專利名稱：：半導(dǎo)體器件鍵合裝置以及使用該裝置鍵合半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件鍵合裝置以及使用該半導(dǎo)體器件鍵合裝置鍵合半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體器件鍵合裝置重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底的操作。
背景技術(shù)：
：作為將半導(dǎo)體器件鍵合到襯底上的裝置，公知一種用于在將凸起設(shè)置在半導(dǎo)體器件和襯底之間的狀態(tài)下，鍵合半導(dǎo)體器件和襯底同時利用超聲波振動使其相對振動的半導(dǎo)體器件鍵合裝置。如果通過使用常規(guī)的半導(dǎo)體器件鍵合裝置重復(fù)進行鍵合操作，則鍵合強度(例如，剪切強度)例如由于半導(dǎo)體器件的保持部件的污染或者其上安裝襯底的平臺的污染而降低。為了解決上述問題，在JP2002-313837A中建議了一種包括判斷裝置的半導(dǎo)體器件鍵合裝置，所述判斷裝置通過檢測在半導(dǎo)體器件和襯底之間的相對振動的變化來判斷是否存在保持部件的污染。然而，在保持部件的污染存在與否和剪切強度之間不存在特定的相互關(guān)系，并且由此在JP2002-313837A中所建議的半導(dǎo)體器件鍵合裝置不足以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件鍵合裝置以及使用該半導(dǎo)體器件鍵合裝置鍵合半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件鍵合裝置可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置是一種重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底操作的半導(dǎo)體器件鍵合裝置，該半導(dǎo)體器件鍵合裝置包括施壓部件，在將凸起設(shè)置在半導(dǎo)體器件和襯底之間的狀態(tài)下，將半導(dǎo)體器件壓向襯底一側(cè)；超聲波振動施加部件，通過將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件和襯底中的至少一個，使半導(dǎo)體器件和襯底相對振動；時間測量部件，測量從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及控制部件，基于由時間測量部件測量到的時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的鍵合方法是一種重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底操作的半導(dǎo)體器件的鍵合方法，該方法包括在將凸起設(shè)置在半導(dǎo)體器件和襯底之間的狀態(tài)下，通過將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件和襯底中的至少一個來使半導(dǎo)體器件和襯底相對振動，同時將半導(dǎo)體器件壓向襯底一側(cè)；測量從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及基于所測量到的時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。圖1是示出在鍵合過程中凸起的高度隨時間變化的曲線圖；圖2是示出按壓速度與剪切強度之間的關(guān)系的曲線圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的鍵合方法的流程圖。具體實施方式本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置用作重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底操作的半導(dǎo)體器件鍵合裝置。對半導(dǎo)體器件沒有特別的限制，并且例如可以使用通過切割半導(dǎo)體晶片等獲得的半導(dǎo)體芯片(所謂的裸芯片)。而且，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置包括施壓部件，在將凸起設(shè)置在半導(dǎo)體器件和襯底之間的狀態(tài)下，將半導(dǎo)體器件壓向襯底一側(cè)；以及超聲波振動施加部件，通過將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件和襯底中的至少一個使半導(dǎo)體器件和襯底相對振動。例如，在鍵合之前，預(yù)先將凸起設(shè)置在形成在半導(dǎo)體器件中的電極上或者設(shè)置在形成在襯底上的電極上。對凸起的形狀沒有特別的限制，只要凸起在鍵合之前的高度例如在大約20um到大約30"m的范圍內(nèi)，凸起在鍵合之前的體積例如在大約7X10、mS到大約10X104ix1113的范圍內(nèi)，并且凸起在鍵合之前的鍵合部分的面積例如在大約3X103"m2到大約5X103un^的范圍內(nèi)即可。此外，對凸起的材料也沒有特別的限制，并且例如可以使用諸如金的金屬材料。對施壓部件沒有特別的限制，并且例如可以使用諸如音圈電機(以下簡稱為"VCM")等動力。為按壓半導(dǎo)體器件而由施壓部件施加的負載例如在每一凸起大約500mN到大約1000mN的范圍內(nèi)。在以下說明中，為按壓半導(dǎo)體器件施加的負載值表示每一凸起的負載值。對超聲波振動施加部件也沒有特別的限制，并且例如可以使用常規(guī)的超聲波振動產(chǎn)生裝置。由超聲波振動施加部件施加的超聲波振動的頻率例如可以在大約60kHz到大約120kHz的范圍內(nèi)，并且其輸出例如可以在大約0.25W到大約2.5W的范圍內(nèi)。對超聲波振動的振動方向沒有特別的限制，只要其與襯底表面平行即可。此外，施加超聲波振動例如可以通過在固定襯底的狀態(tài)下將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件，或者通過在固定半導(dǎo)體器件的狀態(tài)下將超聲波振動施加到襯底來進行，只要可以使半導(dǎo)體器件和襯底相對振動即可?；蛘撸梢詫⒕哂胁煌辔坏某暡ㄕ駝臃謩e施加到襯底和半導(dǎo)體器件。當(dāng)通過超聲波振動施加部件將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件和襯底中的至少一個，同時通過施壓部件按壓半導(dǎo)體器件時，凸起的變形距離(壓縮距離)明顯增加。由此，半導(dǎo)體器件壓向襯底一側(cè)的按壓距離明顯增加。圖1示出在鍵合過程中凸起的高度隨時間的變化。在圖1所示的實例中，使用金凸起作為凸起，凸起在鍵合之前的高度和體積分別為26um和8X104"m3，并且凸起在鍵合之前的鍵合部分的面積為3.8X103Um2。此外，為按壓半導(dǎo)體器件施加的負載為2300mN，并且所施加的超聲波振動的頻率和輸出分別為63.5kHz和1.5W。如圖1所示，從開始施加超聲波振動時的時間X到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間Y，凸起的高度明顯降低。即，在施加超聲波振動的初始階段中，半導(dǎo)體器件朝向襯底一側(cè)的按壓速度增加。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在施加超聲波振動的初始階段中半導(dǎo)體器件朝向襯底一側(cè)的按壓速度(以下簡稱為"按壓速度")與作為鍵合強度標(biāo)志的剪切強度之間的相關(guān)性，由此實現(xiàn)了本發(fā)明。將參考圖2對上述相關(guān)性進行說明。圖2是示出按壓速度和每一凸起的剪切強度(以下，剪切強度值表示每一凸起的剪切強度值)之間的關(guān)系的曲線圖。這里，在這種情況下的按壓速度表示從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達m時的時間的平均速度。即，按壓速度表示通過計算7/T獲得的速度，其中T(表達為"ms")表示按壓半導(dǎo)體器件達7um所需的時間段。而且，所使用的凸起與在圖1所示的實例中使用的凸起相似，并且通過使用由Rhesca有限責(zé)任公司制造的PTR-3000進行焊盤拉伸剪切測試(landpulsheartest)來測量剪切強度。如圖2所示，按壓速度和剪切強度具有有利的相關(guān)性。由此，可以發(fā)現(xiàn)，例如需要按壓速度為0.78um/ms或以上，以在圖2所示的系統(tǒng)中獲得2000mN或以上的剪切強度?？紤]到上述結(jié)果，除了上述部件之外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置還包括時間測量部件，測量從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及控制部件，基于由時間測量部件測量到的時間段在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出，以便使隨后的鍵合中的時間段處在預(yù)定的范圍內(nèi)。這里，上述"預(yù)定距離"是在施加超聲波振動的初始階段中增加按壓速度時的按壓距離，并且其值根據(jù)所使用的凸起等而不同，并且例如可以在大約5wm到大約7ym的范圍內(nèi)。由于上述部件，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。例如，在作為通過使用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置進行n次鍵合操作的結(jié)果(n是自然數(shù))，按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離所需的時間段增加的情況下(即，在半導(dǎo)體器件的按壓速度降低的情況下)，經(jīng)由使用控制部件，通過使超聲波振動在第(n+l)次鍵合操作中的輸出比其在第n次鍵合操作中的輸出增加預(yù)定距離，可以使按壓速度保持在預(yù)定值或以上。由此，可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。這里，超聲波振動的輸出所增加的距離根據(jù)所需的剪切強度、所使用的凸起等而不同，并且將在下面對其優(yōu)選實例進行說明。對時間測量部件沒有特別的限定，并且優(yōu)選能測量例如在大約3ms到大約10ms的范圍內(nèi)的時間段的計數(shù)器等?？刂撇考缈梢园ㄔ谟嬎銠C中使用的中央處理單元(CUP)等。接下來，將對本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的鍵合方法進行說明。這里，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的鍵合方法是使用本發(fā)明的上述半導(dǎo)體器件鍵合裝置鍵合半導(dǎo)體器件的方法。因此，在以下說明中，會省略對與以上說明相重疊的內(nèi)容進行的說明。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的鍵合方法是重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底操作的半導(dǎo)體器件的鍵合方法，該方法包括在將凸起設(shè)置在半導(dǎo)體器件和襯底之間的狀態(tài)下，通過將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件和襯底中的至少一個使半導(dǎo)體器件和襯底相對振動，同時將半導(dǎo)體器件壓向襯底一側(cè)；測量從幵始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及基于所測量到的時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。由此，如上所述，可以使半導(dǎo)體器件的按壓速度保持在預(yù)定值或以上，并且因此可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。以下將詳細說明本發(fā)明的實施例。首先，將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置進行說明。將參考的圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置1是重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件IO和襯底11的操作的半導(dǎo)體器件鍵合裝置，該裝置包括其上安裝了襯底11的平臺12;保持半導(dǎo)體器件10的保持部件13;在將凸起14設(shè)置在半導(dǎo)體器件IO和襯底11之間的狀態(tài)下將半導(dǎo)體器件io壓向襯底11一側(cè)的VCM15;通過經(jīng)由保持部件13將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件IO來使半導(dǎo)體器件IO和襯底11相對振動的超聲波振動施加部件16;檢測施加到半導(dǎo)體器件IO的負載的負載單元17;以及控制半導(dǎo)體器件鍵合裝置1的各個部件的控制部件18。在鍵合之前預(yù)先將凸起14設(shè)置在形成在半導(dǎo)體器件10上的電極19a上。并且，當(dāng)通過VCM15將負載施加到半導(dǎo)體器件10上時，在與形成在襯底11上的電極19b接觸的狀態(tài)下壓縮凸起14。由此，將半導(dǎo)體器件IO壓向襯底11一側(cè)。而且，通過使用超聲波振動施加部件16將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件10，使半導(dǎo)體器件IO和襯底11相對振動。由此，使凸起14軟化，并且經(jīng)由凸起14鍵合半導(dǎo)體器件IO和襯底11。負載單元17也可以用作測量從開始將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件10時的時間到按壓半導(dǎo)體器件IO達預(yù)定距離時的時間所需的時間段的時間測量部件。例如，為了使負載單元17開始時間測量，負載單元17檢測在開始施加超聲波振動的時刻的半導(dǎo)體器件10的按壓距離的顯著變化，并且在該時刻開始時間測量?；蛘撸部梢栽陂_始將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件10的時刻，控制部件18將用于幵始時間測量的信號傳送到負載單元17。同樣地，在使得負載單元17終止時間測量的情況下，例如，在通過VCM15將半導(dǎo)體器件IO按壓達預(yù)定距離時，控制部件18可以將用于終止時間測量的信號傳送到負載單元17。并且，基于由負載單元17測量到的時間段，控制部件18在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。由此，可以使半導(dǎo)體器件10的按壓速度保持在預(yù)定值或以上，并且由此可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。以上對根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置進行了說明，但是本發(fā)明不限于此。例如，負載單元17在上述實施例中用作時間測量部件，但是時間測量部件不限于此，并且例如控制部件18也可以用作時間測量部件。接下來，將參考圖3和4說明根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的鍵合方法。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的鍵合方法的流程圖。以述半導(dǎo)體器件的鍵合方法是使用根據(jù)本發(fā)明上述實施例的半導(dǎo)體器件鍵合裝置1鍵合半導(dǎo)體器件的方法。在以下說明中，利用與圖3相同的參考標(biāo)記表示與圖3相同的部件，并且省略對其的說明。首先，將半導(dǎo)體器件10固定到保持部件13(步驟Sl)。接著，在將凸起14設(shè)置在半導(dǎo)體器件10和襯底11之間的狀態(tài)下，通過VCM15將半導(dǎo)體器件10壓向襯底11一側(cè)(步驟S2)。隨后，當(dāng)負載單元17檢測到預(yù)定負載(例如在大約50mN到大約500mN的范圍內(nèi))時，超聲波振動施加部件16將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件10，并且負載單元17開始按壓時間(T)的測量(步驟S3)。該按壓時間(T)是從開始施加超聲波振動時的時間到例如按壓半導(dǎo)體器件10達5iim至7Pm時的時間的時間段。然后，從負載單元17檢測到預(yù)定負載時的時間到例如按壓半導(dǎo)體器件io達10um至15um時的時間，保持部件13釋放半導(dǎo)體器件10以便終止鍵合操作(步驟S4)。然后，控制部件18判斷按壓時間(T)是否小于10ms(步驟S5)，并且在按壓時間小于10ms(在步驟S5中為"是")的情況下，進行隨后的鍵合操作而不改變超聲波振動的輸出設(shè)置。另一方面，在按壓時間為10ms或以上(在步驟S5中為"否")的情況下，通過控制部件18改變超聲波振動的輸出設(shè)置(步驟S16)，并且之后，進行隨后的鍵合操作。由此，可以使半導(dǎo)體器件10的按壓速度保持在預(yù)定值或以上，并且由此可以使剪切強度保持在預(yù)定值或以上。以上對根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的鍵合方法進行了說明，但是本發(fā)明不限于此。例如，在上述的實施例中，在按壓時間(T)為10ms或以上的情況下，改變超聲波振動的輸出，但是在本發(fā)明中該設(shè)置值不限于此，并且可以根據(jù)所需的剪切強度對其進行適當(dāng)?shù)拇_定。實例以下將對本發(fā)明的實例進行說明。本發(fā)明不限于該實例。表1示出在通過使用上述半導(dǎo)體器件鍵合裝置1重復(fù)進行鍵合操作時的相應(yīng)條件的轉(zhuǎn)換。這里，表l中的按壓時間表示從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件10達6lim時的時間的時間段。此外，在表1所示的實例中，當(dāng)按壓時間變?yōu)?0ms或以上時，可以設(shè)置控制部件18以將超聲波振動的輸出設(shè)置增加0.5W。另外，在表1所示的實例中，使用金凸起作為凸起14，凸起14在鍵合之前的高度和體積分別為26iim和8X104Pm3，并且凸起14在鍵合之前的鍵合部分的面積為3.8X103um2。而且，為按壓半導(dǎo)體器件10施加的負載為2500mN，并且所施加的超聲波振動的頻率為63.5kHz。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表1所示，在開始鍵合之后即刻的按壓時間(從第一次鍵合操作到第四次鍵合操作)為3ms，但是其隨著重復(fù)進行鍵合操作越多而逐漸變大(在表1中未示出)，并且在第600次鍵合操作中達到10ms。據(jù)此，在第600次鍵合操作中的剪切強度為1300mN，其從開始之后即刻的剪切強度降低了900mN。并且，由于按壓時間在第600次鍵合操作中達到10ms,因此在第601次鍵合操作之前控制部件18將超聲波振動的輸出從1.5W增加到2.0W。結(jié)果，按壓時間在第601次鍵合操作中變?yōu)?ms，并且將剪切強度存儲為2100mN。在上述實例中，將超聲波振動的輸出設(shè)置成當(dāng)按壓時間變?yōu)?0ms或以上時增加0.5W，并且由此，例如在所需的剪切強度的下限值為1200mN的情況下，剪切強度通常會保持在該下限值或以上。在上述實例中，將超聲波振動的輸出設(shè)置成當(dāng)按壓時間變?yōu)?0ms或以上時增加0.5W，但是在本發(fā)明中該設(shè)置值不限于此，并且可以根據(jù)所需剪切強度對其進行適當(dāng)?shù)拇_定。工業(yè)實用性本發(fā)明通常應(yīng)用于半導(dǎo)體器件鍵合裝置以及可以精確控制剪切強度的半導(dǎo)體器件的鍵合方法。權(quán)利要求1、一種半導(dǎo)體器件鍵合裝置，其重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底的操作，該半導(dǎo)體器件鍵合裝置包括施壓部件，在將凸起設(shè)置在所述半導(dǎo)體器件和所述襯底之間的狀態(tài)下，將所述半導(dǎo)體器件壓向所述襯底一側(cè)；超聲波振動施加部件，通過將超聲波振動施加到所述半導(dǎo)體器件和所述襯底中的至少一個，使所述半導(dǎo)體器件和所述襯底相對振動；時間測量部件，測量從開始施加所述超聲波振動時的時間到按壓所述半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及控制部件，基于由所述時間測量部件測量到的所述時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。2、一種半導(dǎo)體器件的鍵合方法，其中重復(fù)進行鍵合半導(dǎo)體器件和襯底的操作，該方法包括在將凸起設(shè)置在所述半導(dǎo)體器件和所述襯底之間的狀態(tài)下，通過將超聲波振動施加到所述半導(dǎo)體器件和所述襯底中的至少一個來使所述半導(dǎo)體器件和所述襯底相對振動，同時將所述半導(dǎo)體器件壓向所述襯底一側(cè)；測量從開始施加所述超聲波振動時的時間到按壓所述半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及基于所測量到的時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。全文摘要本發(fā)明的半導(dǎo)體器件鍵合裝置1包括施壓部件15，在將凸起14設(shè)置在半導(dǎo)體器件10和襯底11之間的狀態(tài)下，將半導(dǎo)體器件10壓向襯底11一側(cè)；超聲波振動施加部件16，通過將超聲波振動施加到半導(dǎo)體器件10和襯底11中的至少一個，使半導(dǎo)體器件10和襯底11相對振動；時間測量部件17，測量從開始施加超聲波振動時的時間到按壓半導(dǎo)體器件達預(yù)定距離時的時間所需的時間段；以及控制部件18，基于由時間測量部件17測量到的時間段，在隨后的鍵合過程中控制超聲波振動的輸出。文檔編號B23K20/10GK101128914SQ20068000604公開日2008年2月20日申請日期2006年6月7日優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日發(fā)明者上野康晴,仕田智,內(nèi)藤浩幸,森川誠申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社