半导体器件及其制造方法
【专利说明】半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]于2013年12月24日提交的日本专利申请N0.2013-266050的公开，包括说明书、附图和摘要，通过整体引用并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及半导体器件及其制造方法，例如，涉及其中形成在半导体芯片中的突出电极和形成在衬底上方的电极通过导电材料彼此电耦合的半导体器件及其制造技术。
【背景技术】
[0004]日本未经审查的专利申请公布N0.2013-48285描述了布线板的耦合焊盘所包括的铜和焊料凸块电极中包含的锡(Sn)形成比镍-锡合金更牢固的铜-锡合金。此外，日本未经审查的专利申请公布N0.2013-48285描述了安装主体，使得半导体芯片安装在布线板上方，在氮气气氛下在115°C至125°C的温度下经受烘焙处理I小时。
[0005]日本未经审查的专利申请公布N0.2009-152317描述了安装主体，使得半导体芯片安装在布线板上方，在氮气气氛下在115°C至125°C的温度下经受烘焙处理I小时。
[0006]日本未经审查的专利申请公开N0.平成11年(1999)-154688描述了设置在陶瓷布线板上方的布线电极和凸块电极彼此耦合并且半导体元件安装在布线板上方。接着，该专利文献还描述了通过加热处理在100°c下将它加热2小时来硬化导电树脂，以形成耦合部件，随后在保持100°C的高温状态的同时，将布线板放置在载物台上，用分配器将密封树脂施加到与半导体元件上侧相邻的布线板上方。
【发明内容】
[0007]例如，作为半导体器件(封装)的一种模式，存在以下结构:在半导体芯片中形成的突出电极(凸块电极)和在衬底上方形成的电极通过由焊料表示的导电材料耦合。在具有上述结构的半导体器件的制造过程中，通常，存在在突出电极和电极的耦合过程之后添加热处理的加热过程，并且取决于加热过程温度可超过导电材料的熔点。在这种情况下，尽管导电材料将重新熔融，但本发明的发明人发现，当导电材料重新熔融时，出现重新熔融的导电材料的一部分爬升突出电极的侧面的现象和它沿着衬底的电极流动的现象。
[0008]当出现这种现象时，促成突出电极和电极之间的耦合的导电材料的量减少，结果，有可能会导致由于导通电阻的增大使得突出电极和电极之间的耦合可靠性降低和电属性本身劣化。也就是说，在本半导体器件的一种模式下，从提高突出电极和电极之间的耦合可靠性的方面和确保稳定电属性的方面，有改进空间。
[0009]根据本说明书的描述和附图，其它问题和新特征将变得清楚。
[0010]在一个实施例中的半导体器件中，合金部件形成在电耦合突出电极和电极的导电材料中，合金部件接触突出电极和电极二者，并且突出电极和电极通过合金部件相接。
[0011]根据一个实施例，半导体器件的电属性可以稳定，由此可以提高半导体器件的稳定性。
【附图说明】
[0012]图1是示出第一实施例中的半导体器件的示意性构造的截面图；
[0013]图2是示出形成在布线板的上表面上方的引线的构造示例的示意性示图；
[0014]图3是通过图2的A-A线切割的截面图；
[0015]图4是通过图2的B-B线切割的截面图；
[0016]图5是对应于图3的示意图，并且是示出导电材料重新熔融之后的状态的示图；
[0017]图6是对应于图4的示意图，并且是示出导电材料重新熔融之后的状态的示图；
[0018]图7是示出第一实施例的特性的示图，并且是对应于通过图2的A-A线切割的截面图的不图；
[0019]图8是示出第一实施例的特性的示图，并且是对应于通过图2的B-B线切割的截面图的不图；
[0020]图9是示出在形成图7中示出的构造之后施加热处理的状态的示意图；
[0021]图10是示出在形成图8中示出的构造之后施加热处理的状态的示意图；
[0022]图1lA至图1lC是其每一个分别示出第一实施例中的合金部件的模式的一个示例的不意图；
[0023]图12A至图12C是其每一个分别示出耦合部件的构造模式的一个示例的示意图；
[0024]图13是示出耦合部件的构造模式的一个示例的示意图；
[0025]图14是示出耦合部件的构造模式的一个示例的示意图；
[0026]图15A至图1?是其每一个分别示出Cu柱形电极的构造模式的一个示例的示意图；
[0027]图16A至图16E是其每一个分别示出引线的构造模式的一个示例的示意图；
[0028]图17是示出第一实施例中的半导体器件的制造过程的流程的流程图；
[0029]图18是用于说明倒装芯片安装过程的第一示例的示图；
[0030]图19是用于说明倒装芯片安装过程的第二示例的示图；
[0031]图20是用于说明倒装芯片安装过程的第三示例的示图；
[0032]图21是用于说明倒装芯片安装过程的第四示例的示图；
[0033]图22是示出半导体芯片被倒装芯片安装到布线板上方的状况的截面图；
[0034]图23是示出通过合金化热处理在导电材料中形成合金部件的状况的截面图，合金化热处理是第一实施例的特性处理；
[0035]图24是示出第二实施例中的半导体器件的示意性构造的截面图；
[0036]图25是示出第二实施例中的半导体器件的制造过程的流程的流程图；
[0037]图26是用于说明第二倒装芯片安装过程的第一示例的示图；
[0038]图27是用于说明第二倒装芯片安装过程的第二示例的示图；
[0039]图28是示出在布线板上方形成的阻焊剂、包括在布线板上方形成的SMD的焊区(land)、以及在半导体芯片中形成的Cu柱形电极之间的布置关系的示意性平面图；
[0040]图29是通过图28的A-A线截取的截面图；
[0041]图30是对应于图29的示意图并且是示出在导电材料重新熔融之后的状态的示图；
[0042]图31是用于说明第三实施例的方面(SMD)的截面图；
[0043]图32是示出在布线板上方形成的阻焊剂、包括在布线板上方形成的SMD的焊区、以及在半导体芯片中形成的Cu柱形电极之间的布置关系的示意性平面图；
[0044]图33是通过图32的A-A线截取的截面图；
[0045]图34是对应于图33的示意性示图，并且是示出在导电材料重新熔融之后的状态的示图；
[0046]图35是用于说明第三实施例的方面(NSMD)的截面图。
【具体实施方式】
[0047]在下面的实施例中，当在必要时为了方便，它们被划分成多个部分或提供它们的实施例和说明。然而，它们不是相互不相关的，一个部分或实施例是其它部分或实施例的一部分或全部的修改形式、应用示例、详细说明、补充说明等关系，除了具体指示的情况之外。
[0048]此外,在下面的实施例中，当涉及组件等的数量(包括数量、数值、量、范围等)时，数量不限于具体数量并且可多于或少于特定数量，除了具体指示的情况、明确根本上限于特定数量等情况之外。
[0049]此外，在下面的实施例中，理所当然，它们的组件(包括元件步骤等)不必是不可缺少的，除了具体指示的情况、被视为明确根本上不可缺少等情况之外。
[0050]类似地，在下面的实施例中，当涉及组件等的形状、位置关系等时，应当包括基本上近似或类似于其形状等的形状，除了具体指示的情况、被明确视为理论上不这样等情况之外。关于上述数值和范围也是如此。
[0051 ] 此外，在用于说明实施例的所有示图中，为原理上相同的构件赋予相同的参考标号，省略了其重复说明。顺带地，甚至在平面图的情况下可对附图加阴影，以使附图可理解。
[0052]第一实施例
[0053]<半导体器件的构造>
[0054]例如，半导体器件由半导体芯片形成，在半导体芯片中，形成诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体元件和多层互连，并且形成封装以覆盖这个半导体芯片。封装具有:(I)电耦合半导体芯片中形成的半导体元件和外部电路的功能；以及(2)保护半导体芯片免受诸如湿度和温度的外部环境的影响并且防止因震动和冲击造成破裂以及半导体芯片的特性劣化的功能。此外，封装具有:(3)使得容易地操纵半导体芯片的功能；以及(4)扩散在半导体芯片操作时产生的热并且使半导体元件最大程度表现出其功能的功能；等等。尽管存在各种具有这种功能的封装，但球栅阵列(BGA)将被当作封装模式的一个示例并且进行说明。
[0055]图1是示出第一实施例中的半导体器件PACl的示意性构造的截面图。在图1中，第一实施例中的半导体器件PACl具有布线板WB，例如，多层互连形成在布线板WB内部，并且半导体芯片CHPl被安装在该布线板WB的上表面(表面，主平面)上方。另一方面，将与在布线板WB内部形成的多层互连电耦合的多个焊料球SB设置在布线板WB的下表面(后表面)上方。这多个焊料球SB中的每个将用作将半导体器件PACl和外部器件电耦合的外部耦合端子。
[0056]例如，通过建立在布线板WB (图1中未示出)的上表面上方形成的引线(电极)和在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极(突出电极)PLBMP之间的电耦合，半导体芯片CHPl和布线板WB将彼此电耦合。这里，在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PBLMP包括例如含铜的材料，并且形成在布线板WB上方的引线也包括含铜的材料。
[0057]在半导体芯片CHPl中，例如，形成场效应晶体管(MOSFET)、由电阻元件表示的无源元件、电容器、电感器和布线，并且通过组合多个场效应晶体管、无源元件和布线来形成集成电路。因此，形成在半导体芯片CHl中的集成电路将通过Cu柱形电极PLBMP—引线一布线板WB的多层互连一焊料球SB与设置在半导体器件PACl外面的外部器件电耦合。
[0058]接下来，如图1中所示，绝缘树脂材料IM被填充在半导体芯片CHPl和布线板WB之间的间隙中，另外，覆盖半导体芯片CHPl的密封体MR设置在布线板WB上方。
[0059]尽管如上所述形成这个第一实施例中的半导体器件PAC1，但本发明的发明人已经揭示，在具有这种构造的半导体器件PACl中，从提高半导体器件PACl的可靠性的观点来看，存在改进空间。以下，将说明这个改进空间，随后，将说明对其执行针对该改进空间的设计的这个第一实施例的特性点。
[0060]<改进空间>
[0061]图2是示出形成在布线板WB的上表面上方的引线LD的构造示例的示意性示图。如图2中所示，在布线板WB的上表面上方，在图2中示出的y方向上延伸的多条引线LD在X方向上以预定间隔并排布置。然后，如图2中所示，阻焊剂SR形成在上面形成有引线LD的布线板WB的表面上方，并且引线LD中存在被阻焊剂SR覆盖的部分和从阻焊剂SR暴露的部分。此时，这个第一实施例中的半导体器件PAC被构造使得形成在半导体芯片中的Cu柱形电极PLBMP可耦合到引线LD从阻焊剂SR暴露的部分。
[0062]图3是通过图2的A-A线切割的截面图。如图3中所示，引线LD形成在布线板WB的上表面上方，并且在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极被布置成面对这些引线LD。然后，引线LD和Cu柱形电极PLBMP例如通过包括含锡焊料的导电材料CM彼此电耦合。此夕卜，绝缘树脂材料頂被形成为填充半导体芯片CHPl和布线板WB之间的间隙。
[0063]图4是通过图2的B-B线切割的截面图。如图3中所示，引线LD形成在布线板WB的上表面上方，并且发现这条引线LD的一个部分被阻焊剂SR覆盖并且引线LD的其它部分从阻焊剂SR暴露。然后，在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP布置在引线LD从阻焊剂SR暴露的那部分上方，并且这个Cu柱形电极PLBMP和引线LD通过导电材料CM彼此电耦合。此外，绝缘树脂材料頂被填充在半导体芯片CHPl和布线板WB之间。
[0064]在如图3和图4中所示的由此构造的这个第一实施例中的半导体器件PACl中，Cu柱形电极PLBMP和引线LD例如通过包含含锡焊料的导电材料CM彼此电耦合。这里，在这个第一实施例中，如图1中所示，例如，焊料球SB形成在布线板WB的