JP2007194274A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路形成面に複数の電極が形成される第1半導体チップ及び第2半導体チップを、回路形成面が対向した状態で融着材を加熱し溶融させて各電極同士を接続する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor in which a first semiconductor chip and a second semiconductor chip each having a plurality of electrodes formed on a circuit formation surface are heated and melted in a state where the circuit formation surfaces are opposed to each other to connect the electrodes to each other. The present invention relates to a device manufacturing method.
近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、複数の半導体チップを1つのパッケージ内にデバイスレベルで集積化するSiP(System-in-Package)技術の需要が高まっている。中でもSiP技術の要素技術であるCoC(Chip-on-Chip)技術は、CMOSロジックとDRAMといった異なるウェハプロセスの最適設計パラメータを持つデバイス同士や、Siデバイスと化合物半導体デバイスといったウェハプロセスでの集積化が困難なデバイスの素子形成面同士を最短距離で電気的に接続することにより、デバイスの高速性とともにデバイスの多様なパフォーマンスを実現する可能性を有する技術として期待されている。 In recent years, with the downsizing and high functionality of electronic devices, there is an increasing demand for SiP (System-in-Package) technology that integrates a plurality of semiconductor chips in one package at a device level. Among them, CoC (Chip-on-Chip) technology, which is an elemental technology of SiP technology, integrates devices with optimum design parameters for different wafer processes such as CMOS logic and DRAM, and integration in wafer processes such as Si devices and compound semiconductor devices. It is expected as a technology that has the possibility of realizing various performances of devices as well as high speed of devices by electrically connecting element forming surfaces of devices that are difficult to realize with the shortest distance.
通常、CoC接続は、2つのチップの回路形成面を対向させ、互いの回路形成面に設けられた電極同士の位置を合わせて接続を行う。近年、半導体素子の小型化・高機能化が進むにつれ、チップが微小化するとともにピン数が増加しており、これに伴って電極にもサイズの微小化が求められるようになっている。 Normally, CoC connection is performed by making the circuit formation surfaces of two chips face each other and aligning the positions of the electrodes provided on each other's circuit formation surfaces. In recent years, as the miniaturization and higher functionality of semiconductor elements have progressed, the number of pins has increased along with the miniaturization of chips, and accordingly, miniaturization of the size of electrodes has been required.
バンプ電極の形成ばらつきを要因として発生する高さの高いバンプ電極の応力集中の回避と、バンプ下部の機能素子のダメージ低減を図るべく、例えば、特許文献1に記載された半導体装置の製造方法が知られている。この製造方法によれば、まず、半導体チップの素子領域外に、素子領域内よりも面積が大きい電極を形成する。そして、少なくとも一方のチップの電極上に無電解めっき法を用いてNi、Cu等の突起電極を形成する。この結果、面積が大きい素子領域外の電極には素子領域内の電極よりも高い突起電極が形成される。この後、素子領域内・外の突起電極上に、突起電極よりも硬度の低い導電材料を形成する。
For example, a method for manufacturing a semiconductor device described in
以上のように構成されたチップ同士を向かい合わせて接続を行うと、まず素子領域外の電極における硬度の低い導電材料が接触し変形した後、素子領域外の突起電極同士が接触すると電極の変形が終了する。素子領域内の電極については、突起電極上の硬度の低い導電材料のみが変形し、突起電極同士が接触することはない。
しかしながら、特許文献1に記載された製造方法では、素子領域外に硬度が比較的高く突出量の大きな突起電極を形成しなければならないため、突起電極の形成方法が無電解めっき等の限られた方法に限定され、電解めっき等の適用が困難である。
また、硬度が比較的高く突出量の大きな突起電極を形成することから、電極自体の応力を緩和し難い構造であることに変わりはない。
However, in the manufacturing method described in
In addition, since the protruding electrode having a relatively high hardness and a large protruding amount is formed, the structure remains that the stress of the electrode itself is difficult to relax.
本発明によれば、回路形成面に複数の第1電極が形成された第1半導体チップと、回路形成面に複数の第2電極が形成された第2半導体チップを、互いに前記回路形成面が対向して前記各第1電極と前記各第2電極とが接触するよう位置決めし、前記各第1電極と前記各第2電極の少なくとも一方の表面をなす融着材を加熱し溶融させて前記各第1電極及び前記各第2電極を接続するにあたり、前記融着材を前記第1半導体チップと前記第2半導体チップの少なくとも一方の前記回路形成面から突出するよう形成するとともに、前記各第1電極及び前記各第2電極の少なくとも一組が、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップを前記回路形成面が対向する状態で互いに接近させると他の電極に先行して接触する検出用電極となるよう電極を形成する電極形成工程と、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップを、前記回路形成面を対向させた状態で互いに接近させるチップ接近工程と、前記チップ接近工程にて前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが接近した際に、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの前記検出用電極同士の接触状態を検出する接触状態検出工程と、前記接触状態検出工程にて検出された前記検出用電極同士の接触状態に基づいて、他の前記電極同士を接続する前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの相対位置を決定する接続位置決定工程と、前記接続位置決定工程にて決定された前記相対位置となるよう前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの位置を制御する位置制御工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, a first semiconductor chip in which a plurality of first electrodes are formed on a circuit forming surface and a second semiconductor chip in which a plurality of second electrodes are formed on the circuit forming surface are connected to each other. Positioning the respective first electrodes and the respective second electrodes so as to face each other, heating and melting the fusion material forming at least one surface of each of the first electrodes and the respective second electrodes, In connecting each first electrode and each second electrode, the fusion material is formed so as to protrude from at least one of the circuit forming surfaces of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, and each of the first electrodes. For detection, at least one pair of one electrode and each of the second electrodes comes into contact with other electrodes in advance when the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are brought close to each other with the circuit forming surfaces facing each other. Electricity to be an electrode Forming an electrode, a chip approaching step in which the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are brought close to each other with the circuit formation surface facing each other, and the first semiconductor chip in the chip approaching step And when the second semiconductor chip approaches, a contact state detection step for detecting a contact state between the detection electrodes of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, and a contact state detection step. Based on the contact state between the detection electrodes, a connection position determining step for determining a relative position between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip for connecting the other electrodes, and a connection position determining step. And a position control step for controlling the positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip so as to be the relative positions determined in the above. Method of manufacturing a conductor arrangement is provided.
この半導体装置の製造方法によれば、第1半導体チップ及び第2半導体チップを互いに接近させた際に、検出用電極が他の電極に先行して接触し、検出用電極同士が接触した状態で第1半導体チップ及び第2半導体チップが静止する。このとき、他の電極については第1半導体チップ側と第2半導体チップ側で離隔した状態であり、検出用電極以外の電極に負荷が加わることはない。
この後、各第1電極及び各第2電極を加熱することにより融着材が溶融し、第1半導体チップ及び第2半導体チップが互いに接近可能な状態となる。そして、検出用電極同士の接触状態に基づいて、他の電極同士を接続する第1半導体チップ及び第2半導体チップの相対位置が決定され、この相対位置となるよう第1半導体チップ及び第2半導体チップの位置が制御される。そして、第1半導体チップ及び第2半導体チップの相対位置が一定のまま融着材が冷却して硬化し、全ての電極について接続が完了する。
According to this method for manufacturing a semiconductor device, when the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are brought close to each other, the detection electrode comes into contact with the other electrode in advance, and the detection electrodes are in contact with each other. The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are stationary. At this time, the other electrodes are separated from each other on the first semiconductor chip side and the second semiconductor chip side, and no load is applied to the electrodes other than the detection electrodes.
Thereafter, by heating each first electrode and each second electrode, the fusing material is melted, and the first semiconductor chip and the second semiconductor chip become accessible to each other. Then, based on the contact state between the detection electrodes, the relative positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip that connect the other electrodes are determined, and the first semiconductor chip and the second semiconductor are set so as to be the relative positions. The position of the chip is controlled. Then, the fusion material is cooled and hardened while the relative positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are constant, and the connection is completed for all the electrodes.
本発明によれば、加熱により溶融する融着材を回路形成面から突出させたので、電極の形成方法が例えば無電解めっき等の限られた方法に限定されることはなく、例えば電解めっき等の適用が可能となる。そして、加熱により溶融する融着材により電極の突出部分を形成したことから、各半導体チップの接続後の電極に生ずる応力を緩和することができる。
さらに、検出用電極同士を先行して接触させ、融着材を加熱して溶融した後に他の電極同士を接触させるようにしたので、他の電極に加わる負荷を低減することができる。また、検出用電極の接触状態に基づいて、他の電極を接続する際の第1半導体チップ及び第2半導体チップの相対位置が決定されるので、他の電極の接続位置を精度よく制御することができる。
According to the present invention, since the fusion material that is melted by heating protrudes from the circuit formation surface, the electrode formation method is not limited to a limited method such as electroless plating, for example, electrolytic plating or the like. Can be applied. And since the protrusion part of the electrode was formed with the melt | fusion material fuse | melted by heating, the stress which arises in the electrode after the connection of each semiconductor chip can be relieved.
Further, since the detection electrodes are brought into contact with each other in advance and the other electrodes are brought into contact with each other after the fusion material is heated and melted, the load applied to the other electrodes can be reduced. Moreover, since the relative positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip when connecting other electrodes are determined based on the contact state of the detection electrodes, the connection positions of the other electrodes can be controlled with high accuracy. Can do.
図面を参照しつつ、本発明による半導体ウェハの研磨装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 A preferred embodiment of a semiconductor wafer polishing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1から図4は本発明の第1の実施形態を示すものであり、図1は接続前の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図2は検出用電極が接触した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図3は各電極の融着材が溶融した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図4は通常電極の接続位置に位置決めされた第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図である。尚、図3及び図4においては、説明のため、符号を一部省略して図示している。 1 to 4 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first semiconductor chip and a second semiconductor chip before connection, and FIG. 2 is a state where detection electrodes are in contact with each other. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where the fusion material of each electrode is melted, and FIG. It is a schematic cross section of the 1st semiconductor chip and the 2nd semiconductor chip which were positioned in the position. In FIGS. 3 and 4, for the sake of explanation, some of the reference numerals are omitted.
この製造方法においては、回路形成面110に複数の第1電極120が形成された第1半導体チップ100(図1参照)と、回路形成面210に複数の第2電極220が形成された第2半導体チップ200(図1参照)を、図2に示すように互いに回路形成面110,210が対向して各第1電極120と各第2電極220とが接触するよう位置決めし、図3に示すように各第1電極120と各第2電極220の少なくとも一方の表面をなす融着材を加熱し溶融させて各第1電極120及び各第2電極220を接続して、図4に示すようにCoC接続の半導体装置300を製造する。
In this manufacturing method, the first semiconductor chip 100 (see FIG. 1) in which a plurality of
具体的に、図1に示すように、第1半導体チップ100の回路形成面110の第1電極120は、回路形成面110に形成されているパッド電極部122と、パッド電極部122上に形成され例えばNi等からなるバリアメタル層124と、バリアメタル層124上に形成されはんだを主成分とする融着材126と、を有する。融着材126のはんだとして、例えば、SnやAgを含むものが用いられる。融着材126は、一般的に「バンプ」と称され、図1に示すように断面視にて略半球状を呈している。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
本実施形態においては、第1電極120は、第2半導体チップ200と電気的に接続するための通常電極130及び回路形成面110の周縁側に配された検出用電極132の2種類からなる。通常電極130は、検出用電極132に比して、融着材(バンプ)126の径が小さく、回路形成面110からの突出量が小さくなっている。すなわち、電極形成工程にて、融着材126を第1半導体チップ100の回路形成面110から突出するよう形成するとともに、各第1電極120及び各第2電極220の少なくとも一組が、第1半導体チップ100と第2半導体チップ200を回路形成面110,210が対向する状態で互いに接近させると他の電極に先行して接触する検出用電極132を形成している。この検出用電極132は、各半導体チップ100,200を物理的に接続するものの電気的に接続するものではなく、いわゆるダミーの電極である。
In the present embodiment, the
また、図1に示すように、第2半導体チップ200の回路形成面210における第2電極220は、回路形成面210に形成されているパッド電極部222と、パッド電極部222上に形成され例えばNi等からなるバリアメタル層224と、を有する。第2電極220においては、第1電極120のようにバンプが形成されているわけでなく、バリアメタル層224の表面にはんだの濡れ性を良くする為に例えばAu等が形成された表面電極部228が形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
本実施形態においては、第2電極220は、第1半導体チップ100の第1電極120と電気的に接続される通常電極230及び回路形成面210の周縁側に配され第1半導体チップ100の検出用電極132と接続される検出用電極232の2種類からなる。
In the present embodiment, the
本実施形態の半導体装置300の製造方法は、以上のように第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の第1電極120及び第2電極220を形成する電極形成工程の他に、チップ接近工程と、接触状態検出工程と、接続位置決定工程と、位置制御工程と、を含んでいる。チップ形成工程では第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200を、回路形成面110,210を対向させた状態で互いに接近させる。このとき、各半導体チップ100,200は、図示しない上下一対のヘッドにより、各第1電極120及び各第2電極220を平面視にて一致させた状態で保持されている。そして、各ヘッドに一定の荷重を加えることにより各ヘッドを相対的に近接させる。
The manufacturing method of the
ここで、前述の電極形成工程にて、第1半導体チップ100の検出用電極132を通常電極130よりも回路形成面110からの突出量が大きくなるよう形成したので、図2に示すように、第1半導体チップ100と第2半導体チップ200を回路形成面110,210が対向する状態で互いに接近させた際に、各通常電極130,230に先行して検出用電極132,232が接触する。このときの、各半導体チップ100,200の検出用電極132,232同士の接触状態を検出する(接触状態検出工程)。
Here, in the above-described electrode forming step, the
具体的に接触状態検出工程は、接触検出工程と、荷重制御工程と、溶融検知工程と、を含む。接触検出工程は、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の検出用電極132,232同士の接触を検出する工程である。前述のように、検出用電極132,232が通常電極130,230に先行して接触するので、各半導体チップ100,200が静止する(図2参照)。本実施形態においては、検出用電極132,232の接触は、各ヘッドが相対的に移動しなくなり、各ヘッドにて検知される荷重が所定値を超えることにより検出される。図2に示すように、通常電極130,230については第1半導体チップ100側と第2半導体チップ200側で離隔した状態であり、検出用電極132,232以外の通常電極130,230に負荷が加わることはない。
Specifically, the contact state detection step includes a contact detection step, a load control step, and a melting detection step. The contact detection step is a step of detecting contact between the
また、荷重制御工程は、接触検出工程にて検出用電極132,232同士の接触が検出された後、融着材126を加熱するとともに、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200に互いに接近する方向へ予め設定された荷重を加える。尚、本実施形態においては、チップ近接工程から各ヘッドに定常的に一定の荷重が加えられており、荷重制御工程にて各ヘッドに加える荷重が変化するということはない。
In the load control process, after the contact between the
この後、図3に示すように、各第1電極120及び各第2電極220の加熱により融着材126が溶融し、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が互いに接近可能な状態となる。溶融検知工程は、荷重制御工程の後、検出用電極132の融着材126が溶融して第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始したことを検知する。本実施形態においては、図3に示すように、検出用電極132の融着材126が溶融して軟化し、各ヘッドに加えられた荷重に融着材126が抗することができなくなり、各ヘッドが各検出用電極132,232の接触位置から一定量だけ移動したことを検出することにより、融着材126の溶融を検知する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the
そして、溶融検知工程にて第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始した位置を基準として、通常電極130,230同士を接続する第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定される(接続位置決定工程)。本実施形態においては、検出用電極132,232の融着材126が溶融した各半導体チップ100,200の相対位置と、通常電極130,230を接続するのに最適な各半導体チップ100,200の相対位置と、の差が予め算出されている。そして、検出用電極132,232の融着材126が溶融した各半導体チップ100,200の相対位置からこの差を減じることにより、通常電極130,230を接続するのに最適な各半導体チップ100,200の相対位置が決定される。
Then, relative to the
このようにして各半導体チップ100,200の相対位置が決定された後、図4に示すように、この相対位置となるよう第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の位置を制御する(位置制御工程)。本実施形態においては、各ヘッドの相対移動を停止して、通常電極130,230及び検出用電極132,232の融着材126が凝固するまで、各半導体チップ100,200の各回路形成面110,210の間隔を保持する。通常電極130,230及び検出用電極132,232の融着材126が冷却して硬化すると、全ての電極について接続が完了する。
After the relative positions of the
このように、本実施形態によれば、各第1電極120及び各第2電極220を接続する融着材126を回路形成面110に突出形成したので、融着材126の形成方法として、例えば、電解めっき法や、はんだボール転写、はんだ印刷法等の多くの方法を用いることが可能となる。また、融着材126として用いたはんだは比較的塑性変形し易いので、Ni、Cu等により形成され硬度が比較的高いものに比して、接続後の各第1電極120及び各第2電極220に生ずる応力を緩和することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、検出用電極132,232同士を先行して接触させ、融着材126を加熱して溶融した後に通常電極130,230同士を接触させるようにしたので、通常電極130,230に加わる負荷を低減することができる。また、検出用電極132,232の接触状態に基づいて、通常電極130,230を接続する際の第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定されるので、通常電極130,230の接続位置を精度よく制御することができる。
In addition, since the
また、接触状態検出工程にて、はんだが溶融した瞬間を原点位置として認識することにより、加熱による装置等の熱膨張の影響による誤差を小さくすることができる。 Further, by recognizing the moment when the solder is melted as the origin position in the contact state detection step, it is possible to reduce an error due to the influence of the thermal expansion of the apparatus or the like due to heating.
図5から図8は本発明の第2の実施形態を示すものであり、図5は接続前の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図6は検出用電極が接触した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図7は各電極の融着材が溶融した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図8は通常電極の接続位置に位置決めされた第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図である。第2の実施形態では、第2半導体チップの通常電極及び検出用電極に融着材が形成されている点が第1の実施形態と異なる。 FIGS. 5 to 8 show a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip before connection, and FIG. 6 is a state in which the detection electrodes are in contact with each other. 7 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where the fusion material of each electrode is melted, and FIG. It is a schematic cross section of the 1st semiconductor chip and the 2nd semiconductor chip which were positioned in the position. The second embodiment is different from the first embodiment in that a fusion material is formed on the normal electrode and the detection electrode of the second semiconductor chip.
図5に示すように、本実施形態においては、電極形成工程にて、第2半導体チップ200の通常電極230及び検出用電極232には、バリアメタル層224の表面に例えばはんだ等からなる融着材(バンプ)226が形成される。第2半導体チップ200においても、第1半導体チップ100と同様に、検出用電極232の融着材226が、通常電極230の融着材226よりも回路形成面210から突出するよう構成される。尚、第1半導体チップ100の構成は、第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, in the electrode forming process, the
本実施形態においても、図6に示すように、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200を、回路形成面110,210を対向させた状態で互いに接近させる(チップ接近工程)。そして、電極形成工程にて、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の各検出用電極132,232を通常電極130,230よりも回路形成面110,210からの突出量が大きくなるよう形成したので、第1半導体チップ100と第2半導体チップ200を回路形成面110,210が対向する状態で互いに接近させた際に、各通常電極130,230に先行して検出用電極132,232が接触する。このときの、各半導体チップ100,200の検出用電極132,232同士の接触状態を検出する(接触状態検出工程)。本実施形態においても、接触状態検出工程は、接触検出工程と、荷重制御工程と、溶融検知工程と、を含む。
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
そして、接触状態検出工程の溶融検知工程にて第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始した位置(図7参照)を基準として、通常電極130,230同士を接続する第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定される(接続位置決定工程)。そして、各半導体チップ100,200の相対位置が決定された後、図8に示すように、この相対位置となるよう第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の位置を制御する(位置制御工程)。
Then, the first semiconductor that connects the
このように、本実施形態においては、第1の実施形態の作用効果に加え、第1電極120と第2電極220の両方に融着材126,226を形成したので、検出用電極132,232同士が接触してから、融着材126,226の溶融を検知するまでの各半導体チップ100,200の相対移動のストロークを大きく確保することができる。従って、融着材126,226の溶融検知に高い精度が要求されず、各ヘッドの駆動装置、荷重検知装置等の構成を簡単にすることができる。また、融着材126,226の溶融を的確に検知することができ、溶融の誤認識による各半導体チップ100,200の接続不良等が生じることはない。
As described above, in the present embodiment, in addition to the operational effects of the first embodiment, the
図9から図12までは本発明の第3の実施形態を示すものであり、図9は接続前の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図10は検出用電極が接触した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図11は各電極の融着材が溶融した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図12は通常電極の接続位置に位置決めされた第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図である。第3の実施形態においては、第2の実施形態と融着材の形状が異なっている。 FIGS. 9 to 12 show a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip before connection, and FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state, FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where the fusion material of each electrode is melted, and FIG. It is a schematic cross section of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip positioned at the connection position. In the third embodiment, the shape of the fusion material is different from that of the second embodiment.
図9に示すように、本実施形態においては、電極形成工程にて、第2半導体チップ200の通常電極230及び検出用電極232には、バリアメタル層224の表面に例えばはんだ等からなる融着材226が平坦に形成される。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, in the electrode forming process, the
本実施形態においても、図10に示すように、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200を、回路形成面110,210を対向させた状態で互いに接近させる(チップ接近工程)。そして、各半導体チップ100,200の検出用電極132,232同士の接触状態を検出する(接触状態検出工程)。
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
次いで、接触状態検出工程にて第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始した位置(図11参照)を基準として、通常電極130,230同士を接続する第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定される(接続位置決定工程)。そして、各半導体チップ100,200の相対位置が決定された後、図12に示すように、この相対位置となるよう第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の位置を制御する(位置制御工程)。
Next, the
本実施形態においても、融着材126,226の形成方法として多くの方法を用いることができるし、接続後の各第1電極120及び各第2電極220に生ずる応力を緩和することができる。また、通常電極130,230に加わる負荷を低減するとともに、通常電極130,230の接続位置を精度よく制御することができる。
Also in this embodiment, many methods can be used as a method for forming the
図13から図16までは本発明の第4の実施形態を示すものであり、図13は接続前の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図14は検出用電極が接触した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図15は各電極の融着材が溶融した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図16は通常電極の接続位置に位置決めされた第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図である。第4の実施形態においては、第2半導体チップの第2電極が金属ポストを有する点で第3の実施形態と異なっている。 FIGS. 13 to 16 show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a schematic sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip before connection, and FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state, FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where the fusion material of each electrode is melted, and FIG. It is a schematic cross section of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip positioned at the connection position. The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the second electrode of the second semiconductor chip has a metal post.
図13に示すように、本実施形態においては、電極形成工程にて、各第2電極220に回路形成面110,210から突出し融着材126,226よりも溶融温度の高い金属ポスト240を形成する。すなわち、第2半導体チップ200の通常電極230及び検出用電極232では、パッド電極部222上に例えばNi、Cu等からなる金属ポスト240が形成され、この金属ポスト240の表面にはんだ等からなる融着材226が形成されている。この融着材226は、金属ポスト240の表面に平坦に形成される。
As shown in FIG. 13, in the present embodiment, in the electrode forming process, the
本実施形態においても、図14に示すように、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200を、回路形成面110,210を対向させた状態で互いに接近させる(チップ接近工程)。そして、各半導体チップ100,200の検出用電極132,232同士の接触状態を検出する(接触状態検出工程)。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 14, the
次いで、接触状態検出工程にて第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始した位置(図15参照)を基準として、通常電極130,230同士を接続する第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定される(接続位置決定工程)。そして、各半導体チップ100,200の相対位置が決定された後、図16に示すように、この相対位置となるよう第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の位置を制御する(位置制御工程)。
Next, the
本実施形態においては、第3の実施形態の作用効果に加え、各第2電極220が金属ポスト240を有することにより、接続後の各半導体チップ100,200の回路形成面110,210間の距離を大きく確保することができる。これにより、各半導体チップ100,200の間にアンダーフィルを注入し易く、半導体装置300を製造する際の後工程の作業性が良好となる。
In the present embodiment, in addition to the operational effects of the third embodiment, each
図17から図20までは本発明の第5の実施形態を示すものであり、図17は接続前の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図18は検出用電極が接触した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図19は各電極の融着材が溶融した状態の第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図、図20は通常電極の接続位置に位置決めされた第1半導体チップ及び第2半導体チップの模式断面図である。第5の実施形態においては、融着材が上側の第1半導体チップでなく下側の第2半導体チップに形成されている点が第1の実施形態と異なっている。 FIGS. 17 to 20 show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip before connection, and FIG. 18 shows the detection electrodes in contact with each other. 19 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state, FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where the fusion material of each electrode is melted, and FIG. It is a schematic cross section of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip positioned at the connection position. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the fusing material is formed not on the upper first semiconductor chip but on the lower second semiconductor chip.
図17に示すように、本実施形態においては、第1半導体チップ100の回路形成面110における第1電極120は、回路形成面110に形成されているパッド電極部122と、パッド電極部122上に形成され例えばNi等からなるバリアメタル層124と、を有する。本実施形態においては、第1電極120は、第1の実施形態のようにバンプが形成されているわけでなく、バリアメタル層124の表面にはんだの濡れ性を良くする為に例えばAu等が形成された表面電極部128が形成されている。
As shown in FIG. 17, in the present embodiment, the
一方、第2半導体チップ200の回路形成面210における第2電極220は、回路形成面210に形成されているパッド電極部222と、パッド電極部222上に形成され例えばNi等からなるバリアメタル層224と、バリアメタル層224上に形成されはんだを主成分とする融着材226と、を有する。融着材226は、一般的に「バンプ」と称され、図17に示すように断面視にて略半球状を呈している。
On the other hand, the
本実施形態においても、図18に示すように、第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200を、回路形成面110,210を対向させた状態で互いに接近させる(チップ接近工程)。そして、各半導体チップ100,200の検出用電極132,232同士の接触状態を検出する(接触状態検出工程)。
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 18, the
次いで、接触状態検出工程にて第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200が接近を開始した位置(図19参照)を基準として、通常電極130,230同士を接続する第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の相対位置が決定される(接続位置決定工程)。そして、各半導体チップ100,200の相対位置が決定された後、図20に示すように、この相対位置となるよう第1半導体チップ100及び第2半導体チップ200の位置を制御する(位置制御工程)。
Next, the
本実施形態においては、第1の実施形態の作用効果に加え、上側の第1半導体チップ100に融着材がないので、上側の第1半導体チップ100のヘッドを定常的に高温で加熱したままでも、第1半導体チップ100をツールに受け渡した際にバンプが潰れることを防止することができる。従って、上側のヘッドの加熱・冷却時間を短縮することができ、CoC接続時間の大幅な短縮が可能となる。
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the upper
尚、前記各実施形態においては、融着材126,226としてはんだからなるものを示したが、他の材料からなるものであってもよい。融着材126,226がはんだ以外の材料であっても、加熱することで溶融するものであれば冷却後に生ずる応力を緩和することができる。
In each of the above embodiments, the
また、前記各実施形態においては、検出用電極132,232が溶融した位置を基準として通常電極130,230の接続位置を決定するものを示したが、検出用電極132,232が接触した位置を基準として通常電極130,230の接続位置を決定するようにしてもよいことは勿論である。
In each of the above embodiments, the connection position of the
また、前記各実施形態においては、検出用電極132,232がダミーの電極であるものを示したが、各半導体チップ100,200を電気的に接続するものであってもよい。また、通常電極130,230と検出用電極132,232の配置等も任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
In the above embodiments, the
100 半導体チップ
110 回路形成面
120 第1電極
122 パッド電極部
124 バリアメタル層
126 融着材
128 表面電極部
130 通常電極
132 検出用電極
200 半導体チップ
210 回路形成面
220 第2電極
222 パッド電極部
224 バリアメタル層
226 融着材
228 表面電極部
230 通常電極
232 検出用電極
240 金属ポスト
300 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記融着材を前記第1半導体チップと前記第2半導体チップの少なくとも一方の前記回路形成面から突出するよう形成するとともに、前記各第1電極及び前記各第2電極の少なくとも一組が、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップを前記回路形成面が対向する状態で互いに接近させると他の電極に先行して接触する検出用電極となるよう電極を形成する電極形成工程と、
前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップを、前記回路形成面を対向させた状態で互いに接近させるチップ接近工程と、
前記チップ接近工程にて前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが接近した際に、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの前記検出用電極同士の接触状態を検出する接触状態検出工程と、
前記接触状態検出工程にて検出された前記検出用電極同士の接触状態に基づいて、他の前記電極同士を接続する前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの相対位置を決定する接続位置決定工程と、
前記接続位置決定工程にて決定された前記相対位置となるよう前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの位置を制御する位置制御工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first semiconductor chip having a plurality of first electrodes formed on a circuit formation surface and a second semiconductor chip having a plurality of second electrodes formed on the circuit formation surface are opposed to each other with the circuit formation surfaces facing each other. Positioning so that one electrode and each said 2nd electrode contact, heating the fusion material which makes at least one surface of each said 1st electrode and each said 2nd electrode, and melting each said 1st electrode and said In connecting each second electrode,
The fusion material is formed so as to protrude from the circuit forming surface of at least one of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, and at least one set of the first electrode and the second electrode is the An electrode forming step of forming an electrode to be a detection electrode that comes into contact with the other electrode in advance when the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are brought close to each other with the circuit formation surfaces facing each other;
A chip approaching step of bringing the first semiconductor chip and the second semiconductor chip close to each other with the circuit formation surface facing each other;
A contact state detection step of detecting a contact state between the detection electrodes of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip when the first semiconductor chip and the second semiconductor chip approach in the chip approach step. When,
Connection position determination for determining the relative positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip that connect the other electrodes based on the contact state of the detection electrodes detected in the contact state detection step. Process,
A position control step of controlling the positions of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip so as to be the relative positions determined in the connection position determination step.
前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの前記検出用電極同士の接触を検出する接触検出工程と、
前記接触検出工程にて前記検出用電極同士の接触が検出された後、前記融着材を加熱するとともに、前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップに互いに接近する方向へ予め設定された荷重を加える荷重制御工程と、
前記荷重制御工程の後、前記検出用電極の前記融着材が溶融して前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが接近を開始したことを検知する溶融検知工程と、を含み、
前記接続位置決定工程は、前記溶融検知工程にて前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが接近を開始した位置を基準として、他の前記電極同士を接続する前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの相対位置を決定することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The contact state detection step includes
A contact detection step of detecting contact between the detection electrodes of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip;
After the contact between the detection electrodes is detected in the contact detection step, the load is set in advance in a direction in which the fusion material is heated and approaches the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. A load control process for applying
After the load control step, a melting detection step of detecting that the fusion material of the detection electrode is melted and the first semiconductor chip and the second semiconductor chip start approaching, and
In the connection position determination step, the first semiconductor chip and the first semiconductor chip that connect the other electrodes to each other on the basis of the position where the first semiconductor chip and the second semiconductor chip start approaching in the melting detection step. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a relative position of the two semiconductor chips is determined.
In the electrode forming step, a metal post protruding from the circuit forming surface and having a higher melting temperature than the fusion material is formed on at least one of the first electrode and the second electrode. Item 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 1 to 3.
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