[发明专利]半导体器件、电子器件以及半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本文中讨论的实施方案涉及半导体器件、电子器件以及用于制造该半导体器件的方法。

背景技术

随着半导体元件的集成密度的增加和电子部件的封装密度的增加，半导体元件和使用该半导体元件的电子器件的输入/输出端子的数量逐渐增加。例如，在将被倒装安装的半导体元件中，减小了连接端子之间的间距而且也减小了连接端子的面积。

为了实现高速操作，严峻的需求强加于高速操作被期望的当前半导体元件上。例如，在当前高速半导体元件例如大规模集成电路(LSI)中，使用所谓的低K材料例如多孔硅作为层间绝缘膜以减小布线图案之间的寄生电容。然而，低K材料的问题在于：材料通常具有对应于低介电常数的低密度，因此材料在机械上易损坏并且由于接合期间的热变形而易于受损。例如，多孔硅具有4GPa至8GPa的弹性模数，并且其机械强度低于传统层间绝缘材料例如氧化硅膜的机械强度。

在这种情况下，当通过半导体芯片的倒装安装来制造半导体器件时，通过在低温下接合连接端子来期望包含低K材料的高速半导体元件减小衬底在接合期间的热变形。然而，用于接合连接端子的通用无引线钎料在217℃或更高的温度下用于接合，而其不适于在这样的低温下接合。在这种情况下，在包含低K材料的高速半导体元件的安装过程中，使用具有139℃的熔点的共晶Sn(锡)-Bi(铋)钎料或为了改善机械特性如延展性将少量元素如Ag、Cu和Sb添加到Sn-Bi的钎料作为能够在多数情况下减小热应力的钎料材料。

如上所述，共晶Sn-Bi钎料具有139℃的熔点，并且可以在比例如为传统无引线钎料的Sn-Ag-Cu钎料(熔点为217℃)低约80℃的温度下被安装。

然而，在实际的电子器件中存在如下的需求：为了确保电子器件的可靠性，使电子器件在考虑实际环境的约150℃的环境温度下经历温度循环测试或高温暴露测试。然而，在执行这种测试时，测试的环境温度(150℃)超过Sn-Bi钎料的熔点(139℃)，这可以引起接合部分等再熔化的问题。

在具有其中层叠大量电路板和半导体芯片的构造的半导体器件或电子器件中，可能出现如下的问题：在半导体器件或电子器件中，之前通过回流钎料凸块而被接合的部分在将在以后执行的钎料凸块回流过程中熔化。

上述相关技术的例子在Kenichi YASAKA，Yasuhisa OHTAKE等人的“Microstructural Changes in Micro-joins between Sn-58Bi Solders and Copper by Electro-migration”，ICEP 2010 Proceedings FA2-1，第475-478页和OHTAKE等人的“Electro-migration in Microjoints between Sn-Bi Solders and Cu”，16th Symposium on Microjoining and Assembly Technology in Electronics，2月2-3日，2010，Yokohama，第157-160页中公开。

发明内容

因此，本实施方案的一个方面的目的是提供具有比通过回流刚形成的钎料凸块的熔化温度更高的熔化温度的钎料凸块。

根据实施方案的一个方面，半导体器件包括：第一连接构件，该第一连接构件包括形成在该第一连接构件的第一主表面上的第一连接焊垫；第一/快速半导体芯片(第一半导体芯片或快速半导体芯片)，该第一/快速半导体芯片包括其上形成半导体集成电路的电路形成表面以及形成在该电路形成表面上的第二连接焊垫，该第一/快速半导体芯片以电路形成表面面向第一主表面的方式安装在第一连接构件上；以及钎料凸块，该钎料凸块将第一连接焊垫连接到第二连接焊垫并且由包含Bi和Sn的金属制成，其中该钎料凸块包括形成为靠近第二连接焊垫的第一界面层、形成为靠近第一连接焊垫的第二界面层、形成为靠近第一界面层或第二界面层中的任一个的第一中间区域、以及形成为靠近第一界面层和第二界面层中的另一个并且形成为靠近第一中间区域的第二中间区域；第一中间区域中的Bi的浓度高于第一中间区域中的Sn的浓度；以及第二中间区域中的Sn的浓度高于第二中间区域中的Bi的浓度。

附图说明

图1A是示出根据第一实施方案的半导体器件的构造的俯视图；

图1B是沿着图1A的IB-IB线的横截面视图；

图1C是示出形成在图1A的构件中的布线图案的一个实例的俯视图；

图2A是示出用于第一实施方案的钎料凸块的结构的横截面视图；