(57)【要約】 【課題】  半導体チップに形成される突起電極と回路基板に形成される電極端子との接合強度と接合安定性とに優れ、さらに接合箇所の位置ずれを防止することのできる超音波フリップチップ接合方法を提供する。【解決手段】  超音波振動を印加して半導体チップ２０を回路基板３０に接合するに際し、半導体チップの電子回路パターンに接続されない未接続突起電極２３と、未接続突起電極に対応するように予め回路基板に形成される接触検出用電極端子３３とが少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことを、未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含む回路に流れる電流検出によって判定し、該判定結果に応答して、半導体チップに超音波振動を印加し、半導体チップと回路基板とを接合する。【選択図】      図５
2005286049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を印加して半導体チップを回路基板に接合する超音波フリップチップ接合方法において、
ボンディングツールに半導体チップを保持させるステップと、
半導体チップが保持されるボンディングツールを回路基板に近接する方向に移動するステップと、
ボンディングツールを回路基板に近接する方向に移動することによって、半導体チップに予め形成される電極であって半導体チップの電子回路パターンに接続されない未接続突起電極と、未接続突起電極に対応するように予め回路基板に形成される接触検出用電極端子とを接触させるステップと、
未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを検出する接触検出ステップと、
未接続突起電極と接触検出用電極端子とが、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことが検出されるとき、ボンディングツールおよびボンディングツールを介して半導体チップに超音波振動を印加し、半導体チップと回路基板とを接合するステップとを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合方法。
【請求項２】
接触検出ステップは、
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路に電圧を印加するステップと、
前記回路に流れる電流を検出する導通検出ステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の超音波フリップチップ接合方法。
【請求項３】
半導体チップには、電子回路パターンに接続される接続突起電極が形成され、
未接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さが、
接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さよりも高いことを特徴とする請求項１または２記載の超音波フリップチップ接合装置。
【請求項４】
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路は、
接続突起電極を含んで構成される回路から独立して形成されることを特徴とする請求項３記載の超音波フリップチップ接合装置。
【請求項５】
超音波振動を印加して半導体チップを回路基板に接合する超音波フリップチップ接合装置において、
半導体チップを保持するボンディングツールと、
回路基板が保持され少なくとも１軸方向に移動可能なテーブルと、
ボンディングツールをテーブルに保持される回路基板に対して近接離反する方向に移動させるツール駆動手段と、
ボンディングツールに超音波振動を印加する超音波振動印加手段と、
半導体チップに予め形成される電極であって半導体チップの電子回路パターンに接続されない未接続突起電極と、未接続突起電極に対応するように予め回路基板に形成される接触検出用電極端子とが、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことを検出する接触検出手段と、
接触検出手段の検出出力に応答し、ボンディングツールに対して超音波振動を印加するように超音波振動印加手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合装置。
【請求項６】
接触検出手段は、
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路に電圧を印
加する電源と、
電源に接続され、ボンディングツールが回路基板に対して近接する方向へ移動するのに伴って接触検出用電極端子または回路基板に形成されて接触検出用電極端子に接続される測定端子に当接するように設けられるプローブ端子と、
前記回路に流れる電流を検出する電流検出器とを含むことを特徴とする請求項５記載の超音波フリップチップ接合装置。
【請求項７】
プローブ端子が、超音波振動印加手段によって超音波振動が印加伝播される部位に装着され、
該装着位置が、超音波振動の振幅が零になる位置であることを特徴とする請求項６記載の超音波フリップチップ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波フリップチップ接合方法および接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップを回路基板に実装する手法には、半導体チップの電極と回路基板の電極端子とを、たとえば金（Ａｕ）などからなる細線によってボンディングして電気的接続を得るワイヤボンディング接合方法が用いられていた。しかしながら、このワイヤボンディング接合方法では、半導体チップの外形よりも外側に電極端子を配置しなければならないので、半導体チップと回路基板とを接続すると半導体チップそのものの大きさよりも、必ず大きくなるという問題がある。したがって、ワイヤボンディング接合方法では、軽薄短小化、低コスト化がますます熾烈を極めている携帯電話に代表されるモバイル情報機器等への対応が困難になってきている。
【０００３】
そこで、小型化が要求されるモバイル情報機器の実現に関しては、ワイヤボンディング接合方法に比べ、半導体チップの面積と同等な実装面積で実装可能なフリップチップ接合方法が注目されている。
【０００４】
フリップチップ接合方法は、半導体チップの電極と、回路基板などの電極とを、導電性を有する接続部材であるバンプによって接合する実装方法である。このバンプには、形成プロセスが比較的容易であるＡｕボールバンプが広く実用化されている。フリップチップ接合方法は、バンプを介して複数の接合箇所を一括して接合することができるので、基本的に接続箇所を１箇所ずつ順番に極細ワイヤでボンディングするワイヤボンディング接合方法に比べて生産効率が高いという利点を有している。またフリップチップ接合方法では、接合端子である電極の配置が半導体チップの周辺に限定されないので、接合端子の数を大幅に増大することができるとともに、半導体チップの実装面積を小さくすることができ、また回路の配線長さも短くすることができる。したがって、フリップチップ接合方法は、高密度実装および高速度半導体チップの実装などに適している。
【０００５】
このフリップチップ接合方法の具体的手法としては、導電性ペーストのような中間材を介してバンプと回路基板の電極端子とを接合する手法、また熱圧着または超音波併用熱圧着によって直接接合する手法などがある。特に、後者の超音波振動を印加して直接接合する超音波フリップチップ接合は、熱圧着に比べて低温度で接合が可能であり、さらに１秒程度の短時間で接合が完了するので、実装コストの低減が期待でき、多端子の半導体チップに対する接合方法として注目されている。
【０００６】
超音波フリップチップ接合方法においては、回路基板上に配置される半導体チップに対して荷重を印加後、超音波振動を印加する方法、また荷重と超音波振動とをほぼ同時に印加する方法、さらに電気的接続信頼性を高めるために、たとえば印加する荷重と超音波の出力とを段階的に大きくする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
これらの従来技術において提案される典型的な超音波フリップチップ接合方法について以下に説明する。図１４は、従来の超音波フリップチップ接合方法を説明するフローチャートである。
【０００８】
ステップａ０のスタートでは、超音波フリップチップ接合装置と、接合される半導体チップおよび回路基板が準備され、半導体チップが超音波フリップチップ接合装置に備わるボンディングツールに吸着保持され、回路基板が超音波フリップチップ接合装置に備わる
テーブル上に載置される。
【０００９】
ステップａ１では、回路基板の電極端子に対する半導体チップの突起電極の位置決めを行う。この位置決めは、たとえば撮像装置などで回路基板の電極端子と半導体チップの突起電極との位置を検出し、両者の位置が対応するように、回路基板が載置されるテーブルを移動させることによって行う。
【００１０】
ステップａ２では、半導体チップを吸着保持したボンディングツールを回路基板上に下降させる。ステップａ３では、ボンディングツールの上部に設けられる荷重検知器であるロードセルによって、半導体チップおよび回路基板に負荷される荷重値を測定する。
【００１１】
ステップａ４では、ロードセルによって測定される荷重が、予め規定した荷重値に達したか否かが判定される。判定結果が否定であるときステップａ２へ戻り以降のステップを繰返す。すなわちボンディングツールの下降と荷重測定とを繰返す。このとき、荷重値を測定する頻度の時間間隔としては、通常数十ｍｓｅｃ程度が選択される。
【００１２】
ステップａ４の判定結果が肯定であるとき、ステップａ５へ進む。ステップａ５では、超音波発振器に超音波発振信号を与え、超音波振動子からボンディングツールへ所定の超音波振動を印加する。ステップａ６では、予め定める超音波振動印加時間が経過すると、ボンディングツールへの超音波振動の印加が停止される。その後、ボンディングツールを上昇させ、ステップａ７のエンドへ進み一連の接合工程が完了する。
【００１３】
従来の超音波フリップチップ接合方法では、ボンディングツールの上部に設けられるロードセルによって半導体チップに負荷される荷重を検出し、該検出出力に応じて接合装置の動作を制御している。しかしながら、荷重検出に基づく動作制御では、低荷重域において電気信号にノイズがのりやすく、荷重値を測定する時間間隔を数ｍｓｅｃに短くすると測定荷重値がばらつきやすくなる。したがって、低荷重域においては、荷重値のばらつきを防止するために、荷重値を測定する時間間隔を長くして精密に荷重値を測定している。
【００１４】
この長くした荷重値を測定する時間間隔としては、通常前述の数十ｍｓｅｃ程度が選択されるので、荷重値が測定、更新される間に、ボンディングツールが数μｍ程度下降する。したがって、たとえば半導体チップに形成される突起電極の高さが数十μｍの場合、突起電極に負荷される荷重値が測定、更新される間に、突起電極の高さが、約１０％程度圧縮変形されることになり、突起電極が過剰に変形する。
【００１５】
このように、荷重値を検出し、荷重値が予め定める値に達したとき、超音波を印加する接合方法では、突起電極に対して適正荷重が負荷されるタイミングに比べて、超音波振動が印加されるタイミングが遅れる。すなわち、荷重値が測定、更新される間に、突起電極の変形が進み、過剰に変形した突起電極に、超音波振動が印加されて接合されるので、突起電極と回路基板の電極端子との接合強度にばらつきが生じ、接合性が不安定になるという問題がある。
【００１６】
一方、突起電極の過度な変形を防止するために、荷重値測定の時間間隔を長くするとともに、ボンディングツールの下降速度を遅くすることが考えられる。しかしながら、この方法ではタクトタイムが長くなり、生産性が劣るという問題がある。
【００１７】
また、半導体チップに予め超音波振動を印加し、該半導体チップの突起電極を、回路基板に押圧することも考えられる。しかしながら、この方法では、半導体チップの突起電極と回路基板とが接触する際、振動している状態の突起電極に急激に負荷がかかるので、超音波振動が安定せず、また半導体チップと回路基板との相対位置に位置ずれが発生すると
いう問題がある。
【００１８】
超音波フリップチップ接合において、接合性すなわち接合強度の安定化を図る従来技術に、第１の半導体チップと第２の半導体チップとを接合するに際し、第１の半導体チップのフォトダイオードを形成する領域の外に設けられる第１のダミーバンプ群と、第２の半導体チップのフォトダイオードを形成する領域の外に第１のダミーバンプ群に対応するように設けられるダミーバンプ群との間の導通を検知することによって、第１の半導体チップのバンプと第２の半導体チップのバンプとの接合の圧着終了時点を検知するものがある（特許文献２参照）。
【００１９】
しかしながら、特許文献２に開示される技術では、第１の半導体チップのバンプと第２の半導体チップのバンプとの接合終了に係る圧着状態を検知することはできるけれども、バンプの変形途中における好適な変形率、すなわち半導体チップに超音波振動を印加する好適なタイミングを検知する技術については、何ら開示されていない。したがって、特許文献２に開示される技術では、過剰に変形した突起電極に、超音波振動が印加されて接合されることに伴う接合性の不安定という問題を解決することができない。
【００２０】
また、超音波フリップチップ接合における接合性の安定化に係るもう１つの従来技術では、半導体素子の内部回路とは独立して互いに接続された少なくとも２つの端子を設け、この端子を被着基板上の半導体素子との対峙部の外側に延在する配線に接続する構成を提案するものがある（特許文献３参照）。このような構成によれば、被着基板上の配線部で、半導体素子の端子と被着基板の配線との接続抵抗を測定できるので、半導体素子と被着基板との間の接続抵抗を直接的な方法で確認することができる。
【００２１】
しかしながら、特許文献３では、半導体素子と被着基板との接合工程をすべて終了した後に接続抵抗を測定する技術を開示するのみであり、半導体チップの突起電極の変形途中における好適な変形率、すなわち半導体チップに超音波振動を印加する好適なタイミングを検知する技術については、何ら開示されていない。したがって、特許文献３に開示される技術によっても、過剰に変形した突起電極に、超音波振動が印加されて接合されることに伴う接合性の不安定という問題を解決することができない。
【００２２】
【特許文献１】特開平１１−１０２９３３号公報
【特許文献２】特開平７−５０３３０号公報
【特許文献３】特開平８−１７８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、前述の従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップに形成される突起電極と回路基板に形成される電極端子との接合強度と接合安定性とに優れ、さらに接合箇所の位置ずれを防止することのできる超音波フリップチップ接合方法および接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、超音波振動を印加して半導体チップを回路基板に接合する超音波フリップチップ接合方法において、
ボンディングツールに半導体チップを保持させるステップと、
半導体チップが保持されるボンディングツールを回路基板に近接する方向に移動するステップと、
ボンディングツールを回路基板に近接する方向に移動することによって、半導体チップに予め形成される電極であって半導体チップの電子回路パターンに接続されない未接続突
起電極と、未接続突起電極に対応するように予め回路基板に形成される接触検出用電極端子とを接触させるステップと、
未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを検出する接触検出ステップと、
未接続突起電極と接触検出用電極端子とが、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことが検出されるとき、ボンディングツールおよびボンディングツールを介して半導体チップに超音波振動を印加し、半導体チップと回路基板とを接合するステップとを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合方法である。
【００２５】
また本発明は、接触検出ステップが、
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路に電圧を印加するステップと、
前記回路に流れる電流を検出する導通検出ステップとを含むことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、半導体チップには、電子回路パターンに接続される接続突起電極が形成され、
未接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さが、
接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さよりも高いことを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路は、
接続突起電極を含んで構成される回路から独立して形成されることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、超音波振動を印加して半導体チップを回路基板に接合する超音波フリップチップ接合装置において、
半導体チップを保持するボンディングツールと、
回路基板が保持され少なくとも１軸方向に移動可能なテーブルと、
ボンディングツールをテーブルに保持される回路基板に対して近接離反する方向に移動させるツール駆動手段と、
ボンディングツールに超音波振動を印加する超音波振動印加手段と、
半導体チップに予め形成される電極であって半導体チップの電子回路パターンに接続されない未接続突起電極と、未接続突起電極に対応するように予め回路基板に形成される接触検出用電極端子とが、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことを検出する接触検出手段と、
接触検出手段の検出出力に応答し、ボンディングツールに対して超音波振動を印加するように超音波振動印加手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合装置である。
【００２９】
また本発明は、接触検出手段が、
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路に電圧を印加する電源と、
電源に接続され、ボンディングツールが回路基板に対して近接する方向へ移動するのに伴って接触検出用電極端子または回路基板に形成されて接触検出用電極端子に接続される測定端子に当接するように設けられるプローブ端子と、
前記回路に流れる電流を検出する電流検出器とを含むことを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、プローブ端子が、超音波振動印加手段によって超音波振動が印加伝播される部位に装着され、
該装着位置が、超音波振動の振幅が零になる位置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、半導体チップに形成される電子回路パターンに未接続の未接続突起電極と、未接続突起電極に対応するように回路基板に形成される接触検出用電極端子とが、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で接触したことを検出し、該検出出力に応答して半導体チップに超音波振動を印加して半導体チップと回路基板とを接合する。好ましくは、未接続突起電極と接触検出用電極端子との接触の検出は、両者を含んで構成される回路に流れる電流を検出することによって行われる。
【００３２】
このように、未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを、荷重値ではなく通電電流検出で判断することによって、未接続突起電極が変形する初期過程において超音波振動を印加することが可能になる。したがって、荷重値で判断する場合に比べて、未接続突起電極および電子回路パターンに接続される接続突起電極の好適変形状態において超音波振動を印加することができるので、未接続突起電極および接続突起電極の過度の変形を防止し、接続突起電極と回路基板に形成される電極端子との接合強度のばらつきを抑えることができる。
【００３３】
また、半導体チップと回路基板との接合において、未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを、少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所で検出し、未接続突起電極に超音波振動を印加して接合するので、１もしくは対角位置でない２箇所で接触を検出して接合する場合に比べて、半導体チップと回路基板との仮止め効果が大きい、すなわち充分なアンカー効果が発現される。したがって、接続突起電極と回路基板に形成されて接続突起電極に接合されるべき電極端子とに超音波振動が印加されて接合されるに際し、未接続突起電極と接触検出用電極端子との接合部によって半導体チップと回路基板とが充分な強度で位置決めされているので、位置ずれが防止される。さらに、未接続突起電極と接触検出用電極端子との接合部が超音波振動を吸収するので、接続突起電極と電極端子とに超音波振動が過剰に印加されることが防止され、接合強度のばらつきが抑制される。また、未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを、少なくとも３箇所で検出し、未接続突起電極に超音波振動を印加して接合するので、半導体チップと回路基板との平行度が良好、すなわち傾きがなく接合することができる。半導体チップの略対角に位置する２箇所で検出する場合は、３箇所に次いで、傾きの極めて少ない接合をすることができる。
【００３４】
また本発明によれば、半導体チップには、電子回路パターンに接続される接続突起電極が形成され、未接続突起電極の半導体チップの表面から突出する高さを、接続突起電極のそれよりも高くする。未接続突起電極の高さを、接続突起電極の高さよりも高くすることによって、半導体チップと回路基板との接合に際して、まず少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所の未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触するようにし、未接続突起電極に超音波振動を印加して未接続突起電極と接触検出用電極端子とを接合し、その後、接続突起電極と回路基板の電極端子とを接触させて超音波振動を印加させるようにすることができる。このことによって、未接続突起電極と接触検出用電極端子との接合部にアンカー効果を発現させて位置ずれを防止するとともに、超音波振動を適度に吸収させて、接続突起電極と電極端子とに対する超音波振動の過剰な印加を防止して接合強度のばらつきを抑制することができる。
【００３５】
また本発明によれば、少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路は、接続突起電極を含んで構成される回路から独立して形成される。このことによって、未接続突起電極と接触検出用電極端子との接触検出のために通電する場合においても、接続突起電極には通電されることがないので、接合に際して接続突起電極および電子回路パターンが電気的損傷を受けることがなくなる。
【００３６】
本発明によれば、半導体チップに形成される突起電極と回路基板に形成される電極端子との接合強度と接合安定性とに優れ、さらに接合箇所の位置ずれを防止することのできる超音波フリップチップ接合装置が実現される。
【００３７】
また本発明によれば、超音波フリップチップ接合装置に備えられる接触検出手段は、少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路に電圧を印加する電源と、電源に接続されて前記回路に通電するために設けられるプローブ端子と、回路に流れる電流を検出する電流検出器とを含んで構成される。このことによって、未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを、荷重値ではなく通電電流検出によって判断することが可能になる。したがって、荷重値で判断する場合に比べ、未接続突起電極および電子回路パターンに接続される接続突起電極の好適変形状態を選定して、超音波振動を印加することが可能になる。
【００３８】
また本発明によれば、プローブ端子は、超音波振動印加手段によって伝播される超音波振動の振幅が、零になる位置に装着される。このようにプローブ端子は、超音波振動の影響を受けることのない位置に装着されるので、回路基板の接触検出用電極端子または測定端子に、位置ずれを生じることなく当接し通電することができる。さらにプローブ端子を半導体チップまたは回路基板ではなく、装置本体側に設けることによって、半導体チップまたは回路基板ごとに通電手段を形成する必要がなくなるので、コスト低減に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は本発明の実施の一形態である超音波フリップチップ接合装置１の構成を簡略化して示す系統図であり、図２は接合装置１によって接合される半導体チップ２０を電極の形成される実装面から見た平面図であり、図３は半導体チップ２０に突起電極２４を形成する概要を示す側面図であり、図４は回路基板３０の構成を簡略化して示す平面図である。
【００４０】
図１に示す超音波フリップチップ接合装置１（以後、単に接合装置１と略称する）は、超音波振動を印加して、半導体チップ２０と回路基板３０とを接合することに用いられる。
【００４１】
接合装置１は、大略、半導体チップ２０を保持するボンディングツール２と、回路基板３０を保持する基板保持部３と、基板保持部３が載置されることによって基板保持部３を介して回路基板３０を保持する少なくとも１軸以上の方向に移動可能なテーブル４と、ボンディングツール２をテーブル４に保持される回路基板３０に対して近接離反する方向に移動させるツール駆動手段５と、ボンディングツール２に超音波振動を印加する超音波振動印加手段６と、半導体チップ２０に予め形成される電極であって半導体チップ２０の電子回路パターンに接続されない未接続突起電極２３と、未接続突起電極２３に対応するように予め回路基板３０に形成される接触検出用電極端子３３とが、少なくとも３箇所で接触したことを検出する接触検出手段７と、接触検出手段７の検出出力に応答し、ボンディングツール２に対して超音波振動を印加するように超音波振動印加手段６の動作を制御する制御手段８と、半導体チップ２０および回路基板３０の位置を検出する位置検出手段９とを含む。
【００４２】
接合装置１によって接合される半導体チップ２０は、たとえばシリコン基板２１上に微細な電子回路パターンが形成されたものであり、その表面には接続端子として複数の突起電極が形成される。半導体チップ２０は、平面形状が矩形状を有し、その大きさを例示すると、平面形状の縦×横が６ｍｍ×６ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ程度である。
【００４３】
半導体チップ２０には、２種類の突起電極が形成される。２種類の突起電極は、不図示
の電子回路パターンの外周部を取囲み、電子回路パターンが形成される面上の半導体チップ２０の外縁近傍に形成され、１種が電子回路パターンに接続される接続突起電極２２であり、もう１種が電子回路パターンに接続されない未接続突起電極２３である。接続突起電極２２と未接続突起電極２３とを併せて突起電極２４と呼ぶことがある。
【００４４】
半導体チップ２０の突起電極２４が形成される面には、たとえば窒化シリコン層またはポリイミド層からなる表面保護層が被覆される。この表面保護層の予め定める位置には、表面保護層の無い部分として開口部が形成される。突起電極２４は、開口部に形成される電極層２９の上に形成される。電極層２９の平面形状における寸法を例示すると、たとえば９０μｍ角、厚み１μｍである。
【００４５】
半導体チップ２０と回路基板３０とが接合されて形成される半導体デバイスの電気回路を構成する接続突起電極２２は、たとえばＡｕボールバンプにより形成され、ペリフェラル（周辺）電極型の半導体チップ２０を構成する。
【００４６】
未接続突起電極２３は、たとえばＡｕボールバンプなどからなり、本実施の形態では、平面矩形状の半導体チップ２０における３つの角部付近に、それぞれ一対形成される。一対の未接続突起電極２３を、それぞれ第１および第２未接続突起電極２３ａ，２３ｂと呼ぶ。第１および第２未接続突起電極２３ａ，２３ｂは、隣接して形成され、相互間が半導体チップ２０上の接続配線２５によって接続される。本実施の形態では、一対の突起電極２３は、３箇所に形成されるけれども、これに限定されることなく、３箇所を超えて形成されてもよい。たとえば４つの角部付近すべてに形成されてもよく、またそれに加えて半導体チップ２０の外辺が延びる方向の中央部付近にも形成されてもよい。さらに、半導体チップの略対角に位置する２箇所に未接続突起電極を形成してもよい。この場合においても、半導体チップと回路基板との位置決め、すなわち仮固定が可能となる。この２箇所は、対角の最も端の位置に配置するのが望ましい。３箇所形成する場合も、その３箇所を結んだ三角形の面積が大きくなる位置に配置するのが望ましい。４箇所以上についても同様である。
【００４７】
以下図３を参照して半導体チップ２０における突起電極２４を形成する方法について例示する。接続突起電極２２は、たとえばφ２０μｍのＡｕ線２７をキャピラリ２６に通し、公知のボールバンプ形成技術により、電極層２９上にボールバンプとして形成される。本実施の形態における接続突起電極２２のバンプの径ｄ１は６０〜７０μｍ、半導体チップ２０の表面から突出する高さｈ１が４５〜５０μｍである。
【００４８】
未接続突起電極２３は、たとえばφ３０μｍのＡｕ線２８をキャピラリ２６に通し、公知のボールバンプ形成技術により、電極層２９上にボールバンプとして形成される。本実施の形態における未接続突起電極２３のバンプの径ｄ２は７０〜８０μｍ、半導体チップ２０の表面から突出する高さｈ２が６０μｍである。本発明の半導体チップ２０においては、未接続突起電極２３の突出高さｈ２が、接続突起電極２２の突出高さｈ１よりも高く（ｈ２＞ｈ１）なるように形成され、かつ半導体チップ２０に形成される突起電極２４の内で最も高さが高くなるように形成される。
【００４９】
次に図４を参照して回路基板３０について説明する。回路基板３０は、平面形状が矩形状を有し、たとえばガラス布エポキシ樹脂、アラミド繊維不織布エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂などの絶縁材料から構成される有機基板であり、その寸法を例示すると、平面形状が１５ｍｍ角で、厚みが０．１ｍｍである。
半導体チップ２０の実装面に接合される回路基板３０の接合面３０ａ上には、半導体チップ２０に形成される突起電極２４に対応し、突起電極２４の形成数と同数の電極端子３１が形成される。この電極端子３１には、接続突起電極２２に対応するように形成される接
続電極端子３２と、未接続突起電極２３に対応するように形成される接触検出用電極端子３３とがある。さらに接触検出用電極端子３３は、第１および第２未接続突起電極２３ａ，２３ｂにそれぞれ対応して第１および第２接触検出用電極端子３３ａ，３３ｂが、３箇所に形成される。
【００５０】
接触検出用電極端子３３には、回路基板３０の接合面３０ａ上に形成される測定端子３４が端子接続配線３５によって接続される。より詳細には、第１接触検出用電極端子３３ａと第１測定端子３４ａとが接続され、第２接触検出用電極端子３３ｂと第２測定端子３４ｂとが接続される。電極端子３１および測定端子３４は、回路基板３０上に形成される銅配線上に、たとえばニッケル（Ｎｉ）、Ａｕを順次めっきすることによって形成される。電極端子３１および測定端子３４の最表層に形成されるＡｕめっきは、たとえば無電解めっき法で０．５μｍ厚に施される。
【００５１】
図１に戻って、回路基板３０を保持する基板保持部３は、たとえば金属製の保持部材である。基板保持部３が載置されるテーブル４は、直交する２軸方向に移動可能であり、また基板保持部３の載置面に定められる点をとおり、載置面に垂直な軸線まわりに角変位可能なＸ−Ｙ−θテーブルであり、図１の紙面では、紙面に向って左右方向であるＸ軸方向と、紙面に向かって前後方向であるＹ軸方向と、軸線まわりに可動である。このテーブル４は、テーブル４に接続されるテーブル制御部１０からの移動するべき座標位置を与える動作制御信号に従って、テーブル４に載置される基板保持部３すなわち回路基板３０を、Ｘ−Ｙ−θ方向の所望の位置に移動させることができる。
【００５２】
また接合装置１に備わる位置検出手段９は、半導体チップ２０および回路基板３０を撮像するカメラ１１と、カメラ１１による画像情報に基づいて、半導体チップ２０および回路基板３０のＸ−Ｙ−θ座標位置を認識する画像認識部１２とを含んで構成される。このカメラ１１で撮像されて画像認識部１２で認識される半導体チップ２０および回路基板３０の位置情報は、制御手段８に与えられ、制御手段８が前記位置情報に応答してテーブル制御部１０に動作制御信号を出力し、テーブル制御部１０が、半導体チップ２０の位置に対応するように回路基板３０を移動させるべくテーブル４を駆動させる。
【００５３】
図５は接合装置１に備わるボンディングツール２まわりの構成を示す拡大図であり、図６は図５のボンディングツール２を下降させて回路基板３０に半導体チップ２０を当接させた状態を示す図である。
【００５４】
ボンディングツール２は、たとえば鋼製であり、略直方体形状を有する。ボンディングツール２のテーブル４を臨むツール下面４１には、吸着孔４２が形成される。吸着孔４２は、ツール下面４１のほぼ中央部に開孔され、ツール下面４１からボンディングツール２が有する直方体形状のほぼ中央部まで上に向かって延びる縦孔と、ほぼ中央部において縦孔に連通するように形成されてボンディングツール２の側面に向かって延びる不図示の横孔とを含む。吸着孔４２の横孔は、ボンディングツール２の側面に開口し、この開口部には、不図示の吸着手段たとえば真空ポンプと配管系とが接続される。このように構成されるボンディングツール２は、その吸着孔４２から空気を吸引し、その吸引力によって半導体チップ２０を吸着保持することができる。
【００５５】
ボンディングツール２のツール下面４１に対してほぼ直交する４つの側面のうち対向する２つの面（便宜上第１および第２側面４３，４４と呼ぶ）には、第１および第２ブースタ４５，４６がそれぞれ装着される。第１および第２ブースタ４５，４６が、ホルダ４７に支持され、第１および第２ブースタ４５，４６を介してボンディングツール２がホルダ４７に装着保持される。ホルダ４７に関して、第２ブースタ４６とほぼ対称になるように第３ブースタ４８がホルダ４７に装着される。ホルダ４７は、金属製の有底角筒状部材で
あり、筒状の側面部に第１〜第３ブースタ４５，４６，４８が装着される。
【００５６】
第１〜第３ブースタ４５，４６，４８は、超音波振動を増幅する機能を備える部材である。第３ブースタ４８のホルダ４７に支持される側と反対側には、超音波振動子４９が装着される。
【００５７】
超音波振動子４９は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子または磁歪素子等のようなエネルギー変換器である。超音波振動子４９には、特にジルコンチタン酸鉛などの圧電素子が好適に用いられる。超音波振動子４９は、接合装置１に備えられる超音波発振器１３に電気的に接続され、超音波発振器１３から供給される電力と信号とに応じて、所定周波数の超音波振動を発生して出力する。超音波発振器１３、超音波振動子４９、第１〜第３ブースタ４５，４６，４８が超音波振動印加手段６を構成する。
【００５８】
未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とが接触したことを検出する接触検出手段７は、少なくとも未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とを含んで構成される回路に電圧を印加する電源５１と、電源５１に接続され、ボンディングツール２が回路基板３０に対して近接する方向へ移動、すなわち下降するのに伴って回路基板３０に形成されて接触検出用電極端子３３に接続される測定端子３４に当接するように設けられるプローブ端子５２と、前記回路に流れる電流を検出する電流検出器５３とを含んで構成される。
【００５９】
電源５１は、直流または交流いずれであってもよいけれども、本実施の形態では直流電源を用いる。プローブ端子５２は、先端が５０μｍ径程度の寸法を有し、たとえばタングステン（Ｗ）などの金属からなり、ホルダ４７に装着される部分が絶縁材により絶縁被覆されている。このプローブ端子５２は、超音波振動子４９から第１〜第３ブースタ４５，４６，４８およびボンディングツール２を介し、ボンディングツール２を保持するホルダ４７に印加されて伝播する超音波振動の振幅が０になる位置、いわゆる節の部分に装着される。本実施の形態の接合装置１では、ホルダ４７の筒状側面部のテーブル４を臨む先端部が節となるように寸法設計され、プローブ端子５２は、ホルダ４７の筒状側面部先端部に、ボンディングツール２が下降する方向に対して略４５°以内の角度を有するようにして装着される。
【００６０】
図６に示すようにボンディングツール２が下降し、半導体チップ２０に形成される未接続突起電極２３と、回路基板３０に形成される接触検出用電極端子３３とが接触するととともに、プローブ端子５２が測定端子３４に接触すると、プローブ端子５２、第１測定端子３４ａ、端子接続配線３５、第１接触検出用電極端子３３ａ、第１未接続突起電極２３ａ、接続配線２５、第２未接続突起電極２３ｂ、第２接触検出用電極端子３３ｂ、端子接続配線３５、第２測定端子３４ｂの順に電流が流れる回路が形成されるので、電流検出器５３によって電流が検出される。電流検出器５３は、予め定める電流値以上の電流が検出される場合に、検出信号を制御手段８に対して出力するように設定される。
【００６１】
図１に戻って、制御手段８は、たとえば中央処理装置（略称ＣＰＵ）を備える処理回路である。制御手段８は、未接続突起電極２３に対応して３つ設けられる接触検出手段７のすべてから検出信号が入力された場合に、超音波振動印加手段６が所定の超音波振動をボンディングツール２に対して印加するように動作制御する。なお、半導体チップの略対角に位置する２箇所に対応して２つ設けられる接触検出手段から検出信号が入力され、超音波振動印加手段が動作するように構成されてもよい。
【００６２】
また制御手段８は、超音波振動印加手段６の動作制御だけでなく、位置検出手段９の検出出力に応答して、テーブル制御部１０の動作制御を行うとともに、ツール駆動手段５の
動作制御も行い、接合装置１全体の動作を総合的に制御する。したがって、制御手段８を主制御部８と呼ぶこともある。
【００６３】
第１および第２ブースタ４５，４６を介してボンディングツール２を保持するホルダ４７には、加圧シリンダ５５のピストンロッド５６が装着される。加圧シリンダ５５は、ピストンロッド５６の反対側の取付面が昇降板５７に装着される。昇降板５７には、２つの貫通孔が形成され、互いに平行になるように対向して設けられる第１案内棒部材５８と、第２案内棒部材５９とが、貫通孔にそれぞれ挿通される。昇降板５７は、第１および第２案内棒部材５８，５９に対して摺動可能であり、第１および第２案内棒部材５８，５９に案内されて上下方向に移動することができる。
【００６４】
第１および第２案内棒部材５８，５９は、昇降板５７に関してホルダ４７と反対側に配置される支持フレーム６０にそれぞれ立設される。支持フレーム６０のほぼ中央部であって、前記加圧シリンダ５５に備わるピストンロッド５６の進退方向の延長線上には、電動機６１が装着される。電動機６１は、その出力軸６２が昇降板５７を臨むように配置される。電動機６１の出力軸６２にはおねじ部材６３の一端部が連結される。おねじ部材６３は、昇降板５７に刻設されるめねじ部に螺合されるとともに、その他端部が昇降板５７に回転自在に支持される。電動機６１には、その回転動作を制御するモータ駆動部１４が接続され、さらにモータ駆動部１４が制御手段８である主制御部８に接続される。また加圧シリンダ５５には、不図示の加圧ユニットが配管系によって接続される。
【００６５】
加圧シリンダ５５、昇降板５７、第１および第２案内棒部材５８，５９、支持フレーム６０、おねじ部材６３、電動機６１、モータ駆動部１４がツール駆動手段５を構成する。
【００６６】
モータ駆動部１４からの動作制御信号によって電動機６１を回転駆動し、その出力軸６２に連結されるおねじ部材６３を回転させる。おねじ部材６３の回転運動が、おねじ部材６３に螺合される昇降板５７の直進運動に変換され、昇降板５７が、第１および第２案内棒部材５８，５９に案内されて上下動する。昇降板５７の上下動に従って、昇降板５７に装着される加圧シリンダ５５および加圧シリンダ５５のピストンロッド５６に装着されるホルダ４７が上下動する。
【００６７】
前述のようにして昇降板５７を所望の位置に移動させた状態で、加圧ユニットを動作させ、加圧シリンダ５５のピストンロッド５６を進退させることによって、ホルダ４７、すなわちホルダ４７に保持されるボンディングツール２を、テーブル４に保持される回路基板３０に対して近接離反させることができるとともに、ボンディングツール２に吸着保持される半導体チップ２０を回路基板３０に対して押圧させることができる。
【００６８】
なお、接合装置１では、未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３との接触を電気的に検出するけれども、超音波振動を印加し、突起電極２４と電極端子３１とが接合に至るまでの負荷荷重が、過剰になることは好ましくないので、荷重検出器を設け、荷重検出器の検出出力を主制御部８に入力し、主制御部８からの動作制御指令によって、加圧ユニットの加圧動作を制御することが行われる。
【００６９】
以下接合装置１の全体動作について説明する。図７は、接合装置１の動作を説明するフローチャートである。ステップｓ０のスタートでは、接合装置１と、接合される半導体チップ２０および回路基板３０が準備され、半導体チップ２０が接合装置１に備わるボンディングツール２に吸着保持され、回路基板３０が接合装置１に備わるテーブル４上に載置される。ステップｓ１では、位置検出手段９の検出出力に応答し、主制御部８がテーブル制御部１０に動作指令を出力し、テーブル制御部１０がテーブル４を移動させることによって、半導体チップ２０と回路基板３０との位置決めを行う。ステップｓ２では、半導体
チップ２０を吸着保持したボンディングツール２を、主制御部８が、ツール駆動手段５の動作を制御して回路基板３０上に下降させる。このボンディングツール２が下降する過程において、半導体チップ２０の未接続突起電極２３と、回路基板３０の接触検出用電極端子３３とが、接触するとともに、ホルダ４７に装着されるプローブ端子５２が測定端子３４に接触する。
【００７０】
ステップｓ３では、プローブ端子５２と測定端子３４との接触、および未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３との接触によって、前述の電気回路が形成されると、プローブ端子５２を介して電気回路に電圧が印加され、通電が開始される。電気回路に予め定める値以上の電流が流れることによって、電流検出器５３は、未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とが接触したことを検出できる。この検出出力すなわち導通検出出力が主制御部８へ入力される。
【００７１】
ステップｓ４では、主制御部８が、少なくとも３箇所設けられる未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３との組合せのすべてにおいて電流が流れた（導通検出した）か否か、すなわち少なくとも３箇所のすべてにおいて未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とが接触したか否かを判断する。判断結果が肯定のとき、ステップｓ５へ進み、判断結果が否定のとき、ステップｓ２へ戻る。なお、半導体チップの略対角に位置する２箇所に対応して設けられる２つの接触検出手段から検出信号が入力する場合は、この２箇所について判断を行う。
【００７２】
ステップｓ５では、主制御部８が、超音波振動印加手段６の超音波発振器１３に対して、所定の周波数および振幅の超音波を発振するように動作指令を出力する。超音波発振器１３が超音波振動子４９に超音波発振信号を送信することによって、超音波振動子４９から超音波が発振され、超音波振動が第１〜第３ブースタ４５，４６，４８で増幅されてボンディングツール２に伝播される。さらに超音波振動は、ボンディングツール２から半導体チップ２０および半導体チップ２０の突起電極２４に伝播される。本実施の形態の接合装置１では、超音波振動の印加によって、まず未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とが、変形し接合される。次に、未接続突起電極２３の変形にともない、接続突起電極２２と回路基板３０の接続電極端子３２とが接触するようになり、接続突起電極２２と接続電極端子３２とに対しても超音波振動が印加され、半導体チップ２０のすべての突起電極２４と回路基板３０の電極端子３１との接合が進行する。
【００７３】
ステップｓ６では、主制御部８が、予め規定した所定の超音波振動印加時間が経過したか否かを判断する。所定の超音波振動印加時間は、接合するべき半導体チップと回路基板との種類に応じて、接合装置１全体の動作制御プログラムの一環として主制御部８に予め与えられる。主制御部８は、主制御部８に備えられて時間測定を行う計時部の出力と予め与えられる所定超音波振動印加時間とを比較して判断する。所定時間を経過するとステップｓ７へ進み、所定時間が未経過であるとステップｓ５に戻る。ステップｓ７では、主制御部８が、超音波発振器１３に対して超音波発振停止の動作指令を出力して超音波振動の印加を停止し、ボンディングツール２による半導体チップ２０の吸引を停止し、ツール駆動手段５に対して動作指令を出力してボンディングツール２を上昇させる。その後ステップｓ８のエンドに進み、一連の接合工程が完了する。
【００７４】
このように、半導体チップ２０の未接続突起電極２３が回路基板３０の接触検出用電極端子３３に接触したことを確認した後、瞬時に超音波振動をボンディングツール２に印加することができる。したがって、半導体チップ２０において最も突出高さが高く形成される未接続突起電極２３の変形に伴って、半導体チップ２０の接続電極２２と回路基板３０の接続電極端子３２とに、超音波振動が効率的に印加されるので、接合強度のばらつきが小さい接合部を形成することができる。
【００７５】
図８は、突起電極の変形率と接合強度との関係を示す図である。図８は、超音波フリップチップ接合装置を用いて、半導体チップに形成される突起電極が、種々の突起電極変形率になった時点で超音波振動を印加して接合したときに得られる突起電極１個あたりの接合強度を示す。図８の場合、突起電極の大きさは、前述の図３に示す接続突起電極２２に同じであり、超音波振動印加時間が０．５ｓ、超音波振動振幅が３μｍである。
【００７６】
なお、ボンディングツールの下降ストローク量と突起電極変形率との関係を予め求めておくことによって、突起電極変形率と超音波振動印加のタイミングとを同調させることができる。また、突起電極変形率とは、半導体チップに形成される突起電極が、ボンディングツールで押圧されることによって圧縮変形する変形量を百分率で表すものである。押圧される前の突起電極の初期高さをＨ１、押圧されることによって圧縮変形したときの高さをＨ２とすると、次式（１）によって与えられる。
突起電極変形率（％）＝１００×（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１              …（１）
【００７７】
図８に示すように、突起電極変形率が大きいとき、すなわち過度に変形した突起電極に対して超音波振動を印加した場合、既に突起電極が過度に変化しているので、接合強度が低く、かつ接合強度がばらつく傾向にあることが判る。本発明によれば、前述のように、まず未接続突起電極２３と接触検出用電極端子３３とが変形して接合され、その後未接続突起電極２３の変形にともない、接続突起電極２２と接続電極端子３２とが接触して超音波振動が印加される。したがって、接続突起電極２２の突起電極変形率が小さい状態で超音波振動が印加されて接合されるので、突起電極の変形に対して効果的な超音波振動の印加が可能になり、接合強度のばらつきを抑え、接続信頼性を満足できる高い接合強度を確保できる。
【００７８】
図９〜図１１は、本発明の実施の他の形態である半導体チップおよび回路基板に形成される電極端子の変形例を示す平面図である。図９〜図１１に示す半導体チップは、前述の実施形態における半導体チップ２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７９】
図９に示す半導体チップ７０には、未接続突起電極７１が、矩形状の平面形状を有する半導体チップ７０の角部付近にそれぞれ１個ずつ合計４個が形成される（図９では、片側２個のみ表す）。また半導体チップ７０の角部付近にそれぞれ１個ずつ形成されるこれらの未接続突起電極７１は、対を成していないけれども、隣接する２個同士が半導体チップ７０上の配線７２によって接続される。また半導体チップ７０には、電子回路パターンに接続される複数個の接続突起電極２２が形成される。回路基板は全体図を省略し、接触検出用電極端子７３のみを表す。接触検出用電極端子７３は、回路基板上で半導体チップ７０の未接続突起電極７１に対応する位置に形成される。
【００８０】
このように構成される半導体チップ７０および回路基板では、半導体チップ７０を吸着保持するボンディングツール２の下降によって、未接続突起電極７１と接触検出用電極端子７３とが接触したとき、図示を省略する接触検出手段７の電源５１に接続されているプローブ端子５２によって電圧を印加する。このことによって、電流が、回路基板の接触検出用電極端子７３から半導体チップ７０の未接続突起電極７１、未接続突起電極同士の間を接続している配線７２、もう一つの未接続突起電極７１、もう一つの接触検出用電極端子７３を経て流れる。この電流を接触検出手段７の電流検出器５３が検出することによって、未接続突起電極７１と接触検出用電極端子７３との接触が検出される。図示していない反対側も同様に構成され、未接続突起電極７１と接触検出用電極端子７３との接触が検出される。このことによって、半導体チップ７０の各角部付近に合計４箇所形成される未接続突起電極７１の接触を検出することができる。
【００８１】
図１０に示す半導体チップ７５には、前述の半導体チップ７０と同様に、未接続突起電極７１が、矩形状の平面形状を有する半導体チップ７０の角部付近にそれぞれ１個ずつ合計４個が形成される（図１０では、片側２個のみ表す）。この実施形態では、回路基板側に形成される接触検出用電極端子７６に特徴を有する。すなわち半導体チップ７５の角部付近にそれぞれ形成される１個の未接続突起電極７１に対応して、回路基板側に１対の第１および第２接触検出用電極端子７６ａ，７６ｂが形成される。
【００８２】
このように構成される半導体チップ７５および回路基板では、未接続突起電極７１と、接触検出用電極端子７６とが接触したとき、プローブ端子５２を介して電圧が印加され、電流が、回路基板の第１接触検出用電極端子７６ａから半導体チップ７５の未接続突起電極７１、第２接触検出用電極端子７６ｂを経て流れる。この電流を接触検出手段７の電流検出器５３が検出することによって、未接続突起電極７１と接触検出用電極端子７６との接触が検出される。
【００８３】
図１１に示す半導体チップ８０には、前述の半導体チップ２０と同様に、未接続突起電極８１が、矩形状の平面形状を有する半導体チップ８０の角部付近に、それぞれ１対ずつ計４対（計８個）と、４つの角部のうち対角を成す２つの角部にもう一つずつ（計２個）の第３未接続突起電極８２が形成される（図１１では、片側の５個のみ表す）。
【００８４】
１対の第１および第２未接続突起電極８１ａ，８１ｂの間は、接続配線８３によって接続される。また隣接する２個の第２未接続突起電極８１ｂ同士が、半導体チップ８０に形成される配線８４によって接続される。
【００８５】
回路基板側には、第１未接続突起電極８１ａにのみ対応して形成される単接接触検出用電極端子８５と、第１および第３未接続突起電極８１ａ，８２に対応するとともに、他の半導体チップに形成される未接続突起電極にも対応するように形成される連接接触検出用電極端子８６とが形成される。このように構成される半導体チップ８０および回路基板では、未接続突起電極と接触検出用電極端子とが接触したことを、半導体チップ８０と回路基板との間のデイジーチェーンで、電流が流れたことによって検出する。
【００８６】
具体的には、第１未接続突起電極８１ａと単接接触検出用電極端子８５とが、また第１および第３未接続突起電極８１ａ，８２と連接接触検出用電極端子８６とが接触したとき、プローブ端子５２を介して電圧が印加され、電流が、回路基板の単接接触検出用電極端子８５から半導体チップ８０の第１未接続突起電極８１ａ、接続配線８３、第２未接続突起電極８１ｂ、配線８３、もう一つの第２未接続突起電極８１ｂ、接続配線８３、もう一つの第１未接続突起電極８１ａ、連接接触検出用電極端子８６、この連接接触検出用電極端子８６を介して第３未接続突起電極８２および他の未接続突起電極へと流れる。この電流を接触検出手段７の電流検出器５３が検出することによって、前述と同様に未接続突起電極８１ａ，８１ｂ，８２と接触検出用電極端子８５，８６との接触が検出される。
【００８７】
なお、半導体チップに形成される未接続突起電極および回路基板に形成される接触検出用電極端子のパターンは、前述のものに限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲で種々の変形が許容される。
【００８８】
以下本発明の半導体チップに突起電極を形成する他の方法について例示する。図１２は、めっきによる接続突起電極の形成およびボールバンプによる未接続突起電極の形成を説明する図である。前述の図３では、突起電極２４をボールバンプで形成する方法を説明したけれども、図１２に示す事例では、突起電極のうち接続突起電極９１をめっき法によって形成する。
【００８９】
図１２（ａ）では、半導体チップ９０上における電極層９２の形成からめっきバンプ用レジスト９３の形成までを示す。まず、半導体チップ９０の表面が、突起電極の形成される部分のみを露出するように、図示しない窒化ケイ素からなる保護膜で覆われる。次に、半導体チップ９０の表面に、スパッタ法等によって、チタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）等からなる電極層９２を形成する。スピンコート法等によって、めっきバンプ用レジスト９３が、電極層９２の上にたとえば２０μｍ厚で一様に塗布される。めっきバンプ用レジスト９３を塗布後、フォトエッチング法等によって、接続突起電極９１が形成される部分の電極層９２のみが露出するように、めっきバンプ用レジスト９３に選択的に開口部９４を形成する。めっきバンプ用レジスト９３に形成される開口部９４の寸法は、たとえば直径７０μｍである。このとき、未接続突起電極９５が形成されるべき部分の電極層９２ａは、めっきバンプ用レジスト９３によって覆われる。
【００９０】
図１２（ｂ）では、接続突起電極９１の形成までを示す。半導体チップ９０を電解Ａｕめっき浴（図示せず）に浸漬し、めっきバンプ用レジスト９３の開口部９４内にＡｕを充填する。Ａｕめっきによって形成される接続突起電極９１の寸法は、たとえば直径：７０μｍ、高さ：２０μｍである。次に、めっきバンプ用レジスト９３をエッチングにより除去する。
【００９１】
図１２（ｃ）では、未接続突起電極９５をボールバンプによって形成するまでを示す。Ｔｉ−Ｗ等を除去後電極層９２ａの上に、公知のボールバンプ法によって、たとえばφ３０μｍのＡｕ線２８をキャピラリ２６に通し、未接続突起電極９５がボールバンプとして形成される。形成される未接続突起電極９５の寸法は、たとえばボールバンプ径が７０〜８０μｍ、電極先端までの高さが６０μｍ程度である。このようにして、半導体チップ９０上に、高さの異なる接続突起電極９１と未接続突起電極９５とが形成される。
【００９２】
図１３は、めっきによる接続および未接続突起電極の形成を説明する図である。図１３に示す事例では、接続突起電極９１および未接続突起電極１００のいずれをもめっき法によって形成する。図１３（ａ）では、半導体チップ９０上における電極層９２の形成からめっきバンプ用レジスト１０１形成までを示す。この工程は、未接続突起電極１００を形成するべき部分にも開口部１０２を形成することを除いて、先の図１２（ａ）に示す工程と同一であるので説明を省略する。
【００９３】
図１３（ｂ）では、接続および未接続突起電極９１，１００の形成までを示す。半導体チップ９０をＡｕめっき浴（図示せず）に浸漬し、めっきバンプ用レジスト１０１の開口部９４，１０２内にＡｕを充填する。このとき、Ａｕめっきによる充填高さは、２０μｍ程度である。次に、未接続突起電極１００が形成されるべき部分以外の部分を、もう一つのめっきバンプ用レジスト１０３で約５μｍ厚さに覆う。その後、さらにＡｕめっき浴に浸漬し、未接続突起電極１００の形成部分にＡｕめっきを充填する。
【００９４】
図１３（ｃ）では、めっきバンプ用レジスト１０１およびもう一つのめっきバンプ用レジスト１０３を除去する。最後にＴｉ−Ｗ等を除去することにより、たとえば直径：７０μｍ、高さ：２０μｍの接続突起電極９１と、直径：７０μｍ、高さ：２５μｍの未接続突起電極１００とが形成される。
【００９５】
以上に述べたように、本実施の形態では、接触検出に用いられる未接続突起電極を含んで構成される電気回路は、半導体チップの機能発現に用いる接続突起電極を含んで構成される電気回路とは、独立に形成されるけれども、これに限定されることなく、半導体チップのグランドと電源の各電極部分に形成する突起電極とを少なくとも３箇所または半導体チップの略対角に位置する２箇所設け、該突起電極の高さを、他の突起電極の高さよりも
高くなるように形成し、半導体チップのグランドと該突起電極とを含む電気回路を構成するようにしてもよい。
【００９６】
また突起電極の形状は、円柱形状であるけれども、これに限定されることなく、多角柱形状であってもよい。またボンディングツールは、両持ち形式であるけれども、これに限定されることなく、片持ち形式であってもよい。また主制御部に超音波フリップチップ接合条件の実績情報をフィードバックし、蓄積した情報を用いてフィードバック制御を行うように構成してもよい。このようなフィードバック制御によって、接合対象部材によらない、常に安定した接合が可能になる。
【００９７】
なお本発明は、半導体チップの超音波フリップチップ接合方法および接合装置に関するものであるけれども、半導体チップにとどまらず、電子部品を超音波接合する場合にも援用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の一形態である超音波フリップチップ接合装置１の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】接合装置１によって接合される半導体チップ２０を電極の形成される実装面から見た平面図である。
【図３】半導体チップ２０に突起電極２４を形成する概要を示す側面図である。
【図４】回路基板３０の構成を簡略化して示す平面図である。
【図５】接合装置１に備わるボンディングツール２まわりの構成を示す拡大図である。
【図６】図５のボンディングツール２を下降させて回路基板３０に半導体チップ２０を当接させた状態を示す図である。
【図７】接合装置１の動作を説明するフローチャートである。
【図８】突起電極の変形率と接合強度との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の他の形態である半導体チップおよび回路基板に形成される電極端子の変形例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態である半導体チップおよび回路基板に形成される電極端子の変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の他の形態である半導体チップおよび回路基板に形成される電極端子の変形例を示す平面図である。
【図１２】めっきによる接続突起電極の形成およびボールバンプによる未接続突起電極の形成を説明する図である。
【図１３】めっきによる接続および未接続突起電極の形成を説明する図である。
【図１４】従来の超音波フリップチップ接合方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１  接合装置
２  ボンディングツール
３  基板保持部
４  テーブル
５  ツール駆動手段
６  超音波振動印加手段
７  接触検出手段
８  制御手段
９  位置検出手段
１０  テーブル制御部
１１  カメラ
１２  画像認識部
１３  超音波発振器
１４  モータ駆動部
２０，７０，７５，８０，９０  半導体チップ
２１  シリコン基板
２２  接続突起電極
２３，７１，８１，８２  未接続突起電極
３０  回路基板
３２  接続電極端子
３３，７３，７６  接触検出用電極端子
３４  測定端子
５１  電源
５２  プローブ端子
５３  電流検出器
８５  単接接触検出用電極端子
８６  連接接触検出用電極端子
【図１】
2005286049.tif 000003
【図２】
2005286049.tif 000004
【図３】
2005286049.tif 000005
【図４】
2005286049.tif 000006
【図５】
2005286049.tif 000007
【図６】
2005286049.tif 000008
【図７】
2005286049.tif 000009
【図８】
2005286049.tif 000010
【図９】
2005286049.tif 000011
【図１０】
2005286049.tif 000012
【図１１】
2005286049.tif 000013
【図１２】
2005286049.tif 000014
【図１３】
2005286049.tif 000015
【図１４】
2005286049.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月31日(2004.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
半導体チップには、電子回路パターンに接続される接続突起電極が形成され、
未接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さが、
接続突起電極が半導体チップの表面から突出する高さよりも高いことを特徴とする請求項１または２記載の超音波フリップチップ接合方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
少なくとも未接続突起電極と接触検出用電極端子とを含んで構成される回路は、
接続突起電極を含んで構成される回路から独立して形成されることを特徴とする請求項３記載の超音波フリップチップ接合方法。