JP2014150130A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材上に金属よりなる接合材を介して半導体チップを搭載してなる半導体装置の製造方法であって、基材および半導体チップの少なくとも一方側から接合材まで赤外波長のレーザ光を透過させ、接合材を溶融させるものに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on a base material through a bonding material made of metal, and an infrared wavelength laser from at least one side of the base material and the semiconductor chip to the bonding material The present invention relates to a material that transmits light and melts a bonding material.
従来の一般的な半導体装置としては、配線基板等の基材と、基材に対向して配置された半導体チップと、基材と半導体チップとの間に介在して基材と半導体チップとを接合するとともに、互いに離間して配置された金属よりなる複数個の接合材と、を備えたものが提案されている。このような接合材は、たとえば、はんだバンプ等である。 As a conventional general semiconductor device, a base material such as a wiring board, a semiconductor chip disposed opposite to the base material, and a base material and a semiconductor chip interposed between the base material and the semiconductor chip are provided. There has been proposed one that includes a plurality of bonding materials made of metal that are bonded and spaced apart from each other. Such a bonding material is, for example, a solder bump.
このような半導体装置は、一般には、基材上に複数個の接合材を介して半導体チップを搭載し、このものを加熱炉等に入れて全体を加熱し、接合材を溶融させ、接合を行うことで製造される。しかし、この場合、基材上に設けられている他の搭載部品が熱的にダメージを受けたり、基材が反ったりする等の可能性がある。 In general, such a semiconductor device has a semiconductor chip mounted on a base material via a plurality of bonding materials, the whole is put in a heating furnace or the like, the whole is heated, the bonding material is melted, and bonding is performed. Manufactured by doing. However, in this case, there is a possibility that other mounted parts provided on the base material are thermally damaged or the base material is warped.
これに対して、従来より、半導体チップと基材との間に複数個の接合材を介して接続するものとして、赤外波長のレーザ光を半導体チップに照射して当該半導体チップを加熱し、当該半導体チップからの伝熱によって接合材を溶融させて、接合を行うようにしたものが提案されている。 On the other hand, conventionally, the semiconductor chip is heated by irradiating the semiconductor chip with laser light of infrared wavelength, as a connection between the semiconductor chip and the base material via a plurality of bonding materials, There has been proposed one in which bonding is performed by melting a bonding material by heat transfer from the semiconductor chip.
しかしながら、上記特許文献1の方法の場合、半導体チップには各種の保護膜や配線が形成されていること、および、半導体チップ自身の厚さばらつきが存在することのために、すべての接合材に対して均一に加熱することが難しい。また、半導体チップが厚い場合には、半導体チップの加熱が不十分となり、結果、半導体チップによる接合材の加熱が不十分となる可能性もある。
However, in the case of the method disclosed in
そこで、本発明者は、レーザ光を、半導体チップを透過させ、このレーザ光によって直接、接合材を加熱して溶融させることを考えた。この場合、レーザ光としては半導体チップを透過する赤外波長のレーザ光を用いることになる。 Therefore, the present inventor considered that the laser beam is transmitted through the semiconductor chip, and the bonding material is directly heated and melted by the laser beam. In this case, an infrared wavelength laser beam that passes through the semiconductor chip is used as the laser beam.
しかしながら、接合材は、はんだ等の金属よりなるものであり、半導体チップを構成するシリコン等の半導体とは、レーザ光の透過特性が近い。そのため、半導体チップを透過してきたレーザ光が接合材に照射されても、接合材が十分に加熱されにくいという問題がある。 However, the bonding material is made of a metal such as solder, and has a laser beam transmission property close to that of a semiconductor such as silicon constituting the semiconductor chip. Therefore, there is a problem that the bonding material is not sufficiently heated even when the bonding material is irradiated with the laser light transmitted through the semiconductor chip.
なお、基材が、赤外波長のレーザ光を透過する半導体等の材料よりなる場合には、基材側からもレーザ光を透過させて接合材を加熱、溶融させることも可能であるが、上記同様、接合材の加熱が不十分になる問題は起こり得る。 In addition, when the base material is made of a material such as a semiconductor that transmits laser light of infrared wavelength, it is possible to heat and melt the bonding material by transmitting the laser light also from the base material side. As described above, the problem of insufficient heating of the bonding material may occur.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、基材上に金属よりなる接合材を介して半導体チップを搭載してなる半導体装置の製造方法において、基材および半導体チップの少なくとも一方側から接合材まで赤外波長のレーザ光を透過させることで接合材を適切に加熱し、溶融できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on a base material via a bonding material made of metal, the base material and the semiconductor chip are from at least one side. An object of the present invention is to appropriately heat and melt the bonding material by transmitting the infrared wavelength laser beam to the bonding material.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、基材(10)と、基材に対向して配置された半導体チップ(20)と、基材と半導体チップとの間に介在して基材と半導体チップとを接合するとともに、互いに離間して配置された金属よりなる複数個の接合材(30)と、備え、基材および半導体チップの少なくとも一方が、赤外波長のレーザ光(L)を透過するレーザ透過材料よりなるレーザ透過部材(10、20)として構成されたものである半導体装置の製造方法であって、さらに以下の特徴を有する。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the substrate (10), the semiconductor chip (20) disposed opposite to the substrate, and the substrate and the semiconductor chip are interposed. A plurality of bonding materials (30) made of metal that are spaced apart from each other, and at least one of the substrate and the semiconductor chip is an infrared wavelength laser beam. A method of manufacturing a semiconductor device that is configured as a laser transmitting member (10, 20) made of a laser transmitting material that transmits (L), and further has the following characteristics.
すなわち、請求項1の製造方法においては、基材と半導体チップとを用意する用意工程と、
基材上に前記半導体チップを搭載するとともに、基材と半導体チップとの間にて、複数個の接合材が配置される配置部位(10a、20a)のそれぞれに対して、接合材とレーザ透過部材および接合材よりもレーザ光の吸収率が高くレーザ光を吸収する樹脂よりなる吸収樹脂(40)とを、接合材と吸収樹脂とが直接接触しつつ互いの配置部位間にて吸収樹脂が分離した状態となるように、配置する配置工程と、
レーザ光を、レーザ透過部材に照射してレーザ透過部材を透過させ、吸収樹脂に吸収させることにより、吸収樹脂を加熱し、当該吸収樹脂の熱によって複数個の接合材を溶融させ、基材と半導体チップとを接合するレーザ加熱工程と、を備えることを特徴としている。
That is, in the manufacturing method of
The semiconductor chip is mounted on the base material, and the bonding material and the laser transmission are transmitted to each of the arrangement portions (10a, 20a) where the plurality of bonding materials are arranged between the base material and the semiconductor chip. The absorbing resin (40) made of a resin that absorbs laser light with a higher laser beam absorption rate than the member and the bonding material, and the bonding resin and the absorbing resin are in direct contact with each other while the absorbing resin An arranging step of arranging so as to be in a separated state;
By irradiating the laser transmitting member with the laser beam and transmitting the laser transmitting member and absorbing the laser transmitting member, the absorbing resin is heated, and the plurality of bonding materials are melted by the heat of the absorbing resin, And a laser heating step for bonding the semiconductor chip.
つまり、本製造方法では、基材および半導体チップの両方もしくはいずれか一方を、赤外波長レーザ光が透過するレーザ透過部材とする。そして、レーザ加熱工程では、レーザ光として、レーザ透過部材を透過するとともに、レーザ透過部材および接合材よりも吸収樹脂の方が当該レーザ光の吸収率が大きくなる赤外波長のもの用いることになる。そして、本製造方法によれば、レーザ透過部材を透過したレーザ光により、吸収樹脂が加熱され、その吸収樹脂の熱により接合材が十分に加熱されるので、接合材を適切に溶融させることができる。 That is, in this manufacturing method, both or one of the base material and the semiconductor chip is a laser transmitting member that transmits infrared laser light. In the laser heating process, as the laser light, an infrared resin having an infrared wavelength that transmits the laser transmitting member and has an absorption rate of the laser light larger than that of the laser transmitting member and the bonding material is used. . According to this manufacturing method, the absorbing resin is heated by the laser light transmitted through the laser transmitting member, and the bonding material is sufficiently heated by the heat of the absorbing resin, so that the bonding material can be appropriately melted. it can.
ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の半導体装置の製造方法においては、吸収樹脂として、接合材の融点よりも硬化温度が低い熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。それによれば、接合材の溶融前に吸収樹脂が硬化するので、溶融時における接合材のはみ出し等を抑制し、最終的な接合材の形状を規定しやすい。
Here, as in the invention described in claim 2, in the method for manufacturing a semiconductor device according to
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる半導体装置について、図1、図2を参照して述べる。本実施形態の半導体装置は、大きくは、基材10と、基材10上に複数個の接合材30を介して搭載されて固定された半導体よりなる半導体チップ20と、を備えて構成されている。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor device of the present embodiment is mainly configured to include a
基材10は、半導体チップ20を搭載して支持するものであればよい。たとえば、基材10としては、セラミック基板やプリント基板などの配線基板、リードフレーム、あるいは、筺体等が挙げられる。
The
半導体チップ20は、半導体を用いて半導体プロセスにより形成されるものである。限定するものではないが、半導体チップ20としては、たとえば力学量センサや流量センサ等に用いられるセンサチップや、回路チップ、またはその他のICチップ等が挙げられる。ここでは、半導体チップ20は、一面21と他面22とが表裏の板面の関係にある板状をなすものである。
The
本実施形態の半導体チップ20は、一面21が、回路やセンシング部等の素子が形成される素子形成面である。そして、半導体チップ20は、この一面21を基材10に対向させた状態で接合材30を介して基材10に接合されている。このように、本実施形態の半導体チップ20は、いわゆるフリップチップ実装されたものである。
As for the
また、この半導体チップ20は、赤外波長のレーザ光を透過するレーザ透過材料としての半導体よりなるレーザ透過部材とされている。具体的には、半導体チップ20は、シリコン半導体、SiC、ゲルマニウム半導体などよりなるものである。一方、本実施形態では基材10は、レーザ透過部材ではない。
The
接合材30は金属よりなるもので、半導体チップ20と基材10との間にて、いったん溶融し、その後固化することにより接合機能を発揮するものである。具体的には、接合材30は、半導体チップ20よりも融点が低い金属よりなり、さらに言えば、接合材30の溶融温度で半導体チップ20の熱的ダメージが問題無い程度のものがよい。
The bonding
このような接合材30としては、鉛フリーはんだやSn合金等のはんだ、あるいは、アルミニウム等が挙げられる。ここでは、接合材30は、はんだよりなるものとしている。そして、接合材30は、基材10と半導体チップ20との間に複数個介在するとともに、これらは互いに離間して配置されている。
Examples of the
また、本実施形態では、基材10、半導体チップ20における個々の接合材30に対応する部位は、それぞれ接続電極10a、20aとして構成されている。これら接続電極10a、20aは、たとえばCuやアルミ等の導体よりなる。
Moreover, in this embodiment, the site | part corresponding to each bonding |
そして、各接合材30は、基板10の接続電極10aと半導体チップ20の接続電極20aとの間に介在しており、これら両接続電極10a、20aに接合されている。これにより、基板10と半導体チップ20とは、接合材30を介して電気的および機械的に接続されている。このように、各接続電極10a、20aは、基材10および半導体チップ20における複数個の接合材30が配置される配置部位10a、20aとして、構成されている。
Each
さらに、本実施形態では、半導体チップ20と基材10との間にて、各接合材30の外側に吸収樹脂40が設けられている。この吸収樹脂40は、接合材30に直接接触した状態で接合材30を包含している。そして、吸収樹脂40は、互いの配置部位10a、10b間にて分離した状態で配置されている。つまり、個々の配置部位10a、20aにおいて、吸収樹脂40は独立して配置され、互いに非接触とされている。
Further, in the present embodiment, an absorbing
この吸収樹脂40は、後述する製造工程において接合材30を溶融させる加熱を行うためのものであるが、接合材30による接合部分を封止して、当該接合部分の機械的強度を補助する機能も果たす。
The
このような吸収樹脂40は、上記レーザ透過部材としての半導体チップ20および接合材30よりも上記レーザ光の吸収率が高く、上記レーザ光を吸収する樹脂よりなる。そのような樹脂であれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂は問わないが、具体的には、吸収樹脂40として、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂が挙げられる。
Such an
次に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図3〜図6を参照して述べる。まず、用意工程では、基材10と、上記レーザ光Lを透過する透過材料としての半導体チップ20と、を用意する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, in the preparation step, a
次に、図3〜図5に示される配置工程を行う。この工程では、基材10上に半導体チップ20を搭載する。それとともに、基材10と半導体チップ20との間にて、複数個の配置部位10a、20aのそれぞれに対して、接合材30と吸収樹脂40とを配置する。このとき、接合材30と吸収樹脂40とが直接接触しつつ互いの配置部位10a、20a間にて吸収樹脂40が分離した状態となるように、当該配置を行う。
Next, the arrangement process shown in FIGS. In this step, the
具体的に、本実施形態の配置工程では、まず、図3に示されるように、半導体チップ20の接続電極20aに接合材30を配置する。ここでは、接合材30は、はんだよりなるが、この場合、接合材30を印刷やディスペンス、半田ボール法等により配置する。この配置後の接合材30は、通常のフリップチップ構成と同様、固化されたものとなる。
Specifically, in the arrangement step of the present embodiment, first, as shown in FIG. 3, the
一方で、図4に示されるように、基材10の接続電極10a上に吸収樹脂40を配置する。この吸収樹脂40の配置は、ニードルによるディスペンス、ジェットディスペンス、印刷等により行える。配置後の吸収樹脂40は、典型的にはペースト状である。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the absorbing
その後、本配置工程では、図5に示されるように、これら接合材30および吸収樹脂40を介して、基材10上に半導体チップ20を搭載する。そして、接合材30と吸収樹脂40とを押し付け合うことで直接接触させる。この直接接触により接合材30と吸収樹脂40とは熱的に接続される。ここで、半導体チップ20は、ダイマウント用のコレットにより保持した状態で搭載される。
Thereafter, in this arrangement step, as shown in FIG. 5, the
この配置工程により、図6に示されるように、接合材30は、吸収樹脂40を押し退けて基板10の接続電極10aに接触する。また、吸収樹脂40は、接合材30の表面を這い上がり、吸収樹脂40が、両接続電極10a、20aとともに接合材30を包含した状態となる。ここまでが本実施形態の配置工程である。
By this arrangement step, as shown in FIG. 6, the
この後、図6に示されるレーザ加熱工程を行う。この工程に用いるレーザ光Lの特性は、レーザ透過部材である半導体チップ20を透過すること、且つ、半導体チップ20および接合材30よりも吸収樹脂40の方が当該レーザ光Lの吸収率が大きくなる赤外波長のものであることである。
Thereafter, the laser heating process shown in FIG. 6 is performed. The characteristics of the laser light L used in this step are that it is transmitted through the
そして、レーザ光Lを、半導体チップ20の他面22側から半導体チップ20に照射して半導体チップ20を透過させ、各配置部位10a、20aにおいて吸収樹脂40に吸収させることにより、吸収樹脂40を加熱する。すると、当該吸収樹脂40の熱によって吸収樹脂40に直接接触する各接合材30が溶融するので、各接合材30を介して、基材10と半導体チップ20とが接合される。
Then, the laser light L is irradiated onto the
さらに、このレーザ加熱工程に用いるレーザ光Lについて述べる。このレーザ光Lは、赤外波長のうちで、半導体チップ20に対する吸収率が低く、実質的に当該レーザ光によって半導体チップ20が加熱されないレベルのものとする。具体的には、赤外波長の中でも1.5μm帯から10μm帯程度(好ましくは5μm以下)の波長を有するレーザ光Lを用いる。
Further, the laser beam L used in this laser heating process will be described. The laser light L has a low absorption rate with respect to the
このようなレーザ光Lとしては、具体的に、ErYAG(波長:約3μm)、HoYAG(波長:約1.5μm)、およびファイバーレーザなど、波長が1μmを超えるレーザが採用される。 As such laser light L, specifically, a laser having a wavelength exceeding 1 μm, such as ErYAG (wavelength: about 3 μm), HoYAG (wavelength: about 1.5 μm), or a fiber laser, is employed.
半導体チップ20を構成する半導体のレーザ吸収波長帯は1um以下にあり、1μmよりも長い長波長帯においては、半導体チップ20は、レーザ光Lのエネルギーを吸収せずほぼ透過する。一方で、吸収樹脂40となる樹脂は当該長波長帯にも吸収ピークが存在し、広い領域においてレーザ光Lの吸収が可能である。たとえば、−OH基の振動波長≒3um、SH基の振動波長≒4um、エポキシ3員環の振動波長≒8umなどである。
The laser absorption wavelength band of the semiconductor constituting the
したがって、1.5um〜10μm以下程度の赤外波長のレーザ光Lを、半導体チップ20上から照射することにより、半導体チップ20の機能損傷がなく、その下の吸収樹脂40を選択的に直接、加熱することができる。なお、当該赤外波長のレーザ光Lについて、接合材30の吸収率レベルは半導体チップ20と吸収樹脂40の間であり、通常は半導体チップ20側に近いものである。
Therefore, by irradiating laser light L having an infrared wavelength of about 1.5 μm to 10 μm or less from above the
また、レーザ光Lとしては、パルスレーザでもよいが、エネルギー制御が容易で連続照射が可能なもの、いわゆるCWレーザ(Continuous wave laser)が望ましい。また、レーザ光Lの照射方法としては、半導体チップ20の全体に一括して照射する方法でもよいし、半導体チップ20に対して部分的にスキャンしながら照射していく方法でもよい。
The laser beam L may be a pulsed laser, but is preferably a so-called CW laser (continuous wave laser) that is easy to control energy and can be continuously irradiated. Further, as a method of irradiating the laser light L, a method of irradiating the
こうして、本レーザ加熱工程では、複数個の接合材30を溶融させた後、これらを冷却して固化することにより、複数個の接合材30により基材10と半導体チップ20とが接合される。そして、吸収樹脂40はたとえば硬化されるなどにより、接合材30に直接接触した状態で残り、本実施形態の半導体装置ができあがる。
Thus, in this laser heating step, the plurality of
このように、本実施形態によれば、半導体チップ20をレーザ透過部材とし、この半導体チップ20を透過したレーザ光Lにより、吸収樹脂40が加熱され、その吸収樹脂40からの伝熱により接合材30が十分に加熱される。そのため、接合材30を適切に溶融させることができる。
Thus, according to the present embodiment, the
また、仮に各配置部位10a、20a間にて吸収樹脂40が連続する一体物であると、吸収樹脂40の体積が大きくなり、吸収樹脂40の加熱に大量のレーザエネルギーを要する。そのため、この場合、吸収樹脂40による接合材30の加熱が不十分になりやすい。その点、本実施形態では、各配置部位10a、20a間にて吸収樹脂40が分離しているので、レーザエネルギーによる吸収樹脂40の加熱が十分なものとなる。
In addition, if the
また、吸収樹脂40としては、接合材30の融点よりも硬化温度が低い熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。それによれば、レーザ加熱工程において、接合材30の溶融前に吸収樹脂40が硬化するので、溶融時における接合材30のはみ出し等を抑制し、最終的な接合材30の形状を規定しやすい。
Further, as the absorbing
本実施形態のように、接合材30がはんだよりなる場合、当該はんだの融点は200〜300℃程度であるが、これよりも硬化温度が低い熱硬化性樹脂としては、たとえば上記エポキシ樹脂等が挙げられる。
When the
なお、上記図3〜図6に示される例では、半導体チップ20側に接合材30を配置し、基材10側に吸収樹脂40を配置したが、本実施形態において、これら接合材30と吸収樹脂40との配置部位は逆であってもよい。
3 to 6, the
すなわち、本実施形態の配置工程においては、基材10の接続電極10aに接合材30を配置し、一方で、半導体チップ20の接続電極20a上に吸収樹脂40を配置してもよい。これら接合材30および吸収樹脂40の配置は上記同様の方法で行える。その後は、上記同様に、基材10上に半導体チップ20を搭載して、接合材30と吸収樹脂40とを押し付け合うことで直接接触させればよい。
That is, in the arrangement step of the present embodiment, the
つまり、本実施形態の配置工程では、基材10および半導体チップ20のいずれか一方に接合材30を配置し、他方に吸収樹脂40を配置した後、基材10上に半導体チップ20を搭載して、接合材30と吸収樹脂40とを直接接触させるようにすればよい。
That is, in the arrangement process of the present embodiment, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について、図7、図8を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態の配置工程では、基材10および半導体チップ20のいずれか一方に接合材30を配置し、他方に吸収樹脂40を配置した後、基材10上に半導体チップ20を搭載して、接合材30と吸収樹脂40とを直接接触させていた。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 focusing on the differences from the first embodiment. In the arrangement process of the first embodiment, the
それに対して、本実施形態の配置工程では、まず、図7に示されるように、半導体チップ20に、上記同様の方法で接合材30を配置した後、この半導体チップ20に配置された接合材30に対して吸収樹脂40を直接接触するように配置する。この吸収樹脂40の配置は、たとえば容器Kに入れた吸収樹脂40に浸漬を行う浸漬法等により行うことができる。
On the other hand, in the arrangement step of the present embodiment, first, as shown in FIG. 7, the
これにより、接合材30の表面に吸収樹脂40が付着して、両者30、40が直接接触する。続いて、本実施形態の配置工程では、図8に示されるように、半導体チップ20側にて一体化した接合材30および吸収樹脂40を介して、基材10上に半導体チップ20を搭載する。
Thereby, the
その後は、上記第1実施形態と同様に、レーザ加熱工程を行い、吸収樹脂40の熱によって複数個の接合材30を溶融させ、基材10と半導体チップ20とを接合する。こうして、本実施形態においても、上記図1、図2に示されるものと同様の半導体装置ができあがる。
Thereafter, similarly to the first embodiment, a laser heating process is performed, the plurality of
なお、上記図7、図8に示される例では、半導体チップ20側に接合材30を配置した後、この半導体チップ20に配置された接合材30に対して吸収樹脂40を直接接触するように配置したが、本実施形態において、これら接合材30および吸収樹脂40の配置部位は逆であってもよい。
In the example shown in FIGS. 7 and 8, after the
すなわち、本実施形態の配置工程においては、基材10側に接合材30を配置した後、この基材10に配置された接合材30に対して吸収樹脂40を直接接触するように配置してもよい。この場合も、接合材30および吸収樹脂40の配置は上記同様の方法で行える。その後は、上記図7、図8の例と同様に、基材10上に半導体チップ20を搭載すればよい。
That is, in the arrangement step of the present embodiment, after the
つまり、本実施形態の配置工程では、基材10および半導体チップ20のいずれか一方に接合材30を配置した後、当該一方に配置された接合材30に対して吸収樹脂40を直接接触するように配置し、続いて、基材10上に半導体チップ20を搭載するようにすればよい。
That is, in the arrangement process of the present embodiment, after the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について、図9を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。図9に示されるように、本実施形態では、半導体チップ20は、素子形成面が一面21ではなく、一面21とは反対側の他面22を素子形成面としたものである。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, focusing on the differences from the first embodiment. As shown in FIG. 9, in this embodiment, the
そして、この半導体チップ20には、貫通電極23が設けられている。この貫通電極23は、いわゆるTSV(Through Silicon Viaの略)同様の構造を有するものであり、半導体チップ20を一面21から他面22に貫通する孔に、Cu等の導体をメッキ等により充填してなる。
The
そして、この貫通電極23は、複数個の接合材30に対応した位置に設けられている。また、半導体チップ20の他面22にて貫通電極23に対応する部位に接続電極20aが設けられ、この接続電極20aと貫通電極23とは電気的に接続されている。そして、各接合材30は上記同様、接続電極20aに接続されている。これにより、基材10と半導体チップ20の他面22側とは、接合材30、接続電極20aおよび貫通電極23を介して電気的に接続される。
The through
この図9に示される半導体装置は、上記第1実施形態と同様、用意工程、配置工程、レーザ加熱工程を行うことで製造できるものである。なお、図10には、本実施形態のレーザ加熱工程におけるレーザ光Lの照射の様子が矢印で示されている。 The semiconductor device shown in FIG. 9 can be manufactured by performing a preparation process, an arrangement process, and a laser heating process, as in the first embodiment. In FIG. 10, the state of irradiation with the laser light L in the laser heating process of the present embodiment is indicated by arrows.
本実施形態の他の例について図10を参照して述べる。本実施形態のような貫通電極23を有する半導体チップ20は、チップを積層した構造に適用できる。図10の例では、下段の半導体チップ20の他面22上に、上段の半導体チップ20を積層した2段構成としている。
Another example of this embodiment will be described with reference to FIG. The
下段の半導体チップ20と基材10との接続形態は、上記図9と同様であり、また、上段の半導体チップ20は、上記図1に示される半導体チップ20と同様、貫通電極23を持たないものである。そして、上下の半導体チップ20、20間の接続形態は、下段の半導体チップ20と基材10との接続形態と同様である。
The connection form between the
図10に示されるように、下段の半導体チップ20の他面22において貫通電極23上に接続電極20aを設け、当該接続電極20aに対し、接合材30および吸収樹脂40を介して、上段の半導体チップ20を接合している。この場合、下段の半導体チップ20を基材として、上段の半導体チップ20が接合されているとも言える。
As shown in FIG. 10, a
このようなチップ積層構成は、上記同様の配置工程およびレーザ加熱工程を、1個の半導体チップ20毎に行うことで形成できる。あるいは、基材10上に2個の半導体チップ20、20を上記配置工程によって積層した後、図10中の矢印に示されるように、一括してレーザ光Lを照射してレーザ加熱工程を行うことによっても、当該積層構成は形成することができる。
Such a chip stacking configuration can be formed by performing the same arrangement process and laser heating process for each
なお、図10の例では、半導体チップ20、20は2段の積層であるが、上段側に積層される半導体チップ20を、貫通電極23を有する構造とすることで、3段以上の積層を行うようにしてもよい。また、本実施形態に用いる配置工程は、上記第1実施形態の方法に限らず、上記第2実施形態の方法であってもよい。
In the example of FIG. 10, the semiconductor chips 20 and 20 are stacked in two stages. However, the
また、図10の例における下段の半導体チップ20を、上段の半導体チップ20の再配線等を行うインターポーザに置き換えてもよい。この場合、当該インターポーザに貫通電極23を設けてやればよく、また、当該インターポーザは、レーザ透過材料として半導体以外にもガラス等よりなるものであってもよい。
Further, the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について、図11を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。図11に示されるように、本実施形態は、配置工程において、接合材30と吸収樹脂40とが混ざり合って直接接触するペースト部材50を用いたものである。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the present embodiment uses a
このペースト部材50としては、たとえば吸収樹脂40としてのフラックスに接合材30としてのはんだ粒子を含有してなるはんだペーストや、当該フラックス等の吸収樹脂40にアルミニウム等の金属粒子を含有してなるもの等が挙げられる。そして、配置工程では、印刷やディスペンス等によりペースト部材50を、配置部位10a、20a毎に分離した状態となるように配置する。
As the
このとき、図11では、基材10の接続電極10a側に配置しているが、これに代えて、半導体チップ20の接続電極20a側にペースト部材50を配置するようにしてもよい。その後、図11に示されるように、ペースト部材50を介して、基材10上に半導体チップ20を搭載する。
At this time, in FIG. 11, the
ここまでが本実施形態の配置工程である。その後は、上記第1実施形態と同様、レーザ加熱工程を行うことで、ペースト部材50中の吸収樹脂40からの熱を、粒子状の接合材30が吸収して溶融することで、接合がなされる。
Up to here is the arrangement process of the present embodiment. Thereafter, as in the first embodiment, by performing the laser heating process, the
こうして、本実施形態の半導体装置ができあがる。たとえば、ペースト部材50として、はんだペーストを用いた場合、接合後の接合部分の形態は、通常のはんだペーストをリフロー、固化させた状態と同様のものとなる。なお、本実施形態は、上記第3実施形態とも組み合わせて適用できることは明らかである。
Thus, the semiconductor device of this embodiment is completed. For example, when a solder paste is used as the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について、図12を参照して述べる。上述のように、配置工程において半導体チップ20を基材10上に搭載するとき、半導体チップ20をコレット60で保持しながら当該搭載を行う。本実施形態は、このコレット60に工夫を施したものであり、上記各実施形態に適用が可能である。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As described above, when the
図12に示されるように、本実施形態のコレット60は、典型的なものと同様、吸着孔61を介して発生する吸引力により、半導体チップ20を脱着可能に保持するものである。ここで、本実施形態のコレット60は、レーザ加熱工程に用いるレーザ光Lが透過するものとされている。
As shown in FIG. 12, the
そして、レーザ加熱工程では、コレット60により半導体チップ20を基材10上に保持したまま、コレット60および半導体チップ20上から、レーザ光Lを照射する。これにより、レーザ光Lは、コレット60および半導体チップ20を透過し、吸収樹脂40を加熱するので、接合材30が溶融し、接合がなされる。
In the laser heating step, the laser light L is irradiated from above the
このようなコレット60としては、レーザ光Lが透過する材質よりなるものとする。また、本実施形態では、コレット60で半導体チップ20を保持したまま、接合材30の溶融および固化を行えるから、基材10上における半導体チップ20の傾き等を極力防止することができる。
Such a
また、このコレット60を超音波振動可能なアクチュエータ等に取り付けたものとしてもよい。そうすれば、たとえば搭載時に、半導体チップ20側に固定した接合材30によって、基材10の接続電極10a表面を擦ることで、当該表面の酸化膜を除去して接合性を確保することなども可能である。
The
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、レーザ加熱工程におけるレーザ光Lを半導体チップ20側から照射していたが、基材10をレーザ透過材料よりなるレーザ透過部材とし、基材10側からレーザ光Lを照射するようにしてもよい。この場合、半導体チップ20としてはレーザ透過部材でもよいし、レーザ透過材料ではない半導体材料よりなるものであってもよい。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the laser light L in the laser heating process is irradiated from the
さらに、基材10および半導体チップ20の両方がレーザ透過部材である場合、基材10および半導体チップ20の両側からレーザ光Lの照射を行ってもよい。特に上記第3実施形態の図10に示されるような積層構成の場合、片側からのみの照射では、照射側から遠い位置にある吸収樹脂40の加熱が不十分になる恐れがある。しかし、当該両側からの照射を採用すれば、それに比べて吸収樹脂40の加熱を十分なものにしやすい。
Furthermore, when both the
なお、レーザ加熱工程では、基材10側または半導体チップ20側のいずれか一方を図示しない支持台に支持させた状態でレーザ照射を行うが、上記両側からのレーザ照射を行う場合には、当該支持台がレーザ光Lを透過するものとすればよい。また、当該支持台自身が通電等により発熱するヒータ機能を有すれば、接合材30の溶融するための補助加熱が可能となり、好ましい。
In the laser heating process, laser irradiation is performed in a state where either the
また、上記各実施形態においては、吸収樹脂40としては、昇華性の樹脂よりなるものを用いてもよい。この場合、レーザ加熱工程では、接合材30を溶融させつつ、レーザ光Lによる加熱によって吸収樹脂40を昇華して除去することになる。これは、接合材30の周りに吸収樹脂40を残したくない場合に有効である。
In each of the above embodiments, the
このような昇華性の吸収樹脂40としては、昇華温度(沸点)が接合材の融点と同程度もしくはそれ以上であるものが採用される。たとえば接合材30が、融点が200〜300℃程度のはんだの場合、昇華温度が230〜300℃かそれ以上のものを採用することができる。
As such a
また、このような昇華性の吸収樹脂40としては、昇華前にて半導体チップ20と当該吸収樹脂40とを固定するのに十分なチクソ性を有すること、昇華後の残渣が少ないこと、当該残渣が発生したとしても接合部における短絡や腐食が発生しないこと等の機能を有するものが望ましい。具体的には、イソボニルシクロヘキサノール等のはんだフラックスを構成する樹脂等が挙げられる。
Moreover, as such a
また、1個の基材10上に半導体チップ20が平面的に複数個搭載される場合であっても、上記各実施形態は適用が可能であることは明らかである。
Also, it is obvious that the above embodiments can be applied even when a plurality of
また、上記各図に示した例では、吸収樹脂40が接合材30の全体を包含したものとされているが、吸収樹脂40は接合材30に熱的に接続されるように直接接触していればよく、接合材30の一部を包含するものであってもよい。
In the example shown in each of the above drawings, the
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent.
10 基材
10a 配置部位としての基材の接続電極
20 半導体チップ
20a 配置部位としての半導体チップの接続電極
30 接合材
40 吸収樹脂
L レーザ光
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基材に対向して配置された半導体チップ(20)と、
前記基材と前記半導体チップとの間に介在して前記基材と前記半導体チップとを接合するとともに、互いに離間して配置された金属よりなる複数個の接合材(30)と、備え、
前記基材および前記半導体チップの少なくとも一方が、赤外波長のレーザ光(L)を透過するレーザ透過材料よりなるレーザ透過部材(10、20)として構成されたものである半導体装置の製造方法であって、
前記基材と、前記半導体チップと、を用意する用意工程と、
前記基材上に前記半導体チップを搭載するとともに、
前記基材と前記半導体チップとの間にて、前記複数個の接合材が配置される配置部位(10a、20a)のそれぞれに対して、前記接合材と前記レーザ透過部材および前記接合材よりも前記レーザ光の吸収率が高く前記レーザ光を吸収する樹脂よりなる吸収樹脂(40)とを、前記接合材と前記吸収樹脂とが直接接触しつつ互いの前記配置部位間にて前記吸収樹脂が分離した状態となるように、配置する配置工程と、
前記レーザ光を、前記レーザ透過部材に照射して前記レーザ透過部材を透過させ、前記吸収樹脂に吸収させることにより、前記吸収樹脂を加熱し、当該吸収樹脂の熱によって前記複数個の接合材を溶融させ、前記基材と前記半導体チップとを接合するレーザ加熱工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A substrate (10);
A semiconductor chip (20) disposed opposite the substrate;
A plurality of bonding materials (30) made of metal disposed between the base material and the semiconductor chip to join the base material and the semiconductor chip apart from each other;
In the method for manufacturing a semiconductor device, at least one of the base material and the semiconductor chip is configured as a laser transmitting member (10, 20) made of a laser transmitting material that transmits an infrared wavelength laser beam (L). There,
A preparation step of preparing the base material and the semiconductor chip;
While mounting the semiconductor chip on the substrate,
For each of the arrangement parts (10a, 20a) where the plurality of bonding materials are arranged between the base material and the semiconductor chip, than the bonding material, the laser transmitting member, and the bonding material. The absorption resin (40) made of a resin that absorbs the laser light with a high absorption rate of the laser light, and the bonding resin and the absorption resin are in direct contact with each other between the placement portions of the absorption resin. An arranging step of arranging so as to be in a separated state;
By irradiating the laser transmitting member with the laser beam, transmitting the laser transmitting member and absorbing the laser transmitting member, the absorbing resin is heated to heat the absorbing resin, and the plurality of bonding materials are formed by the heat of the absorbing resin. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a laser heating step of melting and bonding the base material and the semiconductor chip.
前記レーザ加熱工程では、前記接合材を溶融させつつ、前記レーザ光による加熱によって前記吸収樹脂を昇華して除去することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 As the absorbing resin, a material made of a sublimable resin is used.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the laser heating step, the absorbing resin is sublimated and removed by heating with the laser light while melting the bonding material.
前記基材上に前記半導体チップを搭載して、前記接合材と前記吸収樹脂とを直接接触させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 In the arranging step, the bonding material is arranged on one of the base material and the semiconductor chip, and the absorbing resin is arranged on the other,
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor chip is mounted on the base material, and the bonding material and the absorbing resin are brought into direct contact with each other. 5.
続いて、前記接合材および前記吸収樹脂を介して、前記基材上に前記半導体チップを搭載するようにしたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 In the arrangement step, after the bonding material is arranged on one of the base material and the semiconductor chip, the absorbing resin is arranged so as to directly contact the bonding material arranged on the one,
4. The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the semiconductor chip is mounted on the base material via the bonding material and the absorbing resin. Method.
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