(57)【要約】【課題】ボンディング時に、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子の提供。【解決手段】半導体基板１上に構成された多層の金属配線２，４による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極７が設けられた半導体素子。バンプ電極７は、電極部に金属体（７）を形成した後、金属体（７）の表面を形成時より肌理が粗くなるように処理してなしてある構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられた半導体素子において、
前記バンプ電極は、前記電極部に金属体を形成した後、該金属体の表面を形成時より肌理が粗くなるように処理してなしてあることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられた半導体素子において、
前記バンプ電極の表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、該バンプ電極の頭頂部が平坦化されている半導体素子において、
前記バンプ電極は、前記電極部に金属体を形成し、該金属体の頭頂部を研磨により削除して平坦化し、平坦化した表面を、頭頂部を削除したときより肌理が粗くなるように処理してなしてあることを特徴とする半導体素子。
【請求項４】
半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、該バンプ電極の頭頂部が平坦化されている半導体素子において、
前記バンプ電極の平坦化された表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載された半導体素子が、該半導体素子のバンプ電極により、フレキシブルフィルム又はガラスパネルに実装されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられた半導体素子及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、特に液晶表示装置においては、液晶パネルと半導体素子との電気的な接続には、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）又はＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）を用いる他、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）による方式での接続が行われている。
ＴＣＰ及びＣＯＦでは、主としてフレキシブルフィルム上に形成された配線パターンと半導体素子上に設けたバンプ電極との接合により電気的な接続を得ている。また、ＣＯＧでは、主としてガラスパネル上に形成された配線パターンと半導体素子上に設けたバンプ電極とのＡＣＦ異方導電性接着剤を用いた接続により電気的な接続を得ている。尚、異方導電性接着剤には、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｏｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）及びＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｏｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）が有る。
【０００３】
通常、フレキシブルフィルム上の配線パターンと半導体素子に設けたバンプ電極とを接合する際には、配線パターンに施した錫メッキとバンプ電極を構成する金との共晶を生成させ、安定かつ良好な接合状態を得る方式が採用されている。その他、配線パターンに金メッキを施し、金−金接合により導通を得る方式も採用されている。
また、ガラスパネル上に形成された配線と半導体素子との接合には、主としてＡＣＦ等を用いた接続方式が採用されている。
【０００４】
昨今、特に液晶表示装置において高密度実装への取り組みが旺盛であるが、その一つの手段として、半導体素子の多出力化及び配線パターンのファインピッチ化が重要となっている。従って、ＴＣＰ等のパッケージ形態においては、多出力化及びファインピッチ化に伴い、配線パターンの細線化及びバンプ電極の小形化が必須であり、電気的接合部における接合可能面積の狭小化は避けることが出来ない。
製品又はモジュールとして最も重要な項目の一つに信頼性が挙げられるが、上述したような接合部は、接合強度及び材料強度等の面で特に高い実装信頼性が求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１６１７２２号公報
【特許文献２】
特開平９−２５２００３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、図３に示すような多層配線を有する半導体素子において、半導体基板１上の１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との間にある層間絶縁膜３の開口部による段差、及び表面保護膜５の開口部の段差により、電極部又はその近傍において凹部が生じる。従って、その上方に電解メッキ法によって形成されたバンプ電極７は、下地の凹部の影響を受け、バンプ電極７表面の中央部に凹みが生じる。尚、バンプ電極７と金属配線４及び表面保護膜５との間にはバリアメタル層６が設けられている。
【０００７】
ＴＣＰ等のフレキシブルフィルム上に半導体素子を搭載する場合、バンプ電極表面に凹みがあるときには、図４に示すように、フレキシブルフィルム（図示せず）の表面に設けられたインナーリード配線８との接合面積が小さくなる。これにより、接合強度不足又はボンディング時の応力集中等の不具合が生じるという問題がある。更に、接合強度を向上させる為にボンディング圧力を増大させると、バンプ電極７の下地部分に与える損傷が大きくなり、半導体素子の破壊の原因となる他、バンプ電極７そのものの変形が生じ易く、押し潰されて横に広がったバンプ電極７同士のショート等の絶縁不良が起こり易くなるという問題がある。
【０００８】
更に、ボンディング接合時には、特にバンプ電極７のエッジ部においてインナーリード配線８の沈み込みが大きくなる為、ボンディング接合部におけるフィルムキャリアテープ（図示せず）そのものの変形も大きくなる。これにより、フィルムキャリアテープと配線パターンとの剥がれが生じ、特に剥がれが生じた箇所においては、インナーリード配線８の強度が低下する為、断線不良の原因になるという問題がある。
【０００９】
ＣＯＧに関しても、微細な金属粉粒が分散したペーストを介して、ガラスパネル上の配線と半導体素子のバンプ電極とを熱圧着するＡＣＦ接続の特性上、接合面積又は接触面積の狭小化は、直接的に実装信頼性及び接続信頼性の低下を招く。特にボンディング時における捕捉粒子、即ち接合部の単位面積当りに捕捉されたＡＣＦ粒子の減少は、接続の信頼性を大きく低下させるという問題がある。
【００１０】
上述したような問題を解決する為、従来は、図５に示すように、バンプ電極７表面の凹み程度を小さくすべく、電極部を層間絶縁膜３の開口部に形成しないように、１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との電気的接続を行っていた。
また、特許文献１には、電極部の層間絶縁膜又は表面絶縁膜に複数の小さな開口部を設けることで凹凸の程度を小さくし、バンプ電極表面を平坦化する技術、つまり、電極部の開口部の領域に層間絶縁膜又は表面絶縁膜を残しながら、段差を小さくする技術が開示されている。
更に、特許文献２には、図６又は図７に示すように、バンプ電極７を形成した後（ａ）に、バンプ電極７の表面ライン９迄、研磨を施すことでバンプ電極７表面の平坦化（ｂ）を図る技術が開示されている。尚、図７（ａ）では、レジスト保護膜１０が形成されている状態で研磨を施している。
【００１１】
しかし、図５に示すように、バンプ電極表面の凹み程度を小さくする目的で、１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との接続を、電極部を避けて行う場合、設計上、半導体素子の巨大化が避けられず、高密度実装が重要視される昨今の流れに反し、しかも、段差は残っているという問題がある。
特許文献１の場合、電極部の層間絶縁膜又は表面絶縁膜に複数の小さな開口部を設けることで凹凸の程度を小さくし、バンプ電極表面の平坦化を行っても、段差の凹凸の程度は小さくなるが、段差そのものは残っているという問題がある。
【００１２】
特許文献２の場合、図６又は図７に示すように、バンプ電極７表面に研磨を施すことで平坦化を図っている。しかし、バンプ電極７の表面を研磨により平坦化し、平坦化した面において配線パターンとの接続を得るための準備を整えても、ボンディング装置のボンディングツールの傾き及びインナーリード配線幅のバラツキにより、ボンディング時の局部的な応力集中は避けられないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ボンディング時に、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を提供することを目的とする。
本発明は、また、本発明に係る半導体素子を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体素子は、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられた半導体素子において、前記バンプ電極は、前記電極部に金属体を形成した後、該金属体の表面を形成時より肌理が粗くなるように処理してなしてあることを特徴とする。
【００１５】
この半導体素子では、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、バンプ電極は、電極部に金属体を形成した後、金属体の表面を形成時より肌理が粗くなるように処理してなしてある。
これにより、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００１６】
本発明に係る半導体素子は、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられた半導体素子において、前記バンプ電極の表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されていることを特徴とする。
【００１７】
この半導体素子では、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、バンプ電極の表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されている。
これにより、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００１８】
本発明に係る半導体素子は、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、該バンプ電極の頭頂部が平坦化されている半導体素子において、前記バンプ電極は、前記電極部に金属体を形成し、該金属体の頭頂部を研磨により削除して平坦化し、平坦化した表面を、頭頂部を削除したときより肌理が粗くなるように処理してなしてあることを特徴とする。
【００１９】
この半導体素子では、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、バンプ電極の頭頂部が平坦化されている。バンプ電極は、電極部に金属体を形成し、金属体の頭頂部を研磨により削除して平坦化し、平坦化した表面を、頭頂部を削除したときより肌理が粗くなるように処理してなしてある。
これにより、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、接触面積が増加することにより、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００２０】
本発明に係る半導体素子は、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、該バンプ電極の頭頂部が平坦化されている半導体素子において、前記バンプ電極の平坦化された表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されていることを特徴とする。
【００２１】
この半導体素子では、半導体基板上に構成された多層の金属配線による１又は複数の電極部に、１又は複数のバンプ電極が設けられ、バンプ電極の頭頂部が平坦化されている。バンプ電極の平坦化された表面は、肌理が粗くなるようにプラズマエッチング処理されている。
これにより、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、接触面積が増加することにより、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００２２】
本発明に係る半導体装置は、本発明に係る半導体素子が、該半導体素子のバンプ電極により、フレキシブルフィルム又はガラスパネルに実装されていることを特徴とする。
【００２３】
この半導体装置では、本発明に係る半導体素子が、その半導体素子のバンプ電極により、フレキシブルフィルム又はガラスパネルに実装されているので、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体装置を実現することが出来る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る半導体素子及び半導体装置の実施の形態１の要部構成を示す縦断面図である。図１（ａ）に示す半導体素子は、多層配線を有しており、半導体基板１上の１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との間にある層間絶縁膜３に、１層目の金属配線２への開口部が設けられている。
【００２５】
１層目の金属配線２及び２層目の金属配線４の表面には、表面保護膜５が形成され、表面保護膜５には、２層目の金属配線４への開口部が設けられている。
バンプ電極７は、１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との電気的接合を得る為の電極部に、電解メッキ法により形成されている。尚、バンプ電極７と金属配線４及び表面保護膜５との間にはバリアメタル層６が設けられている。
【００２６】
バンプ電極７（金属体）は、半導体基板１上の１層目の金属配線２と２層目の金属配線４との電気的接合を得る為に生じた電極部の凹部の上に、電解メッキ法により形成される為、必然的にその頭頂部表面にも凹みが残る。
そこで、バンプ電極７（金属体）を形成した後、研磨によってバンプ電極７の頭頂部を平坦化し、更にプラズマエッチングによりバンプ電極７表面を荒して、図１（ｂ）に示すように、バンプ電極７表面の肌理を粗くし、極微細な凹凸を形成する。
【００２７】
このように、バンプ電極７（金属体）形成後に機械的研磨によって表面を平坦化し、バンプ電極７表面に極微細な凹凸を持たせたことにより、図１（ｂ）に示すように、ボンディング時におけるバンプ電極７とフィルムキャリアテープ１５のインナーリード配線８との噛み合い性能が向上する。その為、十分な接合強度を得る為のボンディング荷重を低減させることが出来、バンプ電極７及び半導体素子に与える荷重負荷を抑制することが可能となる。
半導体素子が有するバンプ電極７とフィルムキャリアテープ１５のインナーリード配線８とを、上述したように接合することにより、半導体素子がフィルムキャリアテープ１５に実装された半導体装置が作製される。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、本発明に係る半導体素子及び半導体装置の実施の形態２の要部構成を示す縦断面図である。この半導体素子（図示せず）のバンプ電極７は、ガラスパネル１１上に設けられた配線パターン１２に、異方導電性ペースト１３（ＡＣＦ）を介して接合される。
ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）等におけるＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｏｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）接合の場合、図２（ａ）に示すように、バンプ電極７の頭頂部表面の肌理が密であると、ボンディング時に受ける圧力により、ＡＣＦ粒子１４が接合部から逃げようとする。
【００２９】
そこで、図２（ｂ）に示すように、バンプ電極７の頭頂部表面の肌理を粗くして、極微細な凹凸を設けることにより、接合部でのＡＣＦ粒子１４の捕捉効率が上昇するため、半導体素子のバンプ電極７とガラスパネル１１上の配線パターン１２との接続の信頼性向上が見込める。また、図３に示すような研磨前のバンプ電極７に、プラズマエッチングを施した場合でも、ＡＣＦ粒子の補足効率が上がり、接続の信頼性向上が見込める。
半導体素子が有するバンプ電極７とガラスパネル１１上の配線パターン１２とを、上述したように接合することにより、半導体素子がガラスパネル１１に実装された半導体装置が作製される。
【００３０】
上述した実施の形態１，２により、フレキシブルフィルム上の配線パターンの半導体素子上に形成されたバンプ電極に対する食いつきが良くなり、また接合面積が増大する。これにより、単純に接合強度が向上する他、ボンディング荷重の低減が可能となる為、ボンディング時にバンプ電極が受ける圧力を低下させることができる。即ち、半導体素子加わる応力が低下し、アセンブリ起因によるそれらの破壊を防ぐことが出来る。更に、バンプ電極自体が受ける応力も低下する為、特に上面から押し潰されることにより生じる隣接バンプ電極方向への変形量が減少し、バンプ電極間のショート不良を低減することが出来る。これは、今後も更にファインピッチ化が進行すると予想され、バンプ電極間スペースの狭小化が十分に考えられる為、ボンディング条件を設定する為の最も重要な因子の一つとなる可能性がある。
【００３１】
【発明の効果】
本発明にかかる半導体素子によれば、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００３２】
また、本発明にかかる半導体素子によれば、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、接触面積が増加することにより、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体素子を実現することが出来る。
【００３３】
また、本発明にかかる半導体装置によれば、ボンディング時に、バンプ電極の配線パターンに対する食いつきが向上し、応力集中の不具合を生じることがなく、バンプ電極の下地部分に損傷を与えることがなく、バンプ電極同士の絶縁不良が起こり難く、断線不良が生じ難く、ＡＣＦ接続の信頼性が低下しない半導体装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体素子及び半導体装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る半導体素子及び半導体装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図３】従来の半導体素子のバンプ電極の例を示す縦断面図である。
【図４】従来の半導体素子のバンプ電極とフレキシブルフィルムのインナーリード配線との接続状態の例を示す説明図である。
【図５】従来の半導体素子のバンプ電極の例を示す縦断面図である。
【図６】従来の半導体素子のバンプ電極の例を示す説明図である。
【図７】従来の半導体素子のバンプ電極の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  １層目の金属配線
３  層間絶縁膜
４  ２層目の金属配線
５  表面保護膜
６  バリアメタル層
７  バンプ電極（金属体）
８  インナーリード配線
９  バンプ電極の表面ライン
１０  レジスト保護膜
１１  ガラスパネル
１２  配線パターン
１３  異方導電性ペースト（ＡＣＦ）
１４  ＡＣＦ粒子
１５  フィルムキャリアテープ（フレキシブルフィルム）
【図１】
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【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】
2004327921.tif 000008
【図７】
2004327921.tif 000009