JP2010177604A - Semiconductor manufacturing method and manufacturing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of surely preventing a bridge of an adjacent electrode (such as a solder bump) of a semiconductor chip, and stabilizing the height of the connection (mounting) of the semiconductor chip on a substrate regarding the technology for connecting the semiconductor chip with the substrate. <P>SOLUTION: In the semiconductor manufacturing device (thermocompression bonding device 1) which performs a connection process between the semiconductor chip and the substrate, one or more projections 5 are formed at parts except an area for holding the rear surface of the semiconductor chip 21 on a plane (d) of a heating tool 3 which holds the semiconductor chip 21 to perform heating pressurization. The connection (mounting) height of the semiconductor chip 21 on the substrate 23 is controlled by descending the heating tool 3 which holds the semiconductor chip 21 to the substrate 23 on a stage 2, and making the projections 5 contact with the substrate 23, and an electrode (solder bump 22) of the semiconductor chip 21 is connected to an electrode 25 of the substrate 23 by performing the heating pressurization. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体装置、電子機器などの製造方法に関し、特に、半導体チップと基板との接続(実装)方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, an electronic device, and the like, and more particularly to a method for connecting (mounting) a semiconductor chip and a substrate.

電子機器の小型化、高機能化に伴い、使用される電子部品の小型・高密度化が進んでいる。例えば、従来の半導体パッケージの構造は、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、TSOP(Thin Small Outline Package)等の構造、即ち、リードフレームを使用し、半導体チップを封止した樹脂の外側の2方向あるいは4方向に、ガルウィング形状などのリードを形成した構造である。これは、本来の機能を司る半導体チップ部だけでなく、電極であるリードを基板へ接続する面積までを含めると、基板上で非常に大きな面積を必要としていた(全体で実装面積とする)。   With the downsizing and high functionality of electronic devices, the electronic components used are becoming smaller and more dense. For example, the structure of a conventional semiconductor package is a structure such as QFP (Quad Flat Package), SOP (Small Outline Package), TSOP (Thin Small Outline Package), that is, a resin in which a semiconductor chip is sealed using a lead frame. This is a structure in which a gull wing-shaped lead or the like is formed in two or four directions on the outside. This requires a very large area on the substrate (including the mounting area as a whole), including not only the semiconductor chip portion that controls the original function but also the area where the lead that is an electrode is connected to the substrate.

そこで、基板上での実装面積を小さくするために、半導体チップを封止した樹脂と基板との間にはんだボールを用いて電極を形成した、BGA(Ball Grid Array)が多く使用されるようになってきている。さらに最近では、半導体チップの大きさと実装面積をほぼ同程度にできるCSP(Chip Size Package)、さらに、WLP(Wafer Level Package)と呼ばれる、半導体チップの能動素子面上にリソグラフィー技術などを用いて再配線を行って電極を形成した構造の半導体装置も多く用いられている。   Therefore, in order to reduce the mounting area on the substrate, a BGA (Ball Grid Array) in which an electrode is formed using a solder ball between the resin sealing the semiconductor chip and the substrate is often used. It has become to. More recently, CSP (Chip Size Package), which enables the size and mounting area of a semiconductor chip to be approximately the same, and WLP (Wafer Level Package), which is re-used on the active element surface of a semiconductor chip using lithography technology, etc. A semiconductor device having a structure in which electrodes are formed by performing wiring is also often used.

また、特に携帯用の電子機器においては、電子部品の占有面積・体積の制約が大きいため、1つの半導体チップだけではなく、複数枚の半導体チップなどを一緒に組み入れて高密度化を図った積層構造、SiP(System in Package)構造等の半導体装置が多く使用されるようになってきている。   In particular, in portable electronic devices, the occupied area and volume of electronic components are greatly restricted, so that not only one semiconductor chip but also a plurality of semiconductor chips are combined together to increase the density. Semiconductor devices such as structures and SiP (System in Package) structures are increasingly used.

これらの積層構造、SiP構造等では、一般的に内部にインターポーザー基板などと呼ばれる中間基板があり、半導体チップを中間基板に対し能動素子面を上にして搭載(接続)し、Au線などを用いて半導体チップの電極と中間基板の電極の間をワイヤボンディングにより接続していた。   In these laminated structures, SiP structures, etc., there is an intermediate substrate generally called an interposer substrate, and a semiconductor chip is mounted (connected) with the active element surface facing up to the intermediate substrate, and Au wire or the like is mounted. The electrode of the semiconductor chip and the electrode of the intermediate substrate were connected by wire bonding.

しかし、ワイヤボンディングによる接続方式では、接続部の面積を含めると、半導体チップ本来の面積より大きい面積を必要とするため、小型化が必須な携帯用の電子機器などでは、この構造はあまり望ましくない。そこで、半導体装置の更なる小型化のため、半導体チップの能動素子面を基板側に向けて搭載(接続)して当該電極間を接続する、フリップチップ接続による半導体装置が多くなってきている。   However, the connection method using wire bonding requires an area larger than the original area of the semiconductor chip when the area of the connection portion is included, so this structure is not very desirable for portable electronic devices that require downsizing. . Therefore, in order to further reduce the size of semiconductor devices, there are an increasing number of semiconductor devices by flip chip connection in which the active element surface of a semiconductor chip is mounted (connected) toward the substrate side to connect the electrodes.

このフリップチップ接続による方式では、ワイヤボンディングによる接続方式より実装面積を小さくできる。この方式における接続部の構造としては様々ある。例えば、めっき、ワイヤボンディング技術などにより半導体チップの電極にAuバンプを形成し、基板の電極に形成したはんだ層と接続した構造がある。また、上記Auバンプを基板の電極に直接、超音波接合などによって接続した構造がある。また、導電微粒子を有する樹脂を介して接続した構造などがある。   In this flip-chip connection method, the mounting area can be made smaller than in the wire bonding connection method. There are various structures of the connecting portion in this system. For example, there is a structure in which Au bumps are formed on the electrodes of the semiconductor chip by plating, wire bonding technology, etc., and connected to the solder layer formed on the electrodes of the substrate. Further, there is a structure in which the Au bump is directly connected to the electrode of the substrate by ultrasonic bonding or the like. In addition, there is a structure in which conductive fine particles are connected through a resin.

この他に、半導体素子の能動素子面の電極に、はんだペースト印刷、はんだボール搭載、めっき等の方式によってはんだバンプを形成し、これを基板の電極に接続した、はんだバンプを用いた構造などもある。この構造はC4接続と呼ばれることもある。   In addition to this, solder bumps are formed on the active element surface electrodes of the semiconductor element by solder paste printing, solder ball mounting, plating, etc., and this is connected to the electrodes on the board, using a solder bump structure, etc. is there. This structure is sometimes referred to as a C4 connection.

一方、上記方式に関して、加熱加圧を行う熱圧着装置は、フリップチップボンダなどの名称で多く市販されている。この熱圧着装置は、基本的に、基板を保持するステージ機構、及び半導体チップを保持し所定のプロファイルで加熱加圧を行うことができる加熱ツール機構を有している。加熱ヘッド(加熱ツール)とステージは、平行になるように調整される。そして、加熱ヘッド(加熱ツール)の先端の平面部分に半導体チップを保持し、基板を保持したステージに向けて加熱ヘッド(加熱ツール)を下降させる。そして、半導体チップ側の電極と基板側の電極とを接触させ、所定の温度に加熱、及び所定の圧力に加圧することにより、両者を接続させる。このとき、加熱ヘッド(加熱ツール)は、パルスヒート、あるいはコンスタントヒートで設定した温度プロファイルに従って加熱が行われる。基板を保持するステージも、接続性を向上させるために、温度を変えることができる。半導体チップや基板の保持は、真空吸着によることが多く、その場合、加熱ヘッド先端部やステージ上に真空吸着用の穴が開いている。また、両者の接続(接触)の際の荷重は、荷重計(ロードセル)によって制御されている。また、半導体チップの電極、基板の電極を位置合わせする機構も付属している。   On the other hand, with respect to the above system, many thermocompression bonding apparatuses that perform heating and pressurization are commercially available under names such as flip chip bonders. This thermocompression bonding apparatus basically has a stage mechanism for holding a substrate and a heating tool mechanism for holding a semiconductor chip and performing heating and pressurization with a predetermined profile. The heating head (heating tool) and the stage are adjusted to be parallel. Then, the semiconductor chip is held on the flat portion at the tip of the heating head (heating tool), and the heating head (heating tool) is lowered toward the stage holding the substrate. Then, the electrode on the semiconductor chip side and the electrode on the substrate side are brought into contact with each other, and the two are connected by heating to a predetermined temperature and pressurizing to a predetermined pressure. At this time, the heating head (heating tool) is heated in accordance with a temperature profile set by pulse heat or constant heat. The stage holding the substrate can also be changed in temperature to improve connectivity. The semiconductor chip and the substrate are often held by vacuum suction. In that case, a vacuum suction hole is opened on the tip of the heating head or on the stage. Moreover, the load in the case of connection (contact) of both is controlled by the load meter (load cell). A mechanism for aligning the electrodes of the semiconductor chip and the electrodes of the substrate is also attached.

SiP構造の半導体装置については、例えば「SiP技術のすべて」工業調査会(非特許文献1)に記載されている。   The semiconductor device having the SiP structure is described in, for example, “All about SiP technology” industrial research group (Non-patent Document 1).

「SiP技術のすべて」工業調査会、p188“All about SiP Technology” Industrial Research Committee, p188

しかしながら、半導体装置の高機能化・高密度化・低背化のために半導体チップの電極の狭ピッチ化が要求され、Auバンプ、はんだバンプともに電極が微小になり接続が難しくなる。それと共に、半導体チップと基板の間のギャップも狭くなっている。このため、半導体チップと基板の電極間を接続した後に、半導体チップと基板(中間基板)の間の隙間にアンダーフィル材料を均一に注入することが難しく、ボイドが発生しやすくなっている。当該電極間のアンダーフィル部分にボイドが存在すると、その後のリフロープロセスなどの加熱工程において、断線不良が発生したり、使用時の熱疲労信頼性、絶縁信頼性などの低下を起こしやすい。   However, in order to increase the functionality, density, and height of a semiconductor device, it is required to reduce the pitch of the electrodes of the semiconductor chip, and both the Au bumps and the solder bumps become very small, making connection difficult. At the same time, the gap between the semiconductor chip and the substrate is narrowed. For this reason, it is difficult to uniformly inject the underfill material into the gap between the semiconductor chip and the substrate (intermediate substrate) after connecting the electrodes of the semiconductor chip and the substrate, and voids are easily generated. If a void exists in the underfill portion between the electrodes, a disconnection failure is likely to occur in a subsequent heating step such as a reflow process, and thermal fatigue reliability and insulation reliability during use are likely to decrease.

このため、アンダーフィル材料をボイドの発生を抑えて注入するためには、半導体チップと基板(中間基板)の間における間隔が、量産時に安定して、適正な間隔になるように、精度良く接続する必要がある。   For this reason, in order to inject the underfill material while suppressing the generation of voids, the gap between the semiconductor chip and the substrate (intermediate substrate) is connected accurately so that the gap is stable and suitable for mass production. There is a need to.

また、アンダーフィル部にボイドが生じなかった接続部においても、半導体チップと基板(中間基板)の間隔は重要である。これは、電子機器を使用した時に内部の温度が上昇し、半導体チップと基板の熱膨張係数の差によって当該接続部に応力が発生するが、基板上からの半導体チップの実装(接続)高さが異なると、当該接続部に生じる応力の大きさが変わり、所望の信頼性が得られない可能性がある。例えば、実装高さが低くなった場合には、当該接続部への応力が増大し、全く同じ使用環境でも信頼性を確保できない場合がある。従って、当該接続部の信頼性確保の面からも、半導体チップと基板(中間基板)の間隔は、量産時に安定して、一定の適正な間隔となるように、接続する必要がある。   In addition, the distance between the semiconductor chip and the substrate (intermediate substrate) is also important in the connection portion where no void is generated in the underfill portion. This is because the internal temperature rises when an electronic device is used, and stress is generated in the connection part due to the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the substrate, but the mounting (connection) height of the semiconductor chip from the substrate is high. If they are different from each other, the magnitude of the stress generated in the connection portion changes, and the desired reliability may not be obtained. For example, when the mounting height is lowered, the stress on the connection portion increases, and reliability may not be ensured even in exactly the same use environment. Therefore, also from the viewpoint of ensuring the reliability of the connection portion, it is necessary to connect the semiconductor chip and the substrate (intermediate substrate) so that the interval between the semiconductor chip and the substrate (intermediate substrate) is stable and constant at the time of mass production.

また、上記方式に関して、はんだバンプによる電極を用いた場合、従来では半導体チップが厚かったため、基板上に半導体チップを搭載し、リフロー炉に通して加熱することにより接続できた。この場合には、最終的に、はんだの表面張力により自然に決められた形状になるため、ある程度の実装高さの均一性を確保できた。しかし、低背化への要求のため半導体チップが薄くなり、リフロー炉による加熱では、はんだバンプが溶融してもチップの反りのために物理的に基板の電極と接触できず、リフロー炉による加熱接続が困難になってきている。特に、中間基板などの薄い基板やチップでは、反りが生じやすい。   Further, regarding the above method, when an electrode using solder bumps was used, the semiconductor chip was conventionally thick, so that the semiconductor chip was mounted on the substrate and connected by heating through a reflow furnace. In this case, since the shape is finally determined by the surface tension of the solder, a certain level of mounting height uniformity can be secured. However, due to the demand for low profile, the semiconductor chip becomes thinner, and when heated by a reflow furnace, even if the solder bump melts, it cannot physically contact the substrate electrodes due to warping of the chip. Connection is getting difficult. In particular, a thin substrate such as an intermediate substrate or a chip is likely to warp.

そこで、上記はんだバンプによる電極を有する半導体チップを加熱加圧方式(フリップチップ接続方式)で接続する方法が求められている。このはんだバンプの加熱加圧接続では、チップの反りの問題は、先端が平らな部分(チップに接する平面部)を持つ加熱ツールへの吸着により解消できる。しかし、高温ではんだが溶融するため、荷重によりはんだバンプが潰れて隣接バンプ間でブリッジ(ショート)が生じてしまう問題がある。   Therefore, there is a demand for a method of connecting a semiconductor chip having electrodes with the solder bumps by a heating and pressing method (flip chip connection method). In the solder bump heat-press connection, the problem of chip warpage can be solved by adsorption to a heating tool having a flat tip portion (a flat portion in contact with the chip). However, since the solder melts at a high temperature, there is a problem that the solder bumps are crushed by a load and a bridge (short) is generated between adjacent bumps.

このため、上記ブリッジを防止できる必要がある。そのための対策としては、例えば50g以下の低荷重を精度良く制御できる特殊な加熱ツール機構を有する熱圧着装置が必要である。   For this reason, it is necessary to prevent the bridge. As a countermeasure for that, for example, a thermocompression bonding apparatus having a special heating tool mechanism capable of accurately controlling a low load of 50 g or less is required.

しかしながら、上記装置では、低荷重の領域の制御が難しく、最終的な接続部のはんだの高さのバラツキを生じる場合がある。また、専用の装置が必要であるので、コストの増加につながる。   However, in the above apparatus, it is difficult to control the low-load region, and there may be variations in the solder height of the final connection portion. In addition, since a dedicated device is required, the cost increases.

本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、小型化(電極微小化)の傾向にある半導体装置における半導体チップ等(素子)と基板とを接続する技術に係わり、特に、はんだバンプ等による電極を有する半導体チップにおける隣接電極(バンプ)のブリッジを確実に防止でき、かつ、基板上の半導体チップの接続(実装)の高さを安定化すること(言い換えれば接続高さのバラツキを低減して精度良く接続すること)ができる技術を提供することである。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and its main purpose is to connect a semiconductor chip or the like (element) in a semiconductor device that tends to be miniaturized (electrode miniaturization) and a substrate. In particular, it is possible to reliably prevent bridging of adjacent electrodes (bumps) in a semiconductor chip having electrodes such as solder bumps, and to stabilize the height of connection (mounting) of the semiconductor chip on the substrate (in other words, For example, it is possible to provide a technology capable of reducing the connection height variation and connecting with high accuracy.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。前記目的を達成するために、本発明の代表的な実施の形態は、電極を有する半導体チップ等の素子を基板に対して加熱加圧方式等で接続(実装)することによって所定の半導体装置を製造する方法(半導体製造方法)及びその装置(半導体製造装置)などの技術であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows. In order to achieve the above object, a typical embodiment of the present invention is to connect a predetermined semiconductor device by connecting (mounting) an element such as a semiconductor chip having electrodes to a substrate by a heating and pressing method or the like. A technique such as a manufacturing method (semiconductor manufacturing method) and an apparatus thereof (semiconductor manufacturing apparatus) has the following configuration.

チップと基板の接続及び加熱加圧方式に関して、本発明者は、接続(接触)の際の荷重を変えて加熱し、どの程度の荷重の場合に隣接の電極(バンプ)とのブリッジが発生するか等を調べた。その結果、電極が例えばSn−Ag系はんだバンプの場合、ブリッジを確実に起こさないためには、荷重を約50g程度以下にすること、また、はんだバンプ形状(数、ピッチ、バンプ大きさ等)によっては、20g、10g以下のような非常に低荷重の領域での正確な制御が必要であることがわかった。このような低荷重の領域での正確な制御は、一般的には技術的に難しい課題である。   Regarding the connection between the chip and the substrate and the heating and pressurizing method, the present inventor changes the load at the time of connection (contact) and heats, and at what load the bridge with the adjacent electrode (bump) is generated. I investigated. As a result, when the electrode is, for example, a Sn-Ag solder bump, the load should be about 50 g or less in order not to cause the bridge reliably, and the solder bump shape (number, pitch, bump size, etc.) It was found that accurate control in a very low load region such as 20 g or 10 g or less is necessary depending on the case. Accurate control in such a low load region is generally a technically difficult task.

また、対策としては、電極(はんだバンプ)が隣接間でブリッジしないように、荷重で制御するのではなく、加熱ツール(加熱ヘッド)の位置(高さ)を制御することも考えられる。これは原理的には可能であるが、実際には、適正な接続(実装)高さを達成することは困難である。即ち、それぞれの部材には厚みバラツキがあり、特に基板の厚みバラツキの割合が大きいこともあるため、電極(はんだバンプ)が非常に狭ピッチで微細でありチップと基板の間の適正な間隙範囲が狭い場合には、上記加熱ツール(加熱ヘッド)の位置制御だけでは、適正な接続(実装)高さを達成することができない。   As a countermeasure, it is also conceivable to control the position (height) of the heating tool (heating head) instead of controlling it with a load so that the electrodes (solder bumps) do not bridge between adjacent ones. This is possible in principle, but in practice it is difficult to achieve a proper connection (mounting) height. That is, each member has a thickness variation, and in particular, since the ratio of the substrate thickness variation may be large, the electrodes (solder bumps) are very narrow and fine, and an appropriate gap range between the chip and the substrate. In the case where the distance is narrow, an appropriate connection (mounting) height cannot be achieved only by controlling the position of the heating tool (heating head).

そこで、本形態では、半導体チップ等の素子と基板との接続(実装)の高さ(位置)を正確に制御するための手段、及び素子と基板の接続(接触)の際の荷重による制御(特に低荷重の領域での正確な制御)のための手段として、以下の構成を設けるものである。特に、本形態は、加熱加圧方式及びフリップチップ接続方式における、はんだバンプ等の電極を用いた構造などに適用可能である。   Therefore, in this embodiment, means for accurately controlling the height (position) of connection (mounting) between an element such as a semiconductor chip and the substrate, and control by a load at the time of connection (contact) between the element and the substrate ( In particular, as a means for accurate control in a low load region, the following configuration is provided. In particular, this embodiment can be applied to a structure using electrodes such as solder bumps in the heating and pressurization method and the flip chip connection method.

本形態では、半導体チップの電極(例えばはんだバンプ)を基板(例えば中間基板)の電極に接続する工程を有する半導体製造方法及びその装置(特に加熱加圧方式による熱圧着装置)において、以下のように実現される。本製造装置は、半導体チップの吸着保持及び加熱加圧を行う加熱ツール(加熱ヘッドを含む加熱ツール機構)、及び基板を載置及び保持するステージ機構などを備える。本加熱ツールの先端(チップ保持側)の平面には、チップ保持領域以外の箇所に、1つ以上の突起が形成されている構造である。この突起の形成については、あらかじめ加熱ツール(加熱ヘッド)と突起が一体的に加工形成される構成や、個別の部品が接続固定される構成などが可能である。   In the present embodiment, in a semiconductor manufacturing method and its apparatus (particularly, a thermocompression bonding apparatus using a heating and pressing method) including a step of connecting an electrode (for example, a solder bump) of a semiconductor chip to an electrode of a substrate (for example, an intermediate substrate), To be realized. This manufacturing apparatus includes a heating tool (heating tool mechanism including a heating head) that performs adsorption holding and heating and pressing of a semiconductor chip, a stage mechanism that mounts and holds a substrate, and the like. The heating tool has a structure in which one or more protrusions are formed on a plane other than the chip holding area on the plane of the tip (chip holding side). As for the formation of the protrusion, a configuration in which the heating tool (heating head) and the protrusion are integrally formed in advance, a configuration in which individual components are connected and fixed, and the like are possible.

本装置及び方法において、加熱ツールにおける突起の無い箇所の平面部(チップ保持領域)にチップの裏面側が保持され、ステージ上に保持された基板の電極と、チップの表面側の電極(例えばはんだバンプによる)とを位置合わせ(カメラ等による)した後、加熱ツールを下降する。その際、上記突起によって、基板側の上面と接触することで、チップの接続高さを正確に制御することが実現される。その後、加熱を行ってチップの電極と基板の電極を接続した後、加熱ツールを上昇するものである。   In this apparatus and method, the back side of the chip is held in a flat portion (chip holding region) where there is no protrusion in the heating tool, and the substrate electrode held on the stage and the chip surface side electrode (for example, solder bump) )) Is aligned (by a camera or the like), and then the heating tool is lowered. At that time, it is possible to accurately control the connection height of the chip by contacting the upper surface on the substrate side by the protrusion. Then, after heating and connecting the electrode of a chip | tip and the electrode of a board | substrate, a heating tool is raised.

また他の形態では、上記突起の代わりの手段として、基板上、チップ接続領域以外の位置に、1つ以上のスペーサーを搭載(配置または形成)する。一方、チップの裏面を加熱ツールの平面部に保持し、チップの電極と基板の電極との位置合わせの後、加熱ツールを下降させ、基板上のスペーサーに接触するまで下降させて、加熱加圧を行い、これによりチップと基板を接続するものである。   In another embodiment, one or more spacers are mounted (arranged or formed) on the substrate at a position other than the chip connection region as a means instead of the protrusion. On the other hand, hold the back of the chip on the flat part of the heating tool, align the chip electrode with the substrate electrode, lower the heating tool until it contacts the spacer on the substrate, and heat and press Thus, the chip and the substrate are connected.

本形態の半導体製造方法及び装置は例えば以下の構成である。半導体製造装置は、基板を保持するステージと、半導体チップを保持し加熱加圧を行う加熱装置とを有し、加熱装置の平面(下側面)に、半導体チップの裏面を保持(真空吸着)する半導体チップ保持領域を有し、半導体チップ保持領域以外の箇所に、所定高さの1つ以上の突起が形成されており、突起の高さ(厚み)は、半導体チップとその電極の高さ(厚み)に合わせて設計されている。そして、本製造方法では、本半導体製造装置を用いて、半導体チップの電極を基板の電極に接続する接続工程において、ステージ上に基板を保持し、加熱装置の平面の半導体チップ保持領域に半導体チップの裏面(上面)を保持し、半導体チップの表面(下面)の電極と基板の上面の電極とを位置合わせし、基板及び半導体チップの平面に対する垂直方向で、加熱装置の下降を含む移動及び加熱加圧を制御し、加熱装置の下降の際に突起が基板に接触することを利用して、半導体チップと基板との接続の高さ(位置)を制御し、半導体チップの電極に対し加熱装置による加熱加圧を行うことにより、半導体チップと基板とを接続する。   The semiconductor manufacturing method and apparatus of this embodiment have the following configuration, for example. A semiconductor manufacturing apparatus has a stage that holds a substrate and a heating device that holds and heat-presses a semiconductor chip, and holds (vacuum suction) the back surface of the semiconductor chip on a flat surface (lower surface) of the heating device. The semiconductor chip holding region has one or more protrusions having a predetermined height at locations other than the semiconductor chip holding region, and the height (thickness) of the protrusion is the height of the semiconductor chip and its electrodes ( (Thickness). And in this manufacturing method, in the connection process which connects the electrode of a semiconductor chip to the electrode of a board | substrate using this semiconductor manufacturing apparatus, a board | substrate is hold | maintained on a stage and a semiconductor chip is set | placed on the semiconductor chip holding area | region of the plane of a heating apparatus. Holding the back surface (upper surface) of the semiconductor chip, aligning the electrode on the front surface (lower surface) of the semiconductor chip with the electrode on the upper surface of the substrate, and moving and heating in a direction perpendicular to the plane of the substrate and the semiconductor chip, including lowering of the heating device By controlling the pressurization, the height (position) of the connection between the semiconductor chip and the substrate is controlled by utilizing the fact that the protrusion contacts the substrate when the heating device is lowered, and the heating device is applied to the electrodes of the semiconductor chip. The semiconductor chip and the substrate are connected to each other by performing heating and pressurization.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。本発明の代表的な実施の形態によれば、小型化(電極微小化)の傾向にある半導体装置における半導体チップ等と基板とを接続する技術に係わり、特に、はんだバンプ等による電極を有する半導体チップにおける隣接電極のブリッジを確実に防止でき、かつ、基板上の半導体チップの接続(実装)の高さを安定化すること(言い換えれば接続高さのバラツキを低減して精度良く接続すること)ができる。   The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. According to a typical embodiment of the present invention, the present invention relates to a technique for connecting a semiconductor chip or the like and a substrate in a semiconductor device that tends to be miniaturized (electrode miniaturization), and in particular, a semiconductor having electrodes by solder bumps or the like. The bridge of adjacent electrodes on the chip can be surely prevented, and the height of the connection (mounting) of the semiconductor chip on the substrate can be stabilized (in other words, the connection height can be reduced and the connection can be made accurately). Can do.

特に、加熱ツールに突起を設けた構成の場合には、突起が基板に接触した時点(荷重が所定値以上になる時点)で、加熱ツールの下降が止まり、接続高さを正確に制御できる。そのため、基板上の一定、均一な高さで半導体チップを接続することが可能である。   In particular, in the case of a configuration in which the heating tool is provided with a protrusion, the heating tool stops descending when the protrusion comes into contact with the substrate (when the load reaches a predetermined value or more), and the connection height can be accurately controlled. Therefore, it is possible to connect the semiconductor chips at a constant and uniform height on the substrate.

また、基板上にスペーサーを搭載した構成の場合には、同様にこのスペーサーにより加熱ツールの下降が止まるため、やはり基板上の一定、均一な高さで半導体チップを接続することが可能である。   Further, in the case of a configuration in which a spacer is mounted on the substrate, the lowering of the heating tool is similarly stopped by this spacer, so that it is possible to connect the semiconductor chips at a constant and uniform height on the substrate.

また、特に半導体チップの電極がはんだバンプの場合に上記方法を用いた場合には、低荷重の範囲を精密に制御できる特殊な加熱ツールを有する熱圧着装置(設備)を用いること無く、隣接電極(はんだバンプ)間のブリッジを防ぐことが可能である。また、一定の接続高さで、量産時に安定して接続できるため、その後のアンダーフィル注入工程において、ボイドの発生を防止でき、接続部の信頼性の向上に寄与できる。   In particular, when the above method is used when the electrode of the semiconductor chip is a solder bump, the adjacent electrode can be used without using a thermocompression bonding apparatus (equipment) having a special heating tool capable of precisely controlling the low load range. It is possible to prevent bridging between (solder bumps). In addition, since the connection can be stably performed at the time of mass production with a constant connection height, the generation of voids can be prevented in the subsequent underfill injection process, and the reliability of the connection portion can be improved.

また特に、低荷重制御を必要とするSiP等の半導体装置の製造においては、一定の接続高さで安定して量産することができる。   In particular, in the manufacture of a semiconductor device such as SiP that requires low load control, it can be stably mass-produced with a constant connection height.

本発明の一実施の形態(実施の形態1)である半導体製造装置(熱圧着装置)及び製造方法の概略構成(断面)を示す図である。It is a figure which shows schematic structure (cross section) of the semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus) and manufacturing method which are one embodiment (Embodiment 1) of the present invention. 本発明の一実施の形態である半導体製造装置(熱圧着装置)における個別の要素を示す図である。It is a figure which shows the individual element in the semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus) which is one embodiment of this invention. 実施の形態1において用いた半導体チップの平面構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a planar configuration of a semiconductor chip used in the first embodiment. FIG. 実施の形態1において用いた基板の平面構成を示す図である。3 is a diagram illustrating a planar configuration of a substrate used in Embodiment 1. FIG. (a)〜(d)は、本半導体製造方法の接続プロセス(装置状態)を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the connection process (apparatus state) of this semiconductor manufacturing method. 実施の形態1の半導体製造方法の接続プロセス中の加熱ツールの高さ(z)、温度、荷重の関係(制御プロファイル)を示す図である。It is a figure which shows the height (z) of the heating tool in the connection process of the semiconductor manufacturing method of Embodiment 1, temperature, and the relationship (control profile) of a load. 実施の形態1において接続の結果構成される半導体装置であるSiP構造の半導体装置の断面構造を示す図である。3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor device having a SiP structure which is a semiconductor device configured as a result of connection in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における加熱ツール(突起)の変形例を示す図である。6 is a diagram showing a modification of the heating tool (projection) in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における変形例として、保護部材を用いた構成を示す図である。It is a figure which shows the structure using a protection member as a modification in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における変形例として、ステージまで達する突起を有する加熱ツールの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the heating tool which has the processus | protrusion which reaches a stage as a modification in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における変形例として、Auバンプの基板への接続に用いた例を示す図である。It is a figure which shows the example used for the connection to the board | substrate of Au bump as a modification in Embodiment 1. FIG. 本発明の一実施の形態(実施の形態2)である半導体製造装置(熱圧着装置)及び製造方法について示す図であり、(a)は、複数の基板を含む基板シートの構造(従来)を示す図であり、(b)は、実施の形態2で適用する基板シートの構造を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure shown about the semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus) and manufacturing method which are one embodiment (Embodiment 2) of this invention, (a) is the structure (conventional) of the board | substrate sheet | seat containing a some board | substrate. (B) is a figure which shows the structure of the board | substrate sheet | seat applied in Embodiment 2. FIG. 本発明の一実施の形態(実施の形態3)である半導体製造装置(熱圧着装置)及び製造方法の概略構成(断面)を示す図である。It is a figure which shows schematic structure (cross section) of the semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus) and manufacturing method which are one embodiment (Embodiment 3) of this invention. 実施の形態3における、スペーサーの変形例(その1)を示す図である。It is a figure which shows the modification (the 1) of the spacer in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における、スペーサーの変形例(その2)を示す図である。It is a figure which shows the modification (the 2) of the spacer in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における変形例として、半導体製造装置(熱圧着装置)における、複数の半導体チップを同時に接続する場合の模式構成を示す図である。As a modified example of Embodiment 3, it is a figure which shows the schematic structure in the case of connecting a some semiconductor chip simultaneously in a semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus). 実施の形態3における変形例として、半導体製造装置(熱圧着装置)における、基板上にスペーサーの代わりに突起を設ける場合の模式構成を示す図である。As a modified example of Embodiment 3, it is a figure which shows the model structure in the case of providing a processus | protrusion instead of a spacer on a board | substrate in a semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus). 実施の形態3における変形例として、半導体製造装置(熱圧着装置)における、基板上にアンダーフィル材による突起を設ける場合の模式構成を示す図である。As a modified example of Embodiment 3, it is a figure which shows the model structure in the case of providing the processus | protrusion by an underfill material on a board | substrate in a semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus).

以下、本発明の実施の形態(半導体製造装置、半導体製造方法)を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments (semiconductor manufacturing apparatus, semiconductor manufacturing method) of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1〜図7を用いて、本発明の実施の形態1の半導体製造装置(熱圧着装置)及び半導体製造方法について説明する。実施の形態1では、加熱ツール(加熱ヘッド)側に突起が形成された構成である。
(Embodiment 1)
A semiconductor manufacturing apparatus (thermocompression bonding apparatus) and a semiconductor manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, a protrusion is formed on the heating tool (heating head) side.

<概要>
図1は、本発明の実施の形態の半導体製造装置である熱圧着装置1の概要構成について示す。図1は、本熱圧着装置1を横から見た断面である。説明のため、水平面の方向(x,y)と垂直方向(z)を有する。
<Overview>
FIG. 1 shows a schematic configuration of a thermocompression bonding apparatus 1 which is a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross section of the thermocompression bonding apparatus 1 as viewed from the side. For illustration, it has a horizontal plane direction (x, y) and a vertical direction (z).

図1において、熱圧着装置1は、ステージ2(ステージ機構)と、加熱ツール(加熱ヘッドを含む加熱ツール機構)3とを含む。図1の熱圧着装置1の状態は、接続の対象である基板23と半導体チップ21とを保持した状態である。即ち、ステージ2上に基板23が載置及び保持され、加熱ツール3に半導体チップ21が保持された状態である。   In FIG. 1, the thermocompression bonding apparatus 1 includes a stage 2 (stage mechanism) and a heating tool (heating tool mechanism including a heating head) 3. The state of the thermocompression bonding apparatus 1 in FIG. 1 is a state in which the substrate 23 and the semiconductor chip 21 to be connected are held. That is, the substrate 23 is placed and held on the stage 2 and the semiconductor chip 21 is held on the heating tool 3.

図2は、説明のため、図1の熱圧着装置1及び接続対象(基板23、半導体チップ21)に関する各要素を個別に示している。   FIG. 2 individually shows each element relating to the thermocompression bonding apparatus 1 and the connection target (substrate 23, semiconductor chip 21) of FIG. 1 for explanation.

基板23は、上面(cで示す)側に、ソルダーレジスト24や電極25が形成されている。   The substrate 23 has a solder resist 24 and electrodes 25 formed on the upper surface (indicated by c).

半導体チップ21は、能動素子面(表面)である下面(aで示す)側に、はんだバンプ22(はんだバンプによる電極)が付けられる(はんだバンプ22形成状態の半導体チップ20とする)。裏面である上面(bで示す)側は平らであり、加熱ツール3側の領域(半導体チップ保持領域8)に保持される。   The semiconductor chip 21 is provided with solder bumps 22 (electrodes by solder bumps) on the lower surface (indicated by a) which is the active element surface (front surface) (referred to as a semiconductor chip 20 in a state where the solder bumps 22 are formed). The upper surface (indicated by b), which is the back surface, is flat and is held in a region (semiconductor chip holding region 8) on the heating tool 3 side.

加熱ツール3は、本体7と、突起5とを有する構成である。本体7部分は、剛体であり、断面が矩形の場合である。本体7は、中央に、半導体チップ21の保持のための真空吸着用の穴6が設けられている。穴6は、平面中央に直径1mmである。加熱ツール3(本体7)の先端の下面(dで示す)側は、半導体チップ21保持側である。加熱ツール3(本体7)の下面(d)においては、穴6の位置とも対応して、半導体チップ21(その上面b)を保持することが可能な平面部(半導体チップ保持領域)8を含む。   The heating tool 3 includes a main body 7 and a protrusion 5. The main body 7 is a rigid body and has a rectangular cross section. The main body 7 is provided with a vacuum suction hole 6 for holding the semiconductor chip 21 in the center. The hole 6 has a diameter of 1 mm at the center of the plane. The lower surface (indicated by d) of the tip of the heating tool 3 (main body 7) is the semiconductor chip 21 holding side. The lower surface (d) of the heating tool 3 (main body 7) includes a planar portion (semiconductor chip holding region) 8 that can hold the semiconductor chip 21 (the upper surface b) corresponding to the position of the hole 6. .

また、加熱ツール3(本体7)の平面(d)に対して、半導体チップ保持領域8とは異なる箇所(突起形成領域9)に、突起5が形成される。本特徴である突起5は、所定の高さhを持ち、高さhは、半導体チップ21の高さよりも少し大きい。   Further, the projection 5 is formed at a location (projection formation region 9) different from the semiconductor chip holding region 8 with respect to the plane (d) of the heating tool 3 (main body 7). The protrusion 5 which is this feature has a predetermined height h, and the height h is slightly larger than the height of the semiconductor chip 21.

加熱ツール3の形状としては、先端の平面(d)における半導体チップ保持領域8は、15mm角である。平面(d)の四隅の突起形成領域9に、突起5が、2mm角、高さhが0.45mmの角柱形状で形成されている。   As a shape of the heating tool 3, the semiconductor chip holding region 8 in the flat surface (d) at the tip is a 15 mm square. The protrusions 5 are formed in a prismatic shape having a 2 mm square and a height h of 0.45 mm in the protrusion forming regions 9 at the four corners of the plane (d).

加熱ツール3(本体7)の材質はセラミックであり、本加熱ツール3の製造時、本体7に対し突起5の部分を残すように加工することで製作した。なお、突起5の形成は、本体7と一体的な形態としたが、図2のような形で個別の部品を接続して成る形態としてもよい。   The material of the heating tool 3 (main body 7) is ceramic, and was manufactured by processing the main body 7 so as to leave the portion of the protrusion 5 when the heating tool 3 was manufactured. In addition, although formation of the protrusion 5 was made into the form integrated with the main body 7, it is good also as a form which connects an individual component in the form like FIG.

<半導体チップ>
本実施の形態の熱圧着装置1(加熱ツール3)を用いて、半導体チップ21と基板23とを接続する方法について以下順を追って説明する。
<Semiconductor chip>
A method for connecting the semiconductor chip 21 and the substrate 23 using the thermocompression bonding apparatus 1 (heating tool 3) of the present embodiment will be described below in order.

まず、図3において、本実施の形態(及び接続実験)で用いた半導体チップ21の水平面方向(x−y)での形状を示している。半導体チップ21の能動素子面側の平面(a)において、はんだバンプ22が付けられた状態を示している。半導体チップ21の大きさは8.5mm角、Siの厚みが0.4mmである。半導体チップ21の能動素子面において、はんだバンプ22が、外周付近に6列で形成されている。   First, FIG. 3 shows the shape of the semiconductor chip 21 used in the present embodiment (and connection experiment) in the horizontal plane direction (xy). In the plane (a) on the active element surface side of the semiconductor chip 21, the solder bumps 22 are shown. The size of the semiconductor chip 21 is 8.5 mm square, and the thickness of Si is 0.4 mm. On the active element surface of the semiconductor chip 21, solder bumps 22 are formed in six rows near the outer periphery.

はんだバンプ22の組成は、Sn−Ag系の鉛フリーはんだであり、はんだバンプ22の高さが約100μm、はんだバンプ22のピッチが260μmである。本はんだバンプ22は、Sn−Ag系のはんだペーストをメタルマスクを用いて印刷し、リフロー加熱、洗浄することにより形成した。   The composition of the solder bumps 22 is Sn-Ag lead-free solder. The height of the solder bumps 22 is about 100 μm, and the pitch of the solder bumps 22 is 260 μm. The solder bumps 22 were formed by printing Sn-Ag solder paste using a metal mask, reflow heating, and washing.

<基板>
図4において、上記半導体チップ21に対応して接続の対象となる基板23の水平面方向(x−y)での形状を示している。基板23の形状は15mm角、厚みは1mmである。基板23の材質はガラスエポキシ基材であり、表面はソルダーレジスト24により電極25部が開口されている。電極25の材料は、Cu上にNi、その上にAuめっきの構成である。
<Board>
In FIG. 4, the shape in the horizontal plane direction (xy) of the substrate 23 to be connected corresponding to the semiconductor chip 21 is shown. The shape of the substrate 23 is 15 mm square and the thickness is 1 mm. The material of the substrate 23 is a glass epoxy base material, and the electrode 25 part is opened by a solder resist 24 on the surface. The electrode 25 is made of Ni on Cu and Au plated thereon.

基板23の上面(c)(ソルダーレジスト24)において、半導体チップ21が接続(実装)される概略平面部(半導体チップ接続領域)26を有する。その半導体チップ接続領域26の外側には、ワイヤボンディング用の電極27が配置されている。このワイヤボンディング用の電極27は、例えば基板23の外周付近、図4では基板23の四隅の領域(突起当接領域28)を除く四辺付近に配置されている。   On the upper surface (c) of the substrate 23 (solder resist 24), there is a substantially planar portion (semiconductor chip connection region) 26 to which the semiconductor chip 21 is connected (mounted). An electrode 27 for wire bonding is disposed outside the semiconductor chip connection region 26. The wire bonding electrodes 27 are disposed, for example, in the vicinity of the outer periphery of the substrate 23, in the vicinity of the four sides excluding the four corner regions (projection contact regions 28) of the substrate 23 in FIG.

本実施の形態(図4)では、基板23の四隅に、破線で示す突起当接領域28を有する。突起当接領域28は、接続の際に加熱ツール3の突起5が接する部分(ソルダーレジスト24の一部)である。   In the present embodiment (FIG. 4), projection contact areas 28 indicated by broken lines are provided at the four corners of the substrate 23. The protrusion contact region 28 is a portion (a part of the solder resist 24) where the protrusion 5 of the heating tool 3 comes into contact during connection.

<接続プロセス>
次に、図5を用いて本実施の形態の半導体製造方法における接続プロセス(熱圧着プロセス)について説明する。図5と図6のプロファイルは対応している。
<Connection process>
Next, a connection process (thermocompression process) in the semiconductor manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG. The profiles in FIGS. 5 and 6 correspond to each other.

始め、図5(a)は、熱圧着装置1のステージ2上に載置及び保持された基板23に対し、半導体チップ21を保持した状態の加熱ツール3を下降する前の状態である。加熱ツール3の半導体チップ保持領域8に、真空吸着により半導体チップ21を固定させた。eで示すように、保持状態の半導体チップ21のはんだバンプ22の先端の位置(z軸方向高さ)は、fで示す突起5の先端の位置(高さ)よりも少し下にある。   First, FIG. 5A shows a state before the heating tool 3 holding the semiconductor chip 21 is lowered with respect to the substrate 23 placed and held on the stage 2 of the thermocompression bonding apparatus 1. The semiconductor chip 21 was fixed to the semiconductor chip holding region 8 of the heating tool 3 by vacuum suction. As shown by e, the position (height in the z-axis direction) of the tip of the solder bump 22 of the held semiconductor chip 21 is slightly below the position (height) of the tip of the protrusion 5 shown by f.

基板23、半導体チップ21、及び加熱ツール3は、水平面方向(x,y)で位置合わせされて配置される。また、高さ方向である垂直方向(z)では、特徴的な接続の制御がなされる。   The substrate 23, the semiconductor chip 21, and the heating tool 3 are aligned and arranged in the horizontal plane direction (x, y). In the vertical direction (z) which is the height direction, characteristic connection control is performed.

次に、図5(b)は、図5(a)からの下降後、半導体チップ21のはんだバンプ22の先端が基板23側の電極25に接した状態である。この時、fで示すように、突起5の先端の位置は、基板23の上面(c)(ソルダーレジスト24、突起当接領域28)には達していない。   Next, FIG. 5B shows a state in which the tip of the solder bump 22 of the semiconductor chip 21 is in contact with the electrode 25 on the substrate 23 side after descending from FIG. At this time, as indicated by f, the position of the tip of the protrusion 5 does not reach the upper surface (c) of the substrate 23 (the solder resist 24, the protrusion contact area 28).

次に、図5(c)は、図5(b)から僅かに下降して、はんだバンプ22が潰れると共に、突起5の先端(f)が基板23の上面(c)(ソルダーレジスト24、突起当接領域28)に接触した状態である。この状態ではんだバンプ22の加熱処理により電極(22,25)が接続される。   Next, FIG. 5C is slightly lowered from FIG. 5B, the solder bump 22 is crushed, and the tip (f) of the protrusion 5 is the upper surface (c) of the substrate 23 (solder resist 24, protrusion It is in a state of contact with the contact area 28). In this state, the electrodes (22, 25) are connected by heat treatment of the solder bumps 22.

最後に、図5(d)は、図5(c)の接続後に、加熱ツール3を上昇した状態である。ステージ2上には、基板23と半導体チップ21との接続後における半導体装置30の形状となっている。   Finally, FIG.5 (d) is the state which raised the heating tool 3 after the connection of FIG.5 (c). On the stage 2, the semiconductor device 30 has a shape after the substrate 23 and the semiconductor chip 21 are connected.

図5(a)で、加熱ツール3に対する半導体チップ21(はんだバンプ22付着状態の半導体チップ20)の保持(真空吸着)の際においては、半導体チップ21を所定の位置に置いたチップトレイに並べ、このチップトレイから、加熱ツール3の先端の平面(d)の半導体チップ保持領域8に、半導体チップ21の裏面(上面b)を吸着させた。   5A, when the semiconductor chip 21 (the semiconductor chip 20 with the solder bumps 22 attached) is held (vacuum suction) with respect to the heating tool 3, the semiconductor chips 21 are arranged in a chip tray placed at a predetermined position. The back surface (upper surface b) of the semiconductor chip 21 was adsorbed from the chip tray to the semiconductor chip holding region 8 on the flat surface (d) at the tip of the heating tool 3.

この半導体チップ21のはんだバンプ22による電極と、ステージ2上の基板23の電極25とをカメラ及びマーク等により位置合わせを行い、加熱ツール3を下降させる。   The electrodes of the solder bumps 22 of the semiconductor chip 21 and the electrodes 25 of the substrate 23 on the stage 2 are aligned by a camera and marks, and the heating tool 3 is lowered.

<制御プロファイル>
図6には、本接続の制御(プロセス)の際における加熱ツール3のz軸方向の動き(高さ)と、荷重、及び温度などの関係(制御プロファイル)を示している。横軸は時間(t1等は時刻)である。縦軸において、「高さ(z)」の線(601)は、加熱ツール3(及びその突起5や保持される半導体チップ20)のz軸方向の動き(高さ、位置)である。また、「温度」の線(602)は、加熱ツール3の温度である。また、「荷重」の線(603)は、基板23との接触などによって加熱ツール3に検出される荷重である。
<Control profile>
FIG. 6 shows the relationship (control profile) between the movement (height) of the heating tool 3 in the z-axis direction during the control (process) of the main connection, the load, the temperature, and the like. The horizontal axis is time (t1 etc. is time). On the vertical axis, the “height (z)” line (601) is the movement (height, position) in the z-axis direction of the heating tool 3 (and its protrusion 5 and the held semiconductor chip 20). The “temperature” line (602) is the temperature of the heating tool 3. A “load” line (603) is a load detected by the heating tool 3 by contact with the substrate 23 or the like.

高さ(z)の線(601)において、(1)は、加熱ツール3の下降(t1〜t3)を示し、(2)は、はんだバンプ22の接触の時点(t2)を示し、(3)は、突起5の接触の時点(t3)を示す。(4)は、一定の高さの状態(t3〜t9)である。(5)は、加熱ツール3の上昇(t9以降)を示す。   In the line (601) of the height (z), (1) indicates the lowering (t1 to t3) of the heating tool 3, (2) indicates the time point (t2) of contact of the solder bump 22, and (3 ) Indicates the point of time (t3) at which the protrusion 5 contacts. (4) is a constant height state (t3 to t9). (5) shows the rise of the heating tool 3 (after t9).

温度の線(602)において、aは、加熱開始の時点(t4)を示す。bは、最高温度到達の時点(t5)を示す。cは、温度下降開始の時点(t7)を示す。   In the temperature line (602), a indicates the heating start time (t4). b shows the time (t5) at which the maximum temperature is reached. c indicates the time point (t7) at which the temperature starts to decrease.

荷重の線(603)において、Aは、荷重上昇開始の時点(t2)を示す。これは、(2)のはんだバンプ22接触の時点に対応する。Bは、荷重の急な上昇の時点(t3)を示す。これは、(3)の突起5の接触の時点に対応する。ここでaのように加熱開始される。Cは、はんだバンプ22の溶融による荷重下降の状態(t6以降)を示す。   In the load line (603), A indicates the time point (t2) at which the load increase starts. This corresponds to the point of contact of the solder bump 22 in (2). B shows the time (t3) at which the load suddenly increases. This corresponds to the point of contact of the protrusion 5 in (3). Here, heating is started as in a. C shows a state in which the load decreases due to melting of the solder bumps 22 (after t6).

<接続制御(1)>
図5(a)の状態から加熱ツール3が下降し、図5(b)のように、はんだバンプ22の先端(e)が基板23の電極25に接触する(t2)。この接触により、加熱ツール3の上部に取り付けてある荷重計(ロードセル)で荷重の上昇が検知される。なお、この荷重計は公知技術である。
<Connection control (1)>
The heating tool 3 descends from the state of FIG. 5A, and the tip (e) of the solder bump 22 contacts the electrode 25 of the substrate 23 (t2) as shown in FIG. 5B. By this contact, an increase in load is detected by a load cell (load cell) attached to the upper part of the heating tool 3. This load cell is a known technique.

しかしながら、ここで、はんだバンプ22(個々のバンプ)が小さいこと、はんだ材料は一般にやわらかいこと、及びはんだバンプ22の高さにバラツキがあること、等の理由から、上記荷重の変化は非常に小さく、接触し始めた点の正確な検知は難しい。   However, the change in the load is very small because the solder bumps 22 (individual bumps) are small, the solder material is generally soft, and the height of the solder bumps 22 varies. It is difficult to accurately detect the point where contact has begun.

更に、図5(b)の状態から、そのまま加熱ツール3を下降すると、荷重は徐々に上昇し、図5(c)のように、加熱ツール3の先端の平面(d)に形成されている突起5が、基板23の表面のソルダーレジスト24(突起当接領域9)に接する(t3)。   Furthermore, when the heating tool 3 is lowered as it is from the state of FIG. 5B, the load gradually increases and is formed on the flat surface (d) at the tip of the heating tool 3 as shown in FIG. 5C. The protrusion 5 contacts the solder resist 24 (protrusion contact area 9) on the surface of the substrate 23 (t3).

すると、図6のB,(3)に示したように、荷重が大幅に上昇すると同時に、加熱ツール3の下降が止まり、加熱ツール3の位置が固定される。   Then, as shown in B and (3) of FIG. 6, the load increases significantly, and at the same time, the heating tool 3 stops descending, and the position of the heating tool 3 is fixed.

この時点で、はんだバンプ22は、基板23の電極25に接触し、固体状態で若干変形している。   At this point, the solder bump 22 contacts the electrode 25 of the substrate 23 and is slightly deformed in a solid state.

次に、この加熱ツール3の位置で、所定に設定しておいた図6の線(602)のような温度プロファイルに従って熱を加える(a,b)。すると、はんだバンプ22が溶融し(C)、はんだバンプ22からの反発力は無くなると共に、基板23の電極25に接続される。   Next, heat is applied at the position of the heating tool 3 according to a preset temperature profile such as the line (602) in FIG. 6 (a, b). Then, the solder bump 22 is melted (C), the repulsive force from the solder bump 22 disappears, and the solder bump 22 is connected to the electrode 25 of the substrate 23.

はんだバンプ22が溶融しても、加熱ツール3の先端の平面(d)には突起5が形成されているため、半導体チップ21の高さは変化しない。そのため、はんだバンプ22が潰れることは無く、隣接のはんだバンプ22間のブリッジは起きない。   Even when the solder bumps 22 are melted, the height of the semiconductor chip 21 does not change because the protrusions 5 are formed on the flat surface (d) of the tip of the heating tool 3. Therefore, the solder bumps 22 are not crushed, and no bridging between adjacent solder bumps 22 occurs.

その後、加熱ツール3への熱の供給を止めると、加熱ツール3の温度、及び半導体チップ21の温度が下がり(t7)、はんだバンプ22が凝固する。   Thereafter, when the supply of heat to the heating tool 3 is stopped, the temperature of the heating tool 3 and the temperature of the semiconductor chip 21 are lowered (t7), and the solder bumps 22 are solidified.

その後、加熱ツール3の真空吸着を解除し、図5(d)のように、加熱ツール3を上昇させる(t9)。   Thereafter, the vacuum suction of the heating tool 3 is released, and the heating tool 3 is raised as shown in FIG. 5D (t9).

以上のような制御の工程によって、半導体チップ21の電極であるはんだバンプ22が、基板23の電極25に接続された。   The solder bumps 22 that are electrodes of the semiconductor chip 21 are connected to the electrodes 25 of the substrate 23 by the control process as described above.

本接続の制御方法に用いた温度プロファイルとしては、加熱ツール3を280℃で8秒間保持し(t5〜t7)、その後、10秒間強制的に冷却させたものである。また、荷重としては、150gまで荷重を加えるように(t3〜t6)、設定した。   As a temperature profile used in the control method of this connection, the heating tool 3 is held at 280 ° C. for 8 seconds (t5 to t7), and then forcibly cooled for 10 seconds. Moreover, as a load, it set so that a load could be applied to 150g (t3-t6).

<接続制御(2)>
また、接続の前処理としては、Arプラズマ処理を行った。Arプラズマ処理では表面酸化膜がある程度除去できるため接続性の向上が期待でき、Arイオンスパッタと同様に、これらの前処理機構を熱圧着装置に付属させておくことは、品質向上に大変効果がある。
<Connection control (2)>
Further, as a pretreatment for connection, Ar plasma treatment was performed. Ar plasma treatment can remove the surface oxide film to some extent, so improvement in connectivity can be expected. Like Ar ion sputtering, attaching these pretreatment mechanisms to the thermocompression bonding equipment is very effective for quality improvement. is there.

この他、フラックスを用いる前処理方式も検討した。具体的には、半導体チップ21のはんだバンプ22にフラックスを転写により供給した。フラックスは、はんだバンプ22への転写性の良いロジン系のフラックスを用い、SUS板上に前記フラックスをメタルのスキージ2で30μmの厚みに供給した。その後、半導体チップ21のはんだバンプ22が形成されている面(a)を、上記フラックス面にSUS板に接するまで浸漬し、はんだバンプ22先端にフラックスを転写させた。このフラックスの転写は、熱圧着装置1内で行い、このはんだバンプ22の先端にフラックスを転写した状態の半導体チップ21は、半導体チップ21の反転機構を設けることで、加熱ツール3の先端の平面(d)の領域(8)に真空吸着させることができた。   In addition, a pretreatment method using flux was also examined. Specifically, the flux was supplied to the solder bumps 22 of the semiconductor chip 21 by transfer. As the flux, a rosin flux having good transferability to the solder bumps 22 was used, and the flux was supplied on a SUS plate with a metal squeegee 2 to a thickness of 30 μm. Thereafter, the surface (a) of the semiconductor chip 21 on which the solder bumps 22 are formed is immersed in the flux surface until it contacts the SUS plate, and the flux is transferred to the tips of the solder bumps 22. The transfer of the flux is performed in the thermocompression bonding apparatus 1, and the semiconductor chip 21 in a state where the flux is transferred to the tip of the solder bump 22 is provided with a reversing mechanism of the semiconductor chip 21, thereby providing a flat surface at the tip of the heating tool 3. It was able to be vacuum-sucked in the region (8) of (d).

<接続制御(3)>
図5(d)にも示したように、基板23と半導体チップ21との接続後における半導体装置30の形状としては、基板23上の半導体チップ21上面(b)までの高さは、略0.45mmであった。
<Connection control (3)>
As shown in FIG. 5D, the shape of the semiconductor device 30 after the connection between the substrate 23 and the semiconductor chip 21 is approximately 0 to the upper surface (b) of the semiconductor chip 21 on the substrate 23. .45 mm.

また、上記熱圧着プロセスにおいて、前記図2,図4のような配置関係の場合における加熱ツール3の突起5と基板23上面(c)との接触においては、基板23上面のソルダーレジスト24(突起当接領域28)に特に大きなダメージはみられず問題無かった。   In the thermocompression bonding process, the solder resist 24 (protrusion) on the upper surface of the substrate 23 is brought into contact with the protrusion 5 of the heating tool 3 and the upper surface (c) of the substrate 23 in the arrangement relationship as shown in FIGS. There was no problem because no particularly large damage was observed in the contact area 28).

また、基板23と半導体チップ21との接続部(半導体チップ接続領域26)に関しては、X線観察から、隣接のはんだバンプ22間のブリッジはみられず、断面観察からも、はんだバンプ22は確実に基板23の電極25に接続されていることを確認できた。   Further, with respect to the connection portion (semiconductor chip connection region 26) between the substrate 23 and the semiconductor chip 21, no bridge between adjacent solder bumps 22 is observed from X-ray observation, and the solder bump 22 is surely confirmed from cross-sectional observation. It was confirmed that the electrode was connected to the electrode 25 of the substrate 23.

このように加熱ツール3の突起5を利用して半導体チップ21と基板23の接続を行ったが、例えばチップ30個の接続において、接続高さのバラツキは殆ど無かった。   As described above, the connection between the semiconductor chip 21 and the substrate 23 was performed using the protrusion 5 of the heating tool 3. However, for example, in connection of 30 chips, there was almost no variation in the connection height.

また、接続の際のプロファイルとしては、加熱ツール3を下降させて突起5が接触した位置で止めて加熱し(t4)、その後加熱ツール3を上昇(t9)させたものであるが、高さバラツキのあるはんだバンプ22を基板23の電極25に確実にぬれさせるために、以下のようにしてもよい。即ち、突起5の高さを例えば0.43mmのように低くして、はんだバンプ22を基板23の電極25に接触させ、はんだバンプ22を大きく変形させてから加熱し、十分に溶融したのち、最終的な目標の接続高さ、例えば基板23上面(c)から0.46mmの位置などに加熱ツール3を引き上げてから冷却してもよい。これは、最終的なはんだ(22)の高さが高いと、半導体チップ21と基板23との間の熱膨張差による応力が小さくなる効果があるためである。   In addition, as a profile at the time of connection, the heating tool 3 is lowered and stopped at the position where the protrusion 5 contacts and heated (t4), and then the heating tool 3 is raised (t9). In order to reliably wet the uneven solder bumps 22 to the electrodes 25 of the substrate 23, the following may be performed. That is, the height of the protrusion 5 is reduced to, for example, 0.43 mm, the solder bump 22 is brought into contact with the electrode 25 of the substrate 23, the solder bump 22 is greatly deformed, heated, and sufficiently melted. You may cool, after pulling up the heating tool 3 to the final target connection height, for example, the position of 0.46 mm from the board | substrate 23 upper surface (c). This is because if the final height of the solder (22) is high, the stress due to the difference in thermal expansion between the semiconductor chip 21 and the substrate 23 is reduced.

<積層型のSiP構造の半導体装置>
図7には、積層型のSiP構造の半導体装置36(前記半導体装置30を含んで成る)を示している。前記プロセスで、フラックス残渣を洗浄後、図7に示したように、基板23と半導体チップ(第1の半導体チップ)21の電極間にアンダーフィル31を注入して硬化した。そして、超音波探傷装置を用いてボイドの有無を調べたが、電極間のアンダーフィル31材料内にボイドは殆ど見られなかった。
<Laminated SiP Structure Semiconductor Device>
FIG. 7 shows a semiconductor device 36 (including the semiconductor device 30) having a stacked SiP structure. After the flux residue was washed in the above process, as shown in FIG. 7, an underfill 31 was injected between the electrodes of the substrate 23 and the semiconductor chip (first semiconductor chip) 21 and cured. The presence or absence of voids was examined using an ultrasonic flaw detector, but almost no voids were found in the underfill 31 material between the electrodes.

更に、この後、他の半導体チップ(第2の半導体チップ)32の積層、ワイヤボンディング33による接続、樹脂封止(樹脂)34、裏面はんだバンプ35接続、などの各種工程を有する。これら工程においても、上記半導体チップ21と基板23の接続部に問題は生じず、図7の積層型のSiP構造の半導体装置36を組み立てることができた。積層型のSiP構造については公知技術である。   Furthermore, after this, there are various steps such as lamination of another semiconductor chip (second semiconductor chip) 32, connection by wire bonding 33, resin sealing (resin) 34, connection of back surface solder bump 35, and the like. Also in these steps, no problem occurred in the connection portion between the semiconductor chip 21 and the substrate 23, and the stacked SiP structure semiconductor device 36 shown in FIG. 7 could be assembled. The stacked SiP structure is a known technique.

以上のように、本実施の形態の熱圧着装置1及び製造方法による基板23と半導体チップ21の接続において、加熱ツール3の先端の平面(d)の一部に突起5が形成されていることによって、通常(従来)、50g程度以下の荷重でブリッジしてしまう可能性のある狭ピッチのはんだバンプの場合であっても、100g程度以上の制御しやすい荷重によってブリッジを起こさずに安定した接続が可能である。また、はんだバンプ間のブリッジを防止しながら、面均一で高さバラツキ無しの接続を実現できる。   As described above, in the connection between the substrate 23 and the semiconductor chip 21 by the thermocompression bonding apparatus 1 and the manufacturing method of the present embodiment, the protrusion 5 is formed on a part of the flat surface (d) at the tip of the heating tool 3. Normally (conventional), even in the case of solder bumps with a narrow pitch that may bridge with a load of about 50 g or less, stable connection without causing bridging with a load that is easy to control of about 100 g or more Is possible. Further, it is possible to realize a connection with uniform surface and no height variation while preventing bridging between solder bumps.

本実施の形態の熱圧着装置1及び製造方法については、上記形態に限らず、基板23や半導体チップ21の形態などにも対応して様々な形態が可能である。以下に各種の変形例を示す。   The thermocompression bonding apparatus 1 and the manufacturing method of the present embodiment are not limited to the above-described forms, and various forms are possible corresponding to the forms of the substrate 23 and the semiconductor chip 21. Various modifications are shown below.

<変形例(1)>
例えば、加熱ツール3に対する突起5の形成については、以下が可能である。まず、図4のような、1つの半導体チップ接続領域26に対し、四隅の4つの突起5(突起当接領域28)には限定されず、最低1つの位置及び数であっても有効である。例えば1つ、2つ、3つの突起5、あるいは多数の突起5とすることが可能である。
<Modification (1)>
For example, the formation of the protrusion 5 on the heating tool 3 can be as follows. First, as shown in FIG. 4, with respect to one semiconductor chip connection region 26, the four protrusions 5 (projection contact regions 28) at the four corners are not limited, and at least one position and number are effective. . For example, one, two, three protrusions 5 or a large number of protrusions 5 can be used.

また、突起5の形状についても、角柱以外にも、円柱状・棒状や、角錐・円錐状や、球状などの形状も適用可能である。当該突起5のz方向の中心線における突起5の高さ(h)が適切に設計されていれば問題無い。   In addition to the prism, the shape of the protrusion 5 may be a columnar shape, a rod shape, a pyramid shape, a conical shape, a spherical shape, or the like. There is no problem if the height (h) of the projection 5 at the center line in the z direction of the projection 5 is appropriately designed.

また、突起5部は、そのエッジの部分を面取りしておく形状としてもよい。その場合、接続の際に、基板23、半導体チップ21が若干でも平行に接触しなかった場合に、基板21(突起当接領域28)へのダメージを軽減、防止することが可能である。面取りは、突起5の中心高さ(h)が所定の高さとなるのであれば、いずれの形状としてもよい。   Further, the protrusion 5 may have a shape in which the edge portion is chamfered. In that case, it is possible to reduce or prevent damage to the substrate 21 (projection contact region 28) when the substrate 23 and the semiconductor chip 21 do not contact each other in parallel at the time of connection. The chamfering may have any shape as long as the center height (h) of the protrusion 5 is a predetermined height.

<変形例(2)>
また、図8に示したように、他の変形例として、加熱ツール3の下面(d)側における周囲全体に、主要平面よりも高い枠形状の突起41を形成し、これによって前述の形態と同様に高さ制御することも可能である。また、枠形状の突起41は、四辺すべて有する形状に限らず、一辺、二辺、または三辺の部分からなる形状としてもよい。
<Modification (2)>
Further, as shown in FIG. 8, as another modification, a frame-shaped protrusion 41 higher than the main plane is formed on the entire periphery on the lower surface (d) side of the heating tool 3, thereby forming the above-described form. Similarly, the height can be controlled. Further, the frame-shaped protrusion 41 is not limited to a shape having all four sides, and may have a shape including one side, two sides, or three sides.

<変形例(3)>
また、図9に示したように、他の変形例として、ワイヤボンディング用の電極27(パッド)やソルダーレジスト24などを保護するために、基板23上における半導体チップ21が搭載される部分(半導体チップ接続領域26)以外で、少なくとも突起5の接する部分(突起当接領域28)に対し、保護部材(緩衝部材)42を設ける形態としてもよい。保護部材42は、高耐熱のフィルムやシート、薄い金属板などを用いる。基板23上面(c)の突起当接領域28を覆って保護部材42を載せ、これに対し加熱ツール3の突起5を接触させる形態である。なお、この場合、保護部材42の厚みと、突起5の高さ(h)とを合わせて設計する必要がある。当該保護部材42として薄い金属板を用いた場合には、突起5からの荷重を基板23の大きな面積に分散することができ、基板23へのダメージを軽減、防止できる。
<Modification (3)>
As another modification, as shown in FIG. 9, a portion (semiconductor) on which a semiconductor chip 21 is mounted on a substrate 23 to protect the electrode 27 (pad) for wire bonding, the solder resist 24, etc. A protective member (buffer member) 42 may be provided on at least a portion (projection contact region 28) with which the protrusion 5 is in contact with other than the chip connection region 26). As the protection member 42, a high heat-resistant film or sheet, a thin metal plate, or the like is used. In this embodiment, the protection member 42 is placed so as to cover the projection contact area 28 on the upper surface (c) of the substrate 23, and the projection 5 of the heating tool 3 is brought into contact therewith. In this case, it is necessary to design the thickness of the protection member 42 and the height (h) of the protrusion 5 together. When a thin metal plate is used as the protective member 42, the load from the protrusion 5 can be dispersed over a large area of the substrate 23, and damage to the substrate 23 can be reduced or prevented.

<変形例(4)>
また、前記実施の形態では、加熱ツール3の突起5を基板23の表面(c)に接触させることで制御していたが、熱によるダメージが起きやすい基板の場合や、周囲のワイヤボンディング用の電極27などの配置の関係で、突起5を接触できるスペース(突起当接領域28)が基板23上にあまり無い場合などでは、他の変形例として、図10に示したような形態が可能である。
<Modification (4)>
Moreover, in the said embodiment, although it controlled by making the processus | protrusion 5 of the heating tool 3 contact the surface (c) of the board | substrate 23, in the case of the board | substrate which is easy to generate | occur | produce the damage by a heat | fever, and for surrounding wire bonding In the case where there is not much space on the substrate 23 (protrusion abutment region 28) where the protrusion 5 can be contacted due to the arrangement of the electrode 27 and the like, as shown in FIG. is there.

図10の構成では、加熱ツール3を前記図1等の大きさよりも横方向(x,y)に大きくし、且つ、突起5を、本突起43のように、基板23の厚みを含む高さ(h’)に設計した構成である。これにより、基板23の周囲のステージ2上に突起43を接触させて接続高さを制御することが前述同様に可能である。なお、この場合、半導体チップ21の厚みのバラツキに加え、基板23の厚みのバラツキが加算されるため、突起43の高さの設定が難しい場合もある。   In the configuration of FIG. 10, the heating tool 3 is made larger in the lateral direction (x, y) than the size of FIG. 1 and the like, and the protrusion 5 is a height including the thickness of the substrate 23 like the main protrusion 43. This is the configuration designed in (h ′). As a result, it is possible to control the connection height by bringing the projections 43 into contact with the stage 2 around the substrate 23 as described above. In this case, in addition to the variation in the thickness of the semiconductor chip 21, the variation in the thickness of the substrate 23 is added, so that it may be difficult to set the height of the protrusion 43.

また、他の変形例として、突起5の形成(配置)を、加熱ツール3(本体7)の下側の平面(d)からではなく、加熱ツール3(本体7)の横側の面に対して形成(配置)する形態としてもよい。この場合、突起5に対しあまり熱が加わらない構造とすることができる。   As another modification, the formation (arrangement) of the protrusions 5 is not performed from the lower plane (d) of the heating tool 3 (main body 7) but to the lateral surface of the heating tool 3 (main body 7). It is good also as a form to form (arrange). In this case, it can be set as the structure which does not heat so much with respect to the processus | protrusion 5. FIG.

<変形例(5)>
また、前記突起5を有する加熱ツール3は、前記基板23の電極25に対するはんだバンプ22(電極)のある半導体チップ20の接続部以外にも、様々な接続部の構造に対して適用可能である。
<Modification (5)>
Further, the heating tool 3 having the protrusions 5 can be applied to various connection part structures other than the connection part of the semiconductor chip 20 having the solder bumps 22 (electrodes) to the electrodes 25 of the substrate 23. .

例えば、図11に示したように、Auバンプ51を形成した半導体チップ21を、薄いはんだ層52を形成してある基板23に、熱圧着により接続する場合にも適用可能である。この場合にも、薄いはんだ層52による隣接電極間のはんだブリッジを防止でき、且つ、接続高さが一定となるため、アンダーフィル材が均一に注入でき、ボイドの発生を抑えることが可能である。   For example, as shown in FIG. 11, the present invention can also be applied to the case where the semiconductor chip 21 on which the Au bumps 51 are formed is connected to the substrate 23 on which the thin solder layer 52 is formed by thermocompression bonding. Also in this case, the solder bridge between the adjacent electrodes due to the thin solder layer 52 can be prevented and the connection height is constant, so that the underfill material can be uniformly injected and the generation of voids can be suppressed. .

また、基板23に関しても、有機基板のみが対象ではなく、Si基板、Siチップへの接続にも適用可能である。他には、ACF接続等のような、はんだを用いない、導電粒子を電極間に挟み込んで接続する場合にも適用可能である。   Further, the substrate 23 is not limited to an organic substrate, but can be applied to connection to a Si substrate or a Si chip. In addition, the present invention can also be applied to a case where conductive particles are sandwiched between electrodes without using solder, such as ACF connection.

熱圧着による接続方式の他に、BGA部品の実装などにも利用可能である。また、局所加熱であることも、他の基板部を加熱したくない場合に有効である。   In addition to the connection method by thermocompression bonding, it can also be used for mounting BGA parts. Also, local heating is effective when it is not desired to heat other substrate portions.

(実施の形態2)
次に、図12を用いて、本発明の実施の形態2の半導体製造装置及び方法について説明する。図12において、半導体チップとして、外形が10mm角、厚みが0.12で、150μmピッチのはんだバンプを電極としている半導体チップを、所定の基板(基板シート61、基板個片62)へ接続する例を示す。図12(a)は、従来の複数の基板の配置例、図12(b)は、本実施の形態2における複数の基板の配置である。
(Embodiment 2)
Next, the semiconductor manufacturing apparatus and method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 12, an example in which a semiconductor chip having an outer shape of 10 mm square, a thickness of 0.12, and solder bumps having a pitch of 150 μm as electrodes is connected to a predetermined substrate (substrate sheet 61, substrate piece 62). Indicates. FIG. 12A shows an arrangement example of a plurality of conventional substrates, and FIG. 12B shows an arrangement of a plurality of substrates in the second embodiment.

上記半導体チップに対応する基板(基板個片62)は、15mm角で、厚みは0.4mmであるが、図12(a)に示したように、1枚の基板シート61に、上記15mm角の基板個片62が並んで配置してあり、最終的に切り離すようになっている。   The substrate (substrate piece 62) corresponding to the semiconductor chip is 15 mm square and 0.4 mm thick. As shown in FIG. 12A, the substrate sheet 61 has the 15 mm square. The substrate pieces 62 are arranged side by side and are finally separated.

上記半導体チップを接続する15mm角の基板個片62における矩形の外周付近(前記図4と同様の位置)には、PoP(Package on Package)用の電極部がある。当該電極部に対する加熱ツール3の突起5の接触を避けるために、本実施の形態2では、基板シート61の配置を、図12(b)のように変更している。即ち、縦の列毎に横方向で離すことで、15mm角の基板個片62同士の間にスペース63を設けた。   There is an electrode portion for PoP (Package on Package) near the outer periphery of the rectangle (position similar to FIG. 4) in the 15 mm square substrate piece 62 to which the semiconductor chip is connected. In order to avoid the contact of the protrusion 5 of the heating tool 3 with the electrode part, in the second embodiment, the arrangement of the substrate sheet 61 is changed as shown in FIG. That is, the space 63 was provided between the 15 mm square substrate pieces 62 by separating the vertical rows in the horizontal direction.

加熱ツール3としては、高さ0.15mm、長さ8mmの突起5を左右2辺のスペースに設ける。即ち、水平面の方向(y)で長い線状の突起5である。例えば図12(b)中の基板個片64部分に半導体チップを接続する場合には、その左右のスペース63の部分(突起当接領域65)に加熱ツール3の突起5が接触して接続高さを制御できるようにした。   As the heating tool 3, a protrusion 5 having a height of 0.15 mm and a length of 8 mm is provided in a space on the left and right sides. That is, it is a linear protrusion 5 that is long in the horizontal plane direction (y). For example, when a semiconductor chip is connected to the substrate piece 64 in FIG. 12B, the protrusion 5 of the heating tool 3 comes into contact with the left and right space 63 portions (protrusion abutment region 65). I was able to control it.

この場合、熱圧着装置1の荷重は200gの設定とし、加熱は300℃で7秒間行い、荷重高さバラツキ無く接続することができた。また、その後のアンダーフィルの注入性にも問題が無かった。   In this case, the load of the thermocompression bonding apparatus 1 was set to 200 g, the heating was performed at 300 ° C. for 7 seconds, and the connection could be made without variation in the load height. Further, there was no problem in the subsequent underfill injection properties.

(実施の形態3)
次に、図13を用いて、本発明の実施の形態3の半導体製造装置及び方法について説明する。実施の形態3は、加熱ツール3側の突起5ではなく、基板23側に代替手段としてスペーサー71を設ける構成である。
(Embodiment 3)
Next, the semiconductor manufacturing apparatus and method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a spacer 71 is provided as an alternative means on the substrate 23 side, not on the protrusion 5 on the heating tool 3 side.

図13において、実施の形態3の接続方式の模式構成を図1等と同様に示している。基板23上における半導体チップ21が搭載される部分(半導体チップ接続領域26)の周囲に、スペーサー71が配置され、先端(下側の平面d)が平らな加熱ツール72を用いる方式である。   In FIG. 13, the schematic configuration of the connection method of the third embodiment is shown in the same manner as in FIG. In this method, a spacer 71 is arranged around a portion (semiconductor chip connection region 26) where the semiconductor chip 21 is mounted on the substrate 23, and a heating tool 72 having a flat tip (lower plane d) is used.

本実施の形態で用いた半導体チップ21の形状は、大きさは10mm角、Siの厚みが0.1mmであり、能動素子面の外周付近にはんだバンプ22が5列形成してある。はんだバンプの組成はSn−Ag系の鉛フリーはんだであり、はんだバンプのピッチは100μmである。はんだバンプは、めっきにより作成した。   The shape of the semiconductor chip 21 used in the present embodiment is 10 mm square, the thickness of Si is 0.1 mm, and five rows of solder bumps 22 are formed near the outer periphery of the active element surface. The composition of the solder bumps is Sn-Ag lead-free solder, and the pitch of the solder bumps is 100 μm. Solder bumps were created by plating.

上記半導体チップ21の接続に対応した基板23は、15mm角であるが、前記図12に示したような基板シートの形状で供給され、最終工程で切り離すようになっている。基板23の厚みは0.4mmであり、Cuによる配線上にソルダーレジスト24により電極25部が開口されている。上記半導体チップが接続される部分(半導体チップ接続領域26)の周囲には、PoP接続用の電極(27)が配置されている。   The substrate 23 corresponding to the connection of the semiconductor chip 21 is 15 mm square, but is supplied in the shape of the substrate sheet as shown in FIG. 12 and is cut off in the final process. The substrate 23 has a thickness of 0.4 mm, and an electrode 25 portion is opened by a solder resist 24 on a wiring made of Cu. An electrode (27) for PoP connection is arranged around the portion to which the semiconductor chip is connected (semiconductor chip connection region 26).

接続に用いた加熱ツール72の形状は、18mm角であり、材質はセラミックである。また、中央に直径1mmの真空吸着用の穴6を設けてある。   The shape of the heating tool 72 used for the connection is 18 mm square, and the material is ceramic. A vacuum suction hole 6 having a diameter of 1 mm is provided in the center.

スペーサー71の形状は、直径が3mmで厚みが0.13mmの円盤であり、材質はSUS(ステンレス鋼)を用いた。スペーサー71は、基板23中の対角線2方向に1つずつ配置した。   The shape of the spacer 71 is a disk having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.13 mm, and the material is SUS (stainless steel). The spacers 71 are arranged one by one in the two diagonal directions in the substrate 23.

前処理・加熱の条件は、半導体チップ21のはんだバンプ22の面をArプラズマクリーニングを行ったあと、フラックスを転写させた。フラックスはロジン系のフラックスであり、10μmの厚みにスキージでならしておいて、半導体チップ21のはんだバンプ22面を上記フラックスに押し当て、はんだバンプ22の先端に転写させた。このフラックスを転写した半導体チップ21を加熱ツール72の先端の平面(d)(半導体チップ保持領域8)に真空吸着させ、一方、基板23上の所定の位置にスペーサー71を配置した。   The pretreatment and heating conditions were such that after the surface of the solder bump 22 of the semiconductor chip 21 was subjected to Ar plasma cleaning, the flux was transferred. The flux is a rosin-based flux. The solder bump 22 surface of the semiconductor chip 21 was pressed against the flux and transferred to the tip of the solder bump 22 with a squeegee having a thickness of 10 μm. The semiconductor chip 21 to which this flux was transferred was vacuum-adsorbed to the flat surface (d) (semiconductor chip holding region 8) of the tip of the heating tool 72, while the spacer 71 was disposed at a predetermined position on the substrate 23.

基板23と半導体チップ21の電極間を位置合わせし、加熱ツール72を下降させる。すると、スペーサー71(その上面)が加熱ツール72の先端の平面(d)の一部(スペーサー当接領域76)に接する。その際の荷重が200gになった時点で加熱ツール72の下降を止めた。この位置で、320℃で5秒間の加熱を行い、その後5秒間強制的に冷却させた後、真空吸着を解除し加熱ツール72を上昇させた。   The electrodes of the substrate 23 and the semiconductor chip 21 are aligned, and the heating tool 72 is lowered. Then, the spacer 71 (the upper surface thereof) comes into contact with a part of the flat surface (d) at the tip of the heating tool 72 (spacer contact region 76). When the load at that time reached 200 g, the lowering of the heating tool 72 was stopped. At this position, heating was performed at 320 ° C. for 5 seconds, and then forced cooling was performed for 5 seconds. Then, vacuum suction was released and the heating tool 72 was raised.

これにより、はんだバンプ22は潰れても隣接のはんだバンプとブリッジしないで接続可能であり、複数個の接続サンプルでも接続高さのバラツキはほぼ見られなかった。また、洗浄後のアンダーフィルの注入性も良好であった。   As a result, even if the solder bumps 22 are crushed, they can be connected without bridging adjacent solder bumps, and there is almost no variation in connection height even among a plurality of connection samples. In addition, the underfill injection property after cleaning was also good.

また、本実施の形態で用いたスペーサー71の形状は、上記に限らずに様々な応用があり、円盤形状以外に、例えば角柱、円柱、球形状なども可能である。あるいは、各種厚みのスペーサーを用意しておき、組み合わせて使用することで、様々な製品に対応できるようにすることも可能である。   Further, the shape of the spacer 71 used in the present embodiment is not limited to the above, and there are various applications. In addition to the disk shape, for example, a prism, a cylinder, a sphere, and the like are possible. Alternatively, spacers of various thicknesses are prepared and used in combination, so that various products can be supported.

またスペーサー71の変形例としては、図14に示したスペーサー73のように、半導体チップ21の周囲を包囲する形状(枠状、例えば15mm角で内側の12mm部分が穴であり厚みが0.13mm)のものとしてもよい。   Further, as a modified example of the spacer 71, a shape surrounding the periphery of the semiconductor chip 21 (a frame shape, for example, a 15 mm square and a 12 mm inner portion is a hole and a thickness is 0.13 mm as a spacer 73 shown in FIG. ).

また、1つの半導体チップ21の接続のために、スペーサー71(73)を毎回配置する工程を簡略化するためには、図15に示したスペーサー74のように、前記基板シートに合わせた、SUS等で製作したメッシュ形状のスペーサー74を用いて効率化を図ってもよい。   Further, in order to simplify the process of arranging the spacer 71 (73) each time for connecting one semiconductor chip 21, as in the case of the spacer 74 shown in FIG. Efficiency may be improved by using a mesh-shaped spacer 74 manufactured by the above method.

さらに、実施の形態3では、半導体チップ21を1個ずつ基板23へ接続する形態としたが、図16に示したような形態としてもよい。即ち、基板23の電極への位置合わせ、及び配置のみを、まず複数個の半導体チップ21について行い、次にスペーサー71を各半導体チップ21の周囲(隣接間の領域)に配置し、これらの複数個の半導体チップ21を同時に加熱加圧が可能な大きめな熱圧着ツール75を用いて加圧加熱を行い、上記スペーサー71によって高さ方向の制御を同時に行う、といった形態である。   Furthermore, in the third embodiment, the semiconductor chip 21 is connected to the substrate 23 one by one, but the form as shown in FIG. 16 may be used. That is, only alignment and arrangement of the substrate 23 with the electrodes are performed on the plurality of semiconductor chips 21, and then the spacer 71 is arranged around each semiconductor chip 21 (region between adjacent areas). The semiconductor chip 21 is pressurized and heated using a large thermocompression bonding tool 75 capable of simultaneously heating and pressing, and the height control is simultaneously performed by the spacer 71.

また、他の変形例として、図17に示すように、基板23の構成として、基板23上に樹脂等を用いてスペーサーとなり得る突起(突起81)を作り込み、加熱ツール3(72)の位置制御が可能となるようにしてもよい。   As another modification, as shown in FIG. 17, as a configuration of the substrate 23, a protrusion (protrusion 81) that can serve as a spacer is formed on the substrate 23 using a resin or the like, and the position of the heating tool 3 (72). Control may be possible.

基板23上の突起81としては、例えばソルダーレジスト24層を2層にして当該突起81を形成することで加熱ツール3の高さを制御する。   As the protrusions 81 on the substrate 23, for example, the height of the heating tool 3 is controlled by forming the protrusions 81 with two layers of the solder resist 24.

また、他の変形例として、図18に示すように、基板23の構成として、アンダーフィル材料を、基板23上の半導体チップ接続領域26の中央付近に、ある一定の厚みになるように印刷、硬化等により形成しておく形態、あるいは、既にフィルム状の樹脂材料を判定する形態としてもよい。これにより、このアンダーフィル材料による突起82がスペーサーの役割となって加熱ツール3の位置決めに有効である。   As another modification, as shown in FIG. 18, the underfill material is printed in the vicinity of the center of the semiconductor chip connection region 26 on the substrate 23 so as to have a certain thickness, as shown in FIG. A form formed by curing or the like, or a form in which a film-like resin material is already determined may be used. Thereby, the protrusion 82 made of the underfill material serves as a spacer and is effective for positioning the heating tool 3.

また、上述した各形態については、加熱ツール3側にも突起5を有する形態としても同様に可能である。即ち、加熱ツール3側と基板23側の両方において対応する位置に、突起5またはスペーサー71等となる部位を対で設け、当該対の両方の部位を合わせてそれらが接触する状態の高さを所定の高さとした形態である。   Moreover, about each form mentioned above, it is possible similarly as a form which has the protrusion 5 also in the heating tool 3 side. That is, a part to be the protrusion 5 or the spacer 71 is provided in a pair at corresponding positions on both the heating tool 3 side and the substrate 23 side, and the height of the state in which both parts of the pair are brought into contact with each other is set. It is a form with a predetermined height.

(実施の形態4)
次に、実施の形態4について説明する。前述した実施の形態において、加熱ツール3の先端平面(d)に突起5を設ける方式、あるいは基板23上にスペーサー71等を搭載する方式などを説明した。別の実施の形態4として、これら(突起5、スペーサー71)を補助的に使用することも可能である。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described. In the above-described embodiment, the method of providing the protrusion 5 on the tip plane (d) of the heating tool 3 or the method of mounting the spacer 71 on the substrate 23 has been described. As another embodiment 4, these (protrusions 5, spacers 71) can be used supplementarily.

即ち、低荷重制御用の加熱ツール3を用いて半導体チップ21の接続時の動きを制御させるが、実際には前述のように荷重の制御が一般的に非常に難しい。そのため、加熱ツール3が電極の接触点を検知できなくて下降しすぎてしまったときに、上記突起5やスペーサー71により、加熱ツール3の下降を止めるように、補助的な部品(ストッパーの役割)として用いる。   In other words, the heating tool 3 for low load control is used to control the movement of the semiconductor chip 21 when it is connected. In practice, however, it is generally very difficult to control the load as described above. Therefore, when the heating tool 3 cannot detect the contact point of the electrode and is lowered too much, an auxiliary component (role of a stopper) is used to stop the heating tool 3 from being lowered by the protrusion 5 or the spacer 71. ).

以上のように、各実施の形態では、加熱ツール3側の突起5、あるいは基板23上のスペーサー71等を活用することにより、高さバラツキ無く安定的に接続することが可能となる。半導体装置を高歩留まりで接続し、樹脂の安定的な注入性を確保し、高信頼な接続部を形成することができる。   As described above, in each embodiment, by using the protrusion 5 on the heating tool 3 side, the spacer 71 on the substrate 23, or the like, it is possible to stably connect without variation in height. A semiconductor device can be connected with a high yield, a stable resin injection property can be ensured, and a highly reliable connection portion can be formed.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、各種の半導体装置の製造に利用可能である。   The present invention can be used for manufacturing various semiconductor devices.

1…熱圧着装置、2…ステージ、3…加熱ツール、5…突起、6…穴、7…本体、8…半導体チップ保持領域、9…突起形成領域、20,21…半導体チップ、22…はんだバンプ、23…基板、24…ソルダーレジスト、25…電極、26…半導体チップ接続(実装)領域、27…ワイヤボンディング用の電極、28…突起当接領域、30…半導体装置、31…アンダーフィル、32…第2の半導体チップ、33…ワイヤボンディング、34…樹脂封止(樹脂)、35…裏面はんだバンプ、36…積層型のSiP構造の半導体装置、41…突起、42…保護部材、43…突起、51…Auバンプ、52…薄いはんだ層、61…基板シート、62,64…基板(基板個片)、63…スペース、65…突起当接領域、71…スペーサー、72…加熱ツール、73…スペーサー、74…スペーサー、75…熱圧着ツール、76…スペーサー当接領域、81…突起、82…突起。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermocompression bonding apparatus, 2 ... Stage, 3 ... Heating tool, 5 ... Projection, 6 ... Hole, 7 ... Main body, 8 ... Semiconductor chip holding area, 9 ... Projection formation area, 20, 21 ... Semiconductor chip, 22 ... Solder Bump, 23 ... substrate, 24 ... solder resist, 25 ... electrode, 26 ... semiconductor chip connection (mounting) area, 27 ... electrode for wire bonding, 28 ... projection contact area, 30 ... semiconductor device, 31 ... underfill, 32 ... Second semiconductor chip, 33 ... Wire bonding, 34 ... Resin sealing (resin), 35 ... Backside solder bump, 36 ... Semiconductor device of stacked SiP structure, 41 ... Protrusion, 42 ... Protective member, 43 ... Projection, 51 ... Au bump, 52 ... Thin solder layer, 61 ... Substrate sheet, 62,64 ... Substrate (substrate piece), 63 ... Space, 65 ... Protrusion contact area, 71 ... Spacer, 72 ... Thermal tools, 73 ... spacer 74 ... spacer 75 ... thermocompression bonding tool, 76 ... spacer contact region, 81 ... projection, 82 ... projection.

Claims (11)

半導体製造装置を用いて、電極を有する半導体チップを、電極を有する基板に接続する半導体製造方法であって、
前記半導体製造装置は、前記基板を保持するステージと、前記半導体チップを保持し加熱加圧を行う加熱装置とを有し、前記加熱装置の平面に、前記半導体チップを保持する半導体チップ保持領域を有し、前記半導体チップ保持領域以外の箇所に、所定高さの1つ以上の突起が形成されており、前記突起の高さは、前記半導体チップとその電極の高さに合わせて設計されており、
前記半導体製造装置を用いて、前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続する接続工程において、
前記ステージ上に前記基板を保持し、
前記加熱装置の平面の前記半導体チップ保持領域に前記半導体チップを保持し、
前記半導体チップの電極と前記基板の電極とを位置合わせし、
前記基板及び半導体チップの平面に対する垂直方向で、前記加熱装置の下降を含む移動を制御し、前記加熱装置の下降の際に前記突起が前記基板に接触することを利用して前記半導体チップと前記基板との接続の高さを制御し、前記半導体チップの電極を含む部分に対し前記加熱加圧を制御することにより、前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続すること、を特徴とする半導体製造方法。
A semiconductor manufacturing method for connecting a semiconductor chip having an electrode to a substrate having an electrode using a semiconductor manufacturing apparatus,
The semiconductor manufacturing apparatus includes a stage for holding the substrate and a heating device for holding and heating and pressing the semiconductor chip, and a semiconductor chip holding region for holding the semiconductor chip is provided on a plane of the heating device. And at least one protrusion having a predetermined height is formed at a place other than the semiconductor chip holding region, and the height of the protrusion is designed according to the height of the semiconductor chip and its electrode. And
In the connecting step of connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate using the semiconductor manufacturing apparatus,
Holding the substrate on the stage;
Holding the semiconductor chip in the semiconductor chip holding region in the plane of the heating device;
Aligning the electrodes of the semiconductor chip and the electrodes of the substrate;
Controlling movement including lowering of the heating device in a direction perpendicular to a plane of the substrate and the semiconductor chip, and utilizing the fact that the protrusion contacts the substrate when the heating device is lowered The height of the connection with the substrate is controlled, and the heating and pressurization is controlled for the portion including the electrode of the semiconductor chip, thereby connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate. Semiconductor manufacturing method.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記接続工程において、前記加熱装置を、前記半導体チップを保持した状態で下降させ、前記突起が前記基板の上面の領域に接触するまで下降させ、当該停止した状態で前記加熱加圧により前記半導体チップの電極と前記基板の電極とを接続させた後、前記半導体チップを離した状態で上昇させること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
In the connecting step, the heating device is lowered while holding the semiconductor chip, is lowered until the protrusion comes into contact with a region of the upper surface of the substrate, and the semiconductor chip is heated and pressed in the stopped state. After connecting the electrode of this and the electrode of the said board | substrate, it raises in the state which released | separated the said semiconductor chip, The semiconductor manufacturing method characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記加熱装置を前記突起が前記基板の上面に接触するまで下降させる際には、当該接触の時の荷重が所定値以上になったら停止させること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor, comprising: when the heating device is lowered until the protrusion comes into contact with the upper surface of the substrate, the heating device is stopped when a load at the time of the contact becomes a predetermined value or more.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記半導体チップの電極は、前記基板の電極に対応して当該半導体チップの表面に所定ピッチで付着されるはんだバンプによる電極であること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
The semiconductor manufacturing method, wherein the electrodes of the semiconductor chip are electrodes formed by solder bumps attached to the surface of the semiconductor chip at a predetermined pitch corresponding to the electrodes of the substrate.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記加熱装置の突起は、前記半導体チップ保持領域の周りに、少なくとも一辺を持つ線形状あるいは枠形状で形成されていること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
The protrusion of the heating device is formed in a line shape or a frame shape having at least one side around the semiconductor chip holding region.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記基板の上面に、前記加熱装置の前記突起が接触する領域を含むようにして、保護部材が載置され、
前記突起の高さは、前記保護部材の厚みの分小さく設計されていること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
A protective member is placed on the upper surface of the substrate so as to include a region where the protrusion of the heating device comes into contact,
The semiconductor manufacturing method, wherein the height of the protrusion is designed to be smaller by the thickness of the protective member.
請求項1記載の半導体製造方法において、
前記加熱装置の突起は、前記ステージ上の前記基板の領域に対して外側の箇所に形成されており、当該突起の高さは、前記基板の高さも合わせて設計されており、前記接続工程の際には、前記加熱装置の下降の際に前記突起が前記ステージに接触することを利用して前記半導体チップと前記基板との接続の高さを制御すること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
The projection of the heating device is formed at a location outside the region of the substrate on the stage, and the height of the projection is designed in accordance with the height of the substrate, In this case, the height of the connection between the semiconductor chip and the substrate is controlled by utilizing the contact of the protrusion with the stage when the heating device is lowered.
半導体製造装置を用いて、電極を有する半導体チップを、電極を有する基板に接続する半導体製造方法であって、
前記半導体製造装置は、前記基板を保持するステージと、前記半導体チップを保持し加熱加圧を行う加熱装置とを有し、前記加熱装置の平面に、前記半導体チップを保持する半導体チップ保持領域を有し、
前記基板の平面における前記半導体チップを接続する半導体チップ接続領域以外の箇所に、所定高さの1つ以上のスペーサーが配置されており、
前記スペーサーの高さは、前記半導体チップとその電極の高さに合わせて設計されており、
前記半導体製造装置を用いて、前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続する接続工程において、
前記ステージ上に前記基板を保持し、
前記基板上に前記スペーサーを配置し、
前記加熱装置の平面の前記半導体チップ保持領域に前記半導体チップを保持し、
前記半導体チップの電極と前記基板の電極とを位置合わせし、
前記基板及び半導体チップの平面に対する垂直方向で、前記加熱装置の下降を含む移動を制御し、前記加熱装置の下降の際に前記スペーサーが前記加熱装置の平面に接触することを利用して前記半導体チップと前記基板との接続の高さを制御し、前記半導体チップの電極を含む部分に対し前記加熱加圧を制御することにより、前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続すること、を特徴とする半導体製造方法。
A semiconductor manufacturing method for connecting a semiconductor chip having an electrode to a substrate having an electrode using a semiconductor manufacturing apparatus,
The semiconductor manufacturing apparatus includes a stage for holding the substrate and a heating device for holding and heating and pressing the semiconductor chip, and a semiconductor chip holding region for holding the semiconductor chip is provided on a plane of the heating device. Have
One or more spacers having a predetermined height are arranged in places other than the semiconductor chip connection region for connecting the semiconductor chip in the plane of the substrate,
The height of the spacer is designed according to the height of the semiconductor chip and its electrodes,
In the connecting step of connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate using the semiconductor manufacturing apparatus,
Holding the substrate on the stage;
Placing the spacer on the substrate;
Holding the semiconductor chip in the semiconductor chip holding region in the plane of the heating device;
Aligning the electrodes of the semiconductor chip and the electrodes of the substrate;
Controlling movement including lowering of the heating device in a direction perpendicular to the plane of the substrate and the semiconductor chip, and utilizing the fact that the spacer contacts the plane of the heating device when the heating device is lowered Connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate by controlling the height of the connection between the chip and the substrate and controlling the heating and pressurizing the portion including the electrode of the semiconductor chip; A semiconductor manufacturing method.
請求項8記載の半導体製造方法において、
前記スペーサーは、前記半導体チップ接続領域の周りに、少なくとも一辺を持つ線形状あるいは枠形状で配置されていること、を特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 8.
The semiconductor manufacturing method, wherein the spacer is arranged in a line shape or a frame shape having at least one side around the semiconductor chip connection region.
電極を有する半導体チップを、電極を有する基板に対して接続する半導体製造装置であって、
前記基板を保持するステージと、前記半導体チップを保持し加熱加圧を行う加熱装置とを有し、
前記加熱装置の平面には、前記半導体チップが保持される半導体チップ保持領域を有し、前記半導体チップ保持領域以外の箇所に、所定高さの1つ以上の突起が形成されており、
前記突起の高さは、前記半導体チップとその電極の高さに合わせて設計されており、
前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続する接続工程の際、前記ステージ上に前記基板が保持され、前記加熱装置の平面の前記半導体チップ保持領域に前記半導体チップが保持され、前記半導体チップの電極と前記基板の電極とが位置合わせされ、前記基板及び半導体チップの平面に対する垂直方向で、前記加熱装置の下降を含む移動が制御され、前記加熱装置の下降の際に前記突起が前記基板に接触することを利用して前記半導体チップと前記基板との接続の高さが制御され、前記半導体チップの電極を含む部分に対し前記加熱加圧が制御されることにより、前記半導体チップの電極が前記基板の電極に接続されること、を特徴とする半導体製造装置。
A semiconductor manufacturing apparatus for connecting a semiconductor chip having an electrode to a substrate having an electrode,
A stage that holds the substrate, and a heating device that holds the semiconductor chip and performs heating and pressurization,
The plane of the heating device has a semiconductor chip holding region for holding the semiconductor chip, and one or more protrusions having a predetermined height are formed in places other than the semiconductor chip holding region,
The height of the protrusion is designed according to the height of the semiconductor chip and its electrode,
In the connecting step of connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate, the substrate is held on the stage, the semiconductor chip is held in the semiconductor chip holding region on the plane of the heating device, and the semiconductor chip The electrodes of the substrate and the electrodes of the substrate are aligned, and the movement including the lowering of the heating device is controlled in a direction perpendicular to the plane of the substrate and the semiconductor chip, and the protrusions are formed on the substrate when the heating device is lowered. The height of the connection between the semiconductor chip and the substrate is controlled using contact with the substrate, and the heating and pressurization is controlled for the portion including the electrode of the semiconductor chip, whereby the electrode of the semiconductor chip Is connected to the electrode of the substrate.
電極を有する半導体チップを、電極を有する基板に対して接続する半導体製造装置であって、
前記基板を保持するステージと、前記半導体チップを保持し加熱加圧を行う加熱装置とを有し、
前記加熱装置の平面には、前記半導体チップが保持される半導体チップ保持領域を有し、
前記基板の平面における前記半導体チップを接続する半導体チップ接続領域以外の箇所に、所定高さの1つ以上のスペーサーが配置されており、
前記スペーサーの高さは、前記半導体チップとその電極の高さに合わせて設計されており、
前記半導体チップの電極を前記基板の電極に接続する接続工程の際、前記ステージ上に前記基板が保持され、前記加熱装置の平面の前記半導体チップ保持領域に前記半導体チップが保持され、前記半導体チップの電極と前記基板の電極とが位置合わせされ、前記基板及び半導体チップの平面に対する垂直方向で、前記加熱装置の下降を含む移動が制御され、前記加熱装置の下降の際に前記スペーサーが前記加熱装置の平面に接触することを利用して前記半導体チップと前記基板との接続の高さが制御され、前記半導体チップの電極を含む部分に対し前記加熱加圧が制御されることにより、前記半導体チップの電極が前記基板の電極に接続されること、を特徴とする半導体製造装置。
A semiconductor manufacturing apparatus for connecting a semiconductor chip having an electrode to a substrate having an electrode,
A stage that holds the substrate, and a heating device that holds the semiconductor chip and performs heating and pressurization,
The plane of the heating device has a semiconductor chip holding region for holding the semiconductor chip,
One or more spacers having a predetermined height are arranged in places other than the semiconductor chip connection region for connecting the semiconductor chip in the plane of the substrate,
The height of the spacer is designed according to the height of the semiconductor chip and its electrodes,
In the connecting step of connecting the electrode of the semiconductor chip to the electrode of the substrate, the substrate is held on the stage, the semiconductor chip is held in the semiconductor chip holding region on the plane of the heating device, and the semiconductor chip The electrodes of the substrate and the electrodes of the substrate are aligned, and the movement including the lowering of the heating device is controlled in a direction perpendicular to the plane of the substrate and the semiconductor chip, and the spacer is heated when the heating device is lowered. The height of the connection between the semiconductor chip and the substrate is controlled using contact with the plane of the device, and the heating and pressurization is controlled with respect to a portion including the electrode of the semiconductor chip. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein an electrode of a chip is connected to an electrode of the substrate.
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