JP2016157844A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve reduction in a process time for dicing a chip with high accuracy and achieve improvement in alignment accuracy.SOLUTION: In a semiconductor device and a manufacturing method of the same, a groove 13 is formed entirely around a periphery of a rear face 12 of an upper chip 10, which faces a lower chip 20 and a connection face 12a on the inner side of the groove 13 is sized with high accuracy. Shapes and sizes of a hydrophilic region and a hydrophobic region which are formed in the lower chip 20 are unambiguously determined by a mask at the time of exposure to be sized with high accuracy. Accordingly, since the hydrophilic region of the lower chip 20, which is sized with high accuracy reaches a state of being coated with water droplets 30, when the connection face 12a is sized with high accuracy and the upper chip 10 is mounted on the water droplets 30, the upper chip 10 is positioned against the lower chip 20 with high accuracy.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、上チップと下チップとをこれら上下チップそれぞれに形成されたマイクロバンプを介して電気的に接続する半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device that electrically connects an upper chip and a lower chip via micro bumps formed on the upper and lower chips, and a method for manufacturing the same.

従来より、ウェハの上に半導体素子が形成されたチップを積層する際に、自己組織化(セルフ・アッセンブル)によるアライメント技術が用いられている。具体的には、疎水領域に囲まれた親水領域を有する下チップに水を液滴することで親水領域に水を濡らし、その上に精度良く加工した上チップを配置することでアライメントを行っている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an alignment technique based on self-assembly is used when stacking chips on which a semiconductor element is formed on a wafer. Specifically, water is wetted in the hydrophilic region by dropping water onto a lower chip having a hydrophilic region surrounded by a hydrophobic region, and alignment is performed by placing an accurately processed upper chip on the hydrophilic region. Yes.

例えば、特許文献1では、仮基板の上にチップをアライメントして配置した後、支持基板(ウェハ)を用意し、支持基板と仮基板とのアライメントを取ってから支持基板とチップとを近づけ、支持基板にチップを転写している。仮基板の上へのチップのアライメントは、水の表面張力に基づく自己組織化により行っている。具体的には、チップを高精度に個片化したのち、仮基板の親水領域に水滴を付着させ、さらにその水滴上にチップを搭載することで、水の表面張力による自己組織化に基づいてチップが仮基板の所望位置にアライメントされる。このようにして、支持基板上の所望位置にチップが積層された構造を実現している。   For example, in Patent Document 1, after arranging and aligning the chip on the temporary substrate, a support substrate (wafer) is prepared, the support substrate and the temporary substrate are aligned, and then the support substrate and the chip are brought close to each other. The chip is transferred to the support substrate. The alignment of the chip on the temporary substrate is performed by self-organization based on the surface tension of water. Specifically, after separating the chips with high accuracy, by attaching water droplets to the hydrophilic region of the temporary substrate and mounting the chip on the water droplets, based on self-organization due to the surface tension of water The chip is aligned at a desired position on the temporary substrate. In this way, a structure is realized in which chips are stacked at desired positions on the support substrate.

しかしながら、特許文献1に示される転写の手法では、仮基板への接合の際と支持基板へのチップの転写の際の二回のアライメントが必要になることから、アライメント精度の向上を図ることが難しい。また、チップを高精度に個片化してから仮基板上にアライメントすることになることから、チップを高精度に個片化するためのプロセスに時間が掛かる。   However, the transfer method disclosed in Patent Document 1 requires two alignments when bonding to the temporary substrate and transferring the chip to the support substrate, so that the alignment accuracy can be improved. difficult. Further, since the chip is aligned on the temporary substrate after being singulated with high precision, the process for singulating the chip with high precision takes time.

これに対して、非特許文献1において、ウェハ表面に親水領域と疎水領域とを形成し、親水領域の上に水滴を付着させたのち、その上に高精度に個片化したチップを搭載することで、水の表面張力に基づく自己組織化を用いたアライメントが提案されている。チップのウェハ側の一面とウェハのチップ側の一面には共にマイクロバンプが形成されており、水滴の表面張力に基づくアライメントを取りつつ、チップとウェハそれぞれのマイクロバンプを圧着させることで電気的な接続をとっている。   On the other hand, in Non-Patent Document 1, a hydrophilic region and a hydrophobic region are formed on the wafer surface, a water droplet is attached on the hydrophilic region, and then a chip singulated with high precision is mounted thereon. Thus, alignment using self-organization based on the surface tension of water has been proposed. Micro bumps are formed on one side of the wafer side of the chip and one side of the chip side of the wafer. Electrical alignment is achieved by crimping the micro bumps of the chip and the wafer while aligning based on the surface tension of the water droplets. Connected.

このような手法においては、ウェハに対して直接チップをアライメントすることから、二回のアライメントを行わなくてもよくなり、アライメント精度の向上を図ることが可能となる。   In such a method, since the chip is directly aligned with the wafer, the alignment need not be performed twice, and the alignment accuracy can be improved.

特開2010−225803号公報JP 2010-225803 A

IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES. Vol.59. No.11, Nov. 2012IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES. Vol.59. No.11, Nov. 2012

しかしながら、非特許文献1の手法においても、チップを高精度に個片化してからウェハの親水領域に付着させた水滴上に搭載しなければならないため、チップを高精度に個片化するためのプロセスに時間が掛かる。すなわち、チップを個片化する際に、チップの各端面の間の寸法が高精度に保たれるようにしてダイシングを行う必要があることから、高精度なダイシングが必要になり、ダイシングが長時間になる。特に、微細化などに起因して、マイクロバンプを高密度化させると、マイクロバンプが水を弾くために、水の表面張力に影響を及ぼし、アライメントずれを発生させるという問題も発生させる。   However, even in the method of Non-Patent Document 1, since the chip must be singulated with high accuracy and then mounted on the water droplets attached to the hydrophilic region of the wafer, the chip is singulated with high accuracy. The process takes time. In other words, when dicing chips, it is necessary to perform dicing so that the dimensions between the end faces of the chips are maintained with high accuracy. Therefore, high-precision dicing is required and the dicing is long. It will be time. In particular, when the density of the micro bumps is increased due to miniaturization or the like, the micro bumps repel water, thereby affecting the surface tension of water and causing a problem of misalignment.

本発明は上記点に鑑みて、チップを高精度に個片化するためのプロセス時間の短縮化が図れ、かつ、アライメント精度の向上を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention provides a semiconductor device capable of shortening the process time for separating chips with high accuracy and improving alignment accuracy, and a method for manufacturing the same. With the goal.

上記目的を達成するため、請求項1ないし14に記載の発明では、基板(20、25)と、基板の表面(22)に備えられた複数の第1マイクロバンプ(21)と、基板上に搭載される半導体チップ(10)と、半導体チップの裏面(12)に配置され、複数の第1マイクロバンプのそれぞれと接続されることで、半導体チップと基板とを電気的および物理的に接続する複数の第2マイクロバンプ(11)と、を備え、半導体チップには、裏面のうち第2マイクロバンプを含む領域を接続面(12a)として、該接続面を囲む外周部に溝部(13)が形成されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the invention described in claims 1 to 14, a substrate (20, 25), a plurality of first micro bumps (21) provided on a surface (22) of the substrate, and a substrate The semiconductor chip (10) to be mounted and the back surface (12) of the semiconductor chip are arranged and connected to each of the plurality of first micro bumps, thereby electrically and physically connecting the semiconductor chip and the substrate. A plurality of second micro-bumps (11), and the semiconductor chip has a groove (13) in an outer peripheral portion surrounding the connection surface, with a region including the second micro-bump on the back surface as a connection surface (12a). It is characterized by being formed.

このように、半導体チップのうち基板側に向けられる裏面の外周を1周囲む溝部を形成している。このため、その内側の接続面が高精度に寸法決めされるようにできる。また、基板に構成される親水領域および疎水領域の形状や寸法は露光時のマスクによって一義的に決まり、高精度に寸法決めたものとなる。したがって、高精度に寸法決めされた基板の親水領域に水滴を塗布できることから、接続面が高精度に寸法決めされていれば、水滴上に半導体チップを搭載したときに、半導体チップが基板に対して高精度に位置決めがなされる。よって、アライメント精度の向上を図ることが可能となる。   As described above, a groove portion that surrounds the outer periphery of the back surface of the semiconductor chip facing the substrate is formed. For this reason, the inner connecting surface can be dimensioned with high accuracy. Further, the shape and size of the hydrophilic region and the hydrophobic region formed on the substrate are uniquely determined by the mask at the time of exposure, and the size is determined with high accuracy. Therefore, since water droplets can be applied to the hydrophilic area of the substrate that has been dimensioned with high precision, when the semiconductor chip is mounted on the water droplet, if the connection surface is dimensioned with high precision, the semiconductor chip is attached to the substrate. Positioning with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the alignment accuracy.

また、半導体チップの接続面を高精度に寸法決めする際に、溝部は半導体チップの厚み途中の深さとされ、半導体チップの厚み分までの深さにはならない。このため、溝部を形成するためのプロセス時間は短いものとなる。そして、半導体チップを個片化する際には、半導体チップの厚みの途中まで形成した溝部内においてダイシングを行えば良く、高精度なダイシングが必要とされない。このため、接続面を高精度に寸法決めしつつ半導体チップを個片化するためのプロセス時間を短くすることができる。   Further, when sizing the connection surface of the semiconductor chip with high accuracy, the groove portion has a depth in the middle of the thickness of the semiconductor chip and does not reach the depth of the thickness of the semiconductor chip. For this reason, the process time for forming the groove is short. Then, when the semiconductor chip is divided into individual pieces, dicing may be performed in the groove formed part way through the thickness of the semiconductor chip, and high-precision dicing is not required. For this reason, it is possible to shorten the process time for separating the semiconductor chip while sizing the connection surface with high accuracy.

具体的には、請求項15に記載の発明のように、第1マイクロバンプが備えられた基板を用意する工程と、基板における第1マイクロバンプを囲む疎水膜(28)を形成することで、基板のうち疎水膜が形成された領域を疎水領域としつつ、疎水膜が形成されていない領域を親水領域とする工程と、第2マイクロバンプが備えられた半導体ウェハ(15)を用意した後、該半導体ウェハに対して第2マイクロバンプが含まれる接続面となる領域を囲むように溝部(13)を形成する工程と、溝部内に疎水膜(18)を形成することで、半導体ウェハのうち溝部内を疎水領域とし、接続面となる領域を親水領域とする工程と、溝部内においてダイシングを行うことで半導体ウェハを個片化し、半導体チップを構成する工程と、基板における親水領域に水滴(30)を配置したのち、該水滴上に半導体チップを搭載する工程と、基板における第1マイクロバンプと半導体チップにおける第2マイクロバンプとを接続する工程と、を含む製造方法により、上記構造の半導体装置を製造することができる。   Specifically, as in the invention described in claim 15, by preparing a substrate provided with first micro bumps and forming a hydrophobic film (28) surrounding the first micro bumps on the substrate, After preparing a semiconductor wafer (15) provided with a step of making the region where the hydrophobic film is formed in the substrate into a hydrophobic region and the region where the hydrophobic film is not formed as a hydrophilic region, and the second micro bumps, Forming a groove (13) so as to surround a region to be a connection surface including the second micro-bump on the semiconductor wafer, and forming a hydrophobic film (18) in the groove, The step of forming a hydrophobic region in the groove and the region serving as a connection surface as a hydrophilic region, the step of dicing the semiconductor wafer by dicing in the groove to form a semiconductor chip, and the hydrophilic in the substrate After placing the water droplet (30) in the region, a step of mounting the semiconductor chip on the water droplet, and a step of connecting the first micro bump on the substrate and the second micro bump on the semiconductor chip, A semiconductor device having the above structure can be manufactured.

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の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかる半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention is provided from the back surface 12 side. 図1中のII−II’断面図である。It is II-II 'sectional drawing in FIG. 図2中の下チップ20の製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the lower chip 20 in FIG. 2. 図2中の上チップ10の製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the upper chip 10 in FIG. 2. 図3の製造工程で製造した下チップ20および図4の製造工程で製造した上チップ10の貼り合せ工程を示した図である。It is the figure which showed the bonding process of the lower chip | tip 20 manufactured at the manufacturing process of FIG. 3, and the upper chip | tip 10 manufactured at the manufacturing process of FIG. 外縁側マイクロバンプの寸法に対する外縁側マイクロバンプから接触面12aの各辺までの距離の比Xと親水領域での接触角との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the ratio X of the distance from the outer edge side micro bump to each side of the contact surface 12a with respect to the dimension of an outer edge side micro bump, and the contact angle in a hydrophilic region. マイクロバンプ11の総面積と接続面12aの面積とを足した総面積S1に対するマイクロバンプ11の面積S2の比S2/S1と親水領域での接触角との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between ratio S2 / S1 of the area S2 of the microbump 11 with respect to the total area S1 which added the total area of the microbump 11, and the area of the connection surface 12a, and the contact angle in a hydrophilic region. 本発明の第2実施形態にかかる半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device concerning 2nd Embodiment of this invention is provided from the back surface 12 side. 図8中のIX−IX’断面図である。It is IX-IX 'sectional drawing in FIG. 本発明の第3実施形態にかかる半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device concerning 3rd Embodiment of this invention is provided from the back surface 12 side. 本発明の第4実施形態にかかる半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device concerning 4th Embodiment of this invention is provided from the back surface 12 side. 本発明の第5実施形態にかかる半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device concerning 5th Embodiment of this invention is provided from the back surface 12 side. 他の実施形態で説明する半導体装置に備えられる上チップ10を裏面12側から見た図である。It is the figure which looked at the upper chip | tip 10 with which the semiconductor device demonstrated by other embodiment is provided from the back surface 12 side. 図13中のXIV−XIV'断面図である。It is XIV-XIV 'sectional drawing in FIG. 他の実施形態で説明する半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device demonstrated by other embodiment. 他の実施形態で説明する半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device demonstrated by other embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。ここでは、基板上に半導体チップを搭載するチップ積層ユニットを構成する半導体装置として、2つの半導体チップを貼り合せた構造を説明する。以下、図1および図2を参照して、本実施形態にかかる半導体装置の構成について説明する。なお、図2に示す半導体装置の断面図では、各部を簡略化して記載してある。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. Here, a description will be given of a structure in which two semiconductor chips are bonded as a semiconductor device constituting a chip stacking unit in which semiconductor chips are mounted on a substrate. Hereinafter, the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that, in the cross-sectional view of the semiconductor device illustrated in FIG. 2, each part is illustrated in a simplified manner.

半導体装置は、図1に示した半導体チップに相当する上チップ10を有し、図2に示すように基板に相当する下チップ20の上に上チップ10を搭載した構成とされている。上チップ10に形成されたマイクロバンプ(第2マイクロバンプ)11と下チップ20に形成されたマイクロバンプ(第1マイクロバンプ)21とが接合され、マイクロバンプ11、21を介して上チップ10と下チップ20との電気的および物理的接続されている。   The semiconductor device has an upper chip 10 corresponding to the semiconductor chip shown in FIG. 1, and the upper chip 10 is mounted on a lower chip 20 corresponding to a substrate as shown in FIG. The micro bumps (second micro bumps) 11 formed on the upper chip 10 and the micro bumps (first micro bumps) 21 formed on the lower chip 20 are joined, and the upper chip 10 and the micro bumps 11 and 21 are joined together. Electrically and physically connected to the lower chip 20.

上チップ10および下チップ20は、共に、例えば半導体素子や電気回路などが形成された半導体ウェハを個片化したものであり、マイクロバンプ11、21は半導体素子などと外部との電気的接続を行うための接続部材である。半導体ウェハとしては、例えばシリコンウェハが用いられており、シリコンウェハに対して一般的な半導体プロセスが施されることで半導体素子が形成されている。そして、半導体素子形成後のシリコンウェハに対してマイクロバンプ11の形成プロセスを施したのち、チップ単位に個片化することで上チップ10が構成されている。   Both the upper chip 10 and the lower chip 20 are obtained by dividing a semiconductor wafer on which, for example, a semiconductor element or an electric circuit is formed, and the micro bumps 11 and 21 provide electrical connection between the semiconductor element and the outside. It is a connection member for performing. For example, a silicon wafer is used as the semiconductor wafer, and a semiconductor element is formed by performing a general semiconductor process on the silicon wafer. And after performing the formation process of the micro bump 11 with respect to the silicon wafer after semiconductor element formation, the upper chip | tip 10 is comprised by dividing into a chip unit.

上チップ10は、図1および図2に示されるように、上面形状が長方形(正方形)とされている。上チップ10の裏面12、つまり上チップ10における下チップ20と対向する一面のうちの外縁部には、裏面12の外周を1周囲む溝部13が形成されている。溝部13は、裏面12において上チップ10を所定厚さ分除去することで構成されている。上チップ10の裏面12のうち溝部13で囲まれた内側の部分、つまり複数のマイクロバンプ11が配置される一面(以下、この一面を接続面という)12aの各辺の寸法は、高精度に寸法決めされている。これに対して、溝部13の幅は、上チップ10が構成する長方形の各辺において異なっていても良い。溝部13の深さも任意であるが、1μm以上とされているのが好ましい。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the upper chip 10 has a top surface of a rectangular shape (square). A groove 13 that surrounds the outer periphery of the back surface 12 is formed on the back surface 12 of the upper chip 10, that is, the outer edge portion of one surface of the upper chip 10 that faces the lower chip 20. The groove 13 is configured by removing the upper chip 10 by a predetermined thickness on the back surface 12. The inner portion surrounded by the groove 13 in the back surface 12 of the upper chip 10, that is, the dimension of each side of the one surface (hereinafter referred to as the connection surface) 12 a on which the plurality of micro bumps 11 are arranged is highly accurate. Dimensions are determined. On the other hand, the width of the groove 13 may be different on each side of the rectangle formed by the upper chip 10. The depth of the groove 13 is also arbitrary, but is preferably 1 μm or more.

図1の紙面上下方向を縦方向、左右方向を横方向とすると、上チップ10の裏面、つまり上チップ10における下チップ20と対向する一面において、上チップ10が構成する長方形の内側にマイクロバンプ11が縦横等間隔となるマトリクス状に並べられている。そして、接続面12aの各辺からマイクロバンプ11のうちの最も接続面12aの外縁側に位置する外縁側マイクロバンプまでの距離は、最外周マイクロバンプの寸法(1辺の長さ、もしくは、直径)の1/2以上に設定されている。つまり、水の表面張力の影響を受け易いチップ外縁側にマイクロバンプ11が配置されることを避けるようにしている。   When the vertical direction on the paper surface of FIG. 1 is the vertical direction and the horizontal direction is the horizontal direction, the micro bumps are formed inside the rectangle formed by the upper chip 10 on the back surface of the upper chip 10, that is, on one surface of the upper chip 10 facing the lower chip 20. 11 are arranged in a matrix having equal intervals in the vertical and horizontal directions. The distance from each side of the connection surface 12a to the outer edge side micro bump located on the outermost side of the connection surface 12a of the micro bumps 11 is the dimension of the outermost micro bump (the length of one side or the diameter). ) Or more. That is, the micro bumps 11 are avoided from being arranged on the outer edge side of the chip that is easily affected by the surface tension of water.

各マイクロバンプ11の面積については任意である。ただし、図1に示す裏面12の法線方向から見たマイクロバンプ11の総面積と接続面12aの面積とを足した総面積S1、つまり溝部13内側の面積に対するマイクロバンプ11の総面積S2の比S2/S1を0.6以下にすると好ましい。このような構成とすることにより、水を弾くマイクロバンプ11の量を制限でき、マイクロバンプ11が水を弾くことによるアライメントへの影響が抑制されるようにできる。   The area of each microbump 11 is arbitrary. However, the total area S1 obtained by adding the total area of the microbumps 11 and the area of the connection surface 12a viewed from the normal direction of the back surface 12 shown in FIG. The ratio S2 / S1 is preferably 0.6 or less. By setting it as such a structure, the quantity of the micro bump 11 which repels water can be restrict | limited, and the influence on the alignment by the micro bump 11 repelling water can be suppressed.

なお、ここでは上チップ10として、半導体ウェハをチップ単位に個片化したものを例に挙げているが、半導体ウェハをチップ単位に個片化したものを樹脂封止し、裏面側にマイクロバンプなどが形成されたチップであっても良い。   Here, as the upper chip 10, a semiconductor wafer that is divided into chips is taken as an example, but a semiconductor wafer that is divided into chips is resin-sealed, and a micro bump is formed on the back surface side. A chip on which etc. are formed may also be used.

下チップ20も、上面形状が長方形(正方形)とされている。下チップ20の外形寸法については、マイクロバンプ21の配置スペースが確保されていれば特に制限はないが、本実施形態では、上チップ10よりも外形寸法を大きくしてある。このような寸法関係とする場合、例えば下チップ20のうち上チップ10よりも外側に張り出した部分までマイクロバンプ21に電気的に接続された回路部を引き出すことで、この部分を通じて外部との電気的接続を可能にすることができる。   The lower chip 20 also has a top surface that is rectangular (square). The outer dimension of the lower chip 20 is not particularly limited as long as the arrangement space of the microbumps 21 is secured, but in the present embodiment, the outer dimension is larger than that of the upper chip 10. In the case of such a dimensional relationship, for example, by pulling out a circuit part electrically connected to the microbump 21 to a part of the lower chip 20 that protrudes outward from the upper chip 10, an electrical connection with the outside is achieved through this part. Connection can be made possible.

下チップ20のマイクロバンプ21は、上チップ10のマイクロバンプ11と対応する位置に配置されている。すなわち、下チップ20の表面、つまり下チップ20における上チップ10と対向する一面において、下チップ20が構成する長方形の内側にマイクロバンプ21が縦横等間隔となるマトリクス状に並べられている。そして、図2に示すように、上チップ10の各マイクロバンプ11が下チップ20の対応する各マイクロバンプ21と接合されている。   The micro bumps 21 of the lower chip 20 are arranged at positions corresponding to the micro bumps 11 of the upper chip 10. That is, on the surface of the lower chip 20, that is, one surface of the lower chip 20 facing the upper chip 10, the micro bumps 21 are arranged in a matrix form with equal vertical and horizontal intervals inside the rectangle formed by the lower chip 20. As shown in FIG. 2, each micro bump 11 of the upper chip 10 is joined to each corresponding micro bump 21 of the lower chip 20.

このような構造によって、本実施形態にかかる半導体装置が構成されている。続いて、図3〜図5を参照して、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。なお、図3は下チップ20の形成工程、図4は上チップ10の形成工程、図5は上チップ10と下チップ20の貼り合せ工程を示している。   With such a structure, the semiconductor device according to the present embodiment is configured. Next, with reference to FIGS. 3 to 5, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. 3 shows the formation process of the lower chip 20, FIG. 4 shows the formation process of the upper chip 10, and FIG. 5 shows the bonding process of the upper chip 10 and the lower chip 20.

まず、図3を参照して下チップ20の形成工程について説明する。   First, the formation process of the lower chip 20 will be described with reference to FIG.

〔図3(a)に示す工程〕
下チップ20の形成に用いる半導体ウェハ25を用意する。すなわち、下チップ20に備えられる半導体素子や回路部などが形成されたシリコンウェハなどを用意する。このとき、半導体ウェハ25の表面側、つまり後工程において上チップ10が配置される側の一面の表面を二酸化シリコン、窒化シリコン、親水性ポリイミド、PCB(エポキシ)などの絶縁性の親水膜20aで被覆している。続いて、半導体ウェハ25のうちのマイクロバンプ21を形成する側の一面に、例えばスパッタリング等によってCu等で構成されるシード層(下地層)21aを形成する。そして、シード層21aの表面にレジスト26を塗布したのち、図示しないマスクを用いたフォト工程によって露光・現像を行い、レジスト26のうちマイクロバンプ21の形成予定位置に開口部26aを形成する。
[Step shown in FIG. 3 (a)]
A semiconductor wafer 25 used for forming the lower chip 20 is prepared. That is, a silicon wafer or the like on which a semiconductor element or a circuit unit provided in the lower chip 20 is formed is prepared. At this time, the surface side of the semiconductor wafer 25, that is, the surface on the side where the upper chip 10 is disposed in the subsequent process is covered with an insulating hydrophilic film 20a such as silicon dioxide, silicon nitride, hydrophilic polyimide, or PCB (epoxy). It is covered. Subsequently, a seed layer (underlayer) 21 a made of Cu or the like is formed on one surface of the semiconductor wafer 25 on the side where the microbumps 21 are formed, for example, by sputtering or the like. And after apply | coating the resist 26 to the surface of the seed layer 21a, exposure and image development are performed by the photo process using the mask which is not shown in figure, and the opening part 26a is formed in the formation plan position of the microbump 21 among the resists 26.

〔図3(b)に示す工程〕
レジスト26をマスクとしたメッキ工程を行い、シード層21aの露出表面にマイクロバンプ21の残部を形成したのち、レジスト26を除去する。そして、マイクロバンプ21の残部をマスクとしたエッチングによって、シード層21aをパターニングする。これにより、マイクロバンプ21が構成される。
[Step shown in FIG. 3B]
A plating process is performed using the resist 26 as a mask to form the remainder of the microbumps 21 on the exposed surface of the seed layer 21a, and then the resist 26 is removed. Then, the seed layer 21a is patterned by etching using the remaining part of the microbump 21 as a mask. Thereby, the micro bump 21 is configured.

〔図3(c)に示す工程〕
マイクロバンプ21を覆うようにレジスト27を塗布したのち、レジスト27のうちマイクロバンプ21よりも外側の部分を除去する。具体的には、上チップ10における接続面12aと対応する部分においてレジスト27を残し、それよりも外側、つまり溝部13と対応する部分や更にそれよりも外側において半導体ウェハ25を露出させる。
[Step shown in FIG. 3 (c)]
After applying a resist 27 so as to cover the microbumps 21, a portion of the resist 27 outside the microbumps 21 is removed. Specifically, the resist 27 is left in a portion corresponding to the connection surface 12a in the upper chip 10, and the semiconductor wafer 25 is exposed outside, that is, a portion corresponding to the groove 13 and further outside.

〔図3(d)に示す工程〕
レジスト27および半導体ウェハ25の露出部分の上面に例えばフッ化炭素(CF)などの疎水材料を塗布することで疎水膜28を形成する。疎水膜28の材料は任意であるが、好ましくは水滴30に対する疎水膜28の接触角が60度以上となる材質であることが良い。また、水滴30に対する疎水膜28と半導体ウェハ25の表面(親水膜20a)との接触角差が10度以上となる材質を疎水膜28の材料として選択するのが好ましい。このようにすることで、疎水膜28によって水滴30を好適に弾くことが可能となると共に、疎水領域と親水領域との間において水滴30の濡れ性の差を大きく取ることが可能となる。
[Step shown in FIG. 3 (d)]
A hydrophobic film 28 is formed by applying a hydrophobic material such as carbon fluoride (CF) on the upper surfaces of the resist 27 and the exposed portions of the semiconductor wafer 25. The material of the hydrophobic film 28 is arbitrary, but it is preferable that the contact angle of the hydrophobic film 28 with respect to the water droplet 30 is 60 degrees or more. Further, it is preferable to select a material for which the contact angle difference between the hydrophobic film 28 and the surface of the semiconductor wafer 25 (hydrophilic film 20 a) with respect to the water droplet 30 is 10 degrees or more as the material of the hydrophobic film 28. In this way, the water droplet 30 can be suitably repelled by the hydrophobic film 28, and the difference in wettability of the water droplet 30 between the hydrophobic region and the hydrophilic region can be increased.

〔図3(e)に示す工程〕
NMP(N-メチル-2-ピロリドン)などの有機溶剤によってレジスト27を除去することでレジスト27上の疎水膜28をリフトオフによって除去し、半導体ウェハ25の上面にのみ疎水膜28を残す。この疎水膜28が形成された部分が下チップ20における疎水領域となり、それよりも内側の部分が親水領域となる。
[Step shown in FIG. 3 (e)]
By removing the resist 27 with an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), the hydrophobic film 28 on the resist 27 is removed by lift-off, leaving the hydrophobic film 28 only on the upper surface of the semiconductor wafer 25. A portion where the hydrophobic film 28 is formed becomes a hydrophobic region in the lower chip 20, and a portion inside the portion becomes a hydrophilic region.

次に、図4を参照して上チップ10の形成工程について説明する。   Next, the formation process of the upper chip 10 will be described with reference to FIG.

〔図4(a)、(b)に示す工程〕
まず、図4(a)に示す工程として、上チップ10の形成に用いる半導体ウェハ15を用意している。このとき、半導体ウェハ15の裏面側、つまり後工程において下チップ20に向けられる側の一面の表面を二酸化シリコン、窒化シリコン、親水性ポリイミド、PCB(エポキシ)などの絶縁性の親水膜10aで被覆している。
[Steps shown in FIGS. 4A and 4B]
First, as a process shown in FIG. 4A, a semiconductor wafer 15 used for forming the upper chip 10 is prepared. At this time, the back surface side of the semiconductor wafer 15, that is, the surface of one surface directed to the lower chip 20 in a subsequent process is covered with an insulating hydrophilic film 10 a such as silicon dioxide, silicon nitride, hydrophilic polyimide, or PCB (epoxy). doing.

その後、シード層(下地層)11aを形成し、さらにその表面にレジスト16を塗布してから、レジスト16のうちマイクロバンプ11の形成予定位置に開口部16aを形成する。この工程は図3(a)と同様である。その後、図4(b)に示す工程として、図3(b)と同様、シード層11aの表面にマイクロバンプ11の残部を形成するメッキ工程、シード層11aのパターニング工程を行うことで、マイクロバンプ11を形成する。   Thereafter, a seed layer (underlying layer) 11a is formed, and a resist 16 is applied to the surface of the seed layer. Then, an opening 16a is formed in the resist 16 at a position where the micro bump 11 is to be formed. This step is the same as in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 4B, a micro bump is formed by performing a plating process for forming the remaining portion of the micro bump 11 on the surface of the seed layer 11a and a patterning process of the seed layer 11a as in FIG. 3B. 11 is formed.

〔図4(c)に示す工程〕
マイクロバンプ11を覆うようにレジスト17を塗布したのち、レジスト17のうちマイクロバンプ11よりも外側の所定幅分を除去する。具体的には、上チップ10における溝部13と対応する部分においてレジスト17を除去し、接続面12aと対応する部分や溝部13よりも外側においてレジスト17を残すことで、溝部13と対応する部分において半導体ウェハ15を露出させる。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
After the resist 17 is applied so as to cover the microbumps 11, a predetermined width outside the microbumps 11 in the resist 17 is removed. Specifically, the resist 17 is removed at the portion corresponding to the groove portion 13 in the upper chip 10, and the resist 17 is left outside the portion corresponding to the connection surface 12 a and the groove portion 13, thereby the portion corresponding to the groove portion 13. The semiconductor wafer 15 is exposed.

〔図4(d)に示す工程〕
レジスト17をマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングを行うことで、半導体ウェハ15に溝部13を形成する。これにより、溝部13およびそれよりも内側の接続面12aが構成される。
[Step shown in FIG. 4 (d)]
By performing anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) using the resist 17 as a mask, the groove 13 is formed in the semiconductor wafer 15. Thereby, the groove part 13 and the connection surface 12a inside it are comprised.

このとき、溝部13については、半導体ウェハ15の厚み途中までの深さで良く、例えば1μm以上の深さあれば良い。溝部13の形成位置についてはレジスト17を露光する際のマスクパターンによって一義的に決まることから、溝部13の内側に位置する接続面12aの各辺の寸法についても一義的に決まり、高精度に寸法決めがなされた状態となっている。また、異方性エッチングによって形成した溝部13は、その底部がほぼ平坦面となり、ダイシングのような機械加工を行う場合と比較して表面粗さRaが小さくなる。   At this time, the groove 13 may have a depth up to the middle of the thickness of the semiconductor wafer 15, for example, a depth of 1 μm or more. Since the formation position of the groove 13 is uniquely determined by the mask pattern used when the resist 17 is exposed, the dimensions of each side of the connection surface 12a located inside the groove 13 are also uniquely determined, and the dimensions are highly accurate. The decision has been made. Further, the groove 13 formed by anisotropic etching has a substantially flat bottom, and has a lower surface roughness Ra than when machining such as dicing is performed.

〔図4(e)に示す工程〕
レジスト17および半導体ウェハ15の露出部分、つまり溝部13の上面に例えばフッ化炭素(CF)などの疎水材料を塗布することで疎水膜18を形成する。疎水膜18の材料は任意であるが、好ましくは水滴30に対する疎水膜18の接触角が60度以上となる材質であることが良い。また、水滴30に対する疎水膜18と半導体ウェハ15の接続面12a(親水膜10a)との接触角差が10度以上となる材質を疎水膜18の材料として選択するのが好ましい。このようにすることで、疎水膜18によって水滴30を好適に弾くことが可能となると共に、疎水領域と親水領域との間において水滴30の濡れ性の差を大きく取ることが可能となる。
[Step shown in FIG. 4 (e)]
A hydrophobic film 18 is formed by applying a hydrophobic material such as carbon fluoride (CF) to the exposed portions of the resist 17 and the semiconductor wafer 15, that is, the upper surface of the groove 13. The material of the hydrophobic film 18 is arbitrary, but it is preferable that the hydrophobic film 18 has a contact angle of 60 degrees or more with respect to the water droplet 30. In addition, it is preferable to select a material having a contact angle difference of 10 degrees or more between the hydrophobic film 18 and the connection surface 12 a (hydrophilic film 10 a) of the water droplet 30 as the material of the hydrophobic film 18. In this way, the water droplet 30 can be suitably repelled by the hydrophobic film 18 and a difference in wettability of the water droplet 30 between the hydrophobic region and the hydrophilic region can be increased.

〔図4(f)に示す工程〕
NMPなどの有機溶剤によってレジスト17を除去することでレジスト17上の疎水膜18をリフトオフによって除去し、溝部13内にのみ疎水膜18を残す。この疎水膜18が形成された部分が上チップ10における疎水領域となり、それよりも内側となる接続面12aが親水領域となる。
[Step shown in FIG. 4 (f)]
By removing the resist 17 with an organic solvent such as NMP, the hydrophobic film 18 on the resist 17 is removed by lift-off, leaving the hydrophobic film 18 only in the groove 13. The portion where the hydrophobic film 18 is formed becomes a hydrophobic region in the upper chip 10, and the connection surface 12a on the inner side becomes a hydrophilic region.

〔図4(g)に示す工程〕
溝部13内において半導体ウェハ15をダイシングすることで個片化した上チップ10を構成する。このとき、溝部13の形成をエッチングによって行っており、マスクを用いて高精度に寸法決めすることができることから、ダイシングについては高精度な寸法決めの必要は無い。
[Step shown in FIG. 4 (g)]
The upper chip 10 singulated by dicing the semiconductor wafer 15 in the groove 13 is configured. At this time, since the groove 13 is formed by etching and can be dimensioned with high accuracy using a mask, there is no need for high-accuracy dimensioning for dicing.

このようにして、ダイシング前の状態の下チップ20の形成用の半導体ウェハ25とダイシング後の上チップ10が構成される。この後、図5に示す工程を行うことで、上チップ10と半導体ウェハ25の貼り合せを行う。   In this manner, the semiconductor wafer 25 for forming the lower chip 20 before dicing and the upper chip 10 after dicing are configured. Thereafter, the upper chip 10 and the semiconductor wafer 25 are bonded together by performing the process shown in FIG.

〔図5(a)に示す工程〕
下チップ20の表面に水滴30を塗布する。このとき、下チップ20の表面のうちの疎水領域については水が濡れないことから、親水領域にのみ水滴30が付着した状態となる。そして、この水滴30の上に上チップ10を搭載する。これにより、水滴30上において、水の表面張力によって上チップ10が水滴30の中央位置に配置された状態となり、上チップ10のマイクロバンプ11と下チップ20のマイクロバンプ21とが一致するように位置合わせされた状態となる。
[Step shown in FIG. 5A]
A water droplet 30 is applied to the surface of the lower chip 20. At this time, since the water does not get wet in the hydrophobic region of the surface of the lower chip 20, the water droplet 30 is attached only to the hydrophilic region. Then, the upper chip 10 is mounted on the water droplet 30. As a result, the upper chip 10 is placed at the center position of the water drop 30 due to the surface tension of the water on the water drop 30 so that the micro bumps 11 of the upper chip 10 and the micro bumps 21 of the lower chip 20 coincide. Aligned state.

なお、水滴30上に上チップ10を搭載するとき、溝部13の深さが浅いと、水滴30が溝部13側に垂れてしまう可能性がある。このため、溝部13の深さはある程度深い方が好ましい。例えば、溝部13の深さを1μm以上とすれば、水滴30が溝部13側に垂れることを的確に抑制することが可能となる。   When the upper chip 10 is mounted on the water droplet 30, if the depth of the groove portion 13 is shallow, the water droplet 30 may hang down to the groove portion 13 side. For this reason, it is preferable that the depth of the groove 13 is somewhat deep. For example, if the depth of the groove 13 is 1 μm or more, it is possible to accurately suppress the water droplet 30 from drooping toward the groove 13.

〔図5(b)に示す工程〕
水滴30の上に上チップ10が搭載された状態で上チップ10および下チップ20を挟み込むように加熱加圧を行うことで、マイクロバンプ11、21を熱圧着させる。これにより、上チップ10および下チップ20がマイクロバンプ11、21を介して電気的および物理的に接続される。なお、水滴30については、加熱加圧時に蒸発して除去される。
[Step shown in FIG. 5B]
The micro bumps 11 and 21 are thermocompression-bonded by applying heat and pressure so as to sandwich the upper chip 10 and the lower chip 20 with the upper chip 10 mounted on the water droplet 30. Thereby, the upper chip 10 and the lower chip 20 are electrically and physically connected via the micro bumps 11 and 21. The water droplets 30 are removed by evaporation during heating and pressurization.

この後、アッシングによって疎水膜18を除去した後、下チップ20をダイシングによって個片化することで、上チップ10と下チップ20とを有する半導体装置が完成する。   Thereafter, after removing the hydrophobic film 18 by ashing, the lower chip 20 is separated into individual pieces by dicing, whereby a semiconductor device having the upper chip 10 and the lower chip 20 is completed.

以上説明したように、本実施形態では、上チップ10のうち下チップ20側に向けられる裏面12の外周を1周囲む溝部13を形成し、その内側の接続面12aが高精度に寸法決めされるようにしている。また、下チップ20に構成される親水領域および疎水領域の形状や寸法は露光時のマスクによって一義的に決まり、高精度に寸法決めたものとなる。したがって、高精度に寸法決めされた下チップ20の親水領域に水滴30が塗布された状態になるため、接続面12aが高精度に寸法決めされていれば、水滴30上に上チップ10を搭載したときに、上チップ10が下チップ20に対して高精度に位置決めがなされる。   As described above, in the present embodiment, the groove portion 13 that surrounds the outer periphery of the back surface 12 facing the lower chip 20 side of the upper chip 10 is formed, and the inner connecting surface 12a is dimensioned with high accuracy. I try to do it. In addition, the shape and size of the hydrophilic region and the hydrophobic region formed in the lower chip 20 are uniquely determined by the mask at the time of exposure, and the size is determined with high accuracy. Accordingly, since the water droplet 30 is applied to the hydrophilic region of the lower chip 20 that is dimensioned with high accuracy, the upper chip 10 is mounted on the water droplet 30 if the connection surface 12a is dimensioned with high accuracy. When this is done, the upper chip 10 is positioned with high accuracy relative to the lower chip 20.

よって、アライメント精度の向上を図ることが可能となる。また、上チップ10の裏面12の接続面12aを高精度に寸法決めする際に、溝部13を上チップ10の厚み途中の深さとしており、上チップ10の厚み分までの深さとはしていない。このため、溝部13を形成するためのプロセス時間は短いものとなる。そして、上チップ10を個片化する際には、上チップ10の厚みの途中まで形成した溝部13内においてダイシングを行えば良く、高精度なダイシングが必要とされない。このため、接続面12aを高精度に寸法決めしつつ上チップ10を個片化するためのプロセス時間を短くすることができる。   Therefore, it is possible to improve the alignment accuracy. Further, when the connecting surface 12a of the back surface 12 of the upper chip 10 is dimensioned with high accuracy, the groove portion 13 is set to a depth in the middle of the thickness of the upper chip 10, and the depth up to the thickness of the upper chip 10 is assumed. Absent. For this reason, the process time for forming the groove 13 is short. Then, when the upper chip 10 is separated into pieces, dicing may be performed in the groove portion 13 formed up to the middle of the thickness of the upper chip 10, and highly accurate dicing is not required. For this reason, it is possible to shorten the process time for separating the upper chip 10 while sizing the connection surface 12a with high accuracy.

よって、チップを高精度に個片化するためのプロセス時間の短縮化が図れ、かつ、アライメント精度の向上を図ることが可能となる。   Therefore, it is possible to shorten the process time for dividing the chip with high accuracy and to improve the alignment accuracy.

特に、本実施形態では、接続面12aの各辺からマイクロバンプ11のうちの最も接続面12aの外縁側に位置する外縁側マイクロバンプまでの距離を外縁側マイクロバンプの寸法(1辺の長さ、もしくは、直径)の1/2以上に設定している。これにより、水の表面張力の影響を受けることを更に抑制でき、よりアライメント精度の向上を図ることが可能となる。   In particular, in this embodiment, the distance from each side of the connection surface 12a to the outer edge side microbump located on the outermost side of the connection surface 12a among the microbumps 11 is determined by the dimension of the outer edge side microbump (the length of one side). Alternatively, it is set to 1/2 or more of the diameter. As a result, the influence of the surface tension of water can be further suppressed, and the alignment accuracy can be further improved.

さらに、マイクロバンプ11の総面積と接続面12aの面積とを足した総面積S1に対するマイクロバンプ11の総面積S2の比S2/S1を0.6以下にしてある。これにより、水を弾くマイクロバンプ11の量を制限でき、マイクロバンプ11が水を弾くことによるアライメントへの影響を抑制でき、アライメント精度が向上できる。   Further, the ratio S2 / S1 of the total area S2 of the microbumps 11 to the total area S1 obtained by adding the total area of the microbumps 11 and the area of the connection surface 12a is set to 0.6 or less. Thereby, the quantity of the micro bump 11 which flips water can be restrict | limited, the influence on the alignment by the micro bump 11 flipping water can be suppressed, and alignment precision can be improved.

具体的には、アライメント精度を高精度にするには、疎水領域での接触角と親水領域での接触角との差Sが80°以上であることが必要になる。疎水領域での接触角の物理限界値は120°であることが確認されており、差Sが80°以上となるようにするには親水領域での接触角が40°以下であることが必要となる。そして、外縁側マイクロバンプの寸法に対する外縁側マイクロバンプから接触面12aの各辺までの距離の比Xと親水領域での接触角との関係が図6のように表され、接触角40°未満となるようにするには比Xが1/2以上である必要がある。したがって、上記したように、接続面12aの各辺から外縁側マイクロバンプまでの距離を外縁側マイクロバンプの寸法の1/2以上に設定することで、よりアライメント精度の向上を図ることが可能となる。   Specifically, in order to increase the alignment accuracy, the difference S between the contact angle in the hydrophobic region and the contact angle in the hydrophilic region needs to be 80 ° or more. The physical limit value of the contact angle in the hydrophobic region has been confirmed to be 120 °, and the contact angle in the hydrophilic region needs to be 40 ° or less in order to make the difference S 80 ° or more. It becomes. The relationship between the ratio X of the distance from the outer edge side micro bump to each side of the contact surface 12a with respect to the dimension of the outer edge side micro bump and the contact angle in the hydrophilic region is expressed as shown in FIG. In order to achieve this, the ratio X needs to be ½ or more. Therefore, as described above, it is possible to further improve the alignment accuracy by setting the distance from each side of the connection surface 12a to the outer edge side micro bump to be 1/2 or more of the dimension of the outer edge side micro bump. Become.

なお、図6は親水領域全体の結果を示しているが、本結果からマイクロバンプ11からチップ端面までの間が狭くなるに従って、チップ端面における親水性が低下する傾向を導き出すことができる。   FIG. 6 shows the result of the entire hydrophilic region. From this result, it is possible to derive a tendency that the hydrophilicity at the chip end surface decreases as the distance from the micro bump 11 to the chip end surface becomes narrower.

同様に、マイクロバンプ11の総面積と接続面12aの面積とを足した総面積S1に対するマイクロバンプ11の面積S2の比S2/S1と親水領域での接触角との関係が図7のように表される。この図より、接触角40°未満となるようにするには比S2/S1が0.6(=3/5)以上である必要がある。したがって、上記したように、比S2/S1を0.6以下にすることで、よりアライメント精度の向上を図ることが可能となる。   Similarly, the relationship between the ratio S2 / S1 of the area S2 of the microbump 11 to the total area S1 obtained by adding the total area of the microbump 11 and the area of the connection surface 12a and the contact angle in the hydrophilic region as shown in FIG. expressed. From this figure, the ratio S2 / S1 needs to be 0.6 (= 3/5) or more in order to make the contact angle less than 40 °. Therefore, as described above, the alignment accuracy can be further improved by setting the ratio S2 / S1 to 0.6 or less.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してマイクロバンプ11、21のレイアウトを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the layout of the micro bumps 11 and 21 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different portions from the first embodiment will be described. .

図8および図9に示すように、本実施形態では、上チップ10および下チップ20の中央位置から外周側に向かうに連れてマイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が小さくなるようにしている。具体的には、溝部13に近い位置ほど、マイクロバンプ11、21の間隔が広くなるようにし、溝部13から離れるに連れてマイクロバンプ11、21の間隔が狭くなるようにしている。   As shown in FIGS. 8 and 9, in the present embodiment, the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is decreased from the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20 toward the outer peripheral side. Yes. Specifically, the distance between the micro bumps 11 and 21 is increased as the position is closer to the groove 13, and the distance between the micro bumps 11 and 21 is decreased as the distance from the groove 13 is increased.

水滴30の表面張力を利用して上チップ10および下チップ20のアライメントを行う場合、水滴30に接する面の親水性が良いほど精度が向上する。しかしながら、マイクロバンプ11、21が撥水性を持つため、マイクロバンプ11、21が高密度にレイアウトされている構造では精度向上が難しい。   When the upper tip 10 and the lower tip 20 are aligned using the surface tension of the water droplet 30, the accuracy is improved as the hydrophilicity of the surface in contact with the water droplet 30 is improved. However, since the micro bumps 11 and 21 have water repellency, it is difficult to improve accuracy in the structure in which the micro bumps 11 and 21 are laid out at high density.

ここで、マイクロバンプ11、21のうち、特に撥水性に起因するアライメント精度に影響を与える部分は、上チップ10や下チップ20のうちの外周部近傍に位置しているものである。このため、仮に、マイクロバンプ11、21の総面積が第1実施形態と等しくても、上チップ10や下チップ20のうちの外周部近傍に位置している部分の単位面積あたりの密度が小さくなれば、撥水性に起因する影響を抑制でき、アライメント精度が向上できる。   Here, among the micro bumps 11 and 21, a part that particularly affects the alignment accuracy due to water repellency is located in the vicinity of the outer peripheral part of the upper chip 10 and the lower chip 20. Therefore, even if the total area of the micro bumps 11 and 21 is equal to that of the first embodiment, the density per unit area of the portion located in the vicinity of the outer peripheral portion of the upper chip 10 and the lower chip 20 is small. If it becomes, the influence resulting from water repellency can be suppressed and alignment accuracy can be improved.

これに対して、本実施形態のように、上チップ10および下チップ20の中央位置から外周側に向かうに連れてマイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が小さくなるようにしている。したがって、上チップ10や下チップ20のうちの外周部近傍に位置している部分の撥水性に起因する影響を抑制でき、アライメント精度が向上できる。   On the other hand, as in the present embodiment, the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is decreased from the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20 toward the outer peripheral side. Therefore, the influence resulting from the water repellency of the portion located in the vicinity of the outer peripheral portion of the upper chip 10 and the lower chip 20 can be suppressed, and the alignment accuracy can be improved.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対してマイクロバンプ11、21のレイアウトを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the layout of the micro bumps 11 and 21 is changed with respect to the first embodiment, and the others are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described. .

図10に示すように、本実施形態では、上チップ10および下チップ20の中央位置とそれよりも外周位置において、それぞれ、マイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が大きくされた密集群とそれよりも密度が小さくされた過疎群が設けられている。本実施形態の場合、密集群では例えばマイクロバンプ11を図10の紙面縦方向と横方向において3×3個配置し、過疎群でも同数配置した構成としているが、密集群の方が過疎群よりも各マイクロバンプ11の間隔が小さくなるようにしてある。このような構成とすることで、溝部13に近い位置ほど、マイクロバンプ11、21の間隔が広くなるようにし、溝部13から離れるに連れてマイクロバンプ11、21の間隔が狭くなるようにしている。   As shown in FIG. 10, in the present embodiment, a dense group in which the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is increased at the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20 and the outer peripheral position. There is a depopulated group with a smaller density. In the case of this embodiment, in the dense group, for example, 3 × 3 micro bumps 11 are arranged in the vertical direction and the horizontal direction of FIG. 10 and the same number is arranged in the depopulated group. Also, the interval between the micro bumps 11 is made small. By adopting such a configuration, the distance between the micro bumps 11 and 21 is increased as the position is closer to the groove 13, and the distance between the micro bumps 11 and 21 is decreased as the distance from the groove 13 is increased. .

このように、マイクロバンプ11、21の単位あたりの密度を上チップ10および下チップ20の中央位置とそれよりも外周位置とで変えても、上チップ10や下チップ20のうちの外周部近傍に位置している部分の撥水性に起因する影響を抑制できる。したがって、第2実施形態と同様、アライメント精度が向上できる。   As described above, even if the density per unit of the micro bumps 11 and 21 is changed between the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20 and the outer peripheral position, the vicinity of the outer peripheral portion of the upper chip 10 and the lower chip 20. The influence resulting from the water repellency of the portion located in the region can be suppressed. Therefore, as in the second embodiment, the alignment accuracy can be improved.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態も、第1〜第3実施形態に対してマイクロバンプ11、21のレイアウトを変更したものであり、その他については第1〜第3実施形態と同様であるため、第1〜第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第2実施形態の構造を例に挙げて説明するが、第1、第3実施形態の構造に対しても本実施形態の構成を適用できる。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the layout of the micro bumps 11 and 21 is changed with respect to the first to third embodiments, and the rest is the same as the first to third embodiments. Only portions different from the embodiment will be described. Here, the structure of the second embodiment will be described as an example, but the configuration of the present embodiment can also be applied to the structures of the first and third embodiments.

図11に示すように、本実施形態では、上チップ10および下チップ20の中央位置を通過する紙面上下方向に伸びる直線を挟んだ両側、つまり紙面右側と左側において、マイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が変化させられている。紙面左側は右側と比較して、マイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が高くされている。紙面右側と左側において上チップ10における重量の面内分布が異なっており、紙面左側と比較して比較的重量が重くされている紙面右側において、マイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度が低くされている。   As shown in FIG. 11, in this embodiment, the units of the micro bumps 11 and 21 are located on both sides of a straight line extending in the vertical direction of the paper passing through the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20, that is, on the right and left sides of the paper. The density per area is changed. On the left side of the drawing, the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is higher than that on the right side. The in-plane distribution of the weight of the upper chip 10 is different between the right side and the left side of the paper, and the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is low on the right side of the paper where the weight is relatively heavy compared to the left side of the paper. Has been.

水滴30上に搭載される上チップ10の重量に面内分布がある場合、重量の重い方が軽い方よりも、マイクロバンプ11、21が水を弾くことによるアライメントへの影響が影響が大きくなる。このため、重量の重い方側において、軽い方よりもマイクロバンプ11、21の単位面積あたりの密度を低くすることで、マイクロバンプ11、21が水を弾くことによるアライメントへの影響を抑制できる。これにより、重量の面内分布に基づくアライメントへの影響を更に抑制でき、よりアライメント精度の向上を図ることが可能となる。   When the weight of the upper chip 10 mounted on the water droplet 30 has an in-plane distribution, the influence on the alignment due to the micro bumps 11 and 21 repelling water is greater than the heavier one than the lighter one. . For this reason, on the heavier side, the density per unit area of the micro bumps 11 and 21 is lower than that of the lighter side, so that the influence on the alignment caused by the micro bumps 11 and 21 splashing water can be suppressed. Thereby, the influence on the alignment based on the in-plane distribution of weight can be further suppressed, and the alignment accuracy can be further improved.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態も、第1〜第4実施形態に対してマイクロバンプ11、21のレイアウトを変更したものであり、その他については第1〜第3実施形態と同様であるため、第1〜第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第1実施形態の構造を例に挙げて説明するが、第2〜第4実施形態の構造に対しても本実施形態の構成を適用できる。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the layout of the micro bumps 11 and 21 is changed with respect to the first to fourth embodiments, and the others are the same as those of the first to third embodiments. Only portions different from the embodiment will be described. In addition, although the structure of 1st Embodiment is mentioned as an example and demonstrated here, the structure of this embodiment is applicable also to the structure of 2nd-4th embodiment.

図12に示すように、本実施形態では、上チップ10および下チップ20の中央位置の方がそれよりも外側よりもマイクロバンプ11、21の面積が大きくなるようにしている。具体的には、マイクロバンプ11、21の面積は、上チップ10および下チップ20の中央位置において最も大きくされ、溝部13に近づくほど小さくされている。   As shown in FIG. 12, in this embodiment, the area of the micro bumps 11 and 21 is larger at the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20 than at the outer side. Specifically, the area of the micro bumps 11, 21 is the largest at the center position of the upper chip 10 and the lower chip 20, and is made smaller toward the groove 13.

上チップ10もしくは下チップ20の少なくとも一方において、チップ面内での電流分布が存在する場合がある。例えば、上チップ10もしくは下チップ20にパワー素子が配置される場合、その他の位置よりも大電流が流される構造となる。このような場合、大電流が流されるマイクロバンプ11、21の面積を大きくする必要がある。   In at least one of the upper chip 10 and the lower chip 20, there may be a current distribution in the chip surface. For example, when a power element is arranged on the upper chip 10 or the lower chip 20, a structure in which a larger current flows than other positions is adopted. In such a case, it is necessary to increase the area of the micro bumps 11 and 21 through which a large current flows.

しかしながら、マイクロバンプ11、21の面積が大きくなる程、マイクロバンプ11、21が水を弾くことによるアライメントへの影響が影響が大きくなる。このため、本実施形態では、パワー素子のような大電流が流される大電流素子を上チップ10もしくは下チップ20の中央位置に配置し、マイクロバンプ11、21のうち面積が大きくなるものを上チップ10および下チップ20の中央位置に配置している。これにより、マイクロバンプ11、21が水を弾くことによるアライメントへの影響を抑制できる。したがって、よりアライメント精度が向上できる。   However, as the area of the micro bumps 11 and 21 increases, the influence on the alignment due to the micro bumps 11 and 21 repelling water increases. For this reason, in the present embodiment, a large current element such as a power element, through which a large current flows, is arranged at the center position of the upper chip 10 or the lower chip 20, and the upper one of the micro bumps 11 and 21 having a larger area is arranged. The chip 10 and the lower chip 20 are arranged at the center position. Thereby, the influence on the alignment by the micro bumps 11 and 21 repelling water can be suppressed. Therefore, the alignment accuracy can be further improved.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記各実施形態では、上チップ10の溝部13内に疎水領域を構成するために疎水膜18を形成したのち、上チップ10を下チップ20に貼り合せた後に疎水膜18を除去している。同様に、下チップ20の外縁部に疎水領域を構成するための疎水膜28を形成した後、上チップ10を下チップ20に貼り合せた後に疎水膜18を除去している。しかしながら、これは一例を示したのであり、図13および図14に示すように、上チップ10と下チップ20とが貼り合わされた後、上チップ10に疎水膜18を残したままの状態としても良い。   For example, in each of the above embodiments, after forming the hydrophobic film 18 to form the hydrophobic region in the groove 13 of the upper chip 10, the hydrophobic film 18 is removed after the upper chip 10 is bonded to the lower chip 20. Yes. Similarly, after forming a hydrophobic film 28 for forming a hydrophobic region on the outer edge of the lower chip 20, the upper chip 10 is bonded to the lower chip 20, and then the hydrophobic film 18 is removed. However, this is only an example. As shown in FIGS. 13 and 14, after the upper chip 10 and the lower chip 20 are bonded together, the hydrophobic film 18 may be left on the upper chip 10. good.

なお、図5で示した例では、上チップ10と下チップ20の疎水膜18、28をアッシングによって同時に除去しているため、上チップ10の疎水膜18だけでなく、下チップ20の疎水膜28も残った状態になるが、特に問題は無い。このように、疎水膜18、28を除去しない場合、アッシング工程を無くせることから、より半導体装置の製造工程の簡略化を図ることが可能となる。   In the example shown in FIG. 5, since the hydrophobic films 18 and 28 of the upper chip 10 and the lower chip 20 are simultaneously removed by ashing, not only the hydrophobic film 18 of the upper chip 10 but also the hydrophobic film of the lower chip 20. 28 remains, but there is no particular problem. As described above, when the hydrophobic films 18 and 28 are not removed, the ashing process can be eliminated, so that the manufacturing process of the semiconductor device can be further simplified.

また、図15に示すように、下チップ20のうちの上チップ10側の表面22にも、上チップ10の溝部13と同様の溝部23を形成するようにしても良い。この場合、下チップ20のうち溝部23で囲まれた内側の部分を接続面22aとして、上チップ10の接続面12aと下チップ20の接続面22aとが同一形状、同寸法であるのが好ましいが、寸法については異なっていても良い。例えば、図16に示すように、加工精度に起因する両接続面12a、22aの寸法バラツキが発生し得る。しかしながら、各チップ10、20の中央位置から見た片側での両接続面12a、22aの寸法バラツキが10μm以内であれば、アライメント精度の低下はほぼ生じないことから、高いアライメント精度を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 15, a groove 23 similar to the groove 13 of the upper chip 10 may be formed on the surface 22 of the lower chip 20 on the upper chip 10 side. In this case, it is preferable that the inner surface surrounded by the groove 23 in the lower chip 20 is the connection surface 22a, and the connection surface 12a of the upper chip 10 and the connection surface 22a of the lower chip 20 have the same shape and the same dimensions. However, the dimensions may be different. For example, as shown in FIG. 16, the dimensional variation of both the connection surfaces 12a and 22a resulting from processing accuracy may occur. However, if the dimensional variation of the connecting surfaces 12a and 22a on one side as viewed from the center position of the chips 10 and 20 is within 10 μm, the alignment accuracy is hardly lowered, so that high alignment accuracy can be obtained. it can.

また、上記実施形態では、半導体ウェハ25で構成される回路基板などの基板を個片化した下チップ20としたが、必ずしも個片化する必要はなく、基板のままの状態であっても良い。   Moreover, in the said embodiment, although it was set as the lower chip | tip 20 which separated the board | substrates, such as a circuit board comprised with the semiconductor wafer 25, into pieces, it does not necessarily need to be separated into pieces and may be a state with a board | substrate. .

10 上チップ
20 下チップ
11、21 マイクロバンプ
12a、22a 接続面
13、23 溝部
15、25 半導体ウェハ
18、28 疎水膜
30 水滴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Upper chip 20 Lower chip 11, 21 Micro bump 12a, 22a Connection surface 13, 23 Groove part 15, 25 Semiconductor wafer 18, 28 Hydrophobic film 30 Water drop

Claims (15)

基板(20、25)と、
前記基板の表面(22)に備えられた複数の第1マイクロバンプ(21)と、
前記基板上に搭載される半導体チップ(10)と、
前記半導体チップの裏面(12)に配置され、前記複数の第1マイクロバンプのそれぞれと接続されることで、前記半導体チップと前記基板とを電気的および物理的に接続する複数の第2マイクロバンプ(11)と、を備え、
前記半導体チップには、前記裏面のうち前記第2マイクロバンプを含む領域を接続面(12a)として、該接続面を囲む外周部に溝部(13)が形成されていることを特徴とする半導体装置。
Substrates (20, 25);
A plurality of first micro bumps (21) provided on a surface (22) of the substrate;
A semiconductor chip (10) mounted on the substrate;
A plurality of second micro bumps disposed on the back surface (12) of the semiconductor chip and connected to each of the plurality of first micro bumps to electrically and physically connect the semiconductor chip and the substrate. (11)
The semiconductor device is characterized in that a groove portion (13) is formed in an outer peripheral portion surrounding the connection surface, with the region including the second micro bumps in the back surface as a connection surface (12a) in the semiconductor chip. .
前記第1マイクロバンプおよび前記第2マイクロバンプは、前記半導体チップの中央位置から外縁側に向かうに連れて、前記第1マイクロバンプの間の間隔および前記第2マイクロバンプの間の間隔が広くされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The distance between the first micro bumps and the distance between the second micro bumps are increased as the first micro bumps and the second micro bumps move from the center position of the semiconductor chip toward the outer edge side. The semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記第1マイクロバンプおよび前記第2マイクロバンプは、単位面積当たりの前記第1および前記第2マイクロバンプの面積が、前記半導体チップの中央位置において密度が密に配置された密集群とされ、前記中央位置よりも外縁側では前記密集領域よりも密度が疎に配置された過疎群とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The first micro bump and the second micro bump are a dense group in which the areas of the first and second micro bumps per unit area are densely arranged at a central position of the semiconductor chip, 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a depopulated group in which the density is arranged sparser than the dense region on the outer edge side of the center position. 前記第2マイクロバンプのうち最も前記溝部から近い外縁側マイクロバンプと前記溝部との間が該外縁側マイクロバンプの寸法の1/2以上離間していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The outer edge side microbump closest to the groove part among the second microbumps and the groove part are separated from each other by 1/2 or more of the dimension of the outer edge side microbump. The semiconductor device according to any one of the above. 前記第2マイクロバンプの総面積と前記接続面の面積とを足した総面積S1に対する前記第2マイクロバンプの総面積S2の比S2/S1が0.6以下とされていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。   The ratio S2 / S1 of the total area S2 of the second micro bumps to the total area S1 obtained by adding the total area of the second micro bumps and the area of the connection surface is 0.6 or less. The semiconductor device according to claim 1. 前記第1マイクロバンプおよび前記第2マイクロバンプは、前記半導体チップの中央位置を通過する直線を挟んだ両側において、単位面積当たりの密度が変化させられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。   6. The density per unit area of the first micro bump and the second micro bump is changed on both sides of a straight line passing through a central position of the semiconductor chip. The semiconductor device according to any one of the above. 前記溝部の底部に疎水膜(18)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a hydrophobic film is formed on a bottom of the groove. 前記接続面と前記疎水膜の水に対する接触角差が10度以上であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, wherein a contact angle difference with respect to water between the connection surface and the hydrophobic film is 10 degrees or more. 前記疎水膜の水に対する接触角が60度以上であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a contact angle of the hydrophobic film with respect to water is 60 degrees or more. 前記溝部の深さが1μm以上とされていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a depth of the groove is 1 μm or more. 前記第1マイクロバンプおよび前記第2マイクロバンプの面積が、前記半導体チップの中央位置の方が該中央位置よりも外縁側の位置よりも大きくされていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の半導体装置。   11. The area of the first micro bump and the second micro bump is larger at the center position of the semiconductor chip than at the outer edge side of the center position. The semiconductor device according to any one of the above. 前記半導体チップのうち前記接続面の表面が絶縁性の親水膜(10a)によって被覆されていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface of the connection surface of the semiconductor chip is covered with an insulating hydrophilic film (10a). 前記基板のうち前記半導体チップが搭載される側の面には、前記第1マイクロバンプを囲む溝部(23)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1つに記載の半導体装置。   13. The groove portion (23) surrounding the first micro bump is formed on a surface of the substrate on the side on which the semiconductor chip is mounted. 13. Semiconductor device. 前記基板に形成された前記溝部の内側の接続面(22a)と前記半導体チップの接続面とが同一形状とされ、かつ、前記半導体チップの中央位置から見た片側での前記基板に形成された前記溝部の内側の接続面と前記半導体チップの接続面の寸法差が10μm以下であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記載の半導体装置。   The connection surface (22a) inside the groove formed on the substrate and the connection surface of the semiconductor chip have the same shape, and are formed on the substrate on one side when viewed from the center position of the semiconductor chip. The semiconductor device according to claim 1, wherein a dimensional difference between a connection surface inside the groove and a connection surface of the semiconductor chip is 10 μm or less. 請求項1ないし14のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1マイクロバンプが備えられた前記基板を用意する工程と、
前記基板における前記第1マイクロバンプを囲む疎水膜(28)を形成することで、前記基板のうち前記疎水膜が形成された領域を疎水領域としつつ、前記疎水膜が形成されていない領域を親水領域とする工程と、
前記第2マイクロバンプが備えられた半導体ウェハ(15)を用意した後、該半導体ウェハに対して前記第2マイクロバンプが含まれる前記接続面となる領域を囲むように前記溝部(13)を形成する工程と、
前記溝部内に疎水膜(18)を形成することで、前記半導体ウェハのうち前記溝部内を疎水領域とし、前記接続面となる領域を親水領域とする工程と、
前記溝部内においてダイシングを行うことで前記半導体ウェハを個片化し、前記半導体チップを構成する工程と、
前記基板における前記親水領域に水滴(30)を配置したのち、該水滴上に前記半導体チップを搭載する工程と、
前記基板における前記第1マイクロバンプと前記半導体チップにおける前記第2マイクロバンプとを接続する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Preparing the substrate provided with the first micro bumps;
By forming a hydrophobic film (28) surrounding the first micro-bump on the substrate, a region where the hydrophobic film is formed in the substrate is made a hydrophobic region, and a region where the hydrophobic film is not formed is made hydrophilic. A process of making an area;
After preparing the semiconductor wafer (15) provided with the second micro bump, the groove (13) is formed so as to surround the region to be the connection surface including the second micro bump with respect to the semiconductor wafer. And a process of
Forming a hydrophobic film (18) in the groove, thereby forming the groove in the semiconductor wafer as a hydrophobic region and a region serving as the connection surface as a hydrophilic region;
The step of dicing the semiconductor wafer by performing dicing in the groove and configuring the semiconductor chip;
Placing the semiconductor chip on the water droplet after disposing the water droplet (30) in the hydrophilic region of the substrate;
Connecting the first micro bumps on the substrate and the second micro bumps on the semiconductor chip. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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