JP6663649B2 - 半導体チップの実装方法および半導体装置 - Google Patents
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Description
銅バンプを有する半導体チップを銅電極を有する基板にフリップチップ実装する半導体チップの実装方法であって、前記半導体チップおよび前記基板を真空チャンバー内に配置し、前記銅バンプおよび前記銅電極の表面酸化物を除去するために、前記銅バンプおよび前記銅電極を不活性ガス中でプラズマ処理するプラズマ処理工程と、プラズマ処理工程の後に、前記半導体チップおよび前記基板を真空チャンバーから大気中に取り出し、前記銅バンプの先端部と前記銅電極が対向して接触する状態で、前記半導体チップを前記基板に加圧するとともに超音波振動を付与して、前記銅バンプおよび前記銅電極の表面酸化膜を摩擦により除去しながら、前記銅バンプと前記銅電極を金属接合する超音波接合工程とを有し、
前記超音波接合工程において、摩擦熱による前記銅バンプおよび前記銅電極の再酸化を防ぐために、前記銅バンプと前記銅電極の接触面を含む雰囲気の酸素濃度を3%以下にすることを特徴とする。
請求項1に記載の半導体チップの実装方法であって、前記銅バンプと前記銅電極の接触面の周囲に窒素ガスをブローすることにより、前記銅バンプと前記銅電極の接触面を含む雰囲気の酸素濃度を3%以下にすることを特徴とする。
請求項1または請求項2に記載の半導体チップの実装方法であって、前記プラズマ処理工程終了から前記超音波接合工程開始までの間で、前記銅バンプおよび前記銅電極が大気雰囲気に存在する時間が30分以内であることを特徴とする。
図1は、本発明に係る一実施形態における、半導体チップ2における銅バンプ21と、基板3における銅電極31の一例について説明する図であり、半導体チップ2を基板3に実装することによって半導体装置が得られる。
(1)半導体チップ(図9(a)〜(c)参照)
半導体チップ形状 9mm×9mm×100μm(厚み)
銅バンプ形状 直径30μm
高さ 5μm、20μm、30μm、40μm、50μm
バンプ数 1512
(2)基板(図9(d)〜(f)参照)
基板形状 14mm×14mm×780μm(厚み)
基板材質 Si
銅電極 基板全面に形成、厚み3μm
2.プラズマ処理工程
神港精機株式会社のプラズマエッチング装置EXAMを使用。
導入ガス Ar、圧力30Pa
処理条件 高周波出力500W、処理時間3分
3.超音波接合工程
東レエンジニアリング株式会社のFC100Mを使用。
接合部近傍に窒素ガスをブローし、酸素濃度は0.5%以下。
超音波振幅 1.2μm
加重 接合時の最大設定値150N
(1平方マイクロメートルあたり140μN)
4.銅バンプ変位量
(1)加圧 1平方マイクロメートルあたり70μN。
(2)銅バンプ形状(高さ)と変位量 表1のとおり。
銅バンプ形状(高さ)と接合性の結果は表2のとおり。
接合強度測定においては、1バンプあたりのシェア強度を測定した。
表1と表2の比較より、ΔXが0.38μm以下であれば超音波振動付与により銅同士が接合し得ることが判る。ΔXが大きくなると接合強度が低下する傾向があるが、ΔXが小さくなると接合箇所が超音波付与により破壊することがある。
ΔZについては、0.06μmで80%の接合率であるが、高さが低いバンプが接合していなかった。接合後の破壊ではないので高さバラツキを低減したら100%に成り得る。ΔZが大きいほど接合強度のバラツキは小さくなるが平均値も小さくなった。
3 基板
4 プラズマ処理装置
5 超音波実装装置
21 銅バンプ
31 銅電極
80 窒素ガスブローノズル
Claims (3)
- 銅バンプを有する半導体チップを銅電極を有する基板にフリップチップ実装する半導体チップの実装方法であって、
前記半導体チップおよび前記基板を真空チャンバー内に配置し、
前記銅バンプおよび前記銅電極の表面酸化物を除去するために、前記銅バンプおよび前記銅電極を不活性ガス中でプラズマ処理するプラズマ処理工程と、
プラズマ処理工程の後に、前記半導体チップおよび前記基板を真空チャンバーから大気中に取り出し、前記銅バンプの先端部と前記銅電極が対向して接触する状態で、前記半導体チップを前記基板に加圧するとともに超音波振動を付与して、前記銅バンプおよび前記銅電極の表面酸化膜を摩擦により除去しながら、前記銅バンプと前記銅電極を金属接合する超音波接合工程とを有し、
前記超音波接合工程において、摩擦熱による前記銅バンプおよび前記銅電極の再酸化を防ぐために、前記銅バンプと前記銅電極の接触面を含む雰囲気の酸素濃度を3%以下にすることを特徴とする半導体チップの実装方法。 - 請求項1に記載の半導体チップの実装方法であって、
前記銅バンプと前記銅電極の接触面の周囲に窒素ガスをブローすることにより、
前記銅バンプと前記銅電極の接触面を含む雰囲気の酸素濃度を3%以下にすることを特徴とする半導体チップの実装方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体チップの実装方法であって、
前記プラズマ処理工程終了から前記超音波接合工程開始までの間で、
前記銅バンプおよび前記銅電極が大気雰囲気に存在する時間が30分以内であることを特徴とする半導体チップの実装方法。
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