TWI440110B

TWI440110B - 半導體裝置之製造方法

Info

Publication number: TWI440110B
Application number: TW99144511A
Authority: TW
Inventors: Kanako Sawada; Hideo Aoki; Naoyuki Komuta; Koji Ogiso
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2014-06-01
Also published as: TW201227847A

Description

半導體裝置之製造方法

相互申請案之交互參考

本發明包含與日本專利申請案號JP 2009-146153(2009年6月19日在日本申請)相關之發明標的，其整體內容併入於此作為參考。

本發明之實施例係有關於半導體裝置之製造方法

近年來，為對應於半導體晶片之多銷化、細間距化、信號速度之高速化，使用可適用覆晶晶片連接之半導體裝置作為配線/連接長度較短之安裝方式。將覆晶晶片連接應用在半導體晶片間的連接或半導體晶片與矽中介層之間的連接時，上下晶片(半導體晶片及矽中介層)之電極墊上分別形成焊接凸塊，以此等焊接凸塊相對向的方式對準而進行層合後，將焊接凸塊予以加熱/熔融而進行連接。

通常為了除去焊接凸塊表面的氧化膜，將焊劑塗佈在焊接凸塊的表面後，將上下晶片對準而進行層合。接著，以回焊爐將焊接凸塊予以加熱/熔融而連接後，將焊劑洗淨除去。但是，伴隨著焊接凸塊本身的微小化及形成間距的微細化，要將焊劑完全地洗淨變得愈來愈困難。因此，焊劑殘渣已經成為問題。

於是，一邊以蟻酸等之羧酸將焊接凸塊表面之氧化膜予以除去，一邊將焊接凸塊予以加熱/熔融而進行連接的作法已正在檢討中。在日本特開2001-244618號公報及日本特開2001-244283號公報當中記載，將具有焊接凸塊之半導體晶片搭載於配線基板的狀態下，配置在含羧酸氣體的減壓氣體環境中，且在如此般氣體環境中將焊接凸塊進行加熱/熔融。藉由在含羧酸氣體之減壓氣體環境中進行加熱，將焊接凸塊表面之氧化膜除去同時，將焊錫加熱時所產生的氣體所引發的焊接凸塊(焊錫層)內的空孔除去。

將設於上下晶片的焊接凸塊彼此進行連接時，焊接凸塊彼此間暫時固定後配置於回焊爐內。在此時，焊接凸塊彼此間之暫時固定界面(接觸界面)被表面氧化膜咬入，所以要兼顧焊接凸塊間的連接性之提升與熔融後的焊接凸塊內所產生之空孔的抑制著實不易。

[用以解決課題之手段]

於其中一個實施形態中，半導體裝置之製造方法，係具備：在具有第1焊接凸塊之第1基板上，將具有第2焊接凸塊之第2基板，在暫時固定著第1的焊接凸塊與第2焊接凸塊的情況下進行層合的步驟；將暫時固定著第1的焊接凸塊與第2的焊接凸塊的第1基板與第2基板之層合體配置於爐內步驟；將配置有層合體之爐內予以排氣為減壓氣體環境的步驟；對減壓氣體環境之爐內導入羧酸氣體的步驟；使導入有羧酸氣體後的爐內溫度上昇的同時，在羧酸氣體所致之第1以及第2焊接凸塊之氧化膜之還原溫度以上，且未達第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度之溫度範圍內，將爐內排氣為減壓氣體環境的步驟；將減壓氣體環境之爐內溫度提升至第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍，使第1焊接凸塊與前述第2焊接凸塊熔融而進行接合的步驟。

於其他的實施形態中，半導體裝置之製造方法，係具備：在具有第1焊接凸塊之第1基板上將具有第2焊接凸塊之第2基板，在暫時固定著第1的焊接凸塊與第2焊接凸塊的情況下進行層合的步驟；將暫時固定著第1的焊接凸塊與第2的焊接凸塊的第1基板與第2基板之層合體配置於爐內步驟；將配置有層合體之爐內予以排氣為減壓氣體環境的步驟；將減壓氣體環境之爐內溫度提升至第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍，使第1焊接凸塊與前述第2焊接凸塊熔融而進行接合的步驟。羧酸氣體係在至少第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍的爐內，以一邊將爐內之壓力維持在5×10³ ～3×10⁴ Pa之範圍，一邊使羧酸濃度成為0.1~2.8體積%之範圍的方式導入。

[實施發明之最佳形態]

(第1實施形態)

圖1A～1C係表示第1實施形態所進行之半導體裝置的製造步驟的剖面圖。如圖1A所示，準備具有第1焊接凸塊1之第1基板2，及具有第2焊接凸塊3之第2基板4。第1及第2之基板2、4，係例如半導體晶片(矽(Si)晶片等)及矽(Si)中介層。第1及第2之基板2、4中之組合，係例如第1半導體晶片(2)與第2之半導體晶片(4)之組合，Si中介層(2)與半導體晶片(4)之組合，半導體晶片(2)與Si中介層(4)之組合等，並無特別限定。

第1及第2之焊接凸塊1、3，係分別在基板2、4的特定之領域內被配置成矩陣狀。焊接凸塊1、3係分別如圖2所示，在設置在基板2、4的表面側的電極墊5、7上，隔著障壁金屬層6、8而形成。作為焊接凸塊1、3的構成材料，係使用例如Sn-Ag系焊錫合金，Sn-Cu系焊錫合金、Sn-Ag-Cu系焊錫合金、Sn-Bi系焊錫合金、Sn-In系焊錫合金等之無鉛焊錫合金，或者是Sn-Pb系焊錫合金。焊接凸塊1、3亦可為實質上不含鉛的無鉛焊錫及鉛焊錫的其中任一者。

焊接凸塊1、3，例如以電鍍法形成，或者是使用焊錫合金所形成的微小球體予以形成。形成在電極墊5、7上不久後的焊接凸塊1、3表面雖沒有氧化膜存在，但隨著時間經過會如圖2所示般焊接凸塊1、3的表面受到氧化。在焊接凸塊1、3的表面所形成之氧化膜9，係在將焊接凸塊1、3彼此熔融而進行連接之際會使得焊接凸塊1、3間的電阻增大，且變成焊接凸塊1、3間產生連接不良的主要原因。因此，將焊接凸塊1、3加熱，熔融前，必需將焊接凸塊1、3表面的氧化膜9除去。

將第1基板2與第2基板4進行覆晶晶片連接時，首先第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3進行對準的同時，將第2之基板4層合於第1基板2上。在這個時候，如圖1B及圖3所示般，將第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3暫時固定。暫時固定係於進入下一步驟(氧化膜9之除去步驟)之際能使上下基板2、4不至鬆脫程度的強度即可。於焊接凸塊1、3之暫時固定，適用超音波覆晶接合所致之室溫下的超音波與負荷的施加，脈衝式加熱器加熱型覆晶晶片接合所致之焊錫熔點附近溫度與負荷的印加等。

第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3的暫時固定，由於在該等表面存在氧化膜9的狀態下實施，故成為氧化膜9咬入於第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3之接觸界面的狀態。但是，因第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3係被暫時固定的狀態，故在第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3之接觸界面如圖3所示般存在有間隙G。利用如此般接觸界面的間隙G，包含咬入接觸界面的氧化膜9，將存在於焊接凸塊1、3之表面的氧化膜9以羧酸氣體除去之後，將焊接凸塊1、3予以加熱/熔融。焊接凸塊1、3之暫時固定，係以暫時固定所形成之焊接凸塊1、3的連接面積成為在焊接凸塊1、3的兩者中，最大的凸塊直徑處的剖面積之10%至60%的方式進行。連接面積大於60%時，咬入之氧化皮膜面積變大，還原將明顯變難，而造成空孔發生的原因。此外，連接面積為40%以下時暫時固定之強度降低，而有鬆脫之虞。較佳為以連接面積為20%至40%的方式進行暫固定。

關於焊接凸塊1、3表面所存在之氧化膜9的除去步驟與焊接凸塊1、3之加熱/熔融步驟，參照圖4所示加熱爐內壓力及溫度曲線進行敘述。首先，將焊接凸塊1、3彼此進行暫時固定後的第1基板2與第2基板4之層合體配置於加熱爐(回焊爐)內後，將加熱爐內抽真空成為減壓氣體環境。加熱爐內所殘留的氧係使焊接凸塊1、3氧化，所以將加熱爐內從大氣壓狀態(1.01×10⁵ Pa)排氣至1×10³ Pa以下，尤其是排氣至5Pa程度的減壓狀態為佳。將羧酸氣體導入至如此般減壓氣體環境的加熱爐內。

羧酸氣體係將焊接凸塊1、3表面所存在的氧化膜9予以還原而除去。作為氧化膜9之還原劑使用的羧酸並無特別限制，例如，蟻酸、醋酸、丙烯酸、丙酸、草酸、琥珀酸、丙二酸等之脂肪族的1價或2價之低級羧酸。在此等之中，因其本身的成本及用於氣體化的成本較低，且氧化膜9的還原作用優異，故較佳為使用蟻酸。另外，以下使用蟻酸作為羧酸的代表例之情況為中心來說明，但作為氧化膜9之還原劑的羧酸並非限定於此。

於加熱爐內導入蟻酸等之羧酸氣體後，或者與羧酸氣體的導入幾乎同時，以即定的昇溫速度(例如40～50℃/分)將加熱爐內昇溫。使用蟻酸作為羧酸氣體的場合中，發現以150℃以上的溫度發現氧化膜9的還原作用。換言之，蟻酸所致之氧化膜9的還原溫度T1約150℃，若達以上的溫度則氧化膜9會被還原而除去。如此般在氧化膜9的還原溫度T1以上之溫度範圍內，將焊接凸塊1、3曝露於蟻酸氣體中例如數分鐘，藉此將存在焊接凸塊1、3表面的氧化膜9還原而除去。

較佳為將羧酸氣體導入後加熱爐內的壓力，設定為較大氣壓低的狀態。具體的爐內壓力雖因羧酸氣體的導入量而定，但例如較佳為設在8×10⁴ Pa以下。但是、在如此般狀態(僅導入羧酸氣體的狀態)下若升溫至焊接凸塊1、3的熔點以上的溫度，則有侵入上述間隙G的羧酸氣體及氧化膜9之還原時所產生的氣體進入熔融後的焊接凸塊1、3內部造成空孔之虞。

第1實施形態中，以羧酸氣體所致之氧化膜9之還原溫度T1以上且未達焊接凸塊1、3之熔融溫度(熔點T2)的溫度範圍，對加熱爐內抽真空以除去羧酸氣體。換言之，使連接加熱爐的真空泵運作而將加熱爐內之氣體環境予以排氣成為減壓狀態。如此般，在到達焊接凸塊1、3之熔點T2以前(將焊接凸塊1、3熔融以前)，將加熱爐內的氣體環境進行真空排氣，藉此能夠將侵入間隙G的羧酸氣體及氧化膜9還原時所產生的氣體，從焊接凸塊1、3彼此間的接觸界面除去。

然後，將侵入間隙G的羧酸氣體或氧化膜9還原時所產生的氣體從焊接凸塊1、3彼此間的接觸界面(間隙G)除去後，藉由將焊接凸塊1、3熔融，可以抑制住侵入或者產生於間隙G的氣體所引起的空孔，換言之即熔融後的焊接凸塊1、3內部所產生的空孔。此外，即使在到達焊接凸塊1、3熔點T2前除去羧酸氣體，因在此之前的階段中焊接凸塊1、3曝露於羧酸氣體，故能夠除去咬入接觸界面的氧化膜9，還有存在於焊接凸塊1、3表面的氧化膜9。因此，能夠抑制在焊接凸塊1、3的熔融步驟中，焊接凸塊1、3間的連接不良或熔融後之焊接凸塊1、3的電阻增加。

用於將加熱爐內之氣體環境予以排氣的抽真空，係在氧化膜9之還原溫度T1以上且未達焊接凸塊1、3之熔點T2的溫度範圍內實施即可。不過，雖與加熱爐的昇溫速度有關，但如果加熱爐內的抽真空過快則將焊接凸塊1、3曝露於羧酸氣體的時間會有不充分之虞。另一方面，如果加熱爐內的抽真空過慢則會有氣體無法從接觸界面充分排出之虞。抽真空的實施溫度，較佳為設定在較焊接凸塊1、3之熔點T2低10℃的溫度(T2-10[℃])以上，且較熔點T2低5℃的溫度(T2-5[℃])以下的範圍。在將焊接凸塊1、3曝露於羧酸氣體的時間不充分的情況時，在氧化膜9的還原溫度T1以上之溫度中保持即定時間，或者將該期間的昇溫速度變慢即可。

在未達焊接凸塊1、3之熔點T2的溫度範圍中進行的抽真空，較佳為以加熱爐內壓力與羧酸氣體導入前的壓力相同的方式下實施。具體而言，較佳為在氧化膜9之還原溫度T1以上且末達焊接凸塊1、3之熔點T2的溫度範圍，將加熱爐內抽真空至加熱爐內之壓力成為1×10³ ～1×10⁴ Pa程度的減壓狀態為止。藉此能夠使侵入接觸界面之間隙G的羧酸氣體或氧化膜9還原時所產生的氣體擴散至周圍。

在此，因焊接凸塊1、3彼此間的接觸界面之間隙G狹窄，故只導入一次羧酸氣體至加熱爐內會有無法將咬入接觸界面的氧化膜9全部還原之情況。而且，因焊接凸塊1、3之直徑及暫時固定狀態，也有可能無法充分除去侵入或者產生於間隙G之氣體。對於此點，較佳為在如圖5所示般以羧酸氣體所致之氧化膜9的還原溫度T1以上之溫度範圍，複數次重複實施對加熱爐內導入羧酸氣體的導入步驟與加熱爐內的抽真空步驟(羧酸氣體的排氣步驟)。

如此般，藉由反覆實施對加熱爐內導入羧酸氣體將氧化膜9還原除去之處理、將氧化膜9還原後之羧酸氣體及氧化膜9還原時所產生的氣體排出至加熱爐外之處理，能夠更加良好地除去咬入接觸界面的氧化膜9。並且，對於侵入或者產生於接觸界面之間隙G的氣體，也能夠更確實地排出。所以，之後藉由將焊接凸塊1、3熔融而接合，可更確實地抑制因焊接凸塊1、3間的連接不良及熔融後之焊接凸塊1、3的電阻值增大，同時可抑制熔融後焊接凸塊1、3內所產生的空孔。

多次重複實施羧酸氣體的導入步驟與加熱爐內的抽真空步驟時，較佳為在羧酸氣體所致之氧化膜9的還原溫度T1以上，且未達焊接凸塊1、3之熔點T2的溫度範圍內保持即定時間。藉此，在到達焊接凸塊1、3之熔點T2以前，能夠重複實施氧化膜9之還原處理與氣體之排出處理。重複實施羧酸氣體之導入步驟與加熱爐內之抽真空步驟的次數雖然沒有特別限定，若考慮到此等步驟重複實施所產生的效果與步驟時間的增加，則較佳為在3～5次的範圍內重複實施導入氣體與抽真空。

之後，將加熱爐內之溫度昇溫至焊接凸塊1、3之熔點T2以上的溫度範圍，藉此將焊接凸塊1、3予以熔融。例如，用無鉛焊錫構成焊接凸塊1、3的場合中，雖然無鉛焊錫之熔點係因為焊錫合金構成而有所差異，但因大約在220～230℃，加熱至如此般溫度以上的溫度而將焊接凸塊1、3予以熔融。以鉛焊錫來構成焊接凸塊1、3之場合中，以鉛焊錫之熔點183℃以上的溫度進行加熱將焊接凸塊1、3予以熔融。

熔融後的焊接凸塊1、3係如圖1C所示般被一體化而構成連接部10。一邊除去在第1實施形態中咬入焊接凸塊1、3彼此間的接觸界面之氧化膜9，一邊促進侵入或者產生於接觸界面之間隙G的氣體往周圍擴散。因此，能夠在焊接凸塊1、3一邊形成良好的連接部(形狀或導通性等優良的連接部)10，一邊抑制住連接部10內空孔的產生。換言之，能夠以電性及機械性優良的連接部10將基板2、4間做連接。

然後，將加熱爐內降溫至連接構造體容易取出的溫度，例如100℃程度的溫度，在將氮氣等不活性氣體導入加熱爐內而回復至大氣壓後，將第1基板2與第2基板4透過焊接凸塊1、3所形成連接部10連接成的構造體從加熱爐取出。如此般，加熱爐內回復至大氣壓係在降溫至連接構造體容易取出的溫度後進行實施亦可，但例如圖6所示般在加熱爐內的溫度為焊接凸塊1、3熔點T2以上之溫度範圍的狀態下，對加熱爐內一口氣導入氮氣等不活性氣體而回復至大氣壓亦屬有效。

如此般，在焊接凸塊1、3進行熔融的期間，藉由將加熱爐內的壓力一口氣回復至大氣壓，能夠壓潰在熔融後的焊接凸塊1、3(熔融狀態的連接部10)內所殘存的微細氣泡。換言之，因焊接凸塊1、3的接觸界面氣體所產生的較大空孔，能夠藉由在未達焊接凸塊1、3熔點T2的溫度範圍內對加熱爐內進行抽真空而除去，但會有微細空孔殘留在界面附近的情況。將如此之微細空孔，於焊接凸塊1、3進行熔融的期間從周圍施加壓力予以壓潰，藉此能夠得到更加健全的連接部10。

從加熱爐取出的構造體(第1基板2與第2基板4的連接體)，與通常的半導體裝置同樣地被送往組合步驟。組合步驟係按照半導體裝置做選擇，並沒有特別限制。以其中一例做敘述，首先於第1基板2與第2基板4間的間隙內填充熱硬化性之底部填充樹脂，對此進行固化處理使其硬化。而且，將第1基板2與第2基板4的連接體，搭載於例如配線基板所構成第3基板上之後，連接體與第3基板之間以線接合等進行連接。將如此般之構造體予以樹脂塑膜後，配置外引線球(outer lead ball)而形成半導體裝置(半導體封裝)的外部連接端子。

(第2實施形態)

以第2實施形態所進行之半導體裝置的製造步驟中，與第1實施形態(參照圖1A～1C、圖2、圖3)同樣地，一邊將第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3予以對準，一邊在第1基板2上層合第2基板4。第1焊接凸塊1與第2焊接凸塊3係被暫時固定。基板2、4之具體例、焊接凸塊1、3之構成材料、焊接凸塊1、3之暫時固定方法等係與第1實施形態相同。

接下來，與第1實施形態同樣地，將焊接凸塊1、3彼此暫時固定後的第1基板2與第2基板4之層合體配置在加熱爐(回焊爐)內後，將加熱爐內予以抽真空成為減壓氣體環境。加熱爐內所殘留的氧係用以氧化焊接凸塊1、3，故較佳為將加熱爐內從大氣壓狀態(1.01×10⁵ Pa)排氣至1×10³ pa以下，特別是5Pa程度之減壓狀態。對如此般之減壓氣體環境的加熱爐內導入羧酸氣體的同時，將加熱爐內昇溫至焊接凸塊1、3之熔融溫度(熔點T)以上溫度。氧化膜9還原劑可以使用與第1實施形態相同的羧酸氣體，特別是從成本或還原作用的觀點來看較佳係使用蟻酸氣體。

羧酸氣體的導入，係將加熱爐內的壓力(氣體環境壓力)維持在5×10³ ～3×10⁴ Pa範圍下實施。換言之，將加熱爐內維持在適度減壓狀態下，同時導入羧酸氣體至加熱爐內。具體而言，以將加熱爐內的氧除去方式抽真空後，一邊繼續抽真空(排氣)一邊持續供給適度濃度與流量的羧酸氣體。藉此，能夠在加熱爐內的羧酸氣體濃度維持在適度的狀態的減壓氣體環境下，實施焊接凸塊1、3的熔融步驟。

焊接凸塊1、3的熔融步驟中加熱爐內的羧酸氣體濃度過高時，多餘的羧酸氣體會進入熔融的焊接凸塊1、3內造成空孔。將如此般羧酸氣體所造成的空孔產生進行抑制下，在第2實施形態使得焊接凸塊1、3的熔融步驟中加熱爐內的壓力成為3×10⁴ Pa以下。若加熱爐內的壓力超過3×10⁴ Pa，則進入熔融的焊接凸塊1、3內的氣體量會增加，容易在焊接凸塊1、3內產生空孔。

即使是在如此的減壓氣體環境中的羧酸氣體濃度下，焊接凸塊1、3表面的氧化膜9也會被還原除去。換言之，即使加熱爐內的羧酸氣體濃度設在比較低濃度側，在將設在上下基板2、4的焊接凸塊1、3予以熔融連接的場合中，也能夠將存在於焊接凸塊1、3表面的氧化膜9還原除去。但是，加熱爐內壓力未達5×10³ Pa時，因羧酸氣體濃度變得過低，會無法將氧化膜9充分地還原除去。因此，焊接凸塊1、3之熔融步驟中加熱爐內的壓力設為5×10³ Pa以上。

上述減壓氣體環境下的羧酸氣體導入步驟，係以羧酸濃度的體積比例為0.1～2.8%範圍的方式實施。使此羧酸濃度例如換算成蟻酸的莫爾濃度時為4.1×10^-4 ～3.1×10^-2 mol/L範圍。羧酸氣體濃度超過2.8體積%時，加熱爐內之氣體濃度增加而容易在焊接凸塊1、3內產生空孔。另一方，羧酸氣體濃度未達0.1體積%時，將無法充分獲得羧酸氣體所致之氧化膜9的還原作用，而有導致焊接凸塊1、3間的連接不良及電阻值增大之虞。

較佳為將焊接凸塊1、3之熔融步驟中加熱爐內的壓力設在1.3～2.7×10⁴ Pa範圍內。此時的羧酸氣體濃度為0.1～2.8體積%範圍，更佳為在0.1～1體積%範圍。藉由將上述減壓氣體環境下的羧酸氣體濃度設定在更低濃度側，能夠將熔融後之焊接凸塊1、3內的空孔更佳再現性進行抑制。因此，較佳為將羧酸氣體之濃度設在0.1～1體積%之範圍。

藉由將設為如上述般之爐內壓力(氣體環境壓力)及羧酸濃度之加熱爐內的溫度，昇溫至焊接凸塊1、3的熔點T以上的溫度範圍，使焊接凸塊1、3熔融。將焊接凸塊1、3以無鉛焊錫構成時，雖然無鉛焊錫之熔點會由於焊錫合金的組成而有所差異，但因為大約在220～230℃，可以該溫度以上的溫度進行加熱使焊接凸塊1、3熔融。將焊接凸塊1、3以鉛焊錫構成時，以鉛焊錫熔點183℃以上的溫度進行加熱使焊接凸塊1、3熔融。熔融後之焊接凸塊1、3係如圖1C所示般一體化而構成為連接部10。

焊接凸塊1、3熔融時，氧化膜9藉加熱爐內所存在的羧酸氣體而還原除去。此時，由於加熱爐的氣體環境壓力及氣體濃度在可得到氧化膜9的還原作用之範圍內，降低至進入到熔融後之焊接凸塊1、3內的氣體量能夠減低之值，而能抑制羧酸氣體進入到連接部10內變成氣孔。換言之，能夠將氧化膜9除去而將焊接凸塊1、3彼此間做良好的連接，並且獲得空孔量較少的良好連接部10。所以，能夠以電性及機械性上優良的連接部10將基板2、4之間進行連接。

使用蟻酸作為羧酸氣體時，因在150℃以上溫度發現氧化膜9的還原作用，也可在如此般之溫度以上且未達焊接凸塊1、3之熔點T的溫度範圍保持一定時間。藉此，能夠提高氧化膜9之除去效果。但是，因羧酸氣體最少在焊接凸塊1、3熔融時候存在即可。也可以如圖8所示般僅在焊接凸塊1、3熔融時(熔點T以上之溫度範圍)，對加熱爐內導入羧酸氣體。至少在焊接凸塊1、3熔融時導入羧酸氣體即可。此時的氣體環境壓力及氣體濃度如上所述。

將加熱爐內降溫至常溫，對加熱爐內導入氮氣等不活性氣體使其回復至大氣壓後，將(第1基板2與第2基板4透過焊接凸塊1、3所構成之連接部10予以連接後的)構造體從加熱爐取出。從加熱爐取出的構造體(第1基板2與第2基板4之連接體)，與通常之半導體裝置同樣地送入組合步驟。組合步驟係視半導體裝置而做選擇，並無特別限定。組合步驟之具體例係如第1實施形態所述。

接著，對於由第2實施形態所進行之半導體裝置的製造步驟具體例進行敘述。首先，備妥2個具有無鉛焊錫所形成之焊接凸塊(直徑：25μm)的Si晶片，將此等Si晶片之焊接凸塊彼此，使用脈衝式加熱器加熱型覆晶晶片接合(加熱溫度：250℃)予以暫時固定。將此暫時固定體配置在加熱爐內後，將加熱爐內進行抽真空至5Pa以下。之後的加熱爐內之氣體環境壓力與供給至加熱爐的蟻酸氣體之濃度及流量如下述般進行調整。

在實施例1中，於爐內壓力設定為1.3×10⁴ Pa(100Torr)之加熱爐內，以15L/分的流量將即定濃度之蟻酸氣體流入。此時的爐內中蟻酸濃度為1.4體積%(6.2×10^-3 mol/L)。在實施例2，於爐內壓力設定為1.3×10⁴ Pa(100Torr)之加熱爐內，以1L/分的流量將即定濃度之蟻酸氣體流入，並且將氮氣作為稀釋氣體以14L/分之流量流入。此時爐內的蟻酸濃度為0.1體積%(4.1×10^-4 mol/L)。

而比較例1，於爐內壓力設定為8×10⁴ Pa(600Torr)之加熱爐內，以15L/分的流量將即定濃度之蟻酸氣體流入。此時爐內的蟻酸濃度為8.2體積%(3.7×10^-2 mol/L)。在比較例2，於爐內壓力設定為8×10⁴ Pa(600Torr)之加熱爐內，以1L/分的流量將即定濃度之蟻酸氣體流入，並且將氮氣作為稀釋氣體以14L/分之流量流入。此時爐內的蟻酸濃度為0.6體積%(2.5×10^-3 mol/L)。

各例中將加熱爐昇溫至265℃，以該溫度保持3分鐘後使其降溫至常溫。如此般，分別將2個Si晶片之焊接凸塊彼此熔融接合。將各例之晶片接合體(將2個Si晶片以焊接凸塊的熔融/固化體進行連接的構造體)分別各製作5個，檢查各晶片的同一處之焊接凸塊(各162個/總計810個)內有無空孔存在。關於焊接凸塊內之空孔，分別檢查有無直徑10μm以上的大空孔與直徑未達10μm的小空孔。此等測定結果表示於表1。

從表1可以明瞭，在將加熱爐內壓力設為5×10³ ～3×10⁴ Pa之範圍，並且將此時之蟻酸濃度設為0.1～2.8體積%之範圍的實施例1、2中，與比較例1、2相比產生空孔的凸塊數大幅減少。而且，從比較例2的結果來看，可以知道即使將蟻酸濃度設在0.1～2.8體積%之範圍，當在加熱爐內的壓力超過3×10⁴ Pa時，無法得充分的空孔抑制效果。

將變更上述之實施例條件時的結果表示在表2。表2中，試料1係以與實施例2相同條件將焊接凸塊予以熔融。但是，溫度條件係設為220℃×3分鐘(保持)→265℃×3分鐘(保持)。在試料2係於將爐內壓力設定2.7×10⁴ Pa(200Torr)的加熱爐內，以蟻酸濃度成為0.2體積%的方式將蟻酸氣體(1L/分)與氮氣(14L/分)流入。在試料3係於將爐內壓力設定成2.7×10⁴ Pa的加熱爐內，以蟻酸濃度成為0.9體積%的方式將蟻酸氣體(5L/分)與氮氣(10L/分)流入。

在試料4，係於將爐內壓力設定1.3×10⁴ Pa(100Torr)的加熱爐內，以蟻酸濃度成為0.5體積%的方式將蟻酸氣體(5L/分)與氮氣(10L/分)流入。在試料5，係於將爐內壓力設定為1.3×10⁴ Pa的加熱爐內，以蟻酸濃度成為1.4體積%的方式將蟻酸氣體(15L/分)流入。在試料6，係於將爐內壓力設定為2.7×10⁴ Pa的加熱爐內，以蟻酸濃度成為2.8體積%的方式將蟻酸氣體(15L/分)流入。

從表2所示之產生有空孔的凸塊數量中可以瞭解到，將焊接凸塊之熔融時的氣體環境壓力設在1.3～2.7×10⁴ Pa的範圍，並且將蟻酸濃度設定在0.1～1體積%的範圍，將藉此空孔抑制效果的再現性提升。此外，於表2一併表示各試料之晶片接合體的導通試験結果。從導通試験結果可得知，即使在任何一例中焊接凸塊都能被良好地熔融/接合，凸塊表面之氧化膜不妨礙到焊接凸塊彼此間的連接。

以上，雖然說明本發明之具體實施例，但這些實施例僅用來表示實施方式，並非用來限制發明範圍。當然，此新穎方法與系統敘述有其他多種實施方式；此外，在此實施方法中各種省略、替代和修改，只要不違反此發明精神。所有可預想到形式之修改均落入隨附之申請專利範圍內。

1、3．．．焊接凸塊

2．．．第1基板

4．．．第2基板

5、7．．．電極墊

6、8．．．障壁金屬層

9．．．氧化膜

10．．．連接部

G．．．間隙

圖1A至圖1C係表示以第1之實施形態所進行的半導體裝置之製造步驟的剖面圖。

圖2係將圖1所示之半導體裝置之製造步驟中的焊接凸塊狀態擴大顯示的剖面圖。

圖3係將圖1所示之半導體裝置之製造步驟中的焊接凸塊彼此暫時固定之狀態擴大顯示的剖面圖。

圖4係表示第1實施形態中焊接凸塊表面的氧化膜之除去步驟與焊接凸塊之熔融步驟的壓力及溫度曲線的圖式。

圖5係表示圖4所示之壓力及溫度曲線之變形例的圖式。

圖6係表示圖4所示之壓力及溫度曲線之其他變形例的圖式。

圖7係表示第2實施形態中焊接凸塊表面之氧化膜的除去步驟與焊接凸塊之熔融步驟的壓力及溫度曲線圖式。

圖8係表示圖7所示之壓力及溫度曲線之變形例的圖式。

1、3．．．焊接凸塊

2．．．第1基板

4．．．第2基板

10．．．連接部

Claims

一種半導體裝置之製造方法，係具備：在具有第1焊接凸塊之第1基板上，將具有第2焊接凸塊之第2基板，在暫時固定著前述第1的焊接凸塊與前述第2焊接凸塊的情況下進行層合的步驟；暫時固定著前述第1的焊接凸塊與前述第2的焊接凸塊的前述第1基板與前述第2基板之層合體配置於爐內步驟；將配置有前述層合體之前述爐內予以排氣為減壓氣體環境的步驟；對前述減壓氣體環境之爐內導入羧酸氣體的步驟；使導入有前述羧酸氣體的前述爐內溫度上昇的同時，在前述羧酸氣體所致之前述第1以及第2焊接凸塊之氧化膜之還原溫度以上，且未達前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度之溫度範圍，將前述爐內排氣為減壓氣體環境的步驟；將前述減壓氣體環境之爐內溫度提升至前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍，使前述第1焊接凸塊與前述第2焊接凸塊熔融而進行接合的步驟。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，將前述第1以及第2焊接凸塊之表面所形成的酸化膜，包含咬入前述被暫時固定之前述第1焊接凸塊與前述第2焊接凸塊之間的氧化膜，用導入於前述爐內的前述羧酸氣體進行還原而除去，且將前述羧酸氣體以及前述氧化膜之還原所產生的氣體，藉由前述爐內之排氣排出至前述爐外。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，將配置有前述層合體之前述爐內排氣至1×10³ Pa以下的減壓氣體環境。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，將前述羧酸氣體，一邊維持前述爐內低於大氣壓的壓力，一邊導入前述爐內。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，將前述羧酸氣體，一邊維持前述爐內之壓力在8×10⁴ Pa以下之減壓氣體環境，一邊導入前述爐內。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，將蟻酸氣體當作前述羧酸氣體導入前述爐內。
如申請專利範圍第6項所記載之製造方法，其中，將導入有前述蟻酸氣體的前述爐內，在150℃以上且未達前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度的溫度範圍進行排氣。
如申請專利範圍第6項所記載之製造方法，其中，將導入有前述羧酸氣體的前述爐內，在較前述第1以及第2焊接凸塊之熔點低10℃的溫度以上且比前述熔點低5℃的溫度以下之溫度範圍進行排氣。
如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，在對前述爐內之前述羧酸氣體之導入與前述爐內之排氣反覆進行複數次後，使前述第1之焊接凸塊與前述第2的焊接凸塊予以熔融而接合。
如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造方法，其中，前述減壓氣體環境之爐內溫度在前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍的狀態，將前述爐內之壓力回復至大氣壓。
如申請專利範圍第10項所記載之半導體裝置之製造方法，其中，將不活性氣體導入至前述爐內使前述爐內之壓力回復至大氣壓。
如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造方法，其中，前述第1的基板係具備半導體晶片或矽中介層，前述第2之基板係具備半導體晶片或矽中介層。
一種半導體裝置之製造方法，係具備：在具有第1焊接凸塊之第1基板上，將具有第2焊接凸塊之第2基板，在暫時固定著前述第1的焊接凸塊與前述第2焊接凸塊的情況下進行層合的步驟；將暫時固定著前述第1的焊接凸塊與前述第2的焊接凸塊的前述第1基板與前述第2基板之層合體配置於爐內之步驟；將配置有前述層合體之前述爐內予以排氣為減壓氣體環境的步驟；將前述減壓氣體環境之爐內溫度提升至前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍，使前述第1焊接凸塊與前述第2焊接凸塊熔融而進行接合的步驟，且在至少前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍的前述爐內，以一邊將前述爐內之壓力維持在5×10³ ～3×10⁴ Pa之範圍，一邊使羧酸濃度成為0.1~2.8體積%之範圍的方式，導入羧酸氣體。
如申請專利範圍第13項所記載之製造方法，其中，在前述減壓氣體環境之爐內，將前述羧酸氣體以一邊將前述爐內之壓力維持在5×10³ ～3×10⁴ Pa之範圍，一邊使前述羧酸濃度成為0.1~2.8體積%之範圍的方式導入後，使前述爐內溫度上升至前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍。
如申請專利範圍第13項所記載之製造方法，其中，在升溫至前述第1以及第2焊接凸塊之熔融溫度以上之溫度範圍的前述減壓氣體環境之爐內，將前述羧酸氣體以一邊將前述爐內之壓力維持在5×10³ ～3×10⁴ Pa之範圍，一邊使前述羧酸濃度成為0.1~2.8體積%之範圍的方式導入。
如申請專利範圍第13項所記載之製造方法，其中，將蟻酸氣體當作前述羧酸氣體導入前述爐內。
如申請專利範圍第16項所記載之製造方法，其中，將前述蟻酸氣體，以蟻酸濃度成為4.1×10^-4 ~3.1×10^-2 mol/L之範圍的方式，導入前述爐內。
如申請專利範圍第13項所記載之製造方法，其中，將前述羧酸氣體，以一邊將前述爐內之壓力維持在1.3～2.7×10⁴ Pa之範圍，一邊使前述羧酸濃度成為0.1~1體積%之範圍的方式，導入前述爐內。
如申請專利範圍第13項所記載之製造方法，其中，將前述爐內排氣至1×10³ Pa以下之減壓氣體環境。
如申請專利範圍13所記載之半導體裝置之製造方法，其中，前述第1基板係具備半導體晶片或矽中介層，前述第2基板係具備半導體晶片或矽中介層。