JP6553459B2 - 半導体装置の製造方法および実装装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る実装装置の概略構成を示す斜視図である。
図1において、実装装置には、ボンディングステージ1、ボンディングヘッド2、垂直可動体3、水平可動体4、ウェハステージ6および制御装置7が設けられている。ボンディングステージ1には、実装基板Kおよび半導体チップP1、P2が置かれる。ボンディングステージ1は、水平方向(X軸方向および必要に応じてY軸方向)に移動することができる。ボンディングヘッド2は半導体チップP1、P2をピックアップする。垂直可動体3はボンディングヘッド1を垂直方向(Z軸方向)に移動させる。垂直可動体3は、水平可動体4にて支持されている。水平可動体4は、ボンディングステージ1とウェハステージ6との間を水平方向(Y軸方向)に移動することができる。水平可動体4は、水平方向に移動できるようにガイド5にてボンディングステージ1およびボンディングヘッド2上に支持される。ウェハステージ6はウェハWを保持する。この時、ウェハWは、半導体チップP1、P2ごとに個片化されている。
荷重制御部7Eは、半導体チップP1、P2が積層される時の半導体チップP1、P2にかかる荷重を制御する。この時、ボンディングヘッド2には、半導体チップP1、P2にかかる荷重を計測する荷重センサを設けることができる。温度制御部7Fは、半導体チップP1、P2が積層される時の半導体チップP1、P2の温度を制御する。この時、ボンディングステージ1およびボンディングヘッド2には、ボンディングステージ1およびボンディングヘッド2を加熱するヒータをそれぞれ設けることができる。また、ボンディングステージ1およびボンディングヘッド2には、ボンディングステージ1およびボンディングヘッド2の温度を計測する温度センサをそれぞれ設けることができる。
図2(a)〜図2(c)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図2(a)〜図2(c)において、実装基板K上には表面電極C0が設けられている。半導体チップP1の裏面側には裏面電極A1が設けられ、半導体チップP1の表面側には表面電極C1が設けられている。裏面電極A1上にはバンプ電極B1が設けられている。半導体チップP2の裏面側には裏面電極A2が設けられ、半導体チップP2の表面側には表面電極C2が設けられている。裏面電極A2上にはバンプ電極B2が設けられている。バンプ電極B1、B2のピッチは10〜100μm程度に設定することができる。バンプ電極B1、B2の直径は5〜50μm程度に設定することができる。なお、実装基板Kは、例えば、多層プリント配線板を用いることができる。半導体チップP1、P2には、トランジスタなどのデバイスが形成されている。このデバイスは、NANDフラッシュメモリであってもよいし、ロジック回路であってもよいし、プロセッサであってもよい。実装基板Kの基材は、例えば、BT(Bismaleimide Triazine)レジンなどを用いることができる。表面電極C0の材料は、Cuなどを用いることができる。表面電極C0においてソルダーレジストから露出された部分にAu被膜を形成するようにしてもよい。裏面電極A1、A2および表面電極C1、C2の材料は、Au、Cu、Ni、Sn、Pg、Agなどの単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。バンプ電極B1、B2の材料は半田材などを用いることができる。
そして、図2(a)に示すように、ボンディングステージ1上に実装基板Kが置かれる。そして、水平可動体4がウェハステージ6上に移動され、垂直可動体3が降下されることで、ボンディングヘッド2が半導体チップP1に接触される。そして、ボンディングヘッド2にて半導体チップP1がピックアップされた後、水平可動体4がボンディングステージ1上に移動される。そして、ボンディングステージ1が水平方向に移動された後、半導体チップP1と実装基板KとのXY座標の位置合わせが行われ、垂直可動体3が降下されることで、半導体チップP1が実装基板K上に配置される。そして、ボンディングヘッド2を介して半導体チップP1に荷重がかけられた状態で半導体チップP1が加熱される。この時、バンプ電極B1が溶融し、表面電極C0と接合される。その後、ボンディングヘッド2を介して半導体チップP1が冷却されることで、バンプ電極B1が固化される。そして、ボンディングヘッド2が上昇されることでボンディングヘッド2が半導体チップP1から離間される。ここで、バンプ電極B1と表面電極C0との接合時にボンディングヘッド2のZ座標Z1が計測され、制御装置7に記憶される。このZ座標Z1の計測は、バンプ電極B1の溶融時に行ってもよいし、バンプ電極B1の溶融後の固化時に行ってもよい。
実装基板K上に積層された半導体チップP1、P2は、例えば、SiP(System in Package)に適用することができる。半導体チップP1、P2間の電気的な接続をとるために、各半導体チップP1、P2に貫通電極を形成するようにしてもよいし、ボンディングワイヤを用いるようにしてもよい。
図3において、半導体チップのチップ厚Tの設計データを事前に入力する(S1)。次に、ボンディングヘッド2にてピックアップされた今回の半導体チップを実装する(S2)。この時、ボンディングヘッド2のZ座標Z1を基準座標として記憶する。次に、半導体チップの積層段数を確認し(S3)、積層段数が所定段数である場合は、実装を終了する。一方、積層段数が不足する場合、ボンディングヘッド2にて次の半導体チップをピックアップし(S4)、この半導体チップのチップ厚Tの設計データをギャップ算出部7Dに読み込む(S5)。そして、ボンディングヘッド2にてピックアップされた上層の半導体チップを下層の半導体チップ上に実装する(S6)。この時、ボンディングヘッド2のZ座標Z2を記憶する。次に、ボンディングヘッド2のZ座標Z1、Z2および半導体チップのチップ厚Tに基づいて、積層された半導体チップ間のギャップGを算出する(S7)。この時、ギャップGが規格範囲外の場合、図1の実装装置がアラーム停止される(S8)。一方、ギャップGが規格範囲内の場合、基準座標がZ1からZ2に上書きされ(S9)、S3に戻る。そして、半導体チップの積層段数が所定段数になるまで、S3〜S9の処理が繰り返される。
図4において、ボンディングヘッド2にてピックアップされた半導体チップがボンディングステージ1上に移動されると、半導体チップのXY座標の位置合わせが行われる(S51)。そして、ボンディングヘッド2が降下されることで(S52)、上層の半導体チップが下層の半導体チップ上に配置される。そして、ボンディングヘッド2を介して半導体チップに荷重がかけられた状態で半導体チップが加熱される(S53、S54)。この時、バンプ電極を介して上層の半導体チップが下層の半導体チップに接合される。この時、ボンディングヘッド2のZ座標を記憶することができる。その後、ボンディングヘッド2を介して半導体チップが冷却されることで、バンプ電極が固化される(S55)。なお、バンプ電極が溶融されている時のボンディングヘッド2のZ座標を記憶するようにしてもよいが、バンプ電極が固化された時のボンディングヘッド2のZ座標を記憶するようにしてもよい。そして、ボンディングヘッド2が上昇されることでボンディングヘッド2が半導体チップから離間される(S56)。
図5は、第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図5において、このフローでは、図3のS1の代わりにS1´が設けられている。その他は図3のフローと同様である。S1では、チップ厚Tの設計データが入力されたが、S1´では、ウェハWのチップ厚Tの加工データが読み取られる。そして、S7のギャップGの算出では、チップ厚Tの設計データの代わりに加工データが用いられる。これにより、ギャップGの算出時に、ウェハ加工時の製造バラツキによるチップ厚Tの誤差を反映させることができ、ギャップGの算出精度を向上させることができる。
図6(a)および図6(b)は、第4実施形態に係る実装装置の概略構成を示す斜視図である。
図6(a)および図6(b)の実装装置では、図1の制御装置7の代わりに制御装置7´が設けられている。制御装置7´には、チップ厚測定部7Gが制御装置7に追加されている。チップ厚測定部7Gは、レーザ変位計8によるチップ厚Tの計測制御を行う。また、図6(a)および図6(b)の実装装置では、図1の実装装置にレーザ変位計8が追加されている。レーザ変位計8は半導体チップP2の上下から半導体チップP2にレーザを照射することにより、半導体チップP2のチップ厚Tを計測することができる。
そして、図6(a)に示すように、実装基板K上に半導体チップP1が積層された後、ボンディングヘッド2にて半導体チップP2がピックアップされる。そして、半導体チップP2がレーザ変位計8にて挟まれ、半導体チップP2の上下からレーザが照射されることにより、半導体チップP2のチップ厚Tが実測される。そして、図6(b)に示すように、ボンディングヘッド2にてピックアップされた半導体チップP2がボンディングステージ1上に移動される。そして、半導体チップP1、P2間でXY座標の位置合わせが行われた後、半導体チップP2が半導体チップP1上に積層される。ここで、実装基板K上に半導体チップP1が積層される時にボンディングヘッド2のZ座標Z1が記憶される。また、半導体チップP2が半導体チップP1上に積層される時にボンディングヘッド2のZ座標Z2が記憶される。そして、ギャップ算出部7Dにおいて、ボンディングヘッド2のZ座標Z1、Z2および半導体チップP2のチップ厚Tの実測データに基づいて、半導体チップP1、P2間のギャップGが算出される。
ここで、チップ厚Tの実測データをギャップGの算出に用いることにより、半導体チップP1、P2間のチップ厚Tのバラツキを反映させることができ、ギャップGの算出精度を向上させることができる。
図7は、第5実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図7において、このフローでは、図3のS1の代わりにS10、S11が設けられている。その他は図3のフローと同様である。S10では、今回の半導体チップを実装する前にボンディングヘッド2にて今回の半導体チップがピックアップされる。S11では、次回の半導体チップがボンディングヘッド2にてピックアップされた後に、その半導体チップのチップ厚Tが実測される。そして、S7のギャップGの算出では、チップ厚Tの設計データの代わりに実測データが用いられる。
図8(a)〜図8(c)は、第6実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図8(a)〜図8(c)の構成では、半導体チップP1、P2にスペーサSA1、SA2がそれぞれ追加されている。スペーサSA1は実装基板Kと半導体チップP1との間隔を確保することができる。スペーサSA2は半導体チップP1、P2間の間隔を確保することができる。スペーサSA1、SA2の材料は、バンプ電極B1、B2の溶融温度未満で接着性のある絶縁性樹脂を用いることができる。例えば、スペーサSA1、SA2の材料は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂またはベンゾシクロブテン樹脂などを用いることができる。
そして、図8(a)に示すように、ボンディングヘッド2にてピックアップされた半導体チップP1が実装基板K上に積層される。この時、半導体チップP1はスペーサSA1にて実装基板K上に固着される。また、ボンディングヘッド2のZ座標Z1が記憶される。この時、バンプ電極B1は溶融させないようにして、バンプ電極B1と表面電極C0とは未接合の状態に維持することができる。
そして、ボンディングヘッド2のZ座標Z1、Z2および半導体チップP2のチップ厚Tに基づいて、半導体チップP1、P2間のギャップGが算出される。そして、ギャップGが規格範囲内の場合、実装装置の稼働が継続され、ギャップGが規格範囲外の場合、実装装置がアラーム停止される。半導体チップP1、P2の積層段数が所定段数に達すると、これらの半導体チップP1、P2のバンプ電極B1、B2が一括して溶融されることで各バンプ電極B1、B2が接合される。
Claims (5)
- 第1半導体チップと、第2半導体チップとを複数のバンプにより接合する方法であって、前記複数のバンプは、前記第1半導体チップまたは前記第2半導体チップの少なくとも一方に設けられ、
ボンディングヘッドにより前記第1半導体チップをピックアップし、前記ボンディングヘッドにてピックアップされた前記第1半導体チップを配置し、
前記ボンディングヘッドにより前記第1半導体チップを配置したときの実測による前記ボンディングヘッドの垂直座標を垂直座標Z1とし、
前記ボンディングヘッドにより前記第2半導体チップをピックアップし、前記ボンディングヘッドにてピックアップされた前記第2半導体チップを前記第1半導体チップ上に積層した後、固化状態にある前記複数のバンプをいったん溶融し、その後固化させ、
前記複数のバンプが溶融または固化した時の実測による前記ボンディングヘッドの垂直座標Z2と、前記垂直座標Z1と、に基づいて、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとの垂直方向のギャップを算出し、
前記ギャップGは、前記第2半導体チップのチップ厚をTとすると、G=Z2−Z1−Tで与えられ、
前記ギャップGが規格範囲内かどうかを判定し、
前記ギャップGが規格範囲外の場合、前記第2半導体チップ上への第3半導体チップの積層を停止する半導体装置の製造方法。 - 前記垂直座標Z2は、前記複数のバンプが固化した時の座標である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記垂直座標Z2は、前記複数のバンプが溶融した時の座標である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体チップ上に前記第2半導体チップを積層する前の前記第2半導体チップのピックアップ時に前記第2半導体チップのチップ厚を計測する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1半導体チップと、第2半導体チップとを複数のバンプにより接合する実装装置であって、前記複数のバンプは、前記第1半導体チップまたは前記第2半導体チップの少なくとも一方に設けられ、
前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが配置されるボンディングステージと、
前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップをピックアップするボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドを垂直方向に移動させる垂直可動体と、
前記ボンディングヘッドの垂直座標を制御する垂直制御部と、
前記第1半導体チップが前記ボンディングステージに配置されたときの実測による前記ボンディングヘッドの垂直座標Z1と、前記第1半導体チップ上に前記第2半導体チップが積層される、前記複数のバンプが溶融または固化した時の実測による前記ボンディングヘッドの垂直座標Z2と、に基づいて前記半導体チップ間の垂直方向のギャップGを算出するギャップ算出部と、
前記ギャップGは、前記第2半導体チップのチップ厚をTとすると、G=Z2−Z1−Tで与えられ、
前記ギャップGが規格範囲内かどうかを判定し、前記ギャップGが規格範囲外の場合、前記第2半導体チップ上への第3半導体チップの積層を停止するよう制御する制御装置と、を備える実装装置。
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