CN102543893B - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件的制造方法。在一个实施方式中，在暂时固定焊料凸点彼此而使具有第一焊料凸点的第一基板和具有第二焊料凸点的第二基板层叠之后配置到炉内。在对炉内排气以形成减压气氛之后，导入羧酸气体。使导入羧酸气体后的炉内温度上升，并且在由羧酸气体对氧化膜的还原温度以上、并且不到焊料凸点的熔融温度的温度区域内，对炉内排气以构成减压气氛。使炉内温度上升到焊料凸点的熔融温度以上的温度区域，并使第一焊料凸点和第二焊料凸点熔融而接合。

Description

半导体器件的制造方法

相关申请的交叉参考

本申请基于2009年6月19日申请的日本专利申请2009-146153并要求其优先权，其所有的内容在此以参考的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造方法。

背景技术

近年来，为了适应半导体芯片的多管脚化、节距精细化、信号速度的高速化，作为配线/连接长度短的安装方式，使用应用了倒装芯片连接的半导体装置。在将倒装芯片连接应用于半导体芯片之间的连接或半导体芯片与硅***物(Silicon Interposer)之间的连接的情况下，分别在上下芯片(半导体芯片、硅***物)的电极垫上形成焊料凸点，以使这些焊料凸点相对向的方式对位后进行层叠，之后，加热、熔融焊料凸点而进行连接。

通常，为了去除焊料凸点表面的氧化膜，在将助焊剂涂布在焊料凸点的表面上之后，使上下芯片对位而层叠。接下来，在回流炉中加热、熔融焊料凸点而使其连接，之后，洗净助焊剂而将其去除。但是，随着焊料凸点本身的微小化、形成芯片的细微化，难以完全洗净助焊剂。因此，存在助焊剂残留的问题。

因此，对一边由甲酸等羧酸去除焊料凸点表面的氧化膜、一边加热、熔融焊料凸点而使其连接进行了研究。在日本特开2001-244618号公报和日本特开2001-244283号公报中，记载了将具有焊料凸点的半导体芯片在搭载在配线基板上的状态下配置在包含羧酸气体的减压气氛中、并在这样的气氛中加热、熔融焊料凸点的方案。通过在包含羧酸气体的减压气氛中加热，在去除焊料凸点表面的氧化膜的同时，去除了由焊料加热时产生的气体所引起的焊料凸点(焊料层)内的空隙。

在对设置在上下芯片上的焊料凸点彼此进行连接的情况下，在使焊料凸点彼此暂时固定之后配置在回流炉内。在这种情况下，由于表面氧化膜啮入焊料凸点彼此的暂时固定界面(接触界面)，所以难以实现提高焊料凸点之间的连接性与抑制在熔融后的焊料凸点内产生空隙二者的兼得。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种可以提高焊料凸点之间的连接性、并抑制在熔融后的焊料凸点内产生空隙的半导体装置的制造方法。

在一个实施方式中，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：在具有第一焊料凸点的第一基板上，将具有第二焊料凸点的第二基板通过暂时固定第一焊料凸点和第二焊料凸点而进行层叠的工序；将暂时固定了第一焊料凸点和第二焊料凸点的、第一基板和第二基板二者的层叠体配置到炉内的工序；使配置有层叠体的炉内排气而构成减压气氛的工序；向减压气氛的炉内导入羧酸气体的工序；使羧酸气体导入后的炉内的温度上升，并且，在大于等于羧酸气体对第一焊料凸点和第二焊料凸点的氧化膜的还原温度、且不到第一焊料凸点和第二焊料凸点的熔融温度的温度区域内，使炉内排气而构成减压气氛的工序；以及使减压气氛的炉内温度上升到大于等于第一焊料凸点和第二焊料凸点的熔融温度的温度区域，并使第一焊料凸点和第二焊料凸点熔融而接合的工序。

在其他实施方式中，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：在具有第一焊料凸点的第一基板上，将具有第二焊料凸点的第二基板通过暂时固定第一焊料凸点和第二焊料凸点而进行层叠的工序；将暂时固定了第一焊料凸点和第二焊料凸点的第一基板和第二基板二者的层叠体配置到炉内的工序；使配置有层叠体的炉内排气而构成减压气氛的工序；以及使减压气氛的炉内的温度上升到大于等于第一焊料凸点和第二焊料凸点的熔融温度的温度区域，并使第一焊料凸点和第二焊料凸点熔融而接合的工序。至向少大于等于第一焊料凸点和第二焊料凸点的熔融温度的温度区域的炉内导入羧酸气体，以使炉内的压力维持在5×10³～3×10⁴Pa的范围、且羧酸浓度在0.1～2.8体积％的范围。

发明效果

根据本发明，可以提高焊料凸点之间的连接性，并抑制在熔融后的焊料凸点内产生空隙。

附图说明

图1A至图1C是示出根据第一实施方式的半导体装置的制造工序的剖视图。

图2是放大示出在图1中示出的半导体装置的制造工序中的焊料凸点的状态的剖视图。

图3是放大示出在图1中示出的半导体装置的制造工序中的焊料凸点彼此暂时固定的状态的剖视图。

图4是示出在第一实施方式中的焊料凸点表面的氧化膜的去除工序和焊料凸点的熔融工序的压力和温度曲线的图。

图5是示出在图4中示出的压力和温度曲线的变形例的图。

图6是示出在图4中示出的压力和温度曲线的另一变形例的图。

图7是示出在第二实施方式中的焊料凸点表面的氧化膜的去除工序和焊料凸点的熔融工序的压力和温度曲线的图。

图8是示出在图7中示出的压力和温度曲线的变形例的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1A～1C是示出根据第一实施方式的半导体装置的制造工序的剖视图。如图1A所示，准备具有第一焊料凸点1的第一基板2和具有第二焊料凸点3的第二基板4。第一和第二基板2、4例如是半导体芯片(硅(Si)芯片等)或硅(Si)***物。第一和第二基板2、4的组合例如是第一半导体芯片(2)和第二半导体芯片(4)的组合，Si***物(2)和半导体芯片(4)的组合，半导体芯片(2)和Si***物(4)的组合等，并没有特别的限定。

第一和第二焊料凸点1、3分别按矩阵状排列在基板2、4的规定区域内。焊料凸点1、3分别如图2所示，在设置于基板2、4表面侧的电极垫5、7上隔着阻挡金属层6、8而形成。作为焊料凸点1、3的构成材料，例如采用Sn-Ag类焊料合金、Sn-Cu类焊料合金、Sn-Ag-Cu类焊料合金、Sn-Bi类焊料合金、Sn-In类焊料合金等无铅焊料合金、或Sn-Pb类焊料合金。焊料凸点1、3可以是基本不含铅的无铅焊料和铅焊料中的任何一种。

焊料凸点1、3例如由电镀法形成，或者采用含有焊料合金的微小球而形成。虽然在刚刚形成在电极垫5、7上之后，焊料凸点1、3的表面上不存在氧化膜，但是经过一定时间，如图2所示，焊料凸点1、3的表面被氧化。形成在焊料凸点1、3表面上的氧化膜9在焊料凸点1、3彼此熔融而连接时，使焊料凸点1、3之间的电阻增大，或成为焊料凸点1、3之间发生连接不良的原因。因此，在加热、熔融焊料凸点1、3之前，需要去除焊料凸点1、3表面的氧化膜9。

当对第一基板2和第二基板4进行倒装芯片连接时，首先，对第一焊料凸点1和第二焊料凸点3进行对位，并在第一基板2上层叠第二基板4。此时，如图1B和图3所示，暂时固定第一焊料凸点1和第二焊料凸点3。暂时固定只要具有在转入下一个工序(氧化膜9的去除工序)时上下基板2、4不脱离的程度的强度即可。在焊料凸点1、3的暂时固定中，适用基于超声波倒装芯片接合机(Flip Chip Bonder)的室温下的超声波和负荷的施加、基于脉冲加热器(pulse heater)加热型倒装芯片接合机的焊料熔点附近的温度和负荷的施加等。

由于第一焊料凸点1和第二焊料凸点3的暂时固定是在它们的表面上存在氧化膜9的状态下实施的，所以氧化膜9成为啮入第一焊料凸点1和第二焊料凸点3之间的接触界面的状态。但是，由于第一焊料凸点1和第二焊料凸点3是暂时固定的状态，所以在第一焊料凸点1和第二焊料凸点3之间的接触界面上存在如图3所示的间隙G。利用这样的接触界面的间隙G，在由羧酸气体去除存在于焊料凸点1、3的表面上的氧化膜9和啮入接触界面的氧化膜9之后，加热、熔融焊料凸点1、3。

参考在图4中示出的加热炉内的压力和温度曲线，描述存在于焊料凸点1、3表面上的氧化膜9的去除工序和焊料凸点1、3的加热、熔融工序。首先，将暂时固定了焊料凸点1、3彼此的第一基板2和第二基板4二者的层叠体配置到加热炉(回流炉)内之后，将加热炉内抽真空而构成减压气氛。由于残留在加热炉内的氧使焊料凸点1、3氧化，所以优选地，将加热炉内从大气压状态(1.01×10⁵Pa)排气到1×10³Pa以下、特别是5Pa左右的减压状态。在这样的减压气氛的加热炉内导入羧酸气体。

羧酸气体是将存在于焊料凸点1、3表面上的氧化膜9还原去除的气体。作为氧化膜9的还原剂使用的羧酸没有特别的限定，例如可以是甲酸、乙酸、丙烯酸、丙酸、草酸、琥珀酸、丙二酸等脂肪族一价或二价的低级羧酸。其中，由于自身的成本及气化的成本低且对氧化膜9的还原作用优良而优选地使用甲酸。此外，虽然在下面重点说明了使用甲酸作为羧酸的代表例的情况，但是作为氧化膜9的还原剂的羧酸不限于此。

向加热炉内导入甲酸等羧酸气体之后、或大致在导入羧酸气体的同时，以规定的升温速度(例如40～50℃/分钟)使加热炉内升温。在使用甲酸作为羧酸气体时，发现在150℃以上的温度下对氧化膜9有还原作用。即，甲酸对氧化膜9的还原温度T1是大约150℃，若达到该温度以上则氧化膜9被还原去除。在这样的氧化膜9的还原温度T1以上的温度区域中，通过使焊料凸点1、3在甲酸气体中例如暴露几分钟，从而还原并去除存在于焊料凸点1、3表面上的氧化膜9。

优选地，将导入羧酸气体后加热炉内的压力设定为比大气压低的状态。虽然具体的炉内压力也取决于羧酸气体的导入量，但优选例如在8×10⁴Pa以下。但是，在这样的状态(仅导入羧酸气体的状态)下，当升温到焊料凸点1、3的熔点以上的温度时，侵入上述间隙G中的羧酸气体及在氧化膜9还原时产生的气体可能会进入熔融的焊料凸点1、3的内部而构成空隙。

在第一实施方式中，在羧酸气体对氧化膜9的还原温度T1以上、不到焊料凸点1、3的熔融温度(熔点T2)的温度区域内，将加热炉内抽真空以去除羧酸气体。即，使连接到加热炉的真空泵动作以对加热炉内的气氛进行排气而构成减压状态。这样，在达到焊料凸点1、3的熔点T2之前(使焊料凸点1、3熔融以前)，通过对加热炉内的气氛进行真空排气，可以从焊料凸点1、3彼此的接触界面去除侵入间隙G的羧酸气体及氧化膜9还原时产生的气体。

并且，通过在从焊料凸点1、3彼此的接触界面(间隙G)去除侵入间隙G的羧酸气体及氧化膜9还原时产生的气体之后使焊料凸点1、3熔融，可以抑制侵入间隙G或产生的气体所引起的空隙，即在熔融后的焊料凸点1、3内部产生的空隙。此外，即使在达到焊料凸点1、3的熔点T2之前去除羧酸气体，由于在之前的阶段将焊料凸点1、3暴露在羧酸气体中，因此也可以去除存在于焊料凸点1、3表面的氧化膜9和啮入接触界面的氧化膜9。因此，在焊料凸点1、3的熔融工序中，可以抑制焊料凸点1、3之间的连接不良和熔融后的焊料凸点1、3的电阻的增加。

用于将加热炉内的气氛气体排气的抽真空优选地在氧化膜9的还原温度T1以上、不到焊料凸点1、3的熔点T2的温度区域内实施。但是，还由于加热炉的升温速度，使得加热炉内过早抽真空时，将焊料凸点1、3暴露在羧酸气体中的时间可能会不充足。另一方面，当加热炉内过晚抽真空时，可能会不能从接触界面充分地排出气体。优选地，抽真空的实施温度在比焊料凸点1、3的熔点T2低10℃的温度(T2-10[℃])以上、并且比熔点T2低5℃的温度(T2-5[℃])以下的范围内。并且，在将焊料凸点1、3暴露在羧酸气体中的时间不充足的情况下，可以在氧化膜9的还原温度T1以上的温度下保持规定的时间，或者减慢此期间的升温速度。

优选地，实施在不到焊料凸点1、3的熔点T2的温度区域中的抽真空，以使得加热炉内的压力与导入羧酸气体之前的压力相同。具体地，优选地，在氧化膜9的还原温度T1以上、不到焊料凸点1、3的熔点T2的温度区域内，对加热炉内进行抽真空，直到加热炉内的压力为1×10³～1×10⁴Pa左右的减压状态。由此，可以使侵入接触界面间隙G的羧酸气体及氧化膜9还原时产生的气体发散到周围。

在此，由于焊料凸点1、3彼此的接触界面的间隙G狭小，所以仅向加热炉内导入一次羧酸气体会存在不能完全还原啮入接触界面的氧化膜9的情况。进一步地，还考虑到根据焊料凸点1、3的直径及暂时固定的状态，不能充分地去除侵入间隙G或产生的气体。对此，优选地，如图5所示，在羧酸气体对氧化膜9的还原温度T1以上的温度区域内，多次反复实施向加热炉内导入羧酸气体的工序和对加热炉内抽真空的工序(羧酸气体的排气工序)。

这样，通过反复实施向加热炉内导入羧酸气体以还原去除氧化膜9的处理、和将还原氧化膜9后的羧酸气体及还原氧化膜9时产生的气体排出到加热炉外的处理，可以更好地去除啮入接触界面的氧化膜9。进一步地，侵入接触界面的间隙G或产生的气体被更可靠地排出。因此，之后通过使焊料凸点1、3熔融而接合，更可靠地抑制了焊料凸点1、3之间的连接不良和熔融后的焊料凸点1、3的电阻值的增大，并且能够抑制在熔融后的焊料凸点1、3内产生的空隙。

在多次反复实施导入羧酸气体的工序和对加热炉内抽真空的工序的情况下，优选地，在羧酸气体对氧化膜9的还原温度T1以上、并且不到焊料凸点1、3的熔点T2的温度区域内保持规定时间。由此，在到达焊料凸点1、3的熔点T2之前，可以反复实施氧化膜9的还原处理和气体的排出处理。虽然对导入羧酸气体的工序和将加热炉内抽真空的工序的反复次数没有特别的限定，但是考虑到反复实施这些工序产生的效果和工序时间的增加，优选地在3～5次的范围内重复气体导入和抽真空。

之后，通过将加热炉内的温度升温到焊料凸点1、3的熔点T2以上的温度区域，使焊料凸点1、3熔融。例如，在由无铅焊料构成焊料凸点1、3的情况下，虽然无铅焊料的熔点由于焊料合金的组成而不同，但是在大约220～230℃，所以加热到这样的温度以上的温度以使焊料凸点1、3熔融。在由铅焊料构成焊料凸点1、3的情况下，加热到铅焊料熔点的183℃以上的温度以使焊料凸点1、3熔融。

熔融的焊料凸点1、3如图1C所示地一体化而构成连接部10。在第一实施方式中，去除啮入焊料凸点1、3彼此的接触界面的氧化膜9，并且促进侵入接触界面的间隙G或产生的气体向周围发散。因此，由焊料凸点1、3形成良好的连接部(形状和导通性等优良的连接部)10，并且可以抑制连接部10内的空隙的产生。即，可以实现由电气和机械性能优良的连接部10在基板2、4之间进行连接。

然后，降温到容易从加热炉内取出连接结构体的温度、例如100℃左右的温度，并向加热炉内导入氮气等惰性气体以恢复到大气压，之后，从加热炉取出通过由焊料凸点1、3构成的连接部10连接第一基板2和第二基板4而构成的结构体。这样，虽然加热炉内向大气压的恢复可以在降温到容易取出连接结构体的温度之后实施，但是例如如图6所示，在加热炉内的温度在焊料凸点1、3的熔点T2以上的温度区域的状态下，不间歇地向加热炉内导入氮气等惰性气体直到恢复大气压也是有效的。

这样，通过在焊料凸点1、3熔融期间使加热炉内的压力不间歇地恢复到大气压，可以压破残留在熔融的焊料凸点1、3(熔融状态的连接部10)内的细微气泡。即，虽然由焊料凸点1、3的接触界面的气体引起的大空隙可以通过在不到焊料凸点1、3的熔点T2的温度区域内对加热炉内抽真空而去除，但是存在细微空隙残留在界面附近的情况。这样的细微空隙可以通过在焊料凸点1、3熔融期间从周围施加压力而压破，从而得到更完好的连接部10。

从加热炉取出的结构体(第一基板2和第二基板4二者的连接体)与一般的半导体装置一样被传送到组装工序。组装工序根据半导体装置而选择，没有特别的限定。若描述其中的一个例子，即，首先，在第一基板2和第二基板4之间的间隙中填充热硬化性的底部填充树脂(underfill resin)，并对其进行固化处理而使其硬化。进一步地，在将第一基板2和第二基板4二者的连接体例如搭载到由配线基板构成的第三基板上之后，将连接体和第三基板之间通过引线接合法等进行连接。在树脂模制这样的结构体之后，配置外导线球(アウタ一リ一ドボ一ル)而形成半导体装置(半导体封装件)的外部连接端子。

(第二实施方式)

在根据第二实施方式的半导体装置的制造工序中，与第一实施方式(参考图1A～1C、图2、图3)相同地，使第一焊料凸点1和第二焊料凸点3对位，并且在第一基板2上层叠第二基板4。使第一焊料凸点1和第二焊料凸点3暂时固定。基板2、4的具体例、焊料凸点1、3的构成材料、焊料凸点1、3的暂时固定方法等与第一实施方式相同。

接下来，与第一实施方式相同地，在将暂时固定了焊料凸点1、3彼此的第一基板2和第二基板4二者的层叠体配置到加热炉(回流炉)内之后，将加热炉内抽真空而构成减压气氛。由于残留在加热炉内的氧使焊料凸点1、3氧化，所以优选地，将加热炉内从大气压状态(1.01×10⁵Pa)排气到1×10³Pa以下、特别是5Pa左右的减压状态。在这样的减压气氛的加热炉内导入羧酸气体，并且使加热炉内升温到焊料凸点1、3的熔融温度(熔点T)以上的温度。作为氧化膜9的还原剂，可以使用与第一实施方式相同的羧酸气体，特别地，考虑到成本及还原作用的方面，优选地使用甲酸气体。

导入羧酸气体并使加热炉内的压力(气氛气压)维持在5×10³～3×10⁴Pa的范围内。即，将加热炉内维持在适当的减压状态，并且向加热炉内导入羧酸气体。具体地，在抽真空以去除加热炉内的氧之后，一边继续抽真空(排气)，一边连续供应适当浓度和流量的羧酸气体。由此，能够在使加热炉内的羧酸气体的浓度维持在适当的状态的减压气氛下实施焊料凸点1、3的熔融工序。

当在焊料凸点1、3的熔融工序中，加热炉内的羧酸气体的浓度过高时，多余的羧酸气体进入熔融的焊料凸点1、3内而形成空隙。为了抑制这样的羧酸气体导致的空隙的产生，在第二实施方式中使焊料凸点1、3的熔融工序中的加热炉内的压力在3×10⁴Pa以下。当加热炉内的压力超过3×10⁴Pa时，进入熔融的焊料凸点1、3内的气体量增加，在焊料凸点1、3内容易产生空隙。

在这样的减压气氛下的羧酸气体的浓度下，将焊料凸点1、3表面的氧化膜9还原并去除。即，即使是加热炉内的羧酸气体浓度较低时，在设置在上下基板2、4上的焊料凸点1、3熔融而连接的情况下，也可以还原并去除存在于焊料凸点1、3表面上的氧化膜9。但是，当加热炉内的压力不到5×10³Pa时，由于羧酸气体的浓度过低，所以不能充分地还原去除氧化膜9。因此，在焊料凸点1、3的熔融工序中，使加热炉内的压力在5×10³Pa以上。

在上述减压气氛下实施羧酸气体的导入工序，以使得羧酸浓度按体积比例为0.1～2.8％的范围。将该羧酸浓度例如换算为甲酸的摩尔浓度时，是4.1×10^-4～3.1×10^-2mol/L的范围。当羧酸气体的浓度超过2.8体积％时，加热炉内的气体浓度增加，在焊料凸点1、3内容易产生空隙。另一方面，当羧酸气体的浓度不到0.1体积％时，不能充分地得到羧酸气体对氧化膜9的还原作用，会导致焊料凸点1、3之间的连接不良及电阻值的增大。

优选地，在焊料凸点1、3的熔融工序中的加热炉内的压力在1.3～2.7×10⁴Pa的范围。此时的羧酸气体的浓度在0.1～2.8体积％的范围，进一步更优选地在0.1～1体积％的范围。通过将在上述减压气氛下的羧酸气体的浓度设定在更低的浓度，可以更加再现性良好地抑制熔融的焊料凸点1、3内的空隙。因此，优选地，羧酸气体的浓度在0.1～1体积％的范围。

通过使设定为如上所述的炉内压力(气氛气压)和羧酸浓度的加热炉内的温度升温到焊料凸点1、3的熔点T以上的温度区域，使焊料凸点1、3熔融。在由无铅焊料构成焊料凸点1、3的情况下，虽然无铅焊料的熔点由于焊料合金的组成而不同，但是在大约220～230℃，所以加热到该温度以上的温度以使焊料凸点1、3熔融。在由铅焊料构成焊料凸点1、3的情况下，加热到铅焊料熔点的183℃以上的温度以使焊料凸点1、3熔融。熔融的焊料凸点1、3如图1C所示地一体化而构成连接部10。

在焊料凸点1、3熔融时，由存在于加热炉内的羧酸气体还原去除氧化膜9。此时，由于在能得到氧化膜9的还原作用的范围内，使加热炉的气氛气压和气体浓度降低到能够减少进入熔融的焊料凸点1、3内的气体量的值，所以抑制了羧酸气体进入连接部10内而构成空隙。即，能够去除氧化膜9而良好地连接焊料凸点1、3彼此，并且可以得到空隙量少的良好的连接部10。因此，可以通过电气和机械性能优良的连接部10在基板2、4之间进行连接。

由于在使用甲酸作为羧酸气体时，发现在150℃以上的温度下对氧化膜9有还原作用，所以可以在这样的温度以上、不到焊料凸点1、3的熔点T的温度区域内保持一定时间。由此，可以提高氧化膜9的去除效果。但是，由于羧酸气体至少在焊料凸点1、3熔融时存在即可，所以如图8所示，可以仅在焊料凸点1、3熔融时(熔点T以上的温度区域)，向加热炉内导入羧酸气体。羧酸气体至少在焊料凸点1、3熔融时导入即可。此时的气氛气压、气体浓度与上述相同。

将加热炉内降温到常温，并向加热炉内导入氮气等惰性气体以恢复到大气压，之后，从加热炉取出通过由焊料凸点1、3构成的连接部10连接第一基板2和第二基板4而构成的结构体。从加热炉取出的结构体(第一基板2和第二基板4二者的连接体)与一般的半导体装置一样被传送到组装工序。组装工序根据半导体装置而选择，没有特别的限定。组装工序的具体例与在第一实施方式中描述的相同。

接下来，描述根据第二实施方式的半导体装置的制造工序的具体例。首先，准备两个具有由无铅焊料构成的焊料凸点(直径：25μm)的Si芯片，采用脉冲加热器加热型倒装芯片接合机(加热温度：250℃)，将这两个Si芯片的焊料凸点彼此暂时固定。在将该暂时固定体配置到加热炉内之后，将加热炉内抽真空到5Pa以下。之后的加热炉内的气氛气压以及供应到加热炉内的甲酸气体的浓度和流量如下所述地进行调整。

在实施例1中，在将炉内压力设定为1.3×10⁴Pa(100Torr)的加热炉内，使规定浓度的甲酸气体以15L/分钟的流量流动。此时炉内的甲酸浓度是1.4体积％(6.2×10^-3mol/L)。在实施例2中，在将炉内压力设定为1.3×10⁴Pa(100Torr)的加热炉内，使规定浓度的甲酸气体以1L/分钟的流量流动，并且使氮气作为稀释气体以14L/分钟的流量流动。此时炉内的甲酸浓度是0.1体积％(4.1×10^-4mol/L)。

作为比较例1，在将炉内压力设定为8×10⁴Pa(600Torr)的加热炉内，使规定浓度的甲酸气体以15L/分钟的流量流动。此时炉内的甲酸浓度是8.2体积％(3.7×10^-2mol/L)。在比较例2中，在将炉内压力设定为8×10⁴Pa(600Torr)的加热炉内，使规定浓度的甲酸气体以1L/分钟的流量流动，并且使氮气作为稀释气体以14L/分钟的流量流动。此时炉内的甲酸浓度是0.6体积％(2.5×10^-3mol/L)。

使各例中的加热炉升温到265℃，在该温度下保持3分钟之后，降温到常温。这样，分别使两个Si芯片的焊料凸点彼此熔融而接合。将各例的芯片接合体(由焊料凸点的熔融固化体连接两个Si芯片而构成的结构体)分别各制作五个，检验在各芯片的同一部位中的焊料凸点(各162个/总计810个)内有无空隙。关于焊料凸点内的空隙，分别检验直径10μm以上的大空隙的有无和直径不到10μm的小空隙的有无。在表1中示出它们的测量结果。

表1

从表1可知，在加热炉内的压力为5×10³～3×10⁴Pa的范围、同时甲酸浓度在0.1～2.8体积％的范围的实施例1、2中，与比较例1、2相比，发生空隙的凸点数量大大减少。进一步地，根据比较例2的结果可知，即使甲酸浓度在0.1～2.8体积％的范围，当加热炉内的压力超过3×10⁴Pa时，也不能得到充分的抑制空隙的效果。

在表2中示出改变上述实施例的条件的情况下的结果。在表2中，样本1是在与实施例2相同的条件下熔融焊料凸点的样本。其中，温度条件为220℃×3分钟(保持)→265℃×3分钟(保持)。在样本2中，流动甲酸气体(1L/分钟)和氮气(14L/分钟)，以使得在炉内压力设定为2.7×10⁴Pa(200Torr)的加热炉内、甲酸浓度为0.2体积％。在样本3中，流动甲酸气体(5L/分钟)和氮气(10L/分钟)，以使得在炉内压力设定为2.7×10⁴Pa的加热炉内、甲酸浓度为0.9体积％。

在样本4中，流动甲酸气体(5L/分钟)和氮气(10L/分钟)，以使得在炉内压力设定为1.3×10⁴Pa(100Torr)的加热炉内、甲酸浓度为0.5体积％。在样本5中，流动甲酸气体(15L/分钟)，以使得在炉内压力设定为1.3×10⁴Pa的加热炉内、甲酸浓度为1.4体积％。在样本6中，流动甲酸气体(15L/分钟)，以使得在炉内压力设定为2.7×10⁴Pa的加热炉内、甲酸浓度为2.8体积％。

表2

从表2中示出的产生空隙的凸点数量可知，通过将焊料凸点熔融时的气氛气压设定为1.3～2.7×10⁴Pa的范围、并且甲酸浓度设定在0.1～1体积％的范围，提高了空隙抑制效果的再现性。并且，在表2中合并示出各样本的芯片接合体的导通试验结果。从导通试验的结果可知，在任何一个例子中，焊料凸点都良好地熔融、接合，凸点表面的氧化膜不妨碍焊料凸点彼此的连接。

虽然已经描述了一些实施方式，但是这些实施方式仅是以实施例的方式呈现，不用来限定本发明范围。实际上，在此描述的新的方法和***可以以各种其他的方式实施；进一步地，在此描述的方法和***的形式可以进行各种省略、替代和改变，而不脱离本发明的精神。所附权利要求及其等同形式用于涵盖落入本发明的范围和精神内的形式或变形。

Claims (17)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，

包括以下工序：

在具有第一焊料凸点的第一基板上，将具有第二焊料凸点的第二基板通过暂时固定所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点而进行层叠的工序；

将暂时固定了所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的、所述第一基板和所述第二基板二者的层叠体配置到炉内的工序；

使配置有所述层叠体的所述炉内排气而行成减压气氛的工序；

向所述减压气氛的炉内导入羧酸气体，使所述炉内的压力上升到比所述减压气氛高且比大气压低的压力的工序；

使导入所述羧酸气体的所述炉内的温度上升，并且，在大于等于所述羧酸气体对所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的氧化膜的还原温度、且不到所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔融温度的温度区域内，使所述炉内再次排气而形成减压气氛的工序；以及

使在所述再次排气工序中形成为减压气氛的所述炉内温度上升到大于等于所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔融温度的温度区域，使所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点熔融而接合的工序。

2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

由导入所述炉内的所述羧酸气体来还原去除形成在所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点表面上的氧化膜和啮入所述暂时固定的所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点之间的氧化膜，并且通过所述炉内的排气将所述羧酸气体和由所述氧化膜的还原而产生的气体排出到所述炉外。

3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

使配置有所述层叠体的所述炉内排气直到小于等于1×10³Pa的减压气氛。

4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将所述炉内维持在比大气压低的压力，来向所述炉内导入所述羧酸气体。

5.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将所述炉内的压力维持在小于等于8×10⁴Pa的减压气氛，来向所述炉内导入所述羧酸气体。

6.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将甲酸气体作为所述羧酸气体导入所述炉内。

7.根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在大于等于150℃、不到所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔融温度的温度区域，对导入所述甲酸气体的所述炉内进行排气。

8.根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在大于等于比所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔点低10℃的温度、且小于等于比所述熔点低5℃的温度区域，对导入所述羧酸气体的所述炉内进行排气。

9.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在多次反复向所述炉内导入所述羧酸气体和对所述炉内排气之后，使所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点熔融而接合。

10.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述减压气氛的炉内的温度为大于等于所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔融温度的温度区域的状态下，使所述炉内的压力恢复到大气压。

11.根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

向所述炉内导入惰性气体而使所述炉内的压力恢复到大气压。

12.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述第一基板具备半导体芯片或硅***物，所述第二基板具备半导体芯片或硅***物。

13.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述羧酸气体的导入中，使得所述炉内的压力维持在5×10³～3×10⁴Pa的范围、且羧酸浓度在0.1～2.8体积％的范围。

14.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将甲酸气体作为所述羧酸气体导入所述炉内。

15.根据权利要求14所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将所述甲酸气体导入所述炉内，以使得甲酸浓度在4.1×10^-4～3.1×10^-2mol/L的范围。

16.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

将所述羧酸气体导入所述炉内，以使得将所述炉内的压力维持在1.3～2.7×10⁴Pa的范围、并且所述羧酸浓度在0.1～1体积％的范围。

17.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

使所述炉内排气直到小于等于1×10³Pa的减压气氛。