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JP2010087035A - Apparatus for manufacturing three-dimensional semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents

Apparatus for manufacturing three-dimensional semiconductor device and method for manufacturing same Download PDF

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JP2010087035A
JP2010087035A JP2008251651A JP2008251651A JP2010087035A JP 2010087035 A JP2010087035 A JP 2010087035A JP 2008251651 A JP2008251651 A JP 2008251651A JP 2008251651 A JP2008251651 A JP 2008251651A JP 2010087035 A JP2010087035 A JP 2010087035A
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semiconductor device
dimensional semiconductor
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Kenkichi Hoshi
健吉 星
Hitoshi Fujimoto
仁士 藤本
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Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing apparatus and a method for manufacturing the same reducing manufacturing cost of a three-dimensional semiconductor device. <P>SOLUTION: An integrated circuit chip bonding apparatus 1 manufactures a three-dimensional semiconductor device by stacking a plurality of memory chips 41 with copper terminals on an upper and lower faces on a base board 40 with copper terminals on an upper face and bonding the copper terminals to each other. The integrated circuit chip bonding apparatus 1 includes: a hydrogen plasma cleaner section 2 for exposing the base board 40 and the memory chips 41 in a hydrogen plasma atmosphere to remove oxide films formed on the copper terminals; and a chip mounting section 30 sequentially stacking integrated circuit chips of the memory chips 41, from which the oxide films of the copper terminals have been removed, on the base board 40, from which the oxide films of the copper terminals have been removed, and pressing and bonding the copper terminals formed on mutually opposed surfaces to each other in a non-oxygen atmosphere. The base board 40 and the memory chips 41 are thereby transferred from the hydrogen plasma cleaner section 2 to the chip mounting section 30 in a non-oxygen atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の集積回路チップを複数段積層して構成した3次元半導体装置の製造装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a three-dimensional semiconductor device configured by stacking a plurality of integrated circuit chips in a plurality of stages.

近年の集積回路装置の動作の高速化に伴い、集積回路チップの3次元実装技術が注目されている。3次元実装は、2次元実装に比べ、信号の配線長が劇的に短くなり、その伝播遅延時間が大幅に短縮されるので、集積回路装置の動作の高速化に大きな効果がある。また、一方では、信号の伝播遅延時間を短縮することを目的に、集積回路チップの内外において、配線材料の低抵抗化、例えば、アルミ配線から銅配線への移行が進行しつつある。そして、それに伴い、集積回路チップに形成される端子(バンプ)の材料もハンダから銅へと移行している。   With the recent increase in operation speed of integrated circuit devices, three-dimensional mounting technology for integrated circuit chips has attracted attention. Compared to the two-dimensional mounting, the three-dimensional mounting has a significant effect on increasing the operation speed of the integrated circuit device because the signal wiring length is drastically shortened and the propagation delay time thereof is greatly shortened. On the other hand, for the purpose of shortening the signal propagation delay time, the resistance of the wiring material, for example, the transition from aluminum wiring to copper wiring is progressing inside and outside the integrated circuit chip. Along with this, the material of terminals (bumps) formed on the integrated circuit chip has also shifted from solder to copper.

特許文献1には、メモリ集積回路チップを複数段積層して構成した3次元半導体装置の例が開示されている。特許文献1に開示されている3次元半導体装置を構成するメモリ集積回路チップの端子は、チップの上面と下面とを貫通する貫通電極により構成され、その貫通電極の上部および下部は、銅のバンプ電極であり、その銅のバンプ電極にはニッケルおよび金のメッキが施されている。   Patent Document 1 discloses an example of a three-dimensional semiconductor device configured by stacking a plurality of memory integrated circuit chips. The terminals of the memory integrated circuit chip constituting the three-dimensional semiconductor device disclosed in Patent Document 1 are formed by through electrodes that penetrate the upper and lower surfaces of the chip, and the upper and lower portions of the through electrodes are copper bumps. The copper bump electrode is plated with nickel and gold.

この銅の電極に対するニッケルおよび金のメッキは、銅の酸化を防止するために行う。すなわち、銅は、酸化しやすいため、常温の大気中でも、その表面に容易に酸化膜(自然酸化膜)が形成される。自然酸化膜が形成されると、電気抵抗が増大するとともに、銅の端子同士の接合性が低下する。そこで、銅の端子は、金など酸化されにくく、接合が容易な金属で覆われることが多い。
特開2008−16720号公報
The nickel and gold plating on the copper electrode is performed to prevent copper oxidation. That is, since copper is easy to oxidize, an oxide film (natural oxide film) is easily formed on the surface even in air at normal temperature. When the natural oxide film is formed, the electrical resistance increases and the bondability between the copper terminals decreases. Therefore, the copper terminal is often covered with a metal that is difficult to oxidize, such as gold, and is easy to join.
JP 2008-16720 A

しかしながら、メモリ集積回路チップの端子にニッケルや金メッキなどを施すと、そのメッキ工程が余分に必要となり、また、金など貴金属を使用することで、その製造コストが増大することになる。従って、特許文献1に開示された方法によって3次元半導体装置を製造した場合、その製造コストが大きくなるという問題がある。   However, if nickel or gold plating or the like is applied to the terminals of the memory integrated circuit chip, an extra plating step is required, and the use of a noble metal such as gold increases the manufacturing cost. Therefore, when a three-dimensional semiconductor device is manufactured by the method disclosed in Patent Document 1, there is a problem that the manufacturing cost increases.

そこで、本発明は、3次元半導体装置の製造コストを低減することを可能にする3次元半導体装置の製造装置およびその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof that can reduce the manufacturing cost of the three-dimensional semiconductor device.

本発明は、少なくともその上面に銅で形成された端子を有する基体基板上に、その上面および下面の両面に銅で形成された端子を有する集積回路チップを複数個積層し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を接合して構成した3次元半導体装置を製造する3次元半導体装置の製造装置である。その3次元半導体装置の製造装置は、基体基板および集積回路チップのそれぞれを水素プラズマ雰囲気に曝し、基体基板および集積回路チップのそれぞれが有する銅の端子に形成された酸化膜を除去する水素プラズマクリーナ部と、その水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する基体基板、または、その水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する集積回路チップが基体基板上に少なくとも1つ積層して接合された製造途上の3次元半導体装置の上面に、水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する集積回路チップの他の1つを載置し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を非酸素雰囲気下で圧着して接合するチップマウント部と、水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子をそれぞれ有する基体基板および集積回路チップを、非酸素雰囲気下で水素プラズマクリーナ部からチップマウント部へ搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする。   According to the present invention, a plurality of integrated circuit chips having terminals formed of copper on both the upper surface and the lower surface are stacked on a base substrate having terminals formed of copper on at least the upper surface thereof, and the surfaces facing each other are laminated. It is a manufacturing apparatus of a three-dimensional semiconductor device that manufactures a three-dimensional semiconductor device configured by joining the formed terminals. The three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus exposes each of a base substrate and an integrated circuit chip to a hydrogen plasma atmosphere, and removes an oxide film formed on a copper terminal of each of the base substrate and the integrated circuit chip. And a substrate substrate having a terminal from which an oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner section, or an integrated circuit chip having a terminal from which the oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner section is laminated on the substrate substrate. The other one of the integrated circuit chips having the terminal from which the oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner unit is placed on the upper surface of the three-dimensional semiconductor device that is being bonded and formed on the surfaces facing each other. In addition, a chip mount part that joins the terminals together in a non-oxygen atmosphere and a hydrogen plasma cleaner part. The base substrate and the integrated circuit chip having a terminal oxide film is removed, respectively, and a transport unit for transporting the hydrogen plasma cleaner unit in a non-oxygen atmosphere to the chip mounting part, characterized in that it comprises a.

本発明の3次元半導体装置の製造装置によれば、3次元半導体装置を製造するために用いられる集積回路チップの端子に酸化膜が形成されていても、その酸化膜は、水素プラズマクリーナ部で除去される。また、その酸化膜が除去された端子を有する集積回路チップは、非酸素雰囲気の下でチップマウント部へ搬送され、チップマウント部では、非酸素雰囲気の下で複数の集積回路チップの酸化膜のない銅の端子同士が接合されることにより、3次元半導体装置が製造される。   According to the apparatus for manufacturing a three-dimensional semiconductor device of the present invention, even if an oxide film is formed on a terminal of an integrated circuit chip used for manufacturing the three-dimensional semiconductor device, the oxide film is a hydrogen plasma cleaner section. Removed. Further, the integrated circuit chip having the terminal from which the oxide film has been removed is transported to the chip mount section under a non-oxygen atmosphere, and the chip mount section includes a plurality of integrated circuit chip oxide films under a non-oxygen atmosphere. A three-dimensional semiconductor device is manufactured by bonding copper terminals that are not present together.

従って、本発明の3次元半導体装置の製造装置で3次元半導体装置を製造する場合には、その3次元半導体装置を製造するために用いられる集積回路チップの端子にニッケルや金などのメッキを施す必要がない。従って、その材料として、金などの貴金属を必要とせず、また、そのメッキ工程も不要となる。   Accordingly, when a three-dimensional semiconductor device is manufactured by the three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention, the terminals of the integrated circuit chip used for manufacturing the three-dimensional semiconductor device are plated with nickel, gold, or the like. There is no need. Therefore, no precious metal such as gold is required as the material, and the plating process is not required.

本発明によれば、3次元半導体装置の製造コストが低減される。   According to the present invention, the manufacturing cost of the three-dimensional semiconductor device is reduced.

以下、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

図1は、本発明の実施形態に係る集積回路チップ接合装置の構成の例を、上面からの配置図として示した図、図2は、本実施形態に係る集積回路チップ接合装置で製造される積層メモリ集積回路装置の断面構造の例を示した図である。   FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an integrated circuit chip bonding apparatus according to an embodiment of the present invention as an arrangement view from the top surface, and FIG. 2 is manufactured by the integrated circuit chip bonding apparatus according to the present embodiment. It is the figure which showed the example of the cross-section of a laminated memory integrated circuit device.

図1に示した集積回路チップ接合装置1は、基体基板上に複数の集積回路チップを積層し、それぞれに形成された端子同士を接合して3次元半導体装置を製造する装置である。ここでは、集積回路チップ接合装置1の詳細な説明をする前に、図2を参照して、3次元半導体装置の一例である積層メモリ集積回路装置4の構成について説明する。   The integrated circuit chip bonding apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus that manufactures a three-dimensional semiconductor device by stacking a plurality of integrated circuit chips on a base substrate and bonding terminals formed on each of them. Here, before describing the integrated circuit chip bonding apparatus 1 in detail, the configuration of the stacked memory integrated circuit apparatus 4 which is an example of a three-dimensional semiconductor device will be described with reference to FIG.

図2(a)に示すように、積層メモリ集積回路装置4は、基体基板を構成するインタポーザ42に、メモリ集積回路が形成された複数のメモリチップ41およびインタフェースチップ43が積層され、相互の端子が接合されて構成される。ここで、メモリチップ41およびインタフェースチップ43は、いずれもSiウェーハから切り出されたベアチップである。   As shown in FIG. 2A, in the stacked memory integrated circuit device 4, a plurality of memory chips 41 and interface chips 43 each having a memory integrated circuit are stacked on an interposer 42 constituting a base substrate, and mutual terminals are provided. Are joined together. Here, the memory chip 41 and the interface chip 43 are both bare chips cut out from the Si wafer.

図2(b)に示すように、メモリチップ41は、Si基板410の表層部に図示しないメモリ集積回路が形成され、そのメモリ集積回路の複数の入出力信号線や電源線は、それぞれ貫通電極411に接続されている。貫通電極411は、Si基板の上面から下面までを貫通するビアホールにCuなどの導電性のよい金属が充填されて構成される。ここで、メモリチップ41の上面で貫通電極411の上部には、Cuバンプ412が形成され、また、メモリチップ41の下面で貫通電極411の下部には、Cuバンプ413が形成されている。   As shown in FIG. 2B, in the memory chip 41, a memory integrated circuit (not shown) is formed on the surface layer portion of the Si substrate 410, and a plurality of input / output signal lines and power supply lines of the memory integrated circuit are respectively connected to through electrodes. 411. The through electrode 411 is configured by filling a via hole penetrating from the upper surface to the lower surface of the Si substrate with a metal having good conductivity such as Cu. Here, a Cu bump 412 is formed on the upper surface of the through electrode 411 on the upper surface of the memory chip 41, and a Cu bump 413 is formed on the lower surface of the memory chip 41 on the lower surface of the through electrode 411.

このようなCuバンプ412,413は、接合端子として機能し、他のメモリチップ41のCuバンプ413,412、または、インタポーザ42上に形成されたCuバンプ424などに接合される。   Such Cu bumps 412 and 413 function as bonding terminals, and are bonded to Cu bumps 413 and 412 of other memory chips 41, Cu bumps 424 formed on the interposer 42, or the like.

図2(c)は、メモリチップ41の貫通電極411およびその周辺部分を拡大して示した図である。貫通電極411は、Cuバンプ412,413と電気的に接続され、また、Si基板410のSiサブストレートとは、酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる絶縁膜414,415,416によって電気的に絶縁されている。   FIG. 2C is an enlarged view of the through electrode 411 and its peripheral portion of the memory chip 41. The through electrode 411 is electrically connected to the Cu bumps 412 and 413, and is electrically insulated from the Si substrate of the Si substrate 410 by insulating films 414, 415, and 416 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like. ing.

図2(d)に示すように、インタポーザ42は、ビアホール421が形成されたポリイミドなどの絶縁基板420によって構成され、そのビアホール421にはCuなどの導電性のよい金属が充填されている。また、インタポーザ42の上面には、それぞれのビアホール421内の金属に接続されたCu配線422が形成されており、その下面のビアホール421の位置には、Cuバンプ423が形成されている。さらに、メモリチップ41のCuバンプ413が接合する位置のCu配線422上には、Cuバンプ424が形成されている。   As shown in FIG. 2D, the interposer 42 is constituted by an insulating substrate 420 such as polyimide in which a via hole 421 is formed, and the via hole 421 is filled with a metal having good conductivity such as Cu. Further, Cu wirings 422 connected to the metal in the respective via holes 421 are formed on the upper surface of the interposer 42, and Cu bumps 423 are formed at the positions of the via holes 421 on the lower surface thereof. Further, a Cu bump 424 is formed on the Cu wiring 422 at a position where the Cu bump 413 of the memory chip 41 is joined.

インタポーザ42は、再配置基板とも呼ばれ、その下面に接合されたインタフェースチップ43を介して、メモリチップ41の信号線を外部システムと接続するための信号線に変換する機能を有する。従って、インタポーザ42の下面には、外部システム接続用のハンダバンプ44が形成され、インタフェースチップ43により外部システム接続用に変換された信号線は、Cu配線422を介して各ハンダバンプ44に接続される。   The interposer 42 is also referred to as a rearrangement board, and has a function of converting the signal line of the memory chip 41 into a signal line for connecting to an external system via an interface chip 43 bonded to the lower surface thereof. Accordingly, solder bumps 44 for external system connection are formed on the lower surface of the interposer 42, and signal lines converted for external system connection by the interface chip 43 are connected to the solder bumps 44 via the Cu wiring 422.

また、図2(a)に示すように、インタポーザ42上に積層され接合された複数のメモリチップ41の間隙には、絶縁樹脂などからなるアンダフィル材45が充填され、さらに、その外周は、モールド材46によって覆われる。以上のようにして、積層メモリ集積回路装置4は、最終的にはBGA(Ball Grid Array)パッケージ形態の3次元半導体装置としてまとめ上げられる。   Further, as shown in FIG. 2A, the gaps between the plurality of memory chips 41 stacked and bonded on the interposer 42 are filled with an underfill material 45 made of insulating resin or the like. Covered by the molding material 46. As described above, the stacked memory integrated circuit device 4 is finally assembled as a three-dimensional semiconductor device in the form of a BGA (Ball Grid Array) package.

続いて、図1を参照しつつ、さらに、図3以下の図面を参照して、図2に示した積層メモリ集積回路装置4を製造するための集積回路チップ接合装置1の構成の例、および、その構成要素の詳細について説明する。   Next, referring to FIG. 1 and referring to FIG. 3 and subsequent drawings, an example of the configuration of the integrated circuit chip bonding apparatus 1 for manufacturing the stacked memory integrated circuit device 4 shown in FIG. Details of the components will be described.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る集積回路チップ接合装置1は、水素プラズマクリーナ部2およびチップマウント部3を含んで構成される。ここで、水素プラズマクリーナ部2は、積層メモリ集積回路装置4を製造するときに用いられるメモリチップ41および基体基板40上のCu端子(Cuバンプ412,413,423,424など)に形成された自然酸化膜を除去する装置である。また、チップマウント部3は、基体基板40の上にメモリチップ41を順次積層し、それぞれの上面および下面に設けられ、互いに接するCu端子同士を接合する装置である。   As shown in FIG. 1, an integrated circuit chip bonding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a hydrogen plasma cleaner unit 2 and a chip mount unit 3. Here, the hydrogen plasma cleaner unit 2 is formed on the memory chip 41 used when manufacturing the stacked memory integrated circuit device 4 and Cu terminals (Cu bumps 412, 413, 423, 424, etc.) on the base substrate 40. An apparatus for removing a natural oxide film. The chip mount unit 3 is a device that sequentially stacks the memory chips 41 on the base substrate 40 and is provided on each of the upper and lower surfaces and joins Cu terminals that are in contact with each other.

なお、本実施形態では、基体基板40は、複数のインタポーザ42(図1では4つのインタポーザ42)を平面的に繋げて1つの基板としたものであり、また、ウェーハ5は、ウェーハ保護シート51が貼付され、複数のメモリチップ41にダイシングされた形態のものをいう。なお、ウェーハ保護シート51が貼付されたウェーハ5は、搬送の便宜のために、図示しない保護リングに保持されている。   In the present embodiment, the base substrate 40 is a substrate in which a plurality of interposers 42 (four interposers 42 in FIG. 1) are connected in a plane, and the wafer 5 is a wafer protection sheet 51. Is attached and is diced into a plurality of memory chips 41. Note that the wafer 5 to which the wafer protection sheet 51 is attached is held by a protection ring (not shown) for convenience of transportation.

図1において、水素プラズマクリーナ部2は、基体基板供給部21aと、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aと、ウェーハ供給部21bと、ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bと、により構成される。ここで、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aおよびウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bは、別途、図3を用いて詳しく説明するように、水素プラズマが生成される真空チャンバである。   In FIG. 1, the hydrogen plasma cleaner unit 2 includes a substrate substrate supply unit 21a, a substrate substrate cleaning plasma chamber 22a, a wafer supply unit 21b, and a wafer cleaning plasma chamber 22b. Here, the substrate cleaning plasma chamber 22a and the wafer cleaning plasma chamber 22b are vacuum chambers in which hydrogen plasma is generated, as will be described in detail with reference to FIG.

基体基板供給部21aは、マガジンなどに収容された基体基板40を基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aへ搬入するための搬入口であり、マガジンローダやロードロックチャンバ(図示せず)などにより構成される。なお、ロードロックチャンバとは、少なくとも2つの搬入・搬出用のゲートを有する密閉チャンバであり、通常、その中には搬送装置が設けられている。   The base substrate supply unit 21a is a carry-in port for carrying the base substrate 40 accommodated in a magazine or the like into the base substrate cleaning plasma chamber 22a, and includes a magazine loader, a load lock chamber (not shown), and the like. The load lock chamber is a sealed chamber having at least two loading / unloading gates, and a transfer device is usually provided therein.

このような基体基板供給部21aにおいて、マガジンローダにセットされた基体基板40は、ロードロックチャンバ内へ取り込まれると、ロードロックチャンバ内の搬送装置を介して、さらに、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22a内へと搬送される。   In such a base substrate supply unit 21a, when the base substrate 40 set in the magazine loader is taken into the load lock chamber, the base substrate 40 is further transferred into the base substrate cleaning plasma chamber 22a via the transfer device in the load lock chamber. It is conveyed to.

この基体基板40の搬送動作において、基体基板40がロードロックチャンバ内へ取り込まれるときには、ロードロックチャンバのマガジンローダ側(大気側)のゲートは開けられ、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aとの間のゲートは閉じられる。また、基体基板40が基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aへ搬送されるときには、大気側のゲートは閉じられ、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aとの間のゲートは開けられる。   In the transfer operation of the base substrate 40, when the base substrate 40 is taken into the load lock chamber, the magazine loader side (atmosphere side) gate of the load lock chamber is opened, and the gate to the base substrate cleaning plasma chamber 22a is opened. Is closed. When the base substrate 40 is transferred to the base substrate cleaning plasma chamber 22a, the gate on the atmosphere side is closed and the gate between the base substrate cleaning plasma chamber 22a is opened.

基体基板供給部21aと同様に、ウェーハ供給部21bは、ウェーハ保護シート51が貼付されたウェーハ5をウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bへ搬入するための搬入口であり、ウェーハローダや同様のロードロックチャンバ(図示せず)などにより構成される。さらに、同様の動作により、ウェーハローダにセットされたウェーハ5がウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bへ搬送される。   Similar to the base substrate supply unit 21a, the wafer supply unit 21b is a carry-in port for carrying the wafer 5 to which the wafer protection sheet 51 is stuck into the wafer cleaning plasma chamber 22b, and is a wafer loader or a similar load lock chamber ( (Not shown). Further, by the same operation, the wafer 5 set in the wafer loader is transferred to the wafer cleaning plasma chamber 22b.

図3は、本実施形態に係る集積回路チップ接合装置1におけるプラズマチャンバ22の概略構成の例を示した図である。ここで、プラズマチャンバ22は、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aおよびウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bの総称である。なお、図3では、ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bを例にして、プラズマチャンバ22の説明を行っている。   FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the plasma chamber 22 in the integrated circuit chip bonding apparatus 1 according to the present embodiment. Here, the plasma chamber 22 is a general term for the substrate cleaning plasma chamber 22a and the wafer cleaning plasma chamber 22b. In FIG. 3, the plasma chamber 22 is described taking the wafer cleaning plasma chamber 22b as an example.

図3に示すように、プラズマチャンバ22の内部は、水素ガスが水素ガス供給口222から供給される一方で、排気口223からは図示しない真空ポンプなどにより真空に引かれ、その内部の圧力は、例えば、10Pa程度に保たれる。また、上部電極224と下部電極225との間には、高周波電源226から供給されるマイクロ波などの高周波の電圧が印加され、プラズマチャンバ22の内部に水素イオン(H)プラズマが生成される。 As shown in FIG. 3, the inside of the plasma chamber 22 is supplied with hydrogen gas from a hydrogen gas supply port 222, while the exhaust port 223 is evacuated by a vacuum pump (not shown) or the like. For example, it is maintained at about 10 Pa. Further, a high-frequency voltage such as a microwave supplied from a high-frequency power source 226 is applied between the upper electrode 224 and the lower electrode 225, and hydrogen ion (H + ) plasma is generated inside the plasma chamber 22. .

その結果、下部電極225の上方に載置されたウェーハ5、つまり、メモリチップ41は、その生成された水素イオン(H)プラズマに曝される。従って、メモリチップ41のCuバンプ412,413は、水素イオン(H)プラズマに曝される。ここで、Cuバンプ412,413に自然酸化膜が形成されていた場合には、水素イオン(H)プラズマがその自然酸化膜に還元作用を及ぼして、酸化銅(CuO)を真性の銅(Cu)に変える。 As a result, the wafer 5 placed above the lower electrode 225, that is, the memory chip 41, is exposed to the generated hydrogen ion (H + ) plasma. Therefore, the Cu bumps 412 and 413 of the memory chip 41 are exposed to hydrogen ion (H + ) plasma. Here, when a natural oxide film is formed on the Cu bumps 412 and 413, hydrogen ion (H + ) plasma exerts a reducing action on the natural oxide film, so that copper oxide (CuO) is converted into intrinsic copper ( Change to Cu).

従って、メモリチップ41をプラズマチャンバ22に入れて、水素イオン(H)プラズマに所定の時間(例えば、20秒間)曝すことにより、そのCuバンプ412,413に形成されていた自然酸化膜は除去される。 Therefore, the natural oxide film formed on the Cu bumps 412 and 413 is removed by placing the memory chip 41 in the plasma chamber 22 and exposing it to hydrogen ion (H + ) plasma for a predetermined time (for example, 20 seconds). Is done.

以上のようにして、メモリチップ41のCuバンプ412,413に形成されていた自然酸化膜が除去されると、そのメモリチップ41、つまり、ウェーハ5は、ウェーハ保護シート51に貼付された状態で、チップマウント部3側に設けられたロードロックチャンバ(図示せず)内の搬送ロボットにより、プラズマチャンバ22(ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22b)の内部から取り出され、チップマウント部3へ搬出される。   As described above, when the natural oxide film formed on the Cu bumps 412 and 413 of the memory chip 41 is removed, the memory chip 41, that is, the wafer 5 is attached to the wafer protection sheet 51. Then, it is taken out from the inside of the plasma chamber 22 (wafer cleaning plasma chamber 22b) by a transfer robot in a load lock chamber (not shown) provided on the chip mount portion 3 side, and is carried out to the chip mount portion 3.

同様に、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aによって、基体基板40(インタポーザ42)のCuバンプ423,424の自然酸化膜が除去される。そして、Cuバンプ423,424の自然酸化膜が除去された基体基板40は、トレイに収容された状態で、チップマウント部3側に設けられたロードロックチャンバ(図示せず)内の搬送装置により、プラズマチャンバ22(基体基板クリーニングプラズマチャンバ22a)の内部から取り出され、チップマウント部3へ搬出される。   Similarly, the natural oxide films on the Cu bumps 423 and 424 of the base substrate 40 (interposer 42) are removed by the base substrate cleaning plasma chamber 22a. The base substrate 40 from which the natural oxide film of the Cu bumps 423 and 424 has been removed is accommodated in a tray by a transfer device in a load lock chamber (not shown) provided on the chip mount unit 3 side. Then, it is taken out from the inside of the plasma chamber 22 (base substrate cleaning plasma chamber 22 a) and carried out to the chip mount unit 3.

続いて、再度、図1を参照して、チップマウント部3の構成および機能について説明する。図1に示すように、チップマウント部3は、基体基板搬送部31a、ウェーハ搬送部31b、マウントステージ32、ウェーハステージ33、走行軌道341およびコレット支持体342を含むコレット34、マウント済基板回収部35a、使用済ウェーハ回収部35bなどを含んで構成される。   Next, the configuration and function of the chip mount unit 3 will be described again with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the chip mount unit 3 includes a base substrate transfer unit 31a, a wafer transfer unit 31b, a mount stage 32, a wafer stage 33, a collet 34 including a travel track 341 and a collet support 342, a mounted substrate recovery unit. 35a, a used wafer collecting unit 35b, and the like.

基体基板搬送部31aは、吸着ハンドやコンベアなどを備えた搬送装置などによって構成され、基体基板40を、適宜、基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aから取り出し、搬送し、マウントステージ32上に載置する。   The base substrate transport unit 31 a is configured by a transport device including a suction hand, a conveyor, and the like. The base substrate 40 is appropriately taken out from the base substrate cleaning plasma chamber 22 a, transported, and placed on the mount stage 32.

同様に、ウェーハ搬送部31bは、ウェーハ5を保持した保護リング把持するハンドを有する搬送ロボットを含んで構成され、ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bから搬出されるウェーハ5を受け取り、そのウェーハ5をウェーハステージ33上に載置する。   Similarly, the wafer transfer unit 31b is configured to include a transfer robot having a hand that holds the protective ring holding the wafer 5, receives the wafer 5 unloaded from the wafer cleaning plasma chamber 22b, and transfers the wafer 5 to the wafer stage 33. Place on top.

次に、図1および図4に示すように、マウントステージ32およびウェーハステージ33の上方には、両者をまたぐように、走行軌道341が設けられている。ここで、図4は、走行軌道341を含むコレット34の移動機構の例を側面視で示した図である。   Next, as shown in FIGS. 1 and 4, a traveling track 341 is provided above the mount stage 32 and the wafer stage 33 so as to straddle both. Here, FIG. 4 is a side view showing an example of a moving mechanism of the collet 34 including the traveling track 341.

コレット支持体342は、下垂するアーム343を備え、アーム343の下端部にコレット34が取り付けられる。アーム343は、適宜、伸張または収縮して、コレット34を上下方向に移動させる。また、コレット支持体342は、走行軌道341に取り付けられ、コレット34を支持した状態で、走行軌道341上を自在に走行する。なお、図4では、上下方向をZ軸、走行軌道341の方向をY軸としている。   The collet support 342 includes an arm 343 that hangs down, and the collet 34 is attached to the lower end of the arm 343. The arm 343 appropriately expands or contracts to move the collet 34 in the vertical direction. The collet support 342 is attached to the travel track 341 and travels freely on the travel track 341 while supporting the collet 34. In FIG. 4, the vertical direction is the Z axis, and the direction of the traveling track 341 is the Y axis.

また、図示を省略しているが、ウェーハステージ33およびマウントステージ32は、それぞれ、走行軌道341と交る方向(図1ではX軸方向)に自在に移動する移動機構を有している。   Although not shown, each of the wafer stage 33 and the mount stage 32 has a moving mechanism that freely moves in a direction intersecting the traveling track 341 (X-axis direction in FIG. 1).

また、チップマウント部3は、これらの移動機構を連動させて制御する制御装置(図示せず)を備えており、その制御装置の制御によって、ウェーハステージ33上またはマウントステージ32上の任意の水平位置に、コレット34を位置付けることができる。また、制御装置は、アーム343を、適宜、伸張または収縮させてコレット34の高さ位置を定めることができる。   In addition, the chip mount unit 3 includes a control device (not shown) that controls these moving mechanisms in conjunction with each other, and is controlled by the control device so that any horizontal surface on the wafer stage 33 or the mount stage 32 can be obtained. The collet 34 can be positioned at a position. Further, the control device can determine the height position of the collet 34 by appropriately extending or contracting the arm 343.

コレット34は、その下端部に真空吸着などによる吸着部を備えている。そこで、コレット34がその吸着部にメモリチップ41を吸着するときには、制御装置は、まず、コレット支持体342およびウェーハステージ33をY方向またはX方向に、適宜、移動させることにより、コレット34を、吸着対象のメモリチップ41の直上位置に位置づける。そして、アーム343を伸張させることにより、吸着部がメモリチップ41に接する位置までコレット34を下降させて、メモリチップ41を吸着させる。その後、アーム343を収縮させて、コレット34を上昇させる。   The collet 34 is provided with a suction portion by vacuum suction or the like at the lower end thereof. Therefore, when the collet 34 adsorbs the memory chip 41 to the adsorbing portion, the control device first moves the collet 34 and the wafer stage 33 appropriately in the Y direction or the X direction, thereby moving the collet 34, It is positioned directly above the suction target memory chip 41. Then, by extending the arm 343, the collet 34 is lowered to a position where the suction portion contacts the memory chip 41, and the memory chip 41 is sucked. Thereafter, the arm 343 is contracted to raise the collet 34.

なお、ウェーハステージ33は、メモリチップ41のウェーハ保護シート51からの剥離を容易にするためのチップ突き上げ機構(図示せず)を有している。チップ突き上げ機構は、コレット34がメモリチップ41を吸着したときに同期して、ウェーハ保護シート51の下部から、その吸着されたメモリチップ41を突き上げて、その剥離の動作を補助する。   The wafer stage 33 has a chip push-up mechanism (not shown) for facilitating peeling of the memory chip 41 from the wafer protection sheet 51. The chip push-up mechanism pushes up the sucked memory chip 41 from the lower part of the wafer protection sheet 51 in synchronization with the collet 34 sucking the memory chip 41 and assists the peeling operation.

コレット34がメモリチップ41を吸着して上昇すると、制御装置は、再び、コレット支持体342およびウェーハステージ33をY方向またはX方向に、適宜、移動させ、コレット34を、マウントステージ32上に載置された基体基板40上方の所定の位置に位置づける。   When the collet 34 attracts the memory chip 41 and rises, the control device again moves the collet support 342 and the wafer stage 33 in the Y direction or the X direction as appropriate, and the collet 34 is mounted on the mount stage 32. It is positioned at a predetermined position above the placed base substrate 40.

そして、制御装置は、アーム343を伸張させることにより、コレット34をその先端部に吸着しているメモリチップ41が基体基板40に接する位置まで下降させる。このとき、制御装置は、コレット支持体342またはコレット34に付属するカメラなどの撮像装置(図示せず)から取得される映像に基づき、詳細な位置合わせを行い、メモリチップの下面のCuバンプ413と基体基板40(インタポーザ42)の上面のCuバンプ424とが接触するように位置を調整する。   Then, the control device extends the arm 343 to lower the collet 34 to a position where the memory chip 41 adsorbing the tip of the collet 34 contacts the base substrate 40. At this time, the control device performs detailed alignment based on an image acquired from an imaging device (not shown) such as a camera attached to the collet support 342 or the collet 34, and Cu bumps 413 on the lower surface of the memory chip. The position is adjusted so that the Cu bumps 424 on the upper surface of the base substrate 40 (interposer 42) are in contact with each other.

コレット34は、さらに、電磁コイルなどを介して制御装置によって駆動されるばね機構(図示せず)を有し、そのばね機構によって吸着部を外方向(図4では下方)に押し出す押圧力を生成する。   The collet 34 further includes a spring mechanism (not shown) that is driven by a control device via an electromagnetic coil or the like, and generates a pressing force that pushes the suction portion outward (downward in FIG. 4) by the spring mechanism. To do.

そこで、制御装置は、メモリチップ41が基体基板40に接したことを検知したときには、そのばね機構を駆動して、メモリチップ41を上部より押圧し、メモリチップ41の下面のCuバンプ413と基体基板40(インタポーザ42)の上面のCuバンプ424とを圧着して、接合する。   Therefore, when the control device detects that the memory chip 41 is in contact with the base substrate 40, it drives the spring mechanism to press the memory chip 41 from above, and the Cu bump 413 on the bottom surface of the memory chip 41 and the base The Cu bumps 424 on the upper surface of the substrate 40 (interposer 42) are bonded by pressure.

なお、ここでは、メモリチップ41が基体基板40に接合されるとしたが、基体基板40上にすでに接合済みのメモリチップ41が積層されている場合もある。その場合には、制御装置は、コレット34に吸着されたメモリチップ41が積層されたメモリチップ41に接したことを検知して、ばね機構を駆動して、吸着されたメモリチップ41を上部より押圧し、その吸着されたメモリチップ41の下面のCuバンプ413と積層済のメモリチップ41の上面のCuバンプ412とを圧着して、接合する。   Although the memory chip 41 is bonded to the base substrate 40 here, the bonded memory chip 41 may be stacked on the base substrate 40 in some cases. In that case, the control device detects that the memory chip 41 adsorbed by the collet 34 contacts the stacked memory chip 41, drives the spring mechanism, and removes the adsorbed memory chip 41 from above. The pressed Cu bumps 413 on the lower surface of the memory chip 41 and the Cu bumps 412 on the upper surface of the stacked memory chips 41 are bonded by pressure bonding.

図5は、マウントステージ32上に載置された基体基板40上に2層のメモリチップ41が接合して積層され、その上にさらに新たなメモリチップ41が接合される様子を示した図である。ここで、図5(a)は、コレット34が搬送中のメモリチップ41を吸着している様子を示し、図5(b)は、基体基板40上の2層のメモリチップ41の上に新たなメモリチップ41が載置され、そのメモリチップ41にばね機構などによる押圧力が加えられ、互いに接するCuバンプ413,412が接合する様子を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which two layers of memory chips 41 are bonded and stacked on the base substrate 40 placed on the mount stage 32, and a new memory chip 41 is further bonded thereon. is there. Here, FIG. 5A shows a state in which the collet 34 sucks the memory chip 41 being transported, and FIG. 5B shows a state in which a new layer is formed on the two-layer memory chip 41 on the base substrate 40. A memory chip 41 is placed, and a pressing force by a spring mechanism or the like is applied to the memory chip 41, so that Cu bumps 413 and 412 that are in contact with each other are joined.

ここで、図1に示す基体基板搬送部31a、ウェーハ搬送部31b、並びに、マウントステージ32、ウェーハステージ33およびコレット34(走行軌道341とコレット支持体342とを含む)が配置された領域は、大気を遮断するための筐体に覆われているものとする。そして、その筐体の内部は、図示しない不活性気体供給部から供給される窒素などの不活性気体で満たされ、大気圧よりやや高い圧力が保たれているものとする。すなわち、この筐体内部は、非酸素の雰囲気に保たれている。   Here, the region where the substrate transfer unit 31a, the wafer transfer unit 31b, the mount stage 32, the wafer stage 33, and the collet 34 (including the traveling track 341 and the collet support 342) shown in FIG. It is assumed that it is covered with a housing for blocking the atmosphere. And the inside of the housing | casing is satisfy | filled with inert gas, such as nitrogen supplied from the inert gas supply part which is not shown in figure, and the pressure a little higher than atmospheric pressure shall be maintained. That is, the inside of the housing is kept in a non-oxygen atmosphere.

従って、基体基板40およびメモリチップ41は、プラズマチャンバ22から取り出され、メモリチップ41が基体基板40上に積層されるまでの工程は、非酸素雰囲気の下で行われる。すなわち、基体基板40およびメモリチップ41上のCuバンプ423,424,412,413に形成された自然酸化膜は、プラズマチャンバ22により除去されているので、その後、Cuバンプ423,424,412,413同士が接合されるときに至るまで、真性の銅(Cu)が露出した状態にある。そのため、そのCuバンプ423,424,412,413同士は、それほど大きくない押圧力、つまり、コレット34のばね機構によって生成される程度の押圧力で圧着して、接合することができる。   Accordingly, the base substrate 40 and the memory chip 41 are taken out from the plasma chamber 22 and the process until the memory chip 41 is stacked on the base substrate 40 is performed in a non-oxygen atmosphere. That is, since the natural oxide film formed on the Cu bumps 423, 424, 412, and 413 on the base substrate 40 and the memory chip 41 is removed by the plasma chamber 22, the Cu bumps 423, 424, 412, and 413 are thereafter removed. Intact copper (Cu) is exposed until they are joined together. Therefore, the Cu bumps 423, 424, 412, and 413 can be bonded to each other with a pressing force that is not so large, that is, with a pressing force that is generated by the spring mechanism of the collet 34.

なお、Cuバンプ423,424,412,413同士の圧着に際しては、マウントステージ32やコレット34の内部にヒータを埋め込んでおき、そのCuバンプ423,424,412,413を加熱した上で圧着するとしてもよい。その場合には、常温での圧着に比べ、Cuバンプ424,412,413同士のより安定した結合が得られたり、押圧力を小さくしたり、押圧力の印加時間を短縮したりすることができる。   When the Cu bumps 423, 424, 412, and 413 are pressed together, a heater is embedded in the mount stage 32 and the collet 34, and the Cu bumps 423, 424, 412, and 413 are heated and then pressed. Also good. In that case, it is possible to obtain a more stable bond between the Cu bumps 424, 412 and 413, to reduce the pressing force, and to shorten the time for applying the pressing force, as compared with the pressure bonding at room temperature. .

図6は、チップマウント部3によって所定数のメモリチップ41が基体基板40へ積層されたマウント済基板の構成の例を示した図である。図6に示した例では、4つのインタポーザ42により構成された基体基板40上に、6段のメモリチップ41が積層されている。このように、基体基板40上に所定の数のメモリチップ41があらかじめ定められた所定の段数積層されたものを、以下、マウント済基板と呼ぶ。   FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a mounted substrate in which a predetermined number of memory chips 41 are stacked on the base substrate 40 by the chip mount unit 3. In the example shown in FIG. 6, six stages of memory chips 41 are stacked on a base substrate 40 constituted by four interposers 42. A structure in which a predetermined number of memory chips 41 are stacked on the base substrate 40 in a predetermined number of stages is hereinafter referred to as a mounted substrate.

チップマウント部3の制御装置は、コレット34によって基体基板40上に積層されるメモリチップ41の段数および総数を管理し、基体基板40へのメモリチップ41の積層完了、つまり、マウント済基板の製造完了を検知し、その旨を、マウント済基板回収部35a(図1参照)へ通知する。   The control device of the chip mount unit 3 manages the number and the total number of the memory chips 41 stacked on the base substrate 40 by the collet 34, and completes stacking of the memory chips 41 on the base substrate 40, that is, manufacture of the mounted substrate. Completion is detected, and a notification to that effect is sent to the mounted substrate collection unit 35a (see FIG. 1).

マウント済基板回収部35aは、搬送ロボットなどによって構成され、制御装置からマウント済基板の製造完了の通知を受けたときには、そのマウント済基板をマウントステージ32から回収して、チップマウント部3の外へ搬出する。   The mounted substrate collecting unit 35a is constituted by a transfer robot or the like, and when receiving a notification of the completion of manufacturing of the mounted substrate from the control device, collects the mounted substrate from the mount stage 32 and removes it from the chip mount unit 3. Carry out.

また、同様に、使用済ウェーハ回収部35b(図1参照)は、搬送ロボットなどによって構成され、制御装置からウェーハ保護シート51上の使用可能なメモリチップ41がなくなったことを通知する通知を受けたときには、そのウェーハ保護シート51をウェーハステージ33から回収して、チップマウント部3の外へ搬出する。   Similarly, the used wafer collection unit 35b (see FIG. 1) is configured by a transfer robot or the like, and receives a notification from the control device notifying that there are no usable memory chips 41 on the wafer protection sheet 51. When this occurs, the wafer protection sheet 51 is recovered from the wafer stage 33 and carried out of the chip mount unit 3.

なお、使用可能なメモリチップ41とは、通常、ウェーハ5がダイシングされる前に実施される所定の検査装置を用いた検査によって、そのメモリチップ41が電気的にも機能的にも正常に動作することが確認されたものをいう。従って、その検査装置によって、正常に動作することが確認されなかったメモリチップ41は不良品であるため、使用されない。   Note that the memory chip 41 that can be used normally operates normally both electrically and functionally by inspection using a predetermined inspection apparatus performed before the wafer 5 is diced. This is what has been confirmed. Therefore, the memory chip 41 that has not been confirmed to operate normally by the inspection device is a defective product and is not used.

チップマウント部3の外へ搬出されたマウント済基板は、積層メモリ集積回路装置4の製造途上の半製品である。マウント済基板は、その後、他の製造装置によって、メモリチップ41積層部分の周囲がモールド材46によってモールドされ、次いで、インタポーザ42の単位で切断される。さらに、インタポーザ42の下面にインタフェースチップ43が接合されるとともに、ハンダバンプ44が形成されて、積層メモリ集積回路装置4が完成する。   The mounted substrate carried out of the chip mount unit 3 is a semi-finished product in the process of manufacturing the stacked memory integrated circuit device 4. After that, the mounted substrate is molded by the molding material 46 around the stacked portion of the memory chip 41 by another manufacturing apparatus, and then cut in units of the interposer 42. Further, the interface chip 43 is bonded to the lower surface of the interposer 42 and the solder bumps 44 are formed to complete the stacked memory integrated circuit device 4.

以上のように、積層メモリ集積回路装置4の製造に、本実施形態で説明した集積回路チップ接合装置1を用いると、基体基板40とメモリチップ41とを接合したり、メモリチップ41同士を接合したりする場合、その接合端子に金やニッケルのメッキを施す必要がないので、積層メモリ集積回路装置4の製造コストを低減することができる。   As described above, when the integrated circuit chip bonding apparatus 1 described in this embodiment is used for manufacturing the stacked memory integrated circuit device 4, the base substrate 40 and the memory chip 41 are bonded, or the memory chips 41 are bonded to each other. In this case, since it is not necessary to apply gold or nickel plating to the junction terminals, the manufacturing cost of the stacked memory integrated circuit device 4 can be reduced.

(実施形態の変形例−1)
続いて、図7を参照して、本実施形態の変形例について説明する。図7は、本実施形態の変形例に係る集積回路チップ接合装置の構成の例を示した図である。図1を用いて説明した集積回路チップ接合装置1においては、積層メモリ集積回路装置4を製造するために必要なメモリチップ41は、ウェーハ保護シート51に貼付されたウェーハ5がダイシングされた形態で供給されるものとしてきた。それに対し、この実施形態の変形例では、ダイシング後のメモリチップ41がトレイ6に収容された形態で、集積回路チップ接合装置1’に供給される。
(Modification 1 of embodiment)
Subsequently, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of an integrated circuit chip bonding apparatus according to a modification of the present embodiment. In the integrated circuit chip bonding apparatus 1 described with reference to FIG. 1, the memory chip 41 necessary for manufacturing the stacked memory integrated circuit apparatus 4 is in a form in which the wafer 5 affixed to the wafer protection sheet 51 is diced. Has been supplied. On the other hand, in the modification of this embodiment, the memory chip 41 after dicing is supplied to the integrated circuit chip bonding apparatus 1 ′ in a form accommodated in the tray 6.

トレイ6は、複数の区画が設けられたメモリチップ41の容器であり、メモリチップ41は、その1つの区画に1個ずつ平置きされる。このとき、トレイ6には、検査装置で正常に動作することが確認されたメモリチップ41が収容される。   The tray 6 is a container for the memory chips 41 provided with a plurality of sections, and the memory chips 41 are laid flat one by one in each section. At this time, the memory chip 41 that has been confirmed to operate normally by the inspection apparatus is accommodated in the tray 6.

メモリチップ41が収容されたトレイ6は、トレイ供給部21b’を介して、トレイクリーニングプラズマチャンバ22b’の中へ搬入され、その中でメモリチップ41のCuバンプ412,413に形成された自然酸化膜が除去される。Cuバンプ412,413の自然酸化膜が除去されたメモリチップ41は、トレイ6に収容されたまま、チップマウント部3’へ搬送される。   The tray 6 in which the memory chip 41 is accommodated is carried into the tray cleaning plasma chamber 22b ′ via the tray supply unit 21b ′, and the natural oxidation formed on the Cu bumps 412 and 413 of the memory chip 41 therein. The film is removed. The memory chip 41 from which the natural oxide film of the Cu bumps 412 and 413 has been removed is conveyed to the chip mount unit 3 ′ while being accommodated in the tray 6.

チップマウント部3’では、メモリチップ41がトレイ6に平置きされているため、コレット34によって容易に吸着して搬送することができる。従って、メモリチップ41をコレット34により基体基板40上に積層していくチップマウント部3’の動作は、図1で説明したチップマウント部3の動作とほとんど同じである。そこで、そのチップマウント部3の動作の説明は省略する。   In the chip mount portion 3 ′, since the memory chip 41 is placed flat on the tray 6, it can be easily sucked and transported by the collet 34. Therefore, the operation of the chip mount portion 3 ′ in which the memory chip 41 is stacked on the base substrate 40 by the collet 34 is almost the same as the operation of the chip mount portion 3 described in FIG. 1. Therefore, description of the operation of the chip mount unit 3 is omitted.

コレット34によって基体基板40に所定数のメモリチップ41が所定段数積層されると、マウント済基板回収部35aは、その所定数のメモリチップ41が積層された基体基板40をマウント済基板として集積回路チップ接合装置1’の外へ搬出する。同様に、使用済トレイ回収部35b’は、適宜、空になったトレイ6を集積回路チップ接合装置1’の外へ搬出する。   When a predetermined number of memory chips 41 are stacked on the base substrate 40 by the collet 34, the mounted substrate recovery unit 35a uses the base substrate 40 on which the predetermined number of memory chips 41 are stacked as a mounted substrate to integrate the integrated circuit. It is carried out of the chip bonding apparatus 1 ′. Similarly, the used tray collection unit 35b 'appropriately carries the empty tray 6 out of the integrated circuit chip bonding apparatus 1'.

さらに、いくつかの実施形態の変形が可能である。   In addition, some embodiment variations are possible.

(実施形態の変形例−2)
ここまでに説明した集積回路チップ接合装置1においては、基体基板40は、複数のインタポーザ42がつながって構成されたものとしたが、この実施形態の変形例では、基体基板40は、1つのインタポーザ42によって構成されるものとする。
(Modification 2 of embodiment)
In the integrated circuit chip bonding apparatus 1 described so far, the base substrate 40 is configured by connecting a plurality of interposers 42. However, in the modification of this embodiment, the base substrate 40 is a single interposer. 42.

この場合には、基体基板40、つまり、インタポーザ42は、図7に示したトレイ6と同様のトレイに収容された形態でプラズマチャンバ22へ搬入され、インタポーザ42のCuバンプ423,424の自然酸化膜が除去される。そして、インタポーザ42を収容したトレイは、プラズマチャンバ22から搬出され、マウントステージ32上に載置される。その後、図1で説明した場合とほとんど同様にして、インタポーザ42の上部に所定段数のメモリチップ41が積層され、その所定段数のメモリチップ41が積層されたインタポーザ42は、トレイに収容された形態で、集積回路チップ接合装置から搬出される。   In this case, the base substrate 40, that is, the interposer 42, is carried into the plasma chamber 22 while being accommodated in a tray similar to the tray 6 shown in FIG. 7, and natural oxidation of the Cu bumps 423 and 424 of the interposer 42 is performed. The film is removed. Then, the tray containing the interposer 42 is carried out of the plasma chamber 22 and placed on the mount stage 32. Thereafter, in the same manner as described with reference to FIG. 1, a predetermined number of memory chips 41 are stacked on the interposer 42, and the interposer 42 in which the predetermined number of memory chips 41 are stacked is accommodated in a tray. Then, it is carried out from the integrated circuit chip bonding apparatus.

なお、この実施形態の変形例−2では、メモリチップ41は、図1のようにウェーハ5がダイシングされ、ウェーハ保護シート51上に貼付されたものであってもよく、また、実施形態の変形例−1のようにトレイ6に収容されたものであってもよい。   In the modified example-2 of this embodiment, the memory chip 41 may be one in which the wafer 5 is diced and pasted on the wafer protection sheet 51 as shown in FIG. It may be accommodated in the tray 6 as in Example-1.

(実施形態の変形例−3)
インタポーザ42は、シリコンウェーハ上に形成された絶縁膜を利用して製造される場合がある。その場合には、図1でいう基体基板40には、そのインタポーザ42が形成されたシリコンウェーハが対応する。
(Modification 3 of embodiment)
The interposer 42 may be manufactured using an insulating film formed on a silicon wafer. In this case, the silicon substrate on which the interposer 42 is formed corresponds to the base substrate 40 in FIG.

従って、この場合には、集積回路チップ接合装置1には、基体基板40に代えて、シリコンウェーハが搬入されることになるので、図1でいう基体基板クリーニングプラズマチャンバ22aは、ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bと同様の構成のものとなる。あるいは、ウェーハクリーニングプラズマチャンバ22bを、インタポーザ42が形成されたウェーハとメモリチップ41が形成されたウェーハとで共用するようにしてもよい。   Therefore, in this case, a silicon wafer is carried into the integrated circuit chip bonding apparatus 1 instead of the base substrate 40. Therefore, the base substrate cleaning plasma chamber 22a shown in FIG. The configuration is the same as 22b. Or you may make it share the wafer cleaning plasma chamber 22b with the wafer in which the interposer 42 was formed, and the wafer in which the memory chip 41 was formed.

なお、この実施形態の変形例−3でも、メモリチップ41は、図1のようにウェーハ5がダイシングされ、ウェーハ保護シート51上に貼付されたものであってもよく、また、実施形態の変形例−1のようにトレイ6に収容されたものであってもよい。   In the modified example-3 of this embodiment, the memory chip 41 may be one in which the wafer 5 is diced and pasted on the wafer protection sheet 51 as shown in FIG. It may be accommodated in the tray 6 as in Example-1.

以上のような実施形態の変形例−1,2,3においても、インタポーザ42とメモリチップ41とを接合したり、メモリチップ41同士を接合したりする場合、その接合端子に金やニッケルのメッキを施す必要がないので、積層メモリ集積回路装置4の製造コストを低減することができる。   Also in the modified examples 1, 2, and 3 of the embodiment as described above, when the interposer 42 and the memory chip 41 are joined or the memory chips 41 are joined together, the joining terminals are plated with gold or nickel. Therefore, the manufacturing cost of the stacked memory integrated circuit device 4 can be reduced.

(実施形態の変形例−4)
以上に説明した実施形態およびその変形例では、メモリチップ41は、シリコンのベアチップにCuバンプが形成されたものであるとしているが、メモリチップ41およびインタポーザ42は、CSP(Chip Size Package)などの技術によってシリコンベアチップが所定のパッケージに収納され、そのパッケージにCu端子が設けられたフリップチップなどであってもよい。この場合には、インタポーザ42およびメモリチップ41は、ともにトレイに収容された形態で集積回路チップ接合装置に搬入され、インタポーザ42上にメモリチップ41が積層される。
(Modification 4 of embodiment)
In the above-described embodiment and its modifications, the memory chip 41 is formed by forming Cu bumps on a silicon bare chip. However, the memory chip 41 and the interposer 42 may be a CSP (Chip Size Package) or the like. A flip chip or the like in which a silicon bare chip is housed in a predetermined package according to a technique and a Cu terminal is provided in the package may be used. In this case, the interposer 42 and the memory chip 41 are both carried into the integrated circuit chip bonding apparatus in a form accommodated in the tray, and the memory chip 41 is stacked on the interposer 42.

この実施形態の変形例においても、その接合端子に金やニッケルのメッキを施す必要がないので、積層メモリ集積回路装置4の製造コストを低減することができる。   Also in the modification of this embodiment, it is not necessary to apply gold or nickel plating to the junction terminals, so that the manufacturing cost of the stacked memory integrated circuit device 4 can be reduced.

(実施形態の変形例−5)
以上に説明した実施形態およびその変形例では、3次元集積回路装置は、図2に示したような積層メモリ集積回路装置4であるとしているが、それに限定されることなく、基体基板40(インタポーザ42)上に積層される集積回路チップが論理集積回路やアナログ集積回路またはそれらが混載されたものであってもよい。とくに、前記の変形例−4のように、集積回路チップがパッケージ化されたフリップチップなどの場合には、積層される集積回路チップが論理集積回路、メモリ集積回路、アナログ集積回路またはそれらが混載されたものであることが多くなると考えられる。
(Modification 5 of embodiment)
In the above-described embodiment and its modification, the three-dimensional integrated circuit device is the stacked memory integrated circuit device 4 as shown in FIG. 2, but the substrate substrate 40 (interposer) is not limited thereto. 42) The integrated circuit chip stacked thereon may be a logic integrated circuit, an analog integrated circuit, or a combination thereof. In particular, in the case of a flip chip or the like in which an integrated circuit chip is packaged as in Modification 4 above, the integrated circuit chip to be stacked is a logic integrated circuit, a memory integrated circuit, an analog integrated circuit, or a combination thereof. It is thought that there are many things that have been made.

(実施形態の変形例−6)
以上に説明した実施形態およびその変形例では、基体基板40(インタポーザ42)およびその上に積層される集積回路チップ(メモリチップ41)の端子は、銅(Cu)で形成されたバンプであるとしているが、基体基板40および集積回路チップの一部または全部のバンプがハンダやアルミニウムなどで形成されていてもよい。その場合には、その実施形態における集積回路チップ接合装置では、「Cuバンプ」と「ハンダバンプ」との接合や「Cuバンプ」と「Alバンプ」との接合などが行われる。
(Modification 6 of embodiment)
In the embodiment described above and the modification thereof, it is assumed that the terminals of the base substrate 40 (interposer 42) and the integrated circuit chip (memory chip 41) stacked thereon are bumps formed of copper (Cu). However, some or all of the bumps of the base substrate 40 and the integrated circuit chip may be formed of solder, aluminum, or the like. In that case, in the integrated circuit chip bonding apparatus according to the embodiment, bonding of “Cu bump” and “solder bump”, bonding of “Cu bump” and “Al bump”, or the like is performed.

(実施形態の変形例−7)
以上に説明した実施形態およびその変形例では、図1に示す基体基板搬送部31a、ウェーハ搬送部31b、並びに、マウントステージ32、ウェーハステージ33およびコレット34(走行軌道341とコレット支持体342とを含む)が配置された領域は、筐体で覆われ、その筐体内を窒素などの不活性気体で満たすとしているが、必ずしも筐体内全体を不活性気体で満たす必要はない。
(Modification 7 of Embodiment)
In the embodiment described above and its modification, the base substrate transport unit 31a, the wafer transport unit 31b, the mount stage 32, the wafer stage 33, and the collet 34 (the travel track 341 and the collet support 342 shown in FIG. The region in which the housing is disposed is covered with a housing and the housing is filled with an inert gas such as nitrogen, but it is not always necessary to fill the entire housing with an inert gas.

例えば、マウントステージ32やウェーハステージ33などの近傍に図示しない不活性気体供給部から供給させる不活性気体を噴出する噴出口を設け、その噴出口から噴出する不活性気体をマウントステージ32やウェーハステージ33などに吹き付けることによって、その近傍に局所的な非酸素雰囲気を形成するようにしてもよい。   For example, an outlet for ejecting an inert gas supplied from an inert gas supply unit (not shown) is provided in the vicinity of the mount stage 32, the wafer stage 33, and the like, and the inert gas ejected from the outlet is mounted on the mount stage 32 and the wafer stage. By spraying on 33 or the like, a local non-oxygen atmosphere may be formed in the vicinity thereof.

この場合には、基体基板40やメモリチップ41の搬送時には、酸素を含んだ空気に曝されることになるが、その搬送が短時間に行われることを考慮すれば、基体基板40およびメモリチップ41のCuバンプの酸化量はわずかである。   In this case, when the base substrate 40 or the memory chip 41 is transported, the base substrate 40 and the memory chip 41 are exposed to oxygen-containing air. The amount of oxidation of the 41 Cu bump is slight.

1 本発明の実施形態に係る集積回路チップ接合装置の構成の例を、上面からの配置図として示した図。1 is a diagram showing an example of the configuration of an integrated circuit chip bonding apparatus according to an embodiment of the present invention as a layout from the top. 本実施形態に係る集積回路チップ接合装置で製造される積層メモリ集積回路装置の断面構造の例を示した図。The figure which showed the example of the cross-section of the laminated memory integrated circuit device manufactured with the integrated circuit chip bonding apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る集積回路チップ接合装置におけるプラズマチャンバの概略構成の例を示した図。The figure which showed the example of schematic structure of the plasma chamber in the integrated circuit chip bonding apparatus which concerns on this embodiment. 走行軌道を含むコレットの移動機構の例を側面視で示した図。The figure which showed the example of the movement mechanism of the collet containing a driving | running | working track | truck by the side view. マウントステージ上に載置された基体基板上に2層のメモリチップが接合して積層され、その上にさらに新たなメモリチップが接合される様子を示した図。The figure which showed a mode that two layers of memory chips were joined and laminated | stacked on the base substrate mounted on the mount stage, and a new memory chip was joined on it. チップマウント部3によって所定数のメモリチップが基体基板へ積層されたマウント済基板の構成の例を示した図。The figure which showed the example of the structure of the mounted board | substrate by which the predetermined number of memory chips were laminated | stacked on the base substrate by the chip mount part. 本実施形態の変形例に係る集積回路チップ接合装置の構成の例を示した図。The figure which showed the example of the structure of the integrated circuit chip bonding apparatus which concerns on the modification of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 集積回路チップ接合装置
2 水素プラズマクリーナ部
3 チップマウント部
4 積層メモリ集積回路装置
5 ウェーハ
6 トレイ
21a 基体基板供給部
21b ウェーハ供給部
22 プラズマチャンバ
22a 基体基板クリーニングプラズマチャンバ
22b ウェーハクリーニングプラズマチャンバ
31a 基体基板搬送部
31b ウェーハ搬送部
32 マウントステージ
33 ウェーハステージ
34 コレット
35a マウント済基板回収部
35b 使用済ウェーハ回収部
40 基体基板
41 メモリチップ
42 インタポーザ
43 インタフェースチップ
44 ハンダバンプ
45 アンダフィル材
46 モールド材
51 ウェーハ保護シート
222 水素ガス供給口
223 排気口
224 上部電極
225 下部電極
226 高周波電源
333 ウェーハステージ33
341 走行軌道
342 コレット支持体
343 アーム
410 Si基板
411 貫通電極
412,412 Cuバンプ
413 Cuバンプ
414 絶縁膜
420 絶縁基板
421 ビアホール
422 Cu配線
423,424 Cuバンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Integrated circuit chip bonding apparatus 2 Hydrogen plasma cleaner part 3 Chip mount part 4 Stacked memory integrated circuit apparatus 5 Wafer 6 Tray 21a Base substrate supply part 21b Wafer supply part 22 Plasma chamber 22a Base substrate cleaning plasma chamber 22b Wafer cleaning plasma chamber 31a Base Substrate transfer unit 31b Wafer transfer unit 32 Mount stage 33 Wafer stage 34 Collet 35a Mounted substrate recovery unit 35b Used wafer recovery unit 40 Base substrate 41 Memory chip 42 Interposer 43 Interface chip 44 Solder bump 45 Underfill material 46 Mold material 51 Wafer protection Sheet 222 Hydrogen gas supply port 223 Exhaust port 224 Upper electrode 225 Lower electrode 226 High frequency power source 333 Wafer Stage 33
341 Traveling track 342 Collet support 343 Arm 410 Si substrate 411 Through electrode 412, 412 Cu bump 413 Cu bump 414 Insulating film 420 Insulating substrate 421 Via hole 422 Cu wiring 423,424 Cu bump

Claims (8)

少なくともその上面に銅で形成された端子を有する基体基板上に、その上面および下面の両面に銅で形成された端子を有する集積回路チップを複数個積層し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を接合して構成した3次元半導体装置を製造する3次元半導体装置の製造装置であって、
前記基体基板および前記集積回路チップのそれぞれを水素プラズマ雰囲気に曝し、前記基体基板および前記集積回路チップのそれぞれが有する銅の端子に形成された酸化膜を除去する水素プラズマクリーナ部と、
前記水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する前記基体基板、または、前記基体基板に前記水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する前記集積回路チップが少なくとも1つ積層された製造途上の3次元半導体装置の上面に、前記水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子を有する前記集積回路チップの他の1つを載置し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を非酸素雰囲気下で圧着して接合するチップマウント部と、
を備えること
を特徴とする3次元半導体装置の製造装置。
A plurality of integrated circuit chips having terminals formed of copper on both the upper surface and the lower surface thereof are stacked on a base substrate having terminals formed of copper on at least the upper surface, and formed on surfaces facing each other. A three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional semiconductor device configured by joining terminals together,
A hydrogen plasma cleaner unit that exposes each of the base substrate and the integrated circuit chip to a hydrogen plasma atmosphere and removes an oxide film formed on a copper terminal of each of the base substrate and the integrated circuit chip;
The base substrate having a terminal from which an oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner section, or at least one integrated circuit chip having a terminal from which the oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner section is stacked on the base substrate. The other one of the integrated circuit chips having a terminal from which an oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner is placed on the upper surface of a three-dimensional semiconductor device that is being manufactured, and formed on surfaces facing each other. A chip mount part for joining the terminals by pressure bonding in a non-oxygen atmosphere;
An apparatus for manufacturing a three-dimensional semiconductor device, comprising:
前記水素プラズマクリーナ部によって酸化膜が除去された端子をそれぞれ有する前記基体基板および前記集積回路チップを、非酸素雰囲気下で前記チップマウント部へ搬送すること
を特徴とする請求項1に記載の3次元半導体装置の製造装置。
3. The substrate according to claim 1, wherein the base substrate and the integrated circuit chip each having a terminal from which an oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaner are transported to the chip mount in a non-oxygen atmosphere. -Dimensional semiconductor device manufacturing equipment.
前記集積回路チップは、シリコンベアチップであること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の3次元半導体装置の製造装置。
The three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the integrated circuit chip is a silicon bare chip.
前記集積回路チップは、シリコンベアチップを所定のパッケージに収納したパッケージ化集積回路チップであること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の3次元半導体装置の製造装置。
The three-dimensional semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the integrated circuit chip is a packaged integrated circuit chip in which a silicon bare chip is housed in a predetermined package.
少なくともその上面に銅で形成された端子を有する基体基板上に、その上面および下面の両面に銅で形成された端子を有する集積回路チップを複数個積層し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を接合して構成した3次元半導体装置を製造する3次元半導体装置の製造方法であって、
前記基体基板および前記集積回路チップのそれぞれを水素プラズマ雰囲気に曝し、前記基体基板および前記集積回路チップのそれぞれが有する銅の端子に形成された酸化膜を除去する水素プラズマクリーニング工程と、
前記水素プラズマクリーニング工程によって酸化膜が除去された端子を有する前記基体基板、または、前記基体基板に前記水素プラズマクリーニング工程によって酸化膜が除去された端子を有する前記集積回路チップが少なくとも1つ積層された製造途上の3次元半導体装置の上面に、前記水素プラズマクリーニング工程によって酸化膜が除去された端子を有する前記集積回路チップの他の1つを載置し、互いに対向する面に形成された前記端子同士を非酸素雰囲気下で圧着して接合するチップマウント工程と、
を備えること
A plurality of integrated circuit chips having terminals formed of copper on both the upper surface and the lower surface thereof are stacked on a base substrate having terminals formed of copper on at least the upper surface, and formed on surfaces facing each other. A manufacturing method of a three-dimensional semiconductor device for manufacturing a three-dimensional semiconductor device configured by joining terminals together,
A hydrogen plasma cleaning step of exposing each of the base substrate and the integrated circuit chip to a hydrogen plasma atmosphere and removing an oxide film formed on a copper terminal of each of the base substrate and the integrated circuit chip;
The base substrate having the terminal from which the oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaning process, or at least one integrated circuit chip having the terminal from which the oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaning process is stacked on the base substrate. The other one of the integrated circuit chips having a terminal from which an oxide film has been removed by the hydrogen plasma cleaning process is placed on the upper surface of a three-dimensional semiconductor device that is in the process of manufacturing, and formed on surfaces facing each other. A chip mounting process in which the terminals are bonded by pressure bonding in a non-oxygen atmosphere;
Having
前記水素プラズマクリーナ工程で酸化膜が除去された端子をそれぞれ有する前記基体基板および前記集積回路チップを、非酸素雰囲気下で搬送して、前記チップマウント部へ供給すること
を特徴とする請求項5に記載の3次元半導体装置の製造方法。
6. The base substrate and the integrated circuit chip, each having a terminal from which an oxide film has been removed in the hydrogen plasma cleaner process, are transported in a non-oxygen atmosphere and supplied to the chip mount unit. A manufacturing method of the three-dimensional semiconductor device described in 1.
前記集積回路チップは、シリコンベアチップであること
を特徴とする請求項5または請求項6に記載の3次元半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a three-dimensional semiconductor device according to claim 5, wherein the integrated circuit chip is a silicon bare chip.
前記集積回路チップは、シリコンベアチップを所定のパッケージに収納したパッケージ化集積回路チップであること
を特徴とする請求項5または請求項6に記載の3次元半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a three-dimensional semiconductor device according to claim 5, wherein the integrated circuit chip is a packaged integrated circuit chip in which a silicon bare chip is housed in a predetermined package.
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