JP4057875B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、集積回路が形成された半導体チップを配線基板やリードフレームなどの実装ベースに貼り付けるダイボンディング工程を含む半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の組み立て工程では、集積回路が形成された半導体ウエハをダイシングして半導体チップ（以下、単にチップという）を個片化した後、各チップを配線基板やリードフレームなどの表面にダイボンディングし、続いてチップと配線基板またはリードフレームとをＡｕワイヤなどで結線する作業が行われている。
【０００３】
より具体的には、まずウエハ工程（前工程）および検査工程が終了した半導体ウエハの裏面にダイシングテープを貼り付け、ダイヤモンドブレードなどを使って半導体ウエハをダイシングすることにより、チップを個片化する。このとき、ダイシングテープを完全に切断しないことにより、個片化されたそれぞれのチップは、ダイシングテープ上にそのまま保持される。
【０００４】
次に、ピンを使ってダイシングテープの裏面側からチップを１個ずつ突き上げ、突き上げたチップの主面をコレットで真空吸着することにより、チップをダイシングテープから引き剥がし、配線基板やリードフレームが用意されたダイボンディング工程へ搬送する。そして、コレットに吸着、保持されたチップを配線基板やリードフレームなどのチップ搭載領域に押し付け、あらかじめチップ搭載領域に塗布されたＡｇペーストや有機系材料などの接着を加熱硬化させることによって、チップのダイボンディングを行う。
【０００５】
その後、チップのボンディングパッドと配線基板の導体層またはリードフレームのインナーリードなどとの間にワイヤをボンディングし、続いてこのチップをモールド樹脂やポッティング樹脂で封止することによって、組み立てがほぼ完了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記した半導体装置の組み立て工程において、角錐コレット（または周辺縁付き）コレットまたは平コレットを使ってチップの搬送を行ってきた。角錐コレットは、その底面をチップの上面の周縁部に接触させ、この状態で真空吸着を行うことによってチップを吸着、保持する構造になっている。また、平コレットは、チップの一辺よりも小さい径を有する吸着穴を中心部に１つ備えており、チップの主面に吸着部を密着させて真空吸着する構造になっている。
【０００７】
ところが、近年、複数のチップを重ねて実装するマルチチップパッケージ構造の導入などに伴って、チップの薄形化が進んでいることから、上記した角錐コレットまたは平コレットによるチップの搬送が困難な状況になってきた。
【０００８】
すなわち、チップの厚さが１００μｍ以下になると、コレットに吸着、保持されただけでもコレットの吸着穴にチップが引き寄せられてチップは変形し、またピンを使ってダイシングテープの裏面側からチップを突き上げると、チップが割れるという問題が生ずる。さらに、コレットに吸着、保持されたチップを配線基板やリードフレームなどのチップ搭載領域に押し付けてダイボンディングする際、チップが変形していると、チップとチップ搭載領域との間に隙間が生じて、割れや圧着不良などの不具合が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、コレットを使用してチップをダイボンディングする際、チップの割れや圧着不良を低減することのできる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明は、主面が複数の半導体チップに区画された半導体ウエハをダイシングすることによって、複数の半導体チップを個片化する工程と、吸着部の面積が半導体チップの面積とほぼ同程度であり、さらにその吸着部に複数の吸着穴が設けられたコレットを用意し、個片化された半導体チップをコレットで吸着、保持する工程と、コレットに吸着、保持された半導体チップの裏面を実装ベースの主面に押圧することによって、半導体チップを実装ベースの主面上にダイボンディングする工程とを有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
本実施の形態１であるマルチチップモジュールの製造方法を図１〜図８を用いて工程順に説明する。図１は、半導体ウエハの平面図、図２は、半導体ウエハのダイシング工程を示す断面図、図３は、個片化したチップをコレットで真空吸着した状態を示す断面図、図４は、個片化したチップを突き上げピンで突き上げた状態を示す断面図、図５は、チップを真空吸着するコレットを示す断面図、図６は、チップのピックアップシーケンスを示す断面図、図７は、チップのダイボンディング工程を示す断面図、図８は、半導体装置の断面図である。
【００１５】
まず、図１に示す半導体ウエハ（以下、単にウエハという）１の主面に周知の製造プロセスに従って半導体集積回路を形成した後、スクライブラインＳＬによって区画された複数のチップ形成領域２Ａのそれぞれのボンディングパッド３にプローブを当ててウエハ検査を行い、良品と不良品とを選別する。
【００１６】
次に、図２に示すように、ウエハ１の裏面にダイシングテープ４を貼り付けると共に、ダイシングテープ４の周辺部をキャリア治具５に接着、固定する。次いで、ダイヤモンドブレード６などを使ってウエハ１をダイシングすることにより、チップ２を個片化する。このとき、個片化されたそれぞれのチップ２をダイシングテープ４に接着しておくために、ダイシングテープ４は、完全に切断しないようにする。
【００１７】
次に、図３に示すように、チップ２の主面側をコレット７で真空吸着した後、続いて図４に示すように、ダイシングテープ４の裏面側から複数本の突き上げピン８を使ってチップ２を突き上げることにより、チップ２をダイシングテープ４から引き剥がす。ダイシングテープ４から引き剥がされたチップ２は、コレット７に吸着、保持されて次のダイボンディング工程に搬送される。
【００１８】
図５に、チップ２を真空吸着したコレット７および突き上げピン８の拡大断面図を示す。コレット７は、例えば略円筒形の外形を有し、ステンレスまたは硬度を有する合成ゴムなどで構成されている。
【００１９】
図５（ａ）に第１例のコレット７Ａを示す。コレット７Ａの少なくともチップ２と接触する吸着部７ａはチップ２とほぼ同程度の面積を有し、さらにその吸着部７ａに複数の吸着穴７ｂが設けられている。これら複数の吸着穴７ｂの直径は約１ｍｍ以下であり、複数の吸着穴７ｂを備えたコレット７Ａによってチップ２の主面全体をほぼ均一に真空吸着することができる。また、突き上げピン８が吸着穴７ｂを突き上げないように、突き上げピン８と吸着穴７ｂとはずらして配置されている。
【００２０】
図５（ｂ）に第２例のコレット７Ｂを示す。コレット７Ｂの少なくともチップ２と接触する吸着部７ａはチップ２とほぼ同程度の面積を有し、さらにチップ２と接触する吸着部７ａの全面に多孔質材７ｃ、たとえばセラミック系材料または合成樹脂などが設けられている。この多孔質材７ｃによってチップ２の主面全体をほぼ均一に真空吸着することができる。なお、図には、吸着部７ａの約１／３に多孔質材７ｃを設けたコレット７Ｂを示したが、吸着部７ａ全体を多孔質材７ｃとすることもできる。
【００２１】
このように、チップ２をコレット７で吸着、保持してダイボンディング工程に搬送する際、少なくともチップ２と接触する吸着部７ａの面積をチップ２とほぼ同じとし、その吸着部７ａに小径の複数の吸着穴７ｂを設けたコレット７Ａまたはその吸着部７ａを多孔質材７ｃとするコレット７Ｂを用いることによって、チップ２の主面全体をほぼ均一に真空吸着することができる。これにより、チップ２の変形を防ぐことができて、コレット７とチップ２との間に均一な圧着層を得ることができる。また、コレット７Ａでは、突き上げピン８を吸着穴７ｂの位置からずらすことによって、チップ２の変形または割れを防ぐことができる。
【００２２】
図６に、コレット７Ａを用いてチップ２を吸着、保持する際のピックアップシーケンスを示す。図には、前記第１例のコレット７Ａを一例として記載した。
【００２３】
まず、図６（ａ）に示すように、チップ２の上部へコレット７Ａを配置し、チップ２の下部へ真空吸着駒９を配置する。次に、図６（ｂ）に示すように、コレット７Ａを下降させ、コレット７Ａにチップ２の主面側を吸着させる。この際、コレット７Ａの吸着部７ａを直接チップ２に接触させることが好ましいが、吸い上げが可能であれば必ずしも接触させる必要はない。
【００２４】
次に、図６（ｃ）に示すように、真空吸着駒９から真空を引いた後、続いて図６（ｄ）に示すように、ダイシングテープ４の裏面側から複数本の突き上げピン８を使ってチップ２を突き上げることにより、チップ２をダイシングテープ４から引き剥がす。ここで、ダイシングテープ４には、コレット７Ａおよび真空吸着駒９から吸着されても、コレット７Ａがチップ２から離れない程度の粘着力を有するテープが用いられる。
【００２５】
このように、先にチップ２をコレット７Ａで吸着し、続いて真空吸着駒９で吸着することにより、チップ２に曲げ応力が加わるのを防ぐことができる。また、突き上げピン８によってチップ２を突き上げる際、チップ２に圧縮応力が加わるが、たとえばシリコンからなるチップ２は圧縮力に対して相対的に強いことから、チップ２の変形または割れは生じ難い。
【００２６】
次に、図７に示すように、チップ２を配線基板１０（実装ベース）に実装する。図には、前記第１例のコレット７Ａを一例として記載した。まず、配線基板１０の主面の各チップ搭載領域に接着剤１１を塗布する。接着剤１１としては、例えば熱硬化性樹脂系の接着剤が用いられる。また、接着剤１１に代えて、チップ２とほぼ同じ寸法に裁断した両面接着テープ（ダイボンドフィルム又はダイアタッチフィルム）などを各チップ搭載領域に貼り付けてもよい。次に、前記コレット７Ａに吸着、保持されたチップ２の裏面を配線基板１０のチップ搭載領域に押圧し、続いてコレット７Ａをチップ２から離すことによって、チップ２のダイボンディングを行う。この際、チップ２の変形によりチップ２と配線基板１０のチップ搭載領域との間に隙間があると割れや圧着不良などが生ずるが、本実施の形態１では、コレット７Ａによる吸着、保持においてチップ２の変形が生じないので、割れや圧着不良などの不具合を防止できる。
【００２７】
次に、上記と同様の方法で前記ダイシングテープ４から引き剥がした別のチップ２を配線基板１０の別のチップ搭載領域に押し付けてダイボンディングを行う。このようにして、ダイシングテープ４から引き剥がしたチップ２を配線基板１０の各チップ搭載領域に１個ずつダイボンディングし、続いて接着剤１１を加熱硬化させることによって、チップ２のダイボンディング工程が完了する。
【００２８】
次に、図８に示すように、各チップ２のボンディングパッド３と配線基板１０の配線１２とをＡｕワイヤ１３ａで接続する。Ａｕワイヤ１３ａの接続は、例えば超音波振動と熱圧着とを併用した周知のワイヤボンダを使用して行う。
【００２９】
次に、配線基板１０に実装された上記それぞれのチップ２の上に、前述したチップ２と同様な方法によって、チップ１４を１個ずつダイボンディングする。
【００３０】
次に、各チップ１４のボンディングパッド１５と配線基板１０の配線１２とをＡｕワイヤ１３ｂで接続した後、モールド金型（図示せず）を使って配線基板１０の主面全体を一括して樹脂封止する。配線基板１０の主面を封止するモールド樹脂１６は、例えばシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなる。
【００３１】
次に、配線基板１０の裏面の電極パッド１７に半田バンプ１８を接続する。半田バンプ１８の接続は、たとえば低融点のＰｂ−Ｓｎ共晶合金からなる半田ボールを電極パッド１７の表面に供給した後、半田ボールをリフローさせることによって行う。その後、配線基板１０をスクライブラインに沿って切断、個片化することにより、本実施の形態１のマルチチップモジュールＭＣＭが完成する。
【００３２】
このように、本実施の形態１によれば、チップ２とほぼ同程度の面積を有する吸着部７ａに複数の吸着穴７ｂが設けられたコレット７Ａまたは吸着部７ａを多孔質材７ｃによって構成されたコレット７Ｂを用い、チップ２を吸着、保持することにより、コレット７Ａ，７Ｂとチップ２との間に均一な圧着層が得られて、チップ２の変形を防ぐことができる。これにより、チップ２をボンディングする際、チップ２の割れや圧着不良を低減することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、チップ２を吸着、保持してダイボンディング工程に搬送する第３例のコレット７Ｃを図９〜図１１を用いて説明する。図９は、個片化したチップをコレットで真空吸着した状態を示す断面図、図１０は、個片化したチップを突き上げピンで突き上げた状態を示す断面図、図１１は、チップのダイボンディング工程を示す断面図である。
【００３４】
まず、図９に示すように、前記実施の形態１に示したコレット７Ａ，７Ｂと同様にして、チップ２の主面側をコレット７Ｃで真空吸着した後、図１０に示すように、ダイシングテープ４の裏面側から複数本の突き上げピン８を使ってチップ２を突き上げることにより、チップ２をダイシングテープ４から引き剥がす。
【００３５】
コレット７Ｃの少なくともチップ２と接触する吸着部７ａはチップ２とほぼ同程度の面積を有し、さらにその吸着部７ａのほぼ中央部に直径が約１ｍｍ以下の１つの吸着穴７ｄが設けられている。チップ２の主面とコレット７Ｃの吸着部７ａのほぼ全面とを密着させることで両者間に吸着力を生じさせ、またチップ２と接触する吸着穴７ｄを小径とすることによってチップ２の変形を防ぐことができる。突き上げピン８は、その位置と吸着穴７ｄの位置とが一致しないように複数本設置されている。
【００３６】
次に、図１１に示すように、前記実施の形態１と同様にして、チップ２を配線基板１０に実装する。この際、チップ２の変形によりチップ２と配線基板１０のチップ搭載領域との間に隙間があると割れと圧着不良などが生ずるが、本実施の形態２では、コレット７Ｃによる吸着、保持においてチップ２の変形が生じないので、割れや圧着不良などの不具合を防止できる。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００３８】
たとえば、前記実施の形態では、積層型マルチチップモジュールの製造に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各種配線基板やリードフレームなどの上にコレットを使ってチップをダイボンディングする半導体装置の製造に広く適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００４０】
コレットを用いてチップをダイボンディングする際、チップの割れや圧着不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体ウエハのダイシング工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である個片化した半導体チップをコレットで真空吸着した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１である個片化した半導体チップを突き上げピンで突き上げた状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、半導体チップを真空吸着する第１例のコレットを示す断面図、（ｂ）は、半導体チップを真空吸着する第２例のコレットを示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１である半導体チップのピックアップシーケンスを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１である半導体チップのダイボンディング工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１である半導体装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２である個片化した半導体チップをコレットで真空吸着した状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２である個片化した半導体チップを突き上げピンで突き上げた状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２である半導体チップのダイボンディング工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ
２ 半導体チップ
２Ａ チップ形成領域
３ ボンディングパッド
４ ダイシングテープ
５ キャリア治具
６ ダイヤモンドブレード
７ コレット
７Ａ コレット
７Ｂ コレット
７Ｃ コレット
７ａ 吸着部
７ｂ 吸着穴
７ｃ 多孔質材
７ｄ 吸着穴
８ 突き上げピン
９ 真空吸着駒
１０ 配線基板
１１ 接着剤
１２ 配線
１３ａ Ａｕワイヤ
１３ｂ Ａｕワイヤ
１４ チップ
１５ ボンディングパッド
１６ モールド樹脂
１７ 電極パッド
１８ 半田バンプ
ＳＬ スクライブライン
ＭＣＭ マルチチップモジュール

Claims (1)

1. （ａ）主面が複数の半導体チップに区画された半導体ウエハの裏面にダイシングテープを貼り付けた後、前記半導体ウエハをダイシングすることによって、前記複数の半導体チップを個片化する工程と、
   （ｂ）吸着部の面積が前記半導体チップの面積とほぼ同程度であり、さらにその吸着部に複数の吸着穴が設けられたコレットを用意し、前記個片化された半導体チップを前記コレットで吸着、保持する工程と、
   （ｃ）複数本の突き上げピンを使い前記ダイシングテープの裏面側から前記コレットに吸着、保持された前記半導体チップを突き上げることによって、前記半導体チップを前記ダイシングテープから引き剥がす工程と、
   （ｄ）前記コレットに吸着、保持された前記半導体チップの裏面を実装ベースの主面に押圧することによって、前記半導体チップを前記実装ベースの主面上にダイボンディングする工程とを有し、
   前記複数本の突き上げピンは、前記コレットに設けられた前記複数の吸着穴の位置とずれて前記半導体チップを突き上げることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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