(57)【要約】【課題】  １度の突起電極形成が可能となり、低コスト化を実現でき、接合部を微小にしなくても電極パッドの狭ピッチ化への対応を可能にする。【解決手段】  電極パッド３の一部が開口されるように形成された保護膜を有し、保護膜上に電極パッド３と接続される配線部６と外部接続部５が形成された金属突起電極を有する半導体チップ１と、金属突起電極の外部接続部５と電気的に接合された配線基板と、半導体チップと配線基板との間を充填している絶縁性樹脂とを備え、金属突起電極の外部接続部５と配線部６の厚みが略同等である。また、金属突起電極は、電極パッド３から保護膜の上に配線部６により延在して外部接続部５が形成されている。これにより、１度の突起電極形成が可能となり、半導体装置の製造プロセスを容易にできるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パッドの一部が開口されるように形成された保護膜を有し、前記保護膜上に前記電極パッドと接続される配線部と外部接続部が形成された金属突起電極を有する半導体チップと、前記金属突起電極の外部接続部と電気的に接合された配線基板と、前記半導体チップと前記配線基板との間を充填している絶縁性樹脂とを備え、前記金属突起電極の外部接続部と配線部の厚みが略同等であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属突起電極は、電極パッドから保護膜の上に配線部により延在して外部接続部が形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属突起電極は、電極パッドが密に配列されている電極パッド領域に形成された電極パッドの一部を、粗に配列されている電極パッド領域へ配線部にて引き回して外部接続部が形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属突起電極は、半導体チップ表面の内側に形成された電極パッドから保護膜の上に配線部により半導体チップ表面の外周部へ延在して外部接続部が形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属突起電極の外部接続部より配線部の幅が細い請求項２，３または４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極パッドの一部が、電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が形成されている請求項２，３または４記載の半導体装置。
【請求項７】
電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドより、配線部により延在して外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドのほうがパッドサイズが小さい請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記配線基板の配線が半導体チップの外側に引き出されている請求項２，３または４記載の半導体装置。
【請求項９】
前記配線基板の配線が、電極パッドから延在して形成された金属突起電極の配線部と相対して形成されている請求項２記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記配線基板の配線と半導体チップ上の外部接続部との接続部以外の前記配線基板上または半導体チップの配線上に絶縁性の保護膜層を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項１１】
半導体チップの電極パッド上に、前記電極パッドの一部が開口されるように形成された保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に厚みが略同等の外部接続部と配線部を有する金属突起電極を形成する工程と、前記金属突起電極の外部接続部と配線基板を電気的に接合する工程と、前記半導体チップと前記配線基板との間を絶縁性樹脂にて充填する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや液晶型ＴＶの普及により液晶パネルの需要が大きく伸びてきており、液晶パネルを動作させるための半導体装置の需要もまた大きく伸びている。さらにノートパソコンなどを普及価格化するために、液晶パネルや半導体装置のコストダウンの要求も強くなってきており、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）からＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）実装など、半導体装置を直接にガラス基板に異方性導電シートなどを使用して実装する方法が多くなってきている。ＴＣＰやＣＯＧ実装などでは、実装基板と半導体チップの外部電極との接続の安定性が重要な技術課題であり、金属突起電極や配線の形成により安定性を図っている。
【０００３】
図６は半導体チップ上における半導体素子表面の配線に関する従来の形状を示す。半導体素子が形成されている半導体チップ３４上に外部接続用突起電極３１，３２と内部配線用突起電極３３が設けられ、外部接続用突起電極３１，３２と内部配線用突起電極３３は接続している。
【０００４】
この従来例によると外部接続用突起電極３２によりも内部配線用突起電極３３の厚みを薄くすることで配線基板に半導体チップを実装する際に配線基板の配線と内部配線用突起電極との接触を防止するものである。
【特許文献１】特開２０００−２４３７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、外部接続用突起電極と内部配線用突起電極の厚みを変えているために突起電極形成時に２度の以上のめっきなどの工程を実施しなければならず、プロセスコストが高くなってしまう。また、半導体チップの入出力パッドの狭ピッチ化を実現するには配線基板と金属突起電極との接合部を微小にしなければならないという課題があった。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、半導体チップ上の突起電極の高さは同一で外部接続用と内部配線用の突起電極を形成して接合性を安定にさせ、さらには１度の突起電極形成が可能となり、低コスト化を実現できることであり、また、配線基板と金属突起電極との接合部を微小にしなくても近年進んでいる電極パッドの狭ピッチ化への対応を可能にしている半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、電極パッドの一部が開口されるように形成された保護膜を有し、前記保護膜上に前記電極パッドと接続される配線部と外部接続部が形成された金属突起電極を有する半導体チップと、前記金属突起電極の外部接続部と電気的に接合された配線基板と、前記半導体チップと前記配線基板との間を充填している絶縁性樹脂とを備え、前記金属突起電極の外部接続部と配線部の厚みが略同等である。
【０００８】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記金属突起電極は、電極パッドから保護膜の上に配線部により延在して外部接続部が形成されている。
【０００９】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記金属突起電極は、電極パッドが密に配列されている電極パッド領域に形成された電極パッドの一部を、粗に配列されている電極パッド領域へ配線部にて引き回して外部接続部が形成されている。
【００１０】
請求項４記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記金属突起電極は、半導体チップ表面の内側に形成された電極パッドから保護膜の上に配線部により半導体チップ表面の外周部へ延在して外部接続部が形成されている。
【００１１】
請求項５記載の半導体装置は、請求項２，３または４記載の半導体装置において、前記金属突起電極の外部接続部より配線部の幅が細い。
【００１２】
請求項６記載の半導体装置は、請求項２，３または４記載の半導体装置において、前記電極パッドの一部が、電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が形成されている。
【００１３】
請求項７記載の半導体装置は、請求項６記載の半導体装置において、電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドより、配線部により延在して外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドのほうがパッドサイズが小さい。
【００１４】
請求項８記載の半導体装置は、請求項２，３または４記載の半導体装置において、前記配線基板の配線が半導体チップの外側に引き出されている。
【００１５】
請求項９記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置において、前記配線基板の配線が、電極パッドから延在して形成された金属突起電極の配線部と相対して形成されている。
【００１６】
請求項１０記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記配線基板の配線と半導体チップ上の外部接続部との接続部以外の前記配線基板上または半導体チップの配線上に絶縁性の保護膜層を有している。
【００１７】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、半導体チップの電極パッド上に、前記電極パッドの一部が開口されるように形成された保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に厚みが略同等の外部接続部と配線部を有する金属突起電極を形成する工程と、前記金属突起電極の外部接続部と配線基板を電気的に接合する工程と、前記半導体チップと前記配線基板との間を絶縁性樹脂にて充填する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、金属突起電極の外部接続部と配線部の厚みが略同等であるので、１度の突起電極形成が可能となり、半導体装置の製造プロセスを容易にできるようになる。また、半導体チップ上の突起電極の高さは同一で外部接続部と配線部を形成することで接合性を安定させることができる。また、配線部により外部接続部を延在して形成することで、電極パッドの挟ピッチ化への対応の可能である。
【００１９】
請求項２では、金属突起電極は、電極パッドから保護膜の上に配線部により延在して外部接続部が形成されているので、例えば挟ピッチに配列された電極パッドに対して交互に配線部を有する金属突起電極を配置することにより、電極パッドは挟ピッチに配列しながらも配線基板との接続部である外部接続部の接続ピッチは従来レベルを実現できる。
【００２０】
請求項３では、金属突起電極は、電極パッドが密に配列されている電極パッド領域に形成された電極パッドの一部を、粗に配列されている電極パッド領域へ配線部にて引き回して外部接続部が形成されているので、半導体チップ上に金属突起電極の外部接続部と配線基板との接合をバランスよく形成でき、さらには半導体チップサイズを大きくしなくとも多ピン化を実現することが可能となる。
【００２１】
請求項４では、金属突起電極は、半導体チップ表面の内側に形成された電極パッドから保護膜の上に配線部により半導体チップ表面の外周部へ延在して外部接続部が形成されているので、半導体チップの周辺部とその内側に電極パッドが形成されている場合に、金属突起電極の外部接続部を内側の電極パッドから外側の電極パッドの並びに延在して配置できる。
【００２２】
請求項５では、請求項２，３または４記載の半導体装置において、金属突起電極の外部接続部より配線部の幅が細いことが望ましい。
【００２３】
請求項６では、請求項２，３または４記載の半導体装置において、電極パッドの一部が、電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が形成されていてもよい。この金属突起電極と、配線部により延在して外部接続部が形成された金属突起電極を並設できる。
【００２４】
請求項７では、請求項６記載の半導体装置において、電極パッド上に外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドより、配線部により延在して外部接続部を有している金属突起電極が接続される電極パッドのほうがパッドサイズが小さいことが望ましい。この半導体装置により電極パッドサイズを小さくできるため、半導体チップ内のアルミニウムなどのメタル配線領域を増加させることが可能となる。
【００２５】
請求項８では、請求項２，３または４記載の半導体装置において、配線基板の配線が半導体チップの外側に引き出されていることが望ましい。これにより、配線基板に半導体チップを実装する際に、金属突起電極の配線部が配線基板の配線と接触することはない。
【００２６】
請求項９では、請求項２記載の半導体装置において、配線基板の配線が、電極パッドから延在して形成された金属突起電極の配線部と相対して形成されていることが望ましい。
【００２７】
請求項１０では、配線基板の配線と半導体チップ上の外部接続部との接続部以外の配線基板上または半導体チップの配線上に絶縁性の保護膜層を有しているので、配線が交錯する場合、配線上に絶縁性の保護膜を形成しておくことで絶縁性が保たれる。
【００２８】
この発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの電極パッド上に、電極パッドの一部が開口されるように形成された保護膜を形成する工程と、保護膜上に厚みが略同等の外部接続部と配線部を有する金属突起電極を形成する工程と、金属突起電極の外部接続部と配線基板を電気的に接合する工程と、半導体チップと配線基板との間を絶縁性樹脂にて充填する工程とを含むので、１度の突起電極形成が可能となり、半導体装置の製造プロセスを容易にできるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
この発明の第１の実施の形態の半導体装置およびその製造方法を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置の入出力パッド部分の構造を示す平面図であり、図２はそのＡ−Ａ’断面図である。
【００３０】
図１と図２において、半導体チップ１上に電極パッド２，３が形成され、電極パッド２，３と半導体チップ１上とを覆う保護膜８が形成されている。保護膜８は、電極パッド２，３の一部が開口されるように形成されている。保護膜８の開口部から露出した電極パッド２，３上および保護膜８上には、バリアメタル層９を介して、一の金属突起電極の外部接続部５、一の金属突起電極の配線部６および他の金属突起電極の外部接続部４が形成されている。ここでは、一部の金属突起電極の配線部６が電極パッド３と接続され、金属突起電極の外部接続部５が電極パッド３から保護膜８の上に金属突起電極の配線部６により延在されて形成されている。また、前記金属突起電極の外部接続部４と金属突起電極の外部接続部５と金属突起電極の配線部６の厚みはほぼ同じである。ここでは、電極パッド２よりも電極パッド３のほうが小さく形成されており、金属突起電極の外部接続部５よりも金属突起電極の配線部６のほうが配線幅は細く形成されている。これにより外部接続部４，５を千鳥状に形成でき電極パッド密度を高めることができる。また、前記金属突起電極の外部接続部５、金属突起電極の配線部６の下には、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードや配線等が複数素子形成された能動領域２１が設けられている場合もある。さらに、金属突起電極の外部接続部４，５と配線基板１１が電気的に接合されている。この場合、前記金属突起電極の外部接続部４、金属突起電極の外部接続部５、金属突起電極の配線部６上に相対して配線基板１１の配線７が形成され、半導体チップ１の外側に引き出されている。また前記配線基板の配線と半導体チップ上の外部接続部との接続部以外の個所が交錯する場合は、絶縁性を保つために前記配線基板上または半導体チップの配線上に絶縁性の保護膜層を形成してもよい。そして、半導体チップ１と配線基板１１の間には絶縁性樹脂１０が充填されている。
【００３１】
図３は、本発明の第１の実施形態の半導体装置の入出力パッド部分の構造の他の例を示す平面図である。
【００３２】
図３に示すように、半導体チップ１の周辺部に形成された電極パッド２と前記電極パッド２よりも内側に形成された電極パッド１３とを有する。前記電極パッド２上には金属突起電極の外部接続部４が形成され、電極パッド１３上には金属突起電極の配線部１４から延在して金属突起電極の外部接続部１２が形成されている。さらに前記金属突起電極の外部接続部４、金属突起電極の外部接続部１２上に相対して配線基板１１の配線７が形成され、半導体チップ１の外側に引き出されている。ここで金属突起電極の外部接続部４，１２上に形成された配線７は配線引出し側の反対側へ延出してもいいし、金属突起電極の外部接続部４，１２上までの延出にしてもよい。さらに配線基板１１と半導体チップ１との間に絶縁性樹脂１０を充填して半導体装置を形成する構成は図２と同様である。
【００３３】
上記半導体装置の製造方法について説明する。図４は本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、半導体素子形成済みの半導体チップ１に電極パッド３をＣＶＤ技術などにより形成する。ここでは約１０００ｎｍ形成する。この電極パッド３はアルミニウムや銅を主成分とする導電体が望ましい。電極パッド３上が開口するように保護膜８を形成する。ここでは、保護膜８はＳｉＮを材料としてＣＶＤ技術を利用して約１０００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチングなどの技術（図示せず）によりパターン形成した。保護膜８は他にＳｉやＧａ等を主成分とする材料が望ましい。
【００３５】
次に図４（ｂ）に示すように、電極パッド３の開口部と保護膜８との全面にスパッタ技術などを利用して所望の厚みのバリアメタル層９を形成する。ここではＴｉ材料にて形成したが、ＴｉＷ、Ｗ、Ｐｄ、Ｃｒ等の材料でもよい。厚みは、１００ｎｍとした。
【００３６】
次に図４（ｃ）に示すように、電極パッド３上に金属突起電極の外部接続部５と金属突起電極の配線部６を形成する。ここでは、所望の位置とサイズに金属突起電極を形成するために、フォトリソグラフィーと電解めっき等の技術（図示せず）を用いた。電解めっきの際には、バリアメタル層９をシード層としてめっきを成長させ、最後に、金属突起電極３をマスクにしてその外側のバリアメタル層９をエッチングした。
【００３７】
具体的には、電極パッド３を２０μｍ×６０μｍサイズ、金属突起電極の外部接続部５の幅は５０μｍであり、金属突起電極の配線部６は１０μｍ幅とし、双方の厚みは１７μｍとした。
【００３８】
次に図４（ｄ）に示すように、前記金属突起電極の外部接続部５と前記金属突起電極の配線部６上に相対するように配線基板の配線７を接合する。配線材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｎｉなどを主成分とする金属が望ましい。ここでは、Ｃｕ上にＳｎめっきされた配線を使用した。接合方法は、加圧加熱して行った。
【００３９】
次に図４（ｅ）に示すように、配線基板１１と半導体チップ１との間に絶縁性樹脂を充填し、加熱して硬化した。ここでは１５０℃にて加熱した。絶縁性樹脂としてはエポキシ系などの樹脂が望ましい。なお、金属突起電極の外部接続部４は、金属突起電極の外部接続部５と同時に電極パッド２に形成することができる。
【００４０】
以上の方法により電極パッドから延在して形成された配線部と外部接続部とを分けることにより任意の位置にて配線基板とを安定に接続できる半導体装置を形成でき、接合部は従来レベルのピッチでありながら見かけ上は狭ピッチの接合も可能となる。
【００４１】
この発明の第２の実施の形態の半導体装置およびその製造方法を図５に基づいて説明する。図５は本発明の第２の実施形態における半導体装置の相対する辺の入出力パッド部分の構造を示す平面図である。
【００４２】
図５に示すように、半導体チップ１上に、電極パッドが粗に配列されている電極パッド領域（粗ピッチ領域）１７と、電極パッドが密に配列されている電極パッド領域（狭ピッチ領域）１８とが形成されている。半導体チップ１上の粗ピッチ領域１７に電極パッド２が形成され、挟ピッチ領域１８に電極パッド２，３が形成されている。電極パッド２，３と半導体チップ１上とを覆う保護膜８が形成されている構成は図２と同様である。保護膜８の開口部から露出した電極パッド２，３上および保護膜８上には、バリアメタル層９（図２参照）を介して一の金属突起電極の配線部１５と粗ピッチ側に引き回された一の金属突起電極の外部接続部１６および他の金属突起電極の外部接続部４が形成されている。ここでは、一部の金属突起電極の配線部１５が電極パッド３と接続され、金属突起電極の外部接続部１６が電極パッド３から保護膜８の上に金属突起電極の配線部１５により延在されて形成されている。また、前記金属突起電極の外部接続部４、金属突起電極の配線部１５、金属突起電極の外部接続部１６の厚みはほぼ同じである。ここでは、電極パッド２よりも電極パッド３のほうが小さく形成されているが同じかまたは大きくともよい。金属突起電極の外部接続部５よりも金属突起電極の配線部６のほうが配線幅は細く形成されているが同じかまたは大きくともよい。また、前記金属突起電極の外部接続部４、金属突起電極の配線部１５、金属突起電極の外部接続部１６の下には、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードや配線等が複数素子形成された能動領域が設けられている場合もある（図２参照）。さらに前記金属突起電極４、金属突起電極の外部接続部５に相対して配線基板（図示せず）の配線７が形成され、半導体チップ１の外側に引き出されている。ここで金属突起電極の外部接続部４，１６上に形成された配線７は配線引出し側の反対側へは延出していてもいいし、金属突起電極の外部接続部４，１２上までの延出にしてもよい。また前記配線基板の配線と半導体チップ上の外部接続部との接続部以外の個所が交錯する場合は、絶縁性を保つために前記配線基板上または半導体チップの配線上に絶縁性の保護膜層を形成してもよい。さらに配線基板１１と半導体チップ１との間に絶縁性樹脂１０を充填して半導体装置を形成する構成は図２と同様である。
【００４３】
この半導体装置の製造方法については、第１の実施形態と同じであるため省略する。
【００４４】
この構成により狭ピッチな領域の電極パッドから粗ピッチな領域へ金属突起電極により延在させ配線し外部接続部を形成することで、半導体チップ上に金属突起電極の外部接続部と配線基板との接合をバランスよく形成でき、さらには半導体チップサイズ大きくしなくとも多ピン化を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、金属突起電極の外部接続部と配線部との厚みを略同等にすることにより１度の突起電極形成が可能となり、半導体装置の製造プロセスを容易にできるようになる。また、電極パッドは狭ピッチに配列しながらも配線基板との接続部である外部接続用の金属突起電極の接続ピッチは従来レベルを実現できる等の効果を有し、ＴＣＰからＣＯＧ実装などの半導体装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の入出力パッド部分の構造を示す平面図である。
【図２】図１の半導体装置のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における半導体装置の入出力パッド部分の構造の他の例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における半導体装置の構造を示す平面図である。
【図６】従来の半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体チップ
２  電極パッド
３  電極パッド
４  金属突起電極の外部接続部
５  金属突起電極の外部接続部
６  金属突起電極の配線部
７  配線
８  保護膜
９  バリアメタル層
１０  絶縁性樹脂
１１  配線基板
１２  金属突起電極の外部接続部
１３  電極パッド
１４  金属突起電極の配線部
１５  金属突起電極の配線部
１６  金属突起電極の外部接続部
１７  電極パッドの粗ピッチ領域
１８  電極パッドの狭ピッチ領域
２１  能動領域
３１  外部接続用突起電極
３２  外部接続用突起電極
３３  内部配線用突起電極
３４  半導体チップ
【図１】
2006032380.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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