(57)【要約】【課題】２層テープキャリア使用のＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ）構造のＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）は、テープ基材側からボンディングツールを押し当て加圧する為に、テープ基材の線膨張係数とチップの線膨張係数の差による応力差が発生し、接合後テープのインナーリードとチップの電極パッド界面で剥がれが発生していた。【解決手段】ツール形状を凹状態に加工し、ツールとポリイミドの接触面を最小限にし、インナーリードと電極部のみを押さえる構造とし、ポリイミドテープの熱膨張応力を抑制する。ボンディング直後、クランパから冷却用エアーをテープ面に当て急冷却をする。【選択図】　図１
2004071608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが載置されるボンディングステージと、
前記ボンディングステージ上方に２層テープキャリアを配置し、
搬送してクランプする機能を有する固定治具と、
前記２層テープキャリアの電極部インナーリード部を、荷重制御可能に設けられたボンディングツールで、前記２層テープキャリア越しに前記半導体チップの電極とを位置合わせして、前記半導体チップに熱圧着する機能を有する半導体装置の製造装置において、
前記ボンディングツールと、前記ボンディングステージは、熱圧着時の加熱温度近傍の温度で、それぞれ前記２層テープキャリアと、前記半導体チップ裏面の接触面を高温研磨し、表面平坦度が平坦になるように加工するが、表面研磨を意図的に、前記ボンディングツールは長辺中央部分が０μｍ〜最大２．０μｍ程度凹状態での平坦度を有するように表面研磨し、逆に前記ボンディングステージは、長辺中央部分が０μｍ〜最大２．０μｍ程度凸状態での平坦度を有し、前記ボンディングツールと前記ボンディングステージが接合時に接触する押圧面が平行になるように表面研磨することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記ボンディングツールの前記２層テープキャリアへ押圧する接触面の形状を、前記半導体チップのチップ端部に配列された電極部周辺のみを残して、前記ボンディングツール中央部分を凹状態に抉った形状を有する事を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記ボンディングステージに載置した前記半導体チップの電極部を、前記２層テープキャリアの電極部インナーリード部に熱圧着後に、
前記２層テープキャリアとの前記ボンディングツール接触面を冷却する事を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば半導体装置の製造装置および製造方法に関するもので、特に、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）装置により半導体チップとテープキャリアとを接続した、いわゆるＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）の中で、特に２層テープキャリアを用いたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ）構造パッケージの製造に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造の分野においては、小型化や多ピン化にともなって、半導体チップのボンディングパッド間が狭ピッチ化してきており、従来のワイヤボンディングでは対応しきれない状況になりつつある。このような状況の中で、ワイヤボンディングによる接続方法に代わるものとして、ＴＡＢテープを用いて半導体チップを搭載するようにしたＴＣＰが開発されている。
【０００３】
ＴＡＢテープの場合、インナーリードの間隔をワイヤボンディングが可能な限界のピッチよりも狭く形成することができるため、ボンディングパッド間の狭ピッチ化に対して優位であり、しかも、安価に対応できる。ＣＯＦは更なる狭ピッチに対応する為に、半導体チップをＴＡＢテープに搭載する際の貫通穴をなくし、従来貫通穴に伸びていたフライングインナーリードをＴＡＢテープ上に形成することにより更なる狭ピッチを実現出来る構成である。
【０００４】
図７は、上記したＣＯＦパッケージの製造に用いられる、従来のボンディング装置の要部（設備断面図）を示すものである。従来のボンディング装置では、まず、ボンディングステージ１２上に半導体チップ１０１を載置した後、その半導体チップ１０１位置をボンディング装置に認識させる。次に、半導体チップ１０１の上部にＣＯＦテープ１０２を配置し、ＣＯＦテープ１０２のインナーリード１０２ａをＣＯＦテープ１０２のパターン面と反対側（基材側）からポリイミドを透過した状態で、半導体製造装置に同様に相対位置を認識させる。上記双方の電極パッド１０１ａとインナーリード１０２ａをＣＯＦテープ１０２の基材側からボンディングツール１１を押し当てることにより、間接的にインナーリード１０２ａを半導体チップ１０１の電極パッド１０１ａに加熱、押圧して接合をする。この後、接合された半導体チップ１０１とＣＯＦテープ１０２の間に浸透性の高い保護用樹脂を流し込み、接合部を保持させた後、樹脂を熱硬化させ上記半導体装置を完成させる（図示なし）。
【０００５】
しかし、上記した従来のボンディング装置の場合、ボンディングツール１１がＣＯＦテープ１０２の基材に直接接触する為、ＣＯＦテープ１０２基材がボンディングツール１１の熱の影響により熱膨張し、半導体チップ１０１の電極パッド１０１ａと接合される際、大きな内部応力を生じたまま接合されるという問題がある。また、液晶ドライバーなどの半導体チップ１０１は、２０ｍｍ×２ｍｍ程度といった縦横比の極端に不均一なサイズの場合、ボンディングツール１１とボンディングステージ１２の表面平坦度のバラツキにより、特に半導体チップ１０１コーナー部分の押圧が不充分でインナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａが接合後剥がれるといった問題があった。
【０００６】
この接合部の温度プロファイルが図８である。接合部は、ボンディングステージ１２の熱３５０℃〜４００℃と押圧側のボンディングツール１１の熱１５０℃〜３００℃により急激に温度上昇する。ボンディングツール１１が加圧終了後、ボンディングツール１１、ボンディングステージ１２ともに接合ポイントから退避し、急激に接合部温度が下がる。ＣＯＦテープ１０２側がＳｎメッキ、電極パッド１０１ａ側突起がＡｕの場合、押圧時Ａｕ−Ｓｎ共晶が形成され合金化が進むが、ボンディング直後からその温度が低下し、共晶物は融点である２３０℃程度までは液体であり、接合部周辺ではＣＯＦテープ１０２の熱膨張などの外力に対して、非常に不安定な状態にある。
【０００７】
図９は、ボンディングツール１１とボンディングステージ１２の接触面の表面平坦度状態を簡略的に示した図である。ボンディングツール１１は、ボンディング時の加熱条件で表面研磨して平坦度調整し、半導体チップ１０１上の電極パッド１０１ａとインナーリード１０２ａを押圧した際、押圧が半導体チップ１０１表面内で均一に掛かる様に加工している。従来のＴＣＰを接合する際は、ボンディングツール１１で直接インナーリード１０２ａを押圧する為に、インナーリード１０２ａ材厚が３５μｍ〜１５μｍあり、この変形や電極パッド１０１ａ高さが１５μｍ程度ある為、双方変形により平坦度が周縁部から中心部になだらかに凹状面〜凸状面で、ツール周縁部から−１．０μｍ〜１．０μｍ範囲に仕上がっておれば、問題なく接合が可能であった。しかし、ＣＯＦテープ１０２を半導体製造装置でボンディングする場合は、ボンディングツール１１をＣＯＦテープ１０２の基材、例えばポリイミド面を押圧することにより、間接的にＣＯＦテープ１０２のインナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａを接合している。この場合、半導体チップ１０１面内のボンディングツール１１の平坦度が高精度でないと十分な接合が得られない。この時のボンディングツール１１の平坦度が周縁部から中心部になだらかに凸状面をなす場合（図９）や、ボンディング荷重受け側のボンディングステージ１２の平坦度が凸状面であることも原因すると思われるインナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａとの押圧不十分による剥がれが発生することがある。これは、半導体チップ１０１の長辺端部でＣＯＦテープ１０２の熱膨張収縮による応力が最大であり、インナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａ間の平坦度による押圧組立条件マージン劣化により、さらに剥がれが発生する頻度、危険性が増すことがある。そこで、意図的にボンディングツール１１の表面平坦度を凹状面で製作し使用するということを実施している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来においては、半導体チップとＣＯＦテープの間に、それぞれの材料の線膨張係数差により大きな応力が内在し、半導体チップの大きさや電極パッドの配置によっては、インナーリードと電極パッドが剥がれるといった問題が発生していた。
【０００９】
そこで、この発明は、半導体チップの接合に対してダメージを与えることなく、半導体チップの電極パッド部とＣＯＦテープの接着を良好に行うことが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明の半導体装置の製造装置にあっては、半導体チップが載置されるボンディングステージと、このステージ上部へＣＯＦテープを載置し、該半導体チップの電極パッド部を、その上方より支持する荷重制御可能に設けられた接合用ツールで熱圧着するよう構成されている。
【００１１】
この発明の半導体装置の製造装置にあっては、ボンディングツールのＣＯＦテープとの接触面への接触面積を少なくして、ボンディングツール中央部分の接合に直接関係の無いツール接触面を減らすことにより、ボンディングツールからのテープへの熱伝導を抑え、ＣＯＦテープの熱膨張による、電極パッドとインナーリードの接合後の内在応力を最小限にして、接合を安定化することを可能にする。
【００１２】
また、この発明の半導体装置の製造装置のＣＯＦテープキャリアクランプ治具等に、冷却装置を取りつけ、ボンディング直後に、ＣＯＦテープ接合部を冷却することにより、ＣＯＦテープの熱膨張を抑制し、接合直後の接合部周辺の合金層の液層化から凝固を早める事により接続信頼性の向上が可能になる。
【００１３】
さらに、この発明の半導体装置の製造装置は、ボンディングツールやボンディングステージの接触面の平坦度出来映えが、一般的に±１．０μｍであるが、それぞれの出来映えの組合せによっては、加圧面の平坦性が保たれず、加圧の不均衡が発生する。そこで、接合治具の接触面を合わせ込むことにより、加圧の面内均一性が保たれ、接合信頼性が増す。
【００１４】
また、ＣＯＦテープ受圧面とボンディングツール押圧面は、加圧後双方の面が引っ付き、ボンディングツールが加熱押圧後上方へ退避する際、上方へＣＯＦテープを引き剥がす応力が発生する。この時ＣＯＦテープの受圧面を意図的に荒らすことにより、この引き剥がし力を回避することが可能になる。
【００１５】
この発明の半導体装置の製造装置および製造方法によれば、ＣＯＦテープのツールによる熱膨張を抑制し、チップ内の各電極を均一に押圧し、テープ面の引っ付きも回避できることから確実な接合が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態にかかる、ボンディング装置の要部を概略的に示すものである。
【００１７】
たとえば、このボンディング装置は、本発明のボンディングツール１１と本発明のボンディングステージ１２を配置し、ＣＯＦテープ１０２を固定する本発明のクランパ１３とクランパ前にレーザーユニット１４が設置されている構造である。
【００１８】
本発明のボンディングツール１１の詳細例を図２に示す。このボンディングツール１１のボンディング押圧面中央部分１１ａが窪んでいる。このボンディングツール１１は、先端部の押圧面が気相ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素を主成分とする硬質物質からなり、このダイヤモンドまたは窒化ホウ素を成長させるツール先端部分のベース材料は、半導体チップ１０１サイズを基準に切り出したセラミックスを使用している。このボンディングツール１１の１つの製造例としては、まず適切なサイズに切り出したセラミックスを鋭利なダイヤモンド等の硬質材料でセラミックスを割り砕くことにより所定のサイズでツール中央部分を窪ませる。この時の窪ませる深さは、３０μｍ〜５０μｍ程度で使用するＣＯＦテープ１０２の基材厚み程度を目安に窪ませる。ボンディング押圧面領域は、ボンディングツール外周部から電極パッド１０１ａまでと、電極パッド１０１ａの奥行きサイズから更に２００μｍ〜５００μｍ程度の平坦部分を残す。このボンディングツールベースセラミックスの加工後、気相ダイヤモンドを成長させ、従来のボンディングツール１１で加工するように、ボンディング温度条件より低い温度でボンディングツール１１押圧面を高温研磨することにより、周縁部から中心部になだらかに窪んだ凹状面をなし、そのサイズが周縁部に対して０μｍ〜２．０μｍ凹んだ形状の、ボンディングツール１１を形成することが出来る。またこのボンディングツールには、テープ押圧時の空気逃げ穴１１ｃを設ける。
【００１９】
このボンディング装置は、ＣＯＦテープ１０２を本発明クランパ１３により支持する。この詳細例を、図３に示す。この前記クランパ１３はＣＯＦテープ１０２クランプ開口１３ｂの一方かもしくは両方からＣＯＦテープ１０２冷却用のクランパ冷却配管１３ａが取り付けられている。このクランパ冷却配管１３ａには、高圧エアーが引かれており、ボンディング直後にＣＯＦテープ１０２基材側の接合面に高圧エアーを吹き付ける構造になっている。
【００２０】
次に、本発明のボンディングステージ１２の具体例を図４に示す。ボンディングステージ１２は、先端部の押圧面は、立方晶窒化ホウ素を主成分とする硬質物質等からなり、このステ−ジのベース材料は、Ｆｅが主成分の低膨張合金で構成されている。ボンディングステージ１２は、接合条件に対してより高温側で高温研磨することにより、意図的にステージ押圧面を、周縁部に対して中央部がなだらかに凸形状を有するように研磨する。その高さは、ステージ周縁部に対して０μｍ〜２．０μｍ凸状態を狙う。これにより前記ボンディングツール１１とボンディングステージ１２の押圧面が、接合時に平行に形成できるように調整される。出来映えでどちらかの凹凸が上、下限の０μｍと２．０μｍであっても、押圧に半導体チップ内均一性は確保できる範囲である。
【００２１】
図５は、本発明のＣＯＦテープ１０２の具体例を示す概略図である。インナーリード１０２ａを避けて、ＣＯＦテープ１０２上に粗化領域１０２ｂを設ける。この一実施の形態として、図１にあるようにレーザーマーキング用のレーザーユニット１４をボンディング装置のローダー部とテープクランプ部の間に設置し、ボンディングする直前に、レーザーユニット１４でＣＯＦテープ上に直線を何本か引きテープ粗化を行う。図５では、面で粗化領域１０２ｂを図示しているが、直線を何本か引くことでも同様の効果が得られる。この時、レーザーでＣＯＦテープ１０２に引く線の深さは、数μｍ〜２０μｍ程度、線幅は、５０μｍ〜１００μｍ程度とする。半導体チップ１０１の長辺方向に直線を引く場合は、インナーリード１０２ａを避けた領域に、平行線で３本程度の直線をテープに設ける程度で効果が得られる。この効果を増す為には、実際のボンディングツール外周サイズ１１ｂを基準にインナーリード１０２ａから１００μｍ以上離した領域にテープ粗化領域１０２ｂを打痕を付けるなどして設ければ更に本発明の効果が発揮される。
【００２２】
製造方法であるが、前記したレーザーユニット１４でテープの基材面粗化を行ったＣＯＦテープ１０２をこのクランパ１３で固定し、インナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａの位置合わせを実施後、本発明のボンディングツール１１とボンディングステージ１２を用い、ツール温度１５０℃〜３００℃、ステージ温度３５０℃〜４００℃、ボンディング時間１．０ｓ〜２．０ｓ、ボンディング荷重をインナーリード１０２ａと電極パッド１０１ａの接合面積に対し、単位荷重で０．１０×１０−３Ｎ／μｍ２〜０．１５×１０−３Ｎ／μｍ２で加熱押圧して接合を行う。接合後にボンディングツール１１が待機位置に引き下がると同時にクランパ上の冷却配管１３ａから高圧エアーを吹き替え一連の接合工程を終了する。この時の接合部分の温度プロファイルを図６に示す。本実施の形態によると、接合後急冷するので従来の徐冷に比べ共晶物の液相状態の時間が短縮され、確実な接合が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、詳述したようにこの発明によれば、半導体装置の製造装置を大きな改造することなく、半導体チップとＣＯＦテープとの接合を良好に行うことが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の一形態にかかる、ボンディング装置の要部を示す概略図（設備断面図）
【図２】製造プロセスを説明するために示すボンディングツール先端部の断面図
【図３】製造プロセスを説明するために示すテープクランプ治具の概略構成図
【図４】ボンディングツールとボンディングステージ平坦度を説明するために示す、ボンディング装置の概略図
【図５】ＣＯＦテープの具体例を示す概略図
【図６】製造プロセス工程を説明するために示す、接合部分の温度プロファイル状態を示す概略グラフ
【図７】従来の実施形態を示す、ボンディング装置の要部を示す概略図（設備断面図）
【図８】同じく、製造プロセス工程を説明するために示す、接合部分の温度プロセス状態を示す概略グラフ
【図９】同じく、ボンディングツールとボンディングステージ平坦度を説明するために示す、ボンディング装置の概略図
【符号の説明】
１１　ボンディングツール
１１ａ　ボンディングツール溝、窪み
１１ｂ　ボンディングツール外周
１１ｃ　ボンディングツール空気逃げ穴
１２　ボンディングステージ
１３　クランパ
１３ａ　クランパ冷却配管
１３ｂ　クランパ開口
１４　レーザーユニット
１０１　半導体チップ
１０１ａ　電極パッド（突起）
１０２　テープキャリア
１０２ａ　テープキャリア　インナリード
１０２ｂ　テープキャリア粗化領域
【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】
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【図８】
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【図９】
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