JP5621021B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にフリップチップボンディング(以下FCB)の実装技術を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using a flip chip bonding (hereinafter referred to as FCB) mounting technique and a manufacturing method thereof.
近年、情報化社会の進展に伴い、半導体装置には小型化・高機能化が求められている。これらを実現する方法の一つとして、FCBの実装技術がある。 In recent years, with the progress of the information society, semiconductor devices are required to be downsized and highly functional. One of the methods for realizing these is FCB mounting technology.
FCBは、半導体チップなど実装部(以下例として第1半導体チップ)の電極上に、接合端子(以下例として半田バンプ)を形成し、基板または別の半導体チップなどの被実装部(以下例として第2半導体チップ)に半田バンプ面を下にして実装する技術である。加熱により溶融した半田バンプが基板上の電極表面を覆い、電極を構成する金属と半田とで合金層が形成されることで、第1半導体チップ上の電極と第2半導体チップ上の電極とが接合される。 The FCB has a bonding terminal (hereinafter, solder bump) formed on an electrode of a mounting portion such as a semiconductor chip (hereinafter referred to as a first semiconductor chip), and is mounted on a substrate or another semiconductor chip (hereinafter, as an example). In this technique, the solder bump surface is mounted on the second semiconductor chip. Solder bumps melted by heating cover the electrode surface on the substrate, and an alloy layer is formed by the metal constituting the electrode and the solder, so that the electrode on the first semiconductor chip and the electrode on the second semiconductor chip are Be joined.
接合を得るには、電極を構成する金属と半田バンプとの間に良好な濡れ性が確保されていることが必要となる。そのための手段としてフラックスを用いる方法が採用されてきた。これは、第1半導体チップの電極と第2半導体チップの電極を熱圧着により半田バンプで仮接合した後、フラックスを用いて半田バンプの酸化膜を除去し、電極を構成する金属との濡れ性を生じさせ、半田バンプで本接合する方法である。 In order to obtain bonding, it is necessary to ensure good wettability between the metal constituting the electrode and the solder bump. For this purpose, a method using a flux has been adopted. This is because the electrodes of the first semiconductor chip and the electrodes of the second semiconductor chip are temporarily bonded with solder bumps by thermocompression bonding, and then the oxide film of the solder bumps is removed using a flux, and the wettability with the metal constituting the electrodes. This is a method in which the main bonding is performed with solder bumps.
また、フラックスを用いない方法として、特許文献1にはN2ガスとH2ガスとの混合ガスを還元ガスとして使用し、電極表面と半田バンプ表面との酸化膜を除去する方法が開示されている。 Further, as a method not using a flux, Patent Document 1 discloses a method in which a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas is used as a reducing gas, and an oxide film between the electrode surface and the solder bump surface is removed. Yes.
フラックスを用いる方法においては、フラックスの残渣が残った場合、残渣中の活性成分が、電極を構成する金属と半田との合金層の腐食を引き起こし、電極間の接合部の強度を低下させる原因となり得ることが課題となっていた。また、フラックスの洗浄に用いる洗浄液の処理が課題とされていた。 In the method using flux, when a residue of flux remains, the active component in the residue causes corrosion of the alloy layer of the metal and solder constituting the electrode, and causes the strength of the joint between the electrodes to decrease. Obtaining was an issue. Moreover, the process of the washing | cleaning liquid used for the washing | cleaning of a flux was made into the subject.
還元ガスを用いる方法においては、仮接合する際に加熱して、半田融点以上まで温度を上昇させる。半田バンプが半田融点付近で高温保持されると、半田バンプの酸化が促進され、電極を構成する金属と半田との間の濡れ性が悪くなる。このことは、電極間の接合部の強度を低下させる原因となり得る。また、仮接合する工程での加熱時間、及び還元反応に要する時間が比較的長いため、コスト増の要因となっていた。 In the method using a reducing gas, heating is performed at the time of temporary bonding, and the temperature is raised to the solder melting point or higher. When the solder bump is held at a high temperature near the solder melting point, the oxidation of the solder bump is promoted, and the wettability between the metal constituting the electrode and the solder is deteriorated. This can be a cause of reducing the strength of the joint between the electrodes. In addition, the heating time in the temporary bonding step and the time required for the reduction reaction are relatively long, which has been a factor in increasing costs.
そこで本発明は、電極間において強度の高い接合が可能で、かつ低コスト化が可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of bonding with high strength between electrodes and capable of reducing the cost, and a manufacturing method thereof.
本発明は、実装部と、前記実装部に設けられた第1電極と、前記実装部が実装される被実装部と、前記被実装部に設けられた、突起を有する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極を接合し、前記突起の側面の少なくとも一部を覆う、半田を含む接合端子とを具備し、前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方は半導体チップを含むことを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、電極間において強度の高い接合が可能で、かつ低コスト化が可能な半導体装置を得ることができる。 The present invention includes a mounting portion, a first electrode provided on the mounting portion, a mounted portion on which the mounting portion is mounted, a second electrode having a protrusion provided on the mounted portion, A bonding terminal including solder that joins the first electrode and the second electrode and covers at least a part of a side surface of the protrusion; and at least one of the mounting portion and the mounted portion includes a semiconductor chip This is a semiconductor device. According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device capable of bonding with high strength between electrodes and reducing the cost.
上記構成において、前記接合端子は、半田からなる構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said junction terminal can be set as the structure which consists of solder.
上記構成において、前記接合端子は、金属ポストと、前記金属ポストの前記第2電極と対向している面に設けられた半田層からなる構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said junction terminal can be set as the structure which consists of a solder layer provided in the surface facing the said 2nd electrode of the metal post and the said metal post.
上記構成において、前記被実装部は、前記突起内の下部に前記第2電極の表面より熱伝導率の低い材料層を有する構成とすることができる。この構成によれば、突起の先端部から熱が逃げにくくなるため、仮接合の工程での加熱時間の短縮でき、半田の酸化膜の成長を抑制することができる。このため、強度の高い接合部が得られる。また、加工時間の短縮も可能となる。 In the above configuration, the mounted portion may have a material layer having a lower thermal conductivity than the surface of the second electrode at a lower portion in the protrusion. According to this configuration, it is difficult for heat to escape from the tip of the protrusion, so that the heating time in the temporary bonding step can be shortened, and the growth of the solder oxide film can be suppressed. For this reason, a joint part with high strength is obtained. In addition, the processing time can be shortened.
本発明は、前記実装部に設けられた前記第1電極を、前記被実装部に設けられた前記突起を有する前記第2電極に、前記突起の先端部と、前記第1電極に設けられた前記接合端子と、を接触させることにより仮接合する工程と、前記第1電極と、前記第2電極と、前記接合端子に含まれている前記半田と、を還元ガス中に暴露する工程と、前記第1電極を前記第2電極に、前記突起の側面の少なくとも一部を前記接合端子に含まれる前記半田で覆うことにより本接合する工程とを含み、前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方は半導体チップを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電極間において強度の高い接合が可能で、かつ低コスト化が可能な半導体装置を得ることができる。 In the present invention, the first electrode provided in the mounting portion is provided in the second electrode having the protrusion provided in the mounted portion, the tip end portion of the protrusion, and the first electrode. A step of temporarily joining the contact terminals by contacting, a step of exposing the first electrode, the second electrode, and the solder contained in the joint terminals in a reducing gas; The first electrode is connected to the second electrode, and at least a part of the side surface of the protrusion is covered with the solder included in the bonding terminal, and the step of performing the main bonding includes: At least one of the semiconductor devices includes a semiconductor chip. According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device capable of bonding with high strength between electrodes and reducing the cost.
上記構成において、前記仮接合する工程は、前記第2電極の側面と、前記半田の前記突起の先端部との接触面以外の表面と、が露出するように仮接合する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、還元反応が効率的かつ安定的に進むため、強度の高い接合が可能で、低コスト化も可能となる。 In the above configuration, the step of temporarily bonding includes a step of temporarily bonding so that a side surface of the second electrode and a surface other than a contact surface with the tip of the protrusion of the solder are exposed. be able to. According to this configuration, since the reduction reaction proceeds efficiently and stably, high-strength bonding is possible, and the cost can be reduced.
上記構成において、前記仮接合する工程は、前記突起の先端部の温度が前記半田の融点以上になり、かつ前記第2電極の前記突起の先端部を除いた部分の温度が前記半田の融点未満になるように加熱する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、突起の先端部でのみ、電極を構成する金属と半田との合金層が形成される。 In the above configuration, in the temporary bonding step, the temperature of the tip of the protrusion is equal to or higher than the melting point of the solder, and the temperature of the portion of the second electrode excluding the tip of the protrusion is lower than the melting point of the solder. It can be set as the structure including the process heated so that it may become. According to this structure, the alloy layer of the metal and the solder constituting the electrode is formed only at the tip of the protrusion.
上記構成において、前記仮接合する工程は、前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方に超音波振動を加え、前記金属ポストの表面と前記突起の先端部とを擦り合わせる工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、前記突起先端の酸化膜が除去され、半田との濡れ性が確保される。このため、突起の先端部でのみ、電極を構成する金属と半田との合金層が形成される。 In the above configuration, the step of temporarily joining includes a step of applying ultrasonic vibration to at least one of the mounting portion and the mounted portion, and rubbing the surface of the metal post and the tip portion of the protrusion. can do. According to this configuration, the oxide film at the tip of the protrusion is removed, and the wettability with the solder is ensured. For this reason, the alloy layer of the metal and solder which comprise an electrode is formed only in the front-end | tip part of protrusion.
上記構成において、前記仮接合する工程は、前記突起の側面と、前記半田の前記金属ポストとの接触面以外及び前記半田の前記突起の先端部との接触面以外の表面と、を露出させる工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、還元反応が効率的かつ安定的に進む。このため、強度の高い接合部が得られる。また、加工時間の短縮も可能となる。 In the above-described configuration, the step of temporarily joining includes a step of exposing a side surface of the protrusion and a surface other than the contact surface of the solder with the metal post and a contact surface of the solder with the tip of the protrusion. It can be set as the structure containing. According to this configuration, the reduction reaction proceeds efficiently and stably. For this reason, a joint part with high strength is obtained. In addition, the processing time can be shortened.
上記構成において、前記本接合する工程は、前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方を、正対しないように仮接合された前記第1電極と前記第2電極とが正対する方向に移動させる工程を含む構成とすることができる。この構成により、半田内部の巻き込みボイドが抑制できる。このため、電極間の機械的接合の強度を高くすることができる。 In the above configuration, the main joining step moves in a direction in which the first electrode and the second electrode that are temporarily joined so as not to face each other at least one of the mounting portion and the mounted portion face each other. It can be set as the structure including the process to make. With this configuration, entrainment voids inside the solder can be suppressed. For this reason, the intensity | strength of the mechanical joining between electrodes can be made high.
本発明によれば、被実装部の電極に突起が設けられているため、仮接合時の加熱時間を短縮し、接合端子の酸化膜の成長を抑制することができる。また、実装部と被実装部の間の距離が広い状態で還元ガスを流入させるため、還元反応が安定的かつ効率的に進む。結果として、接合部の強度向上、並びに低コスト化が可能となる。 According to the present invention, since the protrusions are provided on the electrodes of the mounted portion, the heating time at the time of temporary bonding can be shortened and the growth of the oxide film of the bonding terminal can be suppressed. In addition, since the reducing gas is allowed to flow in a state where the distance between the mounting portion and the mounted portion is wide, the reduction reaction proceeds stably and efficiently. As a result, the strength of the joint can be improved and the cost can be reduced.
以下、図面を用い本発明に関する実施例について説明する。 Embodiments relating to the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例1は、実装部と被実装部には、共に例えばシリコンからなる半導体チップ、接合端子には半田バンプを用いた例である。 In the first embodiment, a semiconductor chip made of, for example, silicon is used for both the mounting portion and the mounted portion, and solder bumps are used for the junction terminals.
図1(a)及び図1(b)を参照に、実施例1に係る半導体装置100を説明する。図1(a)は半導体装置100の上面図、(b)はA−A1に沿った断面図である。なお、図1(a)においては、第1半導体チップ10を透視して第1電極12を図示している。第1半導体チップ10の下面は、例えば厚さ5μmのポリイミドからなる絶縁層16で覆われている。絶縁層16に設けられた、例えば幅40μmの開口部には、Cu等の金属からなる第1電極12が形成されている。第2半導体チップ20の上面は、例えば厚さ5μmのポリイミドからなる絶縁層26で覆われている。絶縁層26に設けられた例えば幅40μmの開口部には、Cu等の金属からなる第2電極22が形成されている。第2電極22の中央部には例えば幅10μmの突起24が設けられており、突起24内下部には第2電極22を形成する金属より熱伝導率が低い材料層26aが設置されている。製造工程簡略化の観点から、絶縁層26と材料層26aとは同じ工程で形成することが好ましい。つまり、絶縁層26と材料層26aとは同じ材料であることが好ましい。第1電極12と第2電極22とは、半田バンプ14により接合されている。また、第1電極12及び第2電極22の形状に指定はないが、半田バンプ14は溶融した際に表面張力によって球状になるため、上面図から見た平面形状は円形とすることが好ましい。
A semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a top view of the semiconductor device 100, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along A-A1. In FIG. 1A, the
図2(a)から図4(c)を用い、半導体装置100の製造方法について説明する。 A method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described with reference to FIGS.
図2(a)は第1半導体チップ10の下面図、図2(b)はB−B1に沿った断面図である。図2(b)に示すように、第1電極12の下部に半田バンプ14が設けられている。図3(a)は第2半導体チップ20の上面図、図3(b)はC−C1に沿った断面図である。図3(b)に示すように、第2電極22には半田バンプは設けられていない。図4(a)から図4(c)を参照に、第1半導体チップ10を第2半導体チップ20にFCBを用いて実装する方法について説明する。
2A is a bottom view of the
図4(a)から図4(b)を参照に、第1電極12と第2電極22とを、半田バンプ14を介して仮接合する工程を説明する。図4(a)に示すように、第1半導体チップ10はフリップチップボンダーのツール18に吸着されており、第2半導体チップ22はフリップチップボンダーのステージ28上に固定されている。また、ツール18はヒーターを内蔵している。第1電極12と第2電極22とが正対するように位置合わせを行い、第1半導体チップ10を矢印110の方向に移動させる。図4(b)に示すように、半田バンプ14と、第2電極22に設けられた突起24の先端部とを接触させ、第1半導体チップ10上部のツール18内のヒーターで加熱する。ツール18から発生した熱は、半田バンプ14を通して突起24へと伝わる。このとき、突起24内の下部に熱伝導率の低い材料層26aが設けられているため、突起24の先端部から第2電極22の他の部分へは熱が伝わりにくくなる。結果的に、突起24の先端部を選択的に半田融点以上の温度とすることができる。半田バンプ14と突起24の先端部とで、第2電極22を構成する金属と半田との合金層が形成され、第1電極12と第2電極22とが仮接合される。仮接合された状態で、第1電極12と第2電極22との接合状態の電気的なチェック、及び第1半導体チップ10の電気的な動作チェックを行い、不良品ならば第1半導体チップ10を交換し、良品ならば次の工程に進む。
A process of temporarily joining the
仮接合の後、例えばN2ガスとH2ガスとの混合ガスや蟻酸等の還元ガスを第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の間に流入させ、還元反応を引き起こすことで半田バンプ14表面の酸化膜を除去する。
After the temporary bonding, for example, a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas or a reducing gas such as formic acid is caused to flow between the
図4(b)から図4(c)を参照に、第1電極12と第2電極22とを、本接合する工程を説明する。還元反応の後、第1半導体チップ10を矢印110の方向へ移動させる。半田バンプ14表面の酸化膜が除去されているため、第2電極22との間に濡れ性が得られ、半田バンプ14は突起24の先端部から突起24の側面、第2電極22の底面へと濡れ広がる。第2電極22を構成する金属と半田とで合金層が形成され、第1電極12と第2電極22とが本接合される。このとき、半田バンプ14が突起24の側面の一部を覆えば接合は成るが、接合強度の観点からは、突起24の側面全体を覆うことが好ましい。より高い接合強度を得るには、半田バンプ14が第2電極22の全面を覆うことが好ましい。
With reference to FIG. 4B to FIG. 4C, the step of main joining the
実施例1によれば、突起24内の下部には熱伝導率の低い材料層26aが設けられているため、半田バンプ14から伝わる熱は突起24の先端部から第2半導体チップ20に伝道しにくい。また、突起24の幅は10μmと、第2電極22全体の幅である40μmに対して狭い。そのため、仮接合時の加熱時間の短縮が可能になり、半田バンプ14の酸化膜の成長を抑制できる。これにより、第2電極22を構成する金属と半田との濡れ性が得られるため、第1電極12と第2電極22との接合部の強度が高くなる。
According to the first embodiment, since the
図4(b)に示すように、仮接合された状態においては、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20との距離は40μmと、電極に突起24を設けない場合よりも大きくなる。また、半田バンプ14と第2電極22の露出面積が広い。そのため、還元ガスが半田バンプ14表面及び第2電極22表面へと十分に行き渡り、還元反応が安定的かつ効率的になる。このため、還元反応に要する時間が短くなり、また第1電極12と第2電極22との接合部の強度が高くなる。
As shown in FIG. 4B, in the temporarily bonded state, the distance between the
実施例1によれば、上記のように、仮接合する工程での加熱時間、及び還元反応に要する時間が短くなる。そのため、FCB実装に要する時間を、例えば電極に突起がない場合の1/10に短縮することができる。それに伴い半導体装置(パッケージ)一個当たりのフリップチップボンダー占有時間を短縮できるため、半導体装置の製造コストを1/10に抑えることができる。 According to Example 1, as described above, the heating time in the temporary bonding step and the time required for the reduction reaction are shortened. Therefore, the time required for FCB mounting can be shortened to 1/10, for example, when there is no protrusion on the electrode. Accordingly, the time required to occupy the flip chip bonder per semiconductor device (package) can be shortened, so that the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced to 1/10.
また、仮接合された状態においては、突起24の先端部が半田バンプ14と接触しているのみなので、不良品発生時に第1半導体チップ10の取り外しを容易に行うことができる。
In the temporarily bonded state, only the tip of the
図4(c)に示すように、本接合の工程では、半田バンプ14と第2電極22との間に濡れ性が得られているため、半田バンプ14は表面張力によって第2電極22の表面を伝わりながら広がる。このとき半田バンプ14が、突起24の先端部から第2電極22の外側へと空気を押し出すため、半田バンプ14内部の巻き込みボイドを抑制できる。これにより、第1電極12と第2電極22との接合面積を広くせしめ、機械的接合の強度を高くすることができる。
As shown in FIG. 4C, in the main bonding process, wettability is obtained between the
実施例2は、突起が第2電極の端部に設けられている例である。図5(a)から図6(c)を用いて実施例2に関する半導体装置の製造方法について説明する。なお、第1半導体チップ10は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
Example 2 is an example in which the protrusion is provided at the end of the second electrode. A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Since the
図5(a)は実施例2に係る第2半導体チップ20の上面図であり、図5(b)は図5(a)のD−D1線に沿った断面図である。突起34は絶縁層26上の第2電極32が露出している開口部33に隣接した部分の上面に設けられている。絶縁層26は、第2電極を構成する金属よりも熱伝導率が低い材料、例えばポリイミドである。また、図5(a)に示すように、第2半導体チップ20に設けられた一個以上の第2電極32それぞれにおいて、開口部33と突起34との相対的位置関係は全て同じである。
FIG. 5A is a top view of the
図6(a)から図6(c)を参照に、第1半導体チップ10を第2半導体チップ20にFCBを用いて実装する方法を説明する。
A method of mounting the
図6(a)から図6(b)を参照に、第1電極12と第2電極32とを半田バンプ14を介して仮接合を行う方法を説明する。図6(a)に示すように、半田バンプ14と突起34が正対するように位置合わせを行い、第1半導体チップ10を矢印110の方向に移動させる。図6(b)に示すように、半田バンプ14と第2電極32に設けられた突起34の先端部とを接触させ、第1半導体チップ10の上部に設けられたツール18内のヒーターで加熱する。ツール18から発生した熱は、半田バンプ14を通して突起34へと伝わる。このとき、突起34の下部の絶縁層26は熱伝導率が低いため、突起34の先端部から第2電極32の他の部分へ熱伝道しにくい。結果的に、突起34の先端部を選択的に半田融点以上の温度とすることができる。半田バンプ14と突起34の先端部で、第2電極32を構成する金属と半田との合金層が形成され、第1電極12と第2電極32とが仮接合される。仮接合された状態で、第1電極12と第2電極32との接合状態の電気的なチェック、及び第1半導体チップ10の電気的な動作チェックを行い、不良品ならば第1半導体チップ10を交換し、良品ならば次の工程に進む。
A method of temporarily joining the
仮接合の後、還元ガスを第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の間に流入させ、還元反応を引き起こすことで半田バンプ14表面の酸化膜を除去する。
After the temporary bonding, a reducing gas is caused to flow between the
図6(b)から図6(c)を参照に、第1電極12と第2電極32とを本接合する方法を説明する。還元反応の後、第1半導体チップ10を図6(b)の矢印120の方向へと移動させ、第1電極12と第2電極32とを正対させる。半田バンプ14表面の酸化膜が除去されているので、第2電極32との間に濡れ性が得られる。そのため、図6(c)に示すように、半田バンプ14は突起34の先端部から、突起34の側面、さらに第2電極32の底面へと濡れ広がる。第2電極32を構成する金属と半田とで合金層が形成され、第1電極12と第2電極32とが本接合される。このとき、半田バンプ14が突起34の側面の一部を覆えば接合は成るが、接合強度の観点から、突起34の開口部33側の側面全体を覆うことが好ましい。より高い接合強度を得るには、半田バンプ14が第2電極32の表面全体を覆うことが好ましい。
With reference to FIG. 6B to FIG. 6C, a method of main joining the
実施例2によれば、本接合の工程で半田バンプ14と第2電極34との間に濡れ性が得られているため、半田バンプ14は表面張力により第2電極32の表面を伝わりながら広がる。このとき半田バンプ14が、第2電極32の一方の端から他方の端へと空気を押し出す。そのため、実施例1よりも半田バンプ14内部の巻き込みボイドを抑制する効果が大きくなり、機械的接合の強度をより高くすることができる。
According to the second embodiment, wettability is obtained between the
実施例2では、本接合の工程において、第1半導体チップ10を移動させて第1電極12と第2電極32を正対させる例を示したが、第2半導体チップ20を移動させてもよい。
In the second embodiment, in the main bonding process, the
実施例3は、接合端子がCu等の金属で構成された金属ポストと、金属ポストの第2電極と対抗する面にメッキされた半田層と、により構成されている例である。図7(a)から図8(d)を用いて、実施例3に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、第2半導体チップ20は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
Example 3 is an example in which the joining terminal is configured by a metal post made of a metal such as Cu and a solder layer plated on a surface facing the second electrode of the metal post. A method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the
図7(a)は、第1半導体チップ10の下面図であり、図7(b)は図7(a)のE−E1線に沿った断面図である。第1電極12の下部に金属ポスト42が設けられ、金属ポスト42の下面は半田層44で覆われている。
FIG. 7A is a bottom view of the
図8(a)から図8(d)を参照に、第1半導体チップ10を第2半導体チップ20にFCBを用いて実装する方法を説明する。
A method for mounting the
図8(a)から図8(c)を参照に、第1電極12と第2電極22とを、金属ポスト42及び半田層44を介して仮接合を行う。図8(a)に示すように、第1電極12と第2電極22とが正対するように位置合わせを行い、第1半導体チップ10を矢印110の方向に移動させる。図8(b)に示すように、半田44の表面と第2電極22に設けられた突起24の先端部とを接触させ、第1半導体チップ10の上部に配置されたツール18内のヒーターで加熱する。ツール18から発生した熱は半田層44を通して突起24へと伝わる。それと同時に、第1半導体チップ10に矢印130の方向の超音波振動を加え、金属ポスト42と突起24の先端部を擦り合わせる。これにより、突起24の先端部の酸化膜が除去される。
With reference to FIG. 8A to FIG. 8C, the
図8(c)に示すように、超音波振動を停止させる。第1半導体チップ10を矢印140の方向へと持ち上げ、半田層44と突起24の先端部が接触した位置になるまで、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20とを引き離す。突起24の先端部は酸化膜が除去され、表面の金属と半田層44との濡れ性が確保されているため、突起24の先端部には半田層44が濡れ広がる。このため、突起24の先端部において、第2電極22を構成する金属と半田との合金層が形成される。一方、第2電極22の他の部分は酸化膜が除去されていないため、表面の金属と半田層44との濡れ性が得られない。このため、第2電極22を構成する金属と半田との合金層は形成されない。結果的に、突起24の先端部においてのみ第2電極22を構成する金属と半田との合金層が形成され、第1電極12と第2電極22とが仮接合される。仮接合された状態で、第1電極12と第2電極22との接合状態の電気的なチェック、及び第1半導体チップ10の電気的な動作チェックを行い、不良品ならば第1半導体チップ10を交換し、良品ならば次の工程に進む。
As shown in FIG. 8C, the ultrasonic vibration is stopped. The
仮接合の後、還元ガスを第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の間に流入させ、還元反応を引き起こすことで第2電極22表面及び半田層44表面の酸化膜を除去する。
After the temporary bonding, a reducing gas is caused to flow between the
図8(d)を参照に、第1電極12と第2電極22とを本接合する工程を説明する。第1半導体チップ10を矢印110の方向へ移動させる。第2電極22表面及び半田層44表面の酸化膜が除去されているので、濡れ性が得られる。そのため、半田層44は突起24の先端部から突起24の側面、さらに第2電極22の底面へと濡れ広がる。第2電極22を構成する金属と半田とで合金層が形成され、第1電極12と第2電極22とが本接合される。このとき、半田層44は突起24の側面の一部を覆えば接合は成るが、接合強度の観点から、突起24の側面全体を覆うことが好ましい。より高い接合強度を得るには、半田層44が第2電極22の表面全体を覆うことが好ましい。
With reference to FIG. 8 (d), the step of main joining the
実施例3によれば、図8(b)に示すように、突起24の先端部と金属ポスト42とを擦り合わせることで、酸化膜を除去できる。突起24は第2電極22全体よりも小さいので、第2電極22全体を擦り合わせるよりも、酸化膜の除去を効率的に行うことができ、加工時間を短縮できる。
According to the third embodiment, as shown in FIG. 8B, the oxide film can be removed by rubbing the tip of the
また、接合端子が金属ポスト42と、その下面にメッキされた半田層44とで構成されているため、実施例1及び実施例2のように接合端子が半田バンプのみで構成されている場合よりも、半田の量を少なくすることができる。
Further, since the joining terminal is constituted by the
実施例3では、突起24内下部に材料層26aが設けられているとしたが、材料層26aはなくてもよい。また、第1半導体チップ10の上部から加熱する例を示したが、第2半導体チップ20の下部から加熱してもよい。
In the third embodiment, the
実施例3では、第1半導体チップ10に超音波振動を加える例を示したが、第2半導体チップ20に加えてもよいし、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の両方に加えてもよい。
In the third embodiment, an example in which ultrasonic vibration is applied to the
実施例1から実施例3では、実装部と被実装部が共に半導体チップである例を示したが、半導体チップの代わりに、半導体チップを搭載した配線基板等の絶縁性基板でもよい。また、いずれか一方が半導体チップを搭載していない基板であってもよい。すなわち、実装部と被実装部との少なくとも一方が半導体チップを含んでいればよい。 In the first to third embodiments, an example in which both the mounting portion and the mounted portion are semiconductor chips has been described, but an insulating substrate such as a wiring substrate on which a semiconductor chip is mounted may be used instead of the semiconductor chip. Further, either one of the substrates may not be mounted with a semiconductor chip. That is, it is only necessary that at least one of the mounting portion and the mounted portion includes a semiconductor chip.
10 第1半導体チップ
12 第1電極
14 半田バンプ
16 絶縁層
18 ツール
20 第2半導体チップ
22 第2電極
24 突起
26 絶縁層
26a 材料層
28 ステージ
34 突起
42 金属ポスト
44 半田層
100 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記実装部に設けられた第1電極と、
前記実装部が実装される被実装部と、
前記被実装部に設けられた突起を有する電極であって、前記突起内に形成された材料層の下面が、当該突起における前記被実装部の上面に接する面と同一面である、第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極を接合し、前記突起の側面の少なくとも一部を覆う半田を含む接合端子とを具備し、
前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方は半導体チップを含み、前記被実装部は、前記突起内の下部に前記第2電極の表面より熱伝導率の低い材料層を有するものであって、
前記突起の先端部でのみ、前記第2電極を構成する金属と前記半田との合金層が形成されていることを特徴とする半導体装置。 An implementation section;
A first electrode provided in the mounting portion;
A mounted part on which the mounting part is mounted;
An electrode having a protrusion provided on the mounted portion, wherein a lower surface of a material layer formed in the protrusion is the same surface as a surface in contact with the upper surface of the mounted portion in the protrusion . When,
Joining the first electrode and the second electrode, and comprising a joining terminal including solder covering at least a part of a side surface of the protrusion,
At least one of the mounting part and the mounted part includes a semiconductor chip, and the mounted part has a material layer having a lower thermal conductivity than the surface of the second electrode in the lower part of the protrusion. ,
A semiconductor device, wherein an alloy layer of a metal constituting the second electrode and the solder is formed only at a tip portion of the protrusion.
前記半導体装置は、
実装部と、
前記実装部に設けられた第1電極と、
前記実装部が実装される被実装部と、
前記被実装部に設けられた突起を有する電極であって、前記突起内に形成された材料層の下面が、当該突起における前記被実装部の上面に接する面と同一面である、第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極を接合し、前記突起の側面の少なくとも一部を覆う半田を含む接合端子と、
を具備し、
前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方は半導体チップを含み、前記接合端子は半田からなり、前記被実装部は、前記突起内の下部に前記第2電極の表面より熱伝導率の低い材料層を有するものであって、
当該製造方法は、
前記実装部に設けられた前記第1電極を、前記被実装部に設けられた前記突起を有する前記第2電極に、前記突起の先端部と、前記第1電極に設けられた前記接合端子と、を接触させることにより仮接合する工程と、
前記第1電極と、前記第2電極と、前記接合端子に含まれている前記半田と、を還元ガス中に暴露する工程と、
前記第1電極を前記第2電極に、前記突起の側面の少なくとも一部を前記接合端子に含まれる前記半田で覆うことにより本接合する工程とを含み、
前記実装部と前記被実装部との少なくとも一方は半導体チップを含み、
前記仮接合する工程は、前記突起の先端部の温度が前記半田の融点以上になり、かつ前記第2電極の前記突起の先端部を除いた部分の温度が前記半田の融点未満になるように加熱する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
The semiconductor device includes:
An implementation section;
A first electrode provided in the mounting portion;
A mounted part on which the mounting part is mounted;
An electrode having a protrusion provided on the mounted portion, wherein a lower surface of a material layer formed in the protrusion is the same surface as a surface in contact with the upper surface of the mounted portion in the protrusion . When,
A bonding terminal including solder for bonding the first electrode and the second electrode and covering at least a part of a side surface of the protrusion;
Comprising
At least one of the mounting portion and the mounting portion includes a semiconductor chip, the joining terminal is made of solder, and the mounting portion has a lower thermal conductivity than the surface of the second electrode in the lower portion of the protrusion. Having a material layer,
The manufacturing method is
The first electrode provided in the mounting portion, the second electrode having the protrusion provided in the mounted portion, the tip portion of the protrusion, and the joining terminal provided in the first electrode , And temporarily bonding by contacting,
Exposing the first electrode, the second electrode, and the solder contained in the junction terminal in a reducing gas;
A step of performing main bonding by covering the first electrode with the second electrode and covering at least a part of a side surface of the protrusion with the solder included in the bonding terminal,
At least one of the mounting part and the mounted part includes a semiconductor chip,
The temporary bonding step is performed so that the temperature of the tip of the protrusion is equal to or higher than the melting point of the solder, and the temperature of the portion of the second electrode excluding the tip of the protrusion is lower than the melting point of the solder. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by including the process of heating.
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