[发明专利]半导体元件的安装方法及半导体器件的制造方法

说明书

本申请是申请号为200710008067.X、申请日为2007年2月9日、发明 名称为“半导体元件的安装方法及半导体器件的制造方法”的发明专利申请 的分案申请。

技术领域

本发明总的涉及半导体元件的安装方法以及半导体器件的制造方法，更 具体涉及经由不含铅(Pb)的外部连接凸电极将半导体元件安装在布线板上 的半导体元件的安装方法以及半导体器件的制造方法。

背景技术

从前至今，已知具有如下结构的半导体器件：经由不含铅(Pb)的外部 连接凸电极、即所谓的无铅焊料凸点，以面朝下的方式将半导体元件以倒装 芯片方法安装在布线板上。

图1为示出应用于这种半导体器件的半导体元件的结构的横截面图。图 2为图1中虚线所包围的部分的放大图。

参照图1和图2，为了制造半导体元件，所谓的晶片工艺被应用于由硅 (Si)制成的半导体衬底1。在半导体衬底1的主表面上形成诸如晶体管的 有源元件或者诸如电容器的无源元件(未示出)。此外，经由绝缘层例如二 氧化硅(SiO₂)层2，在半导体衬底1的另一主表面上设置多层互连层3。

如图2所示，通过经由层间绝缘膜5叠置由铝(Al)或铜(Cu)制成的 多个布线层4来形成这种多层互连层3。通过层间连接部分连接上和下布线 层4。

使用所谓的低K材料作为层间绝缘膜5的材料，低K材料即具有低介 电常数的材料，例如FSG(氟硅玻璃，其为掺氟的硅玻璃)、SiOC(其为添 加C的二氧化硅)、或有机树脂，以降低形成于布线中的电容以及提高电信 号的输送速度。

形成于半导体衬底1上的诸如有源元件或无源元件的功能元件经由多层 互连层3而彼此连接，从而形成执行预期功能的电子电路。

由铝(Al)制成的多个电极焊盘11选择性地设置在多层互连层3的上 部，以连接至形成多层互连层3的布线4。

钝化层6选择性地设置在多层互连层3上。钝化层6由诸如二氧化硅 (SiO₂)或氮化硅(SiN)等无机绝缘材料制成。在钝化层6上选择性地形 成开口，以暴露电极焊盘11的中心部分。

此外，为了保护半导体元件的表面，设置有机绝缘膜7以覆盖无机绝缘 层6的上表面和位于电极焊盘11上的无机绝缘层6的边缘表面。

有机绝缘膜7的材料选自有机绝缘材料，例如聚酰亚胺、BCB(苯丙环 丁烯)、酚醛树脂或聚苯并双噁唑。

由例如钛(Ti)/铜(Cu)制成的UBM(凸点下金属化层)8设置在电 极焊盘11的上表面。从电极焊盘11上表面的没有设置无机绝缘层6和有机 绝缘膜7的部分起至略高于有机绝缘膜7上表面的位置，沿竖直方向设置 UBM 8。UBM 8覆盖有机绝缘膜7的端表面。

具有近似球形结构的外部连接凸电极9设置在UBM 8的上表面上。外 部连接凸电极9、即所谓的焊料凸点由不含铅(Pb)的焊料例如锡(Sn)- 银(Ag)或含有铜(Cu)的锡(Sn)-银(Ag)制成。

图3为示出图1所示的半导体元件10以倒装芯片方法安装在布线板上 的状态的横截面图。参照图3，半导体元件10以倒装芯片方法面朝下地安装 在布线板20上。

布线板20是由例如玻璃环氧材料或聚酰亚胺胶带制成的有机积层板。 在布线板20的上表面上，选择性地设置多个电极焊盘21并且设置焊料抗蚀 剂22，焊料抗蚀剂22选择性设有开口以暴露电极焊盘21的中心部分。

外部连接凸电极9连接至设置在布线板20上的电极焊盘21。此外，在 半导体元件10和布线板20之间设置所谓的底部填充材料(underfill material) 23。由焊料制成的多个外部连接凸电极24设置在布线板20的下表面上。

具有这种结构的半导体器件通过如下步骤制造：

首先，以面朝下的方式将半导体元件10以倒装芯片方法安装在布线板 20上。

然后，通过回流热处理使外部连接凸电极9和预先设置在布线板20的 电极焊盘21上的初始焊料(预涂焊料)熔化，以使半导体元件10的外部连 接凸电极9与布线板20连接。初始焊料不含有铅(Pb)。

之后，在半导体元件10和布线板20之间提供底部填充材料23，然后使 其固化。

最后，在布线板20的下表面上设置焊球，以通过回流热处理和冷却处 理使外部连接凸电极24被连接。