(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップのＣｏＣ接続工程の時間短縮を実現することができ、半導体装置の製造工程のスループットを向上させる手段を提供する。【解決手段】ウエハステージ１３上にバンプ電極１５が上になるように半導体ウエハ１４を載せ、バンプ電極１６が下になるように仮圧着ヘッド１１に半導体チップ２を吸着し、先ず、半導体ウエハ１４のバンプ電極１５と半導体チップ２のバンプ電極１６を仮圧着する。その後、先に仮圧着した複数の半導体チップ２を本圧着ヘッド１２で強く圧着する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハステージと、
複数の圧着ヘッドと
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記複数の圧着ヘッドは、第１の圧着ヘッドと第２の圧着ヘッドを備え、
前記第２の圧着ヘッドの前記ウエハステージと対面する面の面積は、前記第１の圧着ヘッドの前記ウエハステージと対面する面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
第１の半導体基板上に形成された第１の金属突起物に、第２の半導体基板上に形成された第２の金属突起物を押し当てて圧着させる仮圧着工程と、
前記仮圧着工程後、前記第１の金属突起物と前記第２の金属突起物とを再度押し当てて圧着させる本圧着工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体ウエハ上に形成された第１の金属突起物に、半導体チップ上に形成された第２の金属突起物を押し当てて圧着させる仮圧着工程と、
前記仮圧着工程後、前記第１の金属突起物と前記第２の金属突起物とを再度押し当てて圧着させる本圧着工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記仮圧着工程は、前記半導体チップを１つずつ前記半導体ウエハに圧着させ、
前記本圧着工程は、前記仮圧着工程により圧着された前記半導体チップのうち、複数の半導体チップを一度に圧着させることを特徴とする請求項４に記載された半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法及び半導体製造装置、並びに回路基板を製造するための回路基板の製造方法及び回路基板製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化並びに小型化に伴い、１つの半導体パッケージ内に複数の半導体チップを搭載し、半導体パッケージ内でそれぞれの半導体チップを配線して封止するＳｉＰ(System in Package、以下「ＳｉＰ」という。)構造によって実装面積を小さくする技術が用いられている。このＳｉＰ構造の一種で半導体チップの上に別の半導体チップを積層したＣｏＣ(Chip on chip、以下「ＣｏＣ」という。)構造がある。ＣｏＣ構造は、下になる半導体チップの表面と上になる半導体チップの表面を対向させて、微細なバンプ電極を用いてフリップチップ接続することで上下２つの半導体チップを電気的に配線している。
【０００３】
ＣｏＣ構造を形成する場合、２つの半導体チップを先に各々ダイシングすることで個別化し、個別化されたもの同士をバンプ接合する方法がある。一方、上になる半導体チップは先にダイシングし個別化するが、下になる半導体チップは半導体ウエハ上に形成された状態のままで２つの半導体チップをバンプ接合する方法がある。これら２つの方法があるが、後者は前者と比較して、バンプ接合の位置合わせが容易なことや、ＣｏＣ接続した後においてもウエハ状態でダイソートテストを行うことができることや、後工程においてウエハ状態で裏面ラッピングやダイシングなどを実施可能など取扱い容易という利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１４２０６号公報
【特許文献２】特開２００４−７１６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＣｏＣ接続工程では半導体チップ搭載のタクトが長い。例えばＣｏＣ接続工程に約１５秒かかるとすると、1枚の半導体ウエハ上に３００個の半導体チップがある場合、この1枚の半導体ウエハのＣｏＣ接続工程に４５００秒という膨大な時間を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、ウエハステージと、複数の圧着ヘッドとを備えたことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、第１の半導体基板上に形成された第１の金属突起物に、第２の半導体基板上に形成された第２の金属突起物を押し当てて圧着させる仮圧着工程と、前記仮圧着工程後、前記第１の金属突起物と前記第２の金属突起物とを再度押し当てて圧着させる本圧着工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、半導体ウエハ上に形成された第１の金属突起物に、半導体チップ上に形成された第２の金属突起物を押し当てて圧着させる仮圧着工程と、前記仮圧着工程後、前記第１の金属突起物と前記第２の金属突起物とを再度押し当てて圧着させる本圧着工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施することにより、半導体チップのＣｏＣ接続工程の時間短縮を実現することができ、半導体装置の製造工程のスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図２】本願発明の実施例１にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図３】本願発明の実施例１にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図４】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図５】本願発明の実施例１にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図６】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図７】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図８】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図９】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図１０】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図１１】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図１２】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図１３】本願発明の実施例１にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図１４】本願発明の実施例２にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図１５】本願発明の実施例２にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図１６】本願発明の実施例２にかかる半導体製造装置の一部の断面図である。
【図１７】本願発明の実施例３にかかる回路基板製造装置の一部の断面図である。
【図１８】本願発明の実施例３にかかる回路基板製造装置の一部の断面図である。
【図１９】本願発明の実施例３にかかる回路基板製造装置の一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
本願発明の実施例１にかかる半導体装置の製造方法について図１乃至図６に示す。図１、図４及び図６は半導体ウエハの平面図、図２、図３及び図５は半導体製造装置の一部の断面図を示したものである。
【００１３】
図１に示すように、Ｓｉなどの半導体ウエハ１に所望の半導体素子及び配線、バンプ電極等（図示せず）が形成された複数個の半導体チップ２を形成する。半導体チップ２はダイシングライン３により区切られている。図１に示す半導体ウエハ１はオリフラが形成されているものであるが、これに限られずノッチが形成されたウエハでもよい。すなわち、ウエハの形状には限られない。また、ウエハの大きさも限定するものではない。
【００１４】
次に、半導体ウエハ１をダイシングライン３に沿ってダイシングすることによって、半導体ウエハ１から個々の半導体チップ２に切り離す。ここで、このように切り離した半導体チップ２はＣｏＣ構造の上になる半導体チップ（以下、「上チップ」という。）であり、下になる半導体チップ（以下、「下チップ」という。）はダイシングせずに、ウエハ状態にしておく。
【００１５】
ここで、本発明の半導体製造装置は複数の圧着ヘッドを有している。本実施例においては、２つの圧着ヘッド、すなわち図２に示すように、仮圧着ヘッド１１、本圧着ヘッド１２を備えている。
【００１６】
半導体製造装置１０のウエハステージ１３上に下チップ１７のバンプ電極１５が上面になるように半導体ウエハ１４を載せる。ここで、半導体ウエハ１４はＣｏＣ構造の下チップ１７が形成されている。さらに、半導体製造装置１０の仮圧着ヘッド１１に個別化した上チップ２を吸着させる。上チップ２のバンプ電極１６はウエハステージ１３に対面するようにする。そして、仮圧着ヘッド１１に吸着された上チップ２のバンプ電極１６と半導体ウエハ１４上の下チップ１７のバンプ電極１５が互いに合うように位置合わせを行う。位置合わせは仮圧着ヘッド１１を動かし調整してもよいし、ウエハステージ１３を動かし調整してもよい。また仮圧着ヘッド１１とウエハステージ１３の両方を動かして調整してもよい。
【００１７】
次に図３に示すように、仮圧着ヘッド１１を押し下げ、上チップ２のバンプ電極１６と下チップ１７のバンプ電極１５とを加圧して仮に圧着（以下、「仮圧着」という。）させる。
【００１８】
なお、図４は下チップ１７を形成した半導体ウエハ１４の上面図であり、白抜きの半導体チップ１７が仮圧着前の下チップを示し、点線で斜線された半導体チップ２は下チップに上チップが仮圧着された状態を示したものである。図６も同様である。この図面ではチップの圧着の有無を示すために簡易的に描かれているため上チップ２と下チップ１７が同じ大きさとなっているが、実際は下チップの大きさは上チップに比べて大きい形態が多い。
【００１９】
図４に示すように、上チップ２と半導体ウエハ１４上の下チップ１７は１個単位で仮圧着させる。ここで、これらのバンプ電極の圧着は強く圧着する必要はなく、上チップ２が動かない程度に圧着されていればよい。したがって、圧着条件は例えば温度条件２５０℃、圧力条件1mN/bump、時間条件１秒で十分である。このように圧着時間は短時間で終了する。仮圧着には、予めバンプ電極にＳｎ系の材料、例えばＳｎ単体、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｕ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｓｍなどをつけておき、圧着時に仮圧着ヘッド１１又はウエハステージ１３を加熱しこれらのＳｎ系の材料を融解させて圧着させる。さらに超音波などを用いてバンプ電極についた酸化膜を除去しながら圧着してもよい。
【００２０】
次に図５に示すように、図３で仮圧着した上チップ２と半導体ウエハ１４上の下チップ１７を強く圧着（以下、「本圧着」という。）する。本圧着は、本圧着ヘッド１２を仮圧着した上チップ２に更に押し当てる。ここで、本圧着ヘッド１２のヘッド面積は、仮圧着ヘッド１１より大きいので、図６に示すように複数の上チップ２に対して一度に押し当てることができる。本圧着ヘッド１２又はウエハステージ１３を加熱し、先にバンプ電極につけたＳｎ系の材料を融解させながら加圧して複数の上チップ２のバンプ電極１６と半導体ウエハ１４上の下チップ１７のバンプ電極１５とを同時に圧着することができる。
【００２１】
例えば、温度条件２８０℃、圧力条件1mN/bump、時間条件１５秒で上下のチップを確実に圧着することができる。本圧着する時間は仮圧着と比較して長くなるが、複数個単位で半導体チップを同時に半導体ウエハに圧着できるので１つ１つ半導体チップを圧着させる場合と比較して時間を短縮することができる。
【００２２】
なお、本圧着は上下チップを確実に圧着させるため仮圧着よりも温度条件、加圧条件は同一若しくは高く設定することが望ましい。
【００２３】
図７乃至図１３は半導体ウエハ１４の平面図を示したものである。上述した図４と同様に白抜きの半導体チップは上チップが仮圧着前の下チップを示す。すなわち、下チップ１７が露出した状態である。点線で斜線された半導体チップは下チップに上チップが仮圧着された状態を示し、実線で斜線された半導体チップは下チップに上チップが本圧着された状態を示す。すなわち、点線又は実線で斜線された半導体チップは上チップ２が露出されている。
【００２４】
本圧着は仮圧着の後に行われるが、図７に示すように総ての上チップ２を仮圧着した後で、図８に示すように複数個の上チップ２と下チップ１７を本圧着してもよい。
【００２５】
また、図９及び図１０に示すように仮圧着しながら本圧着を行ってもよい。図９では仮圧着を２段分した後で、図１０で仮圧着しながら２段ずつ本圧着する。このように仮圧着と本圧着を並行して行うことができ、更なる製造工程の時間短縮を図ることができる。
【００２６】
また、半導体ウエハ１４の表面積と同程度若しくはそれより大きい面積を有した本圧着ヘッド１２を用いると、図１１に示すように半導体ウエハ１４上の下チップ１７と上チップ２の総ての仮圧着を行った後、図１２に示すように総ての上チップ２と下チップ１７を本圧着することも可能である。
【００２７】
また、圧着ヘッドは１つの仮圧着ヘッド１１と１つの本圧着ヘッド１２に限られない。すなわち、圧着ヘッドは３つ以上あっても本発明の利益を得ることができる。例えば、図１３に示すように１つの仮圧着ヘッド１１で半導体チップを仮圧着し、２つの本圧着ヘッド１２，１８を並行して本圧着することも可能である。もちろん、仮圧着ヘッド１１が複数あってもよい。更なる半導体チップの圧着の時間短縮を図ることができる。
【００２８】
また、上述したように本圧着は縦２列、横２列の４個単位の半導体チップ毎に行う例について説明したが、これに限定するものではなく、複数個であれば何個ずつでも構わない。一度に圧着できる個数が増えれば増えるほど１つの半導体ウエハに対する圧着工程時間を短縮することができる。
【００２９】
さらに、上述したように半導体チップをＣｏＣ接続した後、半導体チップ間にアンダーフィル樹脂（図示せず）を封止する。アンダーフィル樹脂は１つ１つのＣｏＣ接続した半導体チップに対して封止していく。このアンダーフィル樹脂の封止は本圧着後に行うが、本圧着と並行してアンダーフィル樹脂封止することができる。したがって、アンダーフィル樹脂封入を総ての半導体チップの本圧着が終わるまで待つ必要がなく、結果的に時間短縮をすることができる。
【実施例２】
【００３０】
次に本願発明の実施例２にかかる半導体装置の製造方法について図１４乃至図１６に示す。図１４乃至図１６は、半導体製造装置の一部の断面図を示したものである。
【００３１】
上述した実施例１では個別化した半導体チップと半導体ウエハ上に形成された半導体チップのバンプ電極同士を接続させる実施例であったが、本実施例では、一方がバンプ電極、他方がパッド電極の場合について説明する。
【００３２】
実施例１と同様に上チップをダイシング工程により個別化し、下チップはウエハ状態とする。ここで、上チップの電極はバンプ電極、下チップの電極はパッド電極である。
【００３３】
図１４に示すように半導体製造装置１０のウエハステージ１３上に下チップ２２のパッド電極２１が上面になるように半導体ウエハ２０を載せる。パッド電極２１にはバンプ電極との圧着のため、予めＮｉなどの金属材料をつけておいてもよい。さらに、半導体製造装置１０の仮圧着ヘッド１１に上チップ２を吸着させる。上チップ２のバンプ電極１６はウエハステージ１３と対面するようにする。そして、仮圧着ヘッド１１に吸着された上チップ２のバンプ電極１６と半導体ウエハ２０上に形成された下チップ２２のパッド電極２１が互いに合うように位置合わせを行う。位置合わせは仮圧着ヘッド１１を動かし調整してもよいし、ウエハステージ１３を動かし調整してもよい。また仮圧着ヘッド１１とウエハステージ１３の両方を動かして調整してもよい。
【００３４】
次に図１５に示すように、仮圧着ヘッド１１を押し下げる。実施例１と同様に１個ずつ上チップ２のバンプ電極１６と半導体ウエハ２０上の下チップ２２のパッド電極２１を加圧して圧着させる。ここで、バンプ電極１６とパッド電極２１の圧着は強く圧着する必要はなく、上チップ２が動かない程度に圧着されていればよい。したがって、圧着条件は例えば温度条件２５０℃、圧力条件1mN/bump、時間条件１秒で十分である。このように圧着時間は短時間で終了する。圧着には、予めバンプ電極にＳｎ系の材料、例えばＳｎ単体、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｕ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｓｍなどをつけておく。さらに超音波などを用いてバンプ電極についた酸化膜を除去しながら圧着してもよい。
【００３５】
次に図１６に示すように、図１５において仮圧着した上チップ２と半導体ウエハ２０上の下チップ２２を強く圧着するために本圧着ヘッド１２を仮圧着した上チップ２に更に押し当てる。ここで、本圧着ヘッド１２のヘッド面積は、仮圧着ヘッド１１より大きいので、実施例１と同様に複数の上チップ２を一度に半導体ウエハ２０上の下チップ２２に圧着することができる。本圧着ヘッド１２又はウエハステージ１３を加熱し、先にバンプ電極につけたＳｎ系の材料を融解させながら加圧して複数の上チップ２のバンプ電極１６と半導体ウエハ２０上の下チップ２２のパッド電極２１とを同時に圧着させる。
【００３６】
例えば、温度条件２８０℃、圧力条件1mN/bump、時間条件１５秒で上下のチップを確実に圧着することができる。本圧着する時間は仮圧着と比較して長くなるが、複数個単位で半導体チップを同時に半導体ウエハに圧着できるので１つ１つ半導体チップを圧着させる場合と比較して時間を短縮することができる。
【００３７】
なお、本圧着は上下チップを確実に圧着させるため仮圧着よりも温度条件、加圧条件は同一若しくは高く設定することが望ましい。
【００３８】
なお、上チップ２の電極がパッド電極で、下チップ１７の電極がバンプ電極であっても同じ効果が得られる。
【００３９】
さらに実施例１と同様に、半導体チップをＣｏＣ接続した後、半導体チップ間にアンダーフィル樹脂（図示せず）を封止する。アンダーフィル樹脂は１つ１つのＣｏＣ接続した半導体チップに対して封止していく。このアンダーフィル樹脂の封止は本圧着後に行うが、本圧着と並行してアンダーフィル樹脂封止することができる。したがって、アンダーフィル樹脂封入を総ての半導体チップの本圧着が終わるまで待つ必要がなく、結果的に時間短縮をすることができる。
【実施例３】
【００４０】
次に本願発明の実施例３にかかる回路基板の製造方法について図１７乃至図１９に示す。図１７乃至図１９は、回路基板製造装置の一部の断面図を示したものである。
【００４１】
上述した実施例１並びに実施例２では個別化した半導体チップと半導体ウエハ上に形成された半導体チップを圧着させる実施例であったが、本実施例では、実装基板と半導体チップの圧着について説明する。
【００４２】
まず、実施例１並びに実施例２と同様にバンプ電極が形成された半導体チップはダイシング工程によって個別化しておく。
【００４３】
実装基板の電極は、バンプ電極であってもパッド電極であってもどちらでもよい。ただし、搭載する半導体チップの電極がパッド電極の場合は実装基板の電極はバンプ電極にする。すなわち、どちらかの電極をバンプ電極であれば本実施例が実施できる。ここでは実装基板と半導体チップの電極が共にバンプ電極の場合について説明する。
【００４４】
次に図１７に示すように、半導体チップを搭載する面を上にして実装基板３３を固定する。仮圧着ヘッド３１に半導体チップ３５を吸着させる。半導体チップ３５のバンプ電極３６が実装基板３３と対面するようにする。そして、仮圧着ヘッド３１に吸着された半導体チップ３５のバンプ電極３６と実装基板３３のバンプ電極３４が互いに合うように位置合わせを行う。位置合わせは仮圧着ヘッド３１を動かしてもよいし、実装基板３３を動かして調整してもよい。また仮圧着ヘッド３１と実装基板３３の両方を動かして調整してもよい。
【００４５】
次に図１８に示すように、仮圧着ヘッド３１を押し下げて１個ずつ半導体チップ３５のバンプ電極３６と実装基板３３のバンプ電極３４を加圧して圧着させる。ここで、これらのバンプ電極３４，３６の圧着は強く圧着する必要はなく、半導体チップ３５が動かない程度に圧着されていればよい。したがって、圧着時間は上述した実施例１並びに実施例２と同様に数秒程度以内の短い時間で終了する。圧着には、予めバンプ電極にＳｎ系の材料、例えばＳｎ単体、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｕ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｓｍなどをつけておく。さらに超音波などを用いてバンプ電極についた酸化膜を除去しながら圧着してもよい。
【００４６】
次に図１９に示すように、図１８において仮圧着した半導体チップ３５と実装基板３３を強く圧着するために本圧着ヘッド３２を仮圧着した半導体チップ３５に更に押し当てる。ここで、本圧着ヘッド３２のヘッド面積は、仮圧着ヘッド３１より大きいので、複数の半導体チップ３５を一度に実装基板３３に強く圧着することができる。このように、複数の半導体チップを同時に実装基板３３に圧着できるので１つ１つ半導体チップを圧着させる場合と比較して時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１、１４、２０・・・半導体ウエハ
２、３５・・・半導体チップ（上チップ）
３・・・ダイシングライン
１０、３０・・・半導体製造装置
１１、３１・・・仮圧着ヘッド
１２、１８、３２・・・本圧着ヘッド
１３・・・ウエハステージ
１５、１６、３４、３６・・・バンプ電極
１７、２２・・・半導体チップ（下チップ）
２１・・・パッド電極
３３・・・実装基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011061073.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011061073.tif 000011
【図１０】
2011061073.tif 000012
【図１１】
2011061073.tif 000013
【図１２】
2011061073.tif 000014
【図１３】
2011061073.tif 000015
【図１４】
2011061073.tif 000016
【図１５】
2011061073.tif 000017
【図１６】
2011061073.tif 000018
【図１７】
2011061073.tif 000019
【図１８】
2011061073.tif 000020
【図１９】
2011061073.tif 000021