TWI331385B - Mounting method of semiconductor element and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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TWI331385B
TWI331385B TW096101591A TW96101591A TWI331385B TW I331385 B TWI331385 B TW I331385B TW 096101591 A TW096101591 A TW 096101591A TW 96101591 A TW96101591 A TW 96101591A TW I331385 B TWI331385 B TW I331385B
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TW
Taiwan
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wiring board
temperature
semiconductor
external connection
semiconductor member
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TW096101591A
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Inventor
Joji Fujimori
Seiki Sakuyama
Toshiya Akamatsu
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
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Description

九、發明說明： 【發日月所之技術領域】 發明領域 本發明大體上係有關於半導體構件的安裝方法及半導 體裝置的製造方法，且更特別地係有關於一種經由不含鉛 (Pb)之外部連接凸出電極將半導體構件安裝在佈線板上之 半導體構件的安裝方法，以及一種半導體裝置之製造方法。 C先前技術：！ 發明背景 從過去一直至現在已知的是，具有經由一不含鉛(pb) 之外部連接凸出電極以面向下的方式將一半導體構件覆晶 安裝在一佈線板之結構的半導體裝置稱為一無鉛的焊料凸 塊。 第1圖為一橫截面圖，其顯示施用至此一半導體裝置 之半導體構件的結構。第2圖係第1圖中由虛線所部份圍 繞的放大圖。 參照第1圖及第2圖’為製造該半導體構件，所謂的 晶圓加工係施用在矽(Si)所製造的半導體基材1上。諸如電 晶體之主動式元件及諸如電容器（未顯示）的被動式元件被 形成在該半導體基材1之主要表面上。此外，多層互連層3 係經由諸如二氧化矽（Si02)層2之絕緣層被設置在該半導 體基材1之另一主要表面上。 如第2圖所顯示，此一多層互連層3係藉由插入絕緣 薄膜5堆疊複數個鋁(A1)或銅(Cu)所製造的佈線層4而形 成。上方及下方的佈線層4係藉由一插入連接部件來連接。 該插入絕緣薄膜5的材料係所謂的低_κ材料，即為一 具有低介電常數的材料，所使用者諸如㈣璃摻雜敦之 FSG(摻雜氟的矽玻璃）、在矽玻璃加入碳之Si〇c，或一有 麟脂，使形成在佈線中之電氣電容減少且電氣信號的傳 送速度變高》 諸如形成在該半導體基材1上的主動元件或被動元件 之功能性元件雜衫層互連層3彼此連接，使執行所欲 功能之電子電路被形成。 複數個由鋁(A1)所製成的電極墊U係選擇性地設置在 該多層互連層3的上方，以與形成該多層互連層3的佈線4 連接。 一鈍態層6係選擇性地設置在該多層互連層3上。該 鈍態層6係由諸如氧化矽（Si〇2)或氮化矽（s取)之無機絕緣 材料製成。開口係選擇性地形成在該鈍態層6中使該等 電極墊11的中心部份被曝露。 此外’為了保護該半導體構件之表面，設置一有機絕 緣薄膜7以覆蓋該無機絕緣層6的上表面以及在電極墊u 上的無機絕緣層6之邊緣表面。 有機絕緣薄膜7的材料係選自於諸如聚醯亞胺、bCb (苯并環丁烯）、酚樹脂或聚苯并噁唑之有機絕緣材料。 由例如鈦(Ti)/銅(Cu)所製造的UBM(凸塊底層金屬）8 係被設置在該電極塾11的上表面。UBM 8以一垂直方向由 無機絕緣層6及有機絕緣薄膜7不被設置的電極墊u之一 部份上表面至稍微在有機絕緣薄膜7之上表面的上方處被 設置。UBM 8覆蓋該有機絕緣薄膜7的端部表面。 具有實質上球狀構形的外部連接凸出電極9被設置在 該UBM 8的上表面。稱為焊料塊之外部連接凸出電極9係 由諸如錫(Sn)-銀(Ag)或包含銅(Cu)的錫(811)_銀(Ag)之不含 鉛(Pb)的焊料所製造。 第3圖為一橫截面圖，其顯示第】圖所示的半導體構 件10以面向下的方式被覆晶安裝在一佈線板上的狀態。參 照第3圖，該半導體構件10係以面向下的方式被覆晶安裝 在一佈線板20上。 該佈線板20係為一由例如玻璃環氧化物材料或聚醯亞 胺帶所製成的有機組裝板。在該佈線板2〇的上表面，複數 個電極墊21被選擇性的設置且焊料抗蝕層22選擇性的設 置開口’使該等電極墊21的中心部份被曝露。 該等外部連接凸出電極9被連接至設置在佈線板2〇上 的電極墊21。此外，所謂的底層材料23係被設置在該半導 體構件10及佈線板20之間，複數個由焊料所製造的外部 連接凸出電極24係被設置在該佈線板2〇的下方表面。 具有此一結構之半導體裝置係藉由下述步驟所製造。 首先，該半導體構件10係以面向下的方式覆晶安裝在 該佈線板20上。 隨後，藉由回流加熱方法，外部連接凸出終端9以及 預先設置在佈線板20的電極墊21上之預焊料（焊料預塗覆） 係被熔化’使半導體構件10之外部連接凸出終端9與佈線 1331385 板20連接。該預焊料不含鉛（pb)。 後來’該底層材料23係被供應在該半導體構件1〇及 該佈線板20之間’且隨後被固化。 最後’焊料球被設置在該佈線板2〇的下表面，使外部 5連接凸出電極24藉由一回流加熱方法及一冷卻方法被連 接。 同時’日本早期公開專利申請案第2006-111898號揭 示一種具有下述結構的電子組份。即，在一皁金屬上之鍍 錫薄膜係在室溫下經氧化或水合處理，一氧化物或氫氧化 10物的表面層係被形成在該鍍錫薄膜的表面，使該表面層變 稠密且均勻，且抑制錫鬚晶的生長。 再者’曰本早期公開專利申請案第11-354919號揭示 一種電子電路板的製造方法，其中一電子組件及電路板係 利用包含鉍(Bi)的無鉛(Pb)焊料連接。在此方法中，該焊料 15係在大約1〇-2〇艺/S的冷卻速度下被冷卻，使該電子組件 及該電路板被連接。 此外’國際專利公開案（International Patent Publication) 第2004/047167號揭示一種半導體裝置，其中一貫穿電極 係被形成在一佈線板中，以電氣連接形成在佈線板之底部 20 基材的佈線板形成表面上，其中在佈線板上一半導體晶片 係被覆晶安裝且一電極係被形成在晶片安裝表面；且該底 部基材之熱膨脹係數係相等於該半導體晶片之熱膨脹係 數，或小於該佈線層之熱膨脹係數。 如上所述，在製造該半導體裝置時，其中該半導體構 8 件10係藉由回流加熱方法以不包含鉛(Pb)的外部連接凸出 電 被覆晶安裝在該佈線板20上，該等外部連接凸出終 ^及該不&含錄(Pb)且預先被S置在該佈線板20的電極 墊21上之預焊料(焊料預塗覆)係被熔化，使該半導體構件 卜。P連接凸出終端9及該佈線板2〇被連接。隨後，該 等外。P連接凸出終端9及預焊料係被冷卻以成為固體。 。亥半導體構件1〇之矽基材的熱膨脹係數為大約3至4 ppm/C。在另一方面，由一有機金屬板所製造的佈線板2〇 之熱膨脹係數為大約1〇至17 ppmrc。因此佈線板2〇之 熱膨脹係數為係大於該半導體構件1〇之熱膨脹係數。 此外，該等外部連接凸出終端9及預焊料係由不包含 鉛(Pb)之焊料所製成。若該等外部連接凸出終端9及預焊料 係由例如錫（Sn)·銀(Ag)所形成的焊料或錫（Sn)-銀(Ag)-銅 (Cu)所形成的焊料所製成’該焊料的熔點為大約217至220 t。 因此，在該焊料被加熱至比諸如25〇。(：的熔點還要高的 溫度時，該焊料會熔化，且由於該半導體構件1〇及該佈線 板20的熱膨脹而流動變形。 在該回流加熱方法中’半導體構件10被設置的佈線板 20被移動至一回流加工裝置中，其中具有加熱器之複數的 加熱區域（區塊)係被排列成一條線，以被加工。在回流加工 裝置中每個加熱區域中之該等加熱器的溫度係被控制以使 該加熱方法及溫度降低方法（即冷卻方法)被執行。 第4圖為一曲線圖，顯示在一用於連接半導體構件1〇 1331385 之外部連接&出電極9及佈線板20之回流加熱方法中以及 在該回流加熱方法之後大約〇·7 〇c/s之冷卻速度下之冷卻 方法中第3圖所顯示之半導體裝置的溫度變化。該圖的水 平軸指示時間（sec)且垂直軸指示溫度（。〇。 5 換言之’在該回流加熱方法中，大約150。(：的溫度係 被維持一指定的時間。助溶劑係被活化且在該等外部連接 凸出終端9及預焊料之表面的氧化物薄膜係被移除。隨後， 加熱直到溫度大於該焊的熔點，諸如250。〇。 在該焊料被熔化之後，停止加熱或將溫度降低至相等 10或低於該焊料的熔點（217至220。〇,且藉此該焊料係被固 化。在該焊料被固化之後，由該焊料之熔點逐漸冷卻至接 近室溫的溫度。 在相關的技藝中’製造步驟的效率大約0.7 °C/s係被 施用作為一冷卻速度。如上所述，不含有鉛(pb)的焊料之熔 15點係高於含有鉛(Pb)的焊料之熔點。因此，為有效的冷卻至 接近正常的溫度’在相關技藝中係施用約0.7 °c/s的冷卻 速度。 然而’若該半導體裝置在約〇.7 °C/s的冷卻速度下被 冷卻，基於半導體構件10及佈線板2〇之間熱膨脹係數的 20差異，張力/壓力明顯地被產生。換言之，由於佈線板20 之熱膨脹係數大於半導體構件1〇的熱膨脹係數，由於冷卻 過程時該半導體構件10之溫度改變，壓力由具有較大膨脹 及收縮的佈線板20被施加。 由於此一狀態係在該焊料(該等外部連接凸出終端9及 10 1^31385 該預焊料)被固化時產生，該焊料不可能會吸收由該佈線板 20施加至該半導體構件10上的壓力。因此，由該佈線板 20施加至該半導體構件10的壓力可能會被施加至由多層 佈線層3之低-K材料所製造的插入絕緣薄膜5。 5 由於此一原因，藉由該等插入絕緣薄膜5彼此堆疊之 佈線層4的分層可被產生’使電氣缺陷可能發生於該半導 體裝置中。
【發明内容:J 發明概要 10 因此，本發明之具體實施例可提供一種新穎的且有用 的安裝半導體構件的方法及一種製造一半導體裝置的方 法，藉此解決上述一或多個問題。 更特別的是，本發明之具體實施例可提供一種半導體 構件之安裝方法以及半導體構件之製造方法，藉此當該半 15導體構件藉由一不含有鉛(Pb)之外部連接凸出終端被安裝 在一佈線板上時，由該佈線板施加至包含以低·κ材料所形 成之插入絕緣薄膜的半導體構件之一多層佈線部份的壓力 可被減輕，可防止分層且增進半導體裝置之製造產量。 本發明之一方面可提供一種半導體構件的安裝方法， 20 藉此該半導體構件經由一不含鉛(Pb)的外部連接凸出電極 安裝在一佈線板上，該安裝方法包括施用一回流加熱方法 以連接半導體構件之外部連接凸出電極以及佈線板，且隨 後以相等或低於0.5°C/s的冷卻速度冷卻經連接的半導體 構件及佈線板之步驟。 11 1331385 本發明之另一方面可提供一種半導體構件的安裝方 法’糟此半導體構件經由一外部連接凸出電極被安裝在一 佈線板上，該安裝方法包括施用一回流加熱方法以連接半 導體構件之外部連接凸出電極以及佈線板，且隨後施用一 5 階段式冷卻(step-cooling)方法之步驟；其中，在該階段式冷 卻方法中，該經連接的半導體構件及佈線板被冷卻，使溫 度下降；當溫度到達一指定的溫度之後，該指定的溫度係 被維持一指定的時間；當該指定的時間過後，半導體構件 及佈線板被再次冷卻，使溫度被進一步降低。在上述半導 10 體構件的安裝方法中，該階段式冷卻方法可被重覆一或多 次。該指定的溫度可相等或大於約8〇 °c以及相等或低於約 150 C。該指定的時間可相等或大於12〇秒。 本發明之另一方面可提供一種半導體裝置的製造方 法，其包括施用一回流加熱方法以連接佈線板以及半導體 15構件之不含錯(Pb)的外部連接凸出電極’且隨後以相等或低 於0.5 C/s的冷卻速度冷卻該半導體構件及佈線板之步驟。 本發明之另一方面可提供一種半導體裝置的製造方 法，其包括施用一回流加熱方法以連接半導體構件之外部 連接凸出電極以及佈線板’且隨後施用一階段式冷卻方法 20之步驟；其中，在該階段式冷卻方法中，該經連接的半導 體構件及佈線板被冷卻’使溫度下降；當溫度到達一指定 的溫度之後’該指定的溫度係被維持—指定的時間；當該 指定的時間過後’半導體構件及佈料被再次冷卻，使溫 度被進一步降低。 12 晉之述的半導體構件之安裝方法或上述的半導體裝 方法，當該半導體構件經由1含輝b)的外部連 t凸㈣端被安裝在一佈線板上時，由該佈線板施加在包 、低K材料所形成之插人絕緣薄膜的半導體構件之多 層佈線部份的壓力可被減少，使分層可被防止且半導體裝 置的製造產量可被改善。 本發明之其他的目的、特徵及優點將藉由詳細描述並 參照所附圖式及而被更進—步的被了解。 圖式簡單說明 第1圖為-橫截面圖’顯示—半導體構件之結構； 第2圖為第1圖中虛線所圍繞的部份之放大圖； 第3圖為一橫截面圖，顯示第1圖所顯示的半導體構 件被覆晶安裝在一佈線板的狀態； 第4圖為一曲線圖，顯示第3圖中所顯示的半導體裝 置在一回流加熱方法中以及§亥回流加熱方法之後以約ο.? °C/s的冷卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 第5圖為一曲線圖’顯示第3圖中的半導體裝置在一 回流加熱方法中以及該回流加熱方法之後以約0.5。(：/s的 冷卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 第6圖為一曲線圖’顯示第3圖中的半導體裝置在一回 流加熱方法中以及該回流加熱方法之後以約0.3 t：/s的冷 卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 第7圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在一 回流加熱方法中以及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第 1331385 -階段式冷部方法）中的溫度變化；以及 第8圖為#線圖’顯示第3圖中的半導體裝置在—回 抓加熱方法中β及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第二 階段式冷卻方法）中的溫度變化。 5 【實施方式】 較佳實施例之洋細說明 參知、第5圖至第8圖及下方的内容，描述本發明之具體 實施例。 本發月之具體實施例係有關於一回流加熱方法，以及 10該回流加熱方法之後的冷卻方法。在本文中，回流加熱方 法被施用於第1圖至第3圖所討論的方法中，藉此，該半導 體構件10，，.至由不含錯(Pb)之所謂的無叙㈣的焊料被覆晶 安裝在該佈線板20上，以在該半導體構件1〇被覆晶安褒在 該佈線板20上之後連接半導體構件1〇之外部連接凸出電極 15 9以及佈線板20。 更特別的疋，在外部連接凸出終端9以及預先設置在佈 線板20的電極独上之不含有紹㈣的預焊料（焊料㈣ 覆，未顯示)係藉由-回流加熱方法被炫化，使其等彼此連 接’當該焊料被冷卻並固化，且該半導體裝置被冷卻至接 近常溫時，本發明之第-具體實施例或第二具體實施例被 施用作為冷卻的方法。 藉此-方法’該焊料由回流加熱方法之後的冷卻方法 而被固化’且該半導體裝置被冷卻至接近常溫基於半導 體構件10及佈線板20之熱膨脹係數之間的差異所產生的壓 14 1331385 力，即，由佈線板2〇施加至半導體構件之10多層佈線層3的 壓力會被抑制，使該多層佈線層3的分層不被發生。 在下述内容中，由於半導體構件10及佈線板20的結構 與第1圖至第3圖中所討論的相同，故，省略相關的描述。 5 本發明的發明人發現藉由逐步地減少冷卻的速度， 即，逐步地延遲溫度到達一指定的冷卻溫度之時間，可以 解決上述問題。 [本發明之第一具體實施例] 本發明之第一具體實施例中，一冷卻方法係藉由設定 10 比習知約0.7 °C/s還要低的冷卻速度，即，約〇·5 °c/s，逐 漸冷卻來實施。 第5圖為一曲線圖’顯示第3圖中的半導體裝置在連接 半導體構件10之外部連接凸出電極9及佈線板20的回流加 熱方法中，以及該回流加熱方法之後約05。〇/8的冷卻速度 15之冷卻方法中的溫度變化。該圖中的水平軸表示時間（秒) 且垂直轴表示溫度（°C)。 換言之，在該回流加熱方法中，約15〇 〇c的溫度被維 持一段指定的時間。助熔劑係被活化且在外部連接凸出終 端9之表面上之氧化物薄膜以及預焊料被移除。隨後，加熱 20 直到溫度大於該焊料的溶點，例如250 °C。 當回流加熱方法開始之後，且經過約24〇秒時，溫度到 達約250 C。此時，該焊料係炫化。該焊料熔化之後，停 止加熱且溫度降低至相等或低於該焊料的熔點（217至22〇 °C)，藉此該焊料被固化。在該焊料被固化之後，逐漸由該 15 1331385 焊料之熔點冷卻至一接近常溫的溫度。 在本發明之第一具體實施例中，施用的冷卻速度為約 0.5 °C/s。 因此，如第5圖所顯示，當回流加熱方法開始之後，旯 5 經過約650秒時，溫度到達約50 °C。 在溫度到達約50 °C之後，連接至該佈線板2〇的該半導 體構件10係被拿到回流加工裝置之外，以自行冷卻（自然 冷卻）。 隨後，該底層材料23被設在該半導體構件10及該佈線 10 板20之間，且隨後被固化。最後，焊料球被設置在該佈線 板20的下表面，使外部連接凸出電極24被連接。 [本發明之第二具體實施例] 在本發明之第二具體實施例中，一冷卻方法係藉由設 定比習知約0.7 °C/s還要低的冷卻速度，即，約〇 3 °C/s， 逐漸冷卻來實施。 第6圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在連接 半導體構件10之外部連接凸出電極9以及佈線板20之回流 加熱方法中’以及該回流加熱方法之後約0.3 t/s的冷卻速 度之冷卻方法中的溫度變化。該圖中的水平軸表示時間 20 (秒)且垂直轴表示溫度（。〇。 換言之，在該回流加熱方法中，約150。(：的溫度被維 持一段指定的時間。助熔劑係被活化且在外部連接凸出終 端9之表面上之氧化物薄膜以及預焊料被移除。隨後，係施 加熱直到溫度大於該焊料的熔點，例如250 °C。 16 1331385 當回流加熱方法開始之後，且經過約240秒時，溫度到 達約250 °C。此時，該焊料係熔化。該焊料熔化之後，停 止加熱且溫度降低至相等或低於該焊料的熔點（217至22〇 C) ’藉此該焊料被固化。在該焊料被固化之後，逐漸由該 5焊料之熔點冷卻至一接近常溫的溫度。 在本發明之第二具體實施例中，施用的冷卻速度為約 0·3 °C/s。 因此，如第6圖所顯示，當回流加熱方法開始之後，且 經過約880秒時，溫度到達約50。(：。 10 在溫度到達約50 °C之後’連接至該佈線板20的該半導 體構件10係被拿到回流加工裝置之外，以自行冷卻（自然 冷卻）。 隨後，該底層材料23被設在該半導體構件10及該佈線 板20之間，且隨後被固化。最後，焊料球被設置在該佈線 15 板20的下表面，使外部連接凸出電極24被連接。 本發明之發明人檢查由上述本發明之具體實施例所製 造的半導體裝置之半導體構件1〇的多層佈線層3。發明人發 現在由低-K材料所製造的插入絕緣薄膜5所堆疊的佈線層4 並沒有分層。 20 發明人還在JEDEC(聯合電子裝置工程會議（Joint
Electron Device Engineering Council))·第3級所設定的環境 下執行100次的溫度衡擊測試作為環境測試、濕氣吸收測 試，以及回流測試三次。結果’發明人發現諸如由於施加 在由低-K材料所製造的插入絕緣薄膜所堆疊的佈線層4的 17 壓力所產生的分層並不會發生β 因此，藉由設定比習知約0·7 °C/s還要低的冷卻速度， 即’約0.5 °C/s或0.3 °C/s，可以防止基於伴隨冷卻之半導 體構件10及佈線板20的收縮或變形，由佈線板2〇施加在半 5導體構件10上之壓力的發生。 因此，自佈線板20施加在由低-K材料所製造的插入絕 緣薄膜5所堆疊的佈線層4的壓力會被減輕，使諸如分層之 破壞被防止。 [本發明之第三具體實施例] 10 在上述所討論的本發明之第一及第二具體實施例中， 在回流加熱方法之後的冷卻方法中，藉由降低冷速度，在 半導體構件10之多層佈線層3中自佈線板20施加在由低-K 材料所製造的插入絕緣薄膜5的壓力會被減輕，使諸如分層 之破壞被抑制。 15 然而，在該等具體實施例中，當冷卻速度被降低的更 多，則冷卻的時間會變長，使該半導體裝置的製造成本增 加。 因此，在本發明之第三具體實施例中，冷卻速度以分 階段的方式變化，即，以一階段式的方法冷卻，使用於冷 2〇 卻方法的時間在沒有激烈的溫度變化的情況下被縮短。由 於激烈的溫度變化沒有發生’施加在由半導體構件丨〇之低 -K材料所製造的插入絕緣薄膜5所堆疊之佈線層4的壓力會 被減輕，使諸如分層之破壞被抑制，且可防止冷卻時間變 長0 18 1331385 更特別的是，在回流加熱方法之後的冷卻方法期間， 溫度被維持在一指定的溫度一段特定的時間’且隨後再次 被降低。在該冷卻方法中’此階段式方法被執行至少一次， 使該半導體裝置被冷卻至約50 °C。 5 第7圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在連接 半導體構件10之外部連接凸出電極9以及佈線板20之回流 加熱方法中，以及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第一 step-冷卻方法）中的溫度變化。該圖中的水平轴表示時間 (秒)且垂直軸表示溫度（°C)。 10 換言之’在該回流加熱方法中，約150 °C的溫度被維 持一段指定的時間。助熔劑係被活化且在外部連接凸出終 端9之表面上之氧化物薄膜以及預焊料被移除。隨後，加熱 直到溫度大於該焊料的熔點，例如25〇 t。 當回流加熱方法開始之後，且經過約24〇秒時，溫度到 15達約250 c。此時，該焊料係熔化。該焊料熔化之後，停 止加熱且溫度降低至相等或低於該焊料的熔點（217至22〇 C)，藉此該焊料被gj化。在該焊料被固化之後 ，逐漸由該 焊料之熔點冷卻至一接近常溫的溫度。 在本發明之第二具體實施例中，施用的冷卻速度為約 〇 0.7 C/S β該回流加熱方法開始之後約彻秒時，溫度被 維持在約150 °C約30〇秒。 隨後，以約0.7 C/s執行冷卻，直到溫度到達約5〇 〇c。 因此如第7圖所不’當該回流加熱方法開始之後約81〇 秒時，溫度到達約50 。 19 1331385 在溫度到達約50 °C之後，連接至佈線板20之半導體構 件10係被拿到回流加工裝置之外，以自行冷卻（自然冷卻 隨後’該底層材料23被設在該半導體構件10及該佈線 板20之間，且隨後被固化。最後，焊料球被設置在該佈線 5板20的下表面，使外部連接凸出電極24被連接。 [本發明之第四具體實施例] 在本發明之第三及四具體實施例中，於回流加熱方法 ^ 之後的冷卻方法期間，溫度被維持在一指定溫度一特定的 時間，且隨後再次降溫。至少執行一次冷卻方法，使該半 10導體裝置被冷卻至約50 °C。 第8圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在連接 半導體構件10之外部連接凸出電極9與佈線板2〇之回流加 熱方法，以及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第二階段式 冷卻方法）中的溫度變化。該圖中的水平轴表示時間（秒） 15 且垂直軸表示溫度（。〇。 • 換言之，在該回流加熱方法中，約150 °C的溫度被維 持—段指定的時間。助熔劑係被活化且在外部連接凸出終 端9之表面上之氧化物薄膜以及預焊料被移除。隨後，加熱 直到溫度大於該焊料的熔點，例如25〇 。 當回流加熱方法開始之後，且經過約24〇秒時，溫度到 達約250 c。此時，該焊料係炫化。該焊料炫化之後，停 止加熱且溫度降低至相等或低於該焊料的熔點（2口至22〇 C) ’藉此該焊料被固化。在該焊料被固化之後逐漸由該 焊料之熔點冷卻至一接近常溫的溫度。 20 1331385 在本發明之第四具體實施例中，施用的冷卻速度為約 0.7 °C/s。當該回流加熱方法開始之後約460秒時溫度到達 120 °C，且被維持在約120。(：約300秒。 隨後’以約0_7它/s執行冷卻，直到溫度到達約50。(3。 5 因此，如第8圖所示，當該回流加熱方法開始之後約860 秒時，溫度到達約50。(：。 在溫度到達約50 〇C之後，連接至佈線板20之半導體構 件10係被拿到回流加工裝置之外，以自行冷卻（自然冷卻）。 隨後，該底層材料23被設在該半導體構件10及該佈線 10 板20之間’且隨後被固化。最後’焊料球被設置在該佈線 板20的下表面，使外部連接凸出電極24被連接。 在顯示於第7圖及第8圖之本發明第三及四具體實施例 中’維持一指定的溫度(在顯示於第7圖中之第三具體實施 例為約150 °C，或在顯示於第8圖中之第四具體實施例為約 15 120 °c)在該回流加工裝置中被實施。然而，本發明並不僅 限於此實施例。 例如，在溫度到達此一指定溫度之後（在顯示於第7圖 中之第二具體實施例為約150 °C，或在顯示於第8圖中之第 四具體實施例為約120。〇，該半導體構件10及該佈線板2〇 20可由該回流加工裝置被移到一恆溫室t，使溫度可在該恆 溫室中維持該指定溫度。 在此一實施例中，在溫度到達約50 t之後，連接至佈 線板20之半導體構件10係被拿到恆溫室之外，以自行冷卻 (自然冷卻）。 21 1331385 本發明之發明人檢查由上述本發明之具體實施例所製 造的半導體裝置之半導體構件10的多層佈線層3。發明人發 現在由低-K材料所製造的插入絕緣薄膜5所堆疊的佈線層4 並沒有分層。 5 發明人還在JEDEC(聯合電子裝置工程會議（Joint
Electron Device Engineering Council))-第3級所設定的環境 下執行100次的溫度衝擊測試作為環境測試、濕氣吸收測 試’以及回流測試三次。結果，發明人發現諸如由於施加 在由低-K材料所製造的插入絕緣薄膜所堆疊的佈線層4的 10 壓力所產生的分層並不會發生。 一般來說，固定的張力可因壓力的作用而產生，且若 此壓力被維持則該壓力會因螺變現象(creep phenomenon) 被減輕。 在此實施例中，考量至此一螺變現象，在該回流加熱 15 方法之後的冷卻方法中，一指定的溫度被維持一指定的時 間。在溫度被再次下降之後，使該冷卻的速度以一階段式 的方法變化。 因此，伴隨該冷卻方法，焊料可隨著該半導體構件1〇 及佈線板20收縮及變形，使由該佈線板施加至該半導體構 20 件的壓力被吸收。因此，由佈線板20施加在由低-K材料所 製造的插入絕緣薄膜5所堆疊的佈線層4的壓力被減少，使 諸如分層之破壞被防止。 此外’同時冷卻時間可能很長，在本發明之第一或第 二具體實施例中’藉由使冷卻速度變低，會使製造成本増 22 1331385 加’在本發明之第三具體實施射不需要使冷卻速度變 慢，該加工時間可以縮短。 孤度最好〇又疋在約80至i50〇c的範圍内，該溫度係作為 一欲被維持的指定溫度。 5 本發明的發明人發5見，若欲被維持的溫度低於約8〇 °c，壓力會在該指定溫度被維持的同時被施加至藉由插入 絕緣薄膜5所堆疊的佈線層4上，因而發生分層。 此外’若欲被維持的溫度高於約150。(：時，即使分層 被防止，當溫度高於約150 〇c時，焊料會再次由於冷卻以 10及由該佈線板20施加至半導體構件1〇的壓力無法被吸收而 變形。故，分層無法被防止。因此，由於此一原因，當溫 度相等或低於約15〇°C時，必需以階段式的方法改變溫度。 因此’較佳地’設定一溫度至約80至150 t的範圍内， 以該溫度為欲被維持的指定溫度。 15 糾，較佳地，維持該指定溫度的時間等於或大於約 120 秒。 若維持該指定溫度的時間短於約丨2 〇秒，基於蠕變現象 在壓力被減少之前進行冷卻，且藉此該焊料無法吸收由佈 線板20施加至半導體構件1〇㈣力，且分層無法被防止。 10 在另一方面’若維持指定溫度的時間相等或大於約 120秒，由佈線板20施加至半導體構件1〇的壓力可被充分地 減少。’伴隨該冷卻方法，焊料可隨著豸半導體構件 10及佈線板20收縮及變形，使由該佈線板施加至該半導體 構件的壓力被吸收。因此，由佈線板2〇施加在由低_κ材料 23 1331385 所製造的插入絕緣薄膜5所堆疊的佈線層4的壓力被減少， 使諸如分層之破壞被防止。 因此’由防止諸如分層之破壞的觀點來看，較佳地， 維持才曰疋溫度的時間較長。然而，若維持指定溫度的時間 5太長，加工時間會變得更長’使製造成本增加。因此，維 持溫度的時間上限係基於加工時間的上限而被設定。 維持指定溫度一指定時間且隨後再次降低溫度的步驟 數目在此實施例中並不限為一次，而可以是多次的。由防 止諸如分層之破壞的觀點來看，較佳地，該等步驟的數目 10為較多的。然而，若該等步驟的數目為太多，加工時間會 變得更長，使製造成本增加。因此，該等步驟之數目的上 限係基於加工時間的上限而被設定。 因此，在本發明之第三或第四具體實施例中，冷卻速 度係階段式被改變。由於此一原，在本發明之第三或第四 15具體實施例以及第一或第二具體實施例中，由佈線板20施 加在由半導體構件1〇之低_K材料所製造的插入絕緣薄膜5 所堆疊的佈線層4的壓力被減少，使諸如分層之破壞可被防 止。此外，加工時間可被縮短。 因此，如上所述，根據本發明之實施例，當該半導體 20 構件經由一不含鉛(Pb)的外部連接凸出终端被安裝在一佈 線板上時，由該佈線板施加在包括由一低·κ材料所形成的 插入絕緣薄膜之半導體構件的多層佈線部件的壓力可被減 少’使分層可被防止。 此外’根據本發明之具體實施例，一低價的有機組裝 24 1331385 板可被用來料佈線板。a此，可以節省製造成本。 再者，根據本發明之具體實施例，為防止上述之當半 導體構件被安裝在佈線板時的分層，不需要施用特定的結 構在s亥半導體構件及該佈線板，且不需要使用一特定的安 5裝裝置。因此，當半導體構件被安裝在佈線板時在該半導 體構件中的分層可輕易地被防止。 本發明並不限於該4具體實施例’且本發明之變化及 修改也不偏離本發明所欲保護之範圍。 本發明係基於2006年8月18曰所提申的日本優先權專 1〇 利申請案第2006-223280號’該申請案之全部内容皆併入本 案作為參考文獻。 t圖式簡單說明3 第1圖為一橫截面圖，顯示一半導體構件之結構； 第2圖為第1圖中虛線所圍繞的部份之放大圖； 15 第3圖為一橫截面圖，顯示第1圖所顯示的半導體構 件被覆晶安裝在一佈線板的狀態； 第4圖為一曲線圖，顯示第3圖中所顯示的半導體裝 置在一回流加熱方法中以及該回流加熱方法之後以約〇·7 °C/S的冷卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 20 第5圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在一 回流加熱方法中以及該回流加熱方法之後以約〇.5 °C/s的 冷卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 第ό圖為―曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在一回 流加熱方法中以及該回流加熱方法之後以約〇.3 /s的冷 25 1331385 卻速度之冷卻方法中的溫度變化； 第7圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在一 回流加熱方法中以及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第 一階段式冷卻方法）中的溫度變化；以及 第8圖為一曲線圖，顯示第3圖中的半導體裝置在一回 流加熱方法中以及該回流加熱方法之後的冷卻方法（第二 階段式冷卻方法）中的溫度變化。 【主要元件符號說明】
1 半導體基材 2 二氧化石夕(Si02)層 3 多層互連層 4 佈線層 5 插入絕緣薄膜 6 鈍態層 7 有機絕緣薄膜 8 UBM 9 外部連接凸出電極 10 半導體構件 11 電極墊 20 佈線板 21 電極墊 22 焊料抗钱層 23 底層材料 24 外部連接凸出電極 26

Claims (1)

1331385 -•5—9-專 06 J 28 日 第96101591號專利申請案申請專利範圍 十、申請專利範圍： . 1. 一種半導體構件的安裝方法，藉此該半件係 一不含鉛（Pb)的外部連接凸出電極被安裝在一佈線板 上，該安裝方法包含： ' 5 施用一回流加熱方法以連接該半導體構件之外部 • 連接凸出電極與該佈線板直到形成該外部連接凸出電 極之一材料被炼化； 冷卻該半導體構件及佈線板使得一溫度成為相等 或低於形成該外部連接凸出電極之該材料的熔點，且形 10 成該外部連接凸出電極之該材料被固化；以及 在形成該外部連接凸出電極之該材料被固化後，以 一相等或低於0.5 °c/s之冷卻速度，逐漸地將該經連接 的半導體構件及佈線板冷卻達數百秒，直到該溫度成為 接近正常室溫的溫度。 15 2.如申請專利範圍第1項之半導體構件的安裝方法，其中 該冷卻速度為約0.5 °C/s。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體構件的安裝方法，其中 該外部連接凸出電極係由不含鉛(Pb)的焊料製成。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體構件的安裝方法，其中 20 該佈線板係以一有機材料製成。 5. 如申請專利範圍第4項之半導體構件的安裝方法，其中 該半導體構件包括一多層佈線結構，其中佈線層係經由 以具有低介電常數之材料所製造的層間絕緣薄膜來堆 疊。 27 1331385 . 6.-種半導體構件之絲方法，藉此該半導體構件係經由 .一外°卩連接凸出電極被安裝在一佈線板上，該安裝方法 包含： 施用—回流加熱方法以連接該半導體構件之外部 5 連接凸出電極與該佈線板，且接著在形成該外部連接凸 出電極之一材料被固化後，從形成該外部連接凸出電極 之材料的熔點到一接近正常室溫的溫度間施用階段式 冷卻方法之步驟； • 其115 ’在該卩冑段式冷卻方法中， 10 該經連接的半導體構件及該佈線板被冷卻，使溫度 降低； & 在溫度到達一指定溫度之後，該指定溫度被維持一 指定時間； 在經過該指定時間之後，該半導體構件及該佈線板 15 被再次冷卻，使溫度更進一步降低。 φ 7·如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該階段式冷卻方法被重覆一或多次。 8·如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該指定的溫度係相等或大於約80。(：，且相等或低於約 20 150。(：。 9. 如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該指定時間係相等或大於120秒。 10. 如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該指定時間係相等或大於3〇〇秒。 28 !331385 11. 如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該外部連接凸出電極係以不含鉛(Pb)的焊料製成。 12. 如申請專利範圍第6項之半導體構件之安裝方法，其中 該佈線板係以一有機材料製成。 5 13.如申請專利範圍第12項之半導體構件之安裝方法，其 中該半導體構件包括一多層佈線結構，其中佈線層係經 由以具有低介電常數之材料所製造的層間絕緣薄膜來堆 • 疊。 14. 一種半導體裝置之製造方法，包含： 10 施用一回流加熱方法以連接一佈線板與一半導體構 件之不含鉛(Pb)的外部連接凸出電極直到形成該外部連 接凸出電極之一材料被熔化； 冷卻該半導體構件及佈線板使得一溫度成為相等或 低於形成該外部連接凸出電極之該材料的熔點，且形成 15 該外部連接凸出電極之該材料被固化；以及 Φ 在形成該外部連接凸出電極之該材料被固化後，以 一相等或低於0.5 °C/s之冷卻速度，逐漸地將該半導體 構件及佈線板冷卻達數百秒，直到該溫度成為接近正常 室溫的溫度。 2〇 15. —種半導體裝置之製造方法，包含： 施用一回流加熱方法以連接一半導體構件之外部連 接凸出電極與一佈線板，且接著在形成該外部連接凸出 電極之一材料被固化後，從形成該外部連接凸出電極之 材料的熔點到一接近正常室溫的溫度間施用階段式冷卻 29 1331385 方法之步驟； 其中，在該階段式冷卻方法中， 該經連接的半導體構件及該佈線板被冷卻，使溫度 降低； 5 在溫度到達一指定溫度之後，該指定溫度被維持一 指定時間； 在經過該指定時間之後，該半導體構件及該佈線板 被再次冷卻，使溫度更進一步降低。
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