JP2008294082A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなどの単機能の半導体装置の製造などに好適に用いることのできる半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device that can be suitably used for manufacturing a single-function semiconductor device such as a transistor, a diode, a capacitor, and a thyristor, and a manufacturing method thereof.
半導体装置を回路基板に接続するには、例えばフリップチップボンディング法によるものがあり、その場合には、はんだバンプとその下地メタライズBLM(Ball Limiting Metallization)とをウェハプロセスで形成する必要がある。前記はんだバンプは、上述したフリップチップボンディングを行うために直接的に要求されるものであるが、下地メタライズBLMは、前記はんだバンプと前記半導体装置の半導体基板の電極パッドとの電気的な接続不良を補うために要求されるものである。したがって、前記はんだバンプと前記電極パッドとの電気的接続を良好に保持することができれば、前記下地メタライズBLMは省略することができる。 In order to connect a semiconductor device to a circuit board, for example, there is a flip chip bonding method. In that case, it is necessary to form a solder bump and its base metallization BLM (Ball Limiting Metallization) by a wafer process. The solder bump is directly required to perform the above-described flip chip bonding, but the underlying metallized BLM is a poor electrical connection between the solder bump and the electrode pad of the semiconductor substrate of the semiconductor device. Is required to make up for. Therefore, the base metallized BLM can be omitted if the electrical connection between the solder bump and the electrode pad can be maintained satisfactorily.
一方、ウエハプロセスで前記下地メタライズBLMを形成するに際しては、数多くの工程が必要となり、前記半導体装置としての製造コストの増大につながる。また、プローブ検査または製品の信頼度検査などの電気検査工程において不良が発生し、製品が不良品として不使用な物となった場合でもはんだバンプとその下地メタライズBLMが形成されていることより、それらの材料が無駄となってしまう。したがって、このようなコストの観点からも前記下地メタライズBLMを形成しないことが望ましい。 On the other hand, when forming the base metallized BLM by a wafer process, many steps are required, leading to an increase in manufacturing cost of the semiconductor device. In addition, even if a defect occurs in an electrical inspection process such as probe inspection or product reliability inspection, and the product becomes an unusable product as a defective product, the solder bump and its underlying metallized BLM are formed. Those materials are wasted. Therefore, it is desirable not to form the base metallized BLM from the viewpoint of such cost.
特許文献1には、半導体装置を前記回路基板に接続する際に、はんだバンプ表面上にロウ材を形成し、前記接続を確実に行うことが開示されている。しかしながら、このような技術においても、前記はんだバンプに加えてロウ材を形成する工程が加わるので、製造工程数の増大及びロウ材の使用に起因したコスト増につながるという従来の問題を解決するには至っていない。
本発明は、簡易な製造工程と追加の材料使用を伴うことなく、半導体装置の基板に対してはんだバンプを電気的に接続した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which solder bumps are electrically connected to a substrate of a semiconductor device and a method for manufacturing the same without involving a simple manufacturing process and use of additional materials.
本発明の一態様は、半導体基板の主面上に形成された電極パッドと、前記電極パッドの表面に対して直接的に接合して形成されたはんだバンプと、を具えることを特徴とする、半導体装置に関する。
また、本発明の一態様は、半導体基板の主面上に形成された電極パッドの表面にエッチング処理を施し、前記電極パッドの表面を活性化する工程と、前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に熱圧着により接合させて形成する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法に関する。
One aspect of the present invention includes an electrode pad formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a solder bump formed by being directly bonded to the surface of the electrode pad. And relates to a semiconductor device.
According to one embodiment of the present invention, an etching process is performed on a surface of an electrode pad formed over a main surface of a semiconductor substrate, and the surface of the electrode pad is activated. And a step of bonding and forming solder bumps directly by thermocompression bonding.
上記態様によれば、簡易な製造工程と追加の材料使用を伴うことなく、半導体装置の基板に対してはんだバンプを電気的に接続した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide a semiconductor device in which solder bumps are electrically connected to a substrate of a semiconductor device and a method for manufacturing the same without involving a simple manufacturing process and use of additional materials.
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。図1〜図8は、本実施形態における半導体装置の製造方法に係わる順次の工程図である。尚、本実施形態における半導体装置の電極パッドに接続される半導体素子(トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなど)の具体的構造、及びその具体的構造に関する製造工程については、本実施形態では特に限定されるものではないので説明は省略する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. 1 to 8 are sequential process diagrams relating to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. The specific structure of the semiconductor elements (transistors, diodes, capacitors, thyristors, etc.) connected to the electrode pads of the semiconductor device in the present embodiment, and the manufacturing process related to the specific structure are particularly limited in the present embodiment. The explanation is omitted because it is not done.
(半導体基板の表面電極部の活性化)
最初に、主面上がパターン化され、各パターン中に電極部、すなわち電極パッドが形成された例えばシリコンからなる半導体基板10を準備する。次いで、図1に示すように、半導体基板10を一対の電極間11中に配置し、前記電極パッドに対してエッチング処理を施す。このエッチング処理は、前記電極パッド表面に付着した有機物などを除去し、活性な表面を露出するために実施するものである。例えば、半導体基板10の前記主面が約10nm〜30nm程度の割合でエッチングされるようにすることによって、上記目的を達成することができる。
(Activation of the surface electrode part of the semiconductor substrate)
First, a
図1に示す例では、半導体基板10を下側の電極上に前記主面が上方を向く(上側の電極と対向する)ように配置することによって、一対の電極11間にイオンを生成し、このイオンを用いた反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)によって上記エッチングを行い、半導体基板10の前記主面上に形成された前記電極パッド表面を活性化するようにしている。
In the example shown in FIG. 1, by arranging the
上述したエッチングはRIE以外の他の乾式エッチングを用いても良いし、湿式のエッチングをも用いることができる。但し、RIE工程は、半導体装置の製造工程における一連の工程中に簡易に含めることができ、また、上記電極パッド表面に付着した有機物を簡易に除去することができる。したがって、本実施形態における半導体装置の製造方法のコストを十分に低減させることができる。 For the etching described above, dry etching other than RIE may be used, or wet etching may be used. However, the RIE process can be easily included in a series of processes in the manufacturing process of the semiconductor device, and organic substances adhering to the electrode pad surface can be easily removed. Therefore, the cost of the semiconductor device manufacturing method in the present embodiment can be sufficiently reduced.
また、RIEによるエッチングの場合、使用するガスはアルゴンガスなどの不活性ガスを中心として、必要に応じて反応性のガス、例えばフッ素系のガスなどを含ませるようにすることができる。 In the case of etching by RIE, the gas used can be made to contain a reactive gas, for example, a fluorine-based gas, if necessary, with an inert gas such as an argon gas as the center.
(半導体基板の表面電極部に対するはんだバンプの接合)
上述のようにして半導体基板10の電極パッドを活性化させた後、これらの電極パッドに対してはんだボールを接合する。本実施形態では、図2に示すように、最初に前記電極パッドのパターンに対応した開口部12Aを含むバンプ振込みマスク12を用い、このバンプ振込みマスク12を、開口部12Aがはんだバンプを形成しようとする電極パッドの位置に相当するようにして、半導体基板10の前記主面上に配置する。
(Solder bump bonding to the surface electrode part of the semiconductor substrate)
After the electrode pads of the
その後、バンプ振込みマスク12の開口部12A中を通じて、はんだバンプ20を振り込むとともに、圧着治具13を用いてはんだバンプ20を半導体基板10の前記電極パッドに対して押圧し接合させる。なお、本実施例においては、図示しない加熱装置によって、半導体基板10を所定温度、例えば230℃〜320℃に加熱し、このような基板加熱状態において、上記圧着を行う。すなわち、本実施形態では、はんだバンプ20を半導体基板10の電極パッドに接合する際に加熱圧着によって実施しているので、接合を強固に行うことができる。
Thereafter, the
なお、本実施形態のように、はんだバンプ20と半導体基板10の電極パッドとを加熱圧着によって接合する場合は、加熱によって半導体基板10の表面に、電気的特性劣化の原因となる酸化物などが形成されるのを防止すべく、還元性雰囲気で行うことが好ましい。前記還元性雰囲気は、例えば半導体基板10及びはんだバンプ20などを窒素ガス中に配置することによって実現することができる。
When the
また、圧着治具13によるはんだバンプ20の圧着は、例えば50グラム重〜150グラム重の加重を負荷して行うことができる。
Further, the
なお、はんだバンプ20を構成する材料は特に限定されるものではないが、Sn,Sb,Cu及びAuの少なくとも2以上を母材とし、Pを0.05原子%〜1.0原子%含むことが好ましい。Cu及びAuは電気的良導体であり、Sn及びSbは比較的融点が低いため、好ましくは、これらの材料のいずれか一方同士を含むように母材を構成することによって、上述した比較的低い加熱温度において、はんだバンプ20を半導体基板10の電極パッドに強固に接合することができるとともに、はんだバンプ20の電気的特性を良好な状態に保持しておくことができる。かかる観点より、より好ましくは、Sn,Sb,Cu及びAuの総てを含む合金とする。
In addition, although the material which comprises the
また、本実施形態では、はんだバンプ20を構成する母材中にPを0.05原子%〜1.0原子%含んでいるが、これはP添加によってキャリア濃度を増大させ、はんだバンプ20の電気的特性をさらに向上させるためのものである。
In this embodiment, P is contained in the base material constituting the
(半導体基板の裏面研削)
次いで、図3に示すように、半導体基板10のはんだバンプ20が接合された主面をマスキングテープ14に貼付した後、半導体基板10の裏面を半導体基板10が所定の厚さとなるまで研削する。この研削は機械研削やCMPなどによって行うことができるが、最終的には研磨加工によって鏡面仕上げをする。例えば、研磨面、すなわち半導体基板10の裏面の表面粗さRaが0.02μm以下となるようにする。
(Back grinding of semiconductor substrates)
Next, as shown in FIG. 3, the main surface of the
(半導体基板の個片化)
次いで、図4に示すように、半導体基板10の研削後の裏面に対して例えばレーザダイシングを順次に行い、後にへき開及び個片化する際の基点(基準線)となる改質痕10Bを格子状に形成する。レーザダイシングは、例えば図4の矢印で示すように、図中左側から右側に向けて行うことができる。
(Separation of semiconductor substrate)
Next, as shown in FIG. 4, for example, laser dicing is sequentially performed on the back surface after grinding of the
上記レーザダイシングを行うためのレーザ光源の構成は特に限定されるものではなく、発振するレーザ光の強度及び波長などは必要に応じて適宜に設定することができる。換言すれば、要求するレーザ光の強度及び波長などに依存して最適なレーザ光源を適宜に選択する。例えば、半導体基板10がシリコン半導体からなる場合、使用するレーザ光の波長は1064nmとすることが好ましい。これによって、後のへき開による個片化を簡易に実施できるような改質痕10Bを形成することができる。
The configuration of the laser light source for performing the laser dicing is not particularly limited, and the intensity and wavelength of the oscillating laser light can be appropriately set as necessary. In other words, an optimum laser light source is appropriately selected depending on the required intensity and wavelength of the laser light. For example, when the
次いで、図5に示すように、半導体基板10をマスキングテープ14から剥離し、耐熱テープ15上に貼付する。この場合も、加工面である半導体基板10の裏面が露出するように、はんだバンプ20が形成された主面側を耐熱テープ15に対して貼付する。なお、耐熱テープ15の周辺部はテープ支持リング16によって支持する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次いで、図6に示すように、半導体基板10の裏面側にRIE及びCDE(Chemical Dry Etching)などの前処理(図中矢印で示す)を行い、前記裏面上に形成された酸化生成物などを除去する。次いで、半導体基板10の前記裏面に対してスパッタリング及び蒸着などの汎用の膜形成手段を用いて、図7に示すような裏面電極膜17を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, pretreatment (indicated by arrows in the figure) such as RIE and CDE (Chemical Dry Etching) is performed on the back surface side of the
次いで、半導体基板10を耐熱テープ15から剥離した後、エキスパンドテープ18上に半導体基板10の裏面側を貼付し、図8に示すように、エキスパンドテープ18を伸長させることによって、半導体基板10を改質痕10Bを基点としてへき開し、個片化する。エキスパンドテープ18の伸長は、2次元的に行い、横及び縦方向の伸長が互いに同一となるように行うことができる。
Next, after peeling the
上述のようにして個片化された半導体チップ19は、それぞれ所定の用途に供され、例えばトランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなどの単機能の半導体装置の製造工程などに供されるようになる。
Each of the
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 While the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
10 半導体基板
11 一対の電極
12 バンプ振込みマスク
13 圧着治具
14 マスキングテープ
15 耐熱テープ
16 テープ支持リング
17 裏面電極膜
18 エキスパンドテープ
19 半導体チップ
20 はんだバンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電極パッドの表面に対して直接的に接合して形成されたはんだバンプと、
を具えることを特徴とする、半導体装置。 An electrode pad formed on the main surface of the semiconductor substrate;
Solder bumps formed by bonding directly to the surface of the electrode pads;
A semiconductor device comprising:
前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に熱圧着により接合させて形成する工程と、
を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 Etching the surface of the electrode pad formed on the main surface of the semiconductor substrate and activating the surface of the electrode pad;
Forming a solder bump directly by thermocompression bonding to the surface of the electrode pad;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007135815A JP2008294082A (en) | 2007-05-22 | 2007-05-22 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2007135815A Withdrawn JP2008294082A (en) | 2007-05-22 | 2007-05-22 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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