JP2013074028A - チップの三次元実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体デバイスにおけるチップの熱劣化を防止するとともに、製造効率の低下を防止することができるチップの三次元実装方法を提供する。
【解決手段】チップ積層装置20のステージ17上において下のチップ11に上のチップ11を積層する際、下のチップ11の上側表面における各配線13の端部と上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14とを対向させ、且つ両チップ11の間に加熱によって消失する還元剤を含む粘着剤15を介在させて両チップ11同士を粘着させ、積層された複数のチップ11をチップ加熱装置24のステージ22上へ移動させた後、積層された複数のチップ11を加熱して粘着剤15を消失させ、さらに加熱を継続して対向する各配線13の端部と各電極パッド14とを接合させる。
【選択図】図2
【解決手段】チップ積層装置20のステージ17上において下のチップ11に上のチップ11を積層する際、下のチップ11の上側表面における各配線13の端部と上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14とを対向させ、且つ両チップ11の間に加熱によって消失する還元剤を含む粘着剤15を介在させて両チップ11同士を粘着させ、積層された複数のチップ11をチップ加熱装置24のステージ22上へ移動させた後、積層された複数のチップ11を加熱して粘着剤15を消失させ、さらに加熱を継続して対向する各配線13の端部と各電極パッド14とを接合させる。
【選択図】図2
Description
本発明は、複数のチップを積層するチップの三次元実装方法に関する。
近年、半導体デバイスのフットプリントを低減するために、複数のIC基板(チップ)を積層して半導体デバイスを製造する三次元実装方法が開発されている。この三次元実装方法では、各チップにおいて当該チップを厚み方向に貫通する導体からなる配線、例えば、TSV(Through Silicon Via)が形成され、一のチップの配線の端部が他のチップの配線の端部と接続されて三次元的に回路が形成される(例えば、特許文献1参照。)。
この三次元実装方法では、半導体デバイスにおいて各チップの相対位置がずれるのを防止するために、新たなチップが積層される毎に加熱によって新たなチップの配線の端部と、他のチップの配線の端部とが配線自身の溶融接合や半田接合によって接続される。すなわち、チップの積層及び加熱が繰り返される。
上述した三次元実装方法では、チップの積層及び加熱が繰り返されるため、下層のチップは何度も熱履歴を受け、その結果、当該チップにおける配線、膜等が劣化するおそれがある。また、1つの装置、例えば、加熱装置においてチップの積層及び加熱を繰り返す必要があるため、当該加熱装置を占有する時間が長くなり、製造効率が低下するという問題もある。
本発明の目的は、半導体デバイスにおけるチップの熱劣化を防止するとともに、製造効率の低下を防止することができるチップの三次元実装方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載のチップの三次元実装方法は、板状部材の表面に電極が形成された電子集積回路の複数のチップを積層するチップの三次元実装方法であって、一の前記チップに他の前記チップを積層する際、一の前記チップにおける前記電極と他の前記チップにおける前記電極とを対向させ、且つ両前記チップの間に加熱によって消失する粘着剤を介在させて両前記チップ同士を粘着させる積層ステップと、積層された複数の前記チップを加熱して前記粘着剤を消失させ、さらに前記対向する電極同士を接合させる接合ステップとを有することを特徴とする。
請求項2記載のチップの三次元実装方法は、請求項1記載のチップの三次元実装方法において、前記対向する電極の少なくとも一方は加熱によって消失する還元剤で覆われることを特徴とする。
請求項3記載のチップの三次元実装方法は、請求項2記載のチップの三次元実装方法において、前記粘着剤は前記還元剤を含み、前記積層ステップにおいて前記粘着剤は両前記チップの少なくとも一方の表面を覆うことを特徴とする。
請求項4記載のチップの三次元実装方法は、請求項2記載のチップの三次元実装方法において、前記積層ステップにおいて、前記粘着剤は前記対向する電極を避けるように両前記チップの少なくとも一方の表面を覆うことを特徴とする。
請求項5記載のチップの三次元実装方法は、請求項4記載のチップの三次元実装方法において、前記粘着剤の前記チップの表面からの突出量は、前記電極及び当該電極を覆う前記還元剤の前記チップの表面からの突出量より大きいことを特徴とする。
本発明によれば、一のチップに他のチップを積層する際、両チップの間に加熱によって消失する粘着剤を介在させて両チップ同士を粘着させ、積層された複数のチップを加熱して粘着剤を消失させ、さらに対向する電極同士を接合させるので、各チップの相対位置がずれることがなく、半導体デバイスの製造途中に積層された複数のチップを移動させることができる。その結果、チップの積層及び加熱に用いる装置を分けることができる。すなわち、1つの装置でチップの積層及び加熱を繰り返す必要がない。また、チップの積層及び加熱をそれぞれ別の装置で実施することにより、積層及び加熱をそれぞれ1工程で行うことができる。これにより、下層のチップは何度も熱履歴を受けることがない。その結果、半導体デバイスにおけるチップの熱劣化を防止するとともに、製造効率の低下を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第1の実施の形態に係るチップの三次元実装方法について説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るチップの三次元実装方法によって製造される半導体デバイスの構成を概略的に示す断面図である。
図1において、半導体デバイス10は複数のIC基板(チップ)11が積層されて構成される。各チップ11は、半導体、例えばシリコンからなる板状の基板12と、該基板12を厚み方向に貫通する導体からなる複数の配線13と、基板12の表面に露出する各配線13の一端に対応して配置され、各配線13の一端を覆う導体からなる薄膜状の電極パッド14とを備える。半導体デバイス10において、一のチップ11における配線13の端部(電極)は、該一のチップ11の上に配された他のチップ11における電極パッド14(電極)と接合される。
次に、本実施の形態に係るチップの三次元実装方法について説明する。この三次元実装方法では、図2に示すように、各チップ11の間に粘着剤15が充填されて各チップ11同士が粘着される。
図3及び図4は、本実施の形態に係るチップの三次元実装方法を説明するための工程図である。
まず、チャンバ16と、該チャンバ16内に配置されたステージ17と、粘着剤15を供給するノズル状のディスペンサ18と、各チップ11を把持して移動させるアーム19とを備えるチップ積層装置20において、図3(A)に示すように、チップ11をアーム19によってステージ17に載置し、該載置されたチップ11の図中上側表面を全面的に覆うようにディスペンサ18によって粘着剤15を塗布する。ディスペンサ18はチャンバ16内を移動自在に構成されており、チップ11の上側表面と平行に移動することによって粘着剤15を当該チップ11の上側表面へ塗布する。または、チップ11の平行移動をステージ17を用いて行うことにより、当該チップ11をディスペンサ18に対して相対的に移動させて粘着剤15をチップ11の上側表面へ塗布してもよい。本実施の形態では、粘着剤15は還元剤を含み、粘着剤15及び還元剤は加熱によって気化して消失するように成分が調整されている。
次いで、上側表面が粘着剤15で覆われたチップ11へアーム19によって他のチップ11を重ねる。このとき、下のチップ11の各配線13の端部が上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14と対向するように、両チップ11は積層されるが、両チップ11の間には粘着剤15が介在するため、下のチップ11の各配線13の端部と、上のチップ11の各電極パッド14とは直接接触しない。
次いで、積層された複数のチップ11をチップ積層装置20からチャンバ21と、該チャンバ21内に配置されたステージ22と、該ステージ22と対向する内蓋23と、チャンバ21内の圧力を調整する排気装置25とを備えるチップ加熱装置24へ移動させる。このとき、粘着剤15が粘着力によって両チップ11同士を粘着しているので、積層された複数のチップ11において各チップ11の他のチップ11に対する相対位置がずれることがなく、下のチップ11の各配線13の端部が上のチップ11の各電極パッド14と対向した状態が維持される。また、チップ加熱装置24では、内蓋23はステージ22へ向けて移動自在に構成され、ステージ22及び内蓋23はそれぞれ不図示のヒータを内蔵する。その後、図3(B)に示すように、積層された複数のチップ11をステージ22に載置し、該積層された複数のチップ11の最上部のチップ11の上側表面に内蓋23を当接させる。
次いで、図4(A)に示すように、積層された複数のチップ11を内蓋23によってステージ22へ向けて押圧し、チャンバ21内へ不図示のガス供給装置から不活性ガス、例えば、N2ガスを流量3l/分以上で供給し、チャンバ21内の酸素濃度を10〜100ppm程度まで低下させる。さらに、ステージ22や内蓋23のヒータを発熱させて積層された複数のチップ11を140℃〜200℃へ加熱し、各チップ11における金属表面を還元させる。
チップ加熱装置24のチャンバ21内において、還元剤は約100℃〜160℃前後で気化し始めるが、該気化の際、チップ11の上側表面へ露出する各配線13の端部が還元されて該端部表面が清浄される。その後、粘着剤15も約150℃前後で気化し始め、各チップ11間の粘着剤15が徐々に減少していき、やがて全ての粘着剤15が消失すると、下のチップ11の上側表面に露出する各配線13の端部が上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14と接触する。このとき、各配線13の端部は清浄されており、また、チャンバ21内にはN2ガスが充填されてO2ガスが減少しているため、各配線13の端部は直ちに酸化しない。これにより、各配線13の端部と各電極パッド14との接触不良を防止し、導通を確実に確保することができる。
次いで、各チップ11における金属表面が還元された後、チャンバ21内の圧力を、例えば、25〜200Pa程度まで低下させ、図4(B)に示すように、全ての粘着剤15が消失した後も、積層された複数のチップ11を内蓋23によってステージ22へ向けて押圧し続け、ステージ22や内蓋23のヒータによって積層された複数のチップ11をさらに高温、例えば、280℃へ加熱する。このとき、各配線13の端部が熱によって溶融して各電極パッド14と接合される。その結果、半導体デバイス10が構成される。その後、本処理を終了する。
本実施の形態に係るチップの三次元実装方法によれば、チップ積層装置20において、下のチップ11に上のチップ11を重ねる際、両チップ11の間に加熱によって気化して消失する粘着剤15を介在させて両チップ11同士を粘着させ、積層された複数のチップ11を加熱して粘着剤15を消失させ、さらに相対する各配線13の端部と各電極パッド14とを接合させるので、各チップ11の相対位置がずれることがなく、半導体デバイス10の製造途中に積層された複数のチップ11を移動させることができる。その結果、積層、加熱に用いる装置を分けることができる。すなわち、1つの装置でチップ11の積層及び加熱を繰り返す必要がない。また、チップ11の積層及び加熱をそれぞれチップ積層装置20及びチップ加熱装置24で実施することにより、積層及び加熱をそれぞれ1工程で行うことができる。これにより、下層のチップ11は何度も熱履歴を受けることがない。その結果、半導体デバイス10におけるチップ11の熱劣化を防止するとともに、半導体デバイス10の製造効率の低下を防止することができる。
また、上述した三次元実装方法では、粘着剤15が還元剤を含み、該粘着剤15がチップ11の上側表面を全面的に覆うので、下のチップ11及び上のチップ11の間に確実に粘着剤15を介在させて両チップ11を確実に粘着できるとともに、還元剤と粘着剤15を分けて塗布する必要がないので、チップ11の積層の効率を向上することができる。
さらに、上述した三次元実装方法では、粘着剤15や還元剤を加熱して気化させる際、
チャンバ21内の圧力を25Pa〜200Paまで低下させるので、粘着剤15や還元剤の気化を促進することができ、半導体デバイス10の製造効率をより向上することができる。
チャンバ21内の圧力を25Pa〜200Paまで低下させるので、粘着剤15や還元剤の気化を促進することができ、半導体デバイス10の製造効率をより向上することができる。
上述した三次元実装方法では、下のチップ11の上側表面に露出する各配線13の端部と上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14とを、各配線13の溶融によって接合したが、下のチップ11の上側表面に露出する各配線13の端部に半田ボールや半田バンプを設け、半田を溶融することによって各配線13の端部と各電極パッド14を接合させてもよい。
また、上述した三次元実装方法では、先に粘着剤15を消失させて各配線13の端部と各電極パッド14を接合したが、先に各配線13の端部と各電極パッド14を接合した後、粘着剤15を消失させてもよい。この場合、各チップ11の上側表面へ塗布される粘着剤15は各配線13の端部を避けて塗布され、各配線13の端部と各電極パッド14との接合の際、チャンバ21内の圧力が上昇されて粘着剤15の気化を抑制する。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るチップの三次元実装方法について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。具体的には、図5に示すように、各チップ11の間において各配線13の端部は還元剤26のみによって覆われ、粘着剤27は各配線13の端部を避けるように配される点において第1の実施の形態と異なる。
図6及び図7は、本実施の形態に係るチップの三次元実装方法を説明するための工程図である。
まず、チップ積層装置20において、図6(A)に示すように、チップ11をアーム19によってステージ17に載置し、該載置されたチップ11の図中上側表面において、各配線13の端部を覆うように還元剤26を塗布し、且つ各配線13の端部を避けるように粘着剤27を塗布する。このとき、粘着剤27のチップ11の上側表面からの突出量は、各配線13の端部及び該端部を覆う還元剤26のチップ11の上側表面からの突出量より大きくなるように調整される。なお、本実施の形態でも、還元剤26及び粘着剤27は加熱によって気化して消失するように成分が調整されている。
次いで、上側表面に還元剤26及び粘着剤27が塗布されたチップ11へアーム19によって他のチップ11を重ねる。このとき、下のチップ11の各配線13の端部が上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14と対向するように、両チップ11は積層されるが、両チップ11の間には還元剤26及び粘着剤27が介在するため、下のチップ11の各配線13の端部と、上のチップ11の各電極パッド14とは直接接触しない。
次いで、積層された複数のチップ11をチップ積層装置20からチップ加熱装置24へ移動させる。このとき、粘着剤27が粘着力によって両チップ11同士を粘着しているので、積層された複数のチップ11において各チップ11の他のチップ11に対する相対位置がずれることがなく、下のチップ11の各配線13の端部が上のチップ11の各電極パッド14と対向した状態が維持される。その後、図6(B)に示すように、積層された複数のチップ11をステージ22に載置し、該積層された複数のチップ11の最上部のチップ11の上側表面に内蓋23を当接させる。
次いで、図7(A)に示すように、積層された複数のチップ11を内蓋23によってステージ22へ向けて押圧し、N2ガスの供給量、積層された複数のチップ11の温度、及びチャンバ21内の圧力を第1の実施の形態と同じ条件に設定する。このとき、還元剤26は約100〜160℃前後で気化し始め、各配線13の端部を還元して該端部の表面を清浄する。その後、粘着剤27も約150℃前後で気化し始め、やがて全ての還元剤26及び粘着剤27が消失すると、下のチップ11の上側表面に露出する各配線13の端部が上のチップ11の下側表面に配された各電極パッド14と接触する。
次いで、図7(B)に示すように、全ての還元剤26及び粘着剤27が消失した後も、積層された複数のチップ11を内蓋23によってステージ22へ向けて押圧し続け、ステージ22や内蓋23のヒータによって積層された複数のチップ11をさらに高温、例えば、280℃へ加熱する。このとき、各配線13の端部が熱によって溶融して各電極パッド14と接合される。その結果、半導体デバイス10が構成される。その後、本処理を終了する。
本実施の形態に係るチップの三次元実装方法によれば、チップ積層装置20において、下のチップ11に上のチップ11を重ねる際、両チップ11の間に加熱によって気化して消失する粘着剤27を介在させて両チップ11同士を粘着させ、積層された複数のチップ11を加熱して粘着剤27を消失させるので、第1の実施の形態に係るチップの三次元実装方法と同様に、半導体デバイス10におけるチップ11の熱劣化を防止するとともに、半導体デバイス10の製造効率の低下を防止することができる。
また、本実施の形態に係るチップの三次元実装方法では、粘着剤27は各配線13の端部を避けるようにチップ11の上側表面に塗布されるので、粘着剤27の使用量を削減することができるとともに、還元剤26による各配線13の端部の表面の還元を阻害するのを無くすことができる。
さらに、本実施の形態に係るチップの三次元実装方法では、粘着剤27のチップ11の上側表面からの突出量は、各配線13の端部及び該端部を覆う還元剤26のチップ11の上側表面からの突出量より大きいので、複数のチップ11を積層した際に、各チップ11の間において還元剤26の上方に隙間が生じる。その結果、加熱によって気化した還元剤26が円滑に各チップ11間から排出されて各チップ11間に還元剤26の残渣が残るのを防止することができる。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
10 半導体デバイス
11 チップ
13 配線
14 電極パッド
15,27 粘着剤
26 還元剤
11 チップ
13 配線
14 電極パッド
15,27 粘着剤
26 還元剤
Claims (5)
- 板状部材の表面に電極が形成された電子集積回路の複数のチップを積層するチップの三次元実装方法であって、
一の前記チップに他の前記チップを積層する際、一の前記チップにおける前記電極と他の前記チップにおける前記電極とを対向させ、且つ両前記チップの間に加熱によって消失する粘着剤を介在させて両前記チップ同士を粘着させる積層ステップと、
積層された複数の前記チップを加熱して前記粘着剤を消失させ、さらに前記対向する電極同士を接合させる接合ステップとを有することを特徴とするチップの三次元実装方法。 - 前記対向する電極の少なくとも一方は加熱によって消失する還元剤で覆われることを特徴とする請求項1記載のチップの三次元実装方法。
- 前記粘着剤は前記還元剤を含み、前記積層ステップにおいて前記粘着剤は両前記チップの少なくとも一方の表面を覆うことを特徴とする請求項2記載のチップの三次元実装方法。
- 前記積層ステップにおいて、前記粘着剤は前記対向する電極を避けるように両前記チップの少なくとも一方の表面を覆うことを特徴とする請求項2記載のチップの三次元実装方法。
- 前記粘着剤の前記チップの表面からの突出量は、前記電極及び当該電極を覆う前記還元剤の前記チップの表面からの突出量より大きいことを特徴とする請求項4記載のチップの三次元実装方法。
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