專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造方法，特別是涉及在電極上通過下突起金屬膜而設置突起電極的半導體器件的制造方法。而且，本發(fā)明涉及接合基板間、半導體基板間或者基板與半導體基板之間的半導體器件的制造方法。
背景技術：
隨著構筑半導體器件的半導體芯片的高集成化和高性能化，半導體芯片的外部連接電極(鍵合焊盤)與安裝半導體芯片的布線基板的電極之間的連接方法存在多樣化的傾向。特別是，隨著IC芯片、LSI芯片等半導體芯片的高集成化，電路工作速度的高速化、高散熱化、多端子化(多管腳化)的要求越發(fā)強烈，預計近年來高端半導體芯片的外部連接電極數(端子數)超過數千。
另一方面，從系統(tǒng)側，要求半導體器件的小型化、輕量化、多功能化等，根據這樣的要求，半導體芯片的高安裝密度化是必須的。而且，根據高性能化的要求，研究在半導體器件上采用多芯片構造和三維安裝構造。
在多端子化上，采用利用突起電極的倒裝芯片(FC)方式和帶自動鍵合(TAB)方式是有利的。FC方式是這樣的方式在半導體芯片的外部連接電極、布線基板的電極的至少一方上形成突起電極，接合突起電極與任一個電極之間或者突起電極相互之間。例如，在高端的超多端子的半導體芯片中，首先，在半導體芯片的表面(電路搭載表面)上方格狀地排列多個焊錫突起電極。通過使該半導體芯片的表面對著布線基板的表面的FC方式，在布線基板的表面上搭載半導體芯片。接著，進行焊錫回流，使焊錫突起電極與布線基板的電極之間被接合，而完成半導體芯片向布線基板上的安裝。
TAB方式是首先，在半導體芯片的外部連接電極上形成金(Au)突起電極，形成在布線基板的電極上層疊銅(Cu)并且在Cu上層疊錫(Sn)的Sn/Cu突起電極。進行半導體芯片上的突起電極與布線基板的引線的位置對準，接著，一起通過熱壓接使Au突起電極與Sn/Cu突起電極之間被接合，完成半導體芯片向布線基板上的安裝。
這樣的微小突起電極一般通過電鍍而形成。在圖15(A)至圖15(D)中表示了Au突起電極的制造方法。
(1)首先，準備半導體晶片100(參照圖15(A))。該半導體晶片100處于切割工序前的狀態(tài)，并且，處于細分為半導體芯片前的狀態(tài)。在半導體晶片100中，在每個半導體芯片形成區(qū)域中，在電路搭載面上配置外部連接電極(鍵合焊盤)101。在外部連接電極101的上層形成鈍化膜102。在鈍化膜102中，在外部連接電極101的位置上形成開口部102H。接著，在該鈍化膜102上的突起電極形成區(qū)域中形成具有開口部103H的聚酰亞胺類樹脂膜103。
(2)如圖15(A)所示的那樣，包含在聚酰亞胺類樹脂膜103上、鈍化膜102上、開口部103H的內壁上、開口部102H的內壁上、從開口部103H和開口部102H露出的外部連接電極101上的整個表面上，形成下突起金屬(UBM)膜110。UBM膜110通過濺射法、電鍍法的等成膜方法來形成，對該UBM膜110至少要求以下功能(a)確保外部連接電極101與突起電極(圖15(B)所示的Au突起電極112)之間的電氣導通的功能；(b)確保外部連接電極101與突起電極之間的緊密連接性的功能；(c)防止外部連接電極101與突起電極之間的熱擴散，作為不會發(fā)生導通不良和緊密連接性變差的阻擋膜的功能；(d)當電解電鍍時能夠作為供電層而使用的功能。
由于這樣的多功能被要求，而在UBM膜110上采用兩層或者三層的層疊膜構造。例如，在UBM膜110上，從外部連接電極101側向著突起電極側，使用依次層疊鈦(Ti)膜、鎳(Ni)膜、鉛(Pb)膜的層疊膜和依次層疊鉻(Cr)膜、Cu膜、Au膜的層疊膜。而且，在該UBM膜110上需要幾百nm至幾μm的厚度。
(3)接著，使用光刻技術，在UBM膜110上涂敷光致抗蝕劑膜，進行曝光、顯影，由此，從光致抗蝕劑膜形成突起電極形成用掩模111(參照圖15(B))。該突起電極形成用掩模111在外部連接電極101上設置UBM膜110的表面露出的開口部111H。
(4)通過電解電鍍法，向UBM膜110供電，如圖15(B)所示的那樣，在突起電極形成用掩模111的開口部111H內部，在UBM膜110上形成Au突起電極112。
(5)然后，如圖15(C)所示的那樣，剝離突起電極形成用掩模111。
(6)接著，如圖15(D)所示的那樣，使用Au突起電極112作為腐蝕掩模，通過腐蝕除去Au突起電極112下以外的不必要的UBM膜110。例如，當在UBM膜110上使用Ti膜、Ni膜及Pd膜的層疊膜的情況下，通過使用硝酸、鹽酸、醋酸的混合水溶液的濕腐蝕，來腐蝕Pd膜和Ni膜，然后，通過使用氟酸水溶液的濕腐蝕，來腐蝕Ti膜。
在圖16(A)至圖16(E)中表示鉛(Pb)-Sn、銀(Ag)-Sn等焊錫突起電極的制造方法。
(1)與上述Au突起電極112的制造方法相同，首先，準備半導體晶片100(參照圖16(A))。在該半導體晶片100中，在每個半導體芯片形成區(qū)域中，在電路搭載面上配置外部連接電極101。在外部連接電極101的上層依次形成具有開口部102H的鈍化膜102、具有開口部103H的聚酰亞胺類樹脂膜103。
(2)如圖16(A)所示的那樣，至少在包含外部連接電極101上的半導體晶片100上的整個表面上形成UBM膜110。在此，UBM膜110與Au突起電極112的情況相同，通過層疊構造而形成，但是，為了防止在焊錫突起電極(圖16(B)所示的標號122)中包含的Sn向外部連接電極101的擴散，而形成比Au突起電極112時厚的膜厚。
(3)接著，使用光刻技術，在UBM膜110上形成突起電極形成用掩模121(參照圖16(B))。該突起電極形成用掩模121在外部連接電極101上設有UBM膜110的表面露出的開口部121H。
(4)通過電解電鍍法，向UBM膜110供電，如圖16(B)所示的那樣，在突起電極形成用掩模121的開口部121H內部，在UBM膜110上形成焊錫突起電極122。
(5)然后，如圖16(C)所示的那樣，剝離突起電極形成用掩模121。
(6)如圖16(D)所示的那樣，使用焊錫突起電極122作為腐蝕掩模，通過腐蝕除去焊錫突起電極122下以外的不必要的UBM膜110。UBM膜110的腐蝕與上述相同通過濕腐蝕來進行。
(7)接著，如圖16(E)所示的那樣，進行焊錫回流，形成球形的焊錫突起電極122B。

發(fā)明內容
在上述那樣的設有Au突起電極112和焊錫突起電極122的半導體器件中，未考慮以下幾點(1)在Au突起電極112的制造方法中，在UBM膜110的不需要部分的除去中使用濕腐蝕。濕腐蝕的腐蝕方向基本上是等方向的，因此，如圖17用虛線圍住所示的那樣，在Au突起電極112之下產生了基蝕110U。例如，在8英寸直徑的半導體晶片100的情況下，基蝕量在一側達到了10μm的程度。因此，在20μm以下直徑的Au突起電極112中，Au突起電極112之下的UBM膜110通過基蝕被去掉，因此，不能在外部連接電極101與Au突起電極112之間形成接合部。這樣的現象在焊錫突起電極122的制造方法中是同樣的。
(2)即，難于制造細微的Au突起電極112或者焊錫突起電極122。其結果，難于實現半導體器件的電路工作速度的高速化、高發(fā)熱化、多端子化。而且，難于實現半導體器件的小型化、輕量化、多功能化。
(3)而且，通過UBM膜110的基蝕110U，Au突起電極112或者焊錫突起電極122與外部連接電極101之間的接合部的機械強度降低。因此，通過由溫度循環(huán)產生的應力，在接合部上發(fā)生裂紋或者產生接合部的斷裂，因此，有損于半導體器件的可靠性。
(4)在UBM膜110的不需要部分的除去中，考慮利用各向異性腐蝕例如反應性離子腐蝕(RIE)等干腐蝕。但是，在UBM膜110上層疊干腐蝕難于進行的材料，在強行進行干腐蝕的情況下，腐蝕時間增大，制造成本非常高。
另一方面，使用上述那樣的焊錫突起電極122來接合窄間距的電極，存在限度。焊錫突起電極在通過焊錫回流而一度被熔融之后，被凝固，來進行電極間的接合。因此，接合后的焊錫突起電極的形狀難于進行控制，在相鄰的電極側，焊錫突起電極容易發(fā)生膨脹，因此，發(fā)生相鄰電極間的短路，成為連接不良發(fā)生的原因。
因此，近年來，存在在半導體器件中采用不通過焊錫突起電極來接合電極間的方法的傾向。如圖18所示的那樣，在半導體芯片200的外部連接電極201與半導體芯片210的外部連接電極211之間不通過焊錫突起電極來接合。在接合中使用在壓縮外部連接電極201和211的方向上移動的負荷。在負荷施加前，所接合的半導體芯片200和210的平行度(距x-y平面的斜率)被調節(jié)，進行外部連接電極201和211相互的使x方向、y方向、以z軸為中心的旋轉角□的偏移相一致的位置對準。
而且，當外部連接電極201和211的處理為例如Cu等容易生成氧化物、硫化物等化合物的金屬時，怎樣不生成這樣的化合物來使外部連接電極201和211之間接觸或者除去化合物來使外部連接電極201和211之間的新生面相互接觸成為為了進行良好的接合的重要的技術課題。
作為解決這樣的技術課題的第一接合方法，具有在氫還原氣氛中進行電極的彼此接合的方法。在該第一接合方法中，需要這樣的接合裝置把還原氣氛調節(jié)到預定壓力上，來調節(jié)半導體芯片200和210的平行度，在μm級上調節(jié)外部連接電極201和211的位置對準，控制接合加權，能夠進行用于還原反應的加熱。在還原反應中需要例如450℃的加熱。
在這樣的第一接合方法中，接合裝置成為大規(guī)模的，引起了接合裝置的制造成本的上升。結果，使用這樣的接合裝置所制造的半導體器件的制造成本上升。
而且，作為第二接合方法，是這樣的方法在大致常溫并且超高真空中，在外部連接電極201和211上進行離子照射，除去氧化物和有機物，然后，接合外部連接電極201與211之間。在第二接合方法中，能夠進行抽真空，進行離子照射，與第一接合方法的情況相同，需要這樣的接合裝置調節(jié)半導體芯片200和210的平行度，在μm級上調節(jié)外部連接電極201和211的位置對準，控制接合加權。
在這樣的第二接合方法中，接合裝置成為大規(guī)模的，引起了接合裝置的制造成本的上升。結果，使用這樣的接合裝置所制造的半導體器件的制造成本上升。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方案是一種半導體器件，包括在基板上所形成的第一電極；所述第一電極上的凹型形狀的下突起金屬膜；以及埋設在所述下突起金屬膜的凹型形狀內部的，側面和底面由所述下突起金屬膜圍繞的突起電極。
本發(fā)明的第二方案是一種半導體器件的制造方法，包括下列工序形成在電極上具有開口部的絕緣膜；在所述絕緣膜上、所述開口部內壁上以及所述開口部內的所述電極上形成下突起金屬膜；
在所述下突起金屬膜上形成突起電極膜，以便于至少埋設所述開口部；除去所述開口部之外的突起電極膜及下突起金屬膜，形成由所述開口部內壁上以及所述開口部內的所述電極上的下突起金屬膜圍繞周圍的突起電極；以及在膜厚方向上除去所述絕緣膜的至少表面的一部分。
本發(fā)明的第三方案是一種半導體器件的制造方法，包括以下工序形成具有第一電極的第一基板；形成具有第二電極的第二基板；在所述第一電極、第二電極的至少一方的表面上附著活性化前的溶劑；使所述第二電極通過所述溶劑而與所述第一電極相接觸，在壓縮所述第一電極和第二電極的方向上加壓；以及在所述第一電極與第二電極之間的接合之前，在未到達所述第一電極和第二電極的較低一方的熔點溫度的溫度下，使所述溶劑活性化。
本發(fā)明的第四方案是一種半導體器件的制造方法，包括以下工序形成具有第一電極的第一基板；形成具有第二電極的第二基板；在所述第一電極、第二電極的至少一方的表面上，附著具有熱固化性質和在低于熱固化溫度的溫度下進行活性化的性質的活性化前的溶劑；使所述第二電極通過所述溶劑而與所述第一電極相接觸，在壓縮所述第一電極和第二電極的方向上加壓；在所述第一電極與第二電極之間的接合之前，在未到達所述第一電極和第二電極的較低一方的熔點溫度的溫度下，使所述溶劑活性化；以及在所述第一電極和第二電極之間被接合之后，使溶劑熱固化。
根據本發(fā)明能夠得到以下效果(1)能夠提供這樣的半導體器件能夠實現細微的突起電極，并且能夠實現高集成化、電路工作速度的高速化以及多端子化。
(2)提供這樣的半導體器件能夠提高電極與突起電極之間的連接部的電氣可靠性、機械可靠性的至少一方。
(3)能夠提供這樣的半導體器件的制造方法能夠制造細微的突起電極。
(4)能夠提供這樣的半導體器件的制造方法能夠提高制造上的成品率。
(5)能夠提供這樣的半導體器件的制造方法能夠減少制造工序數量。
(6)由于在電極之間插入通過活性化而除去了金屬氧化物等的溶劑，進行加壓來接合電極之間，因此，在接合處理中不需要危險的氣體的處理和真空裝置，能夠構筑簡易的半導體生產線。而且，由于能夠在金屬未熔融的情況下接合電極之間，因此，能夠減少接合不良的發(fā)生。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件的半導體芯片及突起電極的基本構造的主要部分斷面構造圖；圖2(A)至圖2(E)是包含本發(fā)明的第一實施例所涉及的突起電極的制造方法的半導體器件的制造工序斷面圖；圖3是本發(fā)明的第一實施例所涉及的第一構造的半導體器件的簡要斷面構造圖；圖4是圖3所示的第一構造的半導體器件的主要部分放大斷面構造圖；圖5(A)至圖5(E)是圖3和圖4所示的第一構造的半導體器件的插入物的制造工序斷面圖；圖6是本發(fā)明的第一實施例所涉及的第二構造的半導體器件的簡要斷面構造圖；圖7是圖6所示的第二構造的半導體器件的主要部分放大斷面構造圖；圖8(A)至圖8(D)是包含本發(fā)明的第二實施例所涉及的突起電極的制造方法的半導體器件的制造工序斷面圖；圖9(A)至圖9(E)是包含本發(fā)明的第三實施例所涉及的突起電極的制造方法的半導體器件的制造工序斷面圖；圖10是本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體制造系統(tǒng)的簡要構成圖；圖11是表示本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法的流程圖；圖12是表示本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的構成圖；圖13是表示本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的構成圖；圖14是表示本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法的流程圖；圖15(A)至圖15(D)是說明本發(fā)明的現有技術所涉及的Au突起電極的制造方法的制造工序斷面圖；圖16(A)至圖16(E)是說明本發(fā)明的現有技術所涉及的焊錫突起電極的制造方法的制造工序斷面圖；圖17是本發(fā)明的現有技術所涉及的半導體器件的主要部分放大斷面圖；圖18是本發(fā)明的現有技術所涉及的半導體器件的接合工序斷面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例所涉及的半導體器件及該半導體器件的制造方法。在以下的圖面記載中，相同或相似的部分使用相同或相似的標號。但是，應當注意圖面是模式的，厚度與平面尺寸的關系、各層的厚度的比例等與現實不同。這樣，具體的厚度和尺寸應當參照以下的說明來判斷。而且，當然，附圖相互之間包含相互的尺寸關系和比例不同的部分。
(第一實施例)[半導體器件的半導體芯片及突起電極的基本構造]如圖1所示的那樣，本發(fā)明第一實施例所涉及的半導體器件至少包括外部連接電極18；外部連接電極18上的UBM膜20；埋設在UBM膜20的凹型形狀內部，側面及底面由UBM膜20圍繞的突起電極21。
外部連接電極18是半導體芯片1的鍵合焊盤(外部連接端子)。半導體芯片1包括由硅單晶基板組成的半導體基板10、配置在該半導體基板10的主面(電路搭載面)上的元件12、元件12上的第一層的布線14、第一層的布線14上的第二層的布線16、以及作為第二層的布線16上的第三層的布線使用的外部連接電極18。而且，本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體芯片1按上述那樣由三層布線構造所構成，但是，本發(fā)明并不僅限于該布線層數。
而且，雖然并不僅限于這樣的元件構造，但在本發(fā)明的第一實施例中，元件12由絕緣柵場效應晶體管(以下稱為IGFET)所構成。在此，IGFET的意思至少包含MISFET(金屬絕緣體半導體場效應晶體管)、MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)。即，元件12在由元件間分離絕緣膜11圍繞周圍的區(qū)域內，包括由半導體基板(或者阱區(qū)域)10組成的溝道形成區(qū)域、該溝道形成區(qū)域上的柵絕緣膜12A、柵絕緣膜12A上的柵電極12B、配置在柵電極12B的兩側的作為源極區(qū)域或者漏極區(qū)域而使用的一對半導體區(qū)域12C。
第一層的布線14配置在覆蓋元件12的層間絕緣膜13上，通過形成在該層間絕緣膜13上的連接孔而與元件12的半導體區(qū)域12C電連接。第一層的布線14、后述的第二層的布線16以及外部連接電極18在本發(fā)明的第一實施例中是由金屬鑲嵌工藝所形成的Cu布線或者Cu合金布線。而且，在本發(fā)明中，在第一層的布線14等中使用鋁(Al)膜、Al合金膜(例如，Al-Cu膜、Al-Si膜或者Al-Cu-Si膜)等。而且，對于層間絕緣膜13、15、17，可以實用地使用例如氧化硅膜、氮化硅膜的單層膜或者把這些單層膜層疊多層的復合膜。
第二層的布線16配置在層間絕緣膜15上，通過形成在該層間絕緣膜15上的連接孔而與第一層的布線14電連接。
外部連接電極(第三層的布線)18配置在層間絕緣膜17上，通過形成在該層間絕緣膜17上的連接孔，與第二層的布線16電連接。
而且，在上述UBM膜20中，其凹型形狀的底面的全部區(qū)域電氣并且機械地連接在外部連接電極18的表面上，該凹型形狀的側面由與外部連接電極18的表面實質上垂直的面所構成。該UBM膜20的側面的高度實質上與突起電極21距UBM膜20的底面的高度相同。在本發(fā)明的第一實施例中，在突起電極21中使用Cu突起電極。而且，在UBM膜20中使用這樣的復合膜從外部連接電極18的表面?zhèn)龋蛑渖戏?，依次層疊氮化鉭膜(TaN)、鉭(Ta)膜、Cu膜。最上層的Cu膜至少具有導電性，而且，具有與外部連接電極18之間的高的粘接性的功能。中間層的Ta膜同樣至少具有導電性，而且，具有作為外部連接電極18與突起電極21之間的防擴散阻擋層膜的功能。最下層的TaN膜至少具有導電性，具有作為防氧化膜的功能。而且，UBM膜20作為通過電解電鍍形成突起電極21時的供電膜而使用。
突起電極21，如上述那樣，側面的大致全部區(qū)域通過UBM膜20的內表面圍繞，底面同樣由UBM膜20的底面圍繞，突起電極21的形狀由UBM膜20的凹型形狀所決定。突起電極21的平面形狀雖然未圖示，氮可以由圓形、橢圓形、方形或者六角形和八角形等多邊形形成。為了提高突起電極21的對溫度循環(huán)的機械強度，突起電極21的平面形狀最好為圓形或者接近于此的形狀。而且，例如，在面向特定用途的集成電路(ASIC)等中，把突起電極21的平面形狀作為電子信息來處理，在此情況下，機械的強度需要考慮，減少電子信息量，因此，最好把突起電極21的平面形狀設定為多邊形。UBM膜20的凹型形狀的開口形狀基本上與突起電極21的平面形狀相同。因為即使作為電子信息的突起電極21的平面形狀(或者形成絕緣膜25的突起開口部25H的網格圖形)被設定為多邊形，在半導體晶片處理中，曝光工序時的鄰接效果、腐蝕工序時的腐蝕的回入等產生，實際的突起電極21的平面形狀成為接近于圓形的形狀。本發(fā)明的第一實施例中，對于突起電極21，可以實用地使用由電解電鍍而成膜的Cu膜。
突起電極21的上表面基本上為大致平面的，但是，在突起電極21的上側拐角部上形成倒角21C，謀求比突起電極21的上表面更加平坦化。在本發(fā)明的第一實施例中，所謂倒角21C的意思是在水平面，例如與半導體基板10的電路搭載面相對的，實質上平行的面中，被研磨的面。雖然在半導體器件的制造方法中進行了說明，但是，在形成突起電極21和UBM膜20時不必要的區(qū)域的突起電極膜(圖2(B)所示的標號21A)以及UBM膜20可以通過化學機械拋光(CMP)來去除，但是，此時，由于突起電極21的硬度低于絕緣膜25的硬度，則如虛線所示的那樣，突起電極21的上表面中央部稍稍凹下，在上表面周邊部的拐角部分形成尖銳的形狀(圖1中由虛線表示)。倒角21C根據需要而沿著水平面進行，以便于去除這樣的尖銳的形狀部分。
突起電極21的側面的至少外部連接電極18側的一部分即UBM膜20的側面的至少外部連接電極18側的一部分通過作為鈍化膜的絕緣膜25直接圍繞。換句話說，突起電極21的外部連接電極18側的一部分通過UBM膜20而埋設在形成在絕緣膜25上的突起開口部25H內部。在本發(fā)明的第一實施例中，對于絕緣膜25，可以實用地使用例如通過等離子CVD法而成膜的氧化硅膜、氮化硅膜等無機類絕緣膜。而且，對于絕緣膜25，可以實用地使用通過旋涂玻璃(SOG)法所涂敷的氧化硅膜、通過旋涂法所涂敷的聚酰亞胺類樹脂膜等有機類絕緣膜。
這樣構成的本發(fā)明第一實施例所涉及的半導體器件中，UBM膜20圍繞突起電極21的側面和底面，在外部連接電極18與突起電極21之間，通過UBM膜20能夠確保充分的電流路徑的截面積和散熱路徑的截面積。這樣，能夠實現突起電極21是細微化，能夠實現多端子化。而且，設有UBM膜20來圍繞突起電極21的側面，因此，能夠防止突起電極(Cu突起電極)21的腐蝕，實現可靠性高的半導體器件。而且，突起電極21是上表面與其他的電極(例如，后述的圖3和圖4所示的插入物3的栓塞34)相接合，由于突起電極21的上表面不會露出，該部分的腐蝕不存在。
而且，凹型形狀的UBM膜20具有適度的機械強度，突起電極21的形狀變化難于產生，能夠使突起電極21的高度均勻化，因此，能夠提高突起電極21與該突起電極21上的其他電極之間的電連接可靠性。
而且，外部連接電極18與UBM膜20之間的連接部分以及UBM膜20與突起電極21之間的連接部分通過絕緣膜25來進行機械補強。這樣，能夠防止伴隨著熱循環(huán)的剪切應力所引起的連接部分的破裂的發(fā)生和斷裂，能夠提高電氣可靠性。如上述那樣，當使用氧化硅膜、氮化硅膜等無機類絕緣膜來作為絕緣膜25時，能夠抵抗剪切應力而堅固地固定連接部分。而且，當使用聚酰亞胺類樹脂膜等有機類絕緣膜作為絕緣膜25時，能夠吸收剪切應力。
而且，在突起電極21的上側拐角部進行倒角21C，除去該部分產生的尖銳形狀，能夠使突起電極21的上表面平坦化，因此，能夠防止突起電極21與連接在其上表面上的其他電極之間的連接不良，能夠提高電氣可靠性。
突起電極的制造方法及半導體器件的制造方法下面使用圖2(A)至圖2(E)來說明至少包含上述突起電極21的制造方法的半導體器件的制造方法。而且，本發(fā)明第一實施例所涉及的半導體器件的制造方法是具有直徑5μm，高度0.5μm尺寸的細微的Cu突起電極的制造方法。
(1)首先，準備半導體晶片10W(參照圖2(A))。該半導體晶片10W處于半導體晶片處理的切割工序前的狀態(tài)，并且，處于作為半導體芯片而細分之前的狀態(tài)。半導體晶片10W由單晶硅晶片所形成，處于在各個半導體芯片形成區(qū)域的電路搭載面上已經配置了外部連接電極18的狀態(tài)。
(2)如圖2(A)所示的那樣，在外部連接電極18上形成具有突起開口部25H的絕緣膜25A。絕緣膜25A可以實用地使用例如由等離子CVD法成膜的氧化硅膜或者氮化硅膜等無機類絕緣膜，該無機類絕緣膜例如由1.5μm的膜厚而形成。突起開口部25H通過光刻技術在絕緣膜25A上形成光致抗蝕劑膜，經過曝光處理、顯影處理等，從光致抗蝕劑膜形成腐蝕掩模，使用該腐蝕掩模，通過刻圖來形成絕緣膜25A。在絕緣膜25的刻圖中使用RIE等各向異性腐蝕，在細微化上較好。而且，在絕緣膜25A上，可以取代無機類絕緣膜而使用有機類絕緣膜。
(3)接著，在絕緣膜25A上，在突起開口部25H內壁以及突起開口部25H的外部連接電極18上的半導體晶片10W的整個表面上形成UBM膜20(參照圖2(B))。UBM膜20例如由80nm～200nm左右膜厚的Cu膜、5nm～50nm左右膜厚的Ta膜、5nm～50nm左右膜厚的TaN膜的層疊膜所形成，這些膜可以通過連續(xù)的濺射而成膜。UBM膜20通過這樣的濺射而成膜，因此，能夠沿著突起開口部25H的內壁的臺階面和在突起開口部25H內露出的外部連接電極18的表面通過大致均勻的膜厚而形成。
(4)接著，如圖2(B)所示的那樣，在UBM膜20上形成突起電極膜21A，以便于至少埋設突起開口部25H。對于突起電極膜21A，能夠實用地使用例如1μm～3μm的膜厚的Cu膜。該Cu膜使用UBM膜20作為供電膜，通過電解電鍍而成膜。
(5)如圖2(C)所示的那樣，除去突起開口部25H之外的不需要的(剩余的)突起電極膜21A和UBM膜20，形成由突起開口部25H內壁上以及突起開口部25H內的外部連接電極18上的UBM膜20圍繞周圍的突起電極21。該不需要的突起電極膜21A及UBM膜20的除去通過CMP進行。CMP化學并且機械地削去半導體晶片10W的整個表面，因此，結果，絕緣膜25A的表面的高度、UBM膜20的突起開口部25H內壁中的高度、突起電極21的高度大致成為相同的，半導體晶片10W的整個表面被平坦化。
(6)如圖2(D)所示的那樣，在膜厚方向上除去絕緣膜25A的表面的一部分，使UBM膜20和突起電極21突出，同時，形成相對于這些UBM膜20和突起電極21凹進的絕緣膜25。在絕緣膜25A的除去中，可以使用干腐蝕或者濕腐蝕。絕緣膜25A被除去例如0.5μm左右，最終的絕緣膜25的膜厚被調節(jié)為例如1.0μm。而且，當在絕緣膜25A中使用有機類樹脂膜時，在該絕緣膜25A的表面的一部分的除去中，可以使用等離子引導。
而且，例如，在充分得到外部連接電極18和UBM膜20之間的粘接力的情況下，可以完全除去絕緣膜25A，而沒有絕緣膜25。
(7)接著，為了由通過上述CMP來去除由于在突起電極21的上表面中央部產生稍稍凹陷而引起的突起電極21的上側拐角部尖銳形狀，如圖2(E)所示的那樣，進行倒角21C(參照圖1)。倒角21C通過CMP進行，通過該倒角21C能夠使突起電極21的上表面平坦化。
(8)當這一系列的工序結束時，在外部連接電極18上通過UBM膜20而進行電氣和機械連接，能夠完成了設置了具有距絕緣膜25的表面0.5mm的高度的突起電極21的半導體晶片10W。
(9)然后，對半導體晶片10W進行切割工序，能夠形成圖1所示的半導體芯片1。
(10)接著，如后述那樣，通過在多層布線基板(在圖3中用標號5表示)上安裝半導體芯片1，能夠完成本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件(圖3中用標號2表示)。
在這樣的本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，在形成具有突起開口部25H的絕緣膜25A之后，在突起開口部25H內壁上以及突起開口部25H內的外部連接電極18上的廣泛范圍內形成UBM膜20，由于接著并不進行由把突起電極21作為掩模的濕腐蝕所進行的UBM膜20的刻圖，能夠防止UBM膜20的側腐蝕。這樣，能夠確實地形成在外部連接電極18與UBM膜20之間插入UBM膜20的通道，因此，能夠提高半導體器件的制造上的成品率。而且，由于防止了UBM膜20的側腐蝕，能夠如上述那樣容易地制造出例如5μm直徑或者以下的細微的突起電極21。
而且，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，能夠通過CMP來使包含突起開口部25H的絕緣膜25A上的整個表面平坦化，能夠使突起電極21的高度均勻化，因此，能夠防止突起電極21的連接不良。而且，能夠通過一個CMP工序依次除去絕緣膜25A上的不需要的突起電極膜21A和UBM膜20，因此，能夠減少半導體器件的制造工序數。
而且，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，通過CMP突起電極21的上表面稍稍凹下，通過倒角21C來去除突起電極21的上側拐角部的尖銳形狀，因此，能夠使突起電極21的上表面進一步平坦化。這樣，能夠防止突起電極21與同其上表面相連接的其他電極之間的連接不良，能夠提高半導體器件的制造上的成品率。
本發(fā)明的第一實施例所涉及的第一構造的半導體器件2，如圖3和圖4所示的那樣，至少包括多層布線基板5、該多層布線基板5上的插入物3、插入物3上的上述半導體芯片1。
多層布線基板5雖然沒有詳細表示其構造，但是，在基板本體51上設有多個布線層，在基板本體51的表面上(圖3中的上側表面)配置多個電極(內部電極)52。對于該基板本體51，可以實用地使用陶瓷基板、碳化硅基板、環(huán)氧類樹脂基板等。
插入物3，在本發(fā)明的第一實施例中，具有作為插在多層布線基板5與半導體芯片1之間的中間布線基板的功能。該插入物3至少包括插入物本體30、從該插入物本體30的表面(圖4中的下側表面)到達里面(圖4中的上側表面)的栓塞孔30H、栓塞孔30H內壁上的絕緣膜31、該絕緣膜31上的阻擋金屬膜32、阻擋金屬膜32上的電鍍供電膜33、在電鍍供電膜33上并埋設在栓塞孔30H內部的栓塞34、插入物本體30表面上的第一層的布線35、第一層的布線35上的第二層的布線36、第二層的布線36上的外部連接電極(第三層的布線)37。而且，在插入物3的外部連接電極37上設有與上述半導體芯片1的UBM膜20相同構造的UBM膜40、與半導體芯片1的突起電極21相同構造的突起電極41。
對于插入物本體30，能夠實用地使用這樣的單晶硅基板通過與半導體芯片1的半導體基板10的熱膨脹系數相同的并且與半導體芯片1的制造處理相同的制造處理來制造。對于栓塞34，能夠實用地使用導電性優(yōu)良的Cu栓塞。該Cu栓塞利用栓塞孔30H內壁上的電鍍供電膜33，通過電解電鍍而成膜。栓塞34埋設在栓塞孔30H內部，因此，作為從插入物3的表面到里面的通孔布線而使用。
插入物3的表面?zhèn)鹊乃ㄈ?4的一端與第一層的布線35電連接。插入物3的背面?zhèn)鹊乃ㄈ?4的另一端分別通過突起電極21、UBM膜20而與半導體芯片1的外部連接電極18電連接。即，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2中，在使半導體芯片1的集成電路搭載面向著插入物3和多層布線基板5的狀態(tài)下，通過安裝半導體芯片1的FC方式來安裝在多層布線基板5上。
第一層的布線35、第二層的布線36、外部連接電極37，在本發(fā)明的第一實施例中，都可以通過Cu膜或者Cu合金膜而形成。當然，作為它們的材料，可以使用Al膜和Al合金膜。而且，在第一層的布線35與第二層的布線36之間、第二層的布線36與外部連接電極37之間配置絕緣膜和連接孔，但是，它們的構成基本上與半導體芯片1的構成相同，因此，省略其說明。
外部連接電極37上的UBM膜40和突起電極41基本上通過與半導體芯片1的UBM膜20和突起電極21相同的構造和材料而構成。即，UBM膜40由凹型形狀而形成，突起電極41被埋設在UBM膜40的凹型形狀內部，側面和底面通過UBM膜40圍繞。
而且，突起電極41的外部連接電極37的一部分通過UBM膜40而埋設在形成在絕緣膜42上的突起開口部42H內部。
插入物3的突起電極41進一步通過焊接突起電極6而電氣和機械地連接在多層布線基板5的電極52上。對于焊接突起電極6，可以實用地使用例如Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Cu等兩元合金、Sn-Ag-Cu等三元合金或者四元以上的合金。
下面使用圖5(A)至圖5(E)來簡單說明上述插入物3的制造方法。
(1)首先，如圖5(A)所示的那樣，準備成為插入物本體30的半導體晶片3W。對于該半導體晶片3W，實用地使用幾百μm厚度的單晶硅晶片。
(2)如圖5(B)所示的那樣，從半導體晶片3W的表面向著其深度方向形成栓塞孔30H。栓塞孔30H通過例如RIE等各向異性腐蝕來形成。雖然不一定限定為以下數值，但是，在本發(fā)明的第一實施例中，形成了具有直徑30μm、深度60μm的尺寸的栓塞孔30H。
(3)如圖5(C)所示的那樣，在半導體晶片3W的表面上，包含栓塞孔30H內壁上以及栓塞孔30H底面上的半導體晶片3W的整個表面上，依次使絕緣膜31、阻擋金屬膜32、電鍍供電膜33成膜。
(4)如圖5(D)所示的那樣，在電鍍供電膜33上形成栓塞形成膜34A，以便于至少埋設栓塞孔30H內部。對于該栓塞形成膜34A，可以實用地使用通過使用電鍍供電膜33作為供電膜的電解電鍍而成膜的Cu膜。
(5)如圖5(E)所示的那樣，在栓塞孔30H之外的區(qū)域中，至少除去栓塞形成膜34A、電鍍供電膜33、阻擋金屬膜32，形成埋設在栓塞孔30H內部的栓塞34。對于該不需要部分的除去，可以使用例如CMP。
(6)然后，雖然未圖示，但通過例如金屬鑲嵌工藝，來形成第一層的布線35、第二層的布線36、外部連接電極(第三層的布線)37(參照圖4)。
(7)接著，與半導體芯片1的UBM膜20和突起電極21的制造方法相同，在半導體晶片3W的表面上，在外部連接電極37上形成UBM膜40和突起電極41(參照圖3和圖4)。
(8)在栓塞34的另一端從半導體晶片3W的里面被露出之前，進行半導體晶片3W的薄膜化處理。對于該薄膜化處理，可以實用地使用研磨處理和其后進行的CMP處理。在栓塞34的另一端露出之前，進行薄膜化處理的結果，半導體晶片3W的厚度成為約60μm。
(9)然后，通過切割工序來細分半導體晶片3W，由此，能夠制造圖3和圖4所示的插入物3。
在本發(fā)明的第一實施例所涉及的第二構造的半導體器件2中，采用三維安裝構造。即，第二構造的半導體器件，如圖6和圖7所示的那樣，至少包括多層布線基板5、在該多層布線基板5上沿高度方向依次層疊的半導體芯片7A、7B、7C和上述的半導體芯片1。
多層布線基板5和最上層的半導體芯片1的基本構造與圖3所示的第一構造的半導體器件2的多層布線基板5和圖1所示的半導體芯片1的構造相同，因此，在此省略其說明。
半導體芯片7A～7C基本上以同一構造構成，以與上述圖3和圖4所示的插入物3相類似的構造而構成。即，半導體芯片7A～7C至少包括由單晶硅基板構成的半導體基板70、從該半導體基板70的表面(圖7中的下側表面)到達里面(該圖7中的上側表面)的栓塞孔70H、栓塞孔70H內壁上的絕緣膜71、該絕緣膜71上的阻擋金屬膜72、阻擋金屬膜72上的電鍍供電膜73、處于電鍍供電膜73上并且埋設在栓塞孔70H內部的栓塞74、半導體基板70的表面上的第一層的布線75、第一層的布線75上的第二層的布線76、第二層的布線76上的外部連接電極(第三層的布線)77。而且，雖然未圖示，但在半導體芯片7A～7C的各個表面上配置與上述半導體芯片1的元件12相同的用于構筑集成電路的元件。而且，在半導體芯片7A～7C的各個外部連接電極77上，設有與半導體芯片1的UBM膜20相同的UBM膜80、與半導體芯片1的突起電極21相同的突起電極81。
而且，本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體芯片7A～7C的外部連接電極77和突起電極81以及半導體芯片1的外部連接電極18和突起電極21方格狀地排列在半導體基板70以及半導體基板10的整個表面上，但是，也可以僅排列在周邊上。其中，例如，在半導體基板10中，所謂「方格狀地排列在整個表面上」的意思是外部連接電極18和突起電極21排列在包含半導體基板10的集成電路上的整個表面上。而且，例如，在半導體基板10中，所謂「僅排列在周邊上」的意思是僅在半導體基板10的集成電路的周邊上排列外部連接電極18和突起電極21。
對于栓塞74，與上述插入物3的栓塞34相同，能夠實用地使用導電性優(yōu)良的Cu栓塞。該Cu栓塞利用栓塞孔70H內壁上的電鍍供電膜73，通過電解電鍍而成膜。由于栓塞74埋設在栓塞孔70H內部，作為從半導體基板70的表面到里面的貫通布線而使用。
第一層的布線75、第二層的布線76、外部連接電極77，在本發(fā)明的第一實施例中，可以由Cu膜或者Cu合金膜形成。當然，作為它們的材料，可以使用Al膜和Al合金膜。而且，在第一層的布線75與第二層的布線76之間、第二層的布線76與外部連接電極77之間配置絕緣膜和連接孔，但是，它們的構成基本上與半導體芯片1的構成相同，因此，省略其說明。
外部連接電極77上的UBM膜80和突起電極81基本上通過與半導體芯片1的UBM膜20和突起電極21相同的構造和材料而構成。即，UBM膜80由凹型形狀而形成，突起電極81被埋設在UBM膜80的凹型形狀內部，側面和底面通過UBM膜80圍繞。
而且，突起電極81的外部連接電極77的一部分通過UBM膜80而埋設在形成在絕緣膜82上的突起開口部82H內部。
最下層的半導體芯片7A，通過把其表面(圖6中和圖7中的下側表面)貼合在多層布線基板5的表面(圖6中的上側表面)的FC方式，而安裝在多層布線基板5上。半導體芯片7A的外部連接電極77通過突起電極81而電氣和機械地連接在多層布線基板5的電極52上。
第二層的半導體芯片7B，通過把其表面(圖6中和圖7中的下側表面)貼合在半導體芯片7A的里面(圖6中的上側表面)的FC方式，而安裝在半導體芯片7A的里面上。半導體芯片7B的外部連接電極77通過突起電極81而電氣并且機械地連接在半導體芯片7A的栓塞74上。
第三層的半導體芯片7C，通過把其表面(圖6中和圖7中的下側表面)貼合在半導體芯片7B的里面(圖6中的上側表面)的FC方式，而安裝在半導體芯片7B的里面上。半導體芯片7C的外部連接電極77通過突起電極81而電氣并且機械地連接在半導體芯片7B的栓塞74上。
最上層的半導體芯片1，通過把其表面(圖6中的下側表面，上述圖1中的上側表面)貼合在半導體芯片7C的里面(圖6中的上側表面)的FC方式，而安裝在半導體芯片7C的里面上。半導體芯片1的外部連接電極18通過突起電極21而電氣并且機械地連接在半導體芯片7C的栓塞74上。
在這樣構成的本發(fā)明的第一實施例的第二構造的半導體器件2中，在上述效果的基礎上，多個半導體芯片7A～7C沿多層布線基板5上的高度方向而層疊在半導體芯片1上，因此，能夠謀求進一步的小型化。而且，通過半導體芯片7A的栓塞74來進行半導體芯片7A與半導體芯片7B之間的電氣和機械的連接，通過半導體芯片7B的栓塞74進行半導體芯片7B與半導體芯片7C之間的電氣連接，通過半導體芯片7C的栓塞74來進行半導體芯片7C和半導體芯片1之間的電氣連接，能夠縮短上下半導體芯片之間的連接路徑長度，因此，能夠謀求電路動作速度的高速化。
(第二實施例)本發(fā)明的第二實施例說明了在上述本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法中，提高半導體芯片1的絕緣膜25的膜厚的控制性的制造方法。以下使用圖8(A)至圖8(D)來說明本發(fā)明的第二實施例所涉及的半導體器件2的制造方法。
(1)首先，與本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法相同，準備半導體晶片10W(參照圖8(A))。
(2)如圖8(A)所示的那樣，在半導體晶片10W的外部連接電極18上形成具有突起開口部25H的絕緣膜25A。其中，絕緣膜25A至少通過這樣的兩層構造而形成形成第一絕緣膜251，接著，在第一絕緣膜251上形成對該第一絕緣膜251具有腐蝕選擇比的第二絕緣膜252。對于第一絕緣膜251，可以實用地使用例如由等離子CVD法成膜的1.0μm膜厚的氧化硅膜或者氮化硅膜等無機類絕緣膜。對于第二絕緣膜252，可以實用地使用通過例如旋涂法所涂敷的5μm膜厚的聚酰亞胺類樹脂等有機類絕緣膜。突起開口部25H，與本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法相同，通過光刻技術以及腐蝕技術來形成。
(3)接著，在絕緣膜25A上，在突起開口部25H內壁以及突起開口部25H的外部連接電極18上的半導體晶片10W的整個表面上形成UBM膜20(參照圖8(B))。
(4)接著，如圖8(B)所示的那樣，在UBM膜20上形成突起電極膜21A，以便于至少埋設突起開口部25H。
(5)如圖8(C)所示的那樣，除去突起開口部25H之外的不需要的(剩余的)突起電極膜21A和UBM膜20，形成由突起開口部25H內壁上以及突起開口部25H內的外部連接電極18上的UBM膜20圍繞周圍的突起電極21。該不需要的突起電極膜21A及UBM膜20的除去通過CMP進行。
(6)接著，如圖8(D)所示的那樣，對于第一絕緣膜251有選擇地腐蝕除去絕緣膜25A的表面的一部分即第二絕緣膜252，使UBM膜20和突起電極21突出，同時，形成相對于這些UBM膜20和突起電極21凹進的由第一絕緣膜251構成的絕緣膜25。在第二絕緣膜252的除去中，可以使用干腐蝕或者濕腐蝕。而且，當在第二絕緣膜252中使用有機類樹脂膜時，可以通過等離子引導而容易地除去第二絕緣膜252。
(7)然后，進行本發(fā)明第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法的圖2(E)所示的倒角21C的工序和以后的工序，由此，在外部連接電極18上設置通過UBM膜20而電氣和機械連接的突起電極21，完成具有圍繞該突起電極21的周圍至少一部分的絕緣膜25的半導體晶片10W。
(8)然后，對半導體晶片10W進行切割工序，能夠形成圖1所示的半導體芯片1，如圖3和圖4或者圖6和圖7所示的那樣，通過在多層布線基板5上安裝半導體芯片1，能夠完成本發(fā)明的第二實施例所涉及的半導體器件2。
在這樣的本發(fā)明的第二實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，通過至少腐蝕選擇比不同的第一絕緣膜251和第二絕緣膜252來形成絕緣膜25A，把該第二絕緣膜252作為犧牲膜，對第一絕緣膜251有選擇地進行腐蝕除去，因此，能夠在半導體晶片10W表面內使絕緣膜25A的表面的一部分的膜厚方向的除去量均勻化。
(第三實施例)本發(fā)明的第三實施例說明了在上述本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法中，取代半導體芯片1的UBM膜20的材料和突起電極21的材料的例子。即，本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件2的制造方法是具有直徑10μm、高度1μm的尺寸的細微的Sn突起電極的制造方法。以下使用圖9(A)至圖9(E)來說明本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件2的制造方法。
(1)首先，與本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法相同，準備半導體晶片10W(參照圖9(A))。
(2)如圖9(A)所示的那樣，在外部連接電極18上形成具有突起開口部25H的絕緣膜25A。
(3)接著，在絕緣膜25A上，在突起開口部25H內壁以及突起開口部25H的外部連接電極18上的半導體晶片10W的整個表面上形成UBM膜26(參照圖9(B))。UBM膜26由例如50nm～200nm左右的膜厚的鈦(Ti)膜、150nm～300nm左右的膜厚的Ni膜的層疊膜來形成，這些膜可以通過連續(xù)的濺射而成膜，因此，能夠沿著突起開口部25H的臺階面以及在突起開口部25H內露出的外部連接電極18的表面而通過大致均勻的膜厚來形成。
(4)接著，如圖9(B)所示的那樣，在UBM膜26上形成突起電極膜27A，以便于至少埋設突起開口部25H。對于突起電極膜27A，實用地使用把UBM膜26作為供電膜而通過電解電鍍來成膜的Sn膜，該Sn膜通過例如2μm～5μm左右的膜厚來形成。
(5)如圖9(C)所示的那樣，除去突起開口部25H之外的不需要的(剩余的)突起電極膜27A和UBM膜26，形成由突起開口部25H內壁上以及突起開口部25H內的外部連接電極18上的UBM膜26圍繞周圍的突起電極27B。該不需要的突起電極膜27A及UBM膜26的除去通過CMP進行。
(6)接著，如圖9(D)所示的那樣，在膜厚方向上除去絕緣膜25A的表面的一部分，使UBM膜26和突起電極27B突出，同時，形成相對于這些UBM膜26和突起電極27B凹進的絕緣膜25。在絕緣膜25A的除去中，可以使用干腐蝕或者濕腐蝕。絕緣膜25A例如被除去1.0μm左右，最終的絕緣膜25的膜厚被調節(jié)為例如1.5μm。
(7)如圖9(E)所示的那樣，在例如200～280℃左右的溫度下，對突起電極27B進行焊錫回流，在上側拐角部形成圓的突起電極27。
(8)當這些一連串的工序結束時，能夠完成在外部連接電極18上設有通過UBM膜26而電氣和機械連接的突起電極27的半導體晶片10W。
(9)然后，對半導體晶片10W進行切割工序，能夠形成圖1所示的半導體芯片1。
(10)接著，通過在圖3和圖4或者圖6和圖7所示的那樣的多層布線基板5上安裝半導體芯片1，能夠完成本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件2。
在這樣的本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，能夠得到與通過本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2的制造方法所得到的效果相同的效果，同時，通過UBM膜26圍繞突起電極27B的側面和底面，該UBM膜26能夠保持突起電極27B的形狀(起到堤壩的作用)，因此，即使在突起電極27B上下降回流，也能防止突起電極材料(Sn)的流出，而能夠制造出這樣的細微的焊錫突起電極27在回流工序后，能夠通過UBM膜26來調節(jié)形狀。
而且，在本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件2中，能夠防止伴隨著回流工序的突起電極27B的流出所引起的相鄰突起電極27之間的短路，能夠提高電氣可靠性，同時，能夠把突起電極27的排列間隔細微化(小間距化)，能夠進一步實現突起電極27的細微化、多端子化。
而且，凹型形狀的UBM膜26具有適當的機械強度，突起電極27的形狀變化難于產生，能夠提高突起電極27與該突起電極27上的其他電極之間的電氣連接可靠性。在此，所謂「其他的電極」是指例如，如圖3和圖4所示的插入物3的栓塞34、多層布線基板5的電極52，以及圖6和圖7所示的半導體芯片7A～7C的栓塞74。
(第四實施例)本發(fā)明的第四實施例用于在設有第一基板上的第一電極和第二基板上的第二電極的半導體器件中，第一電極與第二電極的接合。
在此，對于第一基板，能夠實用地使用半導體基板，對于第二基板，能夠實用地使用另一個半導體基板、布線基板等。而且，第一電極和第二電極是接合用電極，最好通過從基板表面突出的突出形狀來加工第一電極或者第二電極的至少一方。
例如，對于第一電極或者第二電極能夠實用地使用突起電極。
而且，第一電極或者第二電極可以是凸區(qū)(land)。為了使接合容易，最好通過從基板表面突出的突出形狀來加工凸區(qū)。而且，凸區(qū)由導體圖形形成，但是，由于比其周圍突起一定程度，因此，如果電極能夠相互接觸并接合，就不需要特別加工成突起形狀。
而且，當把穿過半導體基板(例如半導體芯片)或者其他半導體基板而設置的穿過栓塞作為第一電極或者第二電極時，如果有選擇地除去穿過栓塞之外的半導體基板的表面部分，能夠使穿過栓塞從半導體基板表面突起。
本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件中，對于第一電極或者第二電極，最好使用至少Cu、Ni、Au、Ag之一的金屬或者包含它們的合金。
這些金屬作為第一電極或者第二電極即連接用電極的材料是常見的。特別是，Cu、Ni、Ag容易生成氧化物等化合物，Au容易發(fā)生有機物附著。這樣，在本發(fā)明的第四實施例中，是適當的電極材料。
在本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，包括在第一電極或者第二電極的至少一方上附著溶劑的工序。在所使用的溶劑中最好至少包含無機酸或者有機酸?？紤]氧化物等的除去效果，選擇適合于除去效果的無機酸或者有機酸，把該所選擇的至少一方添加到溶劑中。
而且，在本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，包括使溶劑活性化的工序。對于容易的活性化，可以實用地使用電阻加熱、紅外線照射、電子束照射或者激光照射。而且，考慮半導體器件的構造、活性化能量的供給方法等，來選擇活性化方法。
在本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造中，可以實用地使用圖10所示的半導體制造系統(tǒng)(倒裝芯片鍵合器)300。
半導體制造系統(tǒng)300包括工作臺301、工作頭309、電荷耦合器件(CCD)攝象機305和306。在工作臺301上放置構筑半導體器件的，作為第一基板所接合的一方的半導體芯片(例如高速DRAM芯片)303。在工作頭309上保持構造半導體器件的，作為第二基板所接合的另一方半導體芯片(例如邏輯芯片)307。在此，雖然未說明半導體芯片303的具體斷面構造，單與上述圖1所示的半導體芯片1相同，把半導體基板10構成為主體。
在工作臺301上配置例如真空吸附系統(tǒng)320的吸附部，在工作臺301上裝卸自如地吸附保持半導體芯片303。同樣，在工作頭309上設置真空吸附系統(tǒng)320的吸附部，在工作頭309上裝卸自如地吸附保持半導體芯片307。
而且，在半導體芯片303向工作臺301的供給以及半導體芯片303從工作臺301的排出中使用搬運機器手321。同樣，在半導體芯片307向工作頭309的供給以及半導體芯片307從工作頭309的排出中使用搬運機器手322。
工作臺301、工作頭309的至少一方連接在位置調節(jié)機構323上，在該位置調節(jié)機構323上連接電荷耦合器件(CCD)攝象機305和306。位置調節(jié)機構323進行放置在工作臺301上的半導體芯片303與保持在工作頭309上的半導體芯片307之間的位置對準。
具體地說，放置在工作臺301上的半導體芯片303上的第一電極304由電荷耦合器件(CCD)攝象機305進行攝象，通過位置調節(jié)機構323根據該攝象圖象來算出第一電極304的位置信息。同樣，保持在工作頭309下的半導體芯片307上(圖10中的下側)的第二電極308由電荷耦合器件(CCD)攝象機306進行攝象，通過位置調節(jié)機構323根據該攝象圖象來算出第二電極308的位置信息。根據這些位置信息，位置調節(jié)機構323使工作臺301或者工作頭309的至少一方在x-y平面上移動，而且，調節(jié)以z軸為中心的傾角□，使第一電極304的位置與第二電極308的位置相一致。
電荷耦合器件(CCD)攝象機305和306連接在攝象機移動機構324上。當第一電極304與第二電極308之間的位置對準結束時，攝象機移動機構324使電荷耦合器件(CCD)攝象機305和306從工作臺301與工作頭309之間的接合區(qū)域退出。
在半導體制造系統(tǒng)300中，進一步包括溶劑射出器330、連接在該溶劑射出器330上的射出控制/移動機構331。溶劑射出器330由類似于注射器的構造來構成，使溶劑附著在半導體芯片303的第一電極304(和/或半導體芯片307的第二電極308上)。射出控制/移動機構331可以在電荷耦合器件(CCD)攝象機305和306退出的區(qū)域中(工作臺301與工作頭309之間)即半導體芯片303上，在與第一電極304非接觸的狀態(tài)下掃描溶劑射出器330。而且，射出控制/移動機構331能夠控制溶劑從溶劑射出器330的射出量。
在此，在本發(fā)明的第四實施例中，對于溶劑，在第一電極304與第二電極308之間的接合前，在未到達第一電極304或者第二電極308的較低一方的融點溫度上，使用活性化的溶劑。而且，對于溶劑，在第一電極304與第二電極308之間接合之后，使用熱固化的溶劑。
上述位置調節(jié)機構323可以使工作臺301或者工作頭309的至少一方沿著z軸移動。通過該移動，至少在第一電極304上附著了溶劑之后，在第一電極304與插入了溶劑的第二電極308之間施加壓縮配重。
在工作臺301中內置加熱器302，在工作頭309中內置加熱器310。加熱器302和310加熱第一電極304與第二電極308之間的溶劑，促進該溶劑的活性化。
而且，本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體制造系統(tǒng)300，工作臺301與工作頭309的接合區(qū)域可以暴露在大氣中，但是，最好至少把該接合區(qū)域保持在惰性氣體氣氛中。對于惰性氣體，可以實用地使用N2或Ar。
而且，在半導體制造系統(tǒng)300中，為了提高接合性，可以把超聲波振動發(fā)生機構連接在工作臺301或者工作頭309的至少一方上。
下面使用圖11來說明本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法。在此，在半導體器件的制造中，使用上述圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300。
半導體器件，如圖10和圖12所示的那樣，使半導體芯片(高速DRAM芯片)303的電路搭載面與半導體芯片(邏輯芯片)307的電路搭載面相對地開合來制造。即，本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法是進行半導體基板相互的接合的制造方法。直接接合的部分在半導體芯片303的第一電極304與半導體芯片307的第二電極308之間。在半導體芯片303與307之間，可以通過最短距離來高速傳導時鐘信號、控制信號、數據信號等信號，因此，能夠實現電路工作速度、數據的讀出動作速度及寫入動作速度等的高速化。
(1)首先，使用圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300，接合半導體芯片303的第一電極304與半導體芯片307的第二電極308(S400)。該接合處理最好在常壓(大氣壓)下的N2、Ar等惰性氣體氣氛中實施。而且，接合處理可以在大氣中實施。
而且，在接合處理的實施前，第一電極304、第二電極308的至少一方形成為適合于接合的構造或者形狀。例如，在半導體芯片307中，在切割工序前的晶片狀態(tài)下，第二電極308的形狀形成為突起狀。該第二電極308例如以Cu為主要成分而形成，由5μm方形的平面尺寸、10μm的排列芯片而形成。而且，在每個芯片上排列著約一萬個第二電極308。
而且，在半導體芯片303中，預先形成具有與半導體芯片307的第二電極308相等的尺寸，并且，具有相同排列間距的第一電極304。第一電極304與第二電極308相同，以Cu為主要成分而形成。
在本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件中，對于第一電極304、第二電極308，可以實用地使用作為接合用電極的的Cu突起電極。
上述接合處理的詳細程序為以下這樣首先，在圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300中，工作臺301和工作頭309被設定為隔開的狀態(tài)下。而且，給工作臺301供給半導體芯片303，給工作頭309供給半導體芯片307(S401)。半導體芯片303的供給由搬運機器手321進行，半導體芯片307的供給由搬運機器手322進行。而且，工作臺301的放置面、工作頭309的保持面都是在例如沒有傾斜的狀態(tài)下預先調節(jié)相對于x-y平面(水平面)的傾角，雙方的平行度被確保在高精度下。
接著，放置在工作臺301上的半導體芯片303的第一電極304被電荷耦合器件(CCD)攝象機305攝象，第一電極304的位置信息被輸出給位置調節(jié)機構323。同樣，保持在工作頭309上的半導體芯片307的第二電極308由電荷耦合器件(CCD)攝象機306攝象，第二電極308的位置信息被輸出給位置調節(jié)機構323。位置調節(jié)機構323根據這些位置信息而使工作臺301或者工作頭309在x-y平面上移動，通過調節(jié)傾角□，來進行第一電極304與第二電極308之間的位置對準(S402)。而且，在位置對準中并不一定使用CCD攝象機來進行，也可以利用使用激光的光學位置對準。
接著，通過射出控制/移動機構331，來使溶劑射出器330在半導體芯片303上進行掃描。溶劑射出器330在第一電極304上向該第一電極304射出溶劑，把該溶劑附著包覆在第一電極304上(S403)。在本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，溶劑僅附著在半導體芯片303的第一電極304上，但是，本發(fā)明并不僅限于此，可以在半導體芯片307的第二電極308上單獨或者與第一電極304一起來附著溶劑。
在此，溶劑的附著是活性化前的溶劑的附著。溶劑通過被活性化，而具有這樣的性質溶解或者改變(還原)在第一電極304的金屬表面上所形成的氧化物、硫化物或者附著在金屬表面上的有機物中的至少一個。例如，可以實用地使用包含異丙醇等的溶媒、己烯乙二醇和聚甘油等多價醇、作為活性劑的醋酸和氨基乙醇等有機酸的液狀溶劑。在溶劑中，可以取代有機酸而使用磷酸、鹽酸、硫酸、氟酸等無機酸，或者在有機酸中加入上述無機酸。而且，溶劑可以使用水溶性、非水溶性的類型。在本發(fā)明的第四實施例的實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，溶劑從溶劑射出器330射出、分散、附著，但是，如果是液狀溶劑，可以用毛刷和毛筆來涂刷。
接著，通過位置調節(jié)機構323使工作臺301或者工作頭309的至少一方在z軸向上移動，在半導體芯片303的第一電極304與半導體芯片307的第二電極308之間通過溶劑來接觸(S404)。
而且，使工作臺301或者工作頭309的至少一方在z軸向上移動，在第一電極304與第二電極308之間施加壓縮配重(S405)。同時，通過內置在工作臺301中的加熱器302來加熱第一電極304，用內置在工作頭309中的加熱器310來加熱第二電極308。在此，由于使用加熱器302和310，因此是電阻加熱。加熱在未達到第一電極304和第二電極308中的任一個融點溫度較低一方的范圍內被實施，通過第一電極304、第二電極308，在溶劑達到活性化溫度之前進行。例如，使用這樣的加熱在溶劑從室溫到達160℃的活性化溫度之前，以每秒10℃的速度進行溫度上升，在到達活性化溫度的狀態(tài)下，保持一分鐘。
其中，如上述那樣，能夠與溶劑的活性化一起，在第一電極304和第二電極308之間施加超聲波振動。通過超聲波振動的施加，促進了第一電極304、第二電極308各自表面的氧化物等的覆蓋膜的除去，在第一電極304、第二電極308的表面上，能夠容易使金屬新生面被露出。
通過這些接合處理(S400)，電連接并且機械接合半導體芯片303的第一電極304與半導體芯片307的第二電極308之間。
(2)接合處理完成的半導體芯片303和307被輸送到退火裝置中，進行退火(S410)。退火條件例如是250℃的溫度下一小時。通過該退火，能夠使第一電極304與第二電極308的接合面附近產生的空隙被消除，并且，能夠增加接合表面積而提高接合強度，因此，能夠提高半導體器件的生產性。
(3)退火結束的半導體芯片303和307被浸漬在充滿清洗液的清洗槽中，進行超聲波清洗，由此，除去殘留在電極間、半導體芯片間的溶劑(S411)。
(4)在溶劑清洗結束之后，在半導體芯片303與307之間的間隙中填充未充滿樹脂(S412)。未充滿樹脂能夠防止第一電極304和第二電極308暴露在大氣中，能夠防止來自外部的水分的侵入，因此，能夠防止時效的電特性和機械特性的變差。而且，未充滿樹脂能夠提高半導體芯片303與半導體芯片307之間和第一電極304與第二電極308的接合部分的機械強度。
(5)接著，通過封裝半導體芯片303和307(S413)，能夠制造本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件。
而且，在本發(fā)明的第四實施例中，溶劑能夠使用水溶性的溶劑或者非水溶性的溶劑。當然，能夠根據這樣的溶劑的性質來適當變更溶劑清洗工序(S411)的清洗方法。例如，在使用脂溶性的溶劑的情況下，能夠選擇有機溶劑作為溶劑清洗液。
在圖12中表示了通過本發(fā)明的第四實施例所涉及的制造方法所制造的半導體器件的一例。半導體器件包括具有第一電極304的半導體芯片303、具有與第一電極304相接合的第二電極308的半導體芯片307、半導體芯片303與307之間的未充滿樹脂353、構筑封裝的布線基板350、電連接半導體芯片303的外部電極351和布線基板350的電極的導線352。
在這樣的本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，在半導體芯片303的第一電極304、半導體芯片307的第二電極308至少任一方上附著活性化之前的溶劑，在通過加熱而使溶劑活性化的狀態(tài)下，在壓縮第一電極304和第二電極308的方向上加壓。溶劑的活性化溫度不會到達第一電極304和第二電極308的金屬的熔點，金屬間相互的接合在固相狀態(tài)下進行。這樣，不需要危險的氣體的處理和真空裝置，因此，能夠謀求半導體生產線的簡化。并且，由于不引起金屬的熔融來進行第一電極304與第二電極308之間的接合，而能夠抑制接合不良的發(fā)生。

本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件具有把半導體芯片303作為高速DRAM芯片、把半導體芯片307作為邏輯芯片的層疊構造，但是，本發(fā)明并不僅限于這樣的構造。本發(fā)明能夠適合于具有DRAM芯片、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)芯片等的存儲器芯片彼此的層疊構造、邏輯芯片彼此的層疊構造的半導體器件。
而且，本發(fā)明能夠適合于層疊三個以上的半導體芯片的半導體器件，特別是，三維層疊構造的半導體器件。在三維層疊構造的半導體器件中，能夠使用穿通栓塞作為連接電極。
而且，本發(fā)明能夠適合于這樣的情況在切割工序前的晶片狀態(tài)下，接合電極彼此。
而且，在圖10所示的本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體制造系統(tǒng)300中，工作臺301與工作頭309之間的平行度和半導體芯片303的第一電極304與半導體芯片307的第二電極308之間的x方向、y方向以及傾角□的位置對準精度可以適應于電極尺寸、排列間距、電極數等所制造的半導體器件所要求的精度。
而且，本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法，在附著溶劑(S403)，接觸電極(S404)之后，通過加熱器302和310來加熱溶劑(S405)。但是，本發(fā)明并不僅限于該處理順序，也可以采用這樣的處理順序在附著溶劑之后進行加熱，通過加熱使溶劑活性化，然后，使電極接觸。根據本發(fā)明人實施的實驗的結果，在附著了溶劑之后，預先通過加熱來活性化，然后，接觸電極并加壓，進行電極間的接合，由此，能夠縮短加壓時間。而且，如果不縮短加壓時間，能夠充分進行電極間的接合，提高接合部分的機械強度，提高可靠性。
而且，本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法，通過電阻加熱來使溶劑活性化，但是，也可以通過紅外線照射、電子束照射、激光照射等加熱措施來使溶劑活性化。
(第五實施例)本發(fā)明的第五實施例說明了本發(fā)明第四實施例所涉及的半導體器件及其制造方法的變形例所涉及的半導體器件及其制造方法。具體地說，在本發(fā)明所涉及的半導體器件的制造方法的電極接合(S405)后，取代附著需要清洗工序的溶劑的工序，采用這樣的工序通過熱固化來附著起未充滿樹脂作用的溶劑。通過追加附著具有這樣作用的溶劑的工序，在本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，能夠省略溶劑的清洗工序和未充滿樹脂的填充工序。
所謂起未充滿樹脂作用的溶劑是具有這樣性質的溶劑例如在150℃左右的比常溫高的比較低的溫度下，作為液體來溶解或者變化(還原)金屬氧化物等，在比其高的例如250℃下熱固化。作為該溶劑熱固化后的性質，與接觸的部件的緊密性較高，并且，在裝置使用環(huán)境下，能夠防止水分等的侵入。
本發(fā)明第五實施例所涉及的半導體器件，如圖13所示的那樣，包括作為第一基板的布線基板503、該布線基板503上的第一電極504、層疊在布線基板503上的作為第二基板的半導體芯片501、該半導體芯片501上(圖中的下側表面上)的與第一電極504相接合的第二電極502、布線基板503與半導體芯片501之間的未充滿樹脂505。
在此，布線基板503包含至少在其表面上具有第一電極和布線的把玻璃環(huán)氧樹脂作為芯材的印刷電路基板、陶瓷基板、碳化硅基板、玻璃基板、硅基板等。在第一電極和布線的基礎上，還可以在布線基板503上搭載電路。而且，布線基板503并不僅限于僅在表面上設置布線層的單層布線構造，也可以是在里面或者內部設置布線層的多層布線構造。
半導體芯片501并不僅限于此，可以是本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的高速DRAM芯片或者邏輯芯片。
下面使用圖14來說明本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法。在此，在半導體器件的制造中，使用上述圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300。
半導體器件，如圖13所示的那樣，使布線基板503的芯片搭載面與半導體芯片501的電路搭載面相對地開合來制造。即，本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法是進行布線基板與半導體基板的接合的制造方法。直接接合的部分在布線基板503的第一電極504與半導體芯片501的第二電極502之間。
(1)首先，使用圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300，接合布線基板503的第一電極504與半導體芯片501的第二電極502(S450)。該接合處理最好在常壓(大氣壓)下的N2、Ar等惰性氣體氣氛中實施。而且，接合處理可以在大氣中實施。
而且，在接合處理的實施前，第一電極504、第二電極502的至少一方形成為適合于接合的構造或者形狀。例如，在半導體芯片501中，在切割工序前的晶片狀態(tài)下，第二電極502的形狀形成為棱柱狀或者圓柱狀。該第二電極502例如以Ni為主要成分而形成，由60μm方形或者直徑60μm的平面尺寸、100μm的排列芯片而形成。而且，在每個芯片上排列著約4900個第二電極502。而且，在布線基板503中，通過與第二電極502相同的排列間距來形成第一電極504，該第一電極504通過比第二電極502稍大的70μm方形或者直徑70μm的平面尺寸而形成。第一電極504、第二電極502，在本發(fā)明的第五實施例中，在以Cu為主要成分的基礎表面上被覆Ni，但是，也可以不象本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的第一電極304和第二電極308那樣，形成為突起狀。即，使布線基板503的第一電極504的尺寸比半導體芯片501的第二電極502的尺寸稍大，而在接合時的位置對準中具有裕量。
上述接合處理的詳細順序為以下這樣首先，在圖10所示的半導體制造系統(tǒng)300中，工作臺301和工作頭309被設定為隔開的狀態(tài)下。而且，給工作臺301供給布線基板503，給工作頭309供給半導體芯片501(S451)。布線基板503的供給由搬運機器手321進行，半導體芯片501的供給由搬運機器手322進行。而且，工作臺301的放置面、工作頭309的保持面都是在例如沒有傾斜的狀態(tài)下預先調節(jié)相對于x-y平面(水平面)的傾角，雙方的平行度被確保在高精度下。
接著，放置在工作臺301上的布線基板503的第一電極504被電荷耦合器件(CCD)攝象機305攝象，第一電極504的位置信息被輸出給位置調節(jié)機構323。同樣，保持在工作頭309上的半導體芯片501的第二電極502由電荷耦合器件(CCD)攝象機306攝象，第二電極502的位置信息被輸出給位置調節(jié)機構323。位置調節(jié)機構323根據這些位置信息而使工作臺301或者工作頭309在x-y平面上移動，通過調節(jié)傾角□，來進行第一電極504與第二電極502之間的位置對準(S452)。而且，在位置對準中并不一定使用CCD攝象機來進行，也可以利用使用激光的光學位置對準。
接著，通過射出控制/移動機構331，來使溶劑射出器330在半導體芯片303上進行掃描。溶劑射出器330在第一電極504上向該第一電極504射出溶劑，把該溶劑附著包覆在第一電極504上(S453)。在本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，溶劑僅附著在布線基板503的第一電極504上，但是，本發(fā)明并不僅限于此，可以在半導體芯片501的第二電極502上單獨或者與第一電極504一起來附著溶劑。在此，溶劑的附著是活性化前的溶劑的附著。與本發(fā)明的第四實施例的半導體器件的制造方法中所使用的溶劑相同，溶劑通過被活性化，而具有這樣的性質溶解或者改變(還原)在第一電極304的金屬表面上所形成的氧化物等。而且，溶劑具有在高于活性化溫度的溫度下進行熱固化的性質。這樣的溶劑以ノ-フロ-アンダ-フイル這樣的名稱而市售。
接著，通過位置調節(jié)機構323使工作臺301或者工作頭309的至少一方在z軸向上移動，在布線基板503的第一電極504與半導體芯片501的第二電極502之間通過溶劑來接觸(S454)。
而且，使工作臺301或者工作頭309的至少一方在z軸向上移動，在第一電極504與第二電極502之間施加壓縮配重(S455)。同時，通過內置在工作臺301中的加熱器302來加熱第一電極504，用內置在工作頭309中的加熱器310來加熱第二電極502。在此，由于使用加熱器302和310，因此是電阻加熱。與本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法相同，加熱在未達到第一電極504和第二電極502中的任一個融點溫度較低一方的范圍內被實施，通過第一電極504、第二電極502，在溶劑達到活性化溫度之前進行。在此，如上述那樣，能夠與溶劑的活性化一起，在第一電極504與第二電極502之間施加超聲波振動。通過超聲波振動的施加，促進第一電極504、第二電極502各自表面的氧化物等的被覆膜的除去，在第一電極504、第二電極502的表面上，能夠容易使金屬新生面被露出。
通過這些接合處理(S450)，電連接并且機械接合布線基板503的第一電極504與半導體芯片501的第二電極502之間。
(2)接合處理完成的布線基板503和半導體芯片501被輸送到退火裝置中，進行退火(S460)。退火條件例如是250℃的溫度下一小時。通過該退火，能夠使第一電極504與第二電極502的接合面附近產生的空隙被消除，并且，能夠增加接合表面積而提高接合強度，因此，能夠提高半導體器件的生產性。而且，通過退火，能夠使溶劑熱固化，而形成未充滿樹脂505。其結果，通過溶劑的熱固化，能夠把第一電極504和第二電極502與大氣隔開，而得到時效的電氣和機械的穩(wěn)定性，同時，能夠提高接合部的機械強度。而且，可以不需要溶劑的清洗工序，并且，不需要未充滿樹脂的填充工序，因此，能夠進一步提高半導體器件的生產性。
而且，如果僅進行溶劑的熱固化，可以使退火條件為例如250℃的溫度下30分鐘。
在這樣的本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法中，在由上述本發(fā)明的第四實施例所涉及的半導體器件的制造方法所得到的效果的基礎上，使半導體芯片501的第二電極502通過溶劑而與布線基板503的第一電極504相接合，然后使溶劑熱固化，通過設置這樣的工序，可以不需要溶劑的清洗工序和未充滿樹脂的填充工序，削減制造工序數量。
本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法是附著溶劑(S453)，接觸電極(S454)，然后，通過加熱器302和310進行加熱(S455)。但是，并不僅限于該處理順序，也可以采用這樣的處理順序在附著溶劑之后進行加熱，通過加熱使溶劑活性化，然后，使電極接觸。
而且，本發(fā)明的第五實施例所涉及的半導體器件的制造方法是通過電阻加熱來使溶劑活性化，但是，也可以通過紅外線照射、電子束照射、激光照射等加熱措施來使溶劑活性化。
而且，在本發(fā)明中，可以使用在常溫下保持薄膜狀態(tài)的薄膜狀溶劑。在此情況下，薄膜狀溶劑易于附著在保持在工作頭309中的半導體芯片501上。
(其他的實施例)雖然本發(fā)明通過上述多個實施例進行了記載，但是，不能理解為成為該描述的一部分的論述以及附圖并限定了本發(fā)明。應當知道本領域技術人員可以根據該描述實現各種代替實施例及運用技術。
例如，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2中，在突起電極21中使用了Cu突起電極，但是，本發(fā)明并不僅限于這樣的材料，可以通過例如Au突起電極、Ni突起電極等來構筑半導體器件2。
而且，在本發(fā)明的第三實施例所涉及的半導體器件2中，在突起電極27中使用了Sn突起電極，但是，本發(fā)明可以通過Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Cu等兩元合金的突起電極、Sn-Ag-Cu等三元合金的突起電極、四元合金以上的突起電極來構筑半導體器件2。
而且，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2中，說明了這樣的情況在半導體芯片1的外部連接電極(外部連接電極或者焊盤)18上配置UBM膜20和突起電極21，在插入物3的外部連接電極37上配置UBM膜40和突起電極41，但是，本發(fā)明也可以在多層布線基板5的電極(內部端子或者內部電極)52和未圖示的多層布線基板5的外部連接電極上配置UBM膜和突起電極。
而且，在本發(fā)明的第一實施例所涉及的半導體器件2中，在多層布線基板5上僅安裝了一個半導體芯片1，但是，本發(fā)明并不僅限于此，可以成為在多層布線基板5上平面地安裝多個半導體芯片1的多芯片構造。
而且，本發(fā)明可以把第一實施例至第三實施例所涉及的任一種半導體器件及其制造方法與第四實施例或者第五實施例所涉及的半導體器件及其制造方法進行組合。
這樣，本發(fā)明可以包含在此沒有記載的各種實施形態(tài)等。因此，本發(fā)明的技術范圍僅由與上述說明支持的權利要求的范圍而限定。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括以下工序形成具有第一電極的第一基板；形成具有第二電極的第二基板；在所述第一電極、第二電極的至少一方的表面上附著活性化前的溶劑；使所述第二電極通過所述溶劑而與所述第一電極相接觸，在壓縮所述第一電極和第二電極的方向上加壓；以及在所述第一電極與第二電極之間的接合之前，在未到達所述第一電極和第二電極的較低一方的熔點溫度的溫度下，使所述溶劑活性化。
2.根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，所述第一電極以及第二電極的至少一方形成為突起的突起電極。
3.根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，所述第一電極以及第二電極的至少一方包含Cu、Ni、Au、Ag的至少一種金屬。
4.根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，所述溶劑使用包含無機酸或有機酸的溶劑。
5.根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，使所述溶劑活性化的工序是通過電阻加熱、紅外線照射、電子束照射或者激光照射來使溶劑活性化的工序。
6.一種半導體器件的制造方法，包括以下工序形成具有第一電極的第一基板；形成具有第二電極的第二基板；在所述第一電極、第二電極的至少一方的表面上，附著具有熱固化性質和在低于熱固化溫度的溫度下進行活性化的性質的活性化前的溶劑；使所述第二電極通過所述溶劑而與所述第一電極相接觸，在壓縮所述第一電極和第二電極的方向上加壓；在所述第一電極與第二電極之間的接合之前，在未到達所述第一電極和第二電極的較低一方的熔點溫度的溫度下，使所述溶劑活性化；以及在所述第一電極和第二電極之間被接合之后，使所述溶劑熱固化。
7.根據權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，所述第一電極以及第二電極的至少一方形成為突起的突起電極。
8.根據權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，所述第一電極以及第二電極的至少一方包含Cu、Ni、Au、Ag的至少一種金屬。
9.根據權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，所述溶劑使用包含無機酸或有機酸的溶劑。
10.根據權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，使所述溶劑活性化的工序是通過電阻加熱、紅外線照射、電子束照射或者激光照射來使溶劑活性化的工序。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法，包括以下工序形成具有第一電極的第一基板；形成具有第二電極的第二基板；在所述第一電極、第二電極的至少一方的表面上附著活性化前的溶劑；使所述第二電極通過所述溶劑而與所述第一電極相接觸，在壓縮所述第一電極和第二電極的方向上加壓；以及在所述第一電極與第二電極之間的接合之前，在未到達所述第一電極和第二電極的較低一方的熔點溫度的溫度下，使所述溶劑活性化。
文檔編號H01L23/498GK1627480SQ200410011580
公開日2005年6月15日 申請日期2002年8月29日 優(yōu)先權日2001年8月29日
發(fā)明者松尾美惠, 宮田雅弘, 江澤弘和 申請人:株式會社東芝