。因此，在回流处理中，需要在对焊料进行热 处理之前或期间将氧化膜除去。
除去氧化膜的方法例示性地有通过助熔剂使用还原反应的方法、和通过与还原气 体的反应将氧化膜除去的方法。所述还原气体例示性地有甲酸、氢等。在使用甲酸的处理 中，已知的是，半导体芯片上的电极焊盘之间的间距越小，甲酸越难以进入焊料之间的间隙 中。在通过极性氢等离子体进行的处理中，已知的是，半导体芯片的电荷成为问题。在通过 使用氢气将凸块表面上的氧化膜除去的方法中，通过将氢气电离并自由基化而以高活性状 态照射到凸块的表面上，将其表面上的氧化膜除去。
日本特开2001-058259号公报公开了一种其中不需要清洁步骤的焊接方法。所述 焊接方法包括如下步骤在其中放置具有焊料的被处理物体的真空室内将压力降至真空状 态；在所述真空状态下将真空室内的温度加热至所述焊料的熔化温度并保持在其熔化温度 下；和在加热步骤的同时向所述真空室内供应氢自由基。在焊接方法中，通过利用微波对氢 气进行照射可产生氢离子和氢自由基。通过在等离子体发生器下安装用于捕获离子的接地 的金属过滤器，使得氢离子和氢自由基中仅电中性的氢自由基通过所述过滤器并照射到晶 片表面上。根据这种照射，能够抑制使晶片带电。在将焊料表面上的氧化膜除去之后，通过 在真空或惰性气氛下在高于或等于焊料熔化温度的温度下实施热处理来将焊料熔化，从而 形成焊料凸块。
日本特开2007-053245号公报公开了一种其中防止在焊料表面上发生褶皱的焊 接方法。所述焊接方法包括如下步骤在低于焊料熔化温度的温度下和低于大气压的压力下将自由基气体照射到焊料和具有与焊料接合的部分的被处理物体上；在上述步骤之后， 在大气压或约大气压下在还原气氛或惰性气氛中将被处理物体加热至高于或等于焊料熔 化温度的温度下；以及在上述步骤之后，在大气压或约大气压下在还原或惰性气氛中对被 处理物体进行冷却。
日本特开2005-230830号公报公开了一种具有良好品质的焊接方法。在所述焊接 方法中，将其中放置具有固体焊料的被处理对象的真空室内的压力减压至真空状态，所述 固体焊料包含单独的锡；或锡与选自银、铅、铜、铋、铟和锌中的一种或多种组分；随后通 过产生自由基气体将焊料上的氧化膜除去；以及然后停止自由基气体的产生，使得通过在 非氧化气氛中将焊料加热至高于或等于焊料熔化温度的温度而将焊料熔化。发明内容
在焊料表面上直接形成的氧化膜包含锡的氧化膜。当利用活化的氢照射时，所 述锡的氧化膜通过由如下化学方程式所表示的反应产生氢化锡SnH4 :Sn02+4H* — Sn+2H20 Sn02+8H* — SnH4+2H20,所述活化的氢例示性地有氢离子、氢自由基等。氢化锡SnH4是气体 且产生之后漂浮在处理室中。当到达在晶片表面上直接形成的保护膜(例如由聚酰亚胺形 成的保护膜)时，在所述保护膜充当催化剂的条件下，漂浮的氢化锡SnH4会分解为锡Sn和 氢气H2,由此有时使得锡Sn粘合到保护膜上。这种锡的粘附有时会造成问题。
本发明的目的是提供回流预处理装置和回流预处理方法，其中可防止锡粘合到被 焊接对象的形成有焊料凸块的部分的表面上。
用于实施本发明的实施方案和实施例中的标号用括号表示，并对用于解决问题的 手段进行说明。为了阐明权利要求书与用于实施本发明的实施方案和实施例之间的对应而 添加了标号，但不应将所述标号用于解释权利要求书中所述的本发明的技术范围。
根据本发明的回流预处理装置包含氢自由基发生器3以及用于捕获悬浮固体的 过滤器5和31。所述氢自由基发生器3向布置在被焊接对象10中的焊料上照射氢自由基。 以使得在通过用于捕获悬浮固体的过滤器5和31之后将所述氢自由基照射到焊料上的方 式布置所述用于捕获悬浮固体的过滤器5和31。
根据本发明的回流预处理方法包括如下步骤将被焊接对象10以及用于捕获悬 浮固体的过滤器5和31布置在预定位置处；和在将被焊接对象10以及用于捕获悬浮固体 的过滤器5和31布置在预定位置处的同时，利用氢自由基对布置在被焊接对象10中的焊 料进行照射。在将被焊接对象10以及用于捕获悬浮固体的过滤器5和31布置在预定位置 处的同时，将氢自由基照射到通过用于捕获悬浮固体的过滤器5和31之后的焊料上。
在根据本发明的回流预处理装置和回流预处理方法中，能够防止锡粘合到被焊接 对象的其中布置有焊料的部分的表面上。
图1是显示根据本发明的回流预处理装置的截面图2是显示沿图1中的A-A线所取的横截面的截面图，其中显示了用于捕获锡的 过滤器；
图3是显示通过制造半导体包装产品的方法制造的FCBGA包装的截面图，其中在所述方法中应用了根据本发明的回流预处理方法；
图4是显示用于捕获锡的另一种过滤器的平面图5是显示回流预处理装置的比较例的截面图6是显示在保护膜表面上累积的锡的量的图；且
图7是显示填充树脂的剥离发生数的图。
具体实施方式
参考附图对根据本发明的回流预处理装置的优选实施方案进行描述。如图1中所 示，将多个装置设置在回流预处理装置中的室I中。所述室I是用于将其内部与外部隔绝 的容器。在室I中设置有门。设置所述门以用于室I的内部与加载互锁真空室(load lock chamber)的内部之间的连通，并由使用者将所述门打开或关闭。所述加载互锁真空室包含 传送装置。当门打开时，所述传送装置将放置在加载互锁真空室内部的传送对象传送入室 I的内部，或者将放置在所述室I内部的传送对象传送入所述加载互锁真空室的内部。
所述装置包含多个升降销2、销驱动装置4、氢自由基发生器3、用于捕获锡的过滤 器5、过滤器驱动电动机6、过滤器加热器7、晶片加热器8和控制装置9。
将各个升降销2形成为棒状并在其一端处形成保持部分。将各个升降销2布置在 室I中，使得其在垂直方向上取向且保持部分指向垂直方向的上侧。所述升降销2进一步 由室I支持，从而可以在垂直方向上平行移动，使得升降销2的所有保持部分都布置在一个 水平面上。所述升降销2将晶片10保持在室I中，同时所述晶片10放置在升降销2的保 持部分上。
将多个电路元件和多个布线设置在晶片10内部。所述布线通过电连接所述电路 元件而形成多个电路。另外，在晶片10的表面层上还设置保护膜和多个电极焊盘。所述保 护膜由聚酰亚胺形成并覆盖所述电路元件和布线以保护它们免受外部环境影响。在保护膜 中形成多个开口。各个电极焊盘由导体形成并布置在各个开口中。各个电极焊盘通过各个 布线而电连接到电路元件中的一个上。此外，在晶片10的电极焊盘中分别布置多个焊料。 各个焊料由包含锡Sn和铅Pb的合金形成。
或者，可以由包含锡Sn的另一种金属代替所述焊料。这种焊料的实例包括包含 锡Sn和银Ag的合金；包含锡Sn和铜Cu的合金；和纯锡。
所述销驱动装置4通过控制装置9的控制，在将升降销2的所有保持部分布置在 一个水平面上的同时，在垂直方向上平行移动所有升降销2。
氢自由基发生器3包含石英板11、用于捕获离子的过滤器12和磁控管14。所述 石英板11由石英形成并形成为板状。用于捕获离子的过滤器12由铝形成并形成为板状网 眼。或者，用于捕获离子的过滤器12可由不同于铝的另一种导体形成。这种导体的实例包 含不锈钢。用于捕获离子的过滤器12以使得将室I的内部分成等离子体发生室15和回流 预处理室16的方式布置在室I中。即，用于捕获离子的过滤器12将等离子体发生室15与 回流预处理室16相互隔开。所述等离子体发生室15是夹在石英板11与用于捕获离子的 过滤器12之间的空间。所述升降销2布置在回流预处理室16中。将用于捕获离子的过滤 器12进一步接地。磁控管14通过控制装置9的控制，通过石英板11向等离子体发生室15 中输出微波17。氢自由基发生器3还包含未不出的氢气进料器。所述氢气进料器通过控制装置9的控制，通过连接至等离子体发生室15的管道将氢气供应到等离子体发生室15中。
用于捕获锡的过滤器5由镍Ni形成。用于捕获锡的过滤器5布置在室I中并以 在室I内部可平行移动和旋转移动的方式被支持。所述过滤器驱动电动机6通过控制装置 9的控制而移动用于捕获锡的过滤器5。所述过滤器驱动电动机6还对用于捕获锡的过滤 器5的位置进行测量并将所述位置输出至控制装置9。过滤器加热器7热连接到用于捕获 锡的过滤器5上。所述过滤器加热器7通过控制装置9的控制而产生热。所述过滤器加热 器7还测量用于捕获锡的过滤器5的温度并将温度输出至控制装置9。将晶片加热器8布 置在室I内部的回流预处理室16中。所述晶片加热器8通过控制装置9的控制而产生热。 所述晶片加热器8还对由升降销2保持的晶片10的温度进行测量并将温度输出至控制装 置9。
室I还包含未示出的排气系统。所述排气系统通过控制装置9的控制，通过在室 I中形成的排气口将气体从室I的内部排出。所述排气系统还对室I中的气氛的压力进行 测量并将所述压力输出至控制装置9。
所述控制装置9是计算机并包含CPU、记忆装置、可拆卸的存储驱动器、通信装置、 输入装置、输出装置和界面，它们都未示出。所述CPU通过执行安装在控制装置9中的计算 机程序对记忆装置、可拆卸的存储驱动器、通信装置、输入装置、输出装置和界面进行控制。 所述记忆装置对计算机程序进行记录。所述记忆装置还对CPU所使用的信息进行记录。当 插入其上记录了计算机程序的记录介质时，使用所述可拆卸的存储驱动器将计算机程序安 装到控制装置9中。所述通信装置用于通过通信网络从连接到控制装置9的另一台计算机 上下载计算机程序，从而将计算机程序安装到控制装置9中。输入装置将由使用者的操作 生成的信息输出至CPU。输入装置的实例包括键盘和鼠标。输出装置对CPU所生成的信息 进行输出，使得可以由使用者对信息进行识别。输出装置的实例包括显示器，所述显示器显 示由CPU生成的图像。
所述界面将由连接至控制装置9的外部装置所生成的信息输出至CPU，并将由CPU 生成的信息输出至外部装置。所述外部装置包含氢自由基发生器3、过滤器驱动电动机6、 过滤器加热器7和晶片加热器8。
安装到控制装置9中的计算机程序由多个计算机程序形成，通过所述多个计算机 程序，控制装置9能够实现多种功能中的各种功能。所述功能包括晶片传送单元和氧化膜 除去单元。
晶片传送单元对过滤器驱动电动机6进行控制，使得在通过升降销2保持晶片10 之前，将用于捕获锡的过滤器5布置在垂直方向朝上侧上距所述升降销2足够远的位置处。 所述晶片传送单元还对销驱动装置4进行控制，使得在通过升降销2保持晶片10之前，将 升降销2的保持部分布置在垂直方向朝上侧上距所述晶片加热器8足够远的位置处。
所述晶片传送单元对销驱动装置4进行控制，使得在通过升降销2保持晶片10之 后，以充分靠近晶片加热器8的方式布置晶片10。所述晶片传送单元还对过滤器驱动电动 机6进行控制，使得在通过升降销2保持晶片10之后，用于捕获锡的过滤器5接近晶片10， 直至其间的距离变为预定距离。所述预定距离为Imm IOmm范围内的一个值。
所述晶片传送单元对过滤器驱动电动机6进行控制，使得在利用氢自由基H*对晶 片10进行照射之后，在垂直方向上朝上侧上距升降销2足够远的方式布置所述用于捕获锡的过滤器5。所述晶片传送装置单元还对销驱动装置4进行控制，使得在利用氢自由基对晶 片10进行照射之后，将升降销2的保持部分布置在垂直方向朝上侧上距晶片加热器8足够 远的位置处。
氧化膜除去单元对氢自由基发生器3进行控制，使得将预定量的氢自由基H*照射 到由升降销2保持的晶片10上。即，氧化膜除去单元对排气系统进行控制，使得在通过升 降销2保持晶片10的同时，室I内的气氛具有预定气压。所述氧化膜除去单元对氢气进料 器进行控制，使得将预定量的氢气H2供应到等离子体发生室15内。所述氧化膜除去单元 对磁控管14进行控制，使得将预定量的微波17输出到等离子体发生室15内。
通过利用微波17对填充等离子体发生室15的氢气进行照射，在等离子体发生室 15中产生氢等离子体，由此使得产生多个粒子。所述粒子包含带电离子和不带电的氢自由 基H*。所述离子包含氢离子H+。所述离子被用于捕获离子的过滤器12捕获。所述氢自由 基H*通过所述用于捕获离子的过滤器12，并排出到回流预处理室16中以照射到由升降销 2保持的晶片10上。
所述氧化膜除去单元对过滤器加热器7进行控制，使得在利用氢自由基H*对晶片 10进行照射的同时，用于捕获锡的过滤器5的温度变为预定温度。所述预定温度是50°C至 容许温度界限的范围内的一个值。所述容许温度界限表示用于捕获锡的过滤器5可以承受 的最高温度，且所述温度为例如200°C。所述氧化膜除去单元还对过滤器驱动电动机6进行 控制，使得在利用氢自由基H*对晶片10进行照射的同时，用于捕获锡的过滤器5绕与垂直 方向平行的旋转轴旋转。
所述氧化膜除去单元还对晶片加热器8进行控制，使得布置在晶片10中的焊料具 有预定温度。所述预定温度为50°C至最高温度的范围内的一个值。所述最高温度表示低于 焊料熔点的温度，且所述温度为例如200°C。
图2显示了用于捕获锡的过滤器5。所述用于捕获锡的过滤器5形成为尺寸大于 晶片10的盘状物，并形成为网状。还以使得网眼的面积对用于捕获锡的过滤器5的面积的 孔径比为约70%的方式形成所述用于捕获锡的过滤器5。在此情况中，从氢自由基发生器3 排出到回流预处理室16中的氢自由基H*通过在用于捕获锡的过滤器5中形成的网眼而照 射到晶片10上。通过将用于捕获锡的过滤器5形成为这种网状，更多的氢自由基H*能够 通过过滤器，因此，即使将过滤器布置在晶片10附近，更多的氢自由基H*仍能够照射到晶 片10上。通过将用于捕获锡的过滤器5布置在回流预处理室16中，能够捕获漂浮在室16 中的氢化锡SnH4。当用于捕获锡的过滤器5的表面的表面积增大时，作为将氢化锡SnH4分 解成锡Sn和氢气H2的分解反应的催化剂的效率变得更高。即，随着用于捕获锡的过滤器5 的网眼变得更细，与其网眼更粗的情况相比，能够更有效地分解氢化锡SnH4。
根据本发明的回流预处理方法的实施方案通过使用这种回流预处理装置来实施， 并适用于制造半导体包装的半导体包装制造方法。所述半导体包装制造方法包括用于实施 回流预处理方法、回流预处理和倒装芯片连接的操作。
在所述回流预处理方法中，所述控制装置9通过控制过滤器驱动电动机6首先将 用于捕获锡的过滤器5移动至在垂直方向朝上侧上距所述升降销2足够远的位置处。所述 控制装置9还通过控制销驱动装置4将升降销2的保持部分布置在垂直方向朝上侧上距所 述晶片加热器8足够远的位置处。使用者通过打开室I中的门将布置在加载互锁真空室内的晶片10放置在升降销2上以对加载互锁真空室中的传送装置进行控制，从而由升降销2 来保持晶片10。在由升降销2来保持晶片10之后，使用者将室I中的门关闭。
此时，由于用于捕获锡的过滤器5被布置在垂直方向朝上侧上距所述升降销2足够远的位置处且升降销2的保持部分被布置在垂直方向朝上侧上距所述晶片加热器8足够远的位置处，所以可以通过加载互锁真空室中的传送装置将晶片从加载互锁真空室传送入室I中而不受用于捕获锡的过滤器5和晶片加热器8的干扰。
通过在由升降销2来保持晶片10之后控制销驱动装置4，所述控制装置9将升降销2在垂直方向上朝下侧移动，使得以充分靠近晶片加热器8的方式布置晶片10。在以充分靠近晶片加热器8的方式布置晶片10的条件下，晶片加热器8能够对晶片10进行加热。
在由升降销2来保持晶片10之后，所述控制装置9还通过控制过滤器驱动电动机 6使得用于捕获锡的过滤器5在垂直方向上朝下侧移动，使得用于捕获锡的过滤器5布置在距晶片10预定距尚(Imm IOmm)处。用于捕获锡的过滤器5能够有效捕获从晶片10释放的氢化锡SnH4,同时用于捕获锡的过滤器5接近晶片10，直至其间的距离变为预定距离。
控制装置9通过控制氢自由基发生器3在由升降销2保持的晶片10上照射预定量的氢自由基H*，同时将晶片10和用于捕获锡的过滤器5布置在预定位置处。S卩，所述控制装置9通过控制排气系统使得室I中的气氛具有预定压力。控制装置9通过控制氢气进料器向等离子体发生室15中供应预定量的氢气H2。所述控制装置9通过控制磁控管14向等离子体发生室15中输出预定量的微波17，使得在等离子体发生室15中产生氢等离子体。
有时存在在布置在晶片10中的焊料表面上直接形成氧化膜的情况。通过利用氢自由基H*对晶片10进行照射而将所述氧化膜除去。所述氧化膜包括锡的氧化膜。所述锡的氧化膜包含二氧化锡Sn02。当利用氢自由基H*照射时，所述锡的氧化膜通过由如下化学方程式表示的反应发生分解Sn02+4H* — Sn+2H20 Sn02+8H* — SnH4+2H20,由此产生锡Sn和氢化锡SnH4。锡Sn残留在焊料的表面上。氢化锡SnH4是在产生之后会挥发的气体，并漂浮在回流预处理室16中。
所述控制装置9还通过控制晶片加热器8将布置在晶片10中的焊料加热至预定温度。随着预定温度的升高，能够更有效地将焊料表面上的氧化膜除去；然而，如果温度超过焊料的熔点，则有时存在氢进入到焊料中，由此在凸块中产生气泡的情况。因此，优选的是，预定温度为50°C以上且所述焊料的熔点以下。当向焊料上照射氢自由基H*时，通过将焊料加热至预定温度，焊料上的氧化膜能够有效分解并除去。
当与晶片10的保护膜接触时，在保护膜作为催化剂的条件下，氢化锡SnH4解离成锡Sn和氢H2。解离的锡Sn粘合到保护膜上并在其上累积。当预定 温度高时，在保护膜 10作为催化剂的条件下，解离速率变大。因此，进一步优选的是，预定温度为100°C以上且 150°C以下。由此，可以在有效地将焊料表面上的氧化膜除去的同时，抑制在晶片10的保护膜作为催化剂的条件下的解离速率。当与用于捕获锡的过滤器5接触时，氢化锡SnH4解离成锡Sn和氢H2。解离的锡Sn粘合到用于捕获锡的过滤器5上并固化。
在利用氢自由基H*对晶片10进行照射的同时，所述控制装置9通过控制过滤器加热器7将用于捕获锡的过滤器5加热至预定温度。所述预定温度是50°C至容许温度界限的范围内的一个值。所述容许温度界限表示用于捕获锡的过滤器5可以承受的最高温度， 且所述温度为例如200°C。当加热至预定温度时，用于捕获锡的过滤器5能够有效捕获从晶片10放出的氢化锡SnH4。进一步优选的是，使得用于捕获锡的过滤器5的温度高于布置在 晶片10中的焊料的温度。由此，可以在抑制晶片10的保护膜作为催化剂的条件下的解离 速率的同时，通过用于捕获锡的过滤器5有效地捕获氢化锡SnH4。
在利用氢自由基H*对晶片10进行照射的同时，所述控制装置9还通过控制过滤 器驱动电动机6，使得用于捕获锡的过滤器5绕与垂直方向平行的旋转轴旋转。通过旋转用 于捕获锡的过滤器5，将氢自由基H*均匀照射到晶片10中的焊料上。通过旋转用于捕获锡 的过滤器5，可以使从晶片10放出的氢化锡SnH4被用于捕获锡的过滤器5均匀捕获。
在利用氢自由基H*对晶片10照射之后，所述控制装置9通过控制过滤器驱动电 动机6，将用于捕获锡的过滤器5移动至在垂直方向朝上侧上距所述升降销2足够远的位置 处。在利用氢自由基H*对晶片10照射之后，所述控制装置9还通过控制销驱动装置4，将 升降销2的保持部分移动至在垂直方向朝上侧上距所述晶片加热器8足够远的位置处。使 用者通过打开室I中的门以对加载互锁真空室内的传送装置进行控制，将由升降销2保持 的晶片传送入加载互锁真空室中。在将用于捕获锡的过滤器5布置在垂直方向朝上侧上距 升降销2足够远的位置处且将升降销2的保持部分布置在垂直方向朝上侧上距晶片加热器 8足够远的位置处的条件下，可以通过加载互锁真空室中的传送装置将晶片10传送入加载 互锁真空室中而不受用于捕获锡的过滤器5和晶片加热器8的干扰。
根据这种回流预处理方法，通过利用用于捕获锡的过滤器5对漂浮在室I中的氢 化锡SnH4进行捕获，能够减少与晶片10的保护膜接触的氢化锡SnH4的量。因此，在这种回 流预处理方法中，能够减少在晶片10的保护膜上产生的锡Sn的量并还能够减少在其保护 膜上累积的锡Sn的量。
当使氢化锡SnH4与室I的内壁接触时，从氢化锡SnH4解离的锡Sn粘合到内壁上 并在其上累积。因此，需要定期清洁室I的内壁。根据这种回流预处理方法，能够减少漂 浮在室I中的氢化锡SnH4的量且还能够减少粘合到室I的内壁上并在其上累积的锡Sn的 量。结果，在这种回流预处理方法中能够降低清洁频率，由此使得可提高回流预处理装置的 运行速率。
通过在晶片10附近布置用于捕获锡的过滤器5，从布置在晶片10中的焊料放出的 氢化锡SnH4能够在更高可能性下与用于捕获锡的过滤器5接触。因此，氢化锡SnH4能够有 效地被用于捕获锡的过滤器5捕获并还能够有效地捕获要与晶片10的保护膜接触的氢化 锡SnH4。因此，根据在晶片10附近移动用于捕获锡的过滤器5的操作，使得更易于向升降 销2上或从升降销2传送晶片10并能够更有效地捕获氢化锡SnH4。
在用于捕获锡的过滤器5的温度更高时，氢化锡SnH4能够通过用于捕获锡的过滤 器5而更有效地分解成锡Sn和氢H2。因此，根据用于加热用于捕获锡的过滤器5的操作，氢 化锡SnH4能够通过用于捕获锡的过滤器5而更有效地分解成锡Sn和氢H2且还能够更有效 地减少氢化锡SnH4在保护膜上的累积。此外，通过将用于捕获锡的过滤器5加热至100°C 至容许温度界限的范围内的温度，与将用于捕获锡的过滤器5加热至50°C至容许温度界限 的范围内的温度的情况相比，氢化锡SnH4能够更有效地分解且还能够更有效地减少氢化锡 SnH4在保护膜上的累积。当用于捕获锡的过滤器5的温度变为140°C以上时，急剧促进了其 中将氢化锡SnH4分解成锡Sn和氢H2的分解反应。因此，通过将用于捕获锡的过滤器5加 热至150°C至容许温度界限的范围内的温度，氢化锡SnH4能够更有效地分解且还能够更有效地减少锡Sn在保护膜上的累积。在此情况中，优选的是，用于捕获锡的过滤器5由能够 承受200 °C温度的金属形成。
或者，用于捕获锡的过滤器5由能够承受高达200°C的温度的另一种金属形成。可 与锡Sn发生合金化反应的金属优选作为另一种金属。另一种金属的实例包含包含镍Ni 的合金；铜01 ;和包含铜Cu的合金。由另一种金属形成的用于捕获锡的过滤器能够以与用 于捕获锡的过滤器5相同的方式更有效地分解氢化锡SnH4。因此，以与向其应用了用于捕 获锡的过滤器5的回流预处理装置中相同的方式，通过向其应用了用于捕获锡的过滤器的 回流预处理装置，能够更有效地减少锡Sn在保护膜上的累积。
在真空或惰性气氛下将照射了氢自由基H*之后传送至加载互锁真空室中的晶片 10传送至单独准备的回流处理装置中。在所述回流处理装置中，使用者将晶片10加热至高 于或等于焊料熔点的温度，从而使得焊料熔化。在将各种焊料熔化之后，使用者将熔化的焊 料自然冷却，从而将焊料凝固成多个焊料凸块形状。
图3显示了通过制造半导体包装产品的方法制造的半导体包装产品。所述半导 体包装产品包含半导体芯片21、多个焊料凸块22、中介片(interposer) 23、底部填充树脂 (underfill resin) 24和盖子25。半导体芯片21是晶片10的一部分并形成为板状且在其 内部具有多个电路元件和布线两者。通过将电路元件与布线电连接而形成多个电路。在面 对中介片23的半导体芯片21的表面上进一步形成保护膜和焊料凸块22。所述保护膜覆盖 所述电路元件和布线。将各个焊料凸块22通过布线电连接到电路元件中的一个上。
所述中介片23形成为板状形状并具有多个内部布线。所述内部布线以相互电绝 缘的方式布置在所述中介片23内。将面对半导体芯片21的中介片23的表面通过焊料凸 块22连接到半导体芯片21上。在与面对半导体芯片21的表面相对的中介片23的另一个 表面上形成多个焊球26。在此情况中，焊料凸块22通过内部布线分别电连接到焊球26上。
底部填充树脂24由绝缘体形成并注射到半导体芯片21与中介片23之间。所述 底部填充树脂24紧密粘合到在半导体芯片21上形成的保护膜27和面对半导体芯片21的 中介片23的表面两者上，由此底部填充树脂24对焊料凸块22进行保护。将所述盖子25 形成为容器状。因为容器的所有边缘都紧密粘合到中介片23上，所以通过盖子25能够保 护布置在容器内部的半导体芯片21。
在制造半导体包装产品的方法中的倒装芯片连接中，使用者首先将其中形成了焊 料凸块的晶片10切割成多个芯片。使用者通过使用后树脂填充方法将各个芯片21连接到 单个中介片23上。即，使用者通过熔化焊料凸块22以夹在焊料凸块22与焊料两者之间的 方式布置芯片21和中介片23。在对半导体芯片21和中介片23进行焊接之后，使用者将液 体绝缘树脂涂布在半导体芯片21的一侧上，使得树脂通过毛细现象渗入半导体芯片21与 中介片23之间的小间隙中。在将涂布和渗透重复由半导体芯片21的尺寸所计算的次数之 后，使用者将绝缘树脂固化成底部填充树脂22。在形成底部填充树脂22之后，使用者将盖 子25紧密粘合到中介片23上以保护半导体芯片21。在与面对所述半导体芯片21的表面 相对的中介片23的另一个表面上形成焊球26。
这种后树脂填充方法是公知的且在日本特开2009-057575号公报中公开了其细 节。或者，可以通过与这种后树脂填充方法不同的另一种方法来注入底部填充树脂22。所 述另一种方法的实例包括前树脂填充方法，其中在将树脂涂布到芯片21与中介片23的接合表面上之后实施倒装芯片连接。用于前树脂填充方法中的树脂的实例包括液体树脂和膜树脂。涂布液体树脂的前树脂填充方法是公知的且在日本特开2003-338525号公报中公开了所述方法。应用膜树脂的前树脂填充方法是公知的且在日本特开2008-311443号公报中公开了所述方法。
当锡Sn在保护膜27上累积时，有时存在相互不同的焊料凸块22的两个焊料凸块相互电连接的情况。当两个焊料凸块电连接时，半导体芯片产品变为不合格产品。在应用根据本发明的回流预处理方法的制造半导体包装产品的这种方法中，能够减少在保护膜27 上累积的锡Sn的量。结果，在制造半导体包装产品的这种方法中，能够防止焊料凸块22电连接在一起，由此使得半导体包装产品的不良率降低。
当锡Sn在保护膜27上累积时，有时存在保护膜27与底部填充树脂24不相互紧密粘合的情况。在应用了根据本发明的回流预处理方法的制造半导体包装产品的这种方法中，能够减少在保护膜27上累积的锡Sn的量。结果，在制造半导体包装产品的这种方法中， 能够更确实地将半导体芯片中的保护膜27与底部填充树脂24相互紧密粘合，由此使得底部填充树脂24在半导体包装产品中的粘合失效降低。
用于捕获锡的过滤器5能够用氢自由基H*能够通过的另一种用于捕获锡的过滤器代替。如图4中所示，例如，以与用于捕获锡的过滤器5相同的方式，将用于捕获锡的过滤器31形成为尺寸大于晶片10的盘状过滤器。在用于捕获锡的过滤器31中，将多个孔 32-1 32-n(n=2、3、4、…)进一步形成为所谓的穿孔板结构。以使得孔32_1 32_n的面积对用于捕获锡的过滤器31的面积的孔径比为约70%的方式形成所述用于捕获锡的过滤器31。在用于捕获锡的过滤器31的表面上进一步形成足够细微的凹凸。在此情况中，从氢自由基发生器3放出到回流预处理室16中的氢自由基H*通过孔21-1 22-n而照射到晶片10上。
在应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置中，通过以与应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置中相同的方式捕获氢化锡SnH4，能够防止锡Sn在晶片10 的保护膜上的累积。
在用于捕获锡的过滤器31的表面的表面积更大时，作为其中将氢化锡SnH4分解成锡Sn和氢H2的分解反应的催化剂的效率变得更高。即，与用于捕获锡的过滤器5相比， 在表面上形成了凹凸的用于捕获锡的过滤器31中，能够更有效地捕获氢化锡SnH4。因此， 用于捕获锡的过滤器31能够比用于捕获锡的过滤器5更有效地捕获氢化锡SnH4。因此，与应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置相比，在应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置中，通过防止锡Sn在晶片10的保护膜上的累积，能够防止在由晶片10形成的半导体包装中的焊料凸块22相互电连接或能够进一步减少树脂的粘合失效。
图5显示了相对于根据本发明的回流预处理装置的比较例。在所述回流预处理装置中，从根据本发明的回流预处理装置中省略了用于捕获锡的过滤器5、过滤器驱动电动机 6和过滤器加热器7。即，所述回流预处理装置包含室101、多个升降销102、氢自由基发生器103 、销驱动装置104、晶片加热器108和控制装置109。控制装置109为计算机。所述室 101是用于将其内部与外部隔绝的容器。将升降销102布置在室101内部以将晶片110保持在室101内部。以与晶片10相同的方式将多个焊料布置在晶片110中。所述销驱动装置104通过控制装置109的控制，在将所有升降销102的保持部分布置在一个水平面上的同时，在垂直方向上平行移动所有升降销102。
所述氢自由基发生器103包含石英板111、用于捕获离子的过滤器112和磁控管 114。所述石英板111由石英形成并形成为板状。所述用于捕获离子的过滤器112由导体形成并形成为板状网眼。用于捕获离子的过滤器112以室101的内部分成等离子体发生室 115和回流预处理室116的方式布置在室101内。将所述用于捕获离子的过滤器112进一步接地。将多个升降销102布置在回流预处理室116中。所述磁控管114通过控制装置 109的控制通过石英板111向等离子体发生室115内输出微波117。所述氢自由基发生器 103还包含未示出的氢气进料器。所述氢气进料器通过控制装置109的控制向等离子体发生室115中供应氢气。即，氢自由基发生器103通过控制装置109的控制向由升降销102 保持的晶片110上照射自由基H*。
将所述晶片加热器108布置在升降销102中。所述晶片加热器108通过控制装置 109的控制而产生热。所述晶片加热器108还对由升降销102保持的晶片110的温度进行测量，并将所述温度输出至控制装置109。
所述室101还包含排气系统。所述排气系统通过控制装置109的控制将气体从室 101内部排出。所述排气系统还对室101中的气氛的压力进行测量并将所述压力输出至控制装置109。
通过使用根据这种比较例的回流预处理装置实施相对于根据本发明的回流预处理方法的比较例。使用者首先使得升降销102保持晶片110。在由升降销102来保持晶片 110之后，控制装置109通过控制销驱动装置104在垂直方向上朝下侧移动升降销102，从而以足够靠近晶片加热器108的方式布置晶片110。所述控制装置109还通过控制排气系统，使得在由升降销来保持晶片110之后室101中的气氛具有预定压力。所述控制装置109 通过控制氢气进料器向等离子体发生室115中每单位时间供应预定量的氢气H2。所述控制装置109通过控制磁控管114，向等离子体发生室115中输出预定量的微波117。通过这些操作，利用氢!自由基H*对晶片110进行照射。通过向晶片110上照射氧自由基H*,将在布置在晶片Iio中的多个焊料的表面上直接形成的氧化膜分解，从而产生氢化锡SnH4。
所述控制装置109通过控制晶片加热器108将布置在晶片110中的焊料加热至预定温度，同时利用氢自由基H*对晶片110进行照射。
在实施这种回流预处理方法之后，使用者以与根据上述实施方案的制造半导体包装产品的方法中相同的方式，通过实施回流处理和倒装芯片连接，由晶片110制造了多个半导体包装产品。
图6显示了在多个保护膜的表面上累积的Sn的量。在其表面上累积的Sn的量中， 在保护膜表面上累积的Sn的量41表示，在实施根据比较例的回流预处理方法时所发生的在晶片110的保护膜上累积的锡Sn的量。在其表面上累积的Sn的量中，在保护膜表面上累积的Sn的量42表示，在通过使用应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置实施根据本发明的回流预处理方法时所发生的在晶片10的保护膜上累积的锡Sn的量。在其表面上累积的Sn的量中，在保护膜表面上累积的Sn的量43表示，在通过使用应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置实施根据本发明的回流预处理方法时所发生的在晶片 10的保护膜上累积的锡Sn的量。
在保护膜表面上累积的Sn的量显示Sn的量41大于Sn的量42且Sn的量41也大于Sn的量43。即，在保护膜表面上累积的Sn的量显示，与根据比较例的回流预处理方法相比，通过根据本发明的回流预处理方法能够进一步降低在保护膜上累积的Sn的量。
在保护膜表面上累积的Sn的量显示，Sn的量43小于Sn的量42。S卩，在保护膜表面上累积的Sn的量显示与应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置相比，通过应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置能够进一步降低在保护膜上累积的Sn的量；且用于捕获锡的过滤器31能够比用于捕获锡的过滤器5更有效地捕获氢化锡SnH4。
图7显示了多个填充树脂的剥离发生数。在填充树脂剥离发生数中，其发生数51 表示，可能发生在实施根据比较例的回流预处理方法时所发生的其中晶片110的保护膜与树脂相互不紧密粘合的粘合失效的可能性。在填充树脂剥离发生数中，其发生数52表示， 可能发生在通过使用应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置实施根据本发明的回流预处理方法时所发生的其中晶片10的保护膜与树脂相互不紧密粘合的粘合失效的可能性。在填充树脂剥离发生数中，其发生数53表示，可能发生在通过使用应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置实施根据本发明的回流预处理方法时所发生的其中晶片 10的保护膜与树脂相互不紧密粘合的粘合失效的可能性。
填充树脂的剥离发生数显示填充树脂发生数51大于填充树脂发生数52且填充树脂发生数51也大于填充树脂发生数53。即，填充树脂剥离发生数显示，与根据比较例的回流预处理方法相比，通过根据本发明的回流预处理方法能够更确实地防止粘合失效。
填充树脂剥离发生数显示，填充树脂发生数53小于填充树脂发生数52。S卩，填充树脂剥离发生数显示与应用了用于捕获锡的过滤器5的回流预处理装置相比，通过应用了用于捕获锡的过滤器31的回流预处理装置能够更确实地防止粘合失效。
图6中的在保护 膜表面上累积的Sn的量和图7中的填充树脂剥离发生数显示在保护膜上累积的Sn的量增大时，发生粘合失效的可能性变大；即，在保护膜上累积的Sn的量与粘合失效的发生之间存在因果关系。
或者，在根据本发明的回流预处理方法中，可利用在照射氢自由基时发生的晶片 10的移动来代替在照射氢自由基时发生的用于捕获锡的过滤器5的旋转。此外，在此情况中，以与上述实施方案中相同的方式，在根据本发明的回流预处理方法中可以利用氢自由基对晶片10进行充分且均匀的照射。
或者，在根据本发明的回流预处理方法中，当即使在不进行上述移动仍能够利用氢自由基对晶片10进行充分且均匀的照射时，可省略在照射氢自由基时发生的用于捕获锡的过滤器5 (或用于捕获锡的过滤器31)的移动。此外，在此情况中，以与上述实施方案中相同的方式，在根据本发明的回流预处理方法中能够防止锡Sn的粘合。
或者，当加载互锁真空室中的传送装置能够以其中以充分捕获氢化锡SnH4的方式布置用于捕获锡的过滤器5 (或用于捕获锡的过滤器31)的状态将晶片10传送入或传送出升降销2时，可在根据本发明的回流预处理方法中省略移动用于捕获锡的过滤器5 (或用于捕获锡的过滤器31)的操作，并可在回流预处理装置中省略过滤器驱动电动机6。
或者，当在以使得晶片加热器8能够对晶片10进行加热的方式将升降销布置在垂直方向上足够低的位置处的情况下加载互锁真空室中的传送装置能够将晶片10传送入或传送出升降销2时，能够在根据本发明的回流预处理方法中省略移动升降销2的操作，并可在回流预处理装置中省略销驱动装置4。
或者，用于捕获锡的过滤器5 (或用于捕获锡的过滤器31)可由不用于Ni的另一 种材料形成。所述材料的实例包含陶瓷和金属。作为金属，在与陶瓷相比，金属对解离的锡 的重新放出具有更高抵抗性方面，优选可与锡发生合金化反应的金属，因此优选包含镍或 铜Cu的金属。
或者，当即使不对用于捕获锡的过滤器5进行加热氢化锡SnH4仍能够被用于捕获 锡的过滤器5充分捕获时，在根据本发明的回流预处理方法中可以省略对用于捕获锡的过 滤器5 (或用于捕获锡的过滤器31)进行加热的操作，且在回流预处理装置中可省略过滤器 加热器7。
在根据本发明的回流预处理装置中，晶片10与用于捕获锡的过滤器5之间的距离 能够改变。在所述两者之间的距离变小时，能够在照射氢自由基H*的同时更有效地捕获所 产生的氢化锡SnH4;然而，难以将翘曲或弯曲的晶片10传送入或传送出在用于捕获锡的过 滤器5下方的区域。通过使所述两者之间的距离大，能够抑制在将晶片10传送入或传送出 所述区域时所发生的晶片10与用于捕获锡的过滤器相互干扰或相互接触的风险；且通过 使所述两者之间的距离小，能够在照射期间有效地捕获锡Sn。
此外，能够将根据本发明的回流预处理方法应用于制造与图3中所示不同的半导 体包装产品。半导体包装产品的实例包括其中通过Cu柱凸块实施倒装芯片连接的半导体 包装产品和其中省略了底部填充树脂的半导体包装产品。在应用了 Cu柱凸块的半导体包 装产品中，能够防止由于粘合的锡造成的短路失效和底部填充树脂的粘合失效。在省略了 底部填充树脂的半导体包装产品中，能够防止由粘合的锡造成的短路失效。所述Cu柱凸块 具有其中在晶片10的电极焊盘上形成含Cu的圆柱形导体并在所述圆柱形导体上形成焊料 的结构。在其中形成了 Cu柱凸块的晶片10中，当将晶片10传送入或传送出在用于捕获锡 的过滤器5下方的区域或照射位置时，由柱高度变化等造成的晶片10与用于捕获锡的过滤 器5接触的风险大；且如果晶片仅与其轻微接触，则易于因变形等而造成失效。因此，其中 晶片10与用于捕获锡的过滤器15之间的距离发生特殊变化的根据本发明的回流预处理装 置和回流预处理方法对Cu柱凸块是有效的。
或者，照射氢自由基H*的步骤可包括在晶片10与用于捕获锡的过滤器5之间的 距离Dl处照射氢自由基的第一步骤；和在大于所述距离Dl的距离D2处照射氢自由基的第 二步骤。通过在第一步骤之后特殊实施第二步骤，即通过以其中焊料表面上的氧化膜厚且 产生的氢化锡SnH4的量大的状态在捕获锡的效率高的Dl (〈D2)处照射氢自由基，并通过在 除去特定量的氧化膜之后在D2处照射氢自由基，能够使得由用于捕获锡的过滤器5造成的 晶面内的照射分布小。
此外，能够将根据本发明的回流预处理方法应用于形成用于与倒装芯片连接不同 的应用的另一种焊料凸块。根据本发明的回流预处理方法能够应用于例如形成图3中所示 的焊球26。在此情况中，能够防止锡粘合到其上形成了焊球26的中介片23的表面上并能 够防止其中焊球相互电连接的短路失效。
权利要求
1.一种制造半导体装置的方法，包括如下步骤 将被焊接对象和用于捕获悬浮固体的过滤器两者都布置在预定位置处，其中在所述对象中布置了包含锡的焊料；以及 在将所述被焊接对象和所述用于捕获悬浮固体的过滤器布置在所述预定位置处的同时，利用氢自由基对布置在所述被焊接对象中的所述焊料进行照射， 其中在将所述被焊接对象和所述用于捕获悬浮固体的过滤器布置在所述预定位置处的同时，将所述氢自由基照射到通过所述用于捕获悬浮固体的过滤器之后的所述焊料上。
2.如权利要求1所述的制造半导体装置的方法，还包括如下步骤 在利用所述氢自由基对所述焊料进行照射的同时，将所述用于捕获悬浮固体的过滤器加热至所述用于捕获悬浮固体的过滤器捕获悬浮固体的温度。
3.如权利要求2所述的制造半导体装置的方法，还包括如下步骤 在利用所述氢自由基对所述焊料进行照射的同时，相对于所述被焊接对象移动所述用于捕获悬浮固体的过滤器。
4.如权利要求3所述的制造半导体装置的方法，还包括如下步骤 在利用所述氢自由基对所述焊料进行照射的同时，将所述焊料加热至除去氧化膜的温度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的制造半导体装置的方法，还包括如下步骤 通过将已经利用氢自由基进行照射的所述焊料熔化并凝固而形成多个焊料凸块。
6.如权利要求5所述的制造半导体装置的方法，还包括如下步骤 通过所述焊料凸块对所述被焊接对象和焊接对象进行焊接， 其中所述被焊接对象包含在半导体衬底上形成的多个电路和各自电连接到所述电路的各个端子上的多个第一焊盘， 其中所述焊接对象包含多个第二焊盘，且 其中所述焊料凸块中的各个焊料凸块将所述第一焊盘中的一个焊盘电连接到所述第二焊盘中的一个焊盘上。
7.一种回流预处理装置，包含 氢自由基发生器，所述氢自由基发生器用于将氢自由基照射到布置在被焊接对象中的焊料上；和 用于捕获悬浮固体的过滤器， 其中以使得将所述氢自由基照射到通过所述用于捕获悬浮固体的过滤器之后的所述焊料上的方式布置所述用于捕获悬浮固体的过滤器。
8.如权利要求7所述的回流预处理装置，其中所述用于捕获悬浮固体的过滤器由包含镍或铜的金属形成。
9.如权利要求7所述的回流预处理装置，还包含 用于捕获悬浮固体的过滤器用加热器，其用于对所述用于捕获悬浮固体的过滤器进行加热。
10.如权利要求7所述的回流预处理装置，还包含 被焊接对象用加热器，其用于对所述焊料进行加热。
11.如权利要求7所述的回流预处理装置，还包含执行器，其用于相对于所述被焊接对象移动所述用于捕获悬浮固体的过滤器。
12.如权利要求11所述的回流预处理装置，还包含 控制装置，其用于以使得在利用所述氢自由基对所述焊料进行照射的同时，所述用于捕获悬浮固体的过滤器相对于所述被焊接对象移动的方式对所述执行器进行控制。
全文摘要
本发明涉及制造半导体装置的方法和回流预处理装置。本发明的方法包括如下步骤将被焊接对象和用于捕获悬浮固体的过滤器两者都布置在预定位置处，其中在所述对象中布置了包含锡的焊料；以及在将所述被焊接对象和所述用于捕获悬浮固体的过滤器布置在所述预定位置处的同时，利用氢自由基对布置在所述被焊接对象中的所述焊料进行照射，其中在将所述被焊接对象和所述用于捕获悬浮固体的过滤器布置在所述预定位置处的同时，将所述氢自由基照射到通过所述用于捕获悬浮固体的过滤器之后的所述焊料上。本发明的回流预处理装置包含氢自由基发生器和用于捕获悬浮固体的过滤器。本发明能防止锡粘合到被焊接对象的形成有焊料凸块的部分的表面上。
文档编号B23K3/08GK103028800SQ20121035286
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月20日 优先权日2011年9月28日
发明者清水裕司 申请人:瑞萨电子株式会社