JP2002164384A - 半導体チップ実装体の製造方法、ボンディングツール - Google Patents
半導体チップ実装体の製造方法、ボンディングツールInfo
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- H01L2924/10253—Silicon [Si]
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 フリップチップボンディングの生産性を向上
することが可能な半導体チップ実装体の製造方法、ボン
ディングツールを提供する。 【解決手段】 半導体チップ１１とボンディング時に接
触するボンディングツール１４の面の硬さを指定し、そ
の硬さを半導体チップ１１の硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さのものとする。このように表
面硬さが指定されたボンディングツール１４によれば、
半導体チップ１１の裏面が削られて離脱物がボンディン
グツール１４表面に堆積する程度が小さくなる。また、
ボンディングツール１４の面が必要以上に軟らかくもな
いため、逆にボンディングツール１４が削られて表面に
凹凸が生じる程度も小さい。したがって、ボンディング
ツール１４の研磨ないし交換なしにボンディングできる
回数を増加させることができ、ボンディングの生産性を
向上することが可能になる。
することが可能な半導体チップ実装体の製造方法、ボン
ディングツールを提供する。 【解決手段】 半導体チップ１１とボンディング時に接
触するボンディングツール１４の面の硬さを指定し、そ
の硬さを半導体チップ１１の硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さのものとする。このように表
面硬さが指定されたボンディングツール１４によれば、
半導体チップ１１の裏面が削られて離脱物がボンディン
グツール１４表面に堆積する程度が小さくなる。また、
ボンディングツール１４の面が必要以上に軟らかくもな
いため、逆にボンディングツール１４が削られて表面に
凹凸が生じる程度も小さい。したがって、ボンディング
ツール１４の研磨ないし交換なしにボンディングできる
回数を増加させることができ、ボンディングの生産性を
向上することが可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを基
板に接続することによって得られる半導体チップ実装体
の製造方法、およびこの製造に用いられるボンディング
ツールに係り、特に、ボンディングの生産性を向上する
のに適する半導体チップ実装体の製造方法、ボンディン
グツールに関する。
板に接続することによって得られる半導体チップ実装体
の製造方法、およびこの製造に用いられるボンディング
ツールに係り、特に、ボンディングの生産性を向上する
のに適する半導体チップ実装体の製造方法、ボンディン
グツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップをフリップチップ接続する
ボンディングについて、図５を参照して説明する。図５
は、半導体チップをフリップチップ接続するためのボン
ディングの態様を示す正面断面図（図５（ａ））、およ
びボンディングツールの寿命にかかわるその劣化態様を
説明する図（図５（ｂ））である。
ボンディングについて、図５を参照して説明する。図５
は、半導体チップをフリップチップ接続するためのボン
ディングの態様を示す正面断面図（図５（ａ））、およ
びボンディングツールの寿命にかかわるその劣化態様を
説明する図（図５（ｂ））である。
【０００３】半導体チップのフリップチップ接続は、図
５（ａ）に示すように、機能面に接続電極４３と金属バ
ンプ４２とが形成された半導体チップ４１の背面をボン
ディングツール４４でバキューム吸着し、基板４５上に
形成された電極４６の位置に金属バンプ４２が合うよう
に配置することから始める。このような半導体チップ４
１と基板４５との配置関係において、ボンディングツー
ル４４は、面接触した半導体チップ４１の背面を基板４
５方向に加圧しかつこれに超音波を供給する。
５（ａ）に示すように、機能面に接続電極４３と金属バ
ンプ４２とが形成された半導体チップ４１の背面をボン
ディングツール４４でバキューム吸着し、基板４５上に
形成された電極４６の位置に金属バンプ４２が合うよう
に配置することから始める。このような半導体チップ４
１と基板４５との配置関係において、ボンディングツー
ル４４は、面接触した半導体チップ４１の背面を基板４
５方向に加圧しかつこれに超音波を供給する。
【０００４】超音波は、その振動方向が図面横方向であ
り、この振動により半導体チップ４１を介して金属バン
プ４２が振動し、金属バンプ４２が電極４６に電気的・
機械的に接続されるものである。この接続部位での接続
自体のメカニズムはワイヤボンディングと同じである。
り、この振動により半導体チップ４１を介して金属バン
プ４２が振動し、金属バンプ４２が電極４６に電気的・
機械的に接続されるものである。この接続部位での接続
自体のメカニズムはワイヤボンディングと同じである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなフリップチ
ップ接続を、ボンディングツール４４を用いて繰り返し
行うと、ボンディングツール４４には、ある劣化が生じ
る。図５（ｂ）は、このような劣化の典型例を示すもの
であり、半導体チップ４１との接触面に凹凸が生じるこ
とにより劣化する。
ップ接続を、ボンディングツール４４を用いて繰り返し
行うと、ボンディングツール４４には、ある劣化が生じ
る。図５（ｂ）は、このような劣化の典型例を示すもの
であり、半導体チップ４１との接触面に凹凸が生じるこ
とにより劣化する。
【０００６】凹凸の深さは、ボンディングの回数により
増加するが、この深さが０．０５μｍないし０．１μｍ
程度に達したときまたは達していると想定されるとき、
ボンディングツール４４の表面を研磨するかボンディン
グツールそのものを交換するかを行う。このような研磨
ないし交換をしないでボンディングを継続すると凸部が
支点となってボンディング加圧時に半導体チップ４１が
割れるなどの不良が生じやすくなるからである。
増加するが、この深さが０．０５μｍないし０．１μｍ
程度に達したときまたは達していると想定されるとき、
ボンディングツール４４の表面を研磨するかボンディン
グツールそのものを交換するかを行う。このような研磨
ないし交換をしないでボンディングを継続すると凸部が
支点となってボンディング加圧時に半導体チップ４１が
割れるなどの不良が生じやすくなるからである。
【０００７】このボンディングツール４４の表面に生じ
る凹凸は、解析の結果、半導体チップ４１の裏面が削れ
てその脱離物４７が徐々に堆積することにより生じてい
るものであることが判明している。このように、現状の
ボンディングツールでは、その寿命にひとつの限界があ
り、交換ないし研磨を必要とすることで半導体チップ実
装体の生産性低下の原因となっている。
る凹凸は、解析の結果、半導体チップ４１の裏面が削れ
てその脱離物４７が徐々に堆積することにより生じてい
るものであることが判明している。このように、現状の
ボンディングツールでは、その寿命にひとつの限界があ
り、交換ないし研磨を必要とすることで半導体チップ実
装体の生産性低下の原因となっている。
【０００８】本発明は、上記した事情を考慮してなされ
たもので、半導体チップを基板にボンディング接続する
ことによって得られる半導体チップ実装体の製造方法、
およびこの製造に用いられるボンディングツールにおい
て、ボンディングの生産性を向上することが可能な半導
体チップ実装体の製造方法、ボンディングツールを提供
することを目的とする。
たもので、半導体チップを基板にボンディング接続する
ことによって得られる半導体チップ実装体の製造方法、
およびこの製造に用いられるボンディングツールにおい
て、ボンディングの生産性を向上することが可能な半導
体チップ実装体の製造方法、ボンディングツールを提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る半導体チップ実装体の製造方法は、基
板上の導電体と半導体チップ上の導電体との間に金属バ
ンプがはさまれるように前記基板と前記半導体チップと
を配置する第１の工程と、前記半導体チップ上の前記導
電体が存在する第１の面とは反対の前記半導体チップの
第２の面に、前記第２の面の硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値以下のビッカース硬さの面を有するボンディン
グツールを接触させる第２の工程と、前記ボンディング
ツールを前記基板方向に加圧しかつ前記ボンディングツ
ールから超音波を発することにより前記基板と前記半導
体チップとを電気的および機械的に接続する第３の工程
とを有することを特徴とする。
め、本発明に係る半導体チップ実装体の製造方法は、基
板上の導電体と半導体チップ上の導電体との間に金属バ
ンプがはさまれるように前記基板と前記半導体チップと
を配置する第１の工程と、前記半導体チップ上の前記導
電体が存在する第１の面とは反対の前記半導体チップの
第２の面に、前記第２の面の硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値以下のビッカース硬さの面を有するボンディン
グツールを接触させる第２の工程と、前記ボンディング
ツールを前記基板方向に加圧しかつ前記ボンディングツ
ールから超音波を発することにより前記基板と前記半導
体チップとを電気的および機械的に接続する第３の工程
とを有することを特徴とする。
【００１０】すなわち、本発明では、半導体チップとボ
ンディング時に接触するボンディングツールの面の硬さ
を指定し、その硬さを半導体チップの硬さと同等ないし
ほぼ１．７倍の値のビッカース硬さのものとする。この
ように表面硬さが指定されたボンディングツールによれ
ば、半導体チップの裏面が削られて離脱物がボンディン
グツール表面に堆積する程度が小さくなる。また、ボン
ディングツールの面が必要以上に軟らかくもないため、
逆にボンディングツールが削られて表面に凹凸が生じる
程度も小さい。
ンディング時に接触するボンディングツールの面の硬さ
を指定し、その硬さを半導体チップの硬さと同等ないし
ほぼ１．７倍の値のビッカース硬さのものとする。この
ように表面硬さが指定されたボンディングツールによれ
ば、半導体チップの裏面が削られて離脱物がボンディン
グツール表面に堆積する程度が小さくなる。また、ボン
ディングツールの面が必要以上に軟らかくもないため、
逆にボンディングツールが削られて表面に凹凸が生じる
程度も小さい。
【００１１】したがって、ボンディングツールの研磨な
いし交換なしにボンディングできる回数を増加させるこ
とができる。よって、ボンディングの生産性を向上する
ことが可能になる。
いし交換なしにボンディングできる回数を増加させるこ
とができる。よって、ボンディングの生産性を向上する
ことが可能になる。
【００１２】なお、基板は、それ自体が導電体であって
もよい。これには、例えば、リードフレームを挙げるこ
とができる。
もよい。これには、例えば、リードフレームを挙げるこ
とができる。
【００１３】また、本発明に係るボンディングツール
は、被接続体との接触面と、前記接触面に超音波を供給
する超音波発生部とを有し、前記接触面が６００ないし
１２００の範囲のビッカース硬さであることを特徴とす
る。
は、被接続体との接触面と、前記接触面に超音波を供給
する超音波発生部とを有し、前記接触面が６００ないし
１２００の範囲のビッカース硬さであることを特徴とす
る。
【００１４】すなわち、ボンディングツールの被接続体
との接触面の硬さを６００ないし１２００の範囲のビッ
カース硬さに限定する。この範囲は、ＧａＡｓ半導体チ
ップの表面硬さと同等ないしほぼ１．７倍の値のビッカ
ース硬さであり、ＧａＡｓ半導体チップをフリップチッ
プ接続する場合に、その研磨ないし交換の頻度を小さく
することができる。したがって、そのボンディングの生
産性を向上することが可能になる。
との接触面の硬さを６００ないし１２００の範囲のビッ
カース硬さに限定する。この範囲は、ＧａＡｓ半導体チ
ップの表面硬さと同等ないしほぼ１．７倍の値のビッカ
ース硬さであり、ＧａＡｓ半導体チップをフリップチッ
プ接続する場合に、その研磨ないし交換の頻度を小さく
することができる。したがって、そのボンディングの生
産性を向上することが可能になる。
【００１５】なお、ここで被接続体とはボンディングが
施されるものいい、例えば、半導体チップ、リードフレ
ームをも含む基板などである。
施されるものいい、例えば、半導体チップ、リードフレ
ームをも含む基板などである。
【００１６】また、ビッカース硬さとは、ＪＩＳ Ｚ
２２４４に規定される試験法により計測される硬さをい
い、試験加重と永久くぼみ表面積とから算出される値で
ある。
２２４４に規定される試験法により計測される硬さをい
い、試験加重と永久くぼみ表面積とから算出される値で
ある。
【００１７】また、本発明は、ボンディングツールの被
接続体との接触面の硬さを９００ないし１７００の範囲
のビッカース硬さに限定することもできる。この範囲
は、Ｓｉ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さであり、Ｓｉ半導体チップを
フリップチップ接続する場合に、その研磨ないし交換の
頻度を小さくすることができる。したがって、そのボン
ディングの生産性を向上することが可能になる。
接続体との接触面の硬さを９００ないし１７００の範囲
のビッカース硬さに限定することもできる。この範囲
は、Ｓｉ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さであり、Ｓｉ半導体チップを
フリップチップ接続する場合に、その研磨ないし交換の
頻度を小さくすることができる。したがって、そのボン
ディングの生産性を向上することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１、第２、および第３の
工程は、前記半導体チップがＧａＡｓ基板のチップであ
り、前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有す
る前記面の硬さが、６００ないし１２００の範囲のビッ
カース硬さである。
て、請求項１において、前記第１、第２、および第３の
工程は、前記半導体チップがＧａＡｓ基板のチップであ
り、前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有す
る前記面の硬さが、６００ないし１２００の範囲のビッ
カース硬さである。
【００１９】これは、上述のように、この範囲の硬さが
ＧａＡｓ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さだからであり、ＧａＡｓ半導
体チップのフリップチップ接続に適するからである。
ＧａＡｓ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．
７倍の値のビッカース硬さだからであり、ＧａＡｓ半導
体チップのフリップチップ接続に適するからである。
【００２０】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１、第２、および第３の
工程は、前記半導体チップがＳｉ基板のチップであり、
前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有する前
記面の硬さが、９００ないし１７００の範囲のビッカー
ス硬さである。
て、請求項１において、前記第１、第２、および第３の
工程は、前記半導体チップがＳｉ基板のチップであり、
前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有する前
記面の硬さが、９００ないし１７００の範囲のビッカー
ス硬さである。
【００２１】これは、上述のように、この範囲の硬さが
Ｓｉ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．７倍
の値のビッカース硬さだからであり、Ｓｉ半導体チップ
のフリップチップ接続に適するからである。
Ｓｉ半導体チップの表面硬さと同等ないしほぼ１．７倍
の値のビッカース硬さだからであり、Ｓｉ半導体チップ
のフリップチップ接続に適するからである。
【００２２】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第２の工程は、前記ボンデ
ィングツールの前記面を構成する材料が超硬合金であ
る。
て、請求項１において、前記第２の工程は、前記ボンデ
ィングツールの前記面を構成する材料が超硬合金であ
る。
【００２３】超硬合金によれば、ビッカース硬さの指定
されたボンディングツール面を形成することが容易であ
る。例えば、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金であれば、Ｃｏの
含有率が少なく、また、炭化物ＷＣの粒径が小さいほど
硬度が大きくなる。また、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ
系の超硬合金であれば、Ｃｏの含有率が小さく、また、
ＴｉＣの含有率が多いほど硬度が大きくなる。
されたボンディングツール面を形成することが容易であ
る。例えば、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金であれば、Ｃｏの
含有率が少なく、また、炭化物ＷＣの粒径が小さいほど
硬度が大きくなる。また、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ
系の超硬合金であれば、Ｃｏの含有率が小さく、また、
ＴｉＣの含有率が多いほど硬度が大きくなる。
【００２４】なお、超硬合金とは、金属炭化物粉末と金
属粉末を配合して圧縮成形ののち燒結して製造される合
金のことである。
属粉末を配合して圧縮成形ののち燒結して製造される合
金のことである。
【００２５】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第２の工程は、前記ボンデ
ィングツールの前記面の大きさが、前記半導体チップの
第２の面に内包される大きさである。
て、請求項１において、前記第２の工程は、前記ボンデ
ィングツールの前記面の大きさが、前記半導体チップの
第２の面に内包される大きさである。
【００２６】半導体チップの第２の面よりボンディング
ツールの接触面の方が大きいと、ボンディングツールの
接触面の周縁部付近が半導体チップのエッジで削られ段
差が生じ易くなる。この段差は、やはり、ボンディング
時の半導体チップの割れを引き起こす原因となり得るか
らである。
ツールの接触面の方が大きいと、ボンディングツールの
接触面の周縁部付近が半導体チップのエッジで削られ段
差が生じ易くなる。この段差は、やはり、ボンディング
時の半導体チップの割れを引き起こす原因となり得るか
らである。
【００２７】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記金属バ
ンプに、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、
Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、これらの一部を組成と
する合金、これらの一部を含有する化合物、これらの一
部からなる混合物、のうちのいずれかを適用することが
できる。
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記金属バ
ンプに、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、
Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、これらの一部を組成と
する合金、これらの一部を含有する化合物、これらの一
部からなる混合物、のうちのいずれかを適用することが
できる。
【００２８】金属バンプとしては、半導体チップのパッ
ド（接続電極）および基板のパッド（接続電極）と加圧
接合できるものである必要がある。これらの材料であれ
ば加圧接合に適するものとなり得る。
ド（接続電極）および基板のパッド（接続電極）と加圧
接合できるものである必要がある。これらの材料であれ
ば加圧接合に適するものとなり得る。
【００２９】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１および第３の工程は、
前記基板に、セラミック、樹脂、ガラスのうちのいずれ
かを適用することができる。
て、請求項１において、前記第１および第３の工程は、
前記基板に、セラミック、樹脂、ガラスのうちのいずれ
かを適用することができる。
【００３０】基板は、ボンディングツールと直接接触す
ることがないので、種々のものを用いることができる。
セラミックには、窒化アルミニウムなどを例示すること
ができる。樹脂には、例えばポリイミドのようなフレキ
シブルな材料、ガラスエポキシ樹脂のようなリジッドな
材料いずれも用いることができる。ガラスは、例えば液
晶表示装置用の基板として用いることができる。
ることがないので、種々のものを用いることができる。
セラミックには、窒化アルミニウムなどを例示すること
ができる。樹脂には、例えばポリイミドのようなフレキ
シブルな材料、ガラスエポキシ樹脂のようなリジッドな
材料いずれも用いることができる。ガラスは、例えば液
晶表示装置用の基板として用いることができる。
【００３１】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記基板上
の前記導電体の表面が、Ａｕを有し、前記第１および第
２の工程は、前記半導体チップ上の前記導電体の表面が
Ａｕを有する。
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記基板上
の前記導電体の表面が、Ａｕを有し、前記第１および第
２の工程は、前記半導体チップ上の前記導電体の表面が
Ａｕを有する。
【００３２】ボンディング技術として最も一般的な金ボ
ンディングを適用するものである。
ンディングを適用するものである。
【００３３】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記金属バ
ンプの存在する線密度が、１ｍｍ当り５個ないし２０個
である。すなわち、本発明は狭ピッチの接続電極同士の
接続にも適用できる。
て、請求項１において、前記第１の工程は、前記金属バ
ンプの存在する線密度が、１ｍｍ当り５個ないし２０個
である。すなわち、本発明は狭ピッチの接続電極同士の
接続にも適用できる。
【００３４】また、本発明の好ましい実施の形態とし
て、請求項１０または１１において、ボンディングツー
ルの半導体チップとの接触面を構成する材料は超硬合金
である。この理由はすでに述べた通りである。
て、請求項１０または１１において、ボンディングツー
ルの半導体チップとの接触面を構成する材料は超硬合金
である。この理由はすでに述べた通りである。
【００３５】以下、本発明の実施形態を図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
【００３６】図１は、本発明の一実施形態を説明する図
である。同図（ａ）は、半導体チップ１１の機能面を示
す平面図である。半導体チップ１１には、外部との接続
のためパッド（半導体チップ上の導電体に相当する。）
１２が形成されている。パッド１２は、例えば２層の金
属で形成され、その下層がバリア金属としてＮｉ、上層
がボンディング金属としてのＡｕである。同図（ｂ）
は、図１（ａ）におけるＡ１−Ａ２に沿う断面図であ
る。
である。同図（ａ）は、半導体チップ１１の機能面を示
す平面図である。半導体チップ１１には、外部との接続
のためパッド（半導体チップ上の導電体に相当する。）
１２が形成されている。パッド１２は、例えば２層の金
属で形成され、その下層がバリア金属としてＮｉ、上層
がボンディング金属としてのＡｕである。同図（ｂ）
は、図１（ａ）におけるＡ１−Ａ２に沿う断面図であ
る。
【００３７】半導体チップ１１の各パッド１２上には、
図１（ｃ）に示すように、ボールバンプボンダ１７によ
り金属バンプ１３が形成される。なお、この金属バンプ
１３の形成は、ダイシング前のウエハの状態の半導体チ
ップに施すようにしてもよい。この場合は、各パッド１
２への金属バンプ１３の形成を終えたあとダイシングす
る。
図１（ｃ）に示すように、ボールバンプボンダ１７によ
り金属バンプ１３が形成される。なお、この金属バンプ
１３の形成は、ダイシング前のウエハの状態の半導体チ
ップに施すようにしてもよい。この場合は、各パッド１
２への金属バンプ１３の形成を終えたあとダイシングす
る。
【００３８】金属バンプ１３が形成されかつダイシング
されている半導体チップ１１は、図１（ｄ）に示すよう
に、その背面をボンディングツール１４により面接触さ
れて基板１５上に配置され、このとき基板１５の接続ラ
ンド（基板上の導電体に相当する。）１６それぞれと半
導体チップ１１の各金属バンプ１３とが接触する。ここ
で、ボンディングツール１４が半導体チップ１１の背面
への付着を維持し図１（ｄ）に示すような配置に移行す
るためには、ボンディングツール１４の半導体チップ１
１との接触面においてバキューム吸着を利用することが
できる。
されている半導体チップ１１は、図１（ｄ）に示すよう
に、その背面をボンディングツール１４により面接触さ
れて基板１５上に配置され、このとき基板１５の接続ラ
ンド（基板上の導電体に相当する。）１６それぞれと半
導体チップ１１の各金属バンプ１３とが接触する。ここ
で、ボンディングツール１４が半導体チップ１１の背面
への付着を維持し図１（ｄ）に示すような配置に移行す
るためには、ボンディングツール１４の半導体チップ１
１との接触面においてバキューム吸着を利用することが
できる。
【００３９】図１（ｄ）に示す配置においてボンディン
グツール１４を基板１５方向に加圧し、かつ、横方向に
超音波を印加する。これにより、半導体チップ１１は、
基板１５にフリップチップ接続される。ここでボンディ
ングツール１４の半導体チップ１１との接触面の大きさ
は、上記のように半導体チップ１１の背面の大きさに内
包される大きさとする方が好都合である。
グツール１４を基板１５方向に加圧し、かつ、横方向に
超音波を印加する。これにより、半導体チップ１１は、
基板１５にフリップチップ接続される。ここでボンディ
ングツール１４の半導体チップ１１との接触面の大きさ
は、上記のように半導体チップ１１の背面の大きさに内
包される大きさとする方が好都合である。
【００４０】なお、以上の実施形態では、半導体チップ
１１のパッド１２上に金属バンプ１３をあらかじめ形成
してから、半導体チップ１１を基板１５にフリップチッ
プ接続するようにしたが、基板１１の接続ランド１６上
に金属バンプをあらかじめ形成してから、金属バンプの
形成されていない半導体チップ１１を基板１５にフリッ
プチップ接続してもよい。
１１のパッド１２上に金属バンプ１３をあらかじめ形成
してから、半導体チップ１１を基板１５にフリップチッ
プ接続するようにしたが、基板１１の接続ランド１６上
に金属バンプをあらかじめ形成してから、金属バンプの
形成されていない半導体チップ１１を基板１５にフリッ
プチップ接続してもよい。
【００４１】
【実施例】以下、実施例を説明する。３インチ径のＧａ
Ａｓウエハであって、チップサイズ１ｍｍ角のデバイス
が多数作り込まれたものを用意した。各チップには、１
００μｍ角のＡｕパッドが１３箇所形成されている。ウ
エハの状態において、Ａｕボールバンプをこのパッド上
に形成した。
Ａｓウエハであって、チップサイズ１ｍｍ角のデバイス
が多数作り込まれたものを用意した。各チップには、１
００μｍ角のＡｕパッドが１３箇所形成されている。ウ
エハの状態において、Ａｕボールバンプをこのパッド上
に形成した。
【００４２】Ａｕボールバンプを形成した後、ダイシン
グし１ｍｍ角のチップを得、このチップを用いて、Ａｕ
表面の接続ランドを有するアルミナ基板と超音波フリッ
プチップ接続を行った。ここで、ボンディングツールの
接触面の大きさは０．９ｍｍ角としてチップより小さく
し、またその材質には超硬合金を用いて、半導体チップ
との接触面のビッカース硬さを種々変化させたものを用
意した。
グし１ｍｍ角のチップを得、このチップを用いて、Ａｕ
表面の接続ランドを有するアルミナ基板と超音波フリッ
プチップ接続を行った。ここで、ボンディングツールの
接触面の大きさは０．９ｍｍ角としてチップより小さく
し、またその材質には超硬合金を用いて、半導体チップ
との接触面のビッカース硬さを種々変化させたものを用
意した。
【００４３】ビッカース硬さが制御された超硬合金とし
ては、ＷＣ−Ｃｏ系（タングステン炭化物−コバルト）
のものを用いた。ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金では、Ｃｏの含
有率が小さく、また、炭化物の粒径が小さいほど硬くな
る。例えば、ビッカース硬さを９５０にするには、Ｃｏ
を２５％、ＷＣを７５％とし、平均粒径を５μｍとして
混合し生成する。また、ビッカース硬さを１３００にす
る場合は、Ｃｏを１１％、ＷＣを８９％として、粒径を
３〜５μｍとして混合して生成する。
ては、ＷＣ−Ｃｏ系（タングステン炭化物−コバルト）
のものを用いた。ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金では、Ｃｏの含
有率が小さく、また、炭化物の粒径が小さいほど硬くな
る。例えば、ビッカース硬さを９５０にするには、Ｃｏ
を２５％、ＷＣを７５％とし、平均粒径を５μｍとして
混合し生成する。また、ビッカース硬さを１３００にす
る場合は、Ｃｏを１１％、ＷＣを８９％として、粒径を
３〜５μｍとして混合して生成する。
【００４４】なお、ＷＣ−Ｃｏ系の他にも、ＷＣ−Ｔｉ
Ｃ−ＴａＣ−Ｃｏ系やＷＣ−ＴｉＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系の
ものを用いることもできる。これらのものでは、Ｃｏの
含有率が小さく、また、ＴｉＣの含有率が大きいほど硬
くなる。例えば、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系では、
ＷＣを５９％、ＴｉＣを７％、ＴａＣを２２％、Ｃｏを
１２％とするとビッカース硬さは約１３００になる。
Ｃ−ＴａＣ−Ｃｏ系やＷＣ−ＴｉＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系の
ものを用いることもできる。これらのものでは、Ｃｏの
含有率が小さく、また、ＴｉＣの含有率が大きいほど硬
くなる。例えば、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系では、
ＷＣを５９％、ＴｉＣを７％、ＴａＣを２２％、Ｃｏを
１２％とするとビッカース硬さは約１３００になる。
【００４５】超音波フリップチップ接続の実装条件は、
バンプ当り加重０．８８Ｎ、超音波強度１Ｗ、超音波周
波数６０ｋＨｚ、超音波印加時間０．５ｓ、温度２００
度とした。これにより製造された実装体を試験した結
果、せん断方向に対しての強度（ダイシア強度）がバン
プ当り０．８Ｎ以上であり十分な強度が得られた。−６
５度／１５０度、１０００サイクルの温度サイクル試験
においても問題となる不良発生がなかった。
バンプ当り加重０．８８Ｎ、超音波強度１Ｗ、超音波周
波数６０ｋＨｚ、超音波印加時間０．５ｓ、温度２００
度とした。これにより製造された実装体を試験した結
果、せん断方向に対しての強度（ダイシア強度）がバン
プ当り０．８Ｎ以上であり十分な強度が得られた。−６
５度／１５０度、１０００サイクルの温度サイクル試験
においても問題となる不良発生がなかった。
【００４６】図２は、ボンディングツールのビッカース
硬さを種々変えたときの、その半導体チップとの接触面
に生じる半導体の離脱物の付着量を測定した結果を示す
グラフである。それぞれ実装回数は９０００回である。
この付着量の測定には表面粗さ計を用いた。
硬さを種々変えたときの、その半導体チップとの接触面
に生じる半導体の離脱物の付着量を測定した結果を示す
グラフである。それぞれ実装回数は９０００回である。
この付着量の測定には表面粗さ計を用いた。
【００４７】同図に示すように、ビッカース硬さが１２
００程度より小さい場合には、付着量はごく小さいこと
が分かった。この程度の小ささであれば、その凹凸が原
因として生じるフリップチップ実装時の半導体チップの
割れは起こらないことは経験的に知見されている。した
がって、上限としてビッカース硬さが１２００程度以下
にすることがＧａＡｓチップ用のボンディングツールと
して適切であると結論づけられる。なお、ＧａＡｓチッ
プのビッカース硬さは約７００であり、この数値との関
係で言うと約１．７倍である。
００程度より小さい場合には、付着量はごく小さいこと
が分かった。この程度の小ささであれば、その凹凸が原
因として生じるフリップチップ実装時の半導体チップの
割れは起こらないことは経験的に知見されている。した
がって、上限としてビッカース硬さが１２００程度以下
にすることがＧａＡｓチップ用のボンディングツールと
して適切であると結論づけられる。なお、ＧａＡｓチッ
プのビッカース硬さは約７００であり、この数値との関
係で言うと約１．７倍である。
【００４８】すなわち、定性的にはボンディングツール
を半導体チップよりやや硬めにするのが最も望ましく、
これは、ボンディングツールは何度も繰り返し加圧され
るところ、半導体チップは一つについて１度のみの加圧
であることに起因するものと考えられる。
を半導体チップよりやや硬めにするのが最も望ましく、
これは、ボンディングツールは何度も繰り返し加圧され
るところ、半導体チップは一つについて１度のみの加圧
であることに起因するものと考えられる。
【００４９】次に、もう一つの実施例について説明す
る。６インチ径のＳｉウエハであって、チップサイズ１
ｍｍ角のデバイスが多数作り込まれたものを用意した。
各チップには、１００μｍ角のＡｌパッドが１３箇所形
成されている。ウエハの状態において、Ａｕボールバン
プをパッド上に形成した。ダイシングおよびフリップ接
続工程については、ボンディングツールのビッカース硬
さを除き、上記の例と同様である。
る。６インチ径のＳｉウエハであって、チップサイズ１
ｍｍ角のデバイスが多数作り込まれたものを用意した。
各チップには、１００μｍ角のＡｌパッドが１３箇所形
成されている。ウエハの状態において、Ａｕボールバン
プをパッド上に形成した。ダイシングおよびフリップ接
続工程については、ボンディングツールのビッカース硬
さを除き、上記の例と同様である。
【００５０】これにより製造された実装体を試験した結
果、せん断方向に対しての強度がバンプ当り０．８Ｎ以
上であり十分な強度が得られた。−６５度／１５０度、
１０００サイクルの温度サイクル試験においても問題と
なる不良発生がなかった。
果、せん断方向に対しての強度がバンプ当り０．８Ｎ以
上であり十分な強度が得られた。−６５度／１５０度、
１０００サイクルの温度サイクル試験においても問題と
なる不良発生がなかった。
【００５１】図３は、ボンディングツールのビッカース
硬さを種々変えたときの、その半導体チップとの接触面
に生じる半導体の離脱物の付着量を測定した結果を示す
グラフである。それぞれ実装回数は９０００回である。
この付着量の測定には表面粗さ計を用いた。
硬さを種々変えたときの、その半導体チップとの接触面
に生じる半導体の離脱物の付着量を測定した結果を示す
グラフである。それぞれ実装回数は９０００回である。
この付着量の測定には表面粗さ計を用いた。
【００５２】同図に示すように、この場合、ビッカース
硬さが１７００程度より小さい場合には、付着量はごく
小さいことが分かった。この程度の小ささであれば、そ
の凹凸が原因として生じるフリップチップ実装時の半導
体チップの割れは起こらないことは経験的に知見されて
いる。したがって、上限としてビッカース硬さが１７０
０程度以下にすることがＳｉチップ用のボンディングツ
ールとして適切であると結論づけられる。なお、Ｓｉチ
ップのビッカース硬さは約１０００であり、この数値と
の関係で言うとやはり上限は半導体チップのビッカース
硬さの約１．７倍となっている。
硬さが１７００程度より小さい場合には、付着量はごく
小さいことが分かった。この程度の小ささであれば、そ
の凹凸が原因として生じるフリップチップ実装時の半導
体チップの割れは起こらないことは経験的に知見されて
いる。したがって、上限としてビッカース硬さが１７０
０程度以下にすることがＳｉチップ用のボンディングツ
ールとして適切であると結論づけられる。なお、Ｓｉチ
ップのビッカース硬さは約１０００であり、この数値と
の関係で言うとやはり上限は半導体チップのビッカース
硬さの約１．７倍となっている。
【００５３】次に、上記２つの実施例のうち前者におい
てボンディングツールのビッカース硬さを種々変えたと
きの耐久実装回数を調べた結果について説明する。図４
は、ボンディングツールのビッカース硬さを種々変えた
ときの耐久実装回数を調べた結果を示すグラフである。
ここで、耐久実装回数は、ボンディングツールの半導体
チップとの接触面に最大０．１μｍの凹凸が生じたとき
の回数である。凹凸は表面粗さ計を用いて測定した。ま
た、図４において、ビッカース硬さ６００〜１２００に
ついては、９０００回実装においても上記の大きさの凹
凸は生じず、それ以上の試行はしていないことを示して
いる。
てボンディングツールのビッカース硬さを種々変えたと
きの耐久実装回数を調べた結果について説明する。図４
は、ボンディングツールのビッカース硬さを種々変えた
ときの耐久実装回数を調べた結果を示すグラフである。
ここで、耐久実装回数は、ボンディングツールの半導体
チップとの接触面に最大０．１μｍの凹凸が生じたとき
の回数である。凹凸は表面粗さ計を用いて測定した。ま
た、図４において、ビッカース硬さ６００〜１２００に
ついては、９０００回実装においても上記の大きさの凹
凸は生じず、それ以上の試行はしていないことを示して
いる。
【００５４】図４に示すように、ビッカース硬さの上限
については、１２００程度まで良好に実装回数の高い水
準を維持していることがわかり、これは、図２に示した
結果とも符合する。すなわち、この上限近辺においては
ボンディングツールの接触面に生じた凹凸は半導体チッ
プの離脱物による付着物である。
については、１２００程度まで良好に実装回数の高い水
準を維持していることがわかり、これは、図２に示した
結果とも符合する。すなわち、この上限近辺においては
ボンディングツールの接触面に生じた凹凸は半導体チッ
プの離脱物による付着物である。
【００５５】また、ボンディングツールのビッカース硬
さが６００程度より小さい場合にも、その接触面に凹凸
が生じやすくなることが示される。これは、ＧａＡｓチ
ップのビッカース硬さが約７００であることから、逆に
ボンディングツールの方が半導体チップにより削られ、
表面が荒れたものと考えられる。すなわち、この結果か
ら、ボンディングツールとして、その生産性を向上する
ためには接触面の硬さの下限についても条件があり、そ
れは、ほぼ半導体チップと同程度のビッカース硬さ（こ
の場合は約６００以上のビッカース硬さ）であるという
ことである。
さが６００程度より小さい場合にも、その接触面に凹凸
が生じやすくなることが示される。これは、ＧａＡｓチ
ップのビッカース硬さが約７００であることから、逆に
ボンディングツールの方が半導体チップにより削られ、
表面が荒れたものと考えられる。すなわち、この結果か
ら、ボンディングツールとして、その生産性を向上する
ためには接触面の硬さの下限についても条件があり、そ
れは、ほぼ半導体チップと同程度のビッカース硬さ（こ
の場合は約６００以上のビッカース硬さ）であるという
ことである。
【００５６】なお、以上より、ボンディングツールのビ
ッカース硬さは、半導体チップのビッカース硬さに比し
てほぼ１．３倍程度（ここでは、ビッカース硬さ９００
程度）のときが高水準の耐久実装回数の中でも中央に位
置し最適であると言える。
ッカース硬さは、半導体チップのビッカース硬さに比し
てほぼ１．３倍程度（ここでは、ビッカース硬さ９００
程度）のときが高水準の耐久実装回数の中でも中央に位
置し最適であると言える。
【００５７】上記２つの実施例のうち後者においても同
様の測定を行えば同様の結果が得られるものと考えら
れ、この場合下限については約９００以上のビッカース
硬さであることが条件となる。
様の測定を行えば同様の結果が得られるものと考えら
れ、この場合下限については約９００以上のビッカース
硬さであることが条件となる。
【００５８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半導
体チップ実装体の製造方法によれば、半導体チップとボ
ンディング時に接触するボンディングツールの面の硬さ
を半導体チップの硬さと同等ないしほぼ１．７倍の値の
ビッカース硬さのものとすることにより、半導体チップ
の裏面が削られて離脱物がボンディングツール表面に堆
積する程度を小さくできる。また、ボンディングツール
の面が必要以上に軟らかくもないため、逆にボンディン
グツールが削られて表面に凹凸が生じる程度も小さい。
したがって、ボンディングツールの研磨ないし交換なし
にボンディングできる回数を増加させることができ、よ
って、ボンディングの生産性を向上することが可能にな
る。
体チップ実装体の製造方法によれば、半導体チップとボ
ンディング時に接触するボンディングツールの面の硬さ
を半導体チップの硬さと同等ないしほぼ１．７倍の値の
ビッカース硬さのものとすることにより、半導体チップ
の裏面が削られて離脱物がボンディングツール表面に堆
積する程度を小さくできる。また、ボンディングツール
の面が必要以上に軟らかくもないため、逆にボンディン
グツールが削られて表面に凹凸が生じる程度も小さい。
したがって、ボンディングツールの研磨ないし交換なし
にボンディングできる回数を増加させることができ、よ
って、ボンディングの生産性を向上することが可能にな
る。
【００５９】また、本発明に係るボンディングツール
は、被接続体との接触面と、前記接触面に超音波を供給
する超音波発生部とを有し、前記接触面が６００ないし
１２００の範囲のビッカース硬さ、または、９００ない
し１７００のビッカース硬さ、すなわち、ＧａＡｓ半導
体チップの表面硬さ、またはＳｉ半導体チップの表面硬
さと同等ないしほぼ１．７倍の値のビッカース硬さであ
り、半導体チップの裏面を削る程度が小さく、かつボン
ディングツールが削られる程度も小さい。したがって、
ボンディングツールの研磨ないし交換の頻度を小さくす
ることができ、ボンディングの生産性を向上することが
可能になる。
は、被接続体との接触面と、前記接触面に超音波を供給
する超音波発生部とを有し、前記接触面が６００ないし
１２００の範囲のビッカース硬さ、または、９００ない
し１７００のビッカース硬さ、すなわち、ＧａＡｓ半導
体チップの表面硬さ、またはＳｉ半導体チップの表面硬
さと同等ないしほぼ１．７倍の値のビッカース硬さであ
り、半導体チップの裏面を削る程度が小さく、かつボン
ディングツールが削られる程度も小さい。したがって、
ボンディングツールの研磨ないし交換の頻度を小さくす
ることができ、ボンディングの生産性を向上することが
可能になる。
【図１】本発明の一実施形態を説明する図。
【図２】ボンディングツールのビッカース硬さを種々変
えたときの、その半導体チップとの接触面に生じる半導
体の離脱物の付着量を測定した結果を示すグラフ（半導
体チップはＧａＡｓ）。
えたときの、その半導体チップとの接触面に生じる半導
体の離脱物の付着量を測定した結果を示すグラフ（半導
体チップはＧａＡｓ）。
【図３】ボンディングツールのビッカース硬さを種々変
えたときの、その半導体チップとの接触面に生じる半導
体の離脱物の付着量を測定した結果を示すグラフ（半導
体チップはＳｉ）。
えたときの、その半導体チップとの接触面に生じる半導
体の離脱物の付着量を測定した結果を示すグラフ（半導
体チップはＳｉ）。
【図４】ボンディングツールのビッカース硬さを種々変
えたときの耐久実装回数を調べた結果を示すグラフ（半
導体チップはＧａＡｓ）。
えたときの耐久実装回数を調べた結果を示すグラフ（半
導体チップはＧａＡｓ）。
【図５】半導体チップをフリップチップ接続するための
ボンディングの態様を示す正面断面図（図５（ａ））、
およびボンディングツールの寿命にかかわるその劣化態
様を説明する図（図５（ｂ））。
ボンディングの態様を示す正面断面図（図５（ａ））、
およびボンディングツールの寿命にかかわるその劣化態
様を説明する図（図５（ｂ））。
１１…半導体チップ １２…パッド １３…金属バンプ
１４…ボンディングツール １５…基板 １６…接続
ランド １７…ボールバンプボンダ
１４…ボンディングツール １５…基板 １６…接続
ランド １７…ボールバンプボンダ
フロントページの続き (72)発明者 野邑 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 5F044 PP16
Claims (12)
- 【請求項１】 基板上の導電体と半導体チップ上の導電
体との間に金属バンプがはさまれるように前記基板と前
記半導体チップとを配置する第１の工程と、 前記半導体チップ上の前記導電体が存在する第１の面と
は反対の前記半導体チップの第２の面に、前記第２の面
の硬さと同等ないしほぼ１．７倍の値以下のビッカース
硬さの面を有するボンディングツールを接触させる第２
の工程と、 前記ボンディングツールを前記基板方向に加圧しかつ前
記ボンディングツールから超音波を発することにより前
記基板と前記半導体チップとを電気的および機械的に接
続する第３の工程とを有することを特徴とする半導体チ
ップ実装体の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１、第２、および第３の工程は、
前記半導体チップがＧａＡｓ基板のチップであり、 前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有する前
記面の硬さが、６００ないし１２００の範囲のビッカー
ス硬さであることを特徴とする請求項１記載の半導体チ
ップ実装体の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１、第２、および第３の工程は、
前記半導体チップがＳｉ基板のチップであり、 前記第２の工程は、前記ボンディングツールが有する前
記面の硬さが、９００ないし１７００の範囲のビッカー
ス硬さであることを特徴とする請求項１記載の半導体チ
ップ実装体の製造方法。 - 【請求項４】 前記第２の工程は、前記ボンディングツ
ールの前記面を構成する材料が超硬合金であることを特
徴とする請求項１記載の半導体チップ実装体の製造方
法。 - 【請求項５】 前記第２の工程は、前記ボンディングツ
ールの前記面の大きさが、前記半導体チップの第２の面
に内包される大きさであることを特徴とする請求項１記
載の半導体チップ実装体の製造方法。 - 【請求項６】 前記第１の工程は、前記金属バンプが、
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚ
ｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、これらの一部を組成とする合
金、これらの一部を含有する化合物、これらの一部から
なる混合物、のうちのいずれかであることを特徴とする
請求項１記載の半導体チップ実装体の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１および第３の工程は、前記基板
が、セラミック、樹脂、ガラスのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体チップ実装体の
製造方法。 - 【請求項８】 前記第１の工程は、前記基板上の前記導
電体の表面が、Ａｕを有し、前記第１および第２の工程
は、前記半導体チップ上の前記導電体の表面がＡｕを有
することを特徴とする請求項１記載の半導体チップ実装
体の製造方法。 - 【請求項９】 前記第１の工程は、前記金属バンプの存
在する線密度が、１ｍｍ当り５個ないし２０個であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体チップ実装体の製
造方法。 - 【請求項１０】 被接続体との接触面と、 前記接触面に超音波を供給する超音波発生部とを有し、 前記接触面のビッカース硬さが６００ないし１２００の
範囲であることを特徴とするボンディングツール。 - 【請求項１１】 被接続体との接触面と、 前記接触面に超音波を供給する超音波発生部とを有し、 前記接触面のビッカース硬さが９００ないし１７００の
範囲であることを特徴とするボンディングツール。 - 【請求項１２】 前記接触面を構成する材料が超硬合金
であることを特徴とする請求項１０または１１記載のボ
ンディングツール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359420A JP2002164384A (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体チップ実装体の製造方法、ボンディングツール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359420A JP2002164384A (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体チップ実装体の製造方法、ボンディングツール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002164384A true JP2002164384A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18831185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000359420A Pending JP2002164384A (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 半導体チップ実装体の製造方法、ボンディングツール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002164384A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6932262B2 (en) | 2002-07-25 | 2005-08-23 | Nec Electronics Corporation | Bonding method and bonding apparatus |
-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000359420A patent/JP2002164384A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6932262B2 (en) | 2002-07-25 | 2005-08-23 | Nec Electronics Corporation | Bonding method and bonding apparatus |
| US7370786B2 (en) | 2002-07-25 | 2008-05-13 | Nec Electronics Corporation | Bonding method and bonding apparatus |
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