特許 5967678 半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967678

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/607 20060101AFI20160728BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20160728BHJP

   H01L 25/065 20060101ALI20160728BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20160728BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20160728BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/607 A

   H01L21/60 311Q

   H01L25/08 B

   H01L21/60 311T

   H01L23/12 501B

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-536718(P2014-536718)

(86)(22)【出願日】2013年8月29日

(86)【国際出願番号】JP2013073205

(87)【国際公開番号】WO2014045828

(87)【国際公開日】20140327

【審査請求日】2015年4月28日

(31)【優先権主張番号】特願2012-210008(P2012-210008)

(32)【優先日】2012年9月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100144325

【弁理士】

【氏名又は名称】小澁 高弘

(72)【発明者】

【氏名】青柳 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】ブイ タン トゥン

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 基史

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 直也

(72)【発明者】

【氏名】加藤 史樹

(72)【発明者】

【氏名】馬 莱娜

(72)【発明者】

【氏名】根本 俊介

【審査官】 鈴木 和樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１１７８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−４１６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３２９４２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 T.T.Bui、外５名，HIGH-PRECISION HETEROGENEOUS INTEGRATION BASED ON FLIB-CHIP BONDING USING MISALIGNMENT SELF-CORRECTION ELEMENTS，Optical MEMS and Nanophotonic(OMN), 2012 International Conference on [ONLINE]，IEEE，２０１２年 ８月 ９日，ｐ．９３−９４，[検索日：2016/6/10]，[検索源：IEEE Xplore]

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／０６５

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップと基板、又は半導体チップ同士を接続してなる半導体装置の製造方法であって、
一方の半導体チップ又は基板に、略円錐形状に突出した第一電極を形成するバンプ形成工程と、
他方の半導体チップ又は基板に、内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する第二電極を形成するパッド形成工程と、
前記第一電極を前記第二電極の前記凹部に挿入した状態で、前記第一電極と前記第二電極とを互いに近づける方向に加圧し、前記第一電極の中心軸と前記凹部の中心軸とを一致させた状態とする加圧工程と、
前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を超音波により振動させ、前記第一電極と前記第二電極とを接合させる超音波接合工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記第一電極の先端には第一平坦面が形成されており、
前記第一電極の中心軸に対して前記第一電極の側面が成す第一角度は、前記第二電極の前記凹部の中心軸に対して前記凹部の内側面が成す第二角度よりも小さい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記第二電極の底部に第二平坦面が形成されている、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第二平坦面の周縁部に内接する円の直径は、前記第一平坦面の周縁部の直径よりも小さい、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第一電極の中心軸に対して前記第一電極の側面が成す第一角度は、前記第二電極の前記凹部の中心軸に対して前記凹部の内側面が成す第二角度よりも大きい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第一電極及び前記第二電極は、少なくともその表面が金である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第一電極及び前記第二電極は、銅の表面に金のコーティングを施してなる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第一電極及び前記第二電極は、少なくともその表面が銅である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記第一電極には、その先端部の周縁に面取りが施されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記パッド形成工程において形成された前記第二電極は、
半導体チップ又は基板のうち平坦な表面から突出するように形成されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれかに記載された半導体装置の製造方法によって、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士の接続を行う、半導体製造装置。

【請求項12】

半導体チップと基板、又は半導体チップ同士を接続してなる半導体装置を製造する半導体製造装置であって、
一方の半導体チップ又は基板には、略円錐形状に突出した第一電極が形成されており、
他方の半導体チップ又は基板には、内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する第二電極が形成されており、
前記第一電極を前記第二電極の前記凹部に挿入した状態で、前記第一電極と前記第二電極とを互いに近づける方向に加圧し、前記第一電極の中心軸と前記凹部の中心軸とを一致させた状態とする加圧装置と、
前記第一電極と前記第二電極とを接合させるために、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を超音波により振動させる超音波装置と、
を備える、半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士を接続してなる半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士の接続構造として、半導体チップをフェースダウンで配線基板又は他の半導体チップ上に搭載し、バンプ電極を介して両者の電極を接続する構造が知られている。

【0003】

このような接続構造を有する半導体装置においては、近年、携帯電話等の小型化、薄型化の要求に応えるため、半導体チップ等に形成されるバンプ電極の微細化、狭ピッチ化が進められている。その結果、半導体チップと基板等とを接続する際においては、対応するバンプ電極同士を確実に接続するために、両者の位置合わせを高い精度で行う必要性が生じている。例えば、近年ではバンプ電極の幅を１０μｍ以下とすることが主流となっており、求められる位置合わせの精度は１μｍ以下となっている。

【0004】

高精度の位置合わせを実現するために、下記特許文献１には、内側面が円錐形状の凹部を一方の電極に形成することが記載されている。このような構成においては、当該凹部と他方の電極（バンプ電極）との位置が多少ずれていたとしても、両電極を接近させる過程においてバンプ電極が凹部の内側面を摺動しながら案内される。その結果、バンプ電極の中心軸と凹部の中心軸とを容易に一致させ、高精度の位置合わせを実現することができる。

【0005】

位置合わせを行った後においては、電極同士を接合する必要がある。電極同士を接合する方法としては、圧接、半田接合、超音波接合等の様々な方法が知られている。このうち超音波接合は、接合時の荷重や温度上昇が比較的小さく、半導体チップ等への負担が小さくて済むため、GaAs, InP, CdTe, ZnSe, AlGaAs, InGaAs, GaInNAsなどの化合物半導体チップ、および、20〜100μｍ厚に薄く加工したＳｉ半導体チップにとって、最も好ましい接合方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−２７３１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

超音波接合においては、超音波が印加された半導体素子が、吸着固定された基板等に対して振動するため、半導体素子と基板等はその接合面に沿って相対移動する方向に振動することとなる。従って、上記特許文献１に記載された方法で位置合わせした状態の半導体チップ及び基板等に対し、超音波接合を行おうとすると、上記振動によってバンプ電極が凹部から飛び出てしまい、電極の位置ずれが生じてしまうおそれがある。

【0008】

このような位置ずれの発生を防止するためには、超音波振動のエネルギー（振幅等）を従来の方法におけるものよりも低減することが考えられる。しかしながら、超音波振動のエネルギーを低減すると、電極同士の金属接合強度が低下してしまう。すなわち、上記特許文献１に記載された方法は、半導体チップと基板等との位置合わせを高精度で行うことができるものではあったが、その後の超音波接合によって強固に接合することが困難なものであった。

【0009】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、位置合わせを高精度で行いながら、比較的に低温で半導体チップの電極と基板等の電極とを強固に接合することが可能な半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士を接続してなる半導体装置の製造方法であって、一方の半導体チップ又は基板に、略円錐形状に突出した第一電極を形成するバンプ形成工程と、他方の半導体チップ又は基板に、内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する第二電極を形成するパッド形成工程と、前記第一電極を前記凹部に挿入した状態で、前記第一電極と前記第二電極とを互いに近づける方向に加圧し、前記第一電極の中心軸と前記凹部の中心軸とを一致させた状態とする加圧工程と、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を超音波により振動させ、前記第一電極と前記第二電極とを接合させる超音波接合工程と、を備える。

【0011】

また、本発明によれば、上記製造方法によって、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士の接続を行う半導体製造装置が提供される。

【0012】

また、本発明によれば、半導体チップと基板、又は半導体チップ同士を接続してなる半導体装置を製造する半導体製造装置であって、一方の半導体チップ又は基板には、略円錐形状に突出した第一電極が形成されており、他方の半導体チップ又は基板には、内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する第二電極が形成されており、前記第一電極を前記第二電極の前記凹部に挿入した状態で、前記第一電極と前記第二電極とを互いに近づける方向に加圧し、前記第一電極の中心軸と前記凹部の中心軸とを一致させた状態とする加圧装置と、前記第一電極と前記第二電極とを接合させるために、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を超音波により振動させる超音波装置と、を備えた半導体製造装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第一実施形態に係るバンプ形成工程により、バンプ電極が形成された半導体チップの一例を示す断面図である。

【図2】本発明のパッド形成工程により、パッド電極が形成された基板の一例を示す断面図である。

【図3】図１に示したバンプ電極を拡大して示した斜視図である。

【図4】図２に示したパッド電極を拡大して示した斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図8】図６の一部を拡大して示した断面図である。

【図9】本発明の第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図10】本発明の第二実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図11】本発明の第三実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図12】本発明の第三実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図13】本発明の第四実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図14】本発明の第四実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図15】半導体チップの電極配置をファインピッチとした場合における問題点を説明するための図である。

【図16】本発明の第五実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図17】本発明の第五実施形態に係るバンプ電極の形状等を説明するための断面図である。

【図18】本発明の第六実施形態に係るパッド電極の形状を示した断面図である。

【図19】本発明の第六実施形態に係るパッド電極の外観を示した斜視図である。

【図20】本発明の第六実施形態に係るパッド電極の製造方法を説明するための断面図である。

【図21】本発明の第六実施形態に係るパッド電極を撮影した写真である。

【図22】図１９とは異なる形状のパッド電極の外観を示した斜視図である。

【図23】本発明に係る半導体製造装置の構成を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る半導体装置の製造方法は、一実施形態として、一方の半導体チップ又は基板に、略円錐形状に突出した第一電極を形成するバンプ形成工程と、他方の半導体チップ又は基板に、内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する第二電極を形成するパッド形成工程と、前記第一電極を前記凹部に挿入した状態で、前記第一電極と前記第二電極とを互いに近づける方向に加圧し、前記第一電極の中心軸と前記凹部の中心軸とを一致させた状態とする加圧工程と、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を超音波により振動させ、前記第一電極と前記第二電極とを接合させる超音波接合工程と、を備える。

【0015】

上記バンプ形成工程により形成される、一方の半導体チップ又は基板に略円錐形状に突出した形状を持つ第一電極は、所謂バンプ電極（又は突出電極）を構成する。また、パッド形成工程により形成される、他方の半導体チップ又は基板にて内側面が略角錐形状又は角柱形状の凹部を有する形状の第二電極は、バンプ電極と接合される所謂パッド電極を構成する。

【0016】

これら第一電極及び第二電極は、続く加圧工程にて、第一電極が第二電極の凹部に挿入された状態（又は第二電極の凹部が第一電極に被された状態とも言える）で、互いに近づく方向に加圧される。第一電極と第二電極とが接近する過程において、第一電極が第二電極の凹部の内側面を摺動しながら案内される結果、第一電極の中心軸と凹部の中心軸つまり第二電極の中心軸とが一致した状態となる。このとき、第一電極の側面つまり円錐形状の側面と、第二電極の凹部の内側面つまり略角錐形状又は角柱形状の内側面とは互いに形状が異なるため、両者は全面で接触した状態とはならず、複数個所において線又は点で接触した状態となる。

【0017】

第一及び第二電極は、加圧工程により互いの中心軸が一致するとともに、互いの側面が少なくとも一部にて接触した状態となっている。この状態にある第一及び第二電極は、さらに、続く超音波接合工程にて、第一電極及び第二電極の少なくとも一方が超音波により振動されて、互いに接合される。このとき、第一電極と第二電極の接触部分には超音波振動によって比較的大きな力が加わる。当該接触部分における両電極の表面層はこの力によって僅かに崩れ、活性な表面が新たに露出する。

【0018】

その結果、第一電極と第二電極とは、活性な表面同士において再び接触し、強固に金属結合する。その後、当該部分を起点として金属結合した部分が拡がって行き、最終的には、第一電極と第二電極とがその接触面のほぼ全面において金属結合した状態となる。

【0019】

本発明では、上述したように、第一電極と第二電極との当初における接触部分が線又は点のような非常に狭い状態となる。このため、超音波振動のエネルギーが低くても当該部分に集中して作用し、超音波工程の初期において当該部分が強固な金属結合の起点となる。その結果、第一電極が第二電極の凹部から飛び出てしまわない程度に超音波振動のエネルギーを低くしながらも、第一電極と第二電極とを強固に結合させることができる。

【0020】

また、一実施形態では、例えば、前記第一電極の先端に第一平坦面が形成されており、前記第一電極の中心軸に対して前記第一電極の側面が成す第一角度は、前記第二電極の前記凹部の中心軸に対して前記凹部の内側面が成す第二角度よりも小さい。

【0021】

言い換えると、略円錐形状の先端部に第一平坦面が形成された第一電極について、その中心軸に対して側面が成す第一角度が、対向する第二電極の凹部の中心軸に対して内側面が成す第二角度よりも小さくなるように形成する。

【0022】

これにより、まず加圧工程にて、第一電極は、その先端部に形成された第一平坦面の外縁部分が第二電極の凹部と接触した状態となる。このため、続く超音波接合工程においては、第一電極と第二電極との金属結合は、第一電極の先端から根元に向かって、換言すれば、第二電極の凹部の底部側から開口端部側に向かって進行することとなる。その結果、第一電極と第二電極との間に閉じ込められた気泡が金属結合面の形成を妨げてしまうことが防止され、両者を接触面の全範囲で金属結合させることができる。

【0023】

また、一実施形態では、例えば、前記第二電極の底部に第二平坦面が形成されている。

【0024】

このため、第一電極を低めの高さに形成した場合においても、第一電極の先端の第一平坦面と第二電極の凹部底部の第二平坦面との間に隙間が広く形成されてしまうことを防止することができる。

【0025】

また、一実施形態では、例えば、前記第二平坦面の周縁部に内接する円の直径は、前記第一平坦面の周縁部の直径よりも小さい。

【0026】

加圧工程において、第一電極の先端である第一平坦面の全体が第二平坦面上に当接してしまうと、第一電極の中心軸と第二電極の凹部の中心軸との位置関係は完全には規制されない。その結果、超音波接合工程が完了した時点において、当該位置関係が僅かにずれてしまう可能性がある。

【0027】

そこで、第二平坦面の周縁部に内接する円の直径を第一平坦面の周縁部の直径よりも小さくすることにより、加圧工程において第一電極と第二電極とを近づけて行った際、第一電極の先端の第一平坦面の全体が第二電極の凹部の第二平坦面に当接する前に、第一平坦面の周縁部つまり頂点が第二電極の凹部の内側面に点接触することとなる。このため、第一電極の中心軸と第二電極の中心軸との位置関係が完全に規制された状態で、超音波接合工程に移行することができる。その結果、電極同士の位置合わせ精度を更に向上させることができる。

【0028】

また、一実施形態では、例えば、前記第一電極及び前記第二電極は、少なくともその表面が金である。

【0029】

金は比較的軟質の金属であるため、超音波工程では第一電極と第二電極との接触部分において崩れやすく、活性な表面が新たに露出しやすい。このため、第一電極と第二電極とをより一層確実に接合することができる。尚、少なくとも第一及び第二電極の互いに接触する部分を金とすることがより好ましい。

【0030】

さらにまた、一実施形態では、例えば、前記第一電極には、その先端部の周縁に面取りが施されている。

【0031】

例えば第一電極の先端に第一平坦面が形成されており、当該第一平坦面の周縁部において面取りが施されていない場合には、加圧工程及び超音波接合工程において上記周縁部が比較的大きく潰れてしまう。その結果、潰れた第一電極の一部が第二電極の凹部から周囲にはみ出してしまい、半導体チップ上で隣り合う他の第一電極（又は第二電極）に対して接触してしまう恐れがある。すなわち、隣り合う電極間が導通してしまい、半導体チップの損傷や動作不良の原因となってしまう恐れがある。このような接触は、電極間の距離が短いファインピッチの半導体チップにおいて特に生じやすい。

【0032】

そこで、この態様では、第一電極には、その先端部の周縁に面取りが施されている。このような構成とすることにより、加圧工程及び超音波接合工程において、第一電極の先端部が大きく潰れてしまうことが抑制される。その結果、潰れた第一電極が第二電極の凹部から周囲にはみ出してしまうことが抑制される。ファインピッチの半導体チップであっても、隣り合う電極間が導通してしまうことを確実に防止しながら、半導体チップの接合を行うことができる。

【0033】

また、一実施形態では、例えば、前記パッド形成工程において形成された前記第二電極は、半導体チップ又は基板のうち平坦な表面から、その全体が突出するように形成されている。

【0034】

第二電極を形成するための具体的な方法としては、例えば、基板の表面に対してエッチングを施して凹部を形成し、その表面に絶縁層や導体層を形成することが考えられる。このような方法は、基板等の材質がシリコンであれば容易に行うことができる。しかしながら、基板等の材質がシリコン以外である場合には、当該基板等の表面に直接凹部を形成することは一般的に容易ではない。

【0035】

そこで、この態様では、第二電極は、半導体チップ又は基板のうち平坦な表面から、その全体が突出するように形成されている。

【0036】

このような構成により、基板や半導体チップ自体には凹部を形成することなく、換言すれば、基板や半導体チップの表面の形状を平坦としたままで、当該表面に対して第二電極を形成することができる。従って、基板等の材質がシリコン以外である場合にも、本発明に係る方法を用いて、半導体チップの電極と基板等の電極とを強固に接合することが可能となる。

【0037】

以上のとおりの本発明によれば、位置合わせを高精度で行いながら、比較的に低温で半導体チップの電極と基板等の電極とを強固に接合することが可能な半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置を提供することができる。

【0038】

以下、添付図面を参照しながら本発明のさらに具体的な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0039】

以下では、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態として、それぞれに電極が形成された半導体チップと基板とを接続する例を説明する。尚、本発明は、以下に説明するような半導体チップと基板とを接続してなる半導体装置の製造方法に限られるものではなく、半導体チップ同士を接続してなる半導体装置の製造方法にも適用することができる。

【0040】

図１は、本発明の第一実施形態に係るバンプ形成工程により、複数のバンプ電極１００が形成された半導体チップ１の一例を示す断面図である。図１に示したように、半導体チップ１はシリコンからなる板状体であって、その一面側に複数のバンプ電極１００が形成されている。半導体チップ１は、半導体デバイスが形成されたウエハから切り出された状態の個片チップ、所謂「ベアチップ」と称されるものであって、後に説明するように、基板１０に対して互いの電極同士を接合した状態で搭載されるものである。

【0041】

（バンプ形成工程）

【0042】

バンプ電極１００を形成する工程について簡単に説明する。まず、半導体チップ１の一面（図１では上面）に、ＳｉＯからなる絶縁層２を形成する。絶縁層２はＰＶＤ又はＣＶＤにより形成することができる。絶縁層２は、フォトレジスト膜を用いることにより、半導体チップ１に形成されるメタル層３の配置に合わせてパターニングされる。

【0043】

メタル層３は、絶縁層２を覆うように形成された層であって、金を主とする金属を蒸着することにより形成されている。メタル層３は、絶縁層２を形成した後、フォトレジスト膜を除去する前の段階で絶縁層２の上部に成膜される。その後、フォトレジスト膜を除去することで、絶縁層２とメタル層３とが同時にパターニングされる。

【0044】

絶縁層２及びメタル層３が形成された後、メタル層３の一部から突出するように複数のバンプ電極１００が形成される。バンプ電極１００は、図３に示したようにメタル層３から略円錐形状に突出した形状となっており、その先端には平坦面１０１が形成されている。平坦面１０１はメタル層３と略平行であって、その直径Ｄ１は、バンプ電極１００の他方の端部つまりメタル層３と接している部分の直径Ｄ２よりも小さくなっている。

【0045】

図１及び図３に示したような形状のバンプ電極１００を形成するには、まず、半導体チップ１のうちメタル層３が形成されている面上にフォトレジスト膜を形成する。フォトレジスト膜の厚さは、（これから形成する）バンプ電極１００の高さと略同一の厚さとしておく。その後、フォトレジスト膜のうちバンプ電極１００に対応する複数個所に、エッチングにより直径Ｄ２の孔を形成する。

【0046】

続いて、ＰＶＤによりフォトレジスト膜上に金を成膜する。当該成膜の過程において、フォトレジスト膜に形成された孔の内部では、先端が平坦な略円錐形状のバンプ電極１００が成長していく。金の膜厚がフォトレジスト膜の膜厚と略同一となった時点で成膜を終了し、フォトレジスト膜を除去すれば、図１及び図３に示したような形状のバンプ電極１００が形成される。

【0047】

尚、本実施形態においてはバンプ電極１００の全体を金により形成した。このような態様に替えて、略円錐形状のバンプ電極１００を金ではなく銅により形成した後、その表面全体に金のコーティングを施してもよい。本発明は、バンプ電極１００のうち少なくとも表面層が、金のように比較的軟質の金属で構成されていれば、特に効果を発揮するものである。

【0048】

図２は、本発明のパッド形成工程により、複数のパッド電極２００が形成された基板１０の一例を示す断面図である。図２に示したように、基板１０はシリコンからなる板状体であって、その一面側に複数の複数のパッド電極２００が形成されている。これらパッド電極２００は、基板１０に半導体チップ１が接続された際においてバンプ電極１００と対応する位置、に形成されている。

【0049】

（パッド形成工程）

【0050】

パッド電極２００を形成する工程について簡単に説明する。まず、基板１０の一面（図２では上面）にマスキングを施した後、当該マスキングのうちパッド電極２００を形成する位置に矩形の孔を形成する。すなわち、基板１０の表面のうちパッド電極２００を形成する部分のみを露出させる。

【0051】

その状態で、当該露出部分に対してエッチングを施す。エッチングにより、当該露出部分には凹部が形成されていく。ここで、基板１０を構成するシリコン結晶の異方性により、凹部の内側面は基板１０の表面、つまり被マスキング面に対して垂直とはならず、凹部の中心に向かって下るように傾斜した面となる。具体的には、この凹部の内面は、底部が平坦な略四角錐形状となる。

【0052】

凹部は、エッチング時間が経過するに伴って、底部の平坦面を次第に小さくしながらより深く成長していく。その後、凹部の深さがバンプ電極１００の高さよりも小さい所定の深さとなった時点で、エッチングを終了し、マスキングを除去する。この時点でも、凹部の底部には平坦面が形成されている。

【0053】

続いて、凹部の内面全体、及び基板１０の表面のうち凹部の近傍の部分を覆うように、絶縁層１２及びパッド電極２００を形成する。絶縁層１２は、半導体チップ１に形成された絶縁層２と同様に、ＳｉＯからなる層である。また、パッド電極２００は、絶縁層２を覆うように形成された層であって、金をＰＶＤ成膜することにより形成されている。絶縁層１２及びパッド電極２００の形成方法は、既に説明した絶縁層２及びメタル層３の形成方法とそれぞれ同様であるため、その説明を省略する。

【0054】

尚、本実施形態においてはパッド電極２００の全体を金により形成した。このような態様に替えて、パッド電極２００を金ではなく銅により形成した後、その表面全体に金のコーティングを施してもよい。本発明は、パッド電極２００のうち少なくとも表面層が、金のように比較的軟質の金属で構成されていれば、特に効果を発揮するものである。

【0055】

以上の工程を経て基板１０に形成されたパッド電極２００は、図４に示したように、その全体形状として底部（頂部とも呼べる）が平坦な略四角錐形状を有し、その内側に略同一形状の凹部２１０が形成されている。すなわち、凹部２１０は、その４つの内側面２１１が中心に向かって下るように傾斜した面となっており、その底部には平坦面２１２が形成されている。平坦面２１２は正方形状の平面であって、その一辺の長さは、バンプ電極１００の先端の直径Ｄ１よりも小さい。その結果、平坦面２１２の周縁部に内接する円の直径は、平坦面１０１の周縁部の直径Ｄ１よりも小さくなっている。

【0056】

続いて、図５乃至図７を参照しながら、半導体チップ１のバンプ電極１００と基板１０のパッド電極２００とを接合する方法について説明する。当該接合は、ステージ５００とピックアップ装置６００とを備えた半導体製造装置（接合装置ＢＥ）によって行われる。図５においては、接合装置ＢＥは模式的に描いてある。

【0057】

図５に示したように、まず基板１０をステージ５００上に搭載する。このとき、基板１０は、パッド電極２００が形成された面を上方に向けた状態となっており、その下面がステージ５００に対して真空吸着により固定されている。

【0058】

続いて、半導体チップ１をピックアップ装置６００により保持する。ピックアップ装置６００は、平坦な保持面６０１を有している。ピックアップ装置６００は、半導体チップ１のうちバンプ電極１００が形成されている面とは反対側の面を保持面６０１に当接させ、真空吸着によって半導体チップ１を保持し固定する。保持面６０１の略中央には吸着穴６０２が形成されており、当該吸着穴６０２を通じて保持面６０１と半導体チップ１との間に介在する空気を排気し、半導体チップ１を真空吸着することが可能となっている。図５に示したように、ピックアップ装置６００は半導体チップ１をステージ５００の上方に移動させ、半導体チップ１と基板１０とを互いに平行な状態で対向させる。

【0059】

ピックアップ装置６００は更にその位置を調整し、半導体チップ１に形成された全てのバンプ電極１００の位置が、基板１０に形成された（対応する）パッド電極２００の直上となるように調整する。

【0060】

尚、半導体チップ１及び基板１０には、それぞれアラインメントマーク４、１４が形成されている。ステージ５００には、基板１０のアラインメントマーク１４の下方に窓５１０が形成されており、窓５１０を通じて赤外線を照射することにより、アラインメントマーク４とアラインメントマーク１４との位置関係を不図示のカメラで確認できるようになっている。尚、ステージ５００が赤外線に対して透明な素材（例えばガラス）で形成されている場合には、窓５１０の形成は不要である。

【0061】

ピックアップ装置６００は、カメラから得られたアラインメントマーク４、１４の位置関係に関する情報に基づいて、保持している半導体チップ１の位置を微調整する。このときの調整は、バンプ電極１００の中心軸と凹部２１０の中心軸とが完全に一致するまで必ずしも行う必要はなく、中心軸同士の位置ずれが２μｍ程度に収まった時点で終了すればよい。

【0062】

中心軸同士の位置ずれは、保持面６０１と垂直な方向に沿ってピックアップ装置６００を下降させたときに、バンプ電極１００の先端の平坦面１０１が凹部２１０の内部に確実に挿入される程度であればよい。換言すれば、バンプ電極１００とパッド電極２００との最初の接触が、平坦面１０１の外縁と内側面２１１との間で確実に生じる程度であればよい。

【0063】

位置合わせが完了した後、半導体チップ１と基板１０とが互いに平行な状態を維持しながら、保持面６０１と垂直な方向に沿ってピックアップ装置６００を下降させる。バンプ電極１００の先端が凹部２１０の内部に挿入された後、平坦面１０１の外縁が凹部２１０の内側面２１１に接触する。その際、仮にバンプ電極１００の中心軸と凹部２１０の中心軸とが完全に一致した状態であれば、円形である平坦面１０１の外縁は、４つの内側面２１１に対して４か所同時に接触することとなる。しかし、中止軸の位置ずれが生じている場合、平坦面１０１の外縁は一つの内側面２１１に対して先に接触する。

【0064】

（加圧工程）

【0065】

その後、更にピックアップ装置６００を下降させるように圧力が加えられる。平坦面１０１の外縁は、接触している内側面２１１から反力（つまり内側面２１１の法線方向に沿った力）を受ける。当該反力によって、半導体チップ１は、バンプ電極１００の中心軸と凹部２１０の中心軸とが一致する方向に平行移動する。当該平行移動を伴いながら半導体チップ１は更に下降していき、最終的には、平坦面１０１の外縁が、４つの内側面２１１に対して点接触（バンプ電極１００の歪等を考慮すれば、線接触、又は微小面積における面接触といってもよい。以下同様である。）した状態となる（図６）。この時点では、バンプ電極１００の中心軸と凹部２１０の中心軸とが完全に一致している。

【0066】

ピックアップ装置６００及び半導体チップ１が下降した図６の状態においても、ピックアップ装置は、引き続き所定の大きさの力で半導体チップ１を下方に向けて加圧している。

【0067】

（超音波接合工程）

【0068】

バンプ電極１００とパッド電極２００とを互いに近づける方向に加圧した状態のまま、ピックアップ装置６００には外部から超音波振動が加えられる。これにより、ピックアップ装置６００は、保持面６０１と平行な方向（水平方向）に沿って振動する。

【0069】

このとき、上記のようにバンプ電極１００とパッド電極２００とは４か所において点接触した状態となっているため、超音波振動によって当該接触部分には比較的大きな力が加わることとなる。接触部分における表面層、つまりバンプ電極１００の表面層及びパッド電極２００の表面層はこの力によって僅かに崩れ、活性な表面が新たに露出する。

【0070】

その結果、バンプ電極１００とパッド電極２００とは、活性な表面同士において再び接触し、強固に金属結合する。その後、これら４か所の点接触部分を起点として金属結合した部分が拡がって行き、最終的には、バンプ電極１００とパッド電極２００の接触面がほぼ全面において金属結合した状態となる（図７）。

【0071】

以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、加圧工程を示す図６の時点において、バンプ電極１００とパッド電極２００との当初における（つまり超音波振動を開始する前における）接触部分が非常に狭い。このため、超音波振動工程においては、超音波振動のエネルギーが低くても接触部分にエネルギーが集中して作用し、接触部分が強固な金属結合の起点となる。

【0072】

その結果、バンプ電極１００がパッド電極２００の凹部２１０から飛び出てしまわない程度に超音波振動のエネルギーを低くしながらも、バンプ電極１００とパッド電極２００とを強固に結合させることが可能となっている。すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、バンプ電極１００を凹部２１０に挿入し位置合わせを高精度で行った状態を維持しながら、バンプ電極１００とパッド電極２００とを強固に接合することができる。

【0073】

ところで、超音波接合する際には被接合物の加熱を行うのが一般的であるが、本実施形態においては特段の加熱を行わずとも例えば室温にて強固な接合を行うことができた。これは、バンプ電極１００及びパッド電極２００をいずれも金により構成したことで、活性な表面の露出及び当該表面における強固な金属結合という本願発明の効果が顕著となったためと推定される。

【0074】

尚、本発明の別の実施形態として、バンプ電極１００等の材料として、金に替えて銅を用いることもできる。例えば、バンプ電極１００等の全体を銅により形成してもよく、バンプ電極１００等の表面のみを銅により形成してもよい。この場合、バンプ電極１００とパッド電極２００とを強固に接合するためには、超音波工程において両者を加熱することが必要となるが、それでも超音波工程がない場合の通常４００℃への加熱と比べ、極めて低い例えば１２０〜１５０℃での強固な接合を実現することができる。

【0075】

本実施形態におけるバンプ電極１００及びパッド電極２００の形状について、図８を参照しながら更に説明する。図８は、図６の一部を拡大して示した断面図であって、加圧工程にて少なくとも一部が互いに接触した状態を示している。

【0076】

図８に示したように、バンプ電極１００の中心軸ＡＸ１に対してバンプ電極１００の側面１０２が成す角度を傾斜角θ１とし、凹部２１０の中心軸（図８においてはＡＸ１と一致している）に対して凹部２１０の内側面２１１が成す角度を傾斜角θ２としたときにおいて、θ１はθ２よりも小さくなっている。尚、図８に描かれた点線ＬＮ１、ＬＮ２は、いずれも中心軸ＡＸ１と平行な直線である。

【0077】

バンプ電極１００をこのような形状とすることにより、加圧工程において、バンプ電極１００はその先端の平坦面１０１の外縁部分が凹部２１０の内側面２１１と接触した状態となっている。このため、続く超音波接合工程においては、バンプ電極１００とパッド電極２００との金属結合は、バンプ電極１００の先端から根元、つまりメタル層３と接している部分に向かって、換言すれば、パッド電極２００の凹部２１０の底部の平坦面２１２側から開口端部側に向かって進行することとなる。その結果、バンプ電極１００とパッド電極２００との間に閉じ込められた気泡が金属結合を妨げてしまうことが防止され、両者を広範囲で金属結合させることが可能となっている。

【0078】

また、本実施形態においては図８に示したように、パッド電極２００の凹部２１０の底部には平坦面２１２が形成されている。このため、バンプ電極１００を高く形成しなくても、バンプ電極１００の先端の平坦面１０１と凹部２１０の底部の平坦面２１２との間に空間が広く形成されてしまうことが防止されている。また、凹部２１０の内面を、平坦面２１２を有さない完全な四角錐形状とする場合と比較して、パッド形成工程に要する時間が短くなっている。

【0079】

尚、本発明の実施態様は上記のようなものに限られない。例えば、バンプ電極１００及びパッド電極２００の形状を図９に示したようなものとした場合であっても、本発明の実施の範囲に含まれる。すなわち、バンプ電極１００の先端に平坦面１０１が形成されない円錐形状や、パッド電極の凹部２１０の底部に平坦面２１２が形成されない角錐形状としてもよい。

【0080】

より具体的には、例えば、図９は、本発明の第二実施形態を説明するための図であって、加圧工程が行われて超音波接合工程が開始される前の時点における状態を示している。図９に示したように、本実施形態に係るバンプ電極１００は、その先端に平坦面１０１がない完全な円錐形状となっている。また、パッド電極の凹部２１０は、その底部に平坦面２１２がない完全な角錐形状となっている。

【0081】

また、バンプ電極１００の中心軸ＡＸ１に対してバンプ電極１００の側面１０２が成す角度を傾斜角θ１とし、凹部２１０の中心軸（図９においてはＡＸ１と一致している）に対して凹部２１０の内側面２１１が成す角度を傾斜角θ２としたときにおいて、θ１がθ２よりも大きくなっている。

【0082】

図９に示した状態から超音波接合工程が行われ、バンプ電極１００とパッド電極２００との接合が完了した状態を図１０に示した。超音波接合工程が行われる前には、凹部２１０の内部においてバンプ電極１００とパッド電極２００との間には隙間が形成されていたが、超音波接合工程が行われた後においては、当該隙間がなくなっている。バンプ電極１００とパッド電極２００の接触面は、ほぼ全面において金属結合した状態となっている。

【0083】

本実施形態においては、バンプ電極１００を半導体チップ１に形成し、パッド電極２００を基板１０に形成する例を説明したが、バンプ電極１００を基板１０に形成し、パッド電極２００を半導体チップ１に形成してもよい。

【0084】

また、パッド電極２００の凹部２１０の内面を略五角錐形状等、任意の多角錐形状としてもよい。これらの態様の場合にも、前述した実施態様と同様に、位置合わせを高精度で行いながら、半導体チップの電極と基板等の電極とを強固に接合することが可能な半導体装置を実現することができる。

【0085】

更に、パッド電極２００の凹部２１０の内面を例えば四角柱形状等、任意の角柱形状としてもよい。すなわち、凹部２１０の内側面２１１を基板１０の表面に対して垂直に形成してもよい。

【0086】

より具体的には、例えば、図１１は、本発明の第三実施形態を説明するための図であって、加圧工程が行われて超音波接合工程が開始される前の時点における状態を示している。図１１に示したように、本実施形態に係るバンプ電極１００は、その先端に平坦面１０１が形成されない完全な円錐形状となっている。また、パッド電極２００の凹部２１０は、その内側面２１１が基板１０の表面に対して垂直となっている。換言すれば、内側面２１１が角錐形状ではなく、四角柱形状となっている。

【0087】

図１１に示した状態から超音波接合工程が行われ、バンプ電極１００とパッド電極２００との接合が完了した状態を図１２に示した。超音波接合工程が行われる前には、凹部２１０の内部においてバンプ電極１００とパッド電極２００との間には隙間が形成されていたが、超音波接合工程が行われた後においては、当該隙間がなくなっている。バンプ電極１００とパッド電極２００の接触面は、ほぼ全面において金属結合した状態となっている。

【0088】

図１３は、本発明の第四実施形態を説明するための図であって、加圧工程が行われて超音波接合工程が開始される前の時点における状態を示している。図１３に示したように、本実施形態に係るバンプ電極１００の形状は、図８等に示した第一実施形態に係るバンプ電極１００と同様の形状となっている。すなわち円錐形状であって、その先端に平坦面１０１が形成されている。また、パッド電極の凹部２１０は、その内側面２１１が基板１０の表面に対して垂直となっている。換言すれば、内側面２１１が角錐形状ではなく、四角柱形状となっている。

【0089】

図１３に示した状態から超音波接合工程が行われ、バンプ電極１００とパッド電極２００との接合が完了した状態を図１４に示した。超音波接合工程が行われる前には、凹部２１０の内部においてバンプ電極１００とパッド電極２００との間には隙間が形成されていたが、超音波接合工程が行われた後においては、当該隙間がなくなっている。バンプ電極１００とパッド電極２００の接触面は、ほぼ全面において金属結合した状態となっている。

【0090】

以上、図１１乃至１４を参照しながら説明したように、図８や図９における傾斜角θ２を０度に形成した場合であっても、本発明の効果を奏することができる。

【0091】

ところで、第一実施形態に係るバンプ電極１００は、図３等に示したように、平坦面１０１の周縁部に角が形成された形状となっている。図６を見れば明らかなように、加圧工程においては、先ず当該角が凹部２１０の内側面２１１に当たる。バンプ電極１００は、平坦面１０１の周縁部が比較的大きく潰れてしまうこととなる。その結果、加圧工程及び超音波工程において、潰れて変形したバンプ電極１００の一部が、凹部２１０から周囲にはみ出してしまうことがある。

【0092】

図１５は、超音波工程が完了した時点の状態を示しており、上記のように、潰れたバンプ電極１００の一部が凹部２１０からはみ出した状態を模式的に示している。図１５に示したように、バンプ電極１００が上記のように潰れて変形した結果、凹部２１０から外側にはみ出す突出部１１０が形成されている。突出部１１０は、隣り合うバンプ電極（符合１００ａ）及びパッド電極（符合２００ａ）に向かって伸びている。

【0093】

その結果、半導体チップ１がファインピッチである場合（隣り合うバンプ電極１００間の距離が短い場合）には、突出部１１０がバンプ電極１００ａ又はパッド電極２００ａに対して接触してしまう恐れがある。すなわち、隣り合う電極間が導通してしまい、半導体チップ１の損傷や動作不良の原因となってしまう恐れがある。

【0094】

このような現象を防止するためには、バンプ電極１００の先端（平坦面１０１）の周縁に沿って面取りを施すことが好ましい。図１６は、本発明の第五実施形態に係るバンプ電極１００を示している。図１６に示したように、本実施形態に係るバンプ電極１００は、平坦面１０１の周縁に沿って面取りが施されており、これによりＣ面１２０が形成されている。尚、本実施形態においては、パッド電極２００の形状は第一実施形態の場合（図２等を参照）と同様である。

【0095】

図１７は、図１６に示したバンプ電極１００とパッド電極２００とを接合する工程を示しており、加圧工程から超音波接合工程に移行する直前の状態を模式的に示している。バンプ電極１００のうち、パッド電極２００の内側面２１１に最初に当たる部分にはＣ面１２０が形成されている。このため、加圧工程及び超音波接合工程において、バンプ電極１００が大きく潰れてしまうことが抑制される。その結果、潰れたバンプ電極１００が凹部２１０から周囲にはみ出してしまうことが抑制される。すなわち、図１５に示した突出部１１０が形成されてしまうことが抑制される。従って、半導体チップ１がファインピッチであっても、隣り合う電極間が導通してしまうことを確実に防止することができる。

【0096】

以上に示したそれぞれの実施形態においては、パッド電極２００は、シリコンからなる基板１０の表面の一部にエッチングを施すことによって形成されていた。すなわち、基板１０自体の表面に直接凹部が形成されていた。しかしながら、基板１０の材質がシリコンであればそのような形成方法を採ることができるが、基板１０の材質がシリコン以外である場合には、当該基板１０の表面に直接凹部を形成することは容易ではない。

【0097】

このような場合には、凹部２１０を有するパッド電極２００を、基板１０の平坦な表面からその全体乃至略全体が突出するように形成すればよい。以下では、このように形成されたパッド電極２００の例として、本発明の第六実施形態について説明する。

【0098】

図１８は、本発明の第六実施形態に係るパッド電極２００の形状を示す断面図である。図１９は、当該パッド電極２００の外観を示す斜視図である。図１８及び図１９に示したように、本実施形態においては、図２等に示した第一実施形態の場合と異なり、基板１０の上面には凹部が形成されておらず、上面全体が平坦面となっている。パッド電極２００は、基板１０の平坦な表面から、その全体が突出するように形成されている。

【0099】

具体的には、パッド電極２００は矩形に沿った周縁部のみが基板１０の表面から突出しており、その結果、その中央部に凹部２１０が形成されている。図４に示した第一実施形態に係るパッド電極２００の場合と同様に、凹部２１０は、その４つの内側面２１１が中心に向かって下るように傾斜した面となっており、その底部には平坦面２１２が形成されている。尚、本実施形態における平坦面２１２は、基板１０の表面に形成された絶縁層１２となっている。

【0100】

図１８及び図１９に示したパッド電極２００を形成する方法について、図２０を参照しながら説明する。

【0101】

まず、図２０（Ａ）に示したように、基板１０の上面のうちパッド電極２００の下方となる位置に、ＳｉＯからなる絶縁層１２を形成する。その後、絶縁層１２の上面全体にマスキング２５０を施した後、当該マスキング２５０のうちパッド電極２００を形成する位置に矩形の孔ＨＬを形成する。すなわち、絶縁層１２の表面のうちパッド電極２００を形成する部分のみを露出させる。尚、凹部２１０を形成する部分においては、マスキング２５０を除去せずに残しておく。

【0102】

その状態で、基板１０の上面全体に、ＮＰＤ法（Nano-Particles-Deposition）を用いて金属層２６０を形成する。図２０（Ｂ）に示したように、金属層２６０は、マスキング２５０の上面に形成されるほか、孔ＨＬの内部においても形成される。

【0103】

金属層２６０のうち、孔ＨＬの内部（すなわち、絶縁層１２の上面）に形成された部分は、絶縁層１２から略台形状に突出するような断面を有している。金属層２６０の当該部分は、パッド電極２００となる部分である。

【0104】

その後、図２０（Ｃ）に示したように、基板１０の上面からマスキング２５０を除去する。金属層２６０は、孔ＨＬの内部に形成されていた部分だけが残る。その結果、図１８及び図１９に示した形状のパッド電極２００が形成される。

【0105】

尚、本実施形態においてはパッド電極２００（金属層２６０）の全体を金により形成した。このような態様に替えて、パッド電極２００を金ではなく銅により形成した後、その表面全体に金のコーティングを施してもよい。本発明は、パッド電極２００のうち少なくとも表面層が、金のように比較的軟質の金属で構成されていれば、特に効果を発揮するものである。

【0106】

以上の工程を経て基板１０に形成されたパッド電極２００は、図１９に示したように、中央に凹部２１０が形成されている。凹部２１０は、その４つの内側面２１１が中心に向かって下るように傾斜した面となっており、その底部には平坦面２１２が形成されている。図２１は、以上に説明した方法によって実際にパッド電極２００を形成し、それを撮影した写真である。図２１（Ａ）はパッド電極２００を斜め上方から見て撮影した写真であり、図２１（Ｂ）はパッド電極２００を上方（直上）から見て撮影した写真である。

【0107】

以上のような方法により、基板１０自体には凹部を形成することなく、換言すれば、基板１０の表面の形状を平坦としたままで、当該表面に対してパッド電極２００を形成することができる。従って、基板１０の材質がシリコン以外である場合にも、凹部２１０を有するパッド電極２００を基板１０上に形成することができる。

【0108】

尚、以上のような方法によって形成されるパッド電極２００の形状は、図１９に示したような略矩形のものに限られない。例えば、図２２に示したようなリング状に形成することも可能である。

【0109】

続いて、図５等を参照しながら既に説明した半導体製造装置（接合装置ＢＥ）の具体的な構成について、図２３を参照しながら更に詳しく説明する。

【0110】

ピックアップ装置６００の上面側、すなわち、半導体チップ１を吸着する保持面６０１の反対側には、超音波装置ＵＳＥが配置されている。超音波装置ＵＳＥは、超音波接合工程においてピックアップ装置６００に超音波振動を加えるための装置である。

【0111】

超音波装置ＵＳＥの形状は略平板状であり、ピックアップ装置６００の上面全体に当接した状態で、ピックアップ装置６００に対して固定されている。超音波装置ＵＳＥとピックアップ装置６００との間には、シート状の断熱材７０１が介在している。断熱材７０１は、後に説明するヒーターＨＴ１の熱が、ピックアップ装置６００から超音波装置ＵＳＥに伝達されることを防止するものである。超音波装置ＵＳＥの側面には、超音波振動の発信源である超音波ホーンＵＳＨが配置されている。

【0112】

超音波装置ＵＳＥの上面側には、シリンダー装置８００の可動部８１０が配置されている。シリンダー装置８００は、加圧工程においてピックアップ装置６００を下方に移動させて、半導体チップ１と基板１０との間を加圧する装置である。超音波装置ＵＳＥの上面は、可動部８１０の下端に対して固定されている。

【0113】

超音波装置ＵＳＥと可動部８１０との間には、ロードセルＬＣが配置されている。加圧工程及び超音波接合工程において、半導体チップ１と基板１０との間に加えられる荷重の大きさを、ロードセルＬＣにより検出することが可能となっている。加圧工程及び超音波接合工程においては、ロードセルＬＣによって検出された荷重の大きさに基づきながら、シリンダー装置８００の動作が制御される。

【0114】

既に説明したように、加圧工程においては、半導体チップ１は、バンプ電極１００の中心軸と凹部２１０の中心軸とが一致する方向（水平方向）に平行移動する。このような移動を可能とするための構成としては、可動部８１０が水平方向に沿って容易に移動し得るように、機械的な遊び（ガタ）を持たせておくことが考えられる。この場合には、加圧工程において、可動部８１０、超音波装置ＵＳＥ、ピックアップ装置６００、半導体チップ１の全てが、一体となって水平方向に移動することとなる。

【0115】

しかし、シリンダー装置８００の機械的な遊びによって半導体チップ１を移動させるような構成においては、バンプ電極１００の中心軸とパッド電極２００の中心軸とを一致させることができない場合が生じ得る。一般に、機械的な遊びの範囲を正確に管理することは容易ではなく、加圧工程の開始時におけるバンプ電極１００とパッド電極２００とのずれ具合によっては、機械的な遊びによってそのずれを吸収できない場合があるからである。

【0116】

そこで、接合装置ＢＥにおいては、シリンダー装置８００の機械的な遊びによることなく、半導体チップ１が水平方向に移動し得る構成となっている。具体的には、半導体チップ１とピックアップ装置６００との間に働く真空吸着力の大きさが（弱めに）調整されており、ピックアップ装置６００の保持面６０１に沿って、半導体チップ１がスライドし得る構成となっている。

【0117】

このため、バンプ電極１００とパッド電極２００との位置ずれがどのように生じた場合であっても、機械的な遊びによることなく半導体チップ１がスライドし、バンプ電極１００の中心軸とパッド電極２００の中心軸とを一致させることが可能となっている。

【0118】

尚、半導体チップ１とピックアップ装置６００との間に働く真空吸着力の大きさを弱くしすぎると、超音波装置ＵＳＥの超音波振動が半導体チップ１に対して十分に伝わらなくなってしまうことも考えられる。このため、真空吸着力の大きさを調整するに当たっては、半導体チップ１が容易に移動し得ることと、半導体チップに十分な超音波振動が伝達されることとが、両立するように留意する必要がある。

【0119】

ステージ５００の上面、すなわち、基板１０が載置される方の面には、複数の吸着穴５０２が形成されている。それぞれの吸着穴５０２は、ステージ５００の内部に形成された真空排気路５０３に連通している。吸着穴５０２及び真空排気路５０３を通じて、ステージ５００と基板１０との間に介在する空気を排気し、基板１０を真空吸着することが可能となっている。

【0120】

ステージ５００の上面のうち、基板１０の周囲には、保持板９０１、９０２が配置されている。保持板９０１は、ステージ５００の上面に対して固定された板である。また、保持板９０２は、ステージ５００の上面に対して真空吸着された板である。ステージ５００のうち保持板９０２の下方には、真空排気路５０３に連通する吸着穴５０４が形成されている。

【0121】

これら二つの保持板９０１、９０２が、基板１０の側面に対して当接している。このため、基板１０は、ステージ５００に対して真空吸着されていることに加えて、保持板９０１、９０２によって側面から保持された状態となっている。その結果、基板１０がステージ５００の上面に沿ってスライドしてしまうことが抑制されている。

【0122】

既に説明したように、接合装置ＢＥによれば、半導体チップ１や基板１０の加熱を行わなくても、両者を接合することが可能である。しかしながら、両者を加熱しながら接合してもよいことは言うまでもない。接合装置ＢＥでは、ピックアップ装置６００の内部にヒーターＨＴ１及び温度センサＴＳ１が埋め込まれている。また、ステージ５００の内部にも、ヒーターＨＴ２及び温度センサＴＳ２が埋め込まれている。

【0123】

半導体チップ１の大きさ、バンプ電極１００の材質や数等によっては、ヒーターＨＴ１、ＨＴ２による温度制御を行うことで、補助的に半導体チップ１や基板１０を加熱することが望ましい。これにより、半導体チップ１と基板１０との接続をより確実に行うことができる。

【0124】

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0125】

１：半導体チップ
２：絶縁層
３：メタル層
４，１４：アラインメントマーク
１０：基板
１２：絶縁層
１００，１００ａ：バンプ電極
１０１：平坦面
１１０：突出部
１０２：側面
１２０：Ｃ面
２００，２００ａ：パッド電極
２１０：凹部
２１１：内側面
２１２：平坦面
２５０：マスキング
２６０：金属層
ＢＥ：接合装置
５００：ステージ
５０２,５０４：吸着穴
５０３：真空排気路
５１０：窓
６００：ピックアップ装置
６０１：保持面
６０２：吸着穴
７０１：断熱材
８００：シリンダー装置
８１０：可動部
９０１，９０２：保持板
ＡＸ１：中心軸
Ｄ１，Ｄ２：直径
ＬＮ１，ＬＮ２：点線
θ１，θ２：傾斜角
ＨＬ：孔
ＨＴ１，ＨＴ２：ヒーター
ＬＣ：ロードセル
ＴＳ１，ＴＳ２：温度センサ
ＵＳＥ：超音波装置
ＵＳＨ：超音波ホーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図22】

【図23】

【図21】