JP5763116B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置の小型化や高機能化を実現するために、1つのパッケージ内に複数の半導体チップを積層して封止した積層型半導体装置が実用化されている。積層型半導体装置においては、半導体チップ間の電気信号を高速に送受信することが求められる。このような場合、半導体チップ間の電気的な接続にはマイクロバンプが用いられる。マイクロバンプは、例えば5〜50μm程度の直径を有し、10〜100μm程度のピッチで半導体チップの表面に形成される。マイクロバンプを有する半導体チップを積層する場合、半導体チップの表面に形成されたアライメントマークをカメラ等で認識し、この認識結果に基づいて上下の半導体チップを位置合わせした後に熱圧着してバンプ同士を接続する。 In order to realize miniaturization and high functionality of a semiconductor device, a stacked semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked and sealed in one package has been put into practical use. A stacked semiconductor device is required to transmit and receive electrical signals between semiconductor chips at high speed. In such a case, micro bumps are used for electrical connection between the semiconductor chips. The micro bumps have a diameter of about 5 to 50 μm, for example, and are formed on the surface of the semiconductor chip at a pitch of about 10 to 100 μm. When stacking semiconductor chips with micro-bumps, the alignment marks formed on the surface of the semiconductor chip are recognized by a camera, etc., and the upper and lower semiconductor chips are aligned based on the recognition result, and then the bumps are bonded by thermocompression bonding. Connecting.
アライメントマークを使用した半導体チップの位置合わせ方法としては、最下段の半導体チップの表面に形成されたアライメントマークの認識結果を基準とし、その上に積層する半導体チップを位置合わせする方法が知られている。この場合、2段目の半導体チップに限らず、3段目以降の半導体チップも最下段の半導体チップに対して位置合わせされる。例えば3段目の半導体チップは、2段目の半導体チップのアライメントマークを認識することなく、最下段の半導体チップに位置合わせされた状態で2段目の半導体チップ上に積層される。4段目以降の半導体チップも同様である。従って、バンプ同士の接続時等に許容範囲を超えるような位置ずれが2段目以降のいずれかの半導体チップに生じても、その位置ずれを検出することはできず、最上段の半導体チップまで積層される。これは半導体チップの使用枚数の増大や多段積層チップの製造歩留りの低下の要因となる。 As a method of aligning a semiconductor chip using an alignment mark, a method of aligning a semiconductor chip to be stacked on top of the recognition result of the alignment mark formed on the surface of the lowermost semiconductor chip is known. Yes. In this case, not only the second-stage semiconductor chip but also the third and subsequent semiconductor chips are aligned with the lowermost semiconductor chip. For example, the third-stage semiconductor chip is stacked on the second-stage semiconductor chip while being aligned with the lowermost-stage semiconductor chip without recognizing the alignment mark of the second-stage semiconductor chip. The same applies to the fourth and subsequent semiconductor chips. Therefore, even if a positional deviation exceeding the allowable range occurs when bumps are connected to each other in any of the second and subsequent semiconductor chips, the positional deviation cannot be detected. Laminated. This causes an increase in the number of used semiconductor chips and a decrease in the manufacturing yield of multi-layered laminated chips.
本発明が解決しようとする課題は、半導体チップ間をバンプ電極で接続しつつ積層するにあたって、半導体チップ間の位置ずれを抑制することを可能にした半導体装置の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress misalignment between semiconductor chips when the semiconductor chips are stacked while being connected with bump electrodes.
実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の表面に設けられた第1のバンプ電極および第1のアライメントマークを備える第1の半導体チップを用意する工程と、第2の表面に設けられた第2のバンプ電極および第2のアライメントマークと、前記第2の表面と反対側の第3の表面に設けられた第3のバンプ電極および第3のアライメントマークと、前記第2のバンプ電極と前記第3のバンプ電極とを電気的に接続する貫通電極とを備える第2の半導体チップを用意する工程と、第4の表面に設けられた第4のバンプ電極および第4のアライメントマークを備える第3の半導体チップを用意する工程と、前記第1の半導体チップ上に前記第2の半導体チップを移動させ、前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させる工程と、前記第1の半導体チップの前記第1のアライメントマークと前記第1の半導体チップ上に移動させた前記第2の半導体チップの前記第2のアライメントマークの位置情報を取得する工程と、前記第1および第2のアライメントマークの位置情報に基づいて、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と、前記第2の半導体チップ上に前記第3の半導体チップを移動させ、前記第3の表面と前記第4の表面とを対向させる工程と、前記第2の半導体チップの前記第3のアライメントマークと前記第2の半導体チップ上に移動させた前記第3の半導体チップの前記第4のアライメントマークの位置情報を取得する工程と、前記第1のアライメントマークの位置情報と前記第3および第4のアライメントマークの位置情報とに基づいて、前記第2の半導体チップと前記第3の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程とを具備する。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment includes a step of preparing a first semiconductor chip including a first bump electrode and a first alignment mark provided on the first surface, and a method provided on the second surface. A second bump electrode and a second alignment mark; a third bump electrode and a third alignment mark provided on a third surface opposite to the second surface; and the second bump electrode; A step of preparing a second semiconductor chip including a through electrode that electrically connects the third bump electrode, and a fourth bump electrode and a fourth alignment mark provided on the fourth surface. Preparing a third semiconductor chip; moving the second semiconductor chip onto the first semiconductor chip; and causing the first surface and the second surface to face each other; Half of Obtaining the positional information of the first alignment mark of the body chip and the second alignment mark of the second semiconductor chip moved onto the first semiconductor chip; and the first and second Based on the positional information of the alignment mark, the step of stacking the first semiconductor chip and the second semiconductor chip while aligning them, and moving the third semiconductor chip onto the second semiconductor chip A step of making the third surface and the fourth surface face each other, and the third alignment mark of the second semiconductor chip and the third semiconductor chip moved onto the second semiconductor chip Obtaining the position information of the fourth alignment mark, the position information of the first alignment mark, and the positions of the third and fourth alignment marks. Based on the distribution, and a step of laminating while aligning with the second semiconductor chip and the third semiconductor chip.
以下、実施形態の半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。まず、実施形態の製造方法を適用して製造される半導体装置について、図1を参照して述べる。図1に示す半導体装置1は、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cと第4の半導体チップ2Dとを具備している。第2ないし第4の半導体チップ2B〜2Dは、第1の半導体チップ2A上に順に積層されている。ここでは、4個の半導体チップ2を積層した半導体装置1を示しているが、半導体チップ2の積層数はこれに限るものではない。半導体装置1を構成する半導体チップ2の個数(積層数)は3個以上であればよく、3個もしくは5個以上であってもよい。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to the drawings. First, a semiconductor device manufactured by applying the manufacturing method of the embodiment will be described with reference to FIG. A
第1の半導体チップ2Aの上面(第1の表面)には、第1のバンプ電極3Aが形成されている。第2の半導体チップ2Bの下面(第2の表面)には、第2のバンプ電極4Aが形成されている。第1の半導体チップ2Aの第1のバンプ電極3Aの形成面(第1の表面)には、第1のアライメントマーク5Aが設けられている。第2の半導体チップ2Bの第2のバンプ電極4Aの形成面(第2の表面)には、第2のアライメントマーク5Bが設けられている。第2の半導体チップ2Bは、第2のバンプ電極4Aを第1のバンプ電極3Aと接続しつつ、第1の半導体チップ2A上に積層されている。すなわち、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとは、第1のバンプ電極3Aと第2のバンプ電極4Aとの接続体6Aを介して、電気的および機械的に接続されている。
A
第2の半導体チップ2Bの上面(第3の表面)には、第3のバンプ電極3Bと第3のアライメントマーク5Cとが形成されている。第2のバンプ電極4Aと第3のバンプ電極3Bとは、第2の半導体チップ2B内に設けられた貫通電極(Through Silicon Via:TSV)7Aを介して電気的に接続されている。第3の半導体チップ2Cの下面(第4の表面)には、第4のバンプ電極4Bと第4のアライメントマーク5Dとが形成されている。第3の半導体チップ2Cは、第4のバンプ電極4Bを第3のバンプ電極3Bと接続しつつ、第2の半導体チップ2B上に積層されている。すなわち、第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cとは、第3のバンプ電極3Bと第4のバンプ電極4Bとの接続体6Bを介して、電気的および機械的に接続されている。
A
第3の半導体チップ2Cの上面(第5の表面)には、第5のバンプ電極3Cと第5のアライメントマーク5Eとが形成されている。第4のバンプ電極4Bと第5のバンプ電極3Cとは、第3の半導体チップ2C内に設けられた貫通電極(TSV)7Bを介して電気的に接続されている。第4の半導体チップ2Dの下面(第6の表面)には、第6のバンプ電極4Cと第6のアライメントマーク5Fとが形成されている。第4の半導体チップ2Dは、第6のバンプ電極4Cを第5のバンプ電極3Cと接続しつつ、第3の半導体チップ2C上に積層されている。すなわち、第3の半導体チップ2Cと第4の半導体チップ2Dとは、第5のバンプ電極3Cと第6のバンプ電極4Cとの接続体6Cを介して、電気的および機械的に接続されている。第6のバンプ電極4Cは、第4の半導体チップ2Dの上面に設けられた電極8と貫通電極(TSV)7Cを介して電気的に接続されている。
A
バンプ電極3(3A、3B、3C)とバンプ電極4(4A、4B、4C)との組合せとしては、半田/半田、Au/半田、半田/Au、Au/Au等の組合せが挙げられる。バンプ電極3、4を形成する半田としては、SnにCu、Ag、Bi、In等を添加したSn合金を用いたPbフリー半田が例示される。Pbフリー半田の具体例としては、Sn−Cu、Sn−Ag、Sn−Ag−Cu等が挙げられる。バンプ電極3、4を形成する金属としては、Auに代えて、Cu、Ni、Sn、Pd、Agやこれらの元素を含む合金等を用いてもよい。これらの金属材料は単層膜に限らず、複数の金属材料の積層膜を用いてもよい。バンプ電極3、4の形状としては、半球状や柱状等の突起形状が挙げられるが、パッドのような平坦形状であってもよい。バンプ電極3、4の組合せとしては、突起体同士の組合せ、突起体と平坦体との組合せ等が挙げられる。 Examples of the combination of the bump electrode 3 (3A, 3B, 3C) and the bump electrode 4 (4A, 4B, 4C) include a combination of solder / solder, Au / solder, solder / Au, Au / Au, and the like. Examples of the solder for forming the bump electrodes 3 and 4 include Pb-free solder using an Sn alloy in which Cu, Ag, Bi, In, or the like is added to Sn. Specific examples of the Pb-free solder include Sn—Cu, Sn—Ag, Sn—Ag—Cu and the like. As a metal for forming the bump electrodes 3 and 4, Cu, Ni, Sn, Pd, Ag, an alloy containing these elements, or the like may be used instead of Au. These metal materials are not limited to a single layer film, and a laminated film of a plurality of metal materials may be used. Examples of the shape of the bump electrodes 3 and 4 include protrusion shapes such as a hemispherical shape and a columnar shape, but may be a flat shape such as a pad. Examples of the combination of the bump electrodes 3 and 4 include a combination of protrusions, a combination of a protrusion and a flat body, and the like.
下段側の半導体チップ2(2A、2B、2C)の上面に設けられたバンプ電極3と上段側の半導体チップ2(2B、2C、2D)の下面に設けられたバンプ電極4とは、例えば熱や超音波を加えながら圧着することにより接続される。バンプ電極3とバンプ電極4とは、個々に接続してもよいし、半導体チップ2A、2B、2C、2Dを全て積層した後に接続してもよい。全ての半導体チップ2を積層した後にバンプ電極3、4間を接続する場合には、半導体チップ2の積層時にバンプ電極3、4間を仮固定し、半導体チップ2の積層後にチップ積層体をバンプ電極3、4の接続温度以上の温度で圧着またはリフローする。バンプ電極3とバンプ電極4との接続体6を介して接続された半導体チップ2間には、それぞれアンダーフィル樹脂9が充填されている。半導体チップ2間にアンダーフィル樹脂9を充填する場合に限らず、アンダーフィル機能を有する非導電性の接着剤フィルム(NCF)や接着剤ペースト(NCP)を用いて半導体チップ2を積層してもよい。
The bump electrode 3 provided on the upper surface of the lower semiconductor chip 2 (2A, 2B, 2C) and the bump electrode 4 provided on the lower surface of the upper semiconductor chip 2 (2B, 2C, 2D) are, for example, heat Or by applying pressure while applying ultrasonic waves. The bump electrode 3 and the bump electrode 4 may be connected individually or may be connected after all the
上述した実施形態の半導体装置1は、例えば以下のようにして製造される。半導体装置1の製造工程(積層工程)について、図2、図3および図4を参照して説明する。図2(a)に示すように、第1のバンプ電極3Aを有する第1の半導体チップ2Aと第2および第3のバンプ電極4A、3Bを有する第2の半導体チップ2Bとを用意する。第1の半導体チップ2Aの第1のバンプ電極3Aの形成面には、第1のアライメントマーク5Aが設けられている。第2の半導体チップ2Bの第2のバンプ電極4Aの形成面には、第2のアライメントマーク5Bが設けられている。第2の半導体チップ2B上には第3の半導体チップ2Cが積層されるため、第2の半導体チップ2Bの第3のバンプ電極3Bの形成面には、第3のアライメントマーク5Cが設けられている。
The
アライメントマーク5の形状や配置位置等は、特に限定されるものではない。アライメントマーク5は、例えば半導体チップ2の最表面に形成される配線材料(Al配線の形成材料等)やバンプ電極3(4)の形成材料で形成される。配線材料でアライメントマーク5を形成する場合、矩形状のマークや矩形状に中抜きしたマーク等をアライメントマーク5として用いる。バンプ電極3(4)の形成材料でアライメントマーク5を形成する場合、周囲とは異なるユニークなパターンでバンプ電極を配置してアライメントマーク5として用いる。アライメントマーク5は、例えば矩形状の半導体チップ2の四隅のうちの少なくとも1箇所に形成することが好ましく、さらに四隅のうちの対角線上の2箇所または1つの外形辺の両端に相当する2箇所に形成することがより好ましい。 The shape and arrangement position of the alignment mark 5 are not particularly limited. The alignment mark 5 is formed of, for example, a wiring material (Al wiring forming material or the like) formed on the outermost surface of the semiconductor chip 2 or a bump electrode 3 (4) forming material. When the alignment mark 5 is formed of a wiring material, a rectangular mark, a mark hollowed into a rectangular shape, or the like is used as the alignment mark 5. When the alignment mark 5 is formed of the material for forming the bump electrode 3 (4), the bump electrode is arranged in a unique pattern different from the surrounding and used as the alignment mark 5. The alignment mark 5 is preferably formed at at least one of the four corners of the rectangular semiconductor chip 2, for example, and further at two locations on the diagonal line of the four corners or at two locations corresponding to both ends of one outer side. More preferably, it is formed.
なお、図1ないし図4では便宜的に半導体チップ2の1つの外形辺の両端にアライメントマーク5を形成した状態を示しているが、対角線上の2箇所にアライメントマーク5を形成した場合も同様である。以下では半導体チップ2の1つの外形辺の両端にアライメントマーク5を形成した図面に基づいて、半導体チップ2の位置合わせ工程および積層工程について説明するが、半導体チップ2の対角線上の2箇所にアライメントマーク5を形成した場合も同様にして半導体チップ2の位置合わせ工程および積層工程が実施される。従って、以下に述べる位置合わせ工程および積層工程は、いずれの位置に形成したアライメントマーク5に対しても適用することが可能である。 1 to 4 show the state in which the alignment marks 5 are formed at both ends of one outer side of the semiconductor chip 2 for convenience, but the same applies when the alignment marks 5 are formed at two diagonal positions. It is. Hereinafter, the alignment process and the stacking process of the semiconductor chip 2 will be described based on the drawings in which the alignment marks 5 are formed on both ends of one outer side of the semiconductor chip 2. When the mark 5 is formed, the alignment process and the stacking process of the semiconductor chip 2 are performed in the same manner. Therefore, the alignment process and the lamination process described below can be applied to the alignment mark 5 formed at any position.
図2(a)に示すように、ステージ11上に載置され、かつ吸着保持された第1の半導体チップ2Aの上方に、ボンディングヘッド12に吸着保持された第2の半導体チップ2Bを移動させる。第2の半導体チップ2Bは、第2のバンプ電極4Aおよび第2のアライメントマーク5Bの形成面を、第1の半導体チップ2Aの第1のバンプ電極3Aおよび第1のアライメントマーク5Aの形成面と対向させる。第1の半導体チップ2Aの第1のアライメントマーク5Aと第1の半導体チップ2A上に移動させた第2の半導体チップ2Bの第2のアライメントマーク5Bとをカメラ13等の画像認識装置で認識し、第1および第2のアライメントマーク5A、5Bの位置情報として座標を取得する。
As shown in FIG. 2A, the
第1および第2のアライメントマーク5A、5Bの位置を示す座標に基づいて、第2の半導体チップ2Bを第1の半導体チップ2Aに対して位置合わせする。具体的には、第1のアライメントマーク5Aにおける第1マークの座標(x11,y11)および第2マークの座標(x12,y12)と第2のアライメントマーク5Bにおける第1マークの座標(x21,y21)および第2マークの座標(x22,y22)とを取得し、第1マークの座標同士の差((x11,y11)と(x21,y21)との差)と第2マークの座標同士の差((x12,y12)と(x22,y22)との差)とがそれぞれ最小となるように、第2の半導体チップ2Bの位置をxy座標方向および回転方向(θ方向)に調整する。ここで、最少となるようにするとは、対応するマーク同士の差の最大値が最小(例えば第1マークの座標同士の差と第2マークの座標同士の差のどちらか一方大きい方が最小)となるように、または対応するマーク同士の差の合計値が最小を意味する。そして、図2(b)に示すように、位置合わせした第2の半導体チップ2Bを、第1のバンプ電極3Aに第2のバンプ電極4Aを接触させつつ、第1の半導体チップ2A上に積層する。
Based on the coordinates indicating the positions of the first and second alignment marks 5A and 5B, the
次いで、第1および第2のバンプ電極3A、4Aの接続温度以上の温度に加熱しながら、もしくは第1および第2のバンプ電極3A、4Aに超音波を印加しながら、第2の半導体チップ2Bを第1の半導体チップ2Aに圧着する。このような圧着工程で第1のバンプ電極3Aと第2のバンプ電極4Aとを接続する。バンプ電極3A、4Aの接続温度とは、バンプ電極3A、4Aの少なくとも一方を半田で形成した場合、用いた半田の融点以上の温度である。ここでは、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとの積層時に第1のバンプ電極3Aと第2のバンプ電極4Aとを接続する場合について述べるが、後に詳述するように半導体チップ2の積層時にはバンプ電極3A、4A間を仮固定し、全ての半導体チップ2を積層した後にバンプ電極3、4間を本接続してもよい。
Next, the
ここで、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとを位置合わせするにあたって、アライメントマーク5の形成精度(例えばアライメントマーク5の形成に用いられる露光マスクの形成精度や露光精度)やカメラ13による認識精度等に基づいて、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとの間に位置ずれが生じることがある。このような半導体チップ2A、2B間の位置ずれは、半導体チップ2の実装精度の範囲内であれば問題にならず、バンプ電極3A、4A間の接続精度等を低下させることもない。
Here, in aligning the
次に、図3(a)に示すように、第4および第5のバンプ電極4B、3Cを有する第3の半導体チップ2Cを用意する。第3の半導体チップ2Cにおいて、第4のバンプ電極4Bの形成面には第4のアライメントマーク5Dが、また第5のバンプ電極3Cの形成面には第5のアライメントマーク5Eが設けられている。ボンディングヘッド12に吸着保持された第3の半導体チップ2Cを、第1の半導体チップ2A上に積層された第2の半導体チップ2Bの上方に移動させる。第3の半導体チップ2Cは、第4のバンプ電極4Bおよび第4のアライメントマーク5Dの形成面を、第2の半導体チップ2Bの第3のバンプ電極3Bおよび第3のアライメントマーク5Cの形成面と対向させる。
Next, as shown in FIG. 3A, a
第2の半導体チップ2Bの第3のアライメントマーク5Cと第2の半導体チップ2B上に移動させた第3の半導体チップ2Cの第4のアライメントマーク5Dとをカメラ13で認識し、第3および第4のアライメントマーク5C、5Dの位置情報として座標を取得する。この際、第3および第4のアライメントマーク5C、5Dの位置を示す座標のみに基づいて、第3の半導体チップ2Cを第2の半導体チップ2Bに対して位置合わせすると、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとの積層時と同様に、アライメントマーク5の形成精度やカメラ13による認識精度等に基づいて、第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cとの間に位置ずれが生じることがある。
The
第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cとの位置合わせのみを考えた場合、第1の半導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとの積層時と同様に、半導体チップ2B、2C間の位置ずれは半導体チップ2の実装精度の範囲内であれば問題にならず、また第3のバンプ電極3Bと第4のバンプ電極4Bとの間の接続精度を低下させることもない。ただし、第3の半導体チップ2Cの位置ずれが第2の半導体チップ2Bに対して許容範囲内であるとしても、第3の半導体チップ2Cは第1の半導体チップ2Aから見ると半導体チップ2B、2C間の位置ずれに半導体チップ2A、2B間の位置ずれが累積した位置に配置されることになる。半導体チップ2間の位置ずれが累積することによる位置ずれ量(累積位置ずれ量)は、半導体チップ2の積層数が増えるほど増大することになる。
When only the alignment between the
例えば、半導体チップ2の実装精度が2μmであるとした場合、その値までは半導体チップ2間の位置ずれが許容されることになる。8枚の半導体チップ2を積層する場合、隣接する半導体チップ2間の位置ずれ量が最大でも2μmであるのに対し、8枚の積層チップにおける最下段の半導体チップ2と最上段の半導体チップ2との間には最大で14μmの位置ずれが生じることになる。最下段の半導体チップ2と最上段の半導体チップ2との間の位置ずれ量は、当然ながら半導体チップ2の積層数が増えるほど増大し、例えば16枚の半導体チップ2を積層する場合には最大で30μmとなる。このような半導体チップ2の位置ずれによって、例えば多段積層チップの外形サイズが許容範囲を超えたり、また半導体チップ2間への樹脂の充填性を低下させるおそれがある。 For example, if the mounting accuracy of the semiconductor chip 2 is 2 μm, the positional deviation between the semiconductor chips 2 is allowed up to that value. When the eight semiconductor chips 2 are stacked, the amount of positional deviation between the adjacent semiconductor chips 2 is 2 μm at the maximum, whereas the lowermost semiconductor chip 2 and the uppermost semiconductor chip 2 in the eight stacked chips. There is a maximum positional deviation of 14 μm between the two. The amount of positional deviation between the lowermost semiconductor chip 2 and the uppermost semiconductor chip 2 naturally increases as the number of stacked semiconductor chips 2 increases. 30 μm. Such misalignment of the semiconductor chip 2 may cause, for example, the outer size of the multi-layered chip to exceed an allowable range, or may reduce the resin filling property between the semiconductor chips 2.
そこで、実施形態の製造方法においては、第2の半導体チップ2Bの積層時に取得した第1のアライメントマーク5Aの座標と、新たに取得した第3および第4のアライメントマーク5C、5Dの座標とに基づいて、第3の半導体チップ2Cを第2の半導体チップ2Bに対して位置合わせする。例えば、第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標との平均座標を求め、この平均座標に対して第4のアライメントマーク5Dを位置合わせする。これによって、隣接する半導体チップ2間の位置ずれ量が許容範囲内の最大値である場合においても、第3の半導体チップ2Cの第1の半導体チップ2Aに対する位置ずれ量の増大を抑制することができる。
Therefore, in the manufacturing method according to the embodiment, the coordinates of the
具体的な位置合わせに関しては、第1のアライメントマーク5Aにおける第1マークの座標(x11,y11)と第3のアライメントマーク5Cにおける第1マークの座標(x31,y31)との平均座標(xA11,yA11)と、第1のアライメントマーク5Aにおける第2マークの座標(x12,y12)と第3のアライメントマーク5Cにおける第2マークの座標(x32,y32)との平均座標(xA12,yA12)とを求め、これら平均座標と第4のアライメントマーク5Dにおける第1および第2マークの座標との差((xA11,yA11)と(x41,y41)との差、および(xA12,yA12)と(x42,y42)との差)が最小となるように、第3の半導体チップ2Cの位置をxy座標方向および回転方向に調整する。そして、図3(b)に示すように、位置合わせした第3の半導体チップ2Cを、第3のバンプ電極3Bに第4のバンプ電極4Bを接触させつつ、第2の半導体チップ2B上に積層する。
Regarding specific alignment, the average of the coordinates (x 11 , y 11 ) of the first mark in the
次いで、第3および第4のバンプ電極3B、4Bの接続温度以上の温度に加熱しながら、もしくは第3および第4のバンプ電極3B、4Bに超音波を印加しながら、第3の半導体チップ2Cを第2の半導体チップ2Bに圧着することによって、第3のバンプ電極3Bと第4のバンプ電極4Bとを接続する。第3および第4のバンプ電極3B、4B間の接続は、第1および第2のバンプ電極3A、4A間の接続と同様にして実施される。従って、第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cとの積層時に第3のバンプ電極3Bと第4のバンプ電極4Bとを接続することに限らず、半導体チップ2の積層時にはバンプ電極3B、4B間を仮固定し、全ての半導体チップ2(2A〜2D)を積層した後に全てのバンプ電極3、4間を本接続するようにしてもよい。
Next, the
第3の半導体チップ2Cを第2の半導体チップ2B上に積層するにあたって、第3のアライメントマーク5Cの座標を取得することなく、第1のアライメントマーク5Aの座標に対して第4のアライメントマーク5Dを位置合わせすると、第3の半導体チップ2Cの第1の半導体チップ2Aに対する位置合わせ精度は維持できるものの、例えばバンプ電極3A、4A間の接続時に許容範囲を超えるような位置ずれが生じていたとしても、そのような位置ずれを検出することはできない。これは半導体チップ2の使用枚数の増大や多段積層チップの製造歩留りの低下の要因となる。これに対して、実施形態の製造方法では第3のアライメントマーク5Cの座標を取得しているため、第2の半導体チップ2Bに生じた突発的な位置ずれ等も検出することができる。
In stacking the
第3の半導体チップ2Cの第2の半導体チップ2Bに対する位置合わせは、第4のアライメントマーク5Dを第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標との平均座標に対して合わせることに限られるものではない。半導体チップ2の位置ずれが累積することを抑制する上で、第4のアライメントマーク5Dは第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標との内側領域に位置合わせされればよい。この場合、各座標の中心座標を基準にして、第4のアライメントマーク5Dを第1および第3のアライメントマーク5A、5Cの内側領域に位置合わせする。具体的には、第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標とが対角の頂点となる四角形領域の内側(中心座標を基準にして四角形領域の各頂点とそれらを結ぶ線分とを除く領域)に、第4のアライメントマーク5Dを位置合わせする。半導体チップ2の累積位置ずれ量の増大を有効に抑制するためには、上記した四角形領域のより内側の領域内に第4のアライメントマーク5Dを位置合わせすることが好ましい。
The alignment of the
次に、図4(a)に示すように、第6のバンプ電極4Cを有する第4の半導体チップ2Dを用意する。第4の半導体チップ2Dの第6のバンプ電極4Cの形成面には、第6のアライメントマーク5Fが設けられている。ボンディングヘッド12に吸着保持された第4の半導体チップ2Dを、第2の半導体チップ2B上に積層された第3の半導体チップ2Cの上方に移動させる。第4の半導体チップ2Dは、第6のバンプ電極4Cおよび第6のアライメントマーク5Fの形成面を、第3の半導体チップ2Cの第5のバンプ電極3Cおよび第5のアライメントマーク5Eの形成面と対向させる。
Next, as shown in FIG. 4A, a
第3の半導体チップ2Cの第5のアライメントマーク5Eと第3の半導体チップ2C上に移動させた第4の半導体チップ2Dの第6のアライメントマーク5Fとをカメラ13で認識し、第5および第6のアライメントマーク5E、5Fの位置情報として座標を取得する。第3の半導体チップ2Cの積層と同様に、第2の半導体チップ2Bの積層時に取得した第1のアライメントマーク5Aの座標と、新たに取得した第5および第6のアライメントマーク5E、5Fの座標とに基づいて、第4の半導体チップ2Dを第3の半導体チップ2Cに対して位置合わせする。第4の半導体チップ2Dの位置合わせは、少なくとも第1、第5および第6のアライメントマーク5A、5E、5Fの座標に基づいて実施する。
The
例えば、第1のアライメントマーク5Aの座標と第5のアライメントマーク5Eの座標との平均座標を求め、この平均座標に対して第6のアライメントマーク5Dを位置合わせする。第1、第5および第6のアライメントマーク5A、5E、5Fの座標に加えて、第3のアライメントマーク5Cの座標を考慮してもよい。例えば、第2の半導体チップ2Bの積層時に求めた第1の平均座標(第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標との平均座標)と第5のアライメントマーク5Eの座標との第2の平均座標を求め、この第2の平均座標に対して第6のアライメントマーク5Dを位置合わせする。あるいは、第1のアライメントマーク5Aの座標と第3のアライメントマーク5Cの座標と第5のアライメントマーク5Eの座標との平均座標を求め、この平均座標に対して第6のアライメントマーク5Dを位置合わせする。これらによって、隣接する半導体チップ2間の位置ずれ量が許容範囲内の最大値である場合でも、第4の半導体チップ2Dの第1の半導体チップ2Aに対する位置ずれ量の増大を抑制することができる。
For example, an average coordinate between the coordinates of the
次いで、第5および第6のバンプ電極3C、4Cの接続温度以上の温度に加熱しながら、もしくは第5および第6のバンプ電極3C、4Cに超音波を印加しながら、第4の半導体チップ2Dを第3の半導体チップ2Cに圧着することによって、第5のバンプ電極3Cと第6のバンプ電極4Cとを接続する。第5および第6のバンプ電極3C、4C間の接続は、第1および第2のバンプ電極3A、4A間の接続と同様にして実施される。従って、第3の半導体チップ2Cと第4の半導体チップ2Dとの積層時に第5のバンプ電極3Cと第6のバンプ電極4Cとを接続することに限らず、半導体チップ2の積層時にはバンプ電極3C、4C間を仮固定し、全ての半導体チップ2(2A〜2D)を積層した後に全てのバンプ電極3、4間を本接続するようにしてもよい。
Next, the
第4の半導体チップ2Dの第3の半導体チップ2Cに対する位置合わせは、第6のアライメントマーク5Fを上述したような平均座標に対して合わせることに限られるものではない。半導体チップ2の位置ずれが累積することを抑制する上で、第6のアライメントマーク5Fは第1のアライメントマーク5Aの座標と第5のアライメントマーク5Eの座標との内側領域(中心座標基準)に位置合わせされればよい。具体的には、第1のアライメントマーク5Aの座標と第5のアライメントマーク5Eの座標とが対角の頂点となる四角形領域の内側(四角形領域の各頂点とそれらを結ぶ線分とを除く領域)に、第6のアライメントマーク5Fを位置合わせする。5個以上の半導体チップを積層する場合、5段目以降の半導体チップ2は4段目の半導体チップ2Dと同様にして位置合わせすればよい。
The alignment of the
実施形態の製造方法によれば、第3および第4の半導体チップ2C、2Dを積層する際に第3および第4のアライメントマーク5C、5Dの座標または第5および第6のアライメントマーク5E、5Fの座標のみならず、第2の半導体チップ2Bの積層時に取得した第1のアライメントマーク5Aの座標を加味して、第3および第4の半導体チップ2C、2Dをそれらの直下の半導体チップ2B、2Cに対して位置合わせしているため、半導体チップ2間の位置ずれの累積による位置ずれ量の増大を抑制することができる。その上で、第3および第4の半導体チップ2C、2Dを積層する際に、それらの直下の半導体チップ2B、2Cのアライメントマーク5C、5Eの座標も取得しているため、突発的に半導体チップ2B、2Cに異常な位置ずれが生じたとしても、そのような位置ずれを検出することができる。従って、実施形態の半導体装置の製造方法によれば、多段積層チップにおける半導体チップ2の累積的な位置ずれ量の増大を抑制しつつ、半導体チップ2の使用量の増加や多段積層チップの製造歩留りの低下を防ぐことが可能になる。
According to the manufacturing method of the embodiment, the coordinates of the third and fourth alignment marks 5C and 5D or the fifth and sixth alignment marks 5E and 5F when the third and
全ての半導体チップ2(2A〜2D)を積層した後にバンプ電極3、4間の本接続を実施する場合、各半導体チップ2の積層時にはバンプ電極3、4間を仮固定する。バンプ電極3、4間を仮固定したチップ積層体を、バンプ電極3、4の接続温度以上の温度で圧着またはリフローする。これによって、全てのバンプ電極3、4間を本接続する。半導体チップ2の積層時にバンプ電極3、4間の接続する場合においても、バンプ電極3、4の接続温度以上の温度で圧着またはリフローする工程を補助的に実施してもよい。 When the main connection between the bump electrodes 3 and 4 is performed after all the semiconductor chips 2 (2A to 2D) are stacked, the bump electrodes 3 and 4 are temporarily fixed when the semiconductor chips 2 are stacked. The chip laminated body in which the bump electrodes 3 and 4 are temporarily fixed is pressure-bonded or reflowed at a temperature equal to or higher than the connection temperature of the bump electrodes 3 and 4. As a result, all the bump electrodes 3 and 4 are fully connected. Even in the case where the bump electrodes 3 and 4 are connected when the semiconductor chip 2 is stacked, the step of pressure bonding or reflowing at a temperature equal to or higher than the connection temperature of the bump electrodes 3 and 4 may be performed supplementarily.
上述した実施形態の位置合わせ工程および積層工程によって、バンプ電極3、4間を接続しつつ半導体チップ2A〜2Dを積層した後、第1の導体チップ2Aと第2の半導体チップ2Bとの隙間、第2の半導体チップ2Bと第3の半導体チップ2Cとの隙間、および第3の半導体チップ2Cと第4の半導体チップ2Dとの隙間に、それぞれアンダーフィル樹脂9を充填して硬化させる。このようにして、実施形態による半導体装置1が製造される。半導体チップ2の位置ずれの累積による位置ずれ量の増大を抑制しているため、多段に半導体チップ2を積層する場合においても、半導体チップ2間の各隙間に対するアンダーフィル樹脂9の充填性を良好に維持することができ、さらに外形サイズ不良の発生等も抑制できる。すなわち、半導体装置1の製造歩留りを高めることが可能になる。
After stacking the
上述した実施形態の製造方法により製造された半導体装置1は、例えば図5に示すような半導体パッケージ20として使用される。図5に示す半導体パッケージ20において、実施形態の半導体装置1は外部接続端子21と内部接続端子22とを有する配線基板23上に搭載される。配線基板23の内部接続端子22は、半導体装置1の最上段の半導体チップ2Dの上面に形成された再配線層24とボンディングワイヤ25とを介して、半導体装置1と電気的に接続される。配線基板23上には、半導体装置1をボンディングワイヤ25等と共に封止する樹脂封止層26が形成される。
The
半導体装置1と配線基板23と電気的な接続は、フリップチップボンディングにより実施してもよい。図6は半導体装置1と配線基板22とをフリップチップボンディングした状態を示している。半導体装置1をフリップチップボンディングするために、第4の半導体チップ2Dの上面には第7のバンプ電極27が設けられている。半導体装置1は、積層順における最上段の半導体チップ2Dが配線基板22側に位置するように、積層順とは反転させた状態で配線基板23上に実装されている。配線基板23と第4の半導体チップ2Dとは、配線基板23の内部接続端子22上に設けられた第8のバンプ電極28と第7のバンプ電極27との接続体を介して電気的および機械的に接続されている。
The electrical connection between the
半導体装置1を構成する半導体チップ2A〜2DがNAND型フラッシュメモリのようなメモリチップである場合、半導体装置1上にはコントローラチップやインタフェースチップのような外部デバイスとの間でデータ通信を行う半導体チップが搭載される場合がある。そのような半導体チップは、例えば半導体チップ2D上に積層されると共に、半導体装置1と半田バンプ等を介して電気的に接続される。コントローラチップやインタフェースチップ等を半導体装置1上に搭載した場合には、そのような半導体チップとボンディングワイヤまたは半導体チップ2D上に設けられた半田バンプ等を介して、半導体装置1と配線基板33とを電気的に接続することができる。
When the
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and at the same time included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
Claims (5)
第2の表面に設けられた第2のバンプ電極および第2のアライメントマークと、前記第2の表面と反対側の第3の表面に設けられた第3のバンプ電極および第3のアライメントマークと、前記第2のバンプ電極と前記第3のバンプ電極とを電気的に接続する貫通電極とを備える第2の半導体チップを用意する工程と、
第4の表面に設けられた第4のバンプ電極および第4のアライメントマークを備える第3の半導体チップを用意する工程と、
前記第1の半導体チップ上に前記第2の半導体チップを移動させ、前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させる工程と、
前記第1の半導体チップの前記第1のアライメントマークの位置情報として第1のxy座標と前記第1の半導体チップ上に移動させた前記第2の半導体チップの前記第2のアライメントマークの位置情報として第2のxy座標を取得する工程と、
前記第1および第2のアライメントマークの位置情報としての前記第1および第2のxy座標に基づいて、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と、
前記第1のバンプ電極と前記第2のバンプ電極とを接触させて加熱し、前記第1のバンプ電極と前記第2のバンプ電極とを接続する工程と、
前記第2の半導体チップ上に前記第3の半導体チップを移動させ、前記第3の表面と前記第4の表面とを対向させる工程と、
前記第2の半導体チップの前記第3のアライメントマークの位置情報として第3のxy座標と前記第2の半導体チップ上に移動させた前記第3の半導体チップの前記第4のアライメントマークの位置情報として第4のxy座標を取得する工程と、
前記第2の半導体チップの積層時に取得した前記第1のアライメントマークの位置情報としての第1のxy座標と前記第3のアライメントマークの位置情報としての第3のxy座標との平均座標を求め、前記平均座標に対して前記第4のアライメントマークを合わせることによって、前記第2の半導体チップと前記第3の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と、
前記第3のバンプ電極と前記第4のバンプ電極とを接触させて加熱し、前記第3のバンプ電極と前記第4のバンプ電極とを接続する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing a first semiconductor chip comprising a first bump electrode and a first alignment mark provided on the first surface;
A second bump electrode and a second alignment mark provided on the second surface; a third bump electrode and a third alignment mark provided on a third surface opposite to the second surface; Preparing a second semiconductor chip comprising a through electrode for electrically connecting the second bump electrode and the third bump electrode;
Preparing a third semiconductor chip comprising a fourth bump electrode and a fourth alignment mark provided on the fourth surface;
Moving the second semiconductor chip onto the first semiconductor chip and causing the first surface and the second surface to face each other;
Position information of the second alignment mark of the second semiconductor chip moved onto the first semiconductor chip as a position information of the first alignment mark of the first semiconductor chip Obtaining a second xy coordinate as
Stacking the first semiconductor chip and the second semiconductor chip while aligning them based on the first and second xy coordinates as positional information of the first and second alignment marks; ,
Heating the first bump electrode and the second bump electrode in contact with each other, and connecting the first bump electrode and the second bump electrode;
Moving the third semiconductor chip onto the second semiconductor chip and causing the third surface and the fourth surface to face each other;
Position information of the fourth alignment mark of the third semiconductor chip moved onto the second semiconductor chip and a third xy coordinate as position information of the third alignment mark of the second semiconductor chip Obtaining a fourth xy coordinate as
An average coordinate between the first xy coordinate as the position information of the first alignment mark and the third xy coordinate as the position information of the third alignment mark obtained at the time of stacking the second semiconductor chip is obtained. Stacking the second semiconductor chip and the third semiconductor chip while aligning them by aligning the fourth alignment mark with the average coordinates;
A step of contacting and heating the third bump electrode and the fourth bump electrode, and connecting the third bump electrode and the fourth bump electrode. Manufacturing method.
第2の表面に設けられた第2のバンプ電極および第2のアライメントマークと、前記第2の表面と反対側の第3の表面に設けられた第3のバンプ電極および第3のアライメントマークと、前記第2のバンプ電極と前記第3のバンプ電極とを電気的に接続する貫通電極とを備える第2の半導体チップを用意する工程と、
第4の表面に設けられた第4のバンプ電極および第4のアライメントマークを備える第3の半導体チップを用意する工程と、
前記第1の半導体チップ上に前記第2の半導体チップを移動させ、前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させる工程と、
前記第1の半導体チップの前記第1のアライメントマークと前記第1の半導体チップ上に移動させた前記第2の半導体チップの前記第2のアライメントマークの位置情報を取得する工程と、
前記第1および第2のアライメントマークの位置情報に基づいて、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と、
前記第2の半導体チップ上に前記第3の半導体チップを移動させ、前記第3の表面と前記第4の表面とを対向させる工程と、
前記第2の半導体チップの前記第3のアライメントマークと前記第2の半導体チップ上に移動させた前記第3の半導体チップの前記第4のアライメントマークの位置情報を取得する工程と、
前記第1のアライメントマークの位置情報と前記第3および第4のアライメントマークの位置情報とに基づいて、前記第2の半導体チップと前記第3の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing a first semiconductor chip comprising a first bump electrode and a first alignment mark provided on the first surface;
A second bump electrode and a second alignment mark provided on the second surface; a third bump electrode and a third alignment mark provided on a third surface opposite to the second surface; Preparing a second semiconductor chip comprising a through electrode for electrically connecting the second bump electrode and the third bump electrode;
Preparing a third semiconductor chip comprising a fourth bump electrode and a fourth alignment mark provided on the fourth surface;
Moving the second semiconductor chip onto the first semiconductor chip and causing the first surface and the second surface to face each other;
Obtaining positional information of the first alignment mark of the first semiconductor chip and the second alignment mark of the second semiconductor chip moved on the first semiconductor chip;
Stacking the first semiconductor chip and the second semiconductor chip while aligning them based on positional information of the first and second alignment marks;
Moving the third semiconductor chip onto the second semiconductor chip and causing the third surface and the fourth surface to face each other;
Obtaining positional information of the third alignment mark of the second semiconductor chip and the fourth alignment mark of the third semiconductor chip moved onto the second semiconductor chip;
Stacking the second semiconductor chip and the third semiconductor chip while aligning them based on the positional information of the first alignment mark and the positional information of the third and fourth alignment marks; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
さらに、第6の表面に設けられた第6のバンプ電極および第6のアライメントマークを備える第4の半導体チップを用意する工程と、
前記第3の半導体チップ上に前記第4の半導体チップを移動させ、前記第5の表面と前記第6の表面とを対向させる工程と、
前記第3の半導体チップの前記第5のアライメントマークと前記第3の半導体チップ上に移動させた前記第4の半導体チップの前記第6のアライメントマークの位置情報を取得する工程と、
少なくとも前記第1のアライメントマークの位置情報と前記第5および第6のアライメントマークの位置情報とに基づいて、前記第3の半導体チップと前記第4の半導体チップとを位置合わせしつつ積層する工程と、
を具備する、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The third semiconductor chip includes a fifth bump electrode and a fifth alignment mark provided on a fifth surface opposite to the fourth surface, the fourth bump electrode, and the fifth bump. A through electrode for electrically connecting the electrode,
A step of preparing a fourth semiconductor chip including a sixth bump electrode and a sixth alignment mark provided on the sixth surface;
Moving the fourth semiconductor chip onto the third semiconductor chip and causing the fifth surface and the sixth surface to face each other;
Obtaining positional information of the fifth alignment mark of the third semiconductor chip and the sixth alignment mark of the fourth semiconductor chip moved on the third semiconductor chip;
A step of stacking the third semiconductor chip and the fourth semiconductor chip while aligning them based on at least the position information of the first alignment mark and the position information of the fifth and sixth alignment marks. When,
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising:
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