JP2016527718A - チップをウェハに対し集積する方法及びその装置 - Google Patents

チップをウェハに対し集積する方法及びその装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016527718A
JP2016527718A JP2016527976A JP2016527976A JP2016527718A JP 2016527718 A JP2016527718 A JP 2016527718A JP 2016527976 A JP2016527976 A JP 2016527976A JP 2016527976 A JP2016527976 A JP 2016527976A JP 2016527718 A JP2016527718 A JP 2016527718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
integrated product
chip
film
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016527976A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016527718A5 (ja
JP6446450B2 (ja
Inventor
ウィックラマナヤカ,スニル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agency for Science Technology and Research Singapore
Original Assignee
Agency for Science Technology and Research Singapore
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency for Science Technology and Research Singapore filed Critical Agency for Science Technology and Research Singapore
Publication of JP2016527718A publication Critical patent/JP2016527718A/ja
Publication of JP2016527718A5 publication Critical patent/JP2016527718A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6446450B2 publication Critical patent/JP6446450B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/563Encapsulation of active face of flip-chip device, e.g. underfilling or underencapsulation of flip-chip, encapsulation preform on chip or mounting substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/741Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L24/743Apparatus for manufacturing layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/91Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L24/80 - H01L24/90
    • H01L24/92Specific sequence of method steps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93Batch processes
    • H01L24/94Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93Batch processes
    • H01L24/95Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L24/97Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001Core members of the bump connector
    • H01L2224/13005Structure
    • H01L2224/13009Bump connector integrally formed with a via connection of the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099Material
    • H01L2224/131Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13147Copper [Cu] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/27Manufacturing methods
    • H01L2224/275Manufacturing methods by chemical or physical modification of a pre-existing or pre-deposited material
    • H01L2224/27515Curing and solidification, e.g. of a photosensitive layer material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/2919Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32135Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/731Location prior to the connecting process
    • H01L2224/73101Location prior to the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73103Bump and layer connectors
    • H01L2224/73104Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7501Means for cleaning, e.g. brushes, for hydro blasting, for ultrasonic cleaning, for dry ice blasting, using gas-flow, by etching, by applying flux or plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/751Means for controlling the bonding environment, e.g. valves, vacuum pumps
    • H01L2224/75101Chamber
    • H01L2224/75102Vacuum chamber
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/751Means for controlling the bonding environment, e.g. valves, vacuum pumps
    • H01L2224/75101Chamber
    • H01L2224/7511High pressure chamber
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7515Means for applying permanent coating, e.g. in-situ coating
    • H01L2224/7518Means for blanket deposition
    • H01L2224/75184Means for blanket deposition for spray coating, i.e. nozzle
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/75264Means for applying energy, e.g. heating means by induction heating, i.e. coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/753Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7598Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors specially adapted for batch processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/81001Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus
    • H01L2224/81002Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus being a removable or sacrificial coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/81053Bonding environment
    • H01L2224/81091Under pressure
    • H01L2224/81093Transient conditions, e.g. gas-flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/81053Bonding environment
    • H01L2224/81095Temperature settings
    • H01L2224/81096Transient conditions
    • H01L2224/81097Heating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/812Applying energy for connecting
    • H01L2224/81201Compression bonding
    • H01L2224/81209Compression bonding applying isostatic pressure, e.g. degassing using vacuum or a pressurised liquid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/819Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector with the bump connector not providing any mechanical bonding
    • H01L2224/81901Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector
    • H01L2224/81903Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector by means of a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/81905Combinations of bonding methods provided for in at least two different groups from H01L2224/818 - H01L2224/81904
    • H01L2224/81907Intermediate bonding, i.e. intermediate bonding step for temporarily bonding the semiconductor or solid-state body, followed by at least a further bonding step
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83001Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus
    • H01L2224/83002Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus being a removable or sacrificial coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83053Bonding environment
    • H01L2224/8309Vacuum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83053Bonding environment
    • H01L2224/83091Under pressure
    • H01L2224/83093Transient conditions, e.g. gas-flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83053Bonding environment
    • H01L2224/83095Temperature settings
    • H01L2224/83096Transient conditions
    • H01L2224/83097Heating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8312Aligning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83193Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/832Applying energy for connecting
    • H01L2224/83201Compression bonding
    • H01L2224/83209Compression bonding applying isostatic pressure, e.g. degassing using vacuum or a pressurised liquid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8385Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8385Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83856Pre-cured adhesive, i.e. B-stage adhesive
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8385Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83862Heat curing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83905Combinations of bonding methods provided for in at least two different groups from H01L2224/838 - H01L2224/83904
    • H01L2224/83907Intermediate bonding, i.e. intermediate bonding step for temporarily bonding the semiconductor or solid-state body, followed by at least a further bonding step
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83909Post-treatment of the layer connector or bonding area
    • H01L2224/8391Cleaning, e.g. oxide removal step, desmearing
    • H01L2224/83911Chemical cleaning, e.g. etching, flux
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92Specific sequence of method steps
    • H01L2224/9205Intermediate bonding steps, i.e. partial connection of the semiconductor or solid-state body during the connecting process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92Specific sequence of method steps
    • H01L2224/921Connecting a surface with connectors of different types
    • H01L2224/9211Parallel connecting processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93Batch processes
    • H01L2224/94Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93Batch processes
    • H01L2224/95Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/97Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06513Bump or bump-like direct electrical connections between devices, e.g. flip-chip connection, solder bumps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06541Conductive via connections through the device, e.g. vertical interconnects, through silicon via [TSV]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06593Mounting aids permanently on device; arrangements for alignment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

チップをウェハに対し集積する方法及びその装置が提供されている。その装置は、塗布モジュールと接合モジュールと洗浄モジュールを含んでいる。この方法は、少なくとも一つのチップをウェハ上に配置して集積化された製造物を形成する工程と、集積化された製造物上に膜を形成してその集積化された製造物を実質的に流体密封にする工程と、少なくとも一つのチップをウェハに永久的に接合する間前記膜に所定の陽圧を加える工程を含んでいる。この方法は、更に、前記少なくとも一つのチップをウェハに永久的に接合した後で、集積化された製造物から膜を取り除く工程を含んでいる。

Description

本願は、2013年7月16日に出願された、シンガポール特許出願第201305439−0に基づき優先権主張する。
本発明は、大略、チップをウェハに対し集積する方法に関する。
基本的な金属対金属接合は、ソリッドステート拡散接合処理であり、高温で比較的に長時間を必要とする。例えば、Cu対Cu拡散接合処理は、300℃を超える温度で約30分かかる。チップオンウェファ接合は、チップとウェハの間の金属対金属拡散接合によって、実行されうる。時間のかかる接合方法を考慮して、フリップチップボンダーがチップをウェハに対し接合するためにうまく使用されて、関連するコストを最小にしている。
従来、チップオンウェハ接合は、はんだ補助接合を含んでいる。はんだ補助接合は、比較的短時間、例えば、約20秒で実行される。はんだがまず位置合わせされて、その溶融温度に加熱され、その後接合処理に続く。フリップチップボンダー単独での金属対金属接合は、金属対金属接合が拡散優位の接合処理であり、比較的に長い時間、通常は30分以上かかるので、現実的ではない。ここで、2段階の接合方法がふさわしいと思える。特に、チップがまず位置合わせされてフリップチップボンダーを用いてウェハに仮接合され、その後従来のボンダーにより実施される永久接合方法が続く。特に、チップがまず位置合わせされてフリップチップボンダーを用いてウェハに仮接合され、その後従来のボンダーにより実施される永久接合方法が続く。チップとウェハは接着剤又はサーモソニックボンディング(超音波接合)を用いて仮接合されうる。接着剤は永久接合後にチップとウェハの間に残ることがあり、また、永久接合中に蒸発することもある。仮接合方法は通常100℃以下で行われる。再度、チップ毎の接合時間がチップをウェハに対して押圧することのみ含んでいるので、それは永久接合に対して比較的に短い。必要な位置合わせの精度に応じて、仮接合のための必要な時間は変化する。例えば、目標の位置合わせ精度が3μm(3σ)である場合、全接合時間は3秒以内にすることができる。
ウェハ上のすべてのチップの仮接合処理の完了時点で、仮接合処理の製造物が従来のボンダーのボトムステージに配設される。次いで、トップステージが各チップに押圧をかけて、圧力を加える。そして、ボトムステージとトップステージは永久接合にとって適切な温度に加熱される。
上記の永久接合処理中にチップが位置ずれを起こしてしまう傾向があることが注意されるべきである。例えば、トップステージとその表面が、ウェハのそれとは異なる温度膨張係数(CTE)を有する材料、例えば、ステンレススチール製であることがある。トップステージとウェハの不均一な膨張が結果的に各チップに対して水平方向の力が加わることとなる。
更に、仮にウェハに接合された各チップが多少異なる厚みを有することがある。図1に示すように、トップステージ102が各チップ104に押圧をかけて、圧力をチップ104に加えると、おそらくより厚いチップが力を受けるが、一方、より薄いチップは十分な接合力を受けずに、結果的に不均一な接合力となり、いくつかのチップとウェハの間が不十分な接合となるでしょう。
図2に関連して、不均一な接合力と不十分な接合の問題を解決するために、可撓性の材料から作られたソフトプレート202が、一般的に、各チップ204とトップサイドステージ206の間に配設される。しかるがゆえに、異なる高さを有する各チップが、依然として、永久接合の間に十分な力を受けることがあるかもしれない。しかしながら、各チップの周囲のソフトプレートの撓みは、隣接するチップに対して水平方向の力の成分を生成し、チップがウェハに対し位置ずれとなることもある。
そのために、上記の問題のうちの少なくともいくつかを解決するために、若しくは、有用な代替を提供するために探し求める、チップをウェハに対し集積する方法を提供する必要性が存在する。
詳細な説明に関連して、チップをウェハに対し集積する方法が提供される。この方法は、少なくとも一つのチップをウェハ上に配置して集積化された製造物を形成する工程と、集積化された製造物上に膜を形成してその集積化された製造物を実質的に流体密封にする工程と、前記少なくとも一つのチップをウェハに永久的に接合する間前記膜に所定の陽圧を加える工程を含んでいる。この方法は、更に、前記少なくとも一つのチップをウェハに永久的に接合した後で、集積化された製造物から前記膜を取り除く工程を含んでいる。
更なる実施の形態に関連して、チップをウェハに対し集積する装置が提供される。この装置は、塗布モジュールと接合モジュールと洗浄モジュールを含んでいる。塗布モジュールは、集積化された製造物上に膜を形成するが、該集積化された製造物が少なくとも一つのチップをウェハ上に配置して、集積化された製造物を実質的に流体密封にするように形成される。接合モジュールは、少なくとも一つのチップをウェハに永久に接合する間前記膜に圧力を加える。そして、洗浄モジュールは、集積化された製造物から前記膜を取り除く。
本発明の実施の形態は、図面に関連して、例示のみによる以下の記載から所謂当業者によって良く理解され且つ容易に明らかである。
図1は、第1の先行技術に従い、トップステージがチップに対して押圧された時のチップオンウェハの断面図を示した略図を示す。
図2は、第2の先行技術に従い、トップステージがチップに対して押圧された時のチップオンウェハの断面図を示した略図を示す。
図3は、実施の形態の例に従ったチップをウェハに対し集積する方法を示したフローチャートを示す。
図4Aは、実施の形態に従い、図3の工程304から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図を示す。
図4Bは、実施の形態に従い、図3の工程306から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図を示す。
図4Cは、実施の形態に従い、図3の工程308から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図を示す。
図5は、少なくとも一つのチップとウェハを内部に有する図3の工程310で使用されるギャング接合システムの断面を示した略図を示す。
図6は、図3の工程310で使用される他のギャング接合システムの断面を示した略図を示す。
図7は、実施の形態の例に従ったチップをウェハに対し集積する装置を示した略図を示す。
図8は、少なくとも一つのチップとウェハを内部に有する図3の工程308,310、312で使用される接合システムの断面を示した略図を示す。
図9は、本実施の形態に従ったチップをウェハに対し集積する方法を示したフローチャートを示す。
発明の詳細な説明
図1は、第1の先行技術に従い、トップステージ102がチップ104に対して押圧された時のチップオンウェハ100の断面図を示した略図を示している。
図2は、第2の先行技術に従い、トップステージ206がチップ204に対して押圧された時のチップオンウェハの断面図を示した略図を示している。
図3は、実施の形態の例に従ったチップをウェハに対し集積する方法を示したフローチャートを示している。工程302において、ウェハと少なくとも一つのチップが準備される。工程304において、ウェハと少なくとも一つのチップが洗浄される。工程306において、その少なくとも一つのチップがウェハ上に配置され、その少なくとも一つのチップとウェハが集積化された製造物を形成する。工程308において、膜が集積化された製造物上に形成され、その集積化された製造物が流体密封となる。工程310において、膜に所定の陽圧をかけると共に、集積化された製造物の温度を調節することによって、永久接合が実施される。工程312において、その膜が集積化された製造物から取り除かれる。
図4Aは、実施の形態に従い、図3の工程304から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図を示している。図3に関連して上述されたように、工程302において、ウェハ402とチップ404、406、408として示された少なくとも一つのチップが準備される。ウェハ402とチップ404、406、408の準備は、まず、例えば、Cu配線である、金属配線410として略式に示されている複数の金属配線を半導体基板412上に形成することで実施される。金属配線410は、例えば、電気メッキ法により半導体基板412上に形成されてもよい。引き続き、アンダーフィル414が、半導体基板412の表面416上に、例えば、スピン塗布又は真空ラミネートにより、塗布される。次いで、アンダーフィル414がプリベークされて、アンダーフィル414が部分的に硬化される。プリベーク方法は、アンダーフィル内の気化する化学物質を除去してもよい。好適には、アンダーフィル414は、プリベーク処理中に完全に硬化されることはなく、アンダーフィル414はウェハ402をチップ404、406、408に仮接合するために必要なその接着特性を維持することができる。一般的に、プリベーク方法は、表面平坦化工程以前に実施される。ウェハ402は、化学機械研磨やドライ研磨やビットグラインディングを含む(但しそれに限定されることはない)適切な技術によって、表面416に隣接して平坦化される。結果として、アンダーフィル414は金属配線410と同一平面となり、平坦面418を形成してチップ404、406、408を受ける。
ウェハ402が平坦化された後で、ウェハ402がダイスされて個々のチップに404、406、408に切り分けられるように、チップ404、406、408が別のダイシング工程で準備される。
工程304において、ウェハ402とチップ404、406、408は、金属表面洗浄工程を受ける。適切な洗浄技術は、Hプラズマ洗浄やArプラズマ洗浄や湿式化学洗浄やガス化学洗浄を含むが、これらに限定されるものではない。一般的には、この洗浄工程は、Hプラズマ又はガス状の蟻酸を用いることにより実施される。洗浄工程中に、電極上の金属酸化物が取り除かれうる。
図4Bは、実施の形態に従い、図3の工程306から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図wp示している。ここで、図3に関連して記載されたように、チップ404、406、408は、ウェハ402上に配置されて、集積化された製造物420を形成する。好適な実施の形態においては、工程306は、フリップチップボンダーによって実施される。工程306は、最初にウェハ402上にチップ404、406、408を位置合わせすることによって実施されるようにしてもよい。そして、チップ404、406、408はウェハ402に対して仮接合され、集積化された製造物420を形成する。一般的に、この仮接合方法は、ウェハ402上のアンダーフィル414がアンダーフィル422、424、426として略式に示されたチップ404、406、408上のアンダーフィル層に仮接合された状態で、100℃以下の温度で実施される。結果として、ウェハ402の金属配線410が位置合わせされて、金属配線428として略式に示されたチップ404、406、408の対応する金属配線に物理的に接続される。所謂当業者によって理解されるように、チップ404、406、408をウェハ402に仮接合するために他の物質が使用されることもありうる。
図4Cは、実施の形態に従い、図3の工程308から得られた少なくとも一つのチップとウェハの断面を示した略図を示している。ここで、ダミー膜430形式で膜が集積化された製造物420上に形成され、集積化された製造物420が図3に関連して説明されたように実質的に流体密封となる。本発明の実施の形態において、ダミー膜430は、真空チャンバ内で集積化された製造物に皮膜され、それによって、集積化された製造物420を真空シール、すなわち、ダミー膜430と集積化された製造物420の間に空隙を設けないで実質的に流体密封にする。別の実施の形態においては、ダミー膜430がまず集積化された製造物に皮膜され、例えば、真空チャンバ内で閉じこめられたガスを取り除くことによって、ダミー膜430と集積化された製造物420の間で閉じこめられたガスを取り除く別の工程が続く。好適には、ダミー膜430は、集積化された製造物420にスプレイコートされる。次いで、ダミー膜430は、例えば、UV放射によって、硬化される。ダミー膜430は、できるだけ低い温度で熱的に硬化されるようにしてもよい。他の実施の形態において、当業者によって明らかなように、ダミー膜430が他の方法を用いて集積化された製造物420上に形成されることもある。例えば、ダミー膜430を集積化された製造物420上に堆積し、引き続き、ダミー膜430と集積化された製造物420の間に閉じこめられたガスを取り除く工程により、ダミー膜430が集積化された製造物420上に形成されるようにしてもよい。この実施の形態は、図7に関連して詳細に後述される。
ダミー膜430を集積化された製造物420上に皮膜するために他の技術も用いられ得ることも理解される。一般的に、ダミー膜430の厚みは10ミクロンから1mmの範囲である。ダミー膜430の特性は、50℃以下の温度で硬化可能であること、または、可能であれば、加熱されることなく硬化後にも多孔性ではないことやウェハ402とチップ404、406、408の接合温度よりも高温の作業温度であることを含むが、それに限定されるものではない。ダミー膜430の適切な材料は、ダウコーニング(Dow Corning)社製のX3−6211を含むが、それに限定されるものではない。当業者であれば理解されるように、ダミー膜430を形成するために他の材料も使用されうる。
図5は、少なくとも一つのチップとウェハを内部に有する図3の工程310で使用されるギャング接合システム500の断面を示した略図を示している。図5に図示された例において、表面上にダミー膜504を有する集積化された製造物502が、ウェハ510に対するチップ508として略式に表された、複数のチップの永久接合処理のためのギャング接合システム500の接合チャンバ506内に配置される。ギャング接合システム500は、トップステージ512と、ボトムステージ514とその表面上のOリング516と、ガス取り入れ口518と、真空システム520と、ピストン524を介してトップステージ512に接続された、トップステージ512を制御するための加力ユニット522からなる。永久接合処理中、トップステージ512が下降して力をボトムステージ514のOリング516に加えて、接合チャンバ506が実質的に流体密封になるようにする。その後、真空チャンバ520は、接合チャンバ506内に閉じこめられたガスを取り除くように作動してもよい。
次いで、ガス取り入れ口518を介して適切な圧力を有するガスを接合チャンバ506内に導入することで、所定の陽圧がダミー膜504に加えられる。ある実施の形態においては、永久接合処理中に、接合チャンバ506内のガス圧は、大気圧の10倍の高圧に加圧されうる。トップステージ512は、Oリング516に押圧するように構成されており、トップステージ512のOリング516への接合が接合チャンバ506からのガス漏れを防ぐか又は実質的に軽減する。好適には、接合システム500は、接合チャンバ506内部で蓄積された圧力に耐えることができる、例えば、ステンレススチールのような硬質材料製である。
同時に、集積化された製造物502の温度が接合温度に調節される。ある実施例において、集積化された製造物502の温度が、集積化された製造物502の周囲のガス温度を接合温度に昇温することで調節されることがある。例えば、集積化された製造物502の周囲のガス温度が、接合温度を有するガスを接合チャンバ506に導入してトップステージ512とボトムステージ514の温度を上昇するか、又は、接合チャンバ506内の(図示しない)ヒータを作動することで、上昇されるようにしてもよい。別の実施の形態において、トップステージ512とボトムステージ514の温度は、例えば、組み込まれた(図示しない)ヒータによって上昇するようにしてもよく、それによって、集積化された製造物502を接合温度に加熱する。集積化された製造物502の温度調節するための方法の異なる置換と組み合わせが可能であることは当業者によって理解されるが、上記の構成はいくつかの例示である。
接合チャンバ506の圧力と集積化された製造物502の温度は、永久接合処理が完了するまで、所定の時間維持される。一般的には、永久接合処理は30分程度かかる。その後、接合チャンバ506の圧力と集積化された製造物502の温度は低下される。
図6は、図3の工程310で使用される他のギャング接合システム600の断面を示した略図を示している。図6に示された例において、ギャング接合システム600は、ヒータ604を内蔵したチャンバ壁602と、ガス取り入れ口606と、ガス排出口608と、ドアロックを備えたドア610と、ステージ614として略式に示された複数のステージとからなる。
工程310において、少なくとも一つの集積化された製造物がステージ614上に配置され、ドア610に閉じられロックされて、流体密封の接合チャンバ616が構成される。そして、接合チャンバ616の圧力が、ガス取り入れ口606を介して適切な圧力を有するガスを導入することによって、所定の陽圧に昇圧される。同時に、接合チャンバ616の温度もヒータ604を用いて接合温度に昇温される。工程310においては、接合システム600と集積化された製造物の条件は、永久接合処理が完了するまで、図5に関連して記載されたのと同じ条件となる。同様に、接合システム600の構成部材は、接合チャンバ616内部で蓄積された圧力に耐えることができる、例えば、ステンレススチールのような硬質材料製である。なお、図5に図示された接合システム500と対照的に、図6に図示された接合システム600は、加力ユニットとピストンを有せず、それにより、比較的に単純な構成を有する。また、複数のステージ614を有する接合システム600は、複数のウェハ処理を容易にする。
図5と6に関連した上記の永久接合処理の後で、ダミー膜504が集積化された製造物502から取り除かれる。一般的に、ダミー膜504を集積化された製造物502から取り除く方法は、まず、ダミー膜504を有する集積化された製造物502をスピニング部材に配置する工程と、引き続いての膜に化学溶剤を加える工程とからなる。ダミー膜504を取り除いた後で、集積化された製造物502は、乾燥されて、カセット内に置かれる。
図7は、実施の形態の例に従ったチップをウェハに対し集積する装置700を示した略図を示している。この装置700は、少なくとも一つのチップをウェハ上に配置することによって形成される集積化された製造物であって、実質的に流体密封である集積化された製造物に膜を形成するための塗布モジュール702を有する。この装置700は、更に、膜を硬化するための膜ベーキングモジュール704を有する。この装置700は、また、少なくとも一つのチップをウェハに永久接合する間膜に圧力を加えるための接合モジュール706を有する。この装置700は、更に、集積化された製造物から膜を取り除くための洗浄モジュール708を有する。また、図7に示された例の装置700は、集積化された製造物を移動するための転送モジュール710も有する。この装置700は、更に、集積化された製造物の配置のためのウェハカセット712を有する。
図8は、少なくとも一つのチップとウェハを内部に有する図3の工程308,310、312で使用される接合システム800の断面を示した略図を示している。図8に示す例において、集積化された製造物802が接合システム800のボトムステージ804に配置される。接合システム800は、トップステージ806と、ボトムステージの突出面810上のOリング808と、ガス取り入れ口812と、真空システム814と、トップステージ806に取り付けられ、それによってトップステージ806と膜816の間に流体密封空隙818を形成する膜816とからなる。空隙818の高さは、一般的に、0.5mmから10mmの範囲である。膜816は、通常は200度を超える、永久接合処理が実行されるときの接合温度に耐えることが可能な材料でできている。適切な材料は、熱可塑性プラスティックKaptonとシリコンゴムを含むが、これらに限定されるものではない。薄膜の厚みは、10ミクロンから2mmの範囲でありうる。
工程308において、トップステージ806が下降して圧力をOリング808に加えて、実質的に流体密封である接合チャンバを形成する。その時点で、幕816が集積化された製造物802の上におろされる。その後、真空チャンバ814が作動されて、幕816と集積化された製造物802の間に閉じ込められたガスを取り除き、集積化された製造物が実質的に流体密封となる。
工程310において、ガス取り入れ口812を介して空隙818に適切な陽圧を有するガスを導入することによって、膜816に所定の陽圧がかけられる。更に、トップステージ806と(図示しない)埋め込まれたヒータを有するボトムステージ804は、接合温度に加熱される。接合システム800と集積化された製造物802の条件は、永久接合処理が完了するまで、図5に関連して記載されたのと同じ条件となる。
図9は、更なる実施の形態に従ったチップをウェハに対し集積する方法を示したフローチャート900を示している。工程902において、少なくとも一つのチップがウェハ上に配置され、集積化された製造物を形成する。工程904において、膜が集積化された製造物上に形成され、その集積化された製造物が流体密封になる。工程906において、膜に所定の陽圧をかけると共に、集積化された製造物の温度を調節することによって、永久接合が実施される。工程908において、少なくとも一つのチップのウェハへの永久接合後に、膜が集積化された製造物から取り除かれる。
本発明の各実施の形態は、媒体としてガスを用いてチップのウェハへの永久接合中に膜に圧力をかける、チップをウェハに対し集積する方法を提供する。結果として、各チップのそれぞれの高さにかかわらず、各チップが十分な接合圧力を受けることができる。更に、各チップはその表面上に均一な圧力を受けることも可能である。結果として、永久接合中にチップのウェハについての位置ずれを避けることができる。
広範に記載された発明の精神又は範囲から逸脱することがない限り、特定の実施の形態において示された本発明に対して数多くの変形や変更がなしうることは当業者によって明らかである、したがって、それぞれの本実施の形態は、すべて例示されたものと考えられるべきであり、制限的に解されるべきではない。
従来、チップオンウェハ接合は、はんだ補助接合を含んでいる。はんだ補助接合は、比較的短時間、例えば、約20秒で実行される。はんだがまず位置合わせされて、その溶融温度に加熱され、その後接合処理に続く。フリップチップボンダー単独での金属対金属接合は、金属対金属接合が拡散優位の接合処理であり、比較的に長い時間、通常は30分以上かかるので、現実的ではない。ここで、2段階の接合方法がふさわしいと思える。特に、チップがまず位置合わせされてフリップチップボンダーを用いてウェハに仮接合され、その後従来のボンダーにより実施される永久接合方法が続く。チップとウェハは接着剤又はサーモソニックボンディング(超音波接合)を用いて仮接合されうる。接着剤は永久接合後にチップとウェハの間に残ることがあり、また、永久接合中に蒸発することもある。仮接合方法は通常100℃以下で行われる。再度、チップ毎の接合時間がチップをウェハに対して押圧することのみ含んでいるので、それは永久接合に対して比較的に短い。必要な位置合わせの精度に応じて、仮接合のための必要な時間は変化する。例えば、目標の位置合わせ精度が3μm(3σ)である場合、全接合時間は3秒以内にすることができる。
チップ404、406、408がウェハ上に形成される。そのウェハが平坦化された後で、ウェハがダイスされて個々のチップに404、406、408に切り分けられるように、チップ404、406、408が別のダイシング工程で準備される。
図6は、図3の工程310で使用される他のギャング接合システム600の断面を示した略図を示している。図6に示された例において、ギャング接合システム600は、ヒータ604を内蔵したチャンバ壁602と、ガス取り入れ口606と、ガス排出口608と、ドアロック612を備えたドア610と、ステージ614として略式に示された複数のステージとからなる。

Claims (11)

  1. 少なくとも一つのチップをウェハ上に配置して集積化された製造物を形成する工程と、
    該集積化された製造物上に膜を形成して該集積化された製造物を実質的に流体密封にする工程と、
    前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに永久的に接合する間前記膜に所定の陽圧を加える工程と、
    前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに永久的に接合した後で、前記集積化された製造物から前記膜を取り除く工程と
    を含むチップをウェハに対し集積する方法。
  2. 更に、前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに永久的に接合する間前記集積化された製造物の温度を調節する工程を含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  3. 前記少なくとも一つのチップを前記ウェハ上に配置する工程が、
    前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに対して位置合わせすることと、
    前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに仮接合して、前記集積化された製造物を形成することを含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  4. 前記集積化された製造物上に膜を形成する工程が、
    真空チャンバ内で前記集積化された製造物上に膜を皮膜することを含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  5. 前記集積化された製造物上に膜を形成する工程が、
    前記集積化された製造物上に前記膜を皮膜することと、
    該膜と集積化された製造物の間に閉じこめられたガスを取り除くことを含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  6. 前記集積化された製造物上に膜を形成する工程が、
    前記集積化された製造物上に前記膜を堆積することと、
    該膜と集積化された製造物の間に閉じこめられたガスを取り除くことを含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  7. 前記膜に所定の圧力を加える工程が、
    膜上のガス圧を所定の陽圧に昇圧することを含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  8. 前記集積化された製造物から前記膜を取り除く工程が、
    前記膜を有する集積化された製造物をスピニング部材に配置することと、
    該膜上に化学溶剤を加えること
    を含む前記請求項1に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  9. 前記集積化された製造物の温度を調節する工程が、
    前記集積化された製造物の周囲のガス温度を接合温度に昇温することを含む前記請求項2に記載されたチップをウェハに対し集積する方法。
  10. 集積化された製造物上に膜を形成する塗布モジュールであって、該集積化された製造物が、少なくとも一つのチップをウェハ上に配置して、前記集積化された製造物を実質的に流体密封にするように、形成される塗布モジュールと、
    前記少なくとも一つのチップを前記ウェハに永久接合する間前記膜に圧力を加える接合モジュールと、
    前記集積化された製造物から前記膜を取り除く洗浄モジュールを含むチップをウェハに対し集積する装置。
  11. 更に、前記膜を硬化する膜ベーキングモジュールと、
    前記集積化された製造物を移動する転送モジュールを含む、前記請求項10に記載のチップをウェハに対し集積する装置。
JP2016527976A 2013-07-16 2014-07-16 チップをウェハに対し集積する方法及びその装置 Active JP6446450B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG201305439-0 2013-07-16
SG2013054390 2013-07-16
PCT/SG2014/000335 WO2015009238A1 (en) 2013-07-16 2014-07-16 Method and apparatus for chip-to-wafer integration

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016527718A true JP2016527718A (ja) 2016-09-08
JP2016527718A5 JP2016527718A5 (ja) 2017-08-24
JP6446450B2 JP6446450B2 (ja) 2018-12-26

Family

ID=52346559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016527976A Active JP6446450B2 (ja) 2013-07-16 2014-07-16 チップをウェハに対し集積する方法及びその装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9613928B2 (ja)
JP (1) JP6446450B2 (ja)
SG (1) SG11201600268YA (ja)
WO (1) WO2015009238A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190116198A (ko) * 2019-09-24 2019-10-14 엘지전자 주식회사 마이크로 led를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법
WO2021188042A1 (en) * 2020-03-18 2021-09-23 Airise Pte. Ltd. Bonding apparatus, system, and method of bonding

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01501032A (ja) * 1986-09-26 1989-04-06 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 少なくとも1つの半導体チップ装置の表面に重合体フィルムを結合する方法
US5352629A (en) * 1993-01-19 1994-10-04 General Electric Company Process for self-alignment and planarization of semiconductor chips attached by solder die adhesive to multi-chip modules
JP2010153670A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Panasonic Corp フリップチップ実装方法と半導体装置
JP2011124413A (ja) * 2009-12-11 2011-06-23 Murata Mfg Co Ltd 電子部品モジュールの製造方法及び電子部品モジュール

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4933042A (en) * 1986-09-26 1990-06-12 General Electric Company Method for packaging integrated circuit chips employing a polymer film overlay layer
US5605547A (en) * 1995-03-27 1997-02-25 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for mounting a component to a substrate using an anisotropic adhesive, a compressive cover film, and a conveyor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01501032A (ja) * 1986-09-26 1989-04-06 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 少なくとも1つの半導体チップ装置の表面に重合体フィルムを結合する方法
US5352629A (en) * 1993-01-19 1994-10-04 General Electric Company Process for self-alignment and planarization of semiconductor chips attached by solder die adhesive to multi-chip modules
JP2010153670A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Panasonic Corp フリップチップ実装方法と半導体装置
JP2011124413A (ja) * 2009-12-11 2011-06-23 Murata Mfg Co Ltd 電子部品モジュールの製造方法及び電子部品モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015009238A1 (en) 2015-01-22
SG11201600268YA (en) 2016-02-26
US20160155720A1 (en) 2016-06-02
US9613928B2 (en) 2017-04-04
JP6446450B2 (ja) 2018-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10446456B2 (en) Integrated circuits protected by substrates with cavities, and methods of manufacture
US10049901B2 (en) Apparatus and method for wafer level bonding
US9679867B2 (en) Semiconductor device having a low-adhesive bond substrate pair
US8017439B2 (en) Dual carrier for joining IC die or wafers to TSV wafers
JP6360123B2 (ja) ワークピースの加工手順およびシステム
US20080182363A1 (en) Method for forming a microelectronic assembly including encapsulating a die using a sacrificial layer
US20100159643A1 (en) Bonding ic die to tsv wafers
US20150097022A1 (en) Process for direct bonding of two elements comprising metallic portions and dielectric materials
US8518741B1 (en) Wafer-to-wafer process for manufacturing a stacked structure
KR20140001210A (ko) 인터포저, 전자 모듈 및 그의 제조 방법
JP6446450B2 (ja) チップをウェハに対し集積する方法及びその装置
KR101503325B1 (ko) 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치
US10607963B2 (en) Chip package for two-phase cooling and assembly process thereof
US8609462B2 (en) Methods for forming 3DIC package
JP5299837B2 (ja) 支持装置、加熱加圧装置及び加熱加圧方法
JP5255245B2 (ja) サポートプレートの貼合方法
CN107993937B (zh) 一种临时键合工艺的辅助结构及利用该结构的晶圆加工方法
JP2012028750A (ja) 少なくとも2つの基板同士を、厚さを較正して結合するための方法
JP2010040662A (ja) 半導体装置の製造方法
TWI425580B (zh) 製造半導體晶片封裝模組之方法
JP2007242805A (ja) 真空接合装置
US11664228B2 (en) Vacuumizing device and vacuumizing method for bonding substrate
US20140042586A1 (en) Silicon substrate and method of fabricating the same
RU2808605C1 (ru) Способ временного бондинга для формирования тонких пластин
Long et al. A Study to Reduce Molding Film Defects During Vacuum Lamination Process

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160526

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170712

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180814

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6446450

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250