JP2016063014A

JP2016063014A - Semiconductor manufacturing device

Info

Publication number: JP2016063014A
Application number: JP2014188528A
Authority: JP
Inventors: 真哉深山; Shinya Fukayama; 幸史尾山; Yukifumi Oyama; 三浦　正幸; Masayuki Miura; 正幸三浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: TWI581363B; TW201613025A; CN105428273A; CN105428273B; JP6212011B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor manufacturing device which can improve bump connectivity and connection reliability of a semiconductor chip having bump electrodes on both upper and lower surfaces.SOLUTION: A semiconductor manufacturing device 1 of an embodiment comprises: a bonding head 2 which includes an elastic collet 5 that abuts and sticks to one surface of a semiconductor chip 4 where bump electrodes 42, 44 are provided on both surfaces, and a rigid collet holder 6 that holds the elastic collet 5; a stage 3 on which a connected component 7 having a connected electrode 72 corresponding to the bump electrode 44 is mounted; and a drive mechanism which relatively moves the bonding head 2 and the stage 3 so as to move the semiconductor chip 4 onto the connected component 7 and applies a load on the semiconductor chip 4. At least one of contact surfaces of the elastic collet 5 and the rigid collet holder 6 has a salient (62) at a position including a region just above a formation region of the bump electrode 44.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor manufacturing apparatus.

半導体装置の小型化、高速化、高機能化等を実現するために、１つのパッケージ内に複数の半導体チップを積層して封止したＳｉＰ（ＳｙｓｔｅｍｉｎＰａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置が実用化されている。ＳｉＰ構造の半導体装置においては、半導体チップ間の電気信号を高速に送受信することが求められる。このような場合、半導体チップ間の電気的な接続にはマイクロバンプが用いられる。マイクロバンプは、例えば５〜５０μｍ程度の直径を有し、１０〜１００μｍ程度のピッチで形成される。複数の半導体チップ間をマイクロバンプで接続する場合、下段側の半導体チップの表面に設けられたバンプ電極と、上段側の半導体チップの裏面に設けられたバンプ電極とを位置合わせした後、熱を加えながら上下の半導体チップを圧着してバンプ電極同士を接続する。 In order to realize miniaturization, high speed, high functionality, etc. of a semiconductor device, a semiconductor device having a SiP (System in Package) structure in which a plurality of semiconductor chips are stacked and sealed in one package has been put into practical use. Yes. A semiconductor device having a SiP structure is required to transmit and receive electrical signals between semiconductor chips at high speed. In such a case, micro bumps are used for electrical connection between the semiconductor chips. The micro bumps have a diameter of, for example, about 5 to 50 μm and are formed at a pitch of about 10 to 100 μm. When connecting a plurality of semiconductor chips with micro bumps, align the bump electrodes provided on the surface of the lower semiconductor chip with the bump electrodes provided on the back surface of the upper semiconductor chip, and then apply heat. While adding, the upper and lower semiconductor chips are pressure-bonded to connect the bump electrodes.

半導体チップを多段に接続するために、上段側の半導体チップの表面にもバンプ電極が設けられている場合がある。上下両面にバンプ電極が設けられた半導体チップを用いてバンプ接続工程を実施する場合、バンプ電極を有する半導体チップの表面側を吸着コレットで保持して下段側の半導体チップ上に移動させ、熱と荷重を加えながらバンプ電極同士を接続する。吸着用のコレットとしては、剛体コレットと弾性体コレットとが知られている。剛体コレットでバンプ電極を有するチップ表面を吸着した場合には、凸状のバンプ電極に起因して半導体チップに曲げ応力が発生し、半導体チップにクラック等が生じるおそれがある。弾性体コレットでバンプ電極を有するチップ表面を吸着した場合には、曲げ応力の発生を抑制できる反面、バンプ電極に加える荷重が弾性体コレットにより分散してしまう。これはバンプ電極間の接続性や接続信頼性を低下させる要因となる。 In order to connect the semiconductor chips in multiple stages, bump electrodes may also be provided on the surface of the upper semiconductor chip. When a bump connection process is performed using a semiconductor chip provided with bump electrodes on both upper and lower surfaces, the surface side of the semiconductor chip having the bump electrode is held by an adsorption collet and moved onto the lower semiconductor chip, and heat and Connect the bump electrodes to each other while applying a load. As a collet for adsorption, a rigid collet and an elastic collet are known. When the chip surface having the bump electrode is adsorbed by the rigid collet, bending stress is generated in the semiconductor chip due to the convex bump electrode, and there is a possibility that a crack or the like is generated in the semiconductor chip. When the chip surface having the bump electrode is adsorbed by the elastic collet, the generation of bending stress can be suppressed, but the load applied to the bump electrode is dispersed by the elastic collet. This becomes a factor of reducing the connectivity and connection reliability between the bump electrodes.

米国特許出願公開第２０１３／００７５８９５号明細書US Patent Application Publication No. 2013/0075895

本発明が解決しようとする課題は、半導体チップに生じるクラック等を抑制しつつ、上下両面にバンプ電極を有する半導体チップのバンプ接続性や接続信頼性を高めることを可能にした半導体製造装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of improving the bump connectivity and connection reliability of a semiconductor chip having bump electrodes on both upper and lower surfaces while suppressing cracks and the like generated in the semiconductor chip. There is to do.

実施形態の半導体製造装置は、チップ本体の回路面側に第１のバンプ電極が設けられ、チップ本体の非回路面側に第２のバンプ電極が設けられた半導体チップの回路面側の表面と当接される第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面とを有する弾性体コレットと、弾性体コレットの第２の面と接する第１の面を有し、弾性体コレットを保持する剛体コレットホルダとを備え、弾性体コレットに当接された半導体チップを吸着するボンディングヘッドと、第２のバンプ電極に対応するように設けられた被接続電極を有する被接続部品が載置されるステージと、被接続電極に対して第２のバンプ電極を位置合わせしつつ、被接続部品上に半導体チップを移動させるように、ボンディングヘッドとステージとを相対的に移動させ、被接続部品上に移動させた半導体チップに荷重を加える駆動機構とを具備する。弾性体コレットの第２の面および剛体コレットホルダの第１の面の少なくとも一方は、第２のバンプ電極の形成領域の直上を含む位置に凸部を備える。 The semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment includes a circuit surface side surface of a semiconductor chip in which a first bump electrode is provided on the circuit surface side of the chip body and a second bump electrode is provided on the non-circuit surface side of the chip body. An elastic collet having a first surface abutted on and a second surface opposite to the first surface; a first surface in contact with the second surface of the elastic collet; A connected part having a rigid collet holder for holding a body collet, a bonding head for adsorbing a semiconductor chip in contact with the elastic collet, and a connected electrode provided to correspond to the second bump electrode The bonding head and the stage are moved relative to each other so that the semiconductor chip is moved onto the connected component while aligning the second bump electrode with respect to the connected electrode and the stage on which the substrate is mounted. On connected parts Comprising a driving mechanism for applying a load to the semiconductor chip is moving. At least one of the second surface of the elastic collet and the first surface of the rigid collet holder includes a convex portion at a position including directly above the formation region of the second bump electrode.

第１の実施形態による半導体製造装置およびそれを用いた電極間の接続工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection process between the semiconductor manufacturing apparatus by 1st Embodiment, and an electrode using the same. 図１に示す半導体製造装置を用いて接続工程が実施される半導体チップの回路面側の表面を示す平面図である。It is a top view which shows the surface by the side of the circuit surface of the semiconductor chip with which a connection process is implemented using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 図１に示す半導体製造装置に用いられる弾性体コレットの半導体チップとの当接面を示す平面図である。It is a top view which shows the contact surface with the semiconductor chip of the elastic body collet used for the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 図１に示す半導体製造装置に用いられる剛体コレットホルダの弾性体コレットと接する面側を示す平面図である。It is a top view which shows the surface side which contact | connects the elastic body collet of the rigid body collet holder used for the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 図４に示す剛体コレットホルダのＡ−Ａ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA of the rigid collet holder shown in FIG. 図１に示す半導体製造装置を用いて作製されたチップ積層体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the chip laminated body produced using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 第２の実施形態による半導体製造装置およびそれを用いた電極間の接続工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection process between the semiconductor manufacturing apparatus by 2nd Embodiment, and an electrode using the same. 図７に示す半導体製造装置に用いられる弾性体コレットの剛体コレットホルダと接する面側を示す平面図である。It is a top view which shows the surface side which contact | connects the rigid body collet holder of the elastic body collet used for the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 図８に示す弾性体コレットのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the BB line of the elastic body collet shown in FIG.

以下、実施形態の半導体製造装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による半導体製造装置およびそれを用いた電極間の接続工程を示す断面図である。図１に示す半導体製造装置１は、第１の被接続部品を吸着するボンディングヘッド２と、第２の被接続部品が載置されるステージ３とを具備している。ボンディングヘッド２は、第１の被接続部品としての半導体チップ４と当接される吸着コレット５と、吸着コレット５を保持するコレットホルダ６とを備えている。吸着コレット５およびコレットホルダ６は、図示しない貫通孔（吸引孔）を有しており、これら貫通孔を介して吸引することにより半導体チップ４が吸着コレット５に吸着される。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment and a connection process between electrodes using the same. A semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a bonding head 2 that sucks a first connected component, and a stage 3 on which the second connected component is placed. The bonding head 2 includes a suction collet 5 that comes into contact with the semiconductor chip 4 as a first connected component, and a collet holder 6 that holds the suction collet 5. The suction collet 5 and the collet holder 6 have through holes (suction holes) (not shown), and the semiconductor chip 4 is sucked by the suction collet 5 by suction through these through holes.

ボンディングヘッド２は、半導体チップ４を吸着コレット５に吸着保持するための吸引機構（図示せず）を有している。さらに、ボンディングヘッド２は、接続工程に応じて半導体チップ４を加熱および冷却する加熱冷却機構（図示せず）を備えている。ボンディングヘッド２、図示しない駆動機構によりＸＹＺθ方向に移動が可能とされている。ステージ３は、第２の被接続部品７を吸着保持する吸着機構（図示せず）と、接続工程に応じて第２の被接続部品７を加熱および冷却する加熱冷却機構（図示せず）とを備えている。ステージ３は、図示しない駆動機構によりＸＹ方向に移動が可能とされている。加熱冷却機構は、ボンディングヘッド２およびステージ３の一方のみに設けてもよい。 The bonding head 2 has a suction mechanism (not shown) for sucking and holding the semiconductor chip 4 on the suction collet 5. Furthermore, the bonding head 2 includes a heating / cooling mechanism (not shown) that heats and cools the semiconductor chip 4 in accordance with the connection process. The bonding head 2 can be moved in the XYZθ directions by a driving mechanism (not shown). The stage 3 includes a suction mechanism (not shown) that holds the second connected component 7 by suction, and a heating / cooling mechanism (not shown) that heats and cools the second connected component 7 according to the connection process. It has. The stage 3 can be moved in the XY directions by a drive mechanism (not shown). The heating / cooling mechanism may be provided only on one of the bonding head 2 and the stage 3.

図１において、ボンディングヘッド２に吸着される第１の被接続部品は、チップ本体４１の上面（回路面／第１の表面）４１ａ側に設けられた第１のバンプ電極４２と、チップ本体４１を貫通するように設けられ、第１のバンプ電極４２と電気的に接続された貫通電極（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ：ＴＳＶ）４３と、チップ本体４１の下面（非回路面／第２の表面）４１ｂ側に設けられ、貫通電極４３と電気的に接続された第２のバンプ電極４４とを有する第１の半導体チップ４である。ステージ３上に載置される第２の被接続部品は、チップ本体７１の上面（回路面／第１の表面）７１ａ側に設けられた第３のバンプ電極７２を有する第２の半導体チップ７である。第２の被接続部品は半導体チップに限らず、接続電極を有する配線基板等であってもよい。 In FIG. 1, the first connected component attracted by the bonding head 2 includes a first bump electrode 42 provided on the upper surface (circuit surface / first surface) 41 a side of the chip body 41, and the chip body 41. A through electrode (Through Silicon Via: TSV) 43 provided so as to penetrate the first bump electrode 42 and the lower surface (non-circuit surface / second surface) 41b side of the chip body 41 The first semiconductor chip 4 is provided with a second bump electrode 44 that is electrically connected to the through electrode 43. The second connected component placed on the stage 3 is a second semiconductor chip 7 having a third bump electrode 72 provided on the upper surface (circuit surface / first surface) 71 a side of the chip body 71. It is. The second connected component is not limited to a semiconductor chip, and may be a wiring board having connection electrodes.

第１の半導体チップ４の上面４１ａ側には、図２に示すように、複数のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５が設けられている。複数のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５内には、それぞれ第１のバンプ電極４２が配置されている。第１のバンプ電極４２は、第１の半導体チップ４の上面４１ａに対して局所的に設けられた複数のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５内にそれぞれ配置されている。第２のバンプ電極４４は、貫通電極４３を介して第１のバンプ電極４２と接続されている。第１の半導体チップ４の下面４１ｂ側においても、上面４１ａ側のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５と対応する位置にバンプ形成領域が設けられている。半導体チップ４の下面４１ｂにおける複数のバンプ形成領域内には、それぞれ第２のバンプ電極４４が配置されている。第２の半導体チップ７の上面７１ａ側には、第２のバンプ電極４４と対応するように第３のバンプ電極７２が設けられている。 On the upper surface 41a side of the first semiconductor chip 4, as shown in FIG. 2, a plurality of bump formation regions X1 to X5 are provided. A first bump electrode 42 is disposed in each of the plurality of bump formation regions X1 to X5. The first bump electrodes 42 are respectively disposed in a plurality of bump formation regions X1 to X5 provided locally with respect to the upper surface 41a of the first semiconductor chip 4. The second bump electrode 44 is connected to the first bump electrode 42 through the through electrode 43. Also on the lower surface 41b side of the first semiconductor chip 4, bump forming regions are provided at positions corresponding to the bump forming regions X1 to X5 on the upper surface 41a side. Second bump electrodes 44 are disposed in the plurality of bump formation regions on the lower surface 41b of the semiconductor chip 4, respectively. A third bump electrode 72 is provided on the upper surface 71 a side of the second semiconductor chip 7 so as to correspond to the second bump electrode 44.

ボンディングヘッド２の吸着コレット５は、第１のバンプ電極４２が設けられた第１の半導体チップ４の上面４１ａに当接される第１の面５１と、第１の面５１とは反対側の第２の面５２とを有する。吸着コレット５は、第１の面（チップ当接面）５１を第１の半導体チップ４の上面４１ａに当接させた状態で、第１の半導体チップ４を吸着保持する。吸着コレット５は、第１のバンプ電極４２に基づく表面の凹凸形状を吸収するように弾性体で形成されている。吸着コレット５は、天然ゴム、合成ゴム、熱硬化性エラストマー等のゴム状弾性体を用いた弾性体コレットである。 The suction collet 5 of the bonding head 2 includes a first surface 51 that is in contact with the upper surface 41a of the first semiconductor chip 4 on which the first bump electrode 42 is provided, and a side opposite to the first surface 51. Second surface 52. The suction collet 5 sucks and holds the first semiconductor chip 4 in a state where the first surface (chip contact surface) 51 is in contact with the upper surface 41 a of the first semiconductor chip 4. The suction collet 5 is formed of an elastic body so as to absorb the uneven shape of the surface based on the first bump electrode 42. The adsorption collet 5 is an elastic collet using a rubber-like elastic body such as natural rubber, synthetic rubber, and thermosetting elastomer.

弾性体コレット５で第１の半導体チップ４の上面（バンプ形成面）４１ａを吸着保持することによって、荷重を加えた際に第１のバンプ電極４２に基づく凹凸が弾性体コレット５に吸収されるため、第１のバンプ電極４２を支点とする曲げ応力の発生を抑制することができる。弾性体コレット５の第１の面（チップ当接面）５１は、図３に示すように、第１の半導体チップ４と当接されるチップ当接領域Ｃと、第１の半導体チップ４の上面４１ａ側のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５（および下面４１ｂ側のバンプ形成領域）と対応する複数のバンプ当接領域Ｙ１〜Ｙ５とを有している。 By holding the upper surface (bump forming surface) 41a of the first semiconductor chip 4 with the elastic collet 5, the irregularities based on the first bump electrode 42 are absorbed by the elastic collet 5 when a load is applied. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of bending stress with the first bump electrode 42 as a fulcrum. As shown in FIG. 3, the first surface (chip contact surface) 51 of the elastic collet 5 includes a chip contact region C in contact with the first semiconductor chip 4, and the first semiconductor chip 4. A plurality of bump contact areas Y1 to Y5 corresponding to bump formation areas X1 to X5 on the upper surface 41a side (and bump formation areas on the lower surface 41b side) are provided.

ボンディングヘッド２は、弾性体コレット５を保持するコレットホルダ６を備えている。コレットホルダ６は、弾性体コレット５に荷重を良好に伝えることが可能なように剛体で形成されている。コレットホルダ６は、各種鋼材、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属材料やセラミック材料のような剛体材料を用いた剛体コレットホルダである。剛体コレットホルダ６は、弾性体コレット５がはめ込まれる凹部６１を有している。コレットホルダ６の凹部６１内にはめ込まれた弾性体コレット５は、第１の面（チップ当接面）５１とは反対側の第２の面５２が剛体コレットホルダ６と接する。 The bonding head 2 includes a collet holder 6 that holds an elastic collet 5. The collet holder 6 is formed of a rigid body so that the load can be satisfactorily transmitted to the elastic collet 5. The collet holder 6 is a rigid collet holder using various steel materials, a metal material such as stainless steel, aluminum, titanium, or a rigid material such as a ceramic material. The rigid collet holder 6 has a recess 61 into which the elastic collet 5 is fitted. The elastic collet 5 fitted in the recess 61 of the collet holder 6 has a second surface 52 opposite to the first surface (chip contact surface) 51 in contact with the rigid collet holder 6.

図１に示す半導体製造装置を用いた第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ７との接続工程について説明する。図１（ａ）に示すように、ステージ３上に第２の半導体チップ７を載置する。第２の半導体チップ７は、ステージ３に吸着保持される。ボンディングヘッド２で第１の半導体チップ４を吸着保持する。ボンディングヘッド２に吸着保持された第１の半導体チップ４を、第２のバンプ電極４４を第３のバンプ電極７２に位置合わせしつつ、ステージ３上に載置された第２の半導体チップ７上に移動させる。 A connection process between the first semiconductor chip 4 and the second semiconductor chip 7 using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described. As shown in FIG. 1A, the second semiconductor chip 7 is placed on the stage 3. The second semiconductor chip 7 is held by suction on the stage 3. The first semiconductor chip 4 is sucked and held by the bonding head 2. The first semiconductor chip 4 sucked and held by the bonding head 2 is positioned on the second semiconductor chip 7 placed on the stage 3 while the second bump electrode 44 is aligned with the third bump electrode 72. Move to.

図１（ｂ）に示すように、例えばボンディングヘッド２を駆動機構により下降させることによって、第２の半導体チップ７上に移動させた第１の半導体チップ４を、第２のバンプ電極４４を第３のバンプ電極７２に接触させつつ、第２の半導体チップ７上に積層する。バンプ電極４４、７２の接続温度以上の温度に加熱しながら、もしくはバンプ電極４４、７２に超音波を印加しながら、駆動機構で第１の半導体チップ４に荷重を加えて第２の半導体チップ７に圧着する。このような圧着工程によって、第２のバンプ電極４４と第３のバンプ電極７２とを接続してバンプ接続体８を形成する。 As shown in FIG. 1B, for example, the first semiconductor chip 4 moved onto the second semiconductor chip 7 by lowering the bonding head 2 by a driving mechanism is used for the second bump electrode 44. The third semiconductor chip 7 is stacked while being in contact with the third bump electrode 72. While heating to a temperature equal to or higher than the connection temperature of the bump electrodes 44 and 72 or applying an ultrasonic wave to the bump electrodes 44 and 72, a load is applied to the first semiconductor chip 4 by the driving mechanism, and the second semiconductor chip 7. Crimp to. By such a crimping step, the bump connection body 8 is formed by connecting the second bump electrode 44 and the third bump electrode 72.

バンプ電極４４、７２の形成材料としては、ＳｎにＣｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ等を添加したＳｎ合金からなる半田材料や、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ等の金属材料が挙げられる。半田材料（Ｐｂフリー半田）の具体例としては、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等が挙げられる。金属材料は単層膜に限らず、Ｃｕ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｕ等の複数の金属膜の積層膜であってもよい。さらに、金属材料は上記したような金属を含む合金であってもよい。第２のバンプ電極４４と第３のバンプ電極７２との組合せとしては、半田／半田、金属／半田、半田／金属、金属／金属等が例示される。また、第２のバンプ電極４４と第３のバンプ電極７２の形状に関しては、半球状や柱状等の突起形状同士の組合せや、突起形状とパッドのような平坦形状との組合せが用いられる。 Examples of the material for forming the bump electrodes 44 and 72 include a solder material made of an Sn alloy obtained by adding Cu, Ag, Bi, In, or the like to Sn, or a metal material such as Cu, Ni, Au, Ag, Pd, or Sn. . Specific examples of the solder material (Pb-free solder) include Sn—Cu alloy, Sn—Ag alloy, Sn—Ag—Cu alloy and the like. The metal material is not limited to a single layer film, and may be a laminated film of a plurality of metal films such as Cu / Ni, Cu / Ni / Cu, Cu / Ni / Au, Ni / Au, and Cu / Au. Further, the metal material may be an alloy containing a metal as described above. Examples of the combination of the second bump electrode 44 and the third bump electrode 72 include solder / solder, metal / solder, solder / metal, metal / metal, and the like. Further, regarding the shapes of the second bump electrode 44 and the third bump electrode 72, a combination of protrusion shapes such as a hemisphere or a columnar shape, or a combination of a protrusion shape and a flat shape such as a pad is used.

第２のバンプ電極４４および第３のバンプ電極７２の少なくとも一方には、半田材料を用いることが好ましい。ボンディングヘッド２による第１の半導体チップ４の吸着性等を考慮して、第１の半導体チップ４の下面４１ｂ側にＳｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等の半田材料からなるバンプ電極４４を形成し、第２の半導体チップ７の上面７１ａ側にＣｕ／Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ等の金属材料からなるバンプ電極１４を形成することが好ましい。この場合、半田材料からなるバンプ電極４４は突起形状とし、金属材料からなるバンプ電極７２は平坦形状とすることが好ましい。バンプ電極４４、７２の接続温度とは、バンプ電極４４、７２の少なくとも一方を半田で形成した場合、用いた半田の融点以上の温度である。 It is preferable to use a solder material for at least one of the second bump electrode 44 and the third bump electrode 72. In consideration of the adsorptivity of the first semiconductor chip 4 by the bonding head 2, the bump electrode 44 made of a solder material such as Sn—Cu alloy or Sn—Ag—Cu alloy on the lower surface 41 b side of the first semiconductor chip 4. It is preferable to form the bump electrode 14 made of a metal material such as Cu / Ni / Cu, Cu / Ni / Au, or Ni / Au on the upper surface 71a side of the second semiconductor chip 7. In this case, it is preferable that the bump electrode 44 made of a solder material has a protruding shape, and the bump electrode 72 made of a metal material has a flat shape. The connection temperature of the bump electrodes 44 and 72 is a temperature equal to or higher than the melting point of the used solder when at least one of the bump electrodes 44 and 72 is formed of solder.

第１の半導体チップ４の上面４１ａ側に設けられた第１のバンプ電極４２は、さらに第１の半導体チップ４上に他の半導体チップを積層する際に接続電極として機能するものである。ここでは、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ７との積層時に第２のバンプ電極４４と第３のバンプ電極７２とを接続する場合について述べるが、半導体チップをさらに多段に積層する場合には、バンプ電極４４、７２間を仮固定し、全ての半導体チップを積層した後にリフローまたは熱圧着してバンプ電極間を本接続してもよい。 The first bump electrode 42 provided on the upper surface 41 a side of the first semiconductor chip 4 functions as a connection electrode when another semiconductor chip is stacked on the first semiconductor chip 4. Here, a case where the second bump electrode 44 and the third bump electrode 72 are connected when the first semiconductor chip 4 and the second semiconductor chip 7 are stacked will be described. However, the semiconductor chips are stacked in multiple stages. In this case, the bump electrodes 44 and 72 may be temporarily fixed, and after all the semiconductor chips are stacked, the bump electrodes may be connected by reflow or thermocompression bonding.

第１の半導体チップ４を第２の半導体チップ７に圧着する際に、第１の半導体チップ４には弾性体コレット５を介して荷重が付加される。弾性体コレット５の第１の面５１は、第１のバンプ電極４２に食い込んだ状態となっている。このような状態において、弾性体コレット５と剛体コレットホルダ６とがそれぞれ平面で接触していると、第１のバンプ電極４２の形成領域の周囲に荷重が分散してしまう。その結果として、第１のバンプ電極４２と対応した位置（重なる位置）に設けられている第２のバンプ電極４４に対して十分に荷重を加えることができない。これは、バンプ電極４２、７２間の接続不良を招いたり、またバンプ電極４２、７２間の接続信頼性を低下させる要因となる。 When the first semiconductor chip 4 is pressure-bonded to the second semiconductor chip 7, a load is applied to the first semiconductor chip 4 through the elastic collet 5. The first surface 51 of the elastic body collet 5 is in a state of biting into the first bump electrode 42. In such a state, if the elastic collet 5 and the rigid collet holder 6 are in contact with each other in a plane, the load is dispersed around the area where the first bump electrode 42 is formed. As a result, a sufficient load cannot be applied to the second bump electrode 44 provided at a position corresponding to the first bump electrode 42 (overlapping position). This causes a connection failure between the bump electrodes 42 and 72, and causes a decrease in connection reliability between the bump electrodes 42 and 72.

実施形態の半導体製造装置１においては、弾性体コレット５と剛体コレットホルダ６との接触面に第１のバンプ電極４２の形成領域、ひいては第２のバンプ電極４４の形成領域に荷重を集中させる凹凸を設けている。第１の実施形態においては、図４および図５に示すように、剛体コレットホルダ６の凹部６１の底面６１ａに、図２に示した第１の半導体チップ４のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５、ひいては図３に示した弾性体コレット５のバンプ当接領域Ｙ１〜Ｙ５に対応する凸部６２Ａ〜６２Ｅを設けている。剛体コレットホルダ６の凸部６２Ａ〜６２Ｅは、半導体チップ４の第１のバンプ電極４２の形成領域（および第２のバンプ電極４４の形成領域）の直上に位置している。 In the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the unevenness that concentrates the load on the contact area between the elastic collet 5 and the rigid collet holder 6 in the formation region of the first bump electrode 42 and, in turn, the formation region of the second bump electrode 44. Is provided. In the first embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, bump formation regions X 1 to X 5 of the first semiconductor chip 4 shown in FIG. 2 are formed on the bottom surface 61 a of the concave portion 61 of the rigid collet holder 6. Protrusions 62A to 62E corresponding to the bump contact areas Y1 to Y5 of the elastic collet 5 shown in FIG. 3 are provided. The convex portions 62 A to 62 E of the rigid collet holder 6 are located immediately above the formation region of the first bump electrode 42 (and the formation region of the second bump electrode 44) of the semiconductor chip 4.

凸部６２Ａ〜６２Ｅを有する剛体コレットホルダ６は、弾性体コレット５の第２の面５２に対して凸部６２Ａ〜６２Ｅの上面のみが接している。このため、剛体コレットホルダ６から凸部６２Ａ〜６２Ｅを介して弾性体コレット５に荷重を局所的に加えることができる。第１の半導体チップ４に加えられた荷重は、凸部６２Ａ〜６２Ｅに対応する弾性体コレット５の各領域、すなわちバンプ当接領域Ｙ１〜Ｙ５を介して、バンプ電極４２、４４の形成領域に集中して付加される。これらによって、第２のバンプ電極４２と第３のバンプ電極７２との接続性を高めることができ、さらにはバンプ電極４２、７２間の接続信頼性を向上させることができる。従って、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ７とを高い信頼性の下で接続したチップ積層体を作製することが可能となる。 In the rigid collet holder 6 having the convex portions 62 A to 62 E, only the upper surfaces of the convex portions 62 A to 62 E are in contact with the second surface 52 of the elastic collet 5. For this reason, a load can be locally applied to the elastic collet 5 from the rigid collet holder 6 via the convex portions 62A to 62E. The load applied to the first semiconductor chip 4 is applied to the formation regions of the bump electrodes 42 and 44 through the respective regions of the elastic collet 5 corresponding to the convex portions 62A to 62E, that is, the bump contact regions Y1 to Y5. Added concentrated. As a result, the connectivity between the second bump electrode 42 and the third bump electrode 72 can be improved, and further, the connection reliability between the bump electrodes 42 and 72 can be improved. Accordingly, it is possible to manufacture a chip stack in which the first semiconductor chip 4 and the second semiconductor chip 7 are connected with high reliability.

剛体コレットホルダ６の凸部６２Ａ〜６２Ｅを介して弾性体コレット５に荷重を加えるにあって、凸部６２Ａ〜６２Ｅの高さは１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。凸部６２Ａ〜６２Ｅの高さが１０μｍ未満であると、バンプ電極４２、４４の形成領域に荷重を十分に集中させることができない。凸部６２Ａ〜６２Ｅの高さが１０００μｍを超えると、荷重が伝わる弾性体の距離が長くなりすぎることで、バンプ電極４２、４４の形成領域に加わる荷重が低下する。いずれの場合においても、バンプ電極４２、７２間の接続性や接続信頼性が低下するおそれがある。凸部６２Ａ〜６２Ｅの平面形状は、バンプ電極４２、４４の形成領域と一致させた形状からそれより５ｍｍ程度大きい形状であることが好ましい。凸部６２Ａ〜６２Ｅの平面形状をバンプ電極４２、４４の形成領域よりあまり大きくしすぎると、バンプ電極４２、４４に対する荷重の集中効果が低下する。 In applying a load to the elastic collet 5 through the convex portions 62A to 62E of the rigid collet holder 6, it is preferable that the height of the convex portions 62A to 62E be 10 μm or more and 1000 μm or less. When the height of the convex portions 62A to 62E is less than 10 μm, the load cannot be sufficiently concentrated on the formation region of the bump electrodes 42 and 44. If the height of the convex portions 62A to 62E exceeds 1000 μm, the load applied to the formation region of the bump electrodes 42 and 44 is reduced because the distance of the elastic body to which the load is transmitted becomes too long. In either case, the connectivity between the bump electrodes 42 and 72 and the connection reliability may be reduced. The planar shape of the convex portions 62A to 62E is preferably a shape that is approximately 5 mm larger than the shape matched with the formation region of the bump electrodes 42 and 44. If the planar shape of the convex portions 62A to 62E is made too large compared to the formation region of the bump electrodes 42 and 44, the effect of concentration of the load on the bump electrodes 42 and 44 is reduced.

実施形態の半導体製造装置１を用いた半導体チップの積層工程は、２つの半導体チップ４、７を積層する場合に限られるものではない。例えば、図６に示すように、半導体チップ４上には第３の半導体チップ４Ａ、さらに第４の半導体チップ４Ｂを積層することができる。半導体チップ４Ａ、４Ｂは、半導体チップ４と同一構造を有している。半導体チップ４上に半導体チップ４Ａ、４Ｂを積層する場合には、図１に示した積層工程を繰り返し実施する。図６に示すように、半導体チップ４と半導体チップ４Ａとは、バンプ電極４２とバンプ電極４４Ａとの接続体８Ａにより電気的および機械的に接続される。さらに、半導体チップ４Ａと半導体チップ４Ｂとは、バンプ電極４２Ａとバンプ電極４４Ｂとの接続体８Ｂにより電気的および機械的に接続される。半導体チップの積層数は任意である。 The semiconductor chip stacking process using the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the embodiment is not limited to the case of stacking the two semiconductor chips 4 and 7. For example, as shown in FIG. 6, a third semiconductor chip 4 A and a fourth semiconductor chip 4 B can be stacked on the semiconductor chip 4. The semiconductor chips 4A and 4B have the same structure as the semiconductor chip 4. When the semiconductor chips 4A and 4B are stacked on the semiconductor chip 4, the stacking process shown in FIG. 1 is repeatedly performed. As shown in FIG. 6, the semiconductor chip 4 and the semiconductor chip 4A are electrically and mechanically connected by a connecting body 8A of the bump electrode 42 and the bump electrode 44A. Further, the semiconductor chip 4A and the semiconductor chip 4B are electrically and mechanically connected by a connection body 8B of the bump electrode 42A and the bump electrode 44B. The number of stacked semiconductor chips is arbitrary.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態による半導体製造装置について、図７ないし図９を参照して説明する。図７は第２の実施形態による半導体製造装置およびそれを用いた電極間の接続工程を示す断面図である。図７に示す半導体製造装置２１は、第１の実施形態の凸部６２Ａ〜６２Ｅを有する剛体コレットホルダ６に代えて、凸部を有する弾性体コレット５を具備している。なお、第２の実施形態における第１の実施形態と同一部分については、同一符号を付し、それらの説明を一部省略する場合がある。 (Second Embodiment)
Next, a semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment and a connection process between electrodes using the same. A semiconductor manufacturing apparatus 21 shown in FIG. 7 includes an elastic collet 5 having a convex portion instead of the rigid collet holder 6 having the convex portions 62A to 62E of the first embodiment. In addition, about the same part as 1st Embodiment in 2nd Embodiment, the same code | symbol may be attached | subjected and those description may be partially omitted.

第２の実施形態の半導体製造装置２１において、剛体コレットホルダ６は弾性体コレット５がはめ込まれる凹部６１を有している。凹部６１の底面６１ａは平面とされている。一方、弾性体コレット５の第２の面５２には、図８および図９に示すように、図２に示した第１の半導体チップ４のバンプ形成領域Ｘ１〜Ｘ５、ひいては第２の面５１におけるバンプ当接領域Ｙ１〜Ｙ５に対応する凸部５３Ａ〜５３Ｅが設けられている。弾性体コレット５の凸部５３Ａ〜５３Ｅは、半導体チップ４の第１のバンプ電極４２の形成領域（および第２のバンプ電極４４の形成領域）の直上に位置している。 In the semiconductor manufacturing apparatus 21 of the second embodiment, the rigid collet holder 6 has a recess 61 into which the elastic collet 5 is fitted. The bottom surface 61a of the recess 61 is a flat surface. On the other hand, on the second surface 52 of the elastic collet 5, as shown in FIGS. 8 and 9, the bump forming regions X1 to X5 of the first semiconductor chip 4 shown in FIG. Convex portions 53A to 53E corresponding to the bump contact regions Y1 to Y5 are provided. The convex portions 53 A to 53 E of the elastic collet 5 are located immediately above the formation region of the first bump electrode 42 (and the formation region of the second bump electrode 44) of the semiconductor chip 4.

凸部５３Ａ〜５３Ｅを有する弾性体コレット５は、剛体コレットホルダ６の凹部６１の底面６１ａに対して凸部５３Ａ〜５３Ｅの上面のみが接している。このため、剛体コレットホルダ６から凸部５３Ａ〜５３Ｅを介して弾性体コレット５に荷重を局所的に加えることができる。第１の半導体チップ４に加えられた荷重は、凸部５３Ａ〜５３Ｅに対応する弾性体コレット５の各領域、すなわちバンプ当接領域Ｙ１〜Ｙ５を介して、バンプ電極４２、４４の形成領域に集中して付加される。これらによって、第２のバンプ電極４２と第３のバンプ電極７２との接続性を高めることができ、さらにはバンプ電極４２、７２間の接続信頼性を向上させることができる。従って、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ７とを高い信頼性の下で接続したチップ積層体を作製することが可能となる。 In the elastic collet 5 having the convex portions 53A to 53E, only the upper surfaces of the convex portions 53A to 53E are in contact with the bottom surface 61a of the concave portion 61 of the rigid collet holder 6. For this reason, a load can be locally applied from the rigid collet holder 6 to the elastic collet 5 via the convex portions 53A to 53E. The load applied to the first semiconductor chip 4 is applied to the formation region of the bump electrodes 42 and 44 via the respective regions of the elastic collet 5 corresponding to the convex portions 53A to 53E, that is, the bump contact regions Y1 to Y5. Added concentrated. As a result, the connectivity between the second bump electrode 42 and the third bump electrode 72 can be improved, and further, the connection reliability between the bump electrodes 42 and 72 can be improved. Accordingly, it is possible to manufacture a chip stack in which the first semiconductor chip 4 and the second semiconductor chip 7 are connected with high reliability.

このように、バンプ電極４２、４４の形成領域に荷重を集中させる凹凸は、弾性体コレット５の剛体コレットホルダ６と接する面５２および剛体コレットホルダ６の弾性体コレット５と接する面６１ａのいずれに形成してもよい。また場合によっては、弾性体コレット５および剛体コレットホルダ６の両方に凹凸を設けてもよい。ただし、荷重を集中させる凸部を形成する際の加工のしやすさや加工コスト、また消耗品である弾性体コレット５の交換頻度等を考慮すると、剛体コレットホルダ６の弾性体コレット５と接する面６１ａに凸部６２Ａ〜６２Ｅを形成することが好ましい。 As described above, the unevenness for concentrating the load on the formation region of the bump electrodes 42 and 44 is formed on either the surface 52 of the elastic collet 5 in contact with the rigid collet holder 6 or the surface 61a of the rigid collet holder 6 in contact with the elastic collet 5. It may be formed. In some cases, both the elastic collet 5 and the rigid collet holder 6 may be provided with irregularities. However, considering the ease of processing and processing cost when forming the convex portion for concentrating the load, the replacement frequency of the elastic collet 5 as a consumable, etc., the surface that contacts the elastic collet 5 of the rigid collet holder 6 It is preferable to form convex portions 62A to 62E on 61a.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and at the same time included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１…半導体製造装置、２…ボンディングヘッド、３…ステージ、４，７…半導体チップ、４１…チップ本体、４２，４４，７２…バンプ電極、４３…貫通電極、５…弾性体コレット、５３…凸部、６…剛体コレットホルダ、６１…凹部、６２…凸部、８…バンプ接続体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor manufacturing apparatus, 2 ... Bonding head, 3 ... Stage, 4, 7 ... Semiconductor chip, 41 ... Chip body, 42, 44, 72 ... Bump electrode, 43 ... Through electrode, 5 ... Elastic collet, 53 ... Convex 6 is a rigid collet holder, 61 is a concave portion, 62 is a convex portion, and 8 is a bump connection body.

Claims

A first bump electrode is provided on the circuit surface side of the chip body, and a first bump electrode is in contact with the surface of the semiconductor chip on which the second bump electrode is provided on the non-circuit surface side of the chip body. And an elastic collet having a second surface opposite to the first surface, and a first surface in contact with the second surface of the elastic collet, the elastic collet A bonding head that holds the semiconductor chip in contact with the elastic collet;
A stage on which a connected component having a connected electrode provided to correspond to the second bump electrode is placed;
While aligning the second bump electrode with respect to the connected electrode, the bonding head and the stage are moved relative to each other so as to move the semiconductor chip onto the connected component. A drive mechanism for applying a load to the semiconductor chip moved onto the connection component,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein at least one of the second surface of the elastic collet and the first surface of the rigid collet holder includes a convex portion at a position including immediately above the formation region of the second bump electrode.

The rigid collet holder has a recess into which the elastic collet is fitted,
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the convex portion is provided on a bottom surface of the concave portion, and an upper surface of the convex portion is in contact with the second surface of the elastic collet.

The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the convex portion is provided on the second surface of the elastic collet, and an upper surface of the convex portion is in contact with the first surface of the rigid collet holder.

The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the convex portion has a height of 10 μm or more and 1000 μm or less.

The semiconductor chip is a first semiconductor chip in which the first bump electrode and the second bump electrode are electrically connected by a through electrode penetrating the semiconductor chip;
5. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the connected component is a second semiconductor chip having a third bump electrode as the connected electrode. 6.