端子焊盘与焊料的键合构造、具有该键合构造的半导体器件和该半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术通过提高键合端子焊盘和焊料的键合部分对热应力的耐受性，来提高端子焊盘与焊料之间的键合的可靠性。本发明专利技术的键合构造具备：在基底（１０５）上形成的端子焊盘（１２０）、焊料（２４０）和在端子焊盘与焊料之间的、端子焊盘的成分与Ｚｎ系材料（２３０）之间的反应生成物（２６０）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及良好地键合在基底上形成的端子焊盘和焊料的端子焊盘和焊料的键合构造。此外，还涉及具有该键合构造的半导体器件以及该半导体器件的制造方法。
技术介绍
作为半导体器件，具备BGA(网格焊球阵列)或LGA(网格焊台阵列)等通过加热处理而熔融的焊料的半导体芯片得到广泛普及。BGA或LGA等的焊料，在制造半导体器件时，与在半导体器件的露出面上形成的端子焊盘进行键合(例如，参照专利文献1)。此外，BGA或LGA等的焊料，在把半导体器件安装到基板上时，与基板的端子焊盘进行键合。以下，以具有该键合构造的半导体器件为例，详细地说明公开于专利文献1中的现有例的端子焊盘与焊料之间的键合构造(以下，有时候也简称为键合构造)。另外，现有例的键合构造的构成为通过印刷或电镀把焊料配置在端子焊盘的正上方。以下，参照图11，对公开于专利文献1中的、具有现有例的键合构造的半导体器件的构成进行说明。在这里，作为半导体器件，以具备BGA的半导体芯片，即在端子焊盘上安装了焊料球的半导体芯片为例进行说明。另外，图11只是示意性地示出了各个构成要素的形状、大小和配置关系。此外，由于半导体器件的剖面构造因产品而异，故在这里省略其详细说明。如图11所示，具有现有例的键合构造的半导体器件(以下，简称为现有例的半导体器件)100具备作为形成有构成半导体器件的各种半导体元件的区域的基底105；在基底105上形成的导电层110；在导电层110上形成的绝缘层115和端子焊盘120。另外，端子焊盘120通常是用Cu(铜)构成的。在这里，把该端子焊盘120作为Cu焊盘进行说明。在半导体器件100中，把助焊剂130印刷到Cu焊盘120上。并且在助焊剂130上安装焊料球140。以下，参照图12的(A)～(D)，对现有例的半导体器件的制造工序进行说明。另外，图12示出了在各个工序阶段中所得到的主要部分的剖面的切口。如图12(A)所示，准备在半导体器件100的基底105上形成了端子焊盘120的构造体。该构造体中，在基底105上，设置有例如布线和其它所需要的导电层110，在该导电层110上，设置Cu焊盘作为端子焊盘120。并且在基底105上，设置把该Cu焊盘120的周围埋入进去的绝缘层115。Cu焊盘120的顶面与绝缘层115的上表面处于同一平面上。另外，Cu焊盘120的顶面虽然露出在外部，但是其露出面被因Cu焊盘120与大气中的氧进行反应而生成的氧化膜(未图示)覆盖。其次，如图12(B)所示，向Cu焊盘120上涂敷助焊剂130。由此，除去在Cu焊盘120的露出面上形成的氧化膜，使得易于键合焊料和Cu焊盘120。其次，如图12(C)所示，把焊料球140安装到助焊剂130上。另外，现有的焊料使用的是例如Sn-Pb系等的含有Pb(铅)的材料。在这里，所谓‘Sn-Pb系’，意味着Sn与Pb的混合物(以下，称为Sn-Pb)本身或含有几个～几十个重量％左右的其它材料的Sn-Pb混合物。以下，在把‘系’附加到材料名称上进行说明时，意味着该材料本身或含有几个～几十个重量％左右的其它材料的该材料。但是，含有Pb的焊料，由于存在着破坏周围的环境或者显著地腐蚀半导体器件的制造装置等的缺点，故其使用正受到限制。因此，在近些年来，可使用的焊料正在由不含Pb的焊料(以下，称为无Pb焊料)代替含Pb的焊料(以下，称为Pb焊料)。另外，无Pb焊料中，含有Sn、Ag和Cu的混合物的焊料(以下，称为Sn-Ag-Cu系焊料)已成为主流。其次，如图12(D)所示，进行用来使焊料球140回流(reflow)的加热处理(以下，称为回流处理)，使焊料球140熔融。通过该回流处理，焊料球140熔融而键合到Cu焊盘120上，形成BGA150。这时，焊料球140在与Cu焊盘120的键合部分处与Cu焊盘120进行反应，由此，在Cu焊盘120与焊料球140之间形成金属间反应生成物160的层。另外，在焊料球140的材料是例如Sn-Pb系的焊料或Sn-Ag-Cu系焊料的情况下，作为金属间反应生成物160形成Cu与Sn之间的反应生成物(以下，称为Cu-Sn反应生成物)，具体地说，形成Cu6Sn5等。由此，可以制造具备BGA，即具备熔融的焊料球140的半导体芯片。另外，具备LGA的半导体芯片，也可以用与图12所示的制造工序大致同样的工序制造。如上所述，BGA或LGA等的焊料在把半导体器件安装到基板上时，键合到基板的端子焊盘上。以下，参照图13，对现有例的安装构造进行说明。如图13(A)所示，在基板500上，把端子焊盘520配置在预定位置上。另外，端子焊盘520一般是用Cu(铜)构成的。因此，此处把该端子焊盘520作为Cu焊盘进行说明。在现有例的安装构造中，配置半导体器件100以及基板500，使得形成有Cu焊盘120这一侧的面和形成有Cu焊盘520的一侧的面对置。在图13(A)的例子中，使形成有Cu焊盘120这一侧的面朝下，把半导体器件100配置在基板500上。在该状态下，进行回流处理，即，进行用来使BGA150回流的加热处理，使BGA150熔融。通过该回流处理，如图13(B)所示，BGA150熔融而键合到Cu焊盘520上。这时，BGA150在与Cu焊盘520的键合部分处与Cu焊盘520进行反应，由此，在与Cu焊盘520的键合部分形成金属间反应生成物(以下，称为金属间反应生成物)540的层。另外，在BGA150的材料是例如Sn-Ag-Cu系焊料的情况下，作为金属间反应生成物540形成Cu-Sn反应生成物。这样一来，把BGA或LGA等键合到基板500的端子焊盘520上。日本专利申请特开2002-261105号公报(段落69～76，图17)但是，在现有例的半导体器件中，却存在着端子焊盘与焊料之间的键合的可靠性低的课题。以下，对该课题进行说明。例如，在以下的(A)～(C)的情形下，半导体器件受到热应力。(A)在制造半导体器件时的回流处理，即，在对半导体器件内部的端子焊盘和焊料加热及冷却而进行键合处理时，半导体器件受到热应力。(B)在进行把在内部具备端子焊盘和焊料之间的键合构造的半导体器件安装到基板上时的回流处理，即，在进行基板的端子焊盘和半导体器件的焊料因加热及冷却而进行键合的处理时，半导体器件受到热应力。(C)在使安装了在内部具备端子焊盘和焊料之间的键合构造的半导体器件的产品运行时的动作以及停止处理时，半导体器件受到热应力。现有例的半导体器件，以在上述(A)～(C)的情形中所受到的热应力为主要原因，主要由于以下的(1)～(3)的理由，而易于在端子焊盘与焊料之间产生裂纹。另外，这里所说的‘端子焊盘与焊料之间’，并不限于半导体器件的内部的端子焊盘与焊料之间，意味着基板的端子焊盘和半导体器件的焊料之间这两者。(1)现有例的半导体器件，在端子焊盘与焊料之间的键合部分上，作为金属间反应生成物形成有Cu-Sn反应生成物层。该Cu-Sn反应生成物层，因加热而产生的热膨胀率和因冷却或散热而产生的热收缩率比较大。因此，该Cu-Sn反应生成物层，对在上述(B)和(C)的情形下所受到的热应力的耐受性低。因此，现有例的半导体器件，在温度差大的环境下，易于在焊料与端子焊盘之间的键合部分上产生裂纹。另外，在上述(B)和(C)的情形下所受到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种端子焊盘与焊料的键合构造，其特征在于具备：在基底上形成的端子焊盘；焊料；以及在上述端子焊盘与上述焊料之间的、上述端子焊盘的成分与Ｚｎ系材料之间的反应生成物层。

【技术特征摘要】
JP 2005-9-30 2005-2882701.一种端子焊盘与焊料的键合构造，其特征在于具备在基底上形成的端子焊盘；焊料；以及在上述端子焊盘与上述焊料之间的、上述端子焊盘的成分与Zn系材料之间的反应生成物层。2.根据权利要求1所述的端子焊盘与焊料的键合构造，其特征在于上述端子焊盘与上述焊料设置在半导体器件内，上述反应生成物层形成于上述半导体器件内部的上述端子焊盘与上述焊料之间。3.根据权利要求1所述的端子焊盘与焊料的键合构造，其特征在于上述端子焊盘设置在基板上，上述焊料设置在半导体器件上，上述反应生成物层形成于上述基板的上述端子焊盘与上述半导体器件的上述焊料之间。4，一种半导体器件，其特征在于具备在基底上形成的端子焊盘；焊料；以及在上述端子焊盘与上述焊料之间的、上述端子焊盘的成分与Zn系材料之间的反应生成物层。5.一种半导体器件的制造方法，其特征在于具备如下的工序在基底上形成的端子焊盘上配置Zn系材料的工序；在上述Zn系材料上配置焊料的工序；以及进行使上述焊料回流的加热处理，在上述端子焊盘与上...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中康雄，
申请(专利权)人：冲电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]