JP2003133369A - Method and device for shaping metal bump - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属バンプの整形方
法及び金属バンプ整形装置に関するものであり、特に、
赤外線検出装置等の液体窒素温度で動作させるハイブリ
ッド型半導体装置における熱サイクルに起因する熱疲労
による断線或いはクロストークを防止するための接続導
体となる金属バンプの形状の整形方法に特徴のある金属
バンプの整形方法及び金属バンプ整形装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal bump shaping method and a metal bump shaping apparatus, and
A metal bump characterized by a method for shaping the shape of a metal bump to be a connection conductor for preventing disconnection or crosstalk due to thermal fatigue caused by thermal cycles in a hybrid semiconductor device operated at liquid nitrogen temperature such as an infrared detector And a metal bump shaping device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、10μm帯近傍の赤外線を検知す
る赤外線検出装置としては、Cd組成比が0.2近傍の
HgCdTe層に形成したpn接合ダイオードをフォト
ダイオードとしたものを用い、このフォトダイオードを
一次元アレイ状或いは二次元アレイ状に配置すると共
に、読出回路との電気的なコンタクトをとるために、赤
外線フォトダイオードアレイ基板及びSi信号処理回路
基板をIn等の金属のバンプで貼り合わせるFCB(フ
リップチップボンディング)構造が採用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an infrared detecting device for detecting infrared rays in the vicinity of 10 μm band, a pn junction diode formed in a HgCdTe layer having a Cd composition ratio of about 0.2 is used as a photodiode. Are arranged in a one-dimensional array or a two-dimensional array, and the infrared photodiode array substrate and the Si signal processing circuit substrate are bonded by bumps of metal such as In to make electrical contact with the readout circuit. (Flip chip bonding) structure is adopted.
【0003】ここで、図6を参照して従来の赤外線検出
装置を説明するが、図6(a)は赤外線フォトダイオー
ドアレイとSi信号処理回路基板(SiROIC:Si
Read−Out IC)とを貼り合わせた赤外線検
出装置の要部断面図であり、また、図6(b)は赤外線
検出装置の要部切断斜視図である。A conventional infrared detecting device will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 (a) shows an infrared photodiode array and a Si signal processing circuit board (SiROIC: Si).
FIG. 6B is a perspective view of a cutaway portion of the infrared detection device, and FIG. 6B is a perspective view of the cutaway portion of the infrared detection device.
【0004】図6(a)及び(b)参照
この従来の赤外線フォトダイオードアレイ51は、ま
ず、閉管チッピング法を用いて、Teリッチの融液中で
CdZnTe基板52上にノン・ドープのp型HgCd
Te層53を液相エピタキシャル成長させたのち、Hg
蒸気中における200〜400℃の温度での熱処理によ
り、Hg空孔をHg原子で埋めることによって、p型H
gCdTe層53の正孔濃度を0.5〜5×1016cm
-3に制御する。Referring to FIGS. 6 (a) and 6 (b), this conventional infrared photodiode array 51 first uses a non-doped p-type on a CdZnTe substrate 52 in a Te-rich melt by using a closed tube chipping method. HgCd
After the Te layer 53 is grown by liquid phase epitaxial growth, Hg
By heat treatment in steam at a temperature of 200 to 400 ° C. to fill Hg vacancies with Hg atoms, p-type H
The hole concentration of the gCdTe layer 53 is 0.5 to 5 × 10 16 cm
Control to -3 .
【0005】次いで、表面平坦化、及び、厚みの均一化
のために、アルミナ研磨を行なって、p型HgCdTe
層53の厚さを15〜25μmに制御したのち、Bイオ
ンを選択的にイオン注入してn+ 型領域54を形成して
フォトダイオードとする。Next, alumina polishing is performed to flatten the surface and make the thickness uniform, and then p-type HgCdTe is formed.
After controlling the thickness of the layer 53 to 15 to 25 μm, B ions are selectively ion-implanted to form an n + type region 54 to form a photodiode.
【0006】次いで、全面にZnS表面保護膜55を設
けたのち、N2 雰囲気中で100〜200℃の温度で1
時間程度のアニール処理を行い、イオン注入によって格
子位置から遊離したHg、即ち、Hg格子間原子をp型
HgCdTe層53中に拡散させる。Next, a ZnS surface protective film 55 is provided on the entire surface, and then the ZnS surface protective film 55 is formed in a N 2 atmosphere at a temperature of 100 to 200 ° C.
Annealing is performed for about a time to diffuse Hg liberated from the lattice position by ion implantation, that is, Hg interstitial atoms into the p-type HgCdTe layer 53.
【0007】次いで、ZnS表面保護膜55にコンタク
トホールを設けたのち、n+ 型領域54に対してはIn
コンタクト電極56を設け、p型HgCdTe層53の
サブコンタクト領域に対してはAuコンタクト電極57
を設ける。Next, after forming a contact hole in the ZnS surface protective film 55, In is applied to the n + type region 54.
A contact electrode 56 is provided, and an Au contact electrode 57 is provided for the sub-contact region of the p-type HgCdTe layer 53.
To provide.
【0008】次いで、水平シフトレジスタ62及び垂直
シフトレジスタ63等を設けたSi信号処理回路基板6
1の所定位置に設けたInバンプ58を利用して、赤外
線フォトダイオードアレイ51と室温において圧力によ
って冷間接続(コールドウエルド)させたのち、Inの
融点以上に加熱し溶融することによって両者を貼り合わ
せることによって赤外線検出装置が完成する。Next, the Si signal processing circuit board 6 provided with the horizontal shift register 62, the vertical shift register 63 and the like.
Using the In bump 58 provided at the predetermined position of No. 1, the infrared photodiode array 51 is cold connected by pressure at room temperature (cold weld), and then heated to a temperature higher than the melting point of In and melted to bond them. The infrared detector is completed by combining them.
【0009】そして、この赤外線検出装置の赤外線フォ
トダイオードアレイ51のCdZnTe基板52の裏面
側から10μm帯近傍の赤外線64を照射することによ
って、赤外線像を検知している。An infrared image is detected by irradiating infrared rays 64 in the vicinity of the 10 μm band from the back surface side of the CdZnTe substrate 52 of the infrared photodiode array 51 of this infrared detecting device.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様な10
μm帯近傍の赤外線を検知する赤外線検出装置において
は、保管温度が室温であり、一方、使用期間中温度が7
7K(液体窒素温度)近傍であるので、HgCdTeと
Siの熱膨張係数の差に起因する応力がバンプやチップ
に働く。[Problems to be Solved by the Invention]
In an infrared detector that detects infrared rays in the vicinity of the μm band, the storage temperature is room temperature, while the temperature during use is 7
Since the temperature is near 7K (liquid nitrogen temperature), stress due to the difference in thermal expansion coefficient between HgCdTe and Si acts on the bump or chip.
【0011】この場合、通常の方法でInバンプを溶融
整形すると、熱溶融の際に表面張力によって球形化し、
冷却時にもその形状を保って固化するのでInバンプが
図に示すようにバレル(樽)型になるが、バレル(樽)
型であると、応力はバンプの根元付近で最大となり、特
に、機械的強度の低いHgCdTeフォトダイオードの
特性に悪影響を及ぼす。例えば、作用する応力によっ
て、Inバンプが断線したり、横方向に変形して隣接す
るInバンプと接触し、信号電荷が混じるという問題が
発生する。In this case, if the In bump is melt-shaped by a usual method, it is spheroidized due to the surface tension during heat melting,
The In bump becomes a barrel type as shown in the figure because it solidifies while maintaining its shape even when cooled.
In the case of the type, the stress becomes maximum near the root of the bump, and particularly, the characteristics of the HgCdTe photodiode having low mechanical strength are adversely affected. For example, due to the stress acting, the In bump may be broken or may be laterally deformed to come into contact with the adjacent In bump, and the signal charge may be mixed.
【0012】即ち、このHgCdTeとSiの熱膨張係
数の差に起因する剪断歪みは、基板中央を0とした場
合、中央からの距離に比例して大きくなる放射状の分布
をしているため、この歪みが加わることによって基板の
周辺部におけるInバンプ58は横方向に大きく変形
し、甚だしい場合には断線に至ることになる。That is, the shear strain due to the difference between the thermal expansion coefficients of HgCdTe and Si has a radial distribution that increases in proportion to the distance from the center when the center of the substrate is 0. When the strain is applied, the In bump 58 in the peripheral portion of the substrate is largely deformed in the lateral direction, and in the extreme case, the wire breaks.
【0013】この様な問題を解決するためには、Inバ
ンプを高く、且つ、形状をカテノイド(鼓)型にして赤
外線フォトダイオードアレイに働く熱応力を低減すれば
良いが、実際にバンプ溶融温度で、バンプサイズと同等
の10数μmの微小な高さ制御を行うのは困難であると
いう問題がある。In order to solve such a problem, it is sufficient to make the In bump high and to make the shape thereof a catenoid shape so as to reduce the thermal stress acting on the infrared photodiode array. However, there is a problem in that it is difficult to perform a minute height control of 10 μm which is equivalent to the bump size.
【0014】例えば、貼合わせのための接合装置(フリ
ップチップボンダ)を用いてバンプ高さの制御を行う場
合、装置の構成部材は大部分が金属であり、HgCdT
eやSiの半導体に比べて一桁以上大きな熱膨張係数を
持つために、熱膨張に起因する装置の変位量が、制御す
べきバンプ高さの量と同等になってしまうという問題が
ある。For example, when the bump height is controlled using a bonding device for bonding (flip chip bonder), most of the components of the device are metal, and HgCdT is used.
Since it has a coefficient of thermal expansion larger than that of semiconductors of e and Si by one digit or more, there is a problem that the amount of displacement of the device due to thermal expansion becomes equal to the amount of bump height to be controlled.
【0015】また、接合後に改めて、Inバンプを溶融
して高さ制御を行うにしても、用いる治具の移動量をバ
ンプ高さと同等に制御しなければならず、困難さに変わ
りはない。Further, even if the In bump is melted and the height is controlled again after the joining, the movement amount of the jig to be used must be controlled to be equal to the bump height, and the difficulty remains unchanged.
【0016】一方、治具の移動量ではなく、荷重によっ
てバンプ引伸ばし量を制御する場合は、更に困難とな
る。即ち、Inバンプが伸び、かつ、ちぎれない荷重範
囲は非常に狭いためである。On the other hand, if the bump extension amount is controlled by the load instead of the jig movement amount, it becomes more difficult. That is, the In bump extends and the load range that does not break is very narrow.
【0017】したがって、本発明は、接続導体となる金
属バンプの形状を簡単な構成によって鼓型に整形するこ
とを目的とする。Therefore, it is an object of the present invention to shape the shape of a metal bump to be a connection conductor into a drum shape with a simple structure.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記の課題を解決するために、本発明においては、2つ
の半導体基板8,10を対向させて接合する金属バンプ
9の整形方法において、前記接合された2つの半導体基
板8,10を、基板の主面に垂直な方向に移動可能な治
具に固定し、金属バンプ9の溶融時に、半導体基板8,
10の一方を2つの半導体基板8,10の間隔が開く方
向に移動させるとともに、前記治具の移動量を制限する
ことによって前記金属バンプ9を引伸ばし、整形するこ
とを特徴とする。FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. In order to solve the above problems, in the present invention, in the method of shaping a metal bump 9 in which two semiconductor substrates 8 and 10 are opposed to each other and bonded, the two bonded semiconductor substrates 8 and 10 are bonded together. , Fixed to a jig that is movable in a direction perpendicular to the main surface of the substrate, and when the metal bumps 9 melt,
It is characterized in that one of the metal bumps 10 is moved in a direction in which the gap between the two semiconductor substrates 8 and 10 is opened and the movement amount of the jig is limited so that the metal bump 9 is stretched and shaped.
【0019】この様に金属バンプ9の溶融時に基板を移
動させるという簡単な工程により、半導体基板8,10
と治具を構成する部材、通常は、金属との熱膨張係数の
差もほとんど関係なく金属バンプ9の高さを精度良く一
定にすることができ、それによって赤外線検出装置等の
ハイブリッド型半導体装置の信頼性を向上することがで
きる。なお、この場合の半導体基板8の移動は、治具の
自重或いは治具を下方に押圧或いは牽引するバネ部材に
よって行えば良い。As described above, the semiconductor substrates 8 and 10 are formed by the simple process of moving the substrate when the metal bumps 9 are melted.
And the members constituting the jig, usually, the height of the metal bumps 9 can be accurately made constant regardless of the difference in the coefficient of thermal expansion from the metal, whereby a hybrid type semiconductor device such as an infrared detection device. The reliability of can be improved. In this case, the semiconductor substrate 8 may be moved by its own weight or a spring member that pushes or pulls the jig downward.
【0020】また、治具に金属バンプ7を形成したダミ
ー基板6を挟み込むことによって、溶融したダミー基板
6の金属バンプ7の高さ分だけ治具を精度良く移動させ
ることができる。この場合、溶融したバンプ金属の流出
を容易にする溝を設けることによって、金属バンプ9の
高さを精度良く制御することができる。Further, by sandwiching the dummy substrate 6 on which the metal bumps 7 are formed, it is possible to accurately move the jig by the height of the metal bumps 7 of the molten dummy substrate 6. In this case, the height of the metal bump 9 can be accurately controlled by providing a groove that facilitates the outflow of the molten bump metal.
【0021】また、本発明は、金属バンプ整形装置を、
一方の半導体基板8,10を保持する上部ブロック2と
金属バンプ7を形成したダミー基板6を保持・固定する
基底ブロック1、前記上部ブロック2と前記基底ブロッ
ク1との間隔を一定に保って固定するブロック支持部材
4、前記上部ブロック2と基底ブロック1との間に上下
に移動自在に挿入され、前記上部ブロック2に対向する
面に他方の半導体基板8を保持・固定する荷重ブロック
5とによって構成することを特徴とする。The present invention also provides a metal bump shaping device,
An upper block 2 for holding one of the semiconductor substrates 8 and 10 and a base block 1 for holding and fixing the dummy substrate 6 on which the metal bumps 7 are formed, and fixing the upper block 2 and the base block 1 at a constant interval. A block support member 4, and a load block 5 that is vertically movably inserted between the upper block 2 and the base block 1 and holds and fixes the other semiconductor substrate 8 on the surface facing the upper block 2. It is characterized in that it is configured.
【0022】なお、この場合の治具を構成する各部材の
熱膨張の影響を抑制するために、上部ブロック2、基底
ブロック1、ブロック支持部材4、及び、荷重ブロック
5の全てを熱膨張係数の等しい部材によって構成するこ
とが望ましい。なお、上部ブロック2における半導体基
板10の保持手段は、吸着穴3を利用した吸引手段によ
って構成することが、構成の簡素化の観点から望まし
い。In this case, in order to suppress the influence of thermal expansion of each member constituting the jig, all of the upper block 2, the base block 1, the block support member 4, and the load block 5 have a thermal expansion coefficient. It is desirable to use members having the same number. It is desirable that the holding means for holding the semiconductor substrate 10 in the upper block 2 is constituted by a suction means using the suction holes 3 from the viewpoint of simplifying the structure.
【0023】この場合、ブロック支持部材4に、荷重ブ
ロック5の突起部を上下に案内するガイド溝を設けるこ
とによって、対向する2つの半導体基板8,10の間隔
の面内分布をほぼ均一にすることができる。In this case, the block support member 4 is provided with a guide groove for vertically guiding the protrusion of the load block 5, so that the in-plane distribution of the distance between the two semiconductor substrates 8 and 10 facing each other is substantially uniform. be able to.
【0024】或いは、荷重ブロック5を、他方の半導体
基板8を保持固定する基板固定ブロックと、基板固定ブ
ロックとの対向面が凸状の曲面からなる平行度維持ブロ
ックとによって構成することによって、対向する2つの
半導体基板8,10の間隔の面内分布をほぼ均一にする
ことができる。Alternatively, the load block 5 is constituted by a substrate fixing block for holding and fixing the other semiconductor substrate 8 and a parallelism maintaining block whose opposing surface to the substrate fixing block is a convex curved surface. The in-plane distribution of the distance between the two semiconductor substrates 8 and 10 can be made substantially uniform.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図5を参照し
て、本発明の実施の形態の赤外線検出装置の製造工程を
説明する。
図2参照
まず、ステンレス製の基底ブロック11上にInバンプ
20を形成した厚さが、例えば、400μmのSiから
なるダミーチップ19を載置し、その上に上面が凸状の
曲面となっているステンレス製の平行度維持ブロック1
6をそっと乗せる。次いで、ステンレス製の筒状のブロ
ック支持部材14を被せ、側面をネジ15で基底ブロッ
ク11に固定する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, a manufacturing process of an infrared detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 2, first, a dummy chip 19 made of Si having a thickness of, for example, 400 μm in which the In bump 20 is formed on the base block 11 made of stainless steel is mounted, and the upper surface thereof has a convex curved surface. Stainless steel parallelism maintaining block 1
Place 6 gently. Then, a cylindrical block support member 14 made of stainless is covered, and the side surface is fixed to the base block 11 with a screw 15.
【0026】次いで、冷間接続によってInバンプ22
によって対向して接合されたSi信号処理回路チップ2
1及びHgCdTeフォトダイオードアレイチップ23
の内、Si信号処理回路チップ21を一対の固定用ツメ
部材18で保持・固定したチップ支持ブロック17を、
平行度維持ブロック16の上に衝撃を加えないように載
置する。この場合、チップ支持ブロック17を落し込ま
なくてもいいように、チップ支持ブロック17の上面に
はピンセット等が引っかかるような凹みを設けておくこ
とが望ましい。Then, the In bump 22 is formed by cold connection.
Si signal processing circuit chip 2 which is joined to face each other by
1 and HgCdTe photodiode array chip 23
Among them, the chip support block 17 in which the Si signal processing circuit chip 21 is held and fixed by the pair of fixing claw members 18,
It is placed on the parallelism maintaining block 16 so as not to give an impact. In this case, it is desirable to provide a recess on the upper surface of the chip support block 17 so that tweezers can be caught so that the chip support block 17 does not have to be dropped.
【0027】次いで、吸着穴13を有する上部ブロック
12をHgCdTeフォトダイオードアレイチップ23
上にそっと置いたのち、ネジ15でブロック支持部材1
4に固定し、次いで、吸着穴13を利用して吸引するこ
とによって、HgCdTeフォトダイオードアレイチッ
プ23を上部ブロック12に吸着させる。この場合、上
面が凸状の曲面からなる平行度維持ブロック16を用い
ているので、上部ブロック12の吸着面とHgCdTe
フォトダイオードアレイチップ23とを平行にすること
ができるので、確実に吸着することができる。Next, the upper block 12 having the suction holes 13 is formed on the HgCdTe photodiode array chip 23.
After gently placing it on the top of the block support member 1 with screws 15.
4, and then the HgCdTe photodiode array chip 23 is sucked onto the upper block 12 by sucking through the suction holes 13. In this case, since the parallelism maintaining block 16 whose upper surface is a convex curved surface is used, the adsorption surface of the upper block 12 and HgCdTe are
Since the photodiode array chip 23 and the photodiode array chip 23 can be parallel to each other, they can be surely adsorbed.
【0028】図3(a)参照
図3(a)は図2における赤外線検出装置を構成する各
チップの状態の説明図であり、HgCdTeフォトダイ
オードアレイチップ23は、CdZnTe基板24上に
設けたp型HgCdTe層25にフォトダイオードを構
成するn+ 型領域26が設けられ、ZnS膜からなる保
護膜27を利用してInからなるn側電極28が設けら
れており、CdZnTe基板24とp型HgCdTe層
25とを合わせた厚さは、例えば、500μmである。
なお、図示を省略しているが、p型HgCdTe層25
に対してもサブコンタクト領域においてAuからなるp
側電極が形成されている。See FIG. 3A. FIG. 3A is an explanatory view of the state of each chip constituting the infrared detection device in FIG. 2, and the HgCdTe photodiode array chip 23 is a p-type diode provided on a CdZnTe substrate 24. An n + type region 26 forming a photodiode is provided in the type HgCdTe layer 25, an n-side electrode 28 made of In is provided by using a protective film 27 made of a ZnS film, a CdZnTe substrate 24 and a p-type HgCdTe are provided. The combined thickness with the layer 25 is, for example, 500 μm.
Although not shown, the p-type HgCdTe layer 25
Also for p in the sub-contact region made of Au
A side electrode is formed.
【0029】一方、水平シフトレジスタ及び垂直レジス
タ等を形成した厚さが、例えば、400μmのSi信号
処理回路チップ21には、HgCdTeフォトダイオー
ドアレイチップ23のn側電極28及びp側電極(図示
を省略)に対向する位置に接続パッド(図示を省略)を
設け、この接続パッド上にリフトオフ法を用いてInバ
ンプ22が形成されて、Inバンプ22によって両チッ
プが冷間接続(コールドウエルド)されている。On the other hand, in the Si signal processing circuit chip 21 having a thickness of, for example, 400 μm in which the horizontal shift register and the vertical register are formed, the n-side electrode 28 and the p-side electrode (not shown) of the HgCdTe photodiode array chip 23 are formed. A connection pad (not shown) is provided at a position facing (not shown), an In bump 22 is formed on the connection pad by a lift-off method, and the In bump 22 cold-connects both chips (cold weld). ing.
【0030】図3(b)参照
図3(b)は、ダミーチップ19の状態を説明する要部
斜視図であり、厚さが、例えば、400μmのSiから
なるダミーチップ19の表面には、高さが、例えば、1
0μmのInバンプ22が設けられているとともに、I
nバンプ22の周囲にはInバンプ列に沿った平行な溝
29が設けられている。FIG. 3B is a perspective view of an essential part for explaining the state of the dummy chip 19. The surface of the dummy chip 19 made of Si having a thickness of, for example, 400 μm is Height is 1
In bumps 22 of 0 μm are provided and I
Around the n-bump 22, parallel grooves 29 are provided along the In-bump row.
【0031】図4参照
次いで、半導体チップをセットした治具を、例えば、V
PS(Vapor Phase Soldering)
装置に入れ、Inバンプ20,22の融点以上温度、例
えば、200℃に治具全体を均等に加熱し、Inバンプ
20,22を溶融させる。Next, referring to FIG. 4, the jig on which the semiconductor chip is set is, for example, V
PS (Vapor Phase Soldering)
The jig is put in an apparatus, and the entire jig is uniformly heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the In bumps 20 and 22, for example, 200 ° C. to melt the In bumps 20 and 22.
【0032】Inバンプ20,22が溶融するとチップ
支持ブロック17及び平行度維持ブロック16の自重に
よってダミーチップ19上に設けたInバンプ20が潰
される、その分だけチップ支持ブロック17及び平行度
維持ブロック16が下がるので、Inバンプ22は引伸
ばされる。When the In bumps 20 and 22 are melted, the In bump 20 provided on the dummy chip 19 is crushed by the weight of the chip support block 17 and the parallelism maintaining block 16, and the chip support block 17 and the parallelism maintaining block are correspondingly crushed. Since 16 is lowered, the In bump 22 is stretched.
【0033】この場合、ダミーチップ19の表面に溝2
9を設けているので、溶融したInは速やかに溝29中
に流れ込み、治具の移動量が正確にInバンプ20の高
さ分となる。In this case, the groove 2 is formed on the surface of the dummy chip 19.
Since 9 is provided, the melted In quickly flows into the groove 29, and the amount of movement of the jig is exactly the height of the In bump 20.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】この場合、各構成部材のサイズと熱膨張係
数は、表1に示す通りであるので、室温25℃とバンプ
溶融温度(200℃)での熱膨張による間隔の増加は約
2.0μmとなり、バンプ引伸ばし量のおよそ10μm
に対して小さな値となり、十分に制御可能となることが
分かる。In this case, since the size and the coefficient of thermal expansion of each constituent member are as shown in Table 1, the increase in the distance due to the thermal expansion at room temperature of 25 ° C. and bump melting temperature (200 ° C.) is about 2.0 μm. Therefore, the amount of bump extension is about 10 μm
It can be seen that the value becomes small and the control becomes sufficiently possible.
【0036】即ち、ダミーチップ19、Si信号処理回
路チップ21、及び、HgCdTeフォトダイオードア
レイチップ23の熱膨張による伸びは、約0.5μm
〔≒(200−25)×3.9×10-6×500+(2
00−25)×1.2×10-6×400×2〕となり、
一方、ブロック支持部材14のダミーチップ19、Si
信号処理回路チップ21、及び、HgCdTeフォトダ
イオードアレイチップ23に対応する部分の熱膨張によ
る伸びは、約2.5μm〔≒(200−25)×1.1
×10-5×(500+×400×2)〕となり、その差
は約0.5μmとなる。なお、治具は全てステンレス製
であるので、基底ブロック11、平行度維持ブロック1
6、チップ支持ブロック17、及び、上部ブロック12
の高さ方向の熱膨張は、同じステンレス製のブロック支
持部材14の対応する部分の熱膨張によって相殺され
る。That is, the expansion due to the thermal expansion of the dummy chip 19, the Si signal processing circuit chip 21, and the HgCdTe photodiode array chip 23 is about 0.5 μm.
[≈ (200-25) x 3.9 x 10 -6 x 500 + (2
00-25) x 1.2 x 10 -6 x 400 x 2],
On the other hand, the dummy chip 19 of the block support member 14, Si
The elongation of the signal processing circuit chip 21 and the portion corresponding to the HgCdTe photodiode array chip 23 due to thermal expansion is about 2.5 μm [≈ (200-25) × 1.1.
× 10 −5 × (500 + × 400 × 2)], and the difference is about 0.5 μm. Since all the jigs are made of stainless steel, the base block 11 and the parallelism maintaining block 1
6, chip support block 17, and upper block 12
The thermal expansion in the height direction is canceled by the thermal expansion of the corresponding portion of the block support member 14 made of the same stainless steel.
【0037】図5(a)参照
図5(a)は図4における赤外線検出装置を構成する各
チップの状態の説明図であり、Inバンプ22は約10
μm引き延ばされて、カテノイド(鼓)状となり、この
状態で冷却することによって、鼓状のInバンプ22と
することができる。FIG. 5A is an explanatory view of a state of each chip constituting the infrared detection device in FIG. 4, and the In bump 22 has about 10 parts.
It is extended by μm to form a catenoid (hand drum) shape, and by cooling in this state, the hourglass-shaped In bump 22 can be formed.
【0038】図5(b)参照
図5(b)は、ダミーチップ19の状態を説明する要部
斜視図であり、溶融した溶融In30はダミーチップ1
9に設けた溝29に流れ込み、ダミーチップ19の端部
から外部に流れ出す。FIG. 5B is a perspective view of a main part for explaining the state of the dummy chip 19, and the melted molten In 30 is the dummy chip 1.
9 flows into the groove 29 provided in the groove 9, and flows out from the end of the dummy chip 19 to the outside.
【0039】この様に、本発明の実施の形態において
は、筒状のブロック支持部材14にネジ止めされた基底
ブロック11及び上部ブロック12と、その間に挿入す
るチップ支持ブロック17及び平行度維持ブロック16
とからなる簡単な構成によって治具を構成しているの
で、必要とする高さのInバンプを設けたダミー基板を
挿入するだけで、Si信号処理回路チップ21とHgC
dTeフォトダイオードアレイチップ23とを接続する
Inバンプ22の形状を鼓状とすることができ、それに
よって、Inバンプ22の断線や、Inバンプ22同士
の接触によるクロストークを防止することができる。As described above, in the embodiment of the present invention, the base block 11 and the upper block 12 screwed to the cylindrical block support member 14, the tip support block 17 and the parallelism maintaining block inserted between them. 16
Since the jig is constituted by a simple structure consisting of, the Si signal processing circuit chip 21 and the HgC can be formed simply by inserting a dummy substrate provided with In bumps of a required height.
The shape of the In bump 22 connecting to the dTe photodiode array chip 23 can be made into a drum shape, which can prevent disconnection of the In bump 22 and crosstalk due to contact between the In bumps 22.
【0040】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるもの
ではなく、各種の変更が可能である。例えば、各実施の
形態の説明においては、ダミー基板をSiROICと同
じSiによって構成しているが、必ずしも同じ基板であ
る必要はなく、フォトダイオードアレイを構成するCd
ZnTeを用いても良いし、或いは、GaAs等のIII-
V族化合物半導体を用いても良いものであり、さらに
は、金属等によって形成しても良いものである。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications can be made. For example, in the description of each embodiment, the dummy substrate is made of the same Si as the SiROIC, but it is not necessarily the same substrate, and Cd that constitutes the photodiode array is not necessarily required.
ZnTe may be used, or GaAs or other III-
A group V compound semiconductor may be used, and further, it may be formed of a metal or the like.
【0041】また、上記の実施の形態においては、基底
ブロックと上部ブロックとの間に、平行度維持ブロック
とチップ支持ブロックの2つを挿入しているが、平行度
維持ブロックは、必ずしも必要がないものであり、平行
性に優れているならば、図1の原理的構成に示した様
に、チップ支持ブロックのみであっても良い。Further, in the above embodiment, the parallelism maintaining block and the chip supporting block are inserted between the base block and the upper block, but the parallelism maintaining block is not always necessary. If it has no parallelism and is excellent in parallelism, only the chip support block may be used as shown in the principle configuration of FIG.
【0042】また、上記の実施の形態においては、平行
度維持ブロックとチップ支持ブロックの移動は自重によ
る自然落下であるが、バネ部材を用いて移動させても良
いものである。例えば、基底ブロックとチップ支持ブロ
ックとの間に伸びたバネを設け、バネの牽引力によって
移動させても良い。或いは、上部ブロックとチップ支持
基板との間に圧縮したバネを設け、バネの押圧力で移動
させても良いものである。Further, in the above embodiment, the parallelism maintaining block and the chip supporting block are moved naturally by their own weight, but they may be moved by using a spring member. For example, a spring extending between the base block and the chip support block may be provided and the spring may be moved by the pulling force of the spring. Alternatively, a compressed spring may be provided between the upper block and the chip support substrate and moved by the pressing force of the spring.
【0043】また、上記の実施の形態においては、平行
度維持ブロックとチップ支持ブロックの移動は自然落下
であるが、チップ支持ブロックの周囲に部分的に突起を
設けるとともに、筒状のブロック支持部材に突起に対応
するガイド溝を設けても良く、それによって、平行度維
持ブロックとチップ支持ブロックの移動をスムーズに行
うことができ、さらには、組立時におけるチップ支持ブ
ロックの載置をスムーズに行うことができる。Further, in the above embodiment, the parallelism maintaining block and the chip support block are moved naturally, but a projection is partially provided around the chip support block and a cylindrical block support member is provided. A guide groove corresponding to the protrusion may be provided, so that the parallelism maintaining block and the chip supporting block can be smoothly moved, and furthermore, the chip supporting block can be smoothly placed during assembly. be able to.
【0044】また、上記の実施の形態においては、筒状
のブロック支持部材を用いているが、必ずしも筒状であ
る必要はなく、例えば、一対の平行平板部材で構成して
も良く、この場合にはブロック支持部材となる一対の平
行平板部材と基底ブロックとを一体構成し、横方向から
各ブロック或いは基板を挿入するようにしても良いもの
である。Further, in the above embodiment, the cylindrical block support member is used, but it is not always required to be cylindrical, and for example, a pair of parallel flat plate members may be used. Alternatively, a pair of parallel plate members serving as block supporting members and a base block may be integrally configured so that each block or substrate is inserted from the lateral direction.
【0045】また、上記の実施の形態においては、Si
ROICを固定用ツメ部材によって固定しているが、吸
着穴を設けて吸引によって固定・支持しても良いもので
ある。Further, in the above embodiment, Si
Although the ROIC is fixed by the fixing claw member, a suction hole may be provided to fix and support the ROIC by suction.
【0046】また、一般にSiROICの面積の方がH
gCdTeフォトダイオードアレイチップより大きいの
で、上記の実施の形態においては、上部ブロック側にH
gCdTeフォトダイオードアレイチップを固着させて
いるが、チップ支持ブロックにおいても吸引吸着を用い
る場合には、上部ブロック側にSiROICを固着して
も良いものである。Generally, the area of SiROIC is H
Since it is larger than the gCdTe photodiode array chip, in the above-described embodiment, H on the upper block side.
Although the gCdTe photodiode array chip is fixed, if the suction support is also used in the chip support block, the SiROIC may be fixed to the upper block side.
【0047】また、上記の実施の形態においては、ダミ
ー基板に設ける金属バンプをSiROICとHgCdT
eフォトダイオードアレイチップとを接合する金属バン
プと同じInによって形成しているが、必ずしも同じで
ある必要はなく、SiROICとHgCdTeフォトダ
イオードアレイチップとを接合する金属バンプより若干
融点の高い金属を用いても良く、それによって、Inバ
ンプが完全余裕してから半導体基板が治具とともに移動
するので、Inバンプが剥離することがない。Further, in the above-described embodiment, the metal bumps provided on the dummy substrate are formed by SiROIC and HgCdT.
Although the same metal bump as that used for joining the e photodiode array chip is formed of In, it is not necessarily the same, and a metal having a slightly higher melting point than that of the metal bump used for joining the SiROIC and the HgCdTe photodiode array chip is used. The semiconductor substrate moves together with the jig after the In bumps are completely left, so that the In bumps are not separated.
【0048】また、上記の実施の形態においては、チッ
プ段階において電極の整形を行っているが、ウェハ段階
で行っても良いものであり、その場合には、CdZnT
eウェハに設けるフォトダイオードアレイチップのピッ
チをSi基板に設ける信号処理回路チップのピッチと同
じにする必要がある。In the above embodiment, the electrodes are shaped at the chip stage, but they may be shaped at the wafer stage. In that case, CdZnT is used.
The pitch of the photodiode array chips provided on the e-wafer must be the same as the pitch of the signal processing circuit chips provided on the Si substrate.
【0049】また、上記の実施の形態においては熱サイ
クルによる熱疲労の大きな赤外線検出装置を例に説明し
ているが、本発明のボンディング方法は赤外線検出装置
に限られるものではなく、各種のフリップチップボンデ
ィングに適用されるものであり、対象となるハイブリッ
ド型の半導体装置が限定されるものではない。Further, in the above-mentioned embodiment, the infrared detecting device having a large thermal fatigue due to the thermal cycle is described as an example, but the bonding method of the present invention is not limited to the infrared detecting device and various flips are used. It is applied to chip bonding, and the target hybrid type semiconductor device is not limited.
【0050】ここで、再び、図1を参照して、本発明の
詳細な特徴を説明する。
図1参照
(付記1) 2つの半導体基板8,10を対向させて接
合する金属バンプ9の整形方法において、前記接合され
た2つの半導体基板8,10を、基板の主面に垂直な方
向に移動可能な治具に固定し、金属バンプ9の溶融時
に、半導体基板8,10の一方を2つの半導体基板8,
10の間隔が開く方向に移動させるとともに、前記治具
の移動量を制限することによって前記金属バンプ9を引
伸ばし、整形することを特徴とする金属バンプの整形方
法。
(付記2) 上記半導体基板8の主面に垂直な方向に沿
った移動を、治具の自重によって行うことを特徴とする
付記1記載の金属バンプの整形方法。
(付記3) 上記半導体基板8の主面に垂直な方向に沿
った移動を、治具を下方に押圧或いは牽引するバネ部材
によって行うことを特徴とする付記1記載の金属バンプ
の整形方法。
(付記4) 上記治具に金属バンプ9を形成したダミー
基板6を挟み込み、溶融したダミー基板6の金属バンプ
9の高さ分だけ前記治具を移動させることによって、治
具の移動量を制限することを特徴とする付記1乃至3の
いずれか1に記載の金属バンプの整形方法。
(付記5) 上記ダミー基板6が、上記金属バンプ9の
周辺部に溶融したバンプ金属を流出させる溝を有してい
ることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の
金属バンプの整形方法。
(付記6) 一方の半導体基板10を保持する上部ブロ
ック2と金属バンプ9を形成したダミー基板6を保持・
固定する基底ブロック1、前記上部ブロック2と前記基
底ブロック1との間隔を一定に保って固定するブロック
支持部材4、前記上部ブロック2と基底ブロック1との
間に上下に移動自在に挿入され、前記上部ブロック2に
対向する面に他方の半導体基板8を保持・固定する荷重
ブロック5とを少なくとも備えたことを特徴とする金属
バンプ整形装置。
(付記7) 上記ブロック支持部材4が、上記荷重ブロ
ック5の突起部を上下に案内するガイド溝を有している
ことを特徴とする付記6記載の金属バンプ整形装置。
(付記8) 上記荷重ブロック5が、上記他方の半導体
基板8を保持固定する基板固定ブロックと、前記基板固
定ブロックとの対向面が凸状の曲面からなる平行度維持
ブロックとによって構成されることを特徴とする付記6
記載の金属バンプ整形装置。
(付記9) 上記上部ブロック2が、上記一方の半導体
基板8を保持する吸引機構を有していることを特徴とす
る付記6乃至8のいずれか1に記載の金属バンプ整形装
置。
(付記10) 上記上部ブロック、基底ブロック、ブロ
ック支持部材、及び、荷重ブロックが、互いに熱膨張係
数の等しい部材によって構成されることを特徴とする付
記6乃至9のいずれか1に記載の金属バンプ整形装置。Now, referring again to FIG. 1, detailed features of the present invention will be described. See FIG. 1 (Supplementary Note 1) In a method for shaping a metal bump 9 in which two semiconductor substrates 8 and 10 are opposed to each other and bonded, the two bonded semiconductor substrates 8 and 10 are aligned in a direction perpendicular to a main surface of the substrate. It is fixed to a movable jig, and when the metal bumps 9 are melted, one of the semiconductor substrates 8 and 10 is
A method of shaping a metal bump, characterized in that the metal bump 9 is stretched and shaped by moving the gap 10 in a direction of opening and limiting the movement amount of the jig. (Supplementary Note 2) The method for shaping a metal bump according to Supplementary Note 1, wherein the semiconductor substrate 8 is moved in a direction perpendicular to the main surface by the weight of the jig. (Supplementary Note 3) The method for shaping a metal bump according to Supplementary Note 1, wherein the movement along the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 8 is performed by a spring member that pushes or pulls the jig downward. (Supplementary Note 4) The amount of movement of the jig is limited by sandwiching the dummy substrate 6 on which the metal bumps 9 are formed in the jig and moving the jig by the height of the metal bumps 9 of the melted dummy substrate 6. The method for shaping a metal bump according to any one of appendices 1 to 3, characterized in that. (Supplementary Note 5) The metal bump according to any one of Supplementary Notes 1 to 4, wherein the dummy substrate 6 has a groove in the periphery of the metal bump 9 for flowing out the molten bump metal. Shaping method. (Supplementary Note 6) An upper block 2 for holding one semiconductor substrate 10 and a dummy substrate 6 on which metal bumps 9 are formed are held.
A fixed base block 1, a block support member 4 that fixes the upper block 2 and the base block 1 at a constant distance, and is vertically movably inserted between the upper block 2 and the base block 1, A metal bump shaping device comprising at least a load block (5) for holding and fixing the other semiconductor substrate (8) on a surface facing the upper block (2). (Supplementary Note 7) The metal bump shaping device according to Supplementary Note 6, wherein the block support member 4 has a guide groove for vertically guiding the protrusion of the load block 5. (Supplementary Note 8) The load block 5 is composed of a substrate fixing block that holds and fixes the other semiconductor substrate 8 and a parallelism maintaining block in which a surface facing the substrate fixing block is a convex curved surface. Appendix 6 characterized by
The described metal bump shaping device. (Supplementary Note 9) The metal bump shaping device according to any one of supplementary notes 6 to 8, wherein the upper block 2 has a suction mechanism that holds the one semiconductor substrate 8. (Supplementary note 10) The metal bump according to any one of supplementary notes 6 to 9, wherein the upper block, the base block, the block support member, and the load block are configured by members having the same thermal expansion coefficient. Shaping device.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、フリップチップボンデ
ィング時に簡単なブロック構成からな金属バンプ整形装
置を用いているので、SiROICとフォトダイオード
アレイ基板と間隔の伸長をダミー基板に設けた金属バン
プの高さによって精度良く制御することができ、それに
よって、接続導体となる金属バンプの形状を鼓状にする
こができるので、金属バンプの断線やクロストークのな
い信頼性の高いハイブリッド型半導体装置を実現するこ
とができる。According to the present invention, since the metal bump shaping device having a simple block structure is used at the time of flip-chip bonding, the extension of the space between the SiROIC and the photodiode array substrate is extended to the dummy bump substrate. The height can be accurately controlled, and the shape of the metal bumps serving as the connecting conductors can be made into a drum shape. Therefore, a highly reliable hybrid semiconductor device without disconnection or crosstalk of the metal bumps can be provided. Can be realized.
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process up to the middle of the embodiment of the present invention.
【図3】図2における各チップの状態の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a state of each chip in FIG.
【図4】本発明の実施の形態の図2以降の製造工程の説
明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 2 according to the embodiment of the present invention.
【図5】図4における各チップの状態の説明図である。5 is an explanatory diagram of a state of each chip in FIG.
【図6】従来の赤外線検出装置の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional infrared detection device.
1 基底ブロック 2 上部ブロック 3 吸着穴 4 ブロック支持部材 5 荷重ブロック 6 ダミー基板 7 金属バンプ 8 半導体基板 9 金属バンプ 10 半導体基板 11 基底ブロック 12 上部ブロック 13 吸着穴 14 ブロック支持部材 15 ネジ 16 平行度維持ブロック 17 チップ支持ブロック 18 固定用ツメ部材 19 ダミーチップ 20 Inバンプ 21 Si信号処理回路チップ 22 Inバンプ 23 HgCdTeフォトダイオードアレイチップ 24 CdZnTe基板 25 p型HgCdTe層 26 n+ 型領域 27 保護膜 28 n側電極 29 溝 30 溶融In 51 赤外線フォトダイオードアレイ 52 CdZnTe基板 53 p型HgCdTe層 54 n+ 型領域 55 ZnS表面保護膜 56 Inコンタクト電極 57 Auコンタクト電極 58 Inバンプ 61 Si信号処理回路基板 62 水平シフトレジスタ 63 垂直シフトレジスタ 64 赤外線1 Base Block 2 Top Block 3 Suction Hole 4 Block Support Member 5 Load Block 6 Dummy Board 7 Metal Bump 8 Semiconductor Board 9 Metal Bump 10 Semiconductor Substrate 11 Base Block 12 Top Block 13 Suction Hole 14 Block Support Member 15 Screw 16 Parallelism Maintenance Block 17 Chip support block 18 Fixing tab member 19 Dummy chip 20 In bump 21 Si signal processing circuit chip 22 In bump 23 HgCdTe photodiode array chip 24 CdZnTe substrate 25 p-type HgCdTe layer 26 n + type region 27 protective film 28 n side Electrode 29 Groove 30 Molten In 51 Infrared photodiode array 52 CdZnTe substrate 53 p-type HgCdTe layer 54 n + type region 55 ZnS surface protective film 56 In contact electrode 57 Au contact electrode 58 In bump 61 Si signal processing circuit board 62 Horizontal shift register 63 Vertical shift register 64 Infrared
Claims (5)
金属バンプの整形方法において、前記接合された2つの
半導体基板を、基板の主面に垂直な方向に移動可能な治
具に固定し、前記金属バンプの溶融時に、半導体基板の
一方を2つの半導体基板の間隔が開く方向に移動させる
とともに、前記治具の移動量を制限することによって前
記金属バンプを引伸ばし、整形することを特徴とする金
属バンプの整形方法。1. A method for shaping a metal bump, in which two semiconductor substrates are opposed to each other and bonded, the two bonded semiconductor substrates are fixed to a jig movable in a direction perpendicular to a main surface of the substrates, When the metal bumps are melted, one of the semiconductor substrates is moved in a direction in which a gap between the two semiconductor substrates is opened, and the movement amount of the jig is limited so that the metal bumps are stretched and shaped. How to shape metal bumps.
基板を挟み込み、溶融したダミー基板の金属バンプの高
さ分だけ前記治具を移動させることによって、治具の移
動量を制限することを特徴とする請求項1記載の金属バ
ンプの整形方法。2. A jig moving amount is limited by sandwiching a dummy substrate having metal bumps formed on the jig and moving the jig by the height of the metal bumps of the molten dummy substrate. The method for shaping a metal bump according to claim 1, which is characterized in that.
辺部に溶融したバンプ金属を流出させる溝を有している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の金属バンプ
の整形方法。3. The method of shaping a metal bump according to claim 1, wherein the dummy substrate has a groove in the periphery of the metal bump, through which the molten bump metal flows out.
クと金属バンプを形成したダミー基板を保持・固定する
基底ブロック、前記上部ブロックと前記基底ブロックと
の間隔を一定に保って固定するブロック支持部材、前記
上部ブロックと基底ブロックとの間に上下に移動自在に
挿入され、前記上部ブロックに対向する面に他方の半導
体基板を保持・固定する荷重ブロックとを少なくとも備
えたことを特徴とする金属バンプ整形装置。4. A base block that holds and fixes an upper block that holds one semiconductor substrate and a dummy substrate on which metal bumps are formed, and a block support member that fixes the upper block and the base block at a constant interval. And a load block which is vertically movably inserted between the upper block and the base block and has a load block for holding and fixing the other semiconductor substrate on a surface facing the upper block. Shaping device.
基板を保持固定する基板固定ブロックと、前記基板固定
ブロックとの対向面が凸状の曲面からなる平行度維持ブ
ロックとによって構成されることを特徴とする請求項4
記載の金属バンプ整形装置。5. The load block is configured by a substrate fixing block that holds and fixes the other semiconductor substrate, and a parallelism maintaining block whose opposing surface to the substrate fixing block is a convex curved surface. Claim 4 characterized by the above-mentioned.
The described metal bump shaping device.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001328247A JP2003133369A (en) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | Method and device for shaping metal bump |
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