JP2007335457A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップと回路チップとの間に樹脂フィルムを設けて半導体チップおよび回路チップを一体化する際、軟化・膨張した樹脂フィルムが半導体チップのセンシング部に付着することを防止する。
【解決手段】半導体チップ１０に形成される保護膜１６の表面に撥水処理を施すことにより、樹脂フィルム３０（特に、第１樹脂フィルム）の濡れ性が低くなるようにし、樹脂フィルム３０が軟化・膨張したときの濡れ広がりが抑制できるようにする。これにより、バンプ１５、２３を介して半導体チップ１０および回路チップ２０を接合することでフリップチップ実装を行うセンサ装置１００において、半導体チップ１０と回路チップ２０との間に樹脂フィルム３０を設けて半導体チップ１０および回路チップ２０を一体化する際、軟化・膨張した樹脂フィルム３０が半導体チップ１０の振動体１２に付着することを防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、力学量を検出するセンシング部を有する半導体チップと回路チップとの間に樹脂フィルムを介してなるセンサ装置に関する。

従来より、角速度や加速度、圧力などの力学量を検出するセンシング部を一面に有する半導体チップと回路チップとを電気的に接続する方法として、フリップチップによるボンディング方法が、例えば特許文献１で提案されている。

具体的には、特許文献１では、力学量を検出するセンシング部を有すると共に一面側にアルミニウムを主成分とするパッドを有し、該パッドの表面に金を主成分とする第１のバンプを備えた半導体チップと、第１のバンプ群と対応する第２のバンプが形成された回路チップと、をそれぞれ用意する。そして、第１および第２のバンプを対向させた状態でフリップチップ接合を行い、半導体チップと回路チップの間に一定のギャップを確保しつつ両者を一体化する方法が提案されている。このような各バンプをフリップチップ接合する際には、例えば超音波接合の方法が採用される。
特開平１１−８２７０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、各バンプを接合する際に異物が発生し、この異物が半導体チップのセンシング部に付着してしまう可能性がある。力学量を検出するセンシング部は、半導体チップの一面側に露出していると共に可動部を有して構成されているものが多く、バンプ接合時などにセンシング部に異物が付着するとセンシング部の特性に影響を及ぼしてしまう。

そこで、半導体チップのセンシング部を保護すべく、センシング部が設けられた半導体チップの一面に、センシング部を覆う接着性を有する樹脂フィルムを接合することが考えられている。このような樹脂フィルムには、半導体チップのセンシング部に接触しないように、センシング部に対向する部分に溝が形成されており、樹脂フィルムが半導体チップに貼り付けられた状態であっても、センシング部が樹脂フィルムに接触しないようになっている。

このように、樹脂フィルムを介して半導体チップと回路チップとをフリップチップ接合する場合、樹脂フィルムを加熱して接着性を向上させた状態でフリップチップ接合を行うと共に、半導体チップおよび回路チップを一体化させることになる。このとき、各チップの各バンプは軟化した樹脂フィルムを押しのけて直接接触する。

しかしながら、接着性のある樹脂フィルムを用いて半導体チップおよび回路チップを一体化する際、バンプの間の接合性を高めるために樹脂フィルムを加熱するため、樹脂フィルムが軟化し、かつ、チップ接合による圧縮により膨張して半導体チップのセンシング部に接触してしまう可能性がある。上述のように、半導体チップのセンシング部に異物が付着すると、センシング部の特性に影響が出てしまう可能性があり、好ましくない。

本発明は、上記点に鑑み、半導体チップおよび回路チップをバンプを介して接合することによりフリップチップ実装してなるセンサ装置において、半導体チップと回路チップとの間に樹脂フィルムを設けてこれらを一体化する際、膨張した樹脂フィルムが半導体チップのセンシング部に付着することを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、半導体チップ（１０）には、第１のバンプ（１５）が接合されるパッド（１４）が形成されていると共に、該パッドを露出させるように該半導体チップの表面を覆う保護膜（１６）が形成され、保護膜のうち樹脂フィルム（３０）と接触する表面は撥水処理が施されていることを特徴としている。

このように、半導体チップに形成される保護膜（１６）の表面に撥水処理を施しておくことで、半導体チップと回路チップ（２０）とを接合する際に軟化・膨張した樹脂フィルムの濡れ広がりを抑制することが可能となる。このため、第１のバンプと第２のバンプとを接合する際に、樹脂フィルムが半導体チップのセンシング部に到達してしまうことを防止でき、ひいては樹脂フィルムが半導体チップのセンシング部に付着することを防止することができる。

このような構造のセンサ装置を製造するには、半導体チップとして、第１のバンプと第２のバンプとが接合される前に、第１のバンプに対応する部分に凹部（３３、３４）が形成された樹脂フィルムが備えられ、該樹脂フィルムが半導体チップと回路チップとの間に挟まれたときに、第１のバンプが凹部内に配置されるような構造のものを採用することができる。

また、上記樹脂フィルムとして、第１のバンプと第２のバンプとが接合される前に、第１の空間部および第２の空間部を有する第１樹脂フィルム（３１）と、シート状の第２樹脂フィルム（３２）と、の積層構造になっているものであることが好ましい。このような積層構造とすることで、一面側にのみ凹部が設けられた構成とすることができる。

上記のような撥水処理としては、例えば、保護膜のうち樹脂フィルムと接触する表面に対する水滴の接触角が６０度以上となるようにすることができる。Ｆを含んだプラズマ処理を行うことで、保護膜の表面をＦと結合させることができ、保護膜のうち樹脂フィルムと接触する表面の接触角が６０度以上となるような撥水処理を行うことができる。また、撥水処理として、例えば、保護膜の表面の凹凸の最大高低差を表す粗度が５０ｎｍ以上とされるようにしても良い。Ａｒを含んだプラズマ処理を行うことで、保護膜の表面の凹凸の最大高低差を表す粗度が５０ｎｍ以上となるような撥水処理を行うことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるセンサ装置１００の概略断面図である。また、図２は、図１に示すセンサ装置１００を製造するために用いる構成部品を示した断面図であり、図３は、センサ装置１００の製造工程の様子を示した断面図である。以下、これらの図を参照して、第１実施形態にかかるセンサ装置１００の構成および製造方法について説明する。

図１に示されるようにセンサ装置１００は、半導体チップ１０と回路チップ２０とを有し、これらの間に樹脂フィルム３０を挟み込んだ構成とされている。

半導体チップ１０は、力学量としての角速度を検出するものとして構成されたものであり、その一面１１側に可動部であるセンシング部としての振動体１２が備えられている。このような半導体チップ１０は、例えばＳＯＩ基板等の一般的なシリコン基板に対して周知の半導体プロセスにより形成される。

上記振動体１２は、一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体をなしており、弾性を有する梁により支持されて角速度の印加により可動となっている。そして、図示しない検出用電極と振動体１２との間の静電容量変化の検出により、角速度の検出が可能となっている。

また、半導体チップ１０の一面１１側には、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜系の絶縁層１３が形成されている。この絶縁層１３は、シリコン酸化膜あるいはシリコン酸化物に他の元素が含有された膜からなるものであり、例えばＢＰＳＧを採用することができる。

そして、絶縁層１３上には、上記振動体１２への電圧の印加や、信号の取り出しのためのパッド１４が設けられている。このパッド１４は、例えばＡｌ（アルミニウム）を主成分とするもので構成され、Ａｌ単体もしくはＡｌを９０％以上含有するもので構成されている。このようなパッド１４として、Ａｌ、またはＡｌが９９％以上で残部がＳｉおよびＣｕからなるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどを採用することができる。

また、半導体チップ１０の一面１１上のうちパッド１４を除く領域には、シリコン窒化膜やポリイミドなどからなる保護膜１６が形成されており、この保護膜１６によって当該一面１１が被覆保護されている。この保護膜１６の表面には、保護膜１６の自体に撥水性を持たせること、もしくは、保護膜１６の表面に対してＦ（フッ素）などを含んだガスでのプラズマ処理やＡｒ（アルゴン）を含んだガスによるプラズマ処理などによる撥水処理を行うことで、撥水性が付与されている。具体的には、保護膜１６の表面に対する接触角が、例えば６０度以上となるようにするか、もしくは、保護膜１６の表面の粗度が５０ｎｍ以上となるようにしている。

なお、接触角とは、個体表面上に小さな水滴を乗せたときに水滴表面と固体表面のなす角度のことであり、接触角が低いほど撥水性が低く、接触角が高いほど撥水性が高いことを示している。また、粗度とは、物体の表面の凹凸の最大高低差を表すものであり、この粗度が大きいほど撥水性が高くなる。

さらに、パッド１４上には、Ａｕ（金）を主成分とする第１のバンプ１５が設けられている。この第１のバンプ１５は、純金もしくは金を９９％以上含有するもので構成され、一般的なワイヤボンディング法を用いたバンプ形成方法、一般的なスタッドバンプの形成方法やはんだバンプの形成方法、または、金などの導体ペーストを用いたスクリーン印刷、あるいは、金などのペーストを用いたインクジェット法による印刷など、各種の方法を採用することにより形成されたものである。

回路チップ２０は、半導体チップ１０に対して駆動信号や検出用信号の出力や、半導体チップ１０からの電気信号を処理して外部へ出力する等の機能を有する制御回路等を備えたものである。このような回路チップ２０は、例えばシリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が周知の半導体プロセスで形成されたものであり、ＩＣチップや一般的なフリップチップ等で構成される。

上記回路チップ２０の一面２１には、この回路チップ２０に形成された制御回路と電気的に接続されたパッド２２が設けられている。そして、このパッド２２上には、Ａｕ（金）を主成分とする第２のバンプ２３が設けられている。この第２のバンプ２３は、第１のバンプ１５と同様に、純金もしくは金を９９％以上含有するもので構成され、一般的なワイヤボンディング法を用いたバンプ形成方法等により形成される。

本実施形態では、図３に示すように、接合前の各バンプ１５、２３では、第１のバンプ１５の先端面１５ａの先端面１５ａの面積と比べて、この先端面１５ａが接触させられる第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積の方が大きくなっている。より詳しくは、第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積は、第１のバンプ１５の先端面１５ａの面積よりも１．４倍以上になっていることが好ましい。

具体的には、図３に示すように、第１のバンプ１５と第２のバンプ２３を接合する前の状態において、第１のバンプ１５の先端面１５ａの径をｄ１とすると、ｄ１は例えば６０μｍにしており、第２のバンプ２３の先端面２３ａの径をｄ２とすると、ｄ２は例えば７０μｍ以上にしている。

そして、図３に示されるように、上記半導体チップ１０および回路チップ２０が互いの一面１１、２１が対向した状態とされ、第１のバンプ１５と第２のバンプ２３とが例えば超音波接合の方法により、互いに金属接合されることで、第１のバンプ１５の先端面１５ａが第２のバンプ２３の先端面２３ａ内に含まれる状態で第１のバンプ１５と第２のバンプ２３とが接合される。こうして、半導体チップ１０と回路チップ２０とは、各バンプ１５、２３を介して機械的・電気的に接続されている。このようにして、各バンプ１５、２３によって両チップ１０、２０の間隔が確保され、振動体１２と回路チップ２０とが離間した状態とされている。

このような構成において、これら各バンプ１５、２３を介して半導体チップ１０からの電気信号が回路チップ２０へ出力され、例えば、回路チップ２０に備えられたＣ／Ｖ変換回路などにより電圧信号に変換されて、角速度信号としてセンサ装置１００の外部に出力されるようになっている。

樹脂フィルム３０は、半導体チップ１０に設けられたセンシング部としての振動体１２を保護するためのものであり、上述のように各バンプ１５、２３によって離間した半導体チップ１０と回路チップ２０との間に設けられている。この樹脂フィルム３０には、上記半導体チップ１０の振動体１２に対応する部分に凹部３０ａが設けられており、この凹部３０ａによって半導体チップ１０の振動体１２は樹脂フィルム３０と離間している。

本実施形態では、樹脂フィルム３０として、接着性のある非導電性樹脂層としてのＮＣＦ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）が採用される。そして、この樹脂フィルム３０は、その密着性を利用して、第２のバンプ２３を覆うように、回路チップ２０の一面２１に圧着される。

上記樹脂フィルム３０として、電気絶縁性を有する樹脂、例えばエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂などからなるものを採用する。このような材質で構成される樹脂フィルム３０は、熱を与えることによって軟化し、この軟化した状態で熱を与え続けることにより硬化するものである。本実施形態では、樹脂フィルム３０は、図２に示すように半導体チップ１０と回路チップ２０との接合前には、第１樹脂フィルム３１および第２樹脂フィルム３２の２層構造とされており、半導体チップ１０を回路チップ２０に接合することで、第１樹脂フィルム３１が半導体チップ１０に接触し、第２樹脂フィルム３２が回路チップ２０に接触した状態となる。

また、樹脂フィルム３０は、上記半導体チップ１０と回路チップ２０との接合前と、接合後とでは、その形状が変化している。すなわち、接着性のある樹脂フィルム３０は、接合前には図２に示す形態になっているが、接合時の熱により熱膨張し、接合後に図１に示される形態となる。したがって、図２に示すように、接合前の樹脂フィルム３０には、それ自身が熱膨張した体積分を吸収する第１の空間部３３および第２の空間部３４が設けられているが、図１に示すように、接合後に第２の空間部３４が埋められた状態となって各チップ１０、２０間に接合されるようになっている。

このような第１の空間部３３および第２の空間部３４は第１樹脂フィルム３１に設けられており、樹脂フィルム３０が半導体チップ１０および回路チップ２０に挟まれて一体化されたときに熱膨張した樹脂フィルム３０が進入するスペースとなる。したがって、図１に示されるセンサ装置１００の断面図では、上記第２の空間部３４が埋められた後の状態を示している。上記樹脂フィルム３０の接合前および接合後の形状については、センサ装置１００の製造方法を説明する際に詳しく述べる。以上により、本実施形態に係るセンサ装置１００が構成されている。

次に、図１に示されるセンサ装置１００の製造方法について説明する。

まず、図２に示すように、半導体チップ１０の表面に樹脂フィルム３０が備えられた構造体を以下のように形成する。

シリコン基板に複数の振動体１２が形成されたシリコンウェハを用意する。振動体１２の製造に関しては、従来より周知となっている手法を用いることができる。そして、ウェハ工程において、フォトリソグラフ技術およびスパッタ法を用いて膜厚が例えば０．７μｍ程度であるＡｌからなるパッド１４を形成する。さらに、振動体１２が形成された部分を除く領域に保護膜１６を形成する。この保護膜１６表面にＦなどを含んだガスでのプラズマ処理やＡｒを含んだガスによるプラズマ処理などにより、撥水処理を行う。これにより、保護膜１６の表面をフッ化させること、もしくは、保護膜１６の表面にプラズマ処理による凹凸を形成することができ、保護膜１６の表面に撥水性を付与することが可能となる。

このとき、Ｆなどを含んだガスでのプラズマ処理にて保護膜１６の表面を撥水処理する場合には、保護膜１６の表面に対しての接触角が６０度以上となるように撥水処理条件を設定し、Ａｒを含んだガスによるプラズマ処理の場合には、保護膜１６の表面の凹凸の最大高低差を表す粗度が５０ｎｍ以上となるように撥水処理条件を設定している。

次に、このパッド１４の表面上に、第１のバンプ１５を形成する。具体的には、Ａｕ（金）からなるワイヤをワイヤボンディング法によってパッド１４に接合していくことにより、各パッド１４上に円錐状の第１のバンプ１５を形成する。

こうして、第１のバンプ１５を形成した後、この第１のバンプ１５の先端部分にプレートを押し当てて一定の荷重を加えることで塑性変形させて平坦化する（レベリング処理）。このとき平坦化した面が回路チップ２０側の第２のバンプ２３の先端面２３ａに接触させられる先端面１５ａとなる。これにより、第１のバンプ１５は、先端に向かって次第に径が小さくなった円錐台状となり、例えば高さが例えば数十μｍとされ、先端面１５ａの径ｄ１が例えば６０μｍとされる。

引き続き、振動体１２を異物から保護するための樹脂フィルム３０を形成する。具体的には、上述した接着性のある第１樹脂フィルム３１および第２樹脂フィルム３２を用意し、そのうち第１樹脂フィルム３１に型による打ち抜きやレーザ等によって貫通した第１の空間部３３および第２の空間部３４を形成する。本実施形態では、第１の樹脂フィルム３１のうち半導体チップ１０の振動体１２と対向する部分に第１の空間部３３を設け、第１の空間部３３の外周側に第２の空間部３４を設けている。

そして、第１の空間部３３および第２の空間部３４を有する第１樹脂フィルム３１とこのような空間部を有しない第２樹脂フィルム３２とを貼り合わせたものを樹脂フィルム３０とする。これにより、第１の空間部３３および第２の空間部３４を有する１枚のフィルムとみなすことができる樹脂フィルム３０が形成される。

この後、この樹脂フィルム３０のうち第１樹脂フィルム３１と、ウェハのうち振動体１２が形成された一面とを貼り合わせ、ウェハをダイシングカットすることにより、各半導体チップ１０に分割する。このようにして、図２に示すような半導体チップ１０に樹脂フィルム３０が形成された構造体が構成される。

続いて、回路チップ２０を形成する。まず、制御回路等が形成されたウェハを用意する。そして、パッド１４の形成と同様の手法により、ウェハの所望位置にＡｌからなるパッド２２を形成する。そして、第１のバンプ１５と同様の方法により、パッド２２上のうち半導体チップ１０の第１のバンプ１５と対向する位置に、Ａｕからなる第２のバンプ２３を形成したのち、第１のバンプ１５と同様にレベリング処理を行ったのち、ウェハをダイシングカットすることにより、回路チップ２０に分割する。

このとき、レベリング処理により、上述のように、第２のバンプ２３の先端面２３ａの径ｄ２を例えば７０μｍ以上とし、第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積が第１のバンプ１５の先端面１５ａの面積の１．４倍以上となるようにする。なお、第２のバンプ２３の高さに関しては、先端面２３ａの面積を確保できる高さであれば問題ないが、例えば第１のバンプ１５と同等程度にすることができる。

このように、各バンプ１５、２３の先端部分の形状をレベリング処理により平坦化することで、各バンプ１５、２３を接合する際に、各バンプ１５、２３において応力集中の発生を抑制することができ、ひいては各チップ１０、２０に与えるダメージを低減できる。

ここで、各バンプ１５、２３の面積の関係は、第２のバンプ２３の先端面２３ａの径ｄ２を６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍと変えたものを用意すると共に、第１のバンプ１５の先端面１５ａの径ｄ１を６０μｍとしたものを用意し、超音波接合における各バンプ１５、２３のダメージ発生率について調べたときの結果に基づいて決められたものである。

具体的には、各バンプ１５、２３の接合後、塩酸（約３５％、室温）に浸漬することにより、回路チップ２０におけるパッド２２をエッチングし、下地の基板を露出させて顕微鏡観察が可能な状態とし、各サンプルについて各基板のダメージを調査した。そして、光学顕微鏡によって、回路チップ２０の基板のクラックが観察される場合や、当該基板の歪みが干渉縞として観察される場合をダメージ発生とし、調査した複数個のサンプルのうち、ダメージが発生した基板の割合をダメージ発生率（％）とした。

また、超音波接合条件を、振幅：２．８μｍ、発振時間：０．３秒、ピーク荷重：４Ｎ／４バンプ、ツールおよびステージ温度：１５０℃とし、各サンプルについて超音波接合を行った。

その結果、第２のバンプ２３の先端面２３ａの径ｄ２を７０μｍ以上としたとき、ダメージ発生率がほぼゼロになった。これは、回路チップ２０の第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積を、上記のように大きくすることにより、第１のバンプ１５から受ける接合時の荷重が広く分散するため、パッド２２の下へ加わる応力が緩和されることによると考えられる。

したがって、第２のバンプ２３の先端面２３ａの径ｄ２を第１のバンプ１５の先端面１５ａの径ｄ１よりも大きくすることにより、回路チップ２０のダメージ発生率を低減することができる。そして、以上の実験結果から、第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積を、第１のバンプ１５の先端面１５ａの面積の１．４倍以上とすれば、より上記応力緩和が図れ、好ましいと言える。

以上の知見に基づき、本実施形態では、上記のように各バンプ１５、２３の径ｄ１、ｄ２を規定している。なお、上記のように、第２のバンプ２３の先端面２３ａの面積を第１のバンプ１５の先端面１５ａの面積よりも大きいものとすることで、両バンプ１５、２３の位置あわせが容易になり、各バンプ１５、２３の位置ずれを防止することができるという効果も得られる。

この後、半導体チップ１０上の第１のバンプ１５と回路チップ２０上の第２のバンプ２３とを図３に示すように超音波接合装置２００を用いて超音波接合する。超音波接合装置２００は、回路チップ２０を固定するステージ２１０と、半導体チップ１０を固定するツール２２０と、このツール２２０を超音波振動させて駆動する図示しない駆動回路と、を備えて構成されている。なお、図３では半導体チップ１０および回路チップ２０の概略断面図を示してあり、半導体チップ１０においては、センシング部となる振動体１２を省略してある。

この超音波接合装置２００は、半導体チップ１０および回路チップ２０を加熱するためにステージ２１０およびツール２２０の温度を制御できるように構成されている。上記ツール２２０は、例えば真空吸引などの方法によって半導体チップ１０を支持するものであり、半導体チップ１０を支持しつつ、ステージ２１０側に荷重を加えながら超音波振動する構成となっている。

そして、図３に示されるように上記ステージ２１０およびツール２２０の上に回路チップ２０と半導体チップ１０をそれぞれ配置することによって、半導体チップ１０のうち第１のバンプ１５が形成された一面１１と、回路チップ２０のうち第２のバンプ２３が形成された一面２１とを対向させる。このような状態で、ステージ２１０およびツール２２０によって、半導体チップ１０および回路チップ２０を介して樹脂フィルム３０を加熱することにより、樹脂フィルム３０を軟化させる。それと共に、ツール２２０によって半導体チップ１０の第１のバンプ１５を回路チップ２０の第２のバンプ２３に押しつける。

引き続き、半導体チップ１０および回路チップ２０を加熱しながら半導体チップ１０へ超音波を印加し、両バンプ１５、２３の超音波接合を行う。例えば、超音波接合装置２００における超音波接合条件を、振幅：２．８μｍ、発振時間：０．３秒、ピーク荷重：４Ｎ／４バンプ、ツール２２０およびステージ２１０の温度：１５０℃として超音波接合を行うことができるが、これらの接合条件は単なる一例であって、これに限定されるわけではない。

このようにして樹脂フィルム３０を加熱して軟化させ、接着性を向上させて各チップ１０、２０を接着すると共に、各バンプ１５、２３を超音波接合する場合、樹脂フィルム３０が熱により軟化・膨張して体積が増加する。

このとき、本実施形態では、保護膜１６の表面に撥水処理を施しているため、軟化・膨張した樹脂フィルム３０の保護膜１６の表面への濡れ性が低くなり、樹脂フィルム３０の濡れ広がりを抑制することが可能となる。このように、樹脂フィルム３０を介して半導体チップ１０と回路チップ２０とが接合されるとき、樹脂フィルム３０が熱により軟化・膨張しても、保護膜１６の表面の撥水性により軟化・膨張した第１樹脂フィルム３１の濡れ広がり抑制できるため、接合による圧縮力で膨張した第１樹脂フィルム３１および第２樹脂フィルム３２が振動体１２に接触しないようにすることが可能となる。

図４〜図６は、この様子を示した図であり、図４は、樹脂フィルム３０の軟化・膨張前における第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図、図５は、保護膜１６に撥水処理を施した場合における樹脂フィルム３０の軟化・膨張後の第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図、図６は、保護膜１６に撥水処理を施さなかった場合における樹脂フィルム３０の軟化・膨張後の第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図である。

図５および図６から分かるように、樹脂フィルム３０が軟化・膨張すると、図４の状態に対して第１樹脂フィルム３１が広がるが、図５に示すように撥水処理を行った場合には、第１樹脂フィルム３１の濡れ広がりが小さく振動体１２まで達していない。これに対して、図６に示すように撥水処理を施さない場合には、第１樹脂フィルム３１が振動体１２に接触してしまっている。このように、保護膜１６の表面に撥水処理を施すことで、振動体１２に樹脂フィルム３０が接触した場合に生じるセンサ特性の異常を防止することが可能となることが判る。

また、上記のような効果が得られるようにするために、どの程度の撥水性が要求されるかについて、実験を行って調べた。その結果を図７および図８に示す。

図７は、保護膜１６の表面にＦなどを含んだガスでのプラズマ処理を行ったときの保護膜１６の接触角と振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入距離の関係を示したものである。上述したように、接触角とは個体表面上に小さな水滴を乗せたときに液体表面と固体表面のなす角度のことであるが、接触角は保護膜１６の表面の撥水処理の程度によって変わる。例えば、Ｆを含んだガスでのプラズマ処理の場合、保護膜１６が表面をＦと反応させることでフッ素終端させられ、撥水性を付与することができるが、このときのＦとの反応量を多くするほど撥水性を高められ、接触角を大きくすることができる。この実験の結果、接触角を６０度以上とすることにより、振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入を抑制できることが確認できた。

図８は、保護膜１６の表面にＡｒを含んだガスでのプラズマ処理を行ったときの保護膜１６の表面の粗度（保護膜１６の表面の凹凸の最大高低差）と振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入距離の関係を示したものである。上述したように、保護膜１６の表面の粗度が大きくなればなるほど、撥水性を高めることができる。この実験の結果、粗度を５０ｎｍ以上とすることにより、振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入を抑制できることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態では、保護膜１６の表面を撥水処理することで、樹脂フィルム３０（特に、第１樹脂フィルム３１）の濡れ性が低くなるようにし、樹脂フィルム３０が軟化・膨張したときの濡れ広がりが抑制できるようにしている。これにより、バンプ１５、２３を介して半導体チップ１０および回路チップ２０を接合することでフリップチップ実装を行うセンサ装置１００において、半導体チップ１０と回路チップ２０との間に樹脂フィルム３０を設けて半導体チップ１０および回路チップ２０を一体化する際、軟化・膨張した樹脂フィルム３０が半導体チップ１０の振動体１２に付着することを防止することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、保護膜１６の表面にＦなどを含んだガスでのプラズマ処理、もしくは、Ａｒを含んだガスでのプラズマ処理を行うことで、保護膜１６の表面に撥水性を付与するようにしている。しかしながら、これらは保護膜１６の表面に撥水性を付与できる製法の一例を挙げたものであり、他の手法であっても構わない。例えば、保護膜１６の表面に撥水層を形成しても良い。

また、上記実施形態では、センシング部として振動体１２を例に挙げ、振動体１２により角速度を検出する場合について説明したが、角速度の他に加速度を検出するものであっても良い。さらに、角速度や加速度を検出するためのセンシング部として振動体１２を例に挙げたが、それ以外の物理量を検出するためのセンシング部であって、上記のようなフリップチップ実装が行われるようなセンサ装置１００に関しても、本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態におけるセンサ装置１００の概略断面図である。 図１に示すセンサ装置１００を製造するために用いる構成部品を示した断面図である。 センサ装置１００の製造工程の様子を示した断面図である。 樹脂フィルム３０の軟化・膨張前における第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図である。 保護膜１６に撥水処理を施した場合における樹脂フィルム３０の軟化・膨張後の第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図である。 保護膜１６に撥水処理を施さなかった場合における樹脂フィルム３０の軟化・膨張後の第１樹脂フィルム３１の様子を示した上面模式図である。 保護膜１６の表面にＦなどを含んだガスでのプラズマ処理を行ったときの保護膜１６の接触角と振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入距離の関係を示したグラフである。 保護膜１６の表面にＡｒを含んだガスでのプラズマ処理を行ったときの保護膜１６の表面の粗度と振動体１２への第１樹脂フィルム３１の進入距離の関係を示したグラフである。

符号の説明

１０…半導体チップ、１１…一面、１２…振動体、１３…絶縁層、１４…パッド、１５…バンプ、１５ａ…先端面、１６…保護膜、２０…回路チップ、２１…一面、２２…パッド、２３…バンプ、２３ａ…先端面、３０…樹脂フィルム、３０ａ…凹部、３１、３２…第１、第２樹脂フィルム、３３、３４…空間部、１００…センサ装置、２００…超音波接合装置、２１０…ステージ、２２０…ツール。

Claims (5)

1. 力学量を検出するセンシング部（１２）および前記センシング部を囲むように配置された第１のバンプ（１５）を有する半導体チップ（１０）と、前記第１のバンプに対向する位置にこの第１のバンプと接合される第２のバンプ（２３）を有する回路チップ（２０）とが、前記半導体チップの前記センシング部に対向した部分に凹部（３０ａ）を有する樹脂フィルム（３０）を介して一体化され、前記凹部が前記センシング部と離間するように前記樹脂フィルムが前記半導体チップと前記回路チップとに接合されてなるセンサ装置であって、
   前記半導体チップには、前記第１のバンプが接合されるパッド（１４）が形成されていると共に、該パッドを露出させるように該半導体チップの表面を覆う保護膜（１６）が形成され、前記第１のバンプと前記第２のバンプを接合することにより前記保護膜の表面と前記樹脂フィルムが接するように構成されており、前記保護膜のうち前記樹脂フィルムと接触する表面は撥水処理が施されていることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記保護膜のうち前記樹脂フィルムと接触する表面は、該表面に対する水滴の接触角が６０度以上となるように前記撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記保護膜のうち前記樹脂フィルムと接触する表面は、前記撥水処理としてＦを含んだプラズマ処理が行われることで、Ｆと結合していることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記保護膜のうち前記樹脂フィルムと接触する表面は、該表面の凹凸の最大高低差を表す粗度が５０ｎｍ以上とされていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
5. 前記保護膜のうち前記樹脂フィルムと接触する表面は、前記撥水処理としてＡｒを含んだプラズマ処理が行われることで、該表面の凹凸の最大高低差を表す粗度が５０ｎｍ以上とされていることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
   

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