JP2021040012A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method for semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021040012A JP2021040012A JP2019159839A JP2019159839A JP2021040012A JP 2021040012 A JP2021040012 A JP 2021040012A JP 2019159839 A JP2019159839 A JP 2019159839A JP 2019159839 A JP2019159839 A JP 2019159839A JP 2021040012 A JP2021040012 A JP 2021040012A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bump electrode
- semiconductor
- oxide film
- temperature
- semiconductor chips
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/81—Methods 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/81053—Bonding environment
- H01L2224/81054—Composition of the atmosphere
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/81053—Bonding environment
- H01L2224/81095—Temperature settings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/81801—Soldering or alloying
- H01L2224/81815—Reflow soldering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/81909—Post-treatment of the bump connector or bonding area
- H01L2224/8192—Applying permanent coating, e.g. protective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/81909—Post-treatment of the bump connector or bonding area
- H01L2224/8193—Reshaping
- H01L2224/81935—Reshaping by heating means, e.g. reflowing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods 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
- H01L2224/81909—Post-treatment of the bump connector or bonding area
- H01L2224/81948—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
Description
本実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 The present embodiment relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置において、小型化や高機能化のために、1パッケージ内に複数の半導体チップを積層するSiP (System in Package) 構造が開発されている。SiP構造において、複数の半導体チップを積層してフリップチップ接続する場合、ギ酸リフロー方式を用いて、上下に隣接する複数の半導体チップのはんだバンプ同士を互いに溶融して接続する場合がある。ギ酸リフロー方式では、はんだバンプの表面に形成された酸化膜をギ酸ガスで還元除去しつつ、はんだバンプを溶融して接続する。 In semiconductor devices, a SiP (System in Package) structure has been developed in which a plurality of semiconductor chips are laminated in one package in order to reduce the size and enhance the functionality. In the SiP structure, when a plurality of semiconductor chips are laminated and flip-chip connected, the solder bumps of a plurality of semiconductor chips adjacent to each other may be melted and connected to each other by using the formic acid reflow method. In the formic acid reflow method, the oxide film formed on the surface of the solder bumps is reduced and removed with formic acid gas, and the solder bumps are melted and connected.
しかし、ギ酸ガスが一部の酸化膜のみを還元除去すると、はんだバンプは、酸化膜の無い部分から溶融し始め、特定の方向に流出する。はんだバンプが特定の方向に流出すると、その方向に隣接する他のはんだバンプと接触し、ショート不良を引き起こすおそれがある。 However, when the formic acid gas reduces and removes only a part of the oxide film, the solder bumps start to melt from the portion without the oxide film and flow out in a specific direction. If the solder bumps flow out in a specific direction, they may come into contact with other solder bumps adjacent in that direction, causing a short circuit defect.
積層された複数の半導体チップ間において隣接する金属バンプ同士のショート不良を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。 Provided is a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing short-circuit defects between adjacent metal bumps between a plurality of stacked semiconductor chips.
本実施形態による半導体装置の製造方法では、第1半導体チップに設けられた複数の第1金属端子と第2半導体チップに設けられ酸化膜で被覆された複数の第2金属端子とを互いに接触させるように第1および第2半導体チップを積層する。酸化膜を還元する還元ガスを導入することなく、第2金属端子の融点以上の第1温度で第1および第2半導体チップを熱処理する第1工程を実行する。還元ガスを導入して、該還元ガスを活性化させる温度以上かつ第2金属端子の融点以下の第2温度で第1および第2半導体チップを熱処理する第2工程を実行する。第2金属端子の融点以上の第3温度で第1および第2半導体チップを熱処理する第3工程を実行する。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of first metal terminals provided on the first semiconductor chip and a plurality of second metal terminals provided on the second semiconductor chip and coated with an oxide film are brought into contact with each other. The first and second semiconductor chips are laminated as described above. The first step of heat-treating the first and second semiconductor chips at a first temperature equal to or higher than the melting point of the second metal terminal is executed without introducing a reducing gas that reduces the oxide film. The second step of introducing the reducing gas and heat-treating the first and second semiconductor chips at a second temperature equal to or higher than the temperature at which the reducing gas is activated and lower than the melting point of the second metal terminal is executed. The third step of heat-treating the first and second semiconductor chips at a third temperature equal to or higher than the melting point of the second metal terminal is executed.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is not limited to the present invention. The drawings are schematic or conceptual, and the ratio of each part is not always the same as the actual one. In the specification and the drawings, the same elements as those described above with respect to the existing drawings are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
(第1実施形態)
図1〜図3は、第1実施形態による半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。まず、半導体基板10の第1面F1上に半導体素子20を形成する。半導体基板10は、例えば、シリコン基板等でよい。半導体素子20は、例えば、複数のメモリセルを三次元配置した立体型メモリセルアレイと、メモリセルアレイを制御するCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)回路とでよい。即ち、半導体装置は、NAND型フラッシュメモリの半導体チップであってもよい。尚、半導体素子20は、他のLSI(Large-Scale Integration)であってもよい。また、半導体素子20は、第2面F2に形成されてもよい。
(First Embodiment)
1 to 3 are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. First, the
次に、半導体基板10に、TSV(Through-Silicon Via)等の貫通電極30が形成される。貫通電極30は、第1面F1とその反対側にある第2面F2との間に設けられ、半導体基板10を貫通する貫通孔40に金属材料を埋め込むことによって形成される。貫通電極30には、例えば、銅、ニッケル、タングステン等の低抵抗金属が用いられる。
Next, a
第1面F1上には、貫通電極30に接続する第1電極端子としてのバンプ電極50が形成される。バンプ電極50には、例えば、銅、ニッケル、タングステン等の低抵抗金属が用いられる。
A
第2面F2上には、貫通電極30に接続する第2電極端子としてのバンプ電極60が形成される。バンプ電極60には、例えば、はんだ(スズ)等の低抵抗金属が用いられる。バンプ電極60の幅は、5μm〜50μmである。隣接するバンプ電極60間の距離は、10μm〜100μmである。
A
また、半導体基板10の第2面F2上には、接着剤70が形成されている。接着剤70には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド等の樹脂または、これらの混合樹脂が用いられる。
Further, an adhesive 70 is formed on the second surface F2 of the
以上の半導体ウェハまたは半導体チップはフリップチップ接続される。尚、複数の半導体ウェハは、ウェハ状態のまま積層され、その後、ダイシングされてもよい。代替的に、半導体ウェハは、それぞれチップ状態にダイシングで個片化されてから積層されてもよい。以下、半導体ウェハは、半導体チップにダイシングされ、積層されるものとして説明する。 The above semiconductor wafers or semiconductor chips are flip-chip connected. The plurality of semiconductor wafers may be laminated in the wafer state and then diced. Alternatively, the semiconductor wafers may be individually diced into chips and then laminated. Hereinafter, the semiconductor wafer will be described as being diced and laminated on the semiconductor chip.
次に、図2に示すように、配線基板120上に複数の半導体チップを積層する。半導体ウェハは、ダイシングによって半導体チップに個片化されている。リードフレーム100上に接着剤110で配線基板120を接着する。その後、複数の半導体チップを配線基板120上に積層する。即ち、複数の半導体チップは、フリップチップ接続される。
Next, as shown in FIG. 2, a plurality of semiconductor chips are laminated on the
配線基板120の代わりに、貫通電極30が形成されていない半導体チップの上に複数の半導体チップを積層してもよい。この場合、配線基板120の代わりの半導体チップは、その上に積層される半導体チップと略同等の回路構成を有するが、貫通電極30が形成されていないことが他の半導体チップと異なる。
Instead of the
図3は、複数の半導体チップC1〜C4を配線基板120上に積層したときの構成を示す断面図である。半導体チップC1〜C3は、例えば、NANDメモリチップであり、半導体チップC4は、例えば、コントローラチップである。積層方向(D1方向)に隣接する複数の半導体チップC1〜C4は、接着剤70で互いに接着されており積層体STを構成し、バンプ電極60および貫通電極30によって電気的に接続されている。尚、本実施形態では、半導体チップC1〜C4のみ示しているが、半導体チップの数は、3以下であっても、5以上であってもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration when a plurality of semiconductor chips C1 to C4 are laminated on the
ここで、図2から図3へ半導体チップC1〜C4を積層する際のリフロー工程をより詳細に説明する。 Here, the reflow process when laminating the semiconductor chips C1 to C4 from FIGS. 2 to 3 will be described in more detail.
図4は、リフロー工程に用いられる熱処理装置200の構成例を示すブロック図である。熱処理装置200は、チャンバ201と、ヒータ202と、ステージ203と、薬液タンク204と、不活性ガス供給部205と、配管206、207と、マスフローコントローラMFCと、真空ポンプ208と、除害装置209とを備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the
チャンバ201は、ヒータ202およびステージ203を収容する。ステージ203は、チャンバ201内に搬入された複数の積層体STを載置することができる。ヒータ202は、複数の積層体STを加熱することができる。これにより、チャンバ201内部で半導体チップ間のバンプ電極60をリフローすることができる。
薬液タンク204は、薬液Cを収容可能であり、配管206を介してチャンバ201および不活性ガス供給部205に接続されている。薬液Cは、還元剤として、例えば、ギ酸(HCOOH)を含む。ギ酸は、例えば、酸化されたはんだ(酸化スズ(SnO、SnO2))を還元する還元剤として用いられる。薬液Cは、薬液タンク204内で気化され、酸化スズ(SnO、SnO2)を還元する還元ガスとして配管206を介してチャンバ201内に導入される。
The
不活性ガス供給部205は、配管206を介して薬液タンク204またはチャンバ201内に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えば、窒素、希ガス等でよい。薬液タンク204において、不活性ガスは、薬液Cの気化に用いられる。また、不活性ガスは、還元ガスの濃度を調整するために用いられたり、チャンバ201内部のクリーニングのために用いられる。以下、薬液Cは、ギ酸溶液であり、還元ガスは、ギ酸ガスを主成分として含むものとして説明を進める。
The inert
真空ポンプ208は、配管207を介してチャンバ201に接続されており、チャンバ201内部を減圧したり、チャンバ201内部の気圧を制御することができる。除害装置209は、真空ポンプ208によって排気されたガスを無害化する。
The
このような構成を有する熱処理装置200によって、積層体STは熱処理される。
The laminated body ST is heat-treated by the
図5(A)〜図7は、バンプ電極60のリフロー工程の一例を示す断面図である。
図5(A)〜図7では、第1半導体チップとしての半導体チップC1の第1面F1上に第2半導体チップとしての半導体チップC2が積層される様子を示している。
5 (A) to 7 are cross-sectional views showing an example of a reflow process of the
5A to 7 show a state in which the semiconductor chip C2 as the second semiconductor chip is laminated on the first surface F1 of the semiconductor chip C1 as the first semiconductor chip.
まず、図5(A)に示すように、第1半導体チップとしての半導体チップC1の第1面F1と第2半導体チップとしての半導体チップC2の第2面F2とを対向させて、半導体チップC1側のバンプ電極(第1バンプ電極)50と半導体チップC2側のバンプ電極(第2バンプ電極)60とを互いに接触可能なように位置合わせをする。 First, as shown in FIG. 5A, the first surface F1 of the semiconductor chip C1 as the first semiconductor chip and the second surface F2 of the semiconductor chip C2 as the second semiconductor chip are opposed to each other, and the semiconductor chip C1 The bump electrode (first bump electrode) 50 on the side and the bump electrode (second bump electrode) 60 on the semiconductor chip C2 side are aligned so as to be in contact with each other.
半導体チップC1において、バンプ電極50の側面には、酸化膜51が形成されている。バンプ電極50には、例えば、ニッケルが用いられている。酸化膜51は、バンプ電極50の自然酸化膜であり、例えば、ニッケル酸化膜である。バンプ電極50の表面には、金メッキ80が形成されている。バンプ電極50の周辺の第1面F1上には、ポリイミド膜90が設けられており、隣接するバンプ電極50間を電気的に絶縁している。貫通電極30には、例えば、ニッケルが用いられている。貫通電極30は、導電体52を介してバンプ電極50に電気的に接続されている。
In the semiconductor chip C1, an
一方、半導体チップC2において、バンプ電極60の周囲には、酸化膜61が形成されている。酸化膜61は、バンプ電極60の自然酸化膜であり、例えば、酸化スズ(SnO、SnO2)膜で構成されている。貫通電極30の側面には、例えば、ニッケル酸化膜が形成されている。貫通電極30とバンプ電極60との間には、銅膜31が設けられており、貫通電極30とバンプ電極60とを良好に接続している。
On the other hand, in the semiconductor chip C2, an
このような半導体チップC1、C2を加熱しつつ、D1方向に接近させ圧接する。このとき、半導体チップC1、C2の温度は、バンプ電極60の融点未満である。例えば、バンプ電極60がはんだバンプである場合、約150℃前後でよい。これにより、バンプ電極50とバンプ電極60とが仮固定される。仮固定は、リフロー工程のときに熱処理装置200に半導体チップC1、C2を搬入する際に、半導体チップC1,C2が外れない程度に接続することを言う。従って、仮固定は、リフロー工程後の半導体チップC1,C2の接続よりも弱い接続である。また、仮固定は、バンプ電極50とバンプ電極60とを物理的に接続すればよく、この段階では電気的に接続していなくてもよい。バンプ電極50とバンプ電極60との仮固定は、例えば、パルスヒータ加熱型ボンダを用いて、バンプ電極60(例えば、はんだ)をその融点未満に加熱しつつ、半導体チップC1、C2を互いに押し付けてバンプ電極50とバンプ電極60とを圧接することで実現される。また、仮固定は、図示しない感光性接着剤または非導電性接着剤で半導体チップC1と半導体チップC2とを接着することで実現してもよい。
While heating such semiconductor chips C1 and C2, they are brought close to each other in the D1 direction and pressure-welded. At this time, the temperatures of the semiconductor chips C1 and C2 are lower than the melting point of the
仮固定において、図5(B)に示すように、バンプ電極60は、半導体チップC1と半導体チップC2との間で或る程度潰れて変形し、略楕円形状となる。従って、隣接するバンプ電極60間の距離(間隙)DSTが狭くなる。
In the temporary fixing, as shown in FIG. 5B, the
このとき、酸化膜61は、バンプ電極60を被覆したままバンプ電極60に追従して変形する。従って、バンプ電極50とバンプ電極60とは、酸化膜61を介して接続されており、まだ電気的には接続されていない。このように、バンプ電極50とバンプ電極60とを互いに接触させて仮固定するように半導体チップC1と半導体チップC2とを積層する。同様に、半導体チップC1は、配線基板120上に仮固定され、他の半導体チップC3、C4も、半導体チップC1、C2の上に仮固定される。積層された配線基板120および半導体チップC1〜C4を以下積層体STともいう。
At this time, the
次に、仮固定された積層体STを、図4に示す熱処理装置200のチャンバ201内へ搬入する。積層体STは、ステージ203上に載置される。リフロー工程は、図8に示す条件で実行される。
Next, the temporarily fixed laminated body ST is carried into the
図8は、リフロー工程におけるチャンバ201内の温度および気圧を示すグラフである。横軸はリフロー工程の時間を示す。左縦軸はステージ203またはバンプ電極60の温度を示し、右縦軸はチャンバ201内の気圧を示す。Th1は、還元ガスとしてのギ酸ガスが還元性を発揮する(活性化される)閾値温度である。Th1未満の場合、ギ酸ガスは不活性状態であり、還元性をあまり発揮し得ない。Th1以上の場合、ギ酸ガスは活性状態となり、還元性を発揮することができる。Th1は、例えば、150℃〜180℃である。Th2は、バンプ電極60の材料としてのはんだの融点であり、例えば、約232℃である。さらに、Th3は、酸化膜61の材料としての酸化スズ(SnO、SnO2)の融点であり、例えば、約840℃である。ラインLtは、ステージ203の温度またはバンプ電極60に実際にかかる温度を示し、ラインLpは、チャンバ201内の気圧を示す。ここで、ステージ203の温度と、積層体STの最上段(ステージ203からもっとも遠い)の温度とは例えば10℃程度異なることもある。そのため、例えば、積層体STの最上段の半導体チップのバンプ電極60の温度をギ酸ガスの還元性を発揮させたい閾値温度Th1にしたい場合、ステージ203の温度は閾値温度Th1よりも少し上昇させる場合がある。従って、ステージ203の温度は、ステージ203の温度とバンプ電極60の実際の温度とに差がある場合、バンプ電極60の実際の温度を考慮して設定されるものとする。このように、バンプ電極60の実際の温度を考慮して設定されたステージ203の温度を、ここでは、“バンプ電極60の温度”と呼ぶ。
FIG. 8 is a graph showing the temperature and air pressure in the
積層体STがチャンバ201内に搬入された後、t0〜t1において、チャンバ201内が減圧される。チャンバ201内が充分に減圧されると、t1〜t2において、ヒータ202がステージ203の温度またはバンプ電極60の温度をTh2以上かつTh3未満の第1温度T1へ上昇させる。
After the laminated body ST is carried into the
t2〜t3において、ギ酸ガスを導入することなく、第1温度T1にて積層体STを熱処理する(第1工程)。このとき、熱処理装置200は、ギ酸ガスをチャンバ201へ導入せず、不活性ガス供給部205から不活性ガス(例えば、窒素)をチャンバ201へ導入する。これにより、酸化膜(酸化スズ)61は還元されず、バンプ電極60の周囲を被覆したまま残る。
At t2 to t3, the laminate ST is heat-treated at the first temperature T1 without introducing formic acid gas (first step). At this time, the
一方、酸化膜61の内部のバンプ電極(はんだ)60は、図6(A)に示すように、溶融し界面張力により球形に近付き丸くなる。このとき、バンプ電極60は、溶融するものの、酸化膜61によって被覆されているため、酸化膜61から流出しない。また、酸化膜61は、充分に薄く、バンプ電極60の変形に従って同様に変形する。従って、酸化膜61は、バンプ電極60の流出を抑制しつつ、バンプ電極60の変形に追従する。このように、バンプ電極60は、酸化膜61から流出することなく潰れた楕円形から球形に近付くように変形することによって、図5(B)および図6(A)に示すように、隣接するバンプ電極60間の距離DSTが広がる。
On the other hand, as shown in FIG. 6A, the bump electrode (solder) 60 inside the
次に、図8のt3の前後において、ヒータ202がステージ203の温度またはバンプ電極60の温度をTh1以上かつTh2未満の第2温度T2へ低下させる。t3〜t4において、ギ酸ガスを導入しつつ、第2温度T2にて積層体STを熱処理する(第2工程)。このとき、熱処理装置200は、ギ酸ガスをチャンバ201へ導入するので、図6(B)に示すように、酸化膜(酸化スズ)61が還元されて除去される。しかし、第2温度T2はバンプ電極60の融点未満であるので、酸化膜61内のバンプ電極60は凝固しており、流出しない。即ち、隣接するバンプ電極60間の距離DSTは、図6(A)のそれと同じか、酸化膜61の分だけ拡げつつ、酸化膜61を除去することができる。
Next, before and after t3 in FIG. 8, the
次に、図8のt4の前後において、ヒータ202がステージ203の温度またはバンプ電極60の温度をTh2以上かつTh3未満の第3温度T3へ上昇させる。第3温度T3は、第1温度T1と同一温度でもよいし、あるいは、異なる温度でもよい。t4〜t5において、ギ酸ガスを導入しつつ、第3温度T3にて積層体STを熱処理する(第3工程)。このとき、バンプ電極60は溶融するものの、図6(B)および図7に示すように、酸化膜61はすでに除去されているので、バンプ電極60の一部が特定の方向へ流出することは抑制される。また、酸化膜61は除去されているので、バンプ電極60は、溶融して界面張力によりさらに球形に近付き、かつ、半導体チップC1のバンプ電極50に電気的に接続される。尚、第3工程において、チャンバ201にギ酸ガスを導入することによって、バンプ電極60の表面に酸化膜が形成されることを抑制している。
Next, before and after t4 in FIG. 8, the
次に、図8に示すように、t5以降、ヒータ202がステージ203の温度またはバンプ電極60の温度をTh1以下へ低下させ、積層体STをチャンバ201から取り出せる温度(例えば、50℃)にする。同時に、ギ酸ガスの供給を停止し、チャンバ201内を減圧する。チャンバ201内を充分に減圧した後、不活性ガスをチャンバ201へ供給し、チャンバ201内の気圧を大気圧へ近づける。
Next, as shown in FIG. 8, after t5, the
その後、積層体STはチャンバ201から搬出され、半導体パッケージとして組み立てられる。例えば、図9は、半導体パッケージの一例を示す断面図である。実装基板300上に、積層体STを熱硬化性樹脂330で接着し、積層体STと実装基板との間をワイヤーボンディング(図示せず)やバンプ電極340等で接続する。その後、実装基板上の積層体STを樹脂310で封止し、実装基板の底面に外部接続端子320を形成する。これにより、半導体パッケージ(SiP)が完成する。尚、図9では、積層体STに含まれる半導体チップCn(nは整数)は、図3に示す積層体STよりも多い。また、積層体STは、半導体チップCnを実装基板300に向けて実装されている。積層体STの最上層の配線基板120は貫通電極30の形成されていない半導体チップでもよい。
After that, the laminated body ST is carried out from the
このように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、複数の半導体チップC1〜C4を積層して仮固定した後、リフロー工程において、まず、ギ酸ガスを導入することなく、バンプ電極60の融点以上の第1温度T1で積層体STを熱処理する(第1工程)。このような第1工程を追加することによって、酸化膜61を除去する第2工程前に、バンプ電極60の形状を界面張力により球形に近づけることができ、隣接するバンプ電極60間の距離DSTを拡げることができる。これにより、隣接するバンプ電極60間の意図しない短絡不良を抑制することができる。
As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, after a plurality of semiconductor chips C1 to C4 are laminated and temporarily fixed, in the reflow step, first, the melting point of the
例えば、図5(B)に示すように複数の半導体チップを仮固定した後、ギ酸ガスをチャンバ201へ導入しつつ、同時にTh2以上の温度で熱処理した場合、バンプ電極60は、酸化膜61が除去された部分から溶融して流出する。つまり、酸化膜61はバンプ電極60の周囲全体から一度に同時に除去されるわけではなく、徐々に膜厚が薄くなっていき、バンプ電極60の周囲の一部から除去される。従って、溶融したバンプ電極60は、酸化膜61が最初に除去された特定の方向に流出し易い。このとき、もし、バンプ電極60が隣接する他のバンプ電極の方向へ流出した場合、バンプ電極60は、隣接する他のバンプ電極と短絡するおそれがある。さらに、複数の半導体チップが仮固定されている場合、図5(B)に示すように、隣接するバンプ電極60間の距離DSTは、非常に短くなっている。従って、バンプ電極60が隣接する他のバンプ電極の方向へ流出した場合、バンプ電極60は、隣接する他のバンプ電極と短絡する可能性がさらに高くなる。
For example, when a plurality of semiconductor chips are temporarily fixed as shown in FIG. 5B, and then formic acid gas is introduced into the
一方、本実施形態によるリフロー工程では、第1工程において、酸化膜61でバンプ電極60を被覆したまま、バンプ電極60の形状を界面張力により球形に近づけ、隣接するバンプ電極60間の距離DSTを拡げている(図6(A)、図6(B)参照)。これにより、隣接するバンプ電極60間の意図せぬ短絡不良を抑制することができる。即ち、酸化膜61は、本来不要なものであるが、本実施形態によれば、酸化膜61は、バンプ電極60の流出を抑制しながらその形状を球形に近づけるために利用されている。
On the other hand, in the reflow step according to the present embodiment, in the first step, the shape of the
さらに、第2工程において、ギ酸ガスをチャンバ201へ導入し、かつ、第2温度T2で積層体STを熱処理する。第2温度T2は、ギ酸ガスの還元性を発揮させる温度以上かつバンプ電極60の融点未満の温度である。従って、バンプ電極60は凝固したまま流動せず、尚かつ、酸化膜61は除去され得る。その後、第3工程において、バンプ電極60の融点以上の第3温度T3で、バンプ電極60をリフローする。このとき、酸化膜61はすでに除去されており、バンプ電極60は、特定の方向に流出することなく、界面張力によりさらに球形に近付く。よって、バンプ電極60間の距離DSTはさらに広がる。従って、バンプ電極60が他のバンプ電極と意図せず短絡することを抑制することができる。また、酸化膜61が無いので、バンプ電極60は、他の半導体チップのバンプ電極50と電気的に接続され得る。その結果、バンプ電極60とバンプ電極50とを確実に接続しながら、意図しない短絡を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
(変形例)
図6(A)に示す第1工程において、不活性ガス供給部205が、酸化ガスを敢えてチャンバ201に導入してもよい。この場合、図6(A)に示すバンプ電極60は酸化され、酸化膜61は自然酸化膜よりもさらに厚く形成される。これにより、酸化膜61は、第1工程中において破れることを抑制し、内部のバンプ電極60が流出することを抑制することができる。
Further, in the second step, formic acid gas is introduced into the
(Modification example)
In the first step shown in FIG. 6A, the inert
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されることが可能であり、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様に、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ものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10 半導体基板、20 半導体素子、30 貫通電極、40 貫通孔、50 バンプ電極、61 酸化膜、70 接着剤、100 リードフレーム、110 接着剤、120 配線基板、C1〜C4 半導体チップ、ST 積層体、200 熱処理装置 10 Semiconductor Substrates, 20 Semiconductor Devices, 30 Through Electrodes, 40 Through Holes, 50 Bump Electrodes, 61 Oxide Films, 70 Adhesives, 100 Lead Frames, 110 Adhesives, 120 Wiring Substrates, C1-C4 Semiconductor Chips, ST Laminates, 200 heat treatment equipment
Claims (7)
前記酸化膜を還元する還元ガスを導入することなく、前記第2金属端子の融点以上の第1温度で前記第1および第2半導体チップを熱処理する第1工程を実行し、
前記還元ガスを導入して、該還元ガスを活性化させる温度以上かつ前記第2金属端子の融点以下の第2温度で前記第1および第2半導体チップを熱処理する第2工程を実行し、
前記第2金属端子の融点以上の第3温度で前記第1および第2半導体チップを熱処理する第3工程を実行することを具備する、半導体装置の製造方法。 The first and second semiconductor chips are provided so that the plurality of first metal terminals provided on the first semiconductor chip and the plurality of second metal terminals provided on the second semiconductor chip and coated with the oxide film are in contact with each other. Laminate,
The first step of heat-treating the first and second semiconductor chips at a first temperature equal to or higher than the melting point of the second metal terminal is executed without introducing a reducing gas that reduces the oxide film.
The second step of introducing the reducing gas and heat-treating the first and second semiconductor chips at a second temperature equal to or higher than the temperature at which the reducing gas is activated and lower than the melting point of the second metal terminal is executed.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing a third step of heat-treating the first and second semiconductor chips at a third temperature equal to or higher than the melting point of the second metal terminal.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The reducing gas is a gas containing at least formic acid.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記酸化膜は、酸化スズ(SnO、SnO2)を含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The second metal terminal contains tin (Sn) and contains tin (Sn).
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxide film contains tin oxide (SnO, SnO 2).
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019159839A JP2021040012A (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Manufacturing method for semiconductor device |
TW109123312A TWI764193B (en) | 2019-09-02 | 2020-07-10 | Manufacturing method of semiconductor device |
CN202010709013.1A CN112447607B (en) | 2019-09-02 | 2020-07-22 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019159839A JP2021040012A (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Manufacturing method for semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021040012A true JP2021040012A (en) | 2021-03-11 |
Family
ID=74733143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019159839A Pending JP2021040012A (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Manufacturing method for semiconductor device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021040012A (en) |
CN (1) | CN112447607B (en) |
TW (1) | TWI764193B (en) |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3990347B2 (en) * | 2003-12-04 | 2007-10-10 | ローム株式会社 | Semiconductor chip, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
JP5210496B2 (en) * | 2006-03-27 | 2013-06-12 | 神港精機株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
CN102593012B (en) * | 2011-01-14 | 2014-12-10 | 株式会社东芝 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2013065761A (en) * | 2011-09-20 | 2013-04-11 | Toshiba Corp | Manufacturing method and manufacturing apparatus of semiconductor device |
JP5732623B2 (en) * | 2011-10-03 | 2015-06-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Mounting method of semiconductor element |
KR101607790B1 (en) * | 2012-01-17 | 2016-03-30 | 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
JP6578900B2 (en) * | 2014-12-10 | 2019-09-25 | 株式会社デンソー | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN106158798A (en) * | 2016-07-11 | 2016-11-23 | 中航(重庆)微电子有限公司 | A kind of chip structure and method for packing thereof |
JP7143156B2 (en) * | 2018-04-27 | 2022-09-28 | 日東電工株式会社 | Semiconductor device manufacturing method |
-
2019
- 2019-09-02 JP JP2019159839A patent/JP2021040012A/en active Pending
-
2020
- 2020-07-10 TW TW109123312A patent/TWI764193B/en active
- 2020-07-22 CN CN202010709013.1A patent/CN112447607B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112447607B (en) | 2024-04-09 |
TW202123352A (en) | 2021-06-16 |
CN112447607A (en) | 2021-03-05 |
TWI764193B (en) | 2022-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210111127A1 (en) | Semiconductor Package and Method | |
TWI529886B (en) | Packages, methods of packaging a device and package on package devices | |
JP2008218926A (en) | Semiconductor and method of manufacturing the same | |
TWI493672B (en) | Semiconductor device, electronic device, and semiconductor device manufacturing method | |
KR20030019187A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2010272737A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2015090937A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
TWI502666B (en) | Electronic parts mounting body, electronic parts, substrate | |
JP2007208210A (en) | Semiconductor device, and method for fabrication thereof | |
TW201705321A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
TW201411793A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
JP2007242684A (en) | Laminated semiconductor device and laminating method of device | |
JP2000286304A (en) | Manufacture of semiconductor element, semiconductor element, and manufacture of semiconductor device, and mounting module | |
TWI734338B (en) | Semiconductor device | |
JP2021040012A (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
JP2009054684A (en) | Semiconductor pop device | |
JP2013118264A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
TW202133697A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2007134489A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
US20150179594A1 (en) | Package substrate and method for manufacturing the same | |
JP2007115789A (en) | Laminated semiconductor device and its manufacturing method | |
TWM589366U (en) | Chip package assembly with enhanced interconnects | |
JP2015225997A (en) | Method of manufacturing wiring board | |
JP2015173139A (en) | Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor chip laminate | |
JP2007142128A (en) | Semiconductor device and its production process |