專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的工藝及通過該工藝制造的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體器件的工藝及通過這種工藝制造 的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
通常，倒裝芯片結(jié)構(gòu)是適合于具有超過數(shù)千個(gè)管腳的半導(dǎo)體元件 的封裝技術(shù)。在這種結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體元件經(jīng)由凸塊耦合到基板。為了 對(duì)凸塊提供保護(hù)，被稱為底部填充的樹脂被注入到該基板、半導(dǎo)體元 件和凸塊之中形成的間隙中，以及注入的樹脂被固化。
在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)利用底部填充時(shí)，以下問題是公知的。當(dāng)在底 部填充樹脂的固化過程中，在基板中包含大量水時(shí)，水從基板蒸發(fā)， 在底部填充樹脂中產(chǎn)生空隙?？障兜倪@種產(chǎn)生導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的質(zhì)量 退化。考慮到這種情況，日本專利特開No.2004-260096公開了，在電 路元件被連接到基板并且提供底部填充樹脂之后，在低于水沸點(diǎn)的溫 度下，進(jìn)行用于加熱具有底部填充樹脂的基板的第一加熱步驟，以及 在比第一加熱步驟中的加熱溫度高的溫度下，進(jìn)行第二加熱步驟。還 公開了，在第一加熱步驟中可以增加底部填充樹脂的粘性，以防止水 滲入底部填充樹脂中。日本專利特開No.2004-260096的傳統(tǒng)技術(shù)還公 開了，在電路元件被耦合到基板之后，通過在120。C下，在加熱爐中， 加熱基板5小時(shí)，來(lái)去除基板中的水。此外，用于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù) 可以包括日本專利特開No.2002-313841中公開的技術(shù)。在日本專利特開No.2004-260096中描述的工藝中，在第一加熱步 驟中，在低于水沸點(diǎn)的溫度下，增加底部填充樹脂的粘性，然后在第 二加熱步驟中，固化底部填充樹脂。當(dāng)采用在低于水沸點(diǎn)的溫度下不 能開始其固化反應(yīng)的底部填充樹脂類型時(shí)，應(yīng)關(guān)注的是在第一加熱步 驟中不能獲得底部填充樹脂的粘性的充分增加。因此，這種工藝不能 穩(wěn)固地防止空隙的產(chǎn)生。另一方面，日本專利特開No.2004-260096中 描述的工藝包括加熱并且干燥基板和電路元件，然后基板和電路元件 被存儲(chǔ)在干燥器中，以及由于干燥器中的濕度不是0%，即使將基板存 儲(chǔ)在干燥器中，它也可以吸收濕氣。因此，難以在底部填充中穩(wěn)固地 防止空隙的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的工藝，該器 件包括樹脂基板和在樹脂基板上安裝的半導(dǎo)體元件，該工藝包括
通過樹脂基板上的多個(gè)導(dǎo)電凸塊，將樹脂基板與半導(dǎo)體元件電耦合；
在通過凸塊保持基板與元件的耦合同時(shí)，通過加熱樹脂基板和半導(dǎo)體
元件，控制樹脂基板的水含量等于或低于0.02%;以及用樹脂填充由半
導(dǎo)體元件、樹脂基板和凸塊圍繞的空間，并且固化樹脂，其中用樹脂
填充空間并固化樹脂包括，在樹脂基板的水含量等于或低于0.02%的條
件下用樹脂填充該空間。
根據(jù)本發(fā)明的某一方面，在樹脂基板的水含量等于或低于0.02% 的條件下，用樹脂填充由半導(dǎo)體元件、樹脂基板和凸塊圍繞的空間， 并固化樹脂。這允許穩(wěn)固地抑制在樹脂中產(chǎn)生空隙。此外，本發(fā)明的 上述方面，通過在樹脂基板的水含量等于或低于0.02%的條件下提供樹 脂，防止根據(jù)如日本專利特開No.2004-260096描述的樹脂類型不能避 免空隙產(chǎn)生的問題。因此，可以防止根據(jù)本發(fā)明的工藝制造的半導(dǎo)體 器件的質(zhì)量退化。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供通過如上所述的工藝所制
5造的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的工藝和通過這種工 藝制造的半導(dǎo)體器件，該制造工藝穩(wěn)固地抑制樹脂中的空隙產(chǎn)生和防 止半導(dǎo)體器件的質(zhì)量退化。


從結(jié)合附圖對(duì)某些優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的下列描述，將使本發(fā)明的上
述及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)變得明顯，其中
圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的橫截面圖2示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的工藝的流程圖3示出在預(yù)定溫度和濕度下，樹脂基板的水含量與存儲(chǔ)時(shí)間的
曲線圖4是圖3的部分放大的曲線圖5示出樹脂基板的水含量與加熱時(shí)間的關(guān)系以及產(chǎn)生的空隙數(shù) 目與加熱時(shí)間的關(guān)系曲線圖6是半導(dǎo)體器件的制造中采用的設(shè)備的示意性框圖以及 圖7是半導(dǎo)體器件的制造中采用的設(shè)備的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考說(shuō)明性實(shí)施例描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí) 到，使用本發(fā)明的教導(dǎo)可以完成許多可替選的實(shí)施例，以及本發(fā)明不 局限于用于說(shuō)明性目的而說(shuō)明的實(shí)施例。
基于圖形，下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，參考圖1描述根 據(jù)本實(shí)施例制造的半導(dǎo)體器件1的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件1包括樹脂基板 11和在樹脂基板11上安裝的半導(dǎo)體元件12。
這里，本實(shí)施例中的樹脂基板意味著基板的類型，所述基板具有 在半導(dǎo)體元件12側(cè)中的其表面上暴露諸如絕緣層、阻焊劑膜113等的樹脂層，以及不包括具有被金屬片等完全覆蓋的表面的多層部件的類
型。在本實(shí)施例中，樹脂基板ll是所謂的堆積(build-up)基板，以及
包括一對(duì)堆積層lll和在所述一對(duì)堆積層111之間設(shè)置的芯層112。
堆積層lll由交替地放置的包含樹脂的絕緣層111A和導(dǎo)體互連層
111B構(gòu)成，例如，包括多個(gè)絕緣層111A和多個(gè)導(dǎo)體互連層H1B?？?優(yōu)選包括構(gòu)成各個(gè)堆積層111的1至5個(gè)絕緣層lllA，還可優(yōu)選包括 1至5個(gè)導(dǎo)體互連層1UB。用于構(gòu)成絕緣層1UA的樹脂可以包括，例 如，環(huán)氧樹脂等。在絕緣層111A中設(shè)置耦合到導(dǎo)體互連層111B的電 導(dǎo)體111C。芯層112被配置為電導(dǎo)體112B (例如，銅金屬)穿過絕緣 層112a延伸，以及電導(dǎo)體112B被耦合到堆積層111的導(dǎo)體互連層 111B。
芯層112的絕緣層112A和堆積層111的絕緣層111A例如由諸如 環(huán)氧樹脂作為主要成分的樹脂構(gòu)成。此外，芯層112的絕緣層112A可 以包括纖維基材。此外，在堆積層111的表面中提供具有在其中形成 開口的阻焊劑膜113 (絕緣膜)。從絕緣膜113的各個(gè)開口暴露耦合到 導(dǎo)體互連層111B的焊料部114。典型的阻焊劑膜113包括，例如，通 過采用含環(huán)氧樹脂形成的膜。這里，焊料部114由諸如Sn/Bi、 Sn/Ag 的無(wú)鉛的焊料構(gòu)成。根據(jù)如此后討論的焊料凸塊B的布置來(lái)形成焊料 部114。
在倒裝芯片結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體元件12被耦合到樹脂基板11。更具 體地說(shuō)，多個(gè)焊料凸塊B被耦合到半導(dǎo)體元件12的表面，以及這種焊 料凸塊B被耦合到樹脂基板11的焊料部114，以在半導(dǎo)體元件12和樹 脂基板11之間提供電耦合。焊料凸塊B由諸如錫/鉍(Sn/Bi)、錫/銀 (Sn/Ag)等的無(wú)鉛焊料構(gòu)成。相鄰焊料凸塊B之間的距離(圖1中所 示的W)等于或小于200pm。此外，焊料凸塊B之間的距離等于或大 于75fim。上述半導(dǎo)體元件12、焊料凸塊B和樹脂基板11之中產(chǎn)生的空間
用樹脂(底部填充樹脂)15填充。這種樹脂15被充填成與半導(dǎo)體元件 12、焊料凸塊B和樹脂基板11接觸。樹脂15的典型材料包括，例如， 包含作為主要成分的、具有無(wú)機(jī)填料的熱固性環(huán)氧樹脂的樹脂。
如上所述的半導(dǎo)體器件1根據(jù)以下工藝制造。首先，將參考圖2
來(lái)描述本實(shí)施例中的制造半導(dǎo)體器件1的工藝的概述。本實(shí)施例涉及 預(yù)先地確定樹脂基板11中的水含量的時(shí)間變化的操作(處理S1);
通過多個(gè)導(dǎo)電凸塊B將半導(dǎo)體元件12耦合在樹脂基板11上的操
作(處理S3);
在通過凸塊保持耦合的同時(shí)，通過加熱樹脂基板和半導(dǎo)體元件來(lái)
控制樹脂基板11的水含量等于或低于0.02%的第一加熱操作(處理
S6);以及
通過加熱樹脂基板11和半導(dǎo)體元件12，脫氣樹脂基板11和半導(dǎo) 體元件12，以去除源自樹脂基板11的成分的氣體的第二加熱操作，這 些操作在通過樹脂基板ll上的多個(gè)導(dǎo)電凸塊B將樹脂基板與半導(dǎo)體元 件12耦合的操作之后并且在控制樹脂基板11的水含量等于或低于 0.02%的第一加熱操作之前進(jìn)行(處理S5)。
此后，在樹脂基板的水含量等于或低于0.02%的條件下，執(zhí)行用 樹脂填充由半導(dǎo)體元件12、樹脂基板11和凸塊B圍繞的間隙并且固化 樹脂的操作(處理S7， S8)。
確定從脫氣樹脂基板11的第二加熱操作的結(jié)束至用于控制樹脂 基板11的水含量等于或低于0.02。/。的第一加熱操作所經(jīng)過的時(shí)間，以 及確定緊接在用于控制樹脂基板11的水含量等于或低于0.02%的第一 加熱操作之前時(shí)的樹脂基板11的水含量。然后，基于確定的水含量來(lái) 建立用于控制樹脂基板11中的水含量等于或低于0.02的第一加熱操作 的加熱時(shí)間，以及樹脂基板11中的水含量被控制為等于或低于0.02%。接下來(lái)，將詳細(xì)描述用于制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的工藝。 開始時(shí)，在預(yù)定環(huán)境(預(yù)定濕度和溫度)下確定樹脂基板11中的水含 量的時(shí)間變化(處理Sl)。這里，在"預(yù)定環(huán)境下"(預(yù)定濕度和溫 度)意味著在從第二加熱操作的完成至第一加熱操作的開始處存儲(chǔ)樹 脂基板11的位置中的濕度和溫度。
例如，在50%的濕度和22.5°C的溫度下，樹脂基板11的水含量 的時(shí)間變化如圖3和圖4所示。圖4示出圖3所示的部分變化。
接下來(lái)，樹脂基板ll被熱處理(處理S2)。在樹脂基板ll上不 安裝半導(dǎo)體元件12,并且因而，基板11本身被熱處理。這種處理S2 中的熱處理工藝旨在蒸發(fā)樹脂基板11中包含的水，以防止回流焊接處 理過程中水蒸汽損壞基板。處理S2中的加熱溫度T0被選擇為低于樹 脂基板11的分解溫度和焊料部114的熔點(diǎn)中的最低的一個(gè)。
此后，通過焊料凸塊B在樹脂基板11上安裝半導(dǎo)體元件12。在 回流爐中設(shè)置其上安裝了半導(dǎo)體元件12的樹脂基板11，然后進(jìn)行回流 焊接處理，以提供樹脂基板11的焊料部114與焊料凸塊B的耦合。這 允許在樹脂基板11和半導(dǎo)體元件12 (處理S3)之間提供電耦合。在 采用助熔劑將焊料凸塊B與焊料部114耦合的情況下，如果需要清洗 助熔劑，那么進(jìn)行半導(dǎo)體器件1的助熔劑清洗。通過使用有機(jī)溶劑， 進(jìn)行助熔劑清洗(處理S4)。
接下來(lái)，用加熱設(shè)備(加熱爐)熱處理半導(dǎo)體器件1 (第二加熱 操作、熱處理工藝a、處理S5)。該階段中的熱處理工藝旨在從樹脂 基板11產(chǎn)生樹脂基板11的成分的氣體(除氣作用)，用于防止在后 面的操作中產(chǎn)生樹脂基板11的成分氣體。當(dāng)進(jìn)行助熔劑清洗時(shí)，同時(shí) 進(jìn)行用于去除清洗液成分采用的水和在助熔劑清洗操作過程中粘結(jié)在 樹脂基板11上的清洗液的去除。該原因是用于防止在隨后的操作中， 通過進(jìn)行熱處理工藝(熱處理工藝a，處理S5)，在樹脂基板ll中所
9吸收的成分氣體從樹脂基板11釋放。這種處理S5中的加熱溫度T被 選擇為低于樹脂基板11的分解溫度、焊料部114的熔點(diǎn)以及焊料凸塊 B的烙點(diǎn)中的最低的一個(gè)。在這種熱處理工藝操作中，可以同時(shí)熱處理 多個(gè)半導(dǎo)體器件。
在預(yù)定濕度下和溫度(處理SI中的濕度和溫度)下，在清潔室中 將已經(jīng)通過上述操作處理的半導(dǎo)體器件1存儲(chǔ)預(yù)定時(shí)間。這里，需要 用于存儲(chǔ)半導(dǎo)體器件1的操作的理由如下。盡管在加熱操作55中可以 同時(shí)處理許多半導(dǎo)體器件1，但是在用于注入樹脂的后一操作中的一個(gè) 處理周期中，僅僅可以處理較少數(shù)目的(例如， 一個(gè))半導(dǎo)體器件l。 因此，在加熱操作S5完成之后，在用于所有處理的半導(dǎo)體器件1的一 個(gè)處理中，不能進(jìn)行樹脂15的注射，并且因而，需要存儲(chǔ)該器件的操 作。
接下來(lái)，利用加熱設(shè)備(第一加熱操作、熱處理工藝b、處理S6) 進(jìn)行用于半導(dǎo)體器件1的熱處理工藝。典型的加熱設(shè)備包括具有諸如 加熱板等的加熱單元的設(shè)備，可以采用具有開放到大氣空氣的加熱單 元的加熱設(shè)備類型，或也可以采用另一類型的、具有通過由壁圍繞閉 合的加熱單元的加熱設(shè)備。這里該熱處理工藝旨在從處理S5的完成至 處理S6的開始處去除樹脂基板11中吸收的水。確定從處理S5的結(jié)束 至處理S6的開始處經(jīng)過的時(shí)間。接下來(lái)，基于處理51中確定的樹脂 基板11的水含量的時(shí)間變化，獲取樹脂基板II的水含量。在此情況 下，假設(shè)直接在處理S5的結(jié)束之后樹脂基板ll的水含量是0y。。接下 來(lái)，限定處理56中的加熱時(shí)間，以便通過熱處理工藝使樹脂基板11 的獲取水含量等于或低于0.02%。除上面情形之外，為了限定加熱條件， 預(yù)先地確定處理S6的加熱溫度下的加熱時(shí)間和樹脂基板11中的水含 量的關(guān)系，以及從上述關(guān)系以及基于樹脂基板11中的水含量的時(shí)間變 化所獲取樹脂基板11的水含量(參見圖5)來(lái)限定的加熱時(shí)間。
這里，將描述控制水含量等于或低于0.02%的重要性。圖5示出樹脂基板U的水含量和預(yù)定溫度(95°0下的加熱時(shí)間之間的關(guān)系(圖
5中的左坐標(biāo)和橫坐標(biāo))以及預(yù)定溫度(95°C)下的加熱時(shí)間和樹脂 15中產(chǎn)生的空隙頻率之間的關(guān)系(圖5中的右坐標(biāo)和橫坐標(biāo))。在該 曲線中，具有75pm或更大孔徑的空隙被視為空隙。通過參考圖5，考 慮到如果水含量等于或低于0.02%,那么在樹脂15中不產(chǎn)生空隙。因 此，該加熱應(yīng)該被控制為提供等于或低于0.02%的樹脂基板11的水含 量。除上面情形之外，對(duì)于一般樹脂基板，可以同等地采用通過控制 樹脂基板11中的水含量等于或低于0.02%來(lái)防止樹脂15中產(chǎn)生空隙的 現(xiàn)象，與在具有一般層數(shù)的這種層的堆積樹脂基板111中典型地包括 的、諸如絕緣層、導(dǎo)體互連層等的層數(shù)或芯層的存在無(wú)關(guān)，諸如構(gòu)成 各個(gè)堆積層的1至5個(gè)絕緣層和1至5個(gè)導(dǎo)體互連層。這種現(xiàn)象的原 因被認(rèn)為是，除樹脂基板的表面?zhèn)戎械慕^緣層中包含的水之外，樹脂 基板中的下絕緣層中包含的水可以引起空隙的產(chǎn)生。此外，由于熱處 理工藝消除產(chǎn)生由水引起的空隙的基礎(chǔ)，通過控制樹脂基板11中的水 含量等于或低于0.02%來(lái)防止樹脂15中產(chǎn)生空隙的現(xiàn)象與樹脂15的材 料類型無(wú)關(guān)。此外，處理S6中的加熱溫度T2等于或高于95eC，以及 可優(yōu)選是低于T1的溫度。T2被選擇為低于T1，使得防止產(chǎn)生來(lái)自樹 脂基板11的除氣作用。
這里，可以通過采用圖6所示的控制單元32，進(jìn)行處理S5和S6 中的生產(chǎn)控制?？刂茊卧?2被耦合到用于進(jìn)行處理S5的加熱設(shè)備31 和用于進(jìn)行處理S6的加熱設(shè)備33,以及包括計(jì)數(shù)器321、加熱時(shí)間計(jì) 算單元322和存儲(chǔ)單元323。計(jì)數(shù)器321被耦合到加熱設(shè)備31和加熱 設(shè)備33，以及檢測(cè)加熱設(shè)備31中熱處理工藝的結(jié)束和加熱設(shè)備33中 熱處理工藝的開始，以及記錄從加熱設(shè)備31中的熱處理工藝的結(jié)束至 加熱設(shè)備33中熱處理工藝的開始處經(jīng)過的時(shí)間。例如，當(dāng)加熱設(shè)備31 中的加熱完成時(shí)，表示加熱結(jié)束的信號(hào)被發(fā)送到具有識(shí)別半導(dǎo)體器件 的批號(hào)的控制單元32。接下來(lái)，當(dāng)操作員輸入半導(dǎo)體器件的批號(hào)到加 熱設(shè)備33并且開始加熱設(shè)備33中的加熱時(shí)，用于識(shí)別半導(dǎo)體器件的 批號(hào)和指示加熱開始的信號(hào)被發(fā)送到控制單元32。加熱時(shí)間計(jì)算單元322獲取通過計(jì)數(shù)器321計(jì)算的時(shí)間，以計(jì)算加熱時(shí)間。在存儲(chǔ)單元 323中存儲(chǔ)的水含量的時(shí)間變化(通過處理Sl獲取，參見圖3和4) 被讀出，并且獲取與通過計(jì)數(shù)器321所計(jì)算的、與該時(shí)間相關(guān)聯(lián)的水 含量。接下來(lái)，從存儲(chǔ)單元323讀出(由圖5中的左坐標(biāo)和橫坐標(biāo)表 示)加熱設(shè)備33中的加熱溫度下的加熱時(shí)間和水含量之間的關(guān)系，以 及從獲取的水含量讀出用于獲得等于或低于0.02%的水含量的加熱時(shí) 間。
這允許計(jì)算加熱設(shè)備33中的加熱時(shí)間。
接下來(lái)，在樹脂基板11中的水含量等于或低于0.02%的條件下(處 理S7)，用樹脂15填充由樹脂基板11、半導(dǎo)體元件12和焊料凸塊B 形成的空間。為了提供樹脂15，采用諸如分配器等的供應(yīng)設(shè)備。這里， 為了在樹脂基板11中的水含量等于或低于0.02%的條件下提供樹脂 15，可優(yōu)選執(zhí)行用于連續(xù)地利用處理S6提供樹脂15的操作。除上面 情形之外，當(dāng)該工藝具有從剛好在處理S6之后的樹脂基板11的水含 量開始直到獲得0.02%的水含量的充分時(shí)間時(shí)，處理S7不必與處理S6 連續(xù)地進(jìn)行。例如，在處理S6中，樹脂基板11的水含量被控制為0.00%。 如圖4所示，為了獲得0.02%的樹脂基板11的水含量，需要約30分鐘 的持續(xù)時(shí)間。因而，可優(yōu)選從處理S6的結(jié)束至處理S7的開始所花費(fèi) 的時(shí)間在30分鐘內(nèi)。此外，在本操作中，可以通過采用如圖7所示的 控制單元4，進(jìn)行樹脂基板11中的水含量的控制。例如，采用具有計(jì) 數(shù)器41、控制器單元42和存儲(chǔ)單元43的控制單元4。計(jì)數(shù)器41將剛 好在加熱設(shè)備33中的熱處理工藝的結(jié)束后設(shè)定時(shí)間為零(例如，打開 加熱設(shè)備33的門的時(shí)間點(diǎn))，并且計(jì)算幵始提供樹脂所需要的持續(xù)時(shí) 間(例如，直到半導(dǎo)體器件被安裝的時(shí)間)。接下來(lái)，通過控制器單 元42，讀出存儲(chǔ)單元43中存儲(chǔ)的樹脂基板11中的水含量的時(shí)間變化 (例如，參見圖3和4，從處理S6的結(jié)束到提供樹脂的開始來(lái)放置樹 脂基板11的環(huán)境中的時(shí)間變化)，以及從通過計(jì)數(shù)器41所計(jì)數(shù)的持 續(xù)時(shí)間來(lái)檢測(cè)樹脂基板11的水含量。然后，控制器單元42確定樹脂基板11的水含量是否等于或低于
0.02%，以及如果樹脂基板11的水含量大于0.02%,那么不提供樹脂 15的命令被發(fā)送到用于提供樹脂15 (分配器)的供應(yīng)設(shè)備5，以停止 樹脂15的供應(yīng)，以及如果水含量等于或低于0.02°/。，那么提供設(shè)備5 指示提供樹脂15，以進(jìn)行樹脂15的供應(yīng)。除上面情形之外，在處理 S6的結(jié)束至樹脂的提供開始之后，存儲(chǔ)半導(dǎo)體器件1的位置(氣氛) 中的樹脂基板11的水含量的時(shí)間變化可以被預(yù)先地獲取，然后可以被 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元43中。
此后(立即在填充樹脂而不移走半導(dǎo)體器件1之后)，在加熱設(shè) 備(加熱爐)中熱處理半導(dǎo)體器件1，以固化樹脂15。在樹脂基板的 水含量等于或低于0.02%的條件下，進(jìn)行該加熱工藝。該操作中的加熱 溫度T3可以可優(yōu)選地低于T1。 T3被選擇為低于T1，使得防止來(lái)自樹 脂基板ll產(chǎn)生除氣作用(第三加熱操作、熱處理工藝c、處理S8)。
接下來(lái)，在加熱設(shè)備(加熱爐)中再次加熱半導(dǎo)體器件1 (熱處 理工藝d、處理S9)。如果為了獲得底部填充樹脂的希望性能需要用 于獲得高于T1的更高溫度的熱處理工藝，那么進(jìn)行在該操作中的熱處 理工藝(加熱溫度T4)。通過上述操作完成半導(dǎo)體器件1。
接下來(lái)將描述本實(shí)施例的有益效果。在本實(shí)施例中，在樹脂基板 11的水含量等于或低于0.02%條件下，樹脂15被提供給由半導(dǎo)體元件 12、樹脂基板11和凸塊B圍繞的空間或間隙，以及樹脂15被固化。 這保證抑制在樹脂15中產(chǎn)生空隙。這允許防止該制造的半導(dǎo)體器件1 的質(zhì)量退化。具體地，在本實(shí)施例中，焊料凸塊B之間的距離被提供 為等于或小于200(im。當(dāng)用這種較窄的凸塊間距離來(lái)設(shè)置焊料凸塊B 時(shí)，樹脂15中的空隙可以引起焊料凸塊B之間不希望的耦合。這種空 隙的產(chǎn)生可能引起熔化的焊料凸塊B和熔化的焊料部114進(jìn)入空隙中， 導(dǎo)致在各焊料凸塊B之間產(chǎn)生電耦合，由此可能引起短路。由于本實(shí)
13施例中的焊料凸塊B和焊料部114由無(wú)鉛焊料構(gòu)成，所以當(dāng)半導(dǎo)體器
件l被安裝在母板上時(shí)，焊料凸塊B和/或焊料部H4可以被熔化，以
引起這種熔化材料在空隙中滲透。相反，由于根據(jù)本實(shí)施例中的工藝，
可以抑制樹脂15中的空隙產(chǎn)生，所以可以防止半導(dǎo)體器件1的質(zhì)量退 化。
在傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中，用于將半導(dǎo)體元件與樹脂基板耦合的凸塊 常常采用含鉛焊料。因此，即使在用于將半導(dǎo)體器件安裝到母板上的 工藝中加熱半導(dǎo)體器件，凸塊也不被熔化，并且因而，幾乎沒有引起 由凸塊的耦合引起的短路。此外，在傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中，將半導(dǎo)體元 件與樹脂基板耦合的凸塊之間的距離相對(duì)較大(例如，約250pm)。 因此，即使在底部填充中產(chǎn)生較小的空隙，該空隙也不連接凸塊。因 此，即使凸塊被熔化，也幾乎不發(fā)生凸塊被連接成引起短路。相反， 在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件l中，焊料凸塊B之間的距離被選擇等于或 低于200jim以及凸塊B和焊料部114采用無(wú)鉛焊料，如上所述。因此， 加熱時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)該被嚴(yán)格地管理，以避免產(chǎn)生相對(duì)較小空隙。 因此，在本實(shí)施例中，預(yù)先地確定樹脂基板11中的水含量的時(shí)間變化， 以及確定從用于從樹脂基板11的除氣的加熱操作的結(jié)束(處理S5)至 用于提供等于或低于0.02%的樹脂基板11的水含量的加熱操作的開始 處經(jīng)過的時(shí)間。然后，基于該確定時(shí)間以及在樹脂基板11中的水含量 的時(shí)間變化的數(shù)據(jù)來(lái)確定正好在提供樹脂基板11的水含量等于或低于 0.02%的加熱操作之前的樹脂基板11的水含量，以及基于確定的水含 量執(zhí)行加熱工藝，以獲得樹脂基板11的控制水含量等于或低于0.02%。 這保證樹脂基板11的水含量等于或低于0.02%，使得嚴(yán)格地管理防止 在樹脂15中產(chǎn)生空隙。
相反，日本專利特開No. 2002-313841描述了在基板被干燥之后， 提供密封劑，然后半導(dǎo)體芯片被壓緊地粘附到基板，并固化密封劑。 還公開了在這種處理中應(yīng)該超過短的時(shí)間段上執(zhí)行密封劑的供應(yīng)，以 便從半導(dǎo)體芯片的壓緊鍵合工藝和密封劑的固化工藝，保持基板的溫度處于干燥溫度。在這種工藝類型中，從干燥基板到供應(yīng)密封劑的一 系列操作應(yīng)該迅速地進(jìn)行，并且因而，如果多個(gè)基板被干燥，則在保 持所有基板處于千燥溫度時(shí)難以進(jìn)行密封劑的供應(yīng)。此外，盡管曰本
專利特開No. 2002-313841還描述了如果在干燥基板之后由于擱置不動(dòng) 而使基板的溫度下降，那么基板被再次加熱，以執(zhí)行半導(dǎo)體芯片的壓 緊鍵合和密封劑的固化，基板的溫度到干燥溫度的這種增加未必達(dá)到 基板中的水的充分去除。因此，在密封劑中可能引起由于基板中的水 而產(chǎn)生空隙。相反，在本實(shí)施例中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樹脂基板11中的水含量超 出0.02%時(shí)，在樹脂15中容易產(chǎn)生空隙，以及樹脂基板11中的水含量 的時(shí)間變化被確定。因此，即使在熱處理操作S5中處理許多半導(dǎo)體器 件以及在預(yù)定的位置中存儲(chǔ)被處理的半導(dǎo)體器件，也可以基于樹脂基 板11的存儲(chǔ)時(shí)間和水含量的時(shí)間變化來(lái)計(jì)算樹脂基板11中的水含量。 然后，根據(jù)計(jì)算的水含量，在熱處理操作S6中進(jìn)行加熱-處理，以控制 樹脂基板H的水含量等于或低于0.02，然后在保持這種條件的同時(shí)提 供樹脂，以保證防止空隙的產(chǎn)生。
此外，在等于或高于100°C的溫度下固化當(dāng)前采用的許多底部填 充樹脂。因此，在日本專利特開No.2004-260096中描述的工藝中，難 以在日本專利特開No.2004-260096的第一加熱操作中獲得底部填充樹 脂的充分增加的粘性。因此，難以穩(wěn)固地防止空隙的產(chǎn)生。此外，產(chǎn) 生采用特殊樹脂的需要，所述特殊樹脂在日本專利特開No.2004-260096 中公開的第一加熱操作中采用的條件下提供底部填充樹脂粘性增加， 導(dǎo)致不能采用常規(guī)的底部填充樹脂的問題。相反，由于在本實(shí)施例中， 在用于提供樹脂基板11的水含量等于或低于0.02°/。的條件下提供樹脂 15，所以可以穩(wěn)固地抑制空隙的產(chǎn)生，以及消除對(duì)于樹脂15采用具有 特殊成分的樹脂的需要。
此外，通常，為了在短時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行用樹脂的密封，當(dāng)凸塊之間 的空間填充有底部填充樹脂時(shí)，需要提供減小粘性的底部填充樹脂。 一般利用加熱工藝作為用于提供減小粘性的底部填充樹脂的方式。在
15日本專利特開No.2004-260096中描述的工藝中，需要使用當(dāng)樹脂被加 熱到低于水沸點(diǎn)的溫度時(shí)顯示出增加粘性的樹脂類型。當(dāng)這種底部填 充樹脂被注入凸塊之間的空間時(shí)，應(yīng)該通過將樹脂加熱到低于用于獲 得粘性增加的上述溫度的溫度來(lái)獲得樹脂的粘性減小。在此情況下， 假定對(duì)于經(jīng)由毛細(xì)現(xiàn)象適當(dāng)?shù)靥峁┑撞刻畛錁渲荒塬@得樹脂的適 當(dāng)粘性。此外，即使可以進(jìn)行底部填充樹脂的供應(yīng)，也假定直到樹脂 密封的完成需要較長(zhǎng)的時(shí)間段。相反，在本實(shí)施例中，不需要在低于 水沸點(diǎn)的溫度下顯示出增加粘性的特殊樹脂的使用，以及可以采用一 般的底部填充樹脂，使得可以獲得底部填充樹脂的快速供應(yīng)。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，以及在本發(fā)明中還包括在為獲得本 發(fā)明的目的范圍內(nèi)的修改或改進(jìn)。例如，盡管上述實(shí)施例中樹脂基板 11采用具有芯層112和堆積層111的堆積基板，但是樹脂基板11不限 于此，以及也可以采用沒有芯層的堆積基板。
此外，盡管在上述實(shí)施例中樹脂基板11具有阻焊劑膜113，但是 樹脂基板11不限于此，以及樹脂基板11可以不包括阻焊劑膜113。此 外，在上述實(shí)施例中在處理S9中加熱半導(dǎo)體器件1，但是該處理不限 于此，以及可以不進(jìn)行處理S9的加熱操作。
示例
接下來(lái)，將描述本發(fā)明的示例。
在開始，測(cè)量樹脂基板中的水含量的時(shí)間變化。在本示例中，堆 積基板包括具有玻璃布的芯層，該芯層包含在其中注入的環(huán)氧樹脂， 對(duì)于樹脂基板，采用芯層上方和下方設(shè)置的一對(duì)堆積層。各個(gè)堆積層 包括導(dǎo)體互連層和兩個(gè)絕緣層，所述絕緣層包含環(huán)氧樹脂。此外，在 樹脂基板的表面中形成阻焊劑。在烘焙爐中設(shè)置樹脂基板，并在125。C 下加熱8小時(shí)。在125°C下8小時(shí)的這種加熱獲得樹脂基板的水含量 為0%。從烘焙室被打開時(shí)的時(shí)間點(diǎn)的3分鐘內(nèi)，利用電子化學(xué)天平測(cè)量樹脂基板的重量。在此情況下，樹脂基板的重量(樹脂基板的初始
重量)是20.45643g。接下來(lái)，在22.5°C的溫度和50%的濕度下，在清 潔室中留下其重量被測(cè)量的樹脂基板，以及利用電子化學(xué)天平測(cè)量預(yù) 定時(shí)間之后樹脂基板的重量。例如，5分鐘之后樹脂基板的重量是 20.45730g。根據(jù)下列公式獲得水含量x100 (%)
執(zhí)行上述操作，以獲得IO個(gè)樹脂基板的總重量，用于減小測(cè)量設(shè) 備的誤差。由這種結(jié)果計(jì)算水含量與經(jīng)過時(shí)間的關(guān)系。
接下來(lái)，在樹脂基板上安裝半導(dǎo)體元件，該樹脂基板是與準(zhǔn)備圖 3和4中所采用的相同的類型，并且進(jìn)行處理S2至處理55。剛好在處 理S5之后的基板的水含量是0。/。。然后，在22.5。C的溫度和50%的濕 度下，在清潔室中留下基板480分鐘，以控制樹脂基板的水含量為 0.055%。接下來(lái)，在95。C下，加熱這種半導(dǎo)體器件(加熱單元(熱板) 的外圍被開放到大氣空氣)，以及也記錄經(jīng)過的時(shí)間，以及在每個(gè)預(yù) 定的經(jīng)過的時(shí)間，用電子化學(xué)天平測(cè)量半導(dǎo)體器件的重量。然后，計(jì) 算樹脂基板的水含量><10() (%)
通過上述結(jié)果準(zhǔn)備由圖5中的左坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所示的水含量與加 熱時(shí)間的關(guān)系。
下面的示例和比較示例中采用的樹脂基板是與用于制備圖3至5 所采用的樹脂基板相同的類型。(示例1)
接下來(lái)，與上述實(shí)施例相類似，在樹脂基板上安裝半導(dǎo)體元件，
并進(jìn)行處理S2至處理S5。用于將半導(dǎo)體元件與樹脂基板耦合的凸塊的 凸塊節(jié)距(凸塊間距離)是169pm。樹脂基板的焊料部和上述凸塊由 無(wú)鉛焊料(更具體地說(shuō)，Sn3Ag。.5Cu)構(gòu)成。此后，在22.5。C的溫度下 和50%的濕度下，在清潔室中留下基板480分鐘。根據(jù)圖3和4，此時(shí) 的基板的水含量被認(rèn)為是0.055%。接下來(lái)，在95。C的溫度下，在加熱 設(shè)備(加熱單元(熱板)的外圍被開放到大氣空氣)中設(shè)置半導(dǎo)體器 件，然后在150秒之后取出。在此情況下，樹脂基板的水含量是0.02% (圖5)。在從加熱設(shè)備取出基板之后3分鐘內(nèi)供應(yīng)樹脂(底部填充)。 由于在3分鐘內(nèi)開始樹脂的供應(yīng)，因此認(rèn)為樹脂基板的水含量是0.02%。 該樹脂采用熱固性環(huán)氧樹脂。此后，(立即在(在樹脂基板的水含量 是0.02%的條件下)填充樹脂之后)，在125。C至135。C下加熱基板2 小時(shí)，以固化樹脂。
(示例2)
類似于示例1，在加熱設(shè)備中安裝具有水含量為0.055%的樹脂基 板的半導(dǎo)體器件，并在330秒之后取出。此時(shí)，基板的水含量是0.017%。 在從加熱設(shè)備取出該基板之后的3分鐘內(nèi)供應(yīng)樹脂。由于在3分鐘內(nèi) 開始樹脂的供應(yīng)，因此認(rèn)為樹脂基板的水含量是0.017°/。。然后，與示 例1相類似地固化樹脂。
(比較示例1)
樹脂被提供到具有0.055%的水含量的樹脂基板的半導(dǎo)體器件中， 而不在加熱設(shè)備中安裝該基板，然后該樹脂被固化。樹脂的類型和固 化條件與示例1中采用的相同。
(比較示例2)
類似于示例1，在加熱設(shè)備中設(shè)置具有0.055%的水含量的樹脂基 板的半導(dǎo)體器件，并在90秒之后取出。在這時(shí)候，基板的水含量是0.025%。在從加熱設(shè)備取出基板之后的3分鐘內(nèi)提供樹脂。由于在3 分鐘內(nèi)開始樹脂的供應(yīng)，因此認(rèn)為樹脂基板的水含量是0.025%。然后， 該樹脂被固化，類似于示例1。
(示例和比較示例的結(jié)果) 測(cè)量各個(gè)半導(dǎo)體器件的樹脂(底部填充樹脂)中產(chǎn)生的空隙數(shù)目 與水含量的關(guān)系。通過超音波斷層掃描攝影裝置(Scanning Acoustic Tomograph, SAT)和通過平坦橫截面上的觀察，計(jì)算產(chǎn)生的空隙數(shù)目。 具有75pm或更大直徑的空隙被視為產(chǎn)生的空隙。在圖5中示出了該結(jié) 果。
由圖5可以理解的是當(dāng)樹脂基板的水含量等于或低于0.02%時(shí)， 不產(chǎn)生空隙。相反，也可以理解，在比較示例中產(chǎn)生空隙。由于在比 較示例1中產(chǎn)生了許多空隙，所以在圖5中未示出這種結(jié)果。此外， 當(dāng)對(duì)于各個(gè)比較示例的各個(gè)半導(dǎo)體器件進(jìn)行安裝基板的安裝中采用的 熱處理工藝時(shí)，在每一種情況下，證實(shí)了空隙中的焊料的突出，導(dǎo)致 短路。相反，當(dāng)在安裝基板中安裝各個(gè)示例的半導(dǎo)體器件時(shí)，由于沒 有空隙而不引起短路，并且因此，發(fā)現(xiàn)沒有影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。
很顯然本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍和精 神的條件下可以進(jìn)行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的工藝，所述器件包括樹脂基板和在所述樹脂基板上安裝的半導(dǎo)體元件，所述工藝，包括通過所述樹脂基板之上的多個(gè)導(dǎo)電凸塊，將所述樹脂基板與所述半導(dǎo)體元件電耦合；在保持所述基板通過所述凸塊與所述半導(dǎo)體元件的耦合的同時(shí)，通過加熱所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件，控制所述樹脂基板的水含量等于或低于0.02％；以及用樹脂填充由所述半導(dǎo)體元件、所述樹脂基板和所述凸塊圍繞的空間，并且固化所述樹脂，其中，所述的用樹脂填充所述空間并且固化所述樹脂包括在所述樹脂基板的水含量等于或低于0.02％的條件下來(lái)用所述樹脂填充所述空間。
2.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的工藝，所述工藝還包括確定所述樹脂基板的水含量的時(shí)間變化；確定在所述的控制水含量中所釆用的加熱溫度時(shí)的所述樹脂基板 的水含量與加熱時(shí)間的關(guān)系；以及通過加熱所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件，來(lái)對(duì)于所述樹脂基板 和所述半導(dǎo)體元件進(jìn)行脫氣，以去除由所述樹脂基板的成分得到的氣 體，在所述的通過所述樹脂基板上的所述多個(gè)導(dǎo)電凸塊來(lái)電耦合所述 樹脂基板與所述半導(dǎo)體元件之后并且在所述的控制水含量之前執(zhí)行對(duì) 于所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件所進(jìn)行的所述脫氣；其中，確定從對(duì)于所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件所進(jìn)行的所述 脫氣的結(jié)束至所述控制水含量的開始時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間，并且，基于所 述樹脂基板的水含量的時(shí)間變化來(lái)確定緊接在所述控制水含量之前時(shí) 的所述樹脂基板的水含量，以及其中，基于所述確定的水含量，以及基于在所述控制水含量中的加熱溫度時(shí)所述樹脂基板的水含量與加熱時(shí)間之間的關(guān)系，來(lái)限定在 所述控制水含量中的加熱時(shí)間，以使得在所述控制水含量中，所述樹 脂基板的水含量被提供為等于或低于0.02%。
3. 如權(quán)利要求2所述的制造半導(dǎo)體器件的工藝，還包括 在用所述樹脂填充由所述半導(dǎo)體元件、所述樹脂基板和所述凸塊圍繞的空間之后，通過加熱所述半導(dǎo)體元件、所述樹脂基板、所述凸 塊和所述樹脂來(lái)固化所述樹脂，其中，在對(duì)于所述所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件所進(jìn)行的所述 脫氣中的加熱溫度高于在所述控制水含量中的加熱溫度以及高于在所 述固化所述樹脂中的加熱溫度。
4. 如權(quán)利要求l所述的制造半導(dǎo)體器件的工藝，其中，在所述樹脂基板的表面中形成與所述凸塊相耦合的焊料部，并且 所述凸塊和所述焊料部由無(wú)鉛焊料形成。
5. 如權(quán)利要求l所述的制造半導(dǎo)體器件的工藝，其中， 所述凸塊的相鄰對(duì)之間的距離等于或小于200Mm。
6. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件的工藝，其中， 所述樹脂基板是由交替地設(shè)置的絕緣層和導(dǎo)體互連層構(gòu)成的堆積基板，并且所述樹脂基板在該基板的表面中具有帶有開口的絕緣膜， 所述絕緣層包含樹脂。
7. —種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件是由權(quán)利要求1所述的制 造半導(dǎo)體器件的工藝制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的工藝及通過該工藝制造的半導(dǎo)體器件。確定樹脂基板11中的水含量的時(shí)間變化的操作(S1)；通過多個(gè)導(dǎo)電凸塊B將半導(dǎo)體元件12耦合在樹脂基板11上操作(S3)；在通過所述凸塊保持耦合的同時(shí)，通過加熱所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件，控制樹脂基板11的水含量等于或低于0.02％的第一加熱操作(S6)；以及在通過所述凸塊保持耦合的同時(shí)，通過加熱所述樹脂基板和所述半導(dǎo)體元件，控制樹脂基板11的水含量等于或低于0.02％的第一加熱操作(S6)；以及在樹脂基板11中的水含量等于或低于0.02％的條件下，用樹脂15填充由半導(dǎo)體元件12、樹脂基板11和焊料凸塊B形成的空間(S7)。
文檔編號(hào)H01L21/48GK101552218SQ20091013297
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
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