(57)【要約】【課題】実装の際に導電粒子が突起電極に沈み込まず、且つ、突起電極の高さばらつきを解消できる半導体装置を実現する。【解決手段】半導体装置１０は、半導体基板１と、半導体基板１上に形成された電極パッド２と、半導体基板１上に、電極パッド２の一部を露出させるように形成された保護膜５と、電極パッド２上に形成され且つ電極パッド２に電気的に接続された突起電極３とを備える。突起電極３は、電極パッド２上に形成された第１の金属層４１と、第１の金属層４１上に形成された第２の金属層４２とを含む。第２の金属層４２の上面の面積は、第１の金属層４１の上面の面積よりも大きい【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された電極パッドと、
前記半導体基板上に、前記電極パッドの一部を露出させるように形成された保護膜と、
前記電極パッド上に形成され且つ前記電極パッドに電気的に接続された突起電極とを備え、
前記突起電極は、前記電極パッド上に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成された第２の金属層とを含み、
前記第２の金属層の上面の面積は、前記第１の金属層の上面の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、
前記保護膜及び前記保護膜から露出した部分の前記電極パッドと、前記突起電極との間に形成された下地金属を更に備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２の半導体装置において、
前記第１の金属層の底面の面積は、前記第２の金属層の上面の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの半導体装置において、
前記第１の金属層の上面の面積は、前記第１の金属層の底面の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの半導体装置において、
前記第１の金属層の上端部に、切り欠き部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの半導体装置において、
前記突起電極の側面を覆う補強樹脂を更に備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの半導体装置において、
前記第１の金属層の硬度は、前記第２の金属層の硬度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの半導体装置において、
前記第２の金属層上に、前記第２の金属層とは異なる材料により形成され、前記第２の金属層よりも薄い第３の金属層を備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の実装において、接続不良を回避する突起電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化の要求に対応するために、より高密度な半導体装置の実装が要求されている。例えば、液晶ディスプレイ等の画像表示装置には、画像駆動用の半導体装置が搭載されている。このような半導体装置において、画面の高精細化に伴い、突起電極の高密度化、つまり狭ピッチ化が求められている。
【０００３】
図８は、半導体基板１０１上に複数の突起電極１０３が形成された、従来の画像駆動用の半導体装置１００を示す図であり、突起電極１０３付近の断面を示している。突起電極１０３は、半導体基板１０１上の電極パッド１０２上に形成されている。ここで、必要に応じ、電極パッド１０２と突起電極１０３との間に下地金属１０６を形成する。突起電極１０３の材料としては、金が一般的であり、突起電極１０３の高さは、５〜２０μｍが一般的である。
【０００４】
半導体装置１００を画像表示パネル等の他の装置に接合する際には、例えば、導電粒子を含有する異方性導電フィルムが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。つまり、半導体装置１００の突起電極と、画像表示パネル上の電極との間に異方性導電フィルムを挟んで接合させると、異方性導電フィルム中の導電粒子によってこれらの電極同士が接続される。
【０００５】
ここで、導電粒子は弾性体であり、半導体装置１００と画像表示パネルとの接合によって変形し、反発力を発生させる。この反発力により、突起電極１０３と画像表示パネル上電極との良好な導電性を確保している。導電粒子の粒径は、２〜４μｍが一般的である。
【０００６】
また、複数の突起電極１０３の高さにはバラツキが生じている場合があるが、半導体装置１００を画像表示パネルと接合する際に、突起電極１０３が変形する（潰れる）ことにより前記のバラツキが解消される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体装置１００の高密度化により、突起電極１０３同士の間隔が小さくなると、導電粒子による突起電極１０３間の短絡が生じやすくなる。これを回避するためには、導電粒子の粒径を小さくする必要が生じる。しかしながら、導電粒子を小さくすると、画像表示用パネルの電極１１０と突起電極１０３とを接合する際に、導電粒子が変形し難くなる。この結果、突起電極１０３が導電粒子に応じて変形することにより導電粒子が突起電極１０３に沈み込み、良好な電気特性を確保することが難しくなる。
【０００９】
これに対し、突起電極１０３を高硬度として導電粒子の沈み込みを抑えることが考えられる。しかし、このようにすると、突起電極１０３自体が高さ方向に潰れ難くなり、個々の突起電極１０３の高さばらつきが解消されない。結果として、半導体装置１００上の突起電極１０３と画像表示パネル上電極の間隔が大きい部位が残り、異方導電フィルム中の導電粒子を十分に変形させることができずに、接合不良となる。また、個々の突起電極１０３を潰れやすくするために、突起電極１０３の全体を細くすることは可能であるが、この場合、接合面積が不足し、電気特性不良となる。
【００１０】
以上に鑑み、本開示の目的は、半導体装置上の突起電極を他の装置等の電極と接合する際に、導電粒子が突起電極に沈み込まず、且つ、突起電極の高さばらつきを解消できる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本開示の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された電極パッドと、半導体基板上に、電極パッドの一部を露出させるように形成された保護膜と、電極パッド上に形成され且つ電極パッドに電気的に接続された突起電極とを備え、突起電極は、電極パッド上に形成された第１の金属層と、第１の金属層上に形成された第２の金属層とを含み、第２の金属層の上面の面積は、第１の金属層の上面の面積よりも大きい。
【００１２】
このような半導体装置によると、突起電極のうちの第１の金属層を、第２の金属層に比べて、突起電極を他の電極等に接合する際の力により潰れやすいようにすることができる。この結果、異方導電フィルム中の導電粒子が突起電極に沈み込まないように突起電極の硬度を高くした場合にも、第１の金属層は潰れやすいので、突起電極の高さのバラツキを解消することができる。また、第２の金属層を十分大きくすることにより、接合面積を確保できる。
【００１３】
ここで、第１の金属層の上面とは、第１の金属層における第２の金属層との接触面を言う。また、第２の金属層の上面とは、第２の金属層における第１の金属層とは反対側の面である。
【００１４】
尚、保護膜及び保護膜から露出した部分の電極パッドと、突起電極との間に形成された下地金属を更に備えていてもよい。
【００１５】
必要に応じて、下地金属を設けることができる。
【００１６】
また、第１の金属層の底面の面積は、第２の金属層の上面の面積よりも小さくてもよい。
【００１７】
また、第１の金属層の上面の面積は、第１の金属層の底面の面積よりも小さくてもよい。
【００１８】
第１の金属層の上端部に、切り欠き部を有していてもよい。
【００１９】
第１の金属層を第２の金属層よりも潰れやすくするために、このような構成としてもよい。
【００２０】
また、記突起電極の側面を覆う補強樹脂を更に備えていてもよい。
【００２１】
このようにすると、突起電極、特に第１の金属層を補強することができ、また、突起電極同士等の絶縁性を向上することができる。
【００２２】
また、第１の金属層の硬度は、第２の金属層の硬度よりも低くてもよい。
【００２３】
このようにすると、より確実に第１の金属層を第２の金属層よりも潰れやすくすることができる。
【００２４】
また、第２の金属層上に、第２の金属層とは異なる材料により形成され、第２の金属層よりも薄い第３の金属層を備えていてもよい。
【００２５】
このようにすると、例えば電気的特性に優れた材料からなる第３の金属層とすることにより、半導体装置を他の半導体装置、基板等に実装した際の電気的特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本開示の技術によると、半導体装置の実装時に導電粒子が突起電極に沈み込まないように、突起電極を硬い材料とした場合でも、面積の小さい第１の金属層が潰れやすい。従って、個々の突起電極の高さばらつきを解消しやすく、半導体装置上の突起電極と画像表示パネル上の電極の接続部の接合性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ）は、本開示の一実施形態における例示的半導体装置の構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるIb-Ib'線における断面を示す図である。
【図２】図２は、図１（ａ）の半導体装置を画像表示パネルに実装した状態を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｈ）は、図１（ａ）の半導体装置、特に、図１（ｂ）の突起電極付近の製造工程を示す図である。
【図４】図４は、本開示の一実施形態の変形例における半導体装置、特に、突起電極の構成を示す図である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態の変形例における半導体装置、特に、突起電極の構成を示す図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態の変形例における半導体装置、特に、突起電極の構成を示す図である。
【図７】図７は、本開示の一実施形態の変形例における半導体装置、特に、突起電極の構成を示す図である。
【図８】図８は、背景技術の半導体装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本開示の一実施形態の例示的半導体装置１０について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１（ａ）は、半導体装置１０の上面図であり、半導体基板１と、当該半導体基板１上に複数形成された突起電極３を示している。図１（ｂ）は、突起電極３の付近を拡大して示す断面図であり、図１（ａ）のIb-Ib'線に対応する。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、半導体基板１上に電極パッド２が形成され、電極パッド２上を含む半導体基板１上には保護膜５が形成されている。保護膜５は、電極パッド２上に開口部を有し、電極パッド２の上面の一部を露出させている。保護膜５の開口部から露出する部分の電極パッド２上と、前記開口部の周囲の保護膜５上とにわたって、下地金属６が形成されている。下地金属６上には、突起電極３が形成されている。突起電極３は、下地金属６を介して電極パッド２と電気的に接続されている。
【００３１】
また、突起電極３は、下地金属６上に形成された第１の金属層４１と、当該第１の金属層４１上に形成された第２の金属層４２とを有する。ここで、第２の金属層の上面の面積は、第１の金属層４１の上面の面積よりも大きくなっている。また、図１の例では、第１の金属層４１及び第２の金属層４２は、いずれも、半導体基板１の主面に平行な断面の形状が一定である。
【００３２】
尚、第１の金属層４１の上面とは、第１の金属層４１が第２の金属層４２に接続されている面を言う。また、第２の金属層４２の上面とは、第２の金属層４２における第１の金属層４１とは反対側の面である。第２の金属層４２は、上面において、他の半導体装置等、例えば画像表示パネルの電極等の外部電極と接続される。
【００３３】
これについて、図２に示す。図２は、ガラス基板２１と、当該ガラス基板２１上に形成された外部電極２０とを備える画像表示パネル２２に対し、半導体装置１０が接続された構成を示す断面図であり、特に、突起電極３と外部電極２０との接続部分を拡大して示している。
【００３４】
図２に示すとおり、半導体装置１０と、画像表示パネル２２とは、導電粒子２９を含有する異方性導電フィルム２８を間に挟んで接合される。これにより、半導体基板１上の突起電極３と画像表示パネル２２の外部電極２０とは、異方性導電フィルム２８中の導電粒子２９を介して電気的に接続される。
【００３５】
このような接合の際に、導電粒子２９が突起電極３の第２の金属層４２に対して沈み込むことを避けるために、突起電極３は比較的硬い材料、例えば銅、ニッケル等を用いて形成する。この場合でも、第１の金属層４１の上面の面積が第２の金属層４２の上面の面積よりも小さいことから、第２の金属層４２に比べて第１の金属層４１は潰れやすくなっている。この結果、複数の突起電極３について高さバラツキを解消しやすく、画像表示パネル２２の外部電極２０と、半導体装置１０の突起電極３との接続部における接合性を確保することができる。
【００３６】
従って、接合の際に導電粒子２９が突起電極３の第２の金属層４２に対して沈み込むことを避けながら、突起電極３の高さのバラツキを解消することができる。
【００３７】
尚、突起電極３の上面について、中央部が凸形状となっていると、異方性導電フィルム２８中の導電粒子２９が接合の際に外側に逃げてしまう。これを避けるためには、導電粒子２９を補足しやすいように、突起電極３の上面、より詳しくは第２の金属層４２の上面を平坦にすることが好ましい。
【００３８】
また、突起電極３の高さ方向、つまり半導体基板１の主面に垂直な方向の寸法について、第２の金属層４２の高さを２μｍ以上とするのが望ましい。このようにすると、画像表示パネル２２の外部電極２０と、半導体装置１０の突起電極３との実装荷重による突起電極３の先端部の変形が小さく、導電粒子２９を問題無く補足できる。
【００３９】
また、第１の金属層４１と第２の金属層４２とは、同一の材料により形成してもよい。この場合、第１の金属層４１と第２の金属層４２とは一体となり、これらの接続面は明瞭には判別し難くなる場合もある。
【００４０】
また、画像表示装置の使用による突起電極３間の絶縁破壊は、異方性導電フィルム２８中よりも、半導体基板１上の保護膜５と異方性導電フィルム２８との界面において発生しやすい。そこで、突起電極３の突出方向の断面形状に関して、図１に示すように、第２の金属層４２の上面の面積よりも、第１の金属層４１の底面の面積を小さくする。つまり、突起電極３について、半導体基板１側の面積を、外部電極２０に接続する側の面積よりも小さくする。これにより、保護膜５と異方性導電フィルム２８との界面において、隣の突起電極３との電極間隔を広くすることができるので、突起電極３間の絶縁信頼性を更に向上できる。ここで、第１の金属層４１の底面とは、第１の金属層４１と下地金属６との接続面を指す。
【００４１】
次に、本開示の半導体装置１０の製造方法について、一例を説明する。図３（ａ）〜（ｈ）は、半導体装置１０の製造工程を示す断面図であり、突起電極３の部分を示している。
【００４２】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１上に、アルミニウムを主成分とする材料からなる電極パッド２を形成する。次に、半導体基板１及び電極パッド２上に、電極パッド２の上面の一部を露出させるように、例えばＳｉＮからなる保護膜５を形成する。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護膜５から露出する部分にて電極パッド２と接続するように、例えばＴｉＷからなる下地金属６を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、電極パッド２の上方に開口部１２ａを有するように、保護膜５上に第１のフォトレジスト１２を形成する。
【００４５】
次に、図３（ｄ）に示すように、開口部１２ａ内を埋め込むように、電解めっきを用いて第１の金属層４１を形成する。この材料には、例えば銅又はニッケル等を用いることができる。
【００４６】
次に、図３（ｅ）に示すように、第１のフォトレジスト１２上に、第１のフォトレジスト１２に設けた開口部１２ａよりも大きい開口部１４ａを有するように、第２のフォトレジスト１４を形成する。これにより、開口部１４ａの底部には第１の金属層４１の上面を露出させる。
【００４７】
次に、図３（ｆ）に示すように、開口部１４ａ内を埋め込むように、電解めっきを用いて第２の金属層４２を形成する。この材料には、例えば銅又はニッケル等を用いることができる。
【００４８】
次に、図３（ｇ）に示すように、第１のフォトレジスト１２及び第２のフォトレジスト１４を除去する。
【００４９】
次に、第１の金属層４１に覆われていない部分の不要な下地金属６を除去する。
【００５０】
以上により、本実施形態の半導体装置１０が製造される。
【００５１】
（変形例）
以下には、本実施形態の半導体装置１０の変形例を説明する。
【００５２】
図４に示す半導体装置１０ａでは、第１の金属層４１の上面の面積よりも、第１の金属層４１の底面の面積の方が大きい形状を有している。言い換えると、第１の金属層４１が、半導体基板１の側において広がったテーパー形状を有する。
【００５３】
このようにすると、図１の半導体装置１０と同様の効果に加えて、突起電極３と半導体基板１との密着力を更に強固にすることができる。
【００５４】
尚、この場合にも、第２の金属層４２の上面の面積と比較すると、第１の金属層４１の底面の面積の方が小さい。これにより、突起電極３間の絶縁については向上している。
【００５５】
次に、図５に示す半導体装置１０ｂでは、図１の半導体装置１０と同様の構造において、第１の金属層４１に切り欠き部１５を有する。
【００５６】
切り欠き部１５は、第１の金属層４１が側面側から一部取り除かれた部分であり、第１の金属層４１の上端部に位置している。このような切り欠き部１５が設けられている部分において、他の部分に比べて、第１の金属層４１における半導体基板１の主面に平行な断面積は小さい。これにより、第１の金属層４１を第２の金属層４２に比べて潰れやすくすることができ、図１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置１０と同様の効果を示す。
【００５７】
尚、図５の例では、切り欠き部１５が設けられていない部分についても、前記断面積は第２の金属層４２の上面よりも小さい。これは、第１の金属層４１を潰れやすくするという点からは望ましい構成であるが、必須では無い。つまり、切り欠き部１５が設けられていない部分については、第２の金属層４２の上面の面積と同じ断面積を有していても良い。
【００５８】
このような切り欠き部１５は、個別に図示はしないが、例えば、図３（ａ）〜（ｈ）に示す製造方法を一部変更することにより製造できる。つまり、図３（ｄ）の工程において、めっきにより第１の金属層４１を形成する際、電流密度を変化させることにより部分的に金属の結晶密度が低い部分を設ける。その後、図３（ｇ）以降の工程において、突起電極３の金属層の側面をエッチングすると、結晶密度の低い部分が選択的に早くエッチングされる。これを利用して、第１の金属層４１の上面付近に切り欠き部１５を形成することができる。
【００５９】
次に、図６に示す半導体装置１０ｃでは、図１の半導体装置１０と同様の構造において、突起電極３の側面部を覆う補強樹脂１６を有している。補強樹脂１６により、突起電極３、特に第１の金属層４１を補強することができる。更に、接合性と絶縁信頼性との両方を兼ね備えた異方性導電フィルム２８よりも絶縁信頼性に優れた補強樹脂１６を用いた場合、突起電極３同士等の絶縁信頼性を更に向上させることができる。ここで、補強樹脂１６としては、例えば、ポリイミド樹脂を用いることができる。
【００６０】
また、図７に示す半導体装置１０ｄでは、図１の半導体装置１０と同様の構造において、第２の金属層４２上に、第３の金属層４３を更に備え、突起電極３が３層構造となっている。第３の金属層４３は、第２の金属層４２とは異なる材料により形成され、第２の金属層４２よりも薄いようにしてもよい。このとき、半導体装置１０の実装に用いる異方性導電フィルム２８内の導電粒子２９の粒径に比べて十分に薄く、且つ、酸化膜等の少ない電気特性に優れた第３の金属層４３とすることにより、突起電極３及びその外部電極２０に対する接合について、電気特性を向上させることができる。
【００６１】
このような半導体装置１０ｄは、個別に図示はしないが、例えば、図３（ａ）〜（ｈ）に示す製造方法に更に工程を追加することにより製造できる。つまり、図３（ｆ）の工程にて第２の金属層４２を形成した後、図３（ｇ）の工程にて第１のフォトレジスト１２及び第２のフォトレジスト１４を除去する前に、第３の金属層４３を形成する。第３の金属層４３の材料としては、例えば金を用いる。また、第３の金属層４３の厚さを例えば１μｍ以下とすることにより、実装時の導電粒子２９の変形を確実にしながら、十分な電気特性を確保できる。
【００６２】
また、以上に説明した実施形態及び変形例の半導体装置において、第１の金属層４１の硬度を第２の金属層４２の硬度よりも低くすると、突起電極３が全体として潰れやすくなり、半導体装置の実装が容易になる。このためには、図３（ｄ）において形成する第１の金属層４１と、図３（ｆ）において形成する第２の金属層４２とを異なる金属により形成すればよい。例えば、第１の金属層４１を銅、第２の金属層４２をニッケルとする。また、第１の金属層４１を金、第２の金属層４２をニッケルとしてもよい。
【００６３】
また、以上では、いずれも下地金属６を備える構成を説明した。しかしながら、下地金属６については、必須ではない。下地金属６を設けない場合、突起電極３は、保護膜５から露出した部分の電極パッド２及びその周囲の保護膜５上に形成される。また、下地金属６の無い構造を得るためには、図３（ａ）〜（ｈ）に示した半導体装置の製造方法において、第１の金属層４１及び第２の金属層４２を無電解めっきにて形成することにより、下地金属６に関する図３（ｂ）及び図３（ｇ）の工程を省略する等の変更を行えば良い。この際、例えば、第１の金属層４１及び第２の金属層４２をニッケルからなるものとする。
【００６４】
また、本開示の技術の趣旨を逸脱しない範囲において、以上に説明した各変形例等の構成を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の半導体装置によると、高密度の実装に対応した半導体装置を提供でき、例えば液晶ディスプレイ装置等に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１      半導体基板
２      電極パッド
３      突起電極
５      保護膜
６      下地金属
１０      半導体装置
１０ａ    半導体装置
１０ｂ    半導体装置
１０ｃ    半導体装置
１０ｄ    半導体装置
１２      第１のフォトレジスト
１２ａ    開口部
１４      第２のフォトレジスト
１４ａ    開口部
１５      切り欠き部
１６      補強樹脂
２０      外部電極
２１      ガラス基板
２２      画像表示パネル
２８      異方性導電フィルム
２９      導電粒子
４１      第１の金属層
４２      第２の金属層
４３      第３の金属層
【図１】
2015090879.tif 000003
【図２】
2015090879.tif 000004
【図３】
2015090879.tif 000005
【図４】
2015090879.tif 000006
【図５】
2015090879.tif 000007
【図６】
2015090879.tif 000008
【図７】
2015090879.tif 000009
【図８】
2015090879.tif 000010