(57)【要約】【課題】  平坦なバンプ電極を有する半導体素子及び、バンプ電極の平坦化方法を提供すること。【解決手段】  本発明にかかるバンプ電極１０１の平坦化方法は、複数のバンプ電極１０１を有する半導体素子１００を平坦なステージ２０２に押圧した状態で、水平方向に超音波振動を与える。そして、ステージ２０２に擦り付けることにより、バンプ電極１０１を平坦にする。これによって、平坦なバンプ電極１０１を有する半導体素子１００を提供することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバンプ電極を有する半導体素子であって、
前記バンプ電極の表面粗さが１μｍ以下であり、前記バンプ電極の高さの差が１μｍ以下であることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記バンプ電極の表面粗さが０．５μｍ以下である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記バンプ電極の高さの差が０．５μｍ以下である請求項１または２に記載の半導体素子。
【請求項４】
複数のバンプ電極を有する半導体素子であって、
前記バンプ電極は、平坦なステージに押圧された状態で超音波振動が印加され、該ステージに擦り付けられることによって、前記バンプ電極が平坦化されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項５】
複数のバンプ電極を有する半導体素子のバンプ電極を平坦化するバンプ電極の平坦化方法であって、
前記バンプ電極を平坦なステージに押圧した状態で超音波振動させ、前記バンプ電極を前記ステージに擦り付けることにより、前記バンプ電極の表面粗さを１μｍ以下にするとともに、前記バンプ電極の高さの差を１μｍ以下とすることを特徴とするバンプ電極の平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子及びバンプ電極の平坦化方法に関し、特に平坦なバンプ電極を有する半導体素子及びバンプ電極の平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化、高機能化に伴い、半導体素子をプリント配線板等の実装基板上に実装する実装方法は、より高密度なものが要求されている。この要求に対して、バンプ電極を設けた半導体素子を、フェイスダウンの状態で実装基板に位置合わせし、バンプ電極と実装基板側の電極とを接続する、フリップチップによる実装が広く採用されている。
【０００３】
この方式では、ＱＦＰ（Quad Flat Package）などの形態でパッケージングした場合に比べ、実装基板上の占有面積が小さくなるため、実装基板上の実装密度を向上させることができる。フリップチップによる実装としては、例えば、ＣＯＧ（Chip On Glass）方式、ＣＯＦ（Chip On Film）方式などが知られている。
【０００４】
一般に、例えば、ＣＯＧ方式の実装は、半導体素子に設けられたバンプ電極と実装基板側の電極との間に異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）を介在させて、加熱圧着することにより行われている。
【０００５】
異方性導電フィルムは、絶縁性の接着材の中に金属粒子などの導電粒子を所定量含有したものである。この異方性導電フィルムを実装基板の電極上に配置し、その上に半導体素子のバンプ電極と実装基板の電極とを位置合わせした状態で半導体素子を載置し、押圧するとともに加熱する。これにより、バンプ電極と実装基板の電極とが電気的に接続されるとともに、隣接電極間の絶縁性を確保して、半導体素子と実装基板とが固着される。
【０００６】
異方性導電フィルムによる接続の信頼性を向上するためには、導電粒子の粒子径を隣接電極間隔よりも小さくすることで隣接電極間の絶縁性を確保し、導電粒子の含有量をこの導電粒子同士が接触しない程度とし、かつ、導電粒子を電極上に確実に存在させることが必要である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７０６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、高精細化、画素数の増大化が求められている液晶技術の分野でも、例えば、液晶表示に係る電圧切替えを制御するドライバＩＣの実装方式として、上記の方式が用いられている。画素数の増加によりドライバＩＣのバンプ電極の数が増加すると、バンプ電極間のピッチは狭くなる。それに伴って、バンプ電極の接続面積が減少するために、異方性導電フィルム内の導電粒子の数を増加することが必要となる。
【０００８】
しかし、これにより、ドライバＩＣのバンプ電極間に導電粒子が多くなり、バンプ電極間でショートしてしまう可能性が高くなる。例えば、異方性導電フィルムが接着された実装基板の上にバンプ電極が形成されたドライバＩＣを加熱圧着するとき、熱により異方性導電フィルムの粘度が減少し、バンプ電極間のスペースに数多くの導電粒子が流れ込む。この時、バンプ電極間の間隔が狭い場合は、数個の導電粒子が互いに接触し、バンプ電極間でショートが起こる。
【０００９】
このため、バンプ電極間の間隔が狭くなる場合、異方性導電フィルム内の導電粒子の粒子径がより小さいものを用いる。このようにすることで、隣接電極間の絶縁性を確保し、また、導電に関与する導電粒子の数を増加させることができる。
【００１０】
しかし、一般に、Ａｕで形成された各バンプ電極の高さにはばらつきがある。例えば、１チップ内に設計値が縦３５μｍ×横３５μｍ×高さ１５μｍのバンプ電極を形成する場合、各バンプ電極の高さには４μｍ程度のばらつきが生じる。このようなバンプ電極を有するドライバＩＣをＣＯＧ方式でフェイスダウン実装すると、高さのばらつきがあるバンプ電極が実装基板の電極に対向することとなる。このため、両電極間に介在させる異方性導電フィルム中の導電粒子への押圧力が、高さの違うバンプ電極間で異なる。すなわち、実装時に加圧不均一が発生し、接触不良の原因となる。
【００１１】
また、バンプ電極の表面には凹凸が存在し、２μｍ程度のばらつきがある。このため、バンプ電極と実装基板側電極との間に介在させる異方性導電フィルム中の導電粒子への押圧力が、凹部と凸部とでは微妙に異なることとなる。また、小さい導電粒子を用いる場合、導電粒子がつぶれない部分ができてしまい、電気的接続が不安定になる。
【００１２】
上記のように、加圧不足部分では正常加圧部分と比較すると、両電極間で圧縮される導電粒子の割合が少なくなる。これによって、電極と導電粒子との接触度合いが比較的弱くなる、あるいは非接触状態となる場合もある。このような場合、その部分における電気抵抗が高くなり、両電極間の十分な導通性が確保されない。
【００１３】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、半導体素子のバンプ電極と、バンプ電極と相対して接続される実装基板側電極との導通性を十分に確保できるように、実装に用いられるバンプ電極の平坦性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる半導体素子は、複数のバンプ電極を有する半導体素子であって、前記バンプ電極の表面粗さが１μｍ以下であり、前記バンプ電極の高さの差が１μｍ以下であることを特徴とする。これによって、良好な導通を確保することができる。また、半導体素子と実装基板の接続不良を抑制することができる。
【００１５】
前記バンプ電極の表面粗さが０．５μｍ以下であることが好ましい。これによって、さらに良好な導通を確保することができる。
【００１６】
さらに、前記バンプ電極の高さの差が０．５μｍ以下であることが好ましい。これによって、さらに半導体素子と実装基板の接続不良を抑制することができる。
【００１７】
本発明にかかる半導体素子は、複数のバンプ電極を有する半導体素子であって、前記バンプ電極は、平坦なステージに押圧された状態で超音波振動が印加され、該ステージに擦り付けられることによって、前記バンプ電極が平坦化されているものである。これによって、平坦性が向上したバンプ電極を備えた半導体素子を提供することができる。
【００１８】
本発明にかかるバンプ電極の平坦化方法は、複数のバンプ電極を有する半導体素子のバンプ電極を平坦化するバンプ電極の平坦化方法であって、前記バンプ電極を平坦なステージに押圧した状態で超音波振動させ、前記バンプ電極を前記ステージに擦り付けることにより、前記バンプ電極の表面粗さを１μｍ以下とするとともに、前記バンプ電極の高さの差を１μｍ以下とすることを特徴とする。これによって、バンプ電極を平坦化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、平坦なバンプ電極を有する半導体素子及びバンプ電極の平坦化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００２１】
本発明の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は半導体素子１００に設けられたバンプ電極１０１の構成を示す概略図である。図１に示すように、半導体基板１００ａの表面にはＡｌなどからなる配線電極１０２が形成されている。配線電極１０２は、半導体素子１００に複数設けられている配線層のうち、露出している電極を示している。この配線電極１０２の上には、配線電極１０２の一部の表面を露出するための開口部を有するパッシベーション層１０３が設けられている。
【００２２】
配線電極１０２は、露出している部分に設けられたバンプ下地金属層１０４を介して、Ａｕなどで形成されたバンプ電極１０１と電気的に接続されている。バンプ電極１０１の表面の凹凸は平坦化されており、また、各バンプ電極１０１の高さは略均一になっている。このバンプ電極１０１の平坦化方法については後述する。
【００２３】
バンプ電極１０１は、例えば、電界メッキ法を用いてパッシベーション層１０３から突出するように形成される。バンプ電極１０１のサイズは、例えば、高さが１５μｍ、幅が３５μｍ、ピッチが５０μｍである。
【００２４】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る半導体素子１００のバンプ電極１０１と実装基板１０６との接続構造について説明する。図２に示すように、半導体素子１００は、異方性導電フィルム１０５を介して、実装基板１０６にフェイスダウン実装される。
【００２５】
実装基板１０６にはＩＴＯなどで形成された実装基板側配線電極１０７が設けられている。実装基板側配線電極１０７の上には、絶縁樹脂１０８が設けられている。絶縁樹脂１０８が設けられていない実装基板側配線電極１０７の一部が、半導体素子１００に設けられたバンプ電極１０１と電気的に接続される接続電極１０９となる。
【００２６】
実装基板１０６の接続電極１０９上に異方性導電フィルム１０５を配置する。その上に半導体素子１００のバンプ電極１０１と実装基板１０６の接続電極１０９とを位置合わせした状態で半導体素子１００を載置し、押圧するとともに加熱する。これにより、実装基板１０６と半導体素子１００とは熱硬化した異方性導電フィルム１０５によって固着されるとともに、バンプ電極１０１と実装基板１０６の接続電極１０９とは異方性導電フィルム１０５中に含まれる導電粒子１１０を介して導通する。
【００２７】
このような構成の接続の適用例としては、例えば、実装基板１０６としてガラス基板を用いたＣＯＧ（Chip On Glass）、あるいはフィルム基板を用いたＣＯＦ（Chip On Film）などを挙げることができる。
【００２８】
上記ＣＯＧ、ＣＯＦの構成で、異方性導電フィルム１０５を使用する場合には、バンプ電極１０１の平坦性を向上させることにより、実装時の導電粒子のつぶれ形状を適性化することができ、接続不良を抑制することができる。
【００２９】
ここで、図３を参照して本発明の実施形態にかかるバンプ電極１０１の平坦方法について説明する。図３は、超音波振動装置２００の構成を示す概略図である。
【００３０】
本実施形態にかかるバンプ電極１０１の平坦化には、一例として図３に示す超音波振動装置２００を用いる。図３に示すように、超音波振動装置２００は、半導体素子１００を吸着保持し、超音波振動させるヘッド２０１と、半導体素子１００のバンプ電極１０１が接触した状態でバンプ電極１０１の平坦化が行われる平坦なステージ２０２とを備える。
【００３１】
ここでは、ヘッド２０１に両持ち支持のホーン２０３を用いた例を示す。このヘッド２０１は、超音波振動子２０４と振動伝達用のホーン２０３とを接続したトランスデューサ２０５を備えている。トランスデューサ２０５は、ステンレス鋼やアルミなどの金属材からなる保持部材２０６の下部に水平に連結支持されている。また、ホーン２０３には吸着ツール２０７が鉛直に取付けられている。
【００３２】
ホーン２０３は、アルミニウムやチタンなどの合金、または、焼入れされた鉄などのような音響特性の優れた素材が用いられる。また、ホーン２０３は、超音波振動子２０４の共振周波数の少なくとも１波長以上の長さを有する、棒状の部材である。
【００３３】
ホーン２０３の最大振幅点に相当する位置に、吸着ツール連結部が設けられ吸着ツール２０７が取り付けられる。また、ホーン２０３の振動の節（振動しない点）に相当する位置に保持部材２０６との連結を行う保持連結部２０８を備える。ホーン２０３と保持連結部２０８は単一ボディとして一体に形成される。
【００３４】
吸着ツール２０７は、ホーン２０３に、上下に突出するよう挿入されて上下一対のボルト（不図示）で上下方向に幅広く締め込み固定される。吸着ツール２０７の下端部には、下向きに開口した吸着孔（不図示）が設けられる。吸着ツール２０７の下端部は、ホーン２０３の下面よりわずかに（１ｍｍ程度）突出される。
【００３５】
保持部材２０６の下部には、下向きに開放された逆Ｕ字状の凹部が形成されている。この凹部にトランスデューサ２０５を下方からはめ込んだ状態で、保持連結部２０８と保持部材２０６とをボルト２０９で締付け、固定する。これによって、トランスデューサ２０５は、保持部材２０６に対して水平に固定される。
【００３６】
保持部材２０６は、固有音響インピーダンスが異なる材質、例えばアクリル板等の樹脂材からなるスペーサ２１０を介してヘッド本体２１１に連結されている。保持部材２０６とヘッド本体２１１との間に介在された固有音響インピーダンスの異なるスペーサ２１０によってトランスデューサ２０５の振動は反射される。これによって、保持部材２０６とヘッド本体２１１との間での微小な振動によるトランスデューサ２０５の振動特性への影響が少なくなる。
【００３７】
保持部材２０６には、吸引パイプ２１２が吸着ツール２０７の上端に装着されている。この吸引パイプ２１２は真空装置（不図示）に接続されており、半導体素子を吸着ツール２０７の下端部の吸着孔で吸着する。
【００３８】
次に、上述した構成を有する超音波振動装置２００を用いて、半導体素子１００のバンプ電極１０１の平坦化方法について説明する。
【００３９】
まず、ヘッド２０１における吸着ツール２０７の下端部にバンプ電極１０１を下側にして、半導体素子１００を吸着保持させる。このとき、吸引パイプ２１２は真空装置によって吸引されており、半導体素子１００によって吸着ツール２０７の下端部の吸着孔が塞がれると、ツール内の真空通路および吸引パイプ２１２内が負圧になる。そして、吸着孔と真空装置との間に、外気と遮断された真空通路が形成され、十分な負圧によって半導体素子１００は確実に吸着ツール２０７に吸着保持される。
【００４０】
そして、半導体素子１００を保持したヘッド２０１はステージ２０２上に移動し、下降する。吸着ツール２０７の下端に保持した半導体素子１００のバンプ電極１０１をステージ２０２に適度な荷重で押圧するとともに、トランスデューサ２０５が駆動されて吸着ツール２０７に水平方向の超音波振動（図中矢印方向）が伝達される。これによって、この超音波振動が半導体素子１００に印加され、平坦なステージ２０２にバンプ電極１０１は擦り付けられる。そして、ステージ２０２とバンプ電極１０１の間に発生する摩擦力により、バンプ電極１０１の表面のみが軟化し、平坦化を行うことができる。すなわち、バンプ電極１０１の表面凹凸及び、バンプ電極の高さのばらつきを少なくすることができる。
【００４１】
バンプ電極１０１の高さばらつきが少なくなることによって、実装基板１０６の接続電極１０９と、半導体素子１００のバンプ電極１０１とを異方性導電フィルム１０５によって接続するときに、異方性導電フィルム１０５中の導電粒子１１０にかかる圧力が均一になり、接続不良を抑制することができる。
【００４２】
また、この超音波振動を用いた平坦化処理にかかる時間は、０．２〜１．０ｓであり、バンプ電極１０１の平坦化処理にかかる時間を短くすることができる。また、低圧で平坦化処理を行うことが可能であるため、バンプ電極１０１の表面のみを確実に処理することができる。
【００４３】
近年、ファインピッチ化に伴い、バンプ電極１０１の面積はより小さくなり、また、バンプ電極１０１間のピッチも狭くなっている。例えば、バンプ電極１０１のピッチは１００μｍから５０μｍになっている。この場合、異方性導電フィルム１０５に含まれる導電粒子１１０の粒子径は、４μｍから３μｍにする必要がある。
【００４４】
本発明にかかるバンプ電極１０１の平坦化方法を用いることによって、バンプ電極１０１の表面の凹凸を平坦にすることができる。したがって、小さい粒子径の導電粒子１１０を用いた場合でも、実装時の導電粒子１１０の形状にばらつきが生じることがなく、接続の信頼性を向上させることができる。バンプ電極１０１の表面凹凸は、１μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、０．５μｍ以下である。これによって、さらに接続不良を抑制することができる。
【００４５】
本実施形態では、超音波振動子２０４の振動周波数を４０〜１００ｋＨｚ、１バンプあたりの押し付け圧力を２０〜３０ｇ、振動振幅を３〜５μｍとした。従来、バンプ電極１０１の高さが１５μｍの設計値では、±２μｍのばらつきが生じていた。すなわち、複数のバンプ電極のうち、最も高さの高いバンプ電極と最も高さの低いバンプ電極で高さの差が４μｍであった。しかし、本発明かかるバンプ電極の平坦化方法を用いることによって、バンプ電極１０１の高さのばらつきを±０．２５μｍにすることができた。すなわち、複数のバンプ電極のうち、最も高さの高いバンプ電極と最も高さの低いバンプ電極で高さの差を０．５μｍとすることができた。また、バンプ表面の凹凸は、２μｍから０．５μｍに小さくすることができた。
【００４６】
また、ここでは両持ち支持のホーン２０３を使用した例を示したが、片持ち支持のホーンを使用してもかまわない。但し、よりバンプ電極の高さをそろえるためには、両持ち支持のホーンを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態にかかる半導体素子のバンプ電極の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態にかかる半導体素子と実装基板の接続の構成を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態にかかるバンプ電極の平坦化に用いる超音波振動装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  半導体素子
１０１  バンプ電極
１０２  配線電極
１０３  パッシベーション層
１０４  バンプ下地金属層
１０５  異方性導電フィルム
１０７  実装基板側配線電極
１０８  絶縁樹脂
１０９  接続電極
１１０  導電粒子
２００  超音波振動装置
２０１  ヘッド
２０２  ステージ
２０３  ホーン
２０４  超音波振動子
２０５  トランスデューサ
２０６  保持部材
２０７  吸着ツール
２０８  保持連結部
２０９  ボルト
２１０  スペーサ
２１１  ヘッド本体
２１２  吸引パイプ
【図１】
2006066689.tif 000003
【図２】
2006066689.tif 000004
【図３】
2006066689.tif 000005