半導(dǎo)體制造裝置的制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體制造裝置
[0001][相關(guān)申請(qǐng)]
[0002]本申請(qǐng)案享有以日本專利申請(qǐng)案2014-188528號(hào)(申請(qǐng)日:2014年9月17日)作為基礎(chǔ)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)案通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)案而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)案的所有內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種半導(dǎo)體制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化、高速化、高功能化等，實(shí)用化有在1個(gè)封裝體內(nèi)積層多個(gè)半導(dǎo)體芯片并進(jìn)行密封的SiP (System in Package，系統(tǒng)級(jí)封裝)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。在SiP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，要求高速地收發(fā)半導(dǎo)體芯片間的電信號(hào)。在這種情況下，在半導(dǎo)體芯片間的電連接中使用微凸塊。微凸塊例如具有5?50 μπι左右的直徑，且以10?100 μπι左右的間距形成。在利用微凸塊連接多個(gè)半導(dǎo)體芯片間的情況下，在將設(shè)置在下段側(cè)的半導(dǎo)體芯片的正面的凸塊電極、與設(shè)置在上段側(cè)的半導(dǎo)體芯片的背面的凸塊電極進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)后，一邊進(jìn)行加熱，一邊壓接上下半導(dǎo)體芯片而將凸塊電極彼此加以連接。
[0005]為了將半導(dǎo)體芯片多段地連接，存在還在上段側(cè)的半導(dǎo)體芯片的表面設(shè)置著凸塊電極的情況。在使用在上下兩個(gè)面設(shè)置著凸塊電極的半導(dǎo)體芯片實(shí)施凸塊連接步驟的情況下，利用吸附夾頭(collet)保持具有凸塊電極的半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)炔⑹蛊湎蛳露蝹?cè)的半導(dǎo)體芯片上移動(dòng)，從而一邊施加熱及荷重，一邊將凸塊電極彼此加以連接。作為用于吸附的夾頭，已知有剛體夾頭及彈性體夾頭。在利用剛體夾頭吸附具有凸塊電極的芯片表面的情況下，存在如下?lián)鷳n:因凸?fàn)畹耐箟K電極而在半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，從而在半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生龜裂等。在利用彈性體夾頭吸附具有凸塊電極的芯片表面的情況下，可抑制彎曲應(yīng)力的產(chǎn)生，但施加到凸塊電極的荷重因彈性體夾頭而分散。這成為降低凸塊電極間的連接性及連接可靠性的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種可抑制半導(dǎo)體芯片上產(chǎn)生的龜裂等，并且提高在上下兩個(gè)面具有凸塊電極的半導(dǎo)體芯片的凸塊連接性及連接可靠性的半導(dǎo)體制造裝置。
[0007]實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置具備:鍵合頭，其包括具有第一面及與第一面為相反側(cè)的第二面的彈性體夾頭、及夾頭保持器，且對(duì)抵接在彈性體夾頭的半導(dǎo)體芯片進(jìn)行吸附，所述第一面與在芯片主體的一面?zhèn)仍O(shè)置著第一凸塊電極、在芯片主體的另一面?zhèn)仍O(shè)置著第二凸塊電極的半導(dǎo)體芯片的一面?zhèn)鹊谋砻娴纸?，所述夾頭保持器具有與彈性體夾頭的第二面相接的第一面且保持彈性體夾頭；平臺(tái)，其載置被連接零件，所述被連接零件具有以與第二凸塊電極對(duì)應(yīng)的方式設(shè)置的被連接電極；及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使鍵合頭與平臺(tái)相對(duì)移動(dòng)，以便對(duì)被連接電極位置對(duì)準(zhǔn)第二凸塊電極，并且使半導(dǎo)體芯片移動(dòng)到被連接零件上，且對(duì)移動(dòng)到被連接零件上的半導(dǎo)體芯片施加荷重。彈性體夾頭的第二面及夾頭保持器的第一面中的至少一者在包含第二凸塊電極的形成區(qū)域的正上方的位置具備凸部。
【附圖說明】
[0008]圖1(a)及(b)是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置、及使用其的電極間的連接步驟的剖視圖。
[0009]圖2是表示使用圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置實(shí)施連接步驟的半導(dǎo)體芯片的電路面?zhèn)鹊谋砻娴母┮晥D。
[0010]圖3是表示圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置中使用的彈性體夾頭的與半導(dǎo)體芯片的抵接面的俯視圖。
[0011]圖4是表示圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置中使用的剛體夾頭保持器的與彈性體夾頭相接的面?zhèn)鹊母┮晥D。
[0012]圖5是沿圖4所示的剛體夾頭保持器的A-A線的剖視圖。
[0013]圖6是表示使用圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置制作的芯片積層體的剖視圖。
[0014]圖7(a)及(b)是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置、及使用其的電極間的連接步驟的剖視圖。
[0015]圖8是表示圖7所示的半導(dǎo)體制造裝置中使用的彈性體夾頭的與剛體夾頭保持器相接的面?zhèn)鹊母┮晥D。
[0016]圖9是沿圖8所示的彈性體夾頭的B-B線的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下，參照附圖對(duì)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置進(jìn)行說明。
[0018](第一實(shí)施方式)
[0019]圖1是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置、及使用其的電極間的連接步驟的剖視圖。圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置1具備吸附第一被連接零件的鍵合頭2、及載置著第二被連接零件的平臺(tái)3。鍵合頭2包括:吸附夾頭5，其與作為第一被連接零件的半導(dǎo)體芯片4抵接；及夾頭保持器6，其保持吸附夾頭5。吸附夾頭5及夾頭保持器6具有未圖示的貫通孔(抽吸孔)，經(jīng)由這些貫通孔進(jìn)行抽吸，由此半導(dǎo)體芯片4吸附到吸附夾頭5。
[0020]鍵合頭2具有用以將半導(dǎo)體芯片4吸附保持到吸附夾頭5的抽吸機(jī)構(gòu)(未圖式)。進(jìn)而，鍵合頭2包括根據(jù)連接步驟對(duì)半導(dǎo)體芯片4進(jìn)行加熱及冷卻的加熱冷卻機(jī)構(gòu)(未圖式)。鍵合頭2可利用未圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在ΧΥΖΘ方向上移動(dòng)。平臺(tái)3包括:吸附機(jī)構(gòu)(未圖式)，其吸附保持第二被連接零件7 ;及加熱冷卻機(jī)構(gòu)(未圖式)，其根據(jù)連接步驟對(duì)第二被連接零件7進(jìn)行加熱及冷卻。平臺(tái)3可利用未圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在XY方向上移動(dòng)。加熱冷卻機(jī)構(gòu)還可只設(shè)置在鍵合頭2及平臺(tái)3中的一者。
[0021]在圖1中，吸附到鍵合頭2的第一被連接零件為第一半導(dǎo)體芯片4，所述第一半導(dǎo)體芯片4具有:第一凸塊電極42，其設(shè)置在芯片主體41的上表面(電路面/第一表面)41a側(cè)；貫通電極(Through Silicon Via:TSV) 43，其以貫通芯片主體41的方式設(shè)置，與第一凸塊電極42電連接；及第二凸塊電極44，其設(shè)置在芯片主體41的下表面(非電路面/第二表面)41b側(cè)，與貫通電極43電連接。載置到平臺(tái)3上的第二被連接零件為第二半導(dǎo)體芯片7，所述第二半導(dǎo)體芯片7具有設(shè)置在芯片主體71的上表面(電路面/第一表面)71a側(cè)的第三凸塊電極72。第二被連接零件并不限定于半導(dǎo)體芯片，還可為具有連接電極的配線襯底等。
[0022]如圖2所示，在第一半導(dǎo)體芯片4的上表面41a側(cè)，設(shè)置著多個(gè)凸塊形成區(qū)域XI?X5。在多個(gè)凸塊形成區(qū)域XI?X5內(nèi)，分別配置著第一凸塊電極42。第一凸塊電極42分別配置在相對(duì)于第一半導(dǎo)體芯片4的上表面41a局部地設(shè)置的多個(gè)凸塊形成區(qū)域XI?X5內(nèi)。第二凸塊電極44經(jīng)由貫通電極43而與第一凸塊電極42連接。在第一半導(dǎo)體芯片4的下表面41b側(cè)，在與上表面41a側(cè)的凸塊形成區(qū)域XI?X5對(duì)應(yīng)的位置，也設(shè)置著凸塊形成區(qū)域。在半導(dǎo)體芯片4的下表面41b的多個(gè)凸塊形成區(qū)域內(nèi)，分別配置著第二凸塊電極44。在第二半導(dǎo)體芯片7的上表面71a側(cè)，以與第二凸塊電極44對(duì)應(yīng)的方式，設(shè)置著第三凸塊電極72。
[0023]鍵合頭2的吸附夾頭5具有:第一面51，其抵接于設(shè)置著第一凸塊電極42的第一半導(dǎo)體芯片4的上表面41a ;及第二面52，其與第一面51為相反側(cè)。吸附夾頭5在使第一面(芯片抵接面)51抵接在第一半導(dǎo)體芯片4的上表面41a的狀態(tài)下，吸附保持第一半導(dǎo)體芯片4。吸附夾頭5為了吸收因第一凸塊電極42形成的表面的凹凸形狀，而由彈性體形成。吸附夾頭5為使用有天然橡膠、合成橡膠、熱固性彈性體(elastomer)等橡膠狀彈性體的彈性體夾頭。
[0024]利用彈性體夾頭5吸附保持第一半導(dǎo)體芯片4的上表面(凸塊形成面)41a，由此在施加荷重時(shí)，由彈性體夾頭5吸收因第一凸塊電極42形成的凹凸，因此可抑制以第一凸塊電極42為支點(diǎn)的彎曲應(yīng)力的產(chǎn)生。如圖3所示，彈性體夾頭5的第一面(芯片抵接面)51具有:芯片抵接區(qū)域C，其與第一半導(dǎo)體芯片4抵接；及多個(gè)凸塊抵接區(qū)域Y1?Y5，其等與第一半導(dǎo)體芯片4的上表面41a側(cè)的凸塊形成區(qū)域XI?X5 (及下表面41b側(cè)的凸塊形成區(qū)域)對(duì)應(yīng)。
[0025]鍵合頭2包括保持彈性體夾頭5的夾頭保持器6。夾頭保持器6為了能夠向彈性體夾頭5良好地傳遞荷重，而由剛體形成。夾頭保持器6為使用有如各種鋼材、不銹鋼、鋁、鈦等金屬材料或陶瓷材料的剛體材料的剛體夾頭保持器。剛體夾頭保持器6具有供彈性體夾頭5嵌入的凹部61。嵌入在夾頭保持器6的凹部61內(nèi)的彈性體夾頭5中，與第一面(芯片抵接面)51為相反側(cè)的第二面52與剛體夾頭保持器6相接。
[0026]對(duì)使用有圖1所示的半導(dǎo)體制造裝置的第一半導(dǎo)體芯片4與第二半導(dǎo)體芯片7的連接步驟進(jìn)行說明。如圖1(a)所示，在平臺(tái)3上載置第二半導(dǎo)體芯片7。第二半導(dǎo)體芯片7吸附保持在平臺(tái)3。利用鍵合頭2吸附保持第一半導(dǎo)體芯片4。一邊將第二凸塊電極44位置對(duì)準(zhǔn)到第三凸塊電極72，一邊使吸附保持在鍵合頭2的第一半導(dǎo)體芯片4移動(dòng)到載置于平臺(tái)3上的第二半導(dǎo)體芯片7上。
[0027]如圖1 (b)所示，例如利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使鍵合頭2下降，由此一邊使第二凸塊電極44與第三凸塊電極72接觸，一邊使移動(dòng)到第二半導(dǎo)體芯片7上的第一半導(dǎo)體芯片4積層到第二半導(dǎo)體芯片7上。一邊加熱到凸塊電極44、72的連接溫度以上的溫度，或者一邊對(duì)凸塊電極44、72施加超音波，一邊利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)第一半導(dǎo)體芯片4施加荷重而壓接到第二半導(dǎo)體芯片7。利用這種壓接步驟，將第二凸塊電極44與第三凸塊電極72連接而形成凸塊連接體8。
[0028]作為凸塊電極44、72的形成材料，可列舉包含在Sn中添加了 Cu、Ag、B1、In等而成的Sn合金的焊接材料、或Cu、N1、Au、Ag、Pd、Sn等金屬材料。作為焊接材料(無Pb焊接)的具體例，可列舉Sn-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu合金等。金屬材料并不限定于單層膜，還可為Cu/N1、Cu/Ni/Cu、Cu/Ni/Au、Ni/Au、Cu/Au等多個(gè)金屬膜的積層膜。進(jìn)而，金屬材料還可為包含如上所述的金屬的合金。作為第二凸塊電極44與第三凸塊電極72的組合，例示焊接/焊接、金屬/焊接、焊接/金屬、金屬/金屬等。而且，關(guān)于第二凸塊電極44與第三凸塊電極72的形狀，可使用半球狀或柱狀等突起形狀彼此的組合、或突起形狀與如焊墊的平坦形狀的組合。
[0029]在第二凸塊電極44及第三凸塊電極72中的至少一者中，優(yōu)選使用焊接材料。考慮鍵合頭2對(duì)第一半導(dǎo)體芯片4的吸附性等，優(yōu)選在第一半導(dǎo)體芯片4的下表面41b側(cè)，形成包含Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金等焊接材料的凸塊電極44，在第二半導(dǎo)體芯片7的上表面71a側(cè)，形成