JP4582056B2 - Sensor device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a sensor device in which a resin film is interposed between a semiconductor chip having a sensing unit for detecting a mechanical quantity and a circuit chip.
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。 Conventionally, as a method for electrically connecting a semiconductor chip having a sensing unit for detecting a mechanical quantity such as angular velocity, acceleration, pressure, and the like and a circuit chip, a flip chip bonding method has been proposed in, for example, Patent Document 1. ing.
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。
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。 However, in the above conventional technique, foreign matters are generated when the bumps are joined, and the foreign matters may adhere to the sensing portion of the semiconductor chip. Many sensing parts that detect mechanical quantities are exposed on one side of the semiconductor chip and have a movable part, and if foreign matter adheres to the sensing part during bump bonding, etc., the characteristics of the sensing part Will be affected.
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。 Therefore, in order to protect the sensing part of the semiconductor chip, it is considered to bond an adhesive resin film covering the sensing part to one surface of the semiconductor chip provided with the sensing part. In such a resin film, a groove is formed in a portion facing the sensing portion so as not to contact the sensing portion of the semiconductor chip, and even if the resin film is attached to the semiconductor chip, sensing is performed. The part does not come into contact with the resin film.
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。 As described above, when the semiconductor chip and the circuit chip are flip-chip bonded via the resin film, the flip-chip bonding is performed in a state in which the resin film is heated to improve the adhesion, and the semiconductor chip and the circuit chip are integrated. It will be made. At this time, each bump of each chip is in direct contact with the softened resin film.
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。 However, when a semiconductor chip and a circuit chip are integrated using an adhesive resin film, the resin film is softened because the resin film is heated in order to enhance the bondability between the bumps, and chip bonding is performed. There is a possibility that it will expand due to compression and come into contact with the sensing part of the semiconductor chip. As described above, if a foreign substance adheres to the sensing part of the semiconductor chip, the characteristics of the sensing part may be affected, which is not preferable.
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。 In view of the above, the present invention provides a sensor device in which a semiconductor chip and a circuit chip are flip-chip mounted by bonding via a bump, and a resin film is provided between the semiconductor chip and the circuit chip to integrate them. The purpose is to prevent the expanded resin film from adhering to the sensing part of the semiconductor chip.
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。 In order to achieve the above object, in the present invention, a pad (14) to which the first bump (15) is bonded is formed on the semiconductor chip (10), and the semiconductor chip is exposed so that the pad is exposed. A protective film (16) that covers the surface of the chip is formed, and the surface of the protective film that contacts the resin film (30) is subjected to water repellent treatment.
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。 In this way, the surface of the protective film (16) formed on the semiconductor chip is subjected to a water repellent treatment, so that the resin film that has been softened and expanded when the semiconductor chip and the circuit chip (20) are joined is wetted. It becomes possible to suppress the spread. For this reason, when joining the 1st bump and the 2nd bump, it can prevent that a resin film reaches | attains the sensing part of a semiconductor chip, and by extension, the resin film adheres to the sensing part of a semiconductor chip. Can be prevented.
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。 In order to manufacture the sensor device having such a structure, as the semiconductor chip, the concave portions (33, 34) are formed in the portion corresponding to the first bump before the first bump and the second bump are bonded. It is possible to adopt a structure in which the formed resin film is provided and the first bump is disposed in the recess when the resin film is sandwiched between the semiconductor chip and the circuit chip. .
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。 In addition, as the resin film, before the first bump and the second bump are joined, the first resin film (31) having the first space portion and the second space portion, and the sheet-like first It is preferable that it is a laminated structure of 2 resin films (32). By setting it as such a laminated structure, it can be set as the structure by which the recessed part was provided only in the one surface side.
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。 As the water repellent treatment as described above, for example, the contact angle of water droplets with respect to the surface of the protective film that contacts the resin film can be 60 degrees or more. By performing the plasma treatment containing F, the surface of the protective film can be combined with F, and the water repellent treatment is performed such that the contact angle of the surface of the protective film that contacts the resin film is 60 degrees or more. be able to. Further, as the water repellent treatment, for example, the roughness representing the maximum height difference of the irregularities on the surface of the protective film may be 50 nm or more. By performing the plasma treatment including Ar, the water repellent treatment can be performed so that the roughness representing the maximum height difference of the unevenness on the surface of the protective film becomes 50 nm or more.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The vibrating
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。
A silicon oxide-based
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。
A
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。
Further, a
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。 The contact angle is the angle formed by the surface of the water droplet and the solid surface when a small water droplet is placed on the solid surface. The lower the contact angle, the lower the water repellency, and the higher the contact angle, the higher the water repellency. It is shown that. The roughness represents the maximum height difference of the unevenness on the surface of the object, and the greater the roughness, the higher the water repellency.
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。
Furthermore, a
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。
The
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。
On one
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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
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。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the diameter of the
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。
Then, as shown in FIG. 3, the
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。
In such a configuration, an electrical signal from the
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。
The
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。
In this embodiment, NCF (Non Conductive Film) as an adhesive non-conductive resin layer is employed as the
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。
As the
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。
Further, the shape of the
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。
Such
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。
Next, a method for manufacturing the
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。
First, as shown in FIG. 2, a structure in which a
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。
A silicon wafer having a plurality of
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。
At this time, when the surface of the
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。
Next, a
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。
After forming the
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。
Subsequently, a
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。
Then, a
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。
Thereafter, the
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。
Subsequently, the
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。
At this time, by the leveling process, as described above, the diameter d2 of the
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。
In this way, by flattening the shape of the tip of each
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。
Here, the area relationship between the
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。
Specifically, after bonding the
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。 In addition, ultrasonic bonding was performed with respect to each sample under the conditions of ultrasonic bonding: amplitude: 2.8 μm, oscillation time: 0.3 seconds, peak load: 4N / 4 bump, tool and stage temperature: 150 ° C.
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。
As a result, when the diameter d2 of the
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。
Therefore, by making the diameter d2 of the
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。
Based on the above knowledge, in this embodiment, the diameters d1 and d2 of the
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。
Thereafter, the
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。
The
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。
Then, by arranging the
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。
Subsequently, an ultrasonic wave is applied to the
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。
In this way, when the
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。
At this time, in this embodiment, since the surface of the
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。
4 to 6 are views showing this state, FIG. 4 is a schematic top view showing the state of the
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。
As can be seen from FIGS. 5 and 6, when the
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。 Further, in order to obtain the above effects, an experiment was conducted to examine how much water repellency is required. The results are shown in FIGS.
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。
FIG. 7 shows the relationship between the contact angle of the
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。
FIG. 8 shows the roughness of the surface of the
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。
As described above, in this embodiment, the surface of the
(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。
(Other embodiments)
In the embodiment described above, the surface of the
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。
In the above embodiment, the vibrating
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。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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。 A semiconductor chip (10) having a sensing portion (12) for detecting a mechanical quantity and a first bump (15) arranged so as to surround the sensing portion, and the first at a position facing the first bump. The circuit chip (20) having the second bump (23) to be bonded to the bump is integrally formed through a resin film (30) having a recess (30a) at a portion facing the sensing portion of the semiconductor chip. A sensor device in which the resin film is bonded to the semiconductor chip and the circuit chip so that the concave portion is separated from the sensing portion,
A pad (14) to which the first bump is bonded is formed on the semiconductor chip, and a protective film (16) is formed to cover the surface of the semiconductor chip so as to expose the pad. The surface of the protective film and the resin film are in contact with each other by bonding the first bump and the second bump, and the surface of the protective film that is in contact with the resin film is subjected to water repellent treatment. A sensor device characterized by being applied.
The surface of the protective film that comes into contact with the resin film is subjected to a plasma treatment containing Ar as the water repellent treatment, so that the roughness representing the maximum height difference of the irregularities on the surface is 50 nm or more. The sensor device according to claim 4.
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