[发明专利]导电性凸块及其形成方法和半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体元件的电极端子或电路基板的电极端子上形成的导电性凸块，尤其涉及能够将窄间距化的半导体元件可靠地安装在电路基板上的电极端子的半导体装置。

背景技术

近年来，以手机、笔记本电脑、PDA、数码摄像机等为代表的移动电子设备迅速普及，用于实现其小型/薄型/轻量化的技术开发也正在快速推进。

妨碍该技术开发的主要电子部件是半导体元件，随着半导体元件的高密度化，电极端子的间距和面积变小。从而对将半导体元件倒装式安装到安装基板上时所使用的导电性凸块也有严格的要求。

在这种情况下，随着电极端子的窄间距化，存在着容易在安装基板的邻接的连接端子之间产生短路、以及由于半导体元件和安装基板的热膨胀系数的差而产生的应力使导电性凸块和电极端子之间的连接不良这样的问题。

特别是，由于上述手机等移动电子设备存在受到因落下而产生的冲击等可能性，所以如果电极端子之间的连接可靠性不充分，则存在移动电子设备连接不良之虞。

另外，随着半导体元件的布线规则的微细化，在半导体元件中形成的绝缘层的低介电常数化推进了绝缘层的多孔化。因此，在现有的倒装式安装的Au凸块等安装步骤中，存在施加到Au凸块下的绝缘层上的应力使绝缘层中产生裂纹等损坏现象等问题。

另一方面，为了避免窄间距化而用半导体元件的电路形成面整体形成导电性凸块的区域凸块方式，要求在安装区域整体安装基板具有高的平面度。通常，在区域凸块方式中，首先，在半导体元件上形成多个电极端子，在该电极端子上由焊料或Au等形成凸块。其次，使该半导体元件的凸块与在电路基板上形成的连接端子相对，将上述电极端子上的凸块与分别对应的连接端子电接合。而且，为了提高半导体元件与电路基板的电结合和机械接合，通过向半导体元件与电路基板之间填充(未充满(アンダ一フイル))树脂材料的步骤来制作。

但是，为了向电路基板安装如电极端子数超过5000个那样的下一代LSI，需要形成与100μm以下的窄间距相对应的凸块，但是现在的焊料凸块形成技术难以与之相对应。

另外，由于需要与电极端子数对应地形成多个凸块，所以为了实现低成本化，还要求通过每个半导体元件的安装间隙的缩短来实现高生产率。

以往，用电镀法或网板印刷法等作为凸块的形成技术，虽然电镀法适用于窄间距，但是由于步骤复杂，所以存在生产率方面的问题。

另外，网板印刷法生产率高，但是由于使用掩模所以难以与窄间距化相对应。

在这种状况下，近年来多次提出了在LSI元件的电极端子和电路基板的连接端子上，选择性地形成焊料凸块的技术。这些技术不仅适用于微细凸块的形成，还由于能够一并形成凸块所以生产率高，作为适于向下一代LSI的电路基板安装的技术逐渐受到瞩目。

上述技术，首先向形成了连接端子的电路基板的整个面涂敷由表面形成了氧化被膜的焊料粉末和钎剂的混合物所形成的焊膏。并且，在该状态下加热电路基板，使焊料粉末熔融，在邻接的连接端子之间不引起短路的情况下，在连接端子上选择性地形成焊料层(例如，参照专利文献1)。

另外，还有向形成了连接端子的电路基板的整个面上涂敷以有机酸铅盐和金属锡为主要成分的膏状组成物，通过加热电路基板使Pb与Sn发生置换反应，从而使Pb/Sn的合金在电路基板的连接端子上选择性地析出的技术(例如，参照专利文献2或非专利文献1)。

还有，将表面上形成了电极的电路基板浸入药剂中，仅在连接端子的表面上形成粘结性被膜，然后使焊料粉末粘结在该粘结性被膜上，之后对其进行加热熔融在连接端子上选择性地形成凸块的技术(例如，参照专利文献3)。

但是，上述技术中的任何一个都示出了在半导体元件的电极端子上或电路基板的连接端子上形成凸块的方法。在通常的倒装式安装中，在形成了凸块之后，将半导体元件搭载到电路基板上。并且，需要利用焊料回流经由凸块进行连接端子和电极端子之间的接合的步骤、及向电路基板与半导体元件之间注入未充满材料从而将半导体元件固定在电路基板上的步骤。因此，造成成本上升。

为了解决这样的问题，通常采用通过印刷网板的贯通孔在半导体元件的电极形成面上印刷导电性膏剂，从而低成本地一并形成凸块电极的方法(例如，参照专利文献4)。

但是，在专利文献4中示出的导电性凸块中，如用表示通过导电性膏剂形成导电性凸块的方法的图7A～图7E的剖面图所说明的那样，存在如下所述的问题。