(57)【要約】【課題】フェースダウン実装する半導体素子において、半導体素子と基板との確実な導通が図られる実装が可能な半導体素子及びその実装構造を提供する。【解決手段】入出力端子として接続パッドを有する半導体素子であり、前記接続パッド１０は、金属製の電極パッド１の上に導電粒子６を積層することにより形成され、導電粒子６のすき間には熱可塑性樹脂７が満たされている。半導体素子２０の接続パッド１０と基板２１の電極端子４とは、熱硬化樹脂８で接着される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端子として接続パッドを有する半導体素子において、
上記接続パッドは、金属膜製の電極パッドの上に導電粒子を配して形成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
入出力端子として接続パッドを有する半導体素子において、
上記接続パッドは、突起状の電極であるバンプの上に導電粒子を配して形成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
前記導電粒子は、金属粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体素子。
【請求項４】
前記導電粒子は、樹脂粒子に金属メッキを施したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体素子。
【請求項５】
前記導電粒子は、前記金属膜製の電極パッドあるいは前記バンプの上に導電性接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の半導体素子。
【請求項６】
前記導電粒子は、前記金属膜製の電極パッドあるいは前記バンプの上に熱可塑性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の半導体素子。
【請求項７】
前記導電粒子は、熱可塑性樹脂中に分散されていることを特徴とする請求項６記載の半導体素子。
【請求項８】
前記導電粒子は、熱可塑性樹脂の表面上に分散されていることを特徴とする請求項６記載の半導体素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体素子と、電極端子を備えた基板と、上記半導体素子と基板との間に熱硬化性接着剤とを備えたことを特徴とする半導体素子の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェースダウン実装される半導体素子、特に液晶表示装置のガラス基板にＣＯＧ実装される半導体素子、及び半導体素子の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶層を狭持する一対のガラス基板に形成された電極を半導体素子により制御し、液晶の電気光学効果を利用して表示される。半導体素子の電気的接続方法としては、例えば、ゴムコネクション法、ヒートシール法、ＴＡＢ（ｔａｐｅ  ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｂｏｎｄｉｎｇ）法、ＣＯＧ（ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）法等の提案がされているが、今日では、実装工程の自動化およびプロセススループットの観点からＴＡＢ法とＣＯＧ法が主流となっており、装置の小型化及び薄型化の観点から特にＣＯＧ法が重要視されている。
【０００３】
一般的に、ＣＯＧ法による半導体素子２０の接続は図８に示される構造となっている。ＣＯＧ法は、一対のガラス基板の一方の基板２１に半導体素子２０をフェースダウンにて直接接続する方法であり、半導体素子２０の接続パッド１０と基板２１に形成された電極端子４とを対向させて、異方性導電膜（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ；ＡＣＦ）５を介して加熱圧着により接続させる方法がある。異方性導電膜５は、樹脂製の接着剤に導電粒子６を分散させたものであり、加熱及び加圧により、半導体素子２０の接続パッド１０と基板２１上の電極端子４との間に、導電粒子６が挟まれて接触することによって、電気的導通が得られる。
【０００４】
図７は、従来の半導体素子２０に形成した接続パッド１０の模式図である。半導体素子２０の表面にアルミニウム等により形成された電極パッド１上に、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）等からなるパッシベーション層２が形成されている。パッシベーション層２には開口部２ａが設けられており、電極パッド１上にスパッタリング、メッキもしくはボンディングツール等によりバンプ３を形成し、開口部２ａを介して電極パッド１とバンプ３とが導通される。バンプ３は、主に金で形成され、この電極パッド１、パッシベーション層２及びバンプ３により接続パッド１０が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子２０をＣＯＧ法により異方性導電膜５を用いて実装する際、接続パッド１０と電極端子４とを確実に導通させるためには、ある程度の数量の導電粒子６を接続パッド１０と電極端子４との間に挟みこむ必要がある。例えば、液晶表示装置に使用される一般的な駆動用の半導体素子においては、径が３〜５μｍ程度の一般的な導電粒子６を用いる場合、一箇所の接続部分において４〜８個程度の導電粒子６を挟み込む必要がある。一方で、異方性導電膜５は、樹脂製の接着剤に導電粒子６を分散させているため、熱圧着時において、流動性を持った樹脂製の接着剤が導電粒子６を押しのけてしまい、安定的な導通に必要とされる数量の導電粒子６を接続パッド１０と電極端子４との間に挟み込むことができない場合があった（図８（ａ））。特に、半導体素子２０の小型化に伴い、接続パッド１０は小型化される傾向にあるため、このように所定数量の導電粒子６を挟み込めないことによる導通不良が多数検出され、歩留まりの低下につながっていた。
【０００６】
しかし、これを防ぐために、異方性導電膜５に分散される導電粒子６の密度を高くすると、接続パッド１０と電極端子４とで挟まれる部分以外の空間での導電粒子６の密度も高くなり、導電粒子６が連なる確率が高くなる（図８（ｂ））。これにより、隣接する接続パッド１０，１０間もしくは電極端子４，４間において、連なった導電粒子６によるショートが起こる危険性があった。特に、近年は半導体素子２０の接続パッド１０が微細ピッチ化する傾向にあり、すなわち、隣接する接続パッド１０，１０の間隔が狭くなる傾向にあるため、このような導電粒子６の連なりによるショートが重要な問題となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、フェースダウンにより実装される半導体素子において、半導体素子と基板との確実な導通が図られる実装が可能な半導体素子及びその実装構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の半導体素子は、入出力端子として接続パッドを有する半導体素子において、上記接続パッドは、金属膜製の電極パッドの上に導電粒子を配して形成されていることを特徴とする。ここで、上記接続パッドは、突起状の電極であるバンプを有するか否かを問わない。また、本発明の請求項２記載の半導体素子は、入出力端子として接続パッドを有する半導体素子において、上記接続パッドは、突起状の電極であるバンプの上に導電粒子を配して形成されていることを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、半導体素子の接続パッドは、金属膜製の電極パッドあるいは突起状の電極であるバンプの上に導電粒子が既に配されているため、基板との加熱圧着に際して、安定的な導通が得られる。また、加熱圧着には、導電粒子を有する樹脂接着剤（異方性導電膜等）を使用せずとも、安価な熱硬化樹脂等の接着剤を使用すれば足りることとなる。また、請求項１記載の発明によれば、従来のようにバンプを形成しないため、半導体素子の厚み及び半導体素子の実装高さをバンプの分だけ小さくすることができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の半導体素子は、請求項１又は請求項２記載の発明を前提に、前記導電粒子は、金属粒子であることを特徴とする。また、本発明の請求項４記載の半導体素子は、請求項１又は請求項２記載の発明を前提に、前記導電粒子は、樹脂粒子に金属メッキを施したものであることを特徴とする。
【００１１】
これらの発明によれば、導電粒子が金属粒子あるいは樹脂粒子に金属メッキを施したものであることが請求項１又は請求項２記載の発明において望ましい。導電粒子には、通常の異方性導電膜に分散される前の導電粒子を利用することができる。
【００１２】
本発明の請求子５記載の半導体素子は、請求項１乃至請求項４記載の発明を前提として、前記導電粒子は、前記金属膜製の電極パッドあるいは前記バンプの上に導電性接着剤により固定されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、請求項１乃至請求項４記載の発明において、導電粒子が電極パッドあるいはバンプの上に導電性接着剤により固定されていることが、確実な導通を得る観点において望ましい。
【００１４】
本発明の請求項６記載の半導体素子は、請求項１乃至請求項４に記載の発明を前提として、前記導電粒子は、前記金属膜製の電極パッドあるいは前記バンプの上に熱可塑性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、導電粒子が熱可塑性樹脂により電極パッドあるいはバンプの上に固定されているため、基板との接続前は電極パッド上に導電粒子が固定されており、基板との接続において加熱された場合には、熱可塑性樹脂による固定が緩み、接続パッド表面すなわち導電粒子を基板の電極端子の表面形状に合わせて接触させることができる。しかも、従来のように樹脂製の接着剤中を導電粒子が流動することがほとんどないので、確実な導通状態が得られる。
【００１６】
本発明の請求項７記載の半導体素子は、請求項６記載の発明を前提として、前記導電粒子は、熱可塑性樹脂中に分散されていることを特徴とする。また、本発明の請求項８記載の半導体素子は、請求項６記載の発明を前提として、前記導電粒子は、熱可塑性樹脂の表面上に分散されていることを特徴とする。
【００１７】
これらの発明によれば、請求項６記載の発明において、導電粒子の固定手段を熱可塑性樹脂中あるいは熱可塑性樹脂の表面上に分散させることが望ましい。
【００１８】
本発明の請求項９記載の半導体素子の実装構造は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体素子と、電極端子を備えた基板と、上記半導体素子と基板との間に熱硬化性接着剤とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、請求項１乃至請求項８記載の半導体素子と基板との間に熱硬化性接着剤を備えているため、基板と半導体素子とが導電粒子を介して安定的に導通する実装構造となっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を引用しながら説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態の半導体素子に形成された接続パッドの図、図１（ｂ）は、本実施の形態の半導体素子を液晶表示パネルの一方の基板に実装した図を示す。図１（ａ）に示される半導体素子２０は、液晶パネルの表示を制御する電子素子であり、表面に接続パッド１０が形成される。接続パッド１０の表面は複数の導電粒子６からなり、これら導電粒子６，６は、熱可塑性樹脂７にて固定されている。熱可塑性樹脂７は付加重合系ポリエチレンやポリプロピレン等を素材とするものであり、例えば、テクノアルファ（株）製のＳＴＡＹＳＴＩＣが挙げられる。図１（ｂ）に示されるように、液晶表示パネルは文字及び映像を表示するもので、表示用電極（図示せず）が敷設された一対の透明基板２１，２２を適宜な間隔で対峙させ、その間隔に液晶材料（図示せず）を注入し、前記透明基板２１，２２の周辺をシール材（図示せず）で封止して構成される。一対の透明基板２１，２２のうち、一方の基板２１は他方の基板２２より広く形成され、重ね合わせたときに外側に張り出す部分に金属製の配線パターン９が所定の形状で施され、この配線パターン９と電気的に導通するように本実施の形態の半導体素子２０が実装される。半導体素子２０等の駆動回路が施された回路基板（図示せず）が、基板２１のさらに外側に設けられ、フレキシブル配線基板（図示せず）を介して回路基板と基板２１とが接続される場合もある。
【００２２】
図２は、接続パッド１０を半導体素子２０の表面に作製する手順を示す。１１は、シリコン等の基板に所定の回路、配線及び層間絶縁膜等が作製されたウェハーである。まず、ウェハー１１の表面にアルミニウム等の電極パッド膜１を一様の厚さで形成する（図２（ａ））。次に、フォトリソグラフィーにより所定の形状のマスクパターンを形成し、エッチング等により電極パッド１を形成する（図２（ｂ））。次に、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）等のパッシベーション層２を形成し（図２（ｃ））、フォトリソグラフィーにより、開口部２ａの形状のマスクパターンを形成して、エッチングにより電極パッド１の上に開口部２ａを設ける（図２（ｄ））。
【００２３】
次いで、熱可塑性樹脂７に導電粒子６を分散させたものを一様の厚さに塗布する（図２（ｅ））。導電粒子６は、直径３μｍのポリスチレン粒子表面に厚さ約０．１μｍのニッケルめっきを施したものである。フォトリソグラフィーにより、接続パッド１０の形状のマスクパターンを形成して、エッチングにより電極パッド１の上に導電粒子６及び熱可塑性樹脂７の層を作成し、接続パッド１０を得る（図２（ｆ））。ここで、接続パッド１０は、熱可塑性樹脂７にあらかじめ導電粒子６を分散させたもので作製したが、図２（ｅ）及び図２（ｆ）の工程において、熱可塑性樹脂７のみをパッシベーション層２及び電極パッド１に塗布した後に上から導電粒子６を分散させて、エッチングしてもよい。このときの接続パッド１０は、図３（ｂ）に示す構造となる。接続パッド１０における導電粒子６の固定構造は、積層状態でも単層状態でもよい。また、導電粒子６は、径の大きなものと小さなものを混合させてもよい。
【００２４】
以上の方法にて接続パッド１０が作製されたウェハー１１は、所定の形状にダイシングされ、半導体素子２０が得られる。上記の手法において、接続パッド１０のマスクパターン（図２（ｄ）の工程に使用される）は、電極パッド１のマスクパターン（図２（ｂ）の工程に使用される）を兼用させてもよい。このときの接続パッド１０の形状は、図２（ｆ）に示す通り、電極パッド１と同じ底面積で導電粒子６及び熱可塑性樹脂７の層が形成されることとなる。また、接続パッド１０のマスクパターンを、パッシベーション層２の開口部２ａの形状に合わせて作製しても良い。このときの接続パッド１０の形状は、図３（ａ）に示す通り、開口部２ａと同じ底面積で導電粒子６及び熱可塑性樹脂７の層が形成されることとなる。
【００２５】
次に、上記のように製造された半導体素子２０を基板２１に実装する実装構造を説明する。半導体素子２０は、ＣＯＧ法によりフェースダウン実装される。基板２１の表面には、図４に示すように、所定の形状で電極端子４が形成され、半導体素子２０の実装される部分に熱硬化性接着剤として熱硬化樹脂８を塗布し、半導体素子２０を位置合わせして裏面（図４において上側）から加圧しながら加熱する。熱硬化樹脂８は、メラミン、フェノールやエポキシ等を素材とするもので、例えば、協立化学産業（株）製のワールドロックＮｏ．Ａ−１０３Ｈが挙げられる。また、熱硬化樹脂８は、一般的にＣＯＧ法で用いられる異方性導電膜５と異なり、導電粒子６が含まれない。加熱前における導電粒子６は、熱可塑性樹脂７でその層形状が固定されているため、加熱により熱可塑性樹脂７が塑性変形する状態となり、導電粒子６の固定が徐々に緩む。同時に、加圧により、その固定が徐々に緩む導電粒子６が熱可塑性樹脂７及び熱硬化樹脂８を退けながら電極端子４の表面形状に合わせて密着することとなる。その後、加熱を続けることにより熱硬化樹脂８が硬化して、半導体素子２０の接続パッド１０と基板２１の電極端子４とが接続される。
【００２６】
すなわち、本実施の形態における実装構造においては、接続パッド１０に導電粒子６が配されるため、確実に接続パッド１０と電極端子４とが導電粒子６を挟み込むこととなり、また、安定的な導通に必要な導電粒子６の数を、予め接続パッド１０に配しておくことが可能となる。これにより、半導体素子２０と基板２１との接着（固定）には、導電粒子６を含まない熱硬化樹脂８を使用することができる。
【００２７】
本実施の形態における接続パッド１０の高さＨは（図２（ｆ））、導電粒子６の層が２層程度であるため５μｍ程度であるが、使用する導電粒子６の直径（異方性導電膜に使用される導電粒子の一般的直径は３〜５μｍ）によっては、その高さＨを３μｍ程度にまで薄くすることが可能である。この場合においても、隣り合う導電粒子６のすき間もしくは下部に熱可塑性樹脂７が満たされ、導電粒子６による接続パッド１０の構造が崩れることなく保たれることとなる。
【００２８】
また、導電粒子６は、本実施の形態に示すものの他、ニッケルもしくは銀等の金属からなる粒子や球形のものでも、樹脂ボールに金めっきを施した粒子や球形のものでもよい。また、熱可塑性樹脂７に代えて、導電性接着剤１２を用いてもよい。導電性接着剤１２は、例えば、味の素ファインテクノ（株）製のＣＡ−２０が挙げられる。また、図２（ｅ），（ｆ）におけるフォトリソグラフィー及びエッチングによる塗布方法に代えて、スクリーン印刷等の方法によって熱可塑性樹脂７や導電性接着剤１２を塗布してもよい。特に、導電性接着剤１２を使用した場合、導電粒子６による導通が確実になされることとなる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の半導体素子２０は、図７に示されるような従来のバンプ３を使用する接続パッド１０が形成されたものである。すなわち、電極パッド１及びパッシベーション層２の上に、突起状の電極であるバンプ３を形成し、このバンプ３の上に導電粒子６を固定して接続パッド１０が形成されている。図５（ａ）、（ｂ）に、本実施の形態の半導体素子２０の接続パッド１０の構造を示す。導電粒子６は第１の実施の形態と同様に、直径３μｍのポリスチレン粒子表面に厚さ約０．１μｍのニッケルめっきを施したものである。
【００３０】
導電粒子６の固定方法を以下に説明する。まず、ウェハー１１に形成されたバンプ３の上面に導電性接着剤１２を印刷等により塗布する。次いで、導電粒子６を上から散布もしくは印刷等により、導電性接着剤１２の上に導電粒子６を固定する。このときの導電粒子６の固定構造は、単層状態でも積層状態でもよい。また、導電粒子６は径の大きなものと小さなものを混合させてもよい。以上の方法により、バンプ３の上に導電粒子６が固定された接続パッド１０が形成された後、ウェハー１１を所定の形状にダイシングし、図５（ａ）に示される半導体素子２０が得られる。導電性接着剤１２に代えて、熱可塑性樹脂７を塗布してもよい。また、導電粒子６を分散させた熱可塑性樹脂７を塗布した場合は、図５（ｂ）に示される半導体素子２０が得られる。
【００３１】
次に、図６（ａ），（ｂ）を用いて、上記の半導体素子２０を熱硬化樹脂８を用いて基板２１に実装する実装構造を説明する。半導体素子２０は、ＣＯＧ法によりフェースダウン実装される。基板２１及び熱硬化樹脂８は、第１の実施の形態と同様である。基板２１において半導体素子２０の実装される部分に熱硬化樹脂８を塗布し、半導体素子２０を位置合わせして裏面（図６において上側）から加圧しながら加熱する。特に、図５（ａ）に示されるように導電性接着剤１２にて導電粒子６が固定されている場合は、図６（ａ）に示されるように、導電粒子６による導通が確実になされることとなる。また、図５（ｂ）に示されるように導電粒子６が分散された熱可塑性樹脂７がバンプ３上に塗布されている場合は、図６（ｂ）に示されるように、加熱により熱可塑性樹脂７が塑性変形する状態となり、導電粒子６の固定が徐々に緩む。同時に、加圧により、その固定が徐々に緩む導電粒子６が熱可塑性樹脂７及び熱硬化樹脂８を退けながら電極端子４に密着することとなる。その後、加熱を続けることにより熱硬化樹脂８が硬化して、半導体素子２０の接続パッド１０と基板２１の電極端子４とが接続されることとなる。
【００３２】
すなわち、本実施の形態における実装構造においては、第１の実施の形態と同様、接続パッド１０に導電粒子６が配されるため、確実に接続パッド１０と電極端子４とが導通することとなり、また、安定的な導通に必要な導電粒子６の数を、予め接続パッド１０に配しておくことが可能となる。これにより、半導体素子２０と基板２１との接着（固定）には、導電粒子６を含まない熱硬化樹脂８を使用することができる。さらに、本実施の形態においては、バンプ３の上に導電粒子６が配されるため、半導体素子２０を熱圧着する際に、導電粒子６がバンプ３にめり込むように加圧されるという、バンプ３の本来の特徴を生かすことができる。
【００３３】
以上、第１及び第２の実施の形態においては、半導体素子２０を液晶表示パネルに使用される基板２１に実装する例で説明したが、本発明はこれに限らず、フェースダウン実装する半導体素子２０及びその実装構造であれば、広く適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の半導体素子は、電極パッドあるいはバンプの上に導電粒子を配して接続パッドを構成する。したがって、半導体素子を基板に実装する際、接続パッドと電極端子とが導電粒子を確実に挟み込むこととなり、導通の信頼性を高めることができる。また、安定的な導通に必要な導電粒子の数を、予め接続パッドに配しておくことが可能となるため、半導体素子に形成される全ての接続パッドにおける導通の信頼性を高めることができる。また、これにより、半導体素子の実装構造としては、半導体素子と基板との接着（固定）に、導電粒子を含まない熱硬化樹脂を使用することができる。すなわち、接続パッドと電極端子とに挟まれる部分以外の空間において、熱圧着時においてはみ出たごく少量の導電粒子を除き、導電粒子が存在しない状態となるため、従来の異方性導電膜において発生していたような導電粒子の連なりによる隣接電極端子（あるいは接続パッド）間のショートや、安定的な導通に必要な数の導電粒子が接続パッドと電極端子との間に挟みこめない事態が防止されることとなる。また、バンプを設けないで電極パッド上に導電粒子を配する場合は、バンプの分だけ実装部分の高さ（厚み）を薄くすることが可能になり、半導体素子及びその実装構造の薄型化が図られる。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における半導体素子の図であり、（ａ）は半導体素子の模式図、（ｂ）は半導体素子を液晶表示パネルに実装した構成図
【図２】第１の実施の形態における半導体素子に接続パッドを形成する工程説明図
【図３】第１の実施の形態における別の例を示す半導体素子の接続パッドの構成図
【図４】第１の実施の形態における半導体素子と液晶表示パネルの接続断面図
【図５】（ａ）は第２の実施の形態における半導体素子の接続パッドの構成図、（ｂ）は第２の実施の形態における別の例を示す半導体素子の接続パッドの構成図
【図６】第２の実施の形態における半導体素子と液晶表示パネルの接続断面図
【図７】従来の半導体素子の接続パッドの構成図
【図８】従来の半導体素子と液晶表示パネルの接続断面図
【符号の説明】
１            電極パッド
２            パッシベーション層
２ａ          開口部
３            バンプ
４            電極端子
５            異方性導電膜
６            導電粒子
７            熱可塑性樹脂
８            熱硬化樹脂
９            配線パターン
１０        接続パッド
１１        ウェハー
１２        導電性接着剤
Ｈ            接続パッド（バンプ）の高さ
２０        半導体素子
２１        一方の基板
２２        他方の基板
【図１】
2004214375.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004214375.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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