半导体器件及其制造方法_3

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间隙G太大,则将变得难以形成耦合到Cu柱形电极PLBMP和引线LD 二者的合金部件AU。这是因为,如将在随后将描述的制造过程中说明的,合金部件AU是通过以下来形成的:合金热处理使包含在Cu柱形电极PLBMP中的铜扩散到导电材料CM中;使包含在引线LD中的铜扩散到导电材料CM中;以及出现扩散到导电材料CM的铜和包含在导电材料CM中的锡的合金反应。因此,如图13中所示,当z方向间隙G变大时,铜没有扩散到导电材料CM内部,结果,有可能接触Cu柱形电极PLBMP的合金部件AU和接触引线LD的合金部件AU可能分开。在这种情况下,变得不可能形成合金部件AU使得合金部件AU可接触Cu柱形电极PLBMP和引线LD二者并且使得Cu柱形电极PLBMP和引线LD可通过合金部件AU相接。结果,有可能除了被上下合金部件AU保持的合金部件之外的部分因重新熔融而流出,这会造成出现Cu柱形电极PLBMP和引线LD的耦合故障。
[0087]因此,从提高Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的电耦合可靠性的方面来看,在这个第一实施例中,期望将Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的z方向间隙G设置在特定值范围内。图14是示出耦合部件的构造模式的一个示例的示意图。如图14中所示,发现当Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的z方向间隙G在合适值的范围内时,可形成耦合到Cu柱形电极PLBMP和引线LD 二者的合金部件AU。也就是说,如图14中所示,当z方向间隙G存在于合适值的范围内时,合金部件AU被形成为使得它可包含锡和铜的合金并且可接触Cu柱形电极PLBMP和引线LD,并且使得Cu柱形电极PLBMP和引线LD可通过合金部件AU相接。据此,根据这个第一实施例,可以提高Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的电耦合可靠性,甚至在通过导电材料CM建立Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的电耦合之后执行热处理的情况下。从具体地实现这个第一实施例中的技术思想的角度看,例如,期望的是将Cu柱形电极PLBMP和引线LD之间的z方向间隙G至多小于或等于15 μ m,更期望的是将其设置成不小于2 μ m且不大于10 μ m。
[0088]〈Cu柱形电极的构造模式>
[0089]接下来,将说明可应用这个第一实施例中的技术思想的Cu柱形电极PLBMP的构造模式的一个示例。图15A和图1?是示出Cu柱形电极PLBMP的构造模式的一个示例的示意图。具体地,图15A至图15D分别示出四种构造模式。
[0090]例如,在图15A中,Cu柱形电极PLBMP包括含铜作为主要成分的铜层CL和接触铜层CL的焊料层SL,并且在这个第一实施例中,可采用这个图15A中示出的Cu柱形电极PLBMP0
[0091]此外,在图15B中,Cu柱形电极PLBMP包括含铜作为主要成分的铜层CL、包含镍作为主要成分的接触铜层CL的镍层NL,以及接触镍层NL的焊料层SL,并且在这个第一实施例中还可采用这个图15B中示出的Cu柱形电极PLBMP。
[0092]此外,在图15C中,Cu柱形电极PLBMP包括含铜作为主要成分的铜层CL、包含镍作为主要成分的接触铜层CL的镍层NL,以及包含金作为主要成分的接触镍层NL的金层AL,并且在这个第一实施例中还可采用这个图15C中示出的Cu柱形电极PLBMP。
[0093]类似地,在图1?中,Cu柱形电极PLBMP包括含铜作为主要成分的铜层CL,并且在这个第一实施例中还可采用这个图15D中示出的Cu柱形电极PLBMP。
[0094]这里,“主要成分”意思是形成构件(层)的构成材料之中包含最多的材料成分,例如,“包含铜作为主要成分的铜层”意思是铜层在其材料之中包含铜的最高部分。在这个说明书中使用词语“主要成分”的意图是表达例如尽管铜层基本上包括铜,但不应当排除它包含除了铜之外的杂质的情况。上述的镍层NL和金层AL中的“主要成分”也包括相同的意图。
[0095]〈引线的构造模式〉
[0096]接下来,将说明可应用这个第一实施例中的技术思想的引线LD的构造模式的一个示例。图16A至图16E是示出引线LD的构造模式的一个示例的示意图。具体地,在图16A至图16E的五个示图中分别示出五种构造模式。
[0097]例如,在图16A中,引线LD包括含铜作为主要成分的铜层CL,并且在这个第一实施例中可使用图16A中示出的引线LD。
[0098]此外,在图16B中,引线LD包括含铜作为主要成分的铜层CL和包含金作为主要成分的接触铜层CL的金层AL,并且在这个第一实施例中还可采用这个图15B中示出的引线LD0
[0099]此外,在图16C中,引线LD包括含铜作为主要成分的铜层CL和包含镍作为主要成分的接触铜层CL的镍层NL,以及包含金作为主要成分的接触镍层NL的金层AL,并且在这个第一实施例中还可采用这个图16C中示出的引线LD。
[0100]此外,在图16D中,引线LD包括含铜作为主要成分的铜层CL和接触铜层CL的焊料层SL(电解电镀或化学镀),并且在这个第一实施例中还可以采用图16D中示出的引线LD0
[0101]类似地,在图16E中,引线LD包括含铜作为主要成分的铜层CL和接触铜层CL的焊料层SL (焊料预涂覆),在这个第一实施例中还可以采用图16D中示出的引线LD。
[0102]〈Cu柱形电极和引线的组合〉
[0103]尽管这个第一实施例中的技术思想可应用于上述各种构造模式的Cu柱形电极PLBMP和上述各种构造模式的引线LD,但为了实现这个第一实施例中的技术思想,在Cu柱形电极PLBMP和引线LD的组合中存在某些限制。具体地,由于这个第一实施例中的技术思想是以Cu柱形电极PLBMP和引线LD通过焊料(导电材料CM)彼此耦合的事实为依据,从这个角度来看,在Cu柱形电极PLBMP和引线LD的组合中存在某些限制。以下,将说明Cu柱形电极PLBMP和引线LD的组合。
[0104]首先,在使用图15A中示出的Cu柱形电极PLBMP的情况下,由于焊料层SL形成在Cu柱形电极PLBMP上方,因此图16A至图16E的构造模式中的任一种的引线LD可用作对应的引线LD。
[0105]接下来,在使用图15B中示出的Cu柱形电极PLBMP的情况下,焊料层SL形成在Cu柱形电极PLBMP上方,并且形成用于抑制铜从铜层CL扩散到焊料层SL的镍层。根据这种构造,为了在焊料层SL中形成合金部件,焊料层SL需要形成在引线LD侧。也就是说,在使用图15B中示出的Cu柱形电极PLBMP的情况下,由于不能预料铜从Cu柱形电极PLBMP的扩散,因此焊料层SL需要被供应有来自引线LD侧的铜。由于这个原因,在使用图15B中示出的Cu柱形电极PLBMP的情况下,对应的引线LD限于图16D和图16E的构造模式中的任一种的引线LD。因此,从在焊料层SL (导电材料)中形成合金部件的方面看,不能说提供镍层NL的构造是理想的。然而,这个镍层NL具有当焊料层SL(导电材料)重新熔融时抑制液体在Cu柱形电极PLBMP的侧面爬升的功能。据此,在从引线LD侧到焊料层SL充分执行铜的扩散的情况下,可获得的协同效应在于在焊料层SL内部形成合金部件,并且在于通过镍层NL抑制了液体到Cu柱形电极PLBMP的侧面爬升。
[0106]最后,在使用图15C和图15D中示出的Cu柱形电极PLBMP的情况下,由于不在Cu柱形电极PLBMP上方形成焊料层SL,因此对应的引线LD将限于图16D和图16E的构造模式中的任一种的引线LD。
[0107]〈半导体器件的制造方法〉
[0108]如上所述地形成这个第一实施例中的半导体器件PAC1,将参考以下的【附图说明】其制造方法。图17是示出这个第一实施例中的半导体器件的制造过程的流程的流程图。
[0109]首先,制备半导体芯片,在该半导体芯片中,使用半导体元件和布线作为其构成的集成电路形成在其内部并且在该半导体芯片的表面上方形成含铜的Cu柱形电极(突出电极)(图17的S101)。此外,还制备布线板,在布线板的表面上方形成包含铜作为主要成分的多条引线(图17的S102)。
[0110]接下来,半导体芯片被倒装芯片安装到布线板上方(图17的S103)。具体地,半导体芯片安装在布线板上方,使得在半导体芯片中形成的Cu柱形电极和在布线板上方形成的引线可彼此电耦合。这个倒装芯片安装存在各种类型,例如,存在以下被示出为典型的倒装芯片安装处理的四种模式并且将参考【附图说明】各过程。
[0111]〈第一示例〉
[0112]将使用图18说明倒装芯片安装过程的第一示例。如图18中所示,布线板WB,通过等离子体清洁对其其表面清洁并且在其上方形成有引线LD,被布置在载物台ST上方,随后将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方。此时,将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方,使得在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP可耦合到在布线板WB上方形成的引线LD。
[0113]接下来,例如,在其上方安装有半导体芯片CHPl的布线板WB经受热处理(质量回流)。具体地,例如,在比焊料熔点高的260°C的温度(第二温度)下,加热其上方安装有半导体芯片CHPl的布线板WB。由此,在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP和在布线板WB上方形成的引线LD通过包括焊料的导电材料彼此耦合。
[0114]接下来,用底部填充剂UF (绝缘树脂材料頂)填充布线板WB和半导体芯片CHPl之间的间隙。因此,执行将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方的倒装芯片安装过程。
[0115]〈第二示例〉
[0116]将使用图19说明倒装芯片安装过程的第二示例。如图19中所示,将预施加树脂膜NCF (绝缘树脂材料頂)布置在布线板WB上方,布线板WB的表面通过等离子体清洁被清洁并且其上方形成有引线LD。此后,将其中形成有Cu柱形电极PLBMP的半导体芯片CHPl安装在被预施加树脂膜NCF覆盖的布线板WB上方。此时,因为保持半导体芯片CHPl的加热器HT的负载,所以在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP突破预施加树脂膜NCF,并且直接接触在布线板WB上方形成的引线LD。
[0117]此后,在通过氟碳树脂用加热器HT对半导体芯片CHPl进行施压的同时,用加热器HT对半导体芯片CHPl进行加热。具体地,例如,在比焊料的熔点高的260°C的温度(第二温度)下,用加热器HT加热半导体芯片CHPl。由此,在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP和在布线板WB上方形成的引线LD通过包括焊料的导电材料彼此耦合。因此,执行将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方的倒装芯片安装过程。
[0118]〈第三示例〉
[0119]将使用图20说明倒装芯片安装过程的第三示例。如图20中所示,在布线板WB上方形成预施加树脂膏NCP (绝缘树脂材料IM),布线板WB的表面通过等离子体清洁被清洁并且其上方形成有引线LD。此后,将其中形成有Cu柱形电极PLBMP的半导体芯片CHPl安装在被预施加树脂膏NCP覆盖的布线板WB上方。此时,因为保持半导体芯片CHPl的加热器HT的负载,在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP推开预施加树脂膏NCP,并且直接接触在布线板WB上方形成的引线LD。
[0120]此后,在用加热器HT对半导体芯片CHPl进行施压的同时,用加热器HT对半导体芯片CHPl进行加热。具体地,例如,在比焊料的熔点高的260°C的温度(第二温度)下,用加热器HT加热半导体芯片CHPl。由此,在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP和在布线板WB上方形成的引线LD通过包括焊料的导电材料彼此耦合。因此,执行将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方的倒装芯片安装过程。
[0121]〈第四示例〉
[0122]将使用图21说明倒装芯片安装过程的第四示例。如图21中所示,布线板WB,其表面通过等离子体清洁被清洁并且其上方形成有引线LD,被布置在载物台ST上方,随后在用加热器HT保持半导体芯片CHPl的同时将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方。此时,将半导体芯片CHPl安装在布线板WB上方,使得在半导体芯片CHPl中形成的Cu柱形电极PLBMP可耦合到在布线板WB上方形成的引线LD。
[0123]接下来,用保持半导体芯片CHPl的加热器加热半导体芯片CHPl。具体地,例如,在比焊料熔点高的260°C的温度(第二温度)下,用加热器HT加
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