(57)【要約】【課題】半導体素子上に形成した突起電極の特性を改良して、特にガラス基板などの平板な基板に加圧実装するときの、接続信頼性を向上させる。【解決手段】半導体素子上のＡ２電極１上にめっきにより第一の導電層６を形成し、その上に、弾性を持つ感光性絶縁樹脂により、第一の導電層６の寸法より狭いパターン寸法を持つパターン化された感光性絶縁樹脂層８を形成して凸状積層体を形成し、それによって樹脂側面での付着が確実になされるようにして、その上に第二の導電層９をめっきで形成し、突起電極を形成する。突起電極が弾力性を有することで、電極の高さの不均一性による加圧実装時のダメージを低減するともに、電極内での変形時における電気的な接続障害の低減化を図る。【選択図】  図１
2004335893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、パターン形成されたシード層と前記シード層上にパターン形成された第一の導電層と前記第一の導電層上に前記第一の導電層のパターンの寸法より狭い寸法でパターン形成された感光性絶縁樹脂層とからなる凸状積層体と、前記凸状積層体の表面に被覆形成された第二の導電層とを有することを特徴とする、突起電極が形成された半導体装置。
【請求項２】
少なくとも、パターン形成された第一のシード層と前記第一のシード層上にパターン形成された第一の導電層と前記第一の導電層上に前記第一の導電層のパターンの寸法より狭い寸法でパターン形成された感光性絶縁樹脂層とからなる凸状積層体と、前記凸状積層体の表面に被覆形成された第二のシード層と、前記第二のシード層の表面に被覆形成された第二の導電層とを有することを特徴とする、突起電極が形成された半導体装置。
【請求項３】
半導体素子基板の電極上に形成されたシード層上にフォトリソグラフィーによりレジストの開口部を形成し、前記開口部にめっきにより第一の導電層パターンを形成する工程と、
前記レジストを除去し、次いで前記第一導電層パターンの下の部分以外の前記シード層を除去する工程と、
前記第一の導電層パターン上に、前記第一の導電層パターンの寸法より狭い感光性絶縁樹脂のパターンをフォトリソグラフィーにより形成して、凸状積層体を形成する工程と、
めっきにより前記凸状積層体の表面に第二の導電層を形成する工程とを含むことを特徴とする、突起電極を有する半導体装置の形成方法。
【請求項４】
半導体素子基板の電極上に形成された第一のシード層上にフォトリソグラフィーによりレジストの第一の開口部を形成し、前記第一開口部にめっきにより第一の導電層パターンを形成する工程と、
レジストを除去し、次いで前記第一の導電層パターンの下の部分以外の前記第一のシード層を除去する工程と、
前記第一の導電層パターン上に、前記第一の導電層パターンの寸法より狭い感光性絶縁樹脂のパターンをフォトリソグラフィーにより形成して、凸状積層体を形成する工程と、
前記凸状積層体を含む基板上に第二のシード層を形成し、フォトリソグラフィーにより前記凸状積層体のパターン寸法より大きい寸法のレジストの第二の開口部を形成し、前記第二の開口部により露出した部位にめっきにより第二の導電層を形成する工程と、
レジストを除去し前記第二の導電層に被覆されない第二のシード層を除去する工程とを含むことを特徴とする、突起電極を有する半導体装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ実装、チップオンボード実装あるいはチップオングラス実装などにおいて使用する半導体素子の突起電極の構造と、その形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実装用基板に半導体素子を形成した側を実装用基板に対して接続するフリップチップ実装法やチップオンボード実装法、またガラス基板に対して接続するチップオングラス実装法などにおいて、半導体素子の電極にめっきにより突起電極を形成して、対応する実装用基板の電極と接続する事が行われている。（例えば、特許文献１参照）
図３は、めっきによる従来方法で形成された突起電極をもつ半導体素子の断面図と、これが実装されるガラス基板の断面図である。突起電極１００は、半導体素子１０１上に設けられたＡｌ電極１０２と、半導体素子１０１の表面を覆ってＡｌ電極１０２上に開口部を持つ絶縁膜１０３と、絶縁膜１０３の開口部を覆うように形成されたシード層１０４と、シード層１０４上に断面がマッシュルーム状の、めっき法で形成された金属バンプ１０５からなる。実装ガラス基板１０６は、ガラス基板１０７上にガラス基板電極パッド１０８が設けられている。実装時には、金属バンプ１０５がガラス基板電極パッド１０８と接続される。
【０００３】
次に、上記の従来の突起電極１００の形成方法の例を図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１１１の表面に設けてあるＡｌ電極１１２が露出するように、絶縁膜１１３に開口部を形成する。絶縁膜１１３は代表的にはＰを含むＳｉＯ２  膜やＳｉＮ膜などが用いられる。この様に突起電極を形成するための半導体素子１１１のＡｌ電極１１２からなる電極パッドが形成された後、めっき金属バンプを用いた突起電極が形成される。
【０００４】
すなわち、図４（ｂ）に示すように、Ａｌ電極１１２を含む絶縁膜１１３表面にＮｉ、Ｃｒ、Ｐｔなどの金属からなるシード層１１４をスパッタリング法などで付着形成する。そして、図４（ｃ）に示すように、公知の、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー法により、Ａｌ電極１１２に上にあるシード層１１４を露出するようにフォトレジスト１１５の開口部を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、シード層１１４をめっき用電極として、レジスト開口部内の領域に、Ａｕ、Ｃｕなどの金属を用いてレジストの膜厚より高く断面マッシュルーム状のめっき金属バンプ１１６、すなわちこの部分が突起電極となるように形成する。次に図４（ｅ）に示すように、フォトレジスト１１５を剥離し、シード層１１４を金属バンプ１１６をマスクとしてエッチング除去して、従来の突起電極１１７が完成する。
【０００５】
上記のような従来の突起電極の形成方法では、工程が複雑であるためコストがかかり、またこの突起電極で、フリップチップ実装、チップオンボード実装をする場合、実装時の熱や応力により半導体素子に応力が加わり、半導体基板にクラックを生じ、金属バンプの密着強度の劣化やさらに金属バンプとパッド電極の電気的なオープンが生じる。さらに、パッド電極付近の絶縁膜にもクラックが生じ、耐湿性が劣化し、半導体素子の信頼性の低下をまねくといった問題があった。
【０００６】
特にフェースダウンで実装する場合は、従来の突起電極では高さを均一に揃えることが困難なため、実装時にはある程度の圧力をかけて接続する際には不均一な押し付け圧力となり、接合の信頼性が大きく低下する。
さらにチップオングラス法におけるような場合、これが金属バンプであるために変形しにくいことから、ガラスなどの硬くかつ平板な実装基板への接続についても対応できなかった。
【０００７】
こういった問題に対処する方法として、半導体素子電極に接続する金属に表面を覆われた耐熱性樹脂からなる凸状層をもつ突起電極を形成する方法（特許文献２参照）や、電気めっき浴中に金属を被覆した柔軟なボールを懸濁させ、めっき金属とそのボールを共析させて突起電極を形成し、それを基板側の電極と接続する方法（特許文献３参照）がある。
【０００８】
前者の具体的な実現方法としては、耐熱性樹脂としてポリイミドを用い、これを感光性樹脂をマスクとして選択的にエッチングするとしている。このようなエッチングは、何れも樹脂からなる材料による選択エッチングであることから、エッチング液やエッチング条件の選択などの点で、精度良くエッチングすることは実際には容易では無く、実現性上の課題がある。また後者は、所要の場所にめっき金属とボールを共析させて突起電極を形成することに関して複雑な処理プロセスを実施する必要があり、またこれによって形成された突起電極が期待され得る柔軟性に課題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５２−１２５２７１号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平３−７３５３５号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平５−６２９８１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の様な従来技術の課題を解決し、通常用いられている膜形成プロセスによって容易に形成可能であり、また接続時に比較的大きな加圧がなされた場合でも、それが持つ柔軟性により接続ダメージが小さくて済む新たな突起電極とその形成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために提案されたものである。本発明の半導体装置の突起電極は、半導体素子の電極上に、少なくともパターン形成されたシード層とこのシード層上にパターン形成された第一の導電層と前記第一の導電層のパターン上に前記第一の導電層のパターンの寸法より狭い寸法でパターン形成された感光性絶縁樹脂層とからなる凸状積層体と、前記凸状積層体の表面に被覆形成された第二の導電層とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記凸状積層体の表面に被覆形成された第二のシード層と、前記第二のシード層の表面に被覆形成された第二の導電層とを有することを特徴とする。
上述した突起電極によれば、中間層として感光性絶縁樹脂を用いることにより、突起電極の柔軟性が確保され、またその寸法がめっきで形成される第一、第二導電層の内の第一導電層より狭く形成されるため、この上に第二導電層を形成したとき感光性絶縁樹脂パターンの側面にもめっき層が成長し易く、下部の半導体素子電極、すなわちの第一導電層との電気的接続の確実性が増すという効果がある。そして、この突起電極の形成方法についても、従来用いられているプロセスによって容易に形成可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施例の突起電極の形成方法を説明する。なお、説明に用いる各断面図は、この説明が理解できる程度に各構成部分の形状や大きさ、配置関係を模式的に示している。
図１は、本発明の第一の構成の突起電極の実施例を示す形成工程図である。図１（ａ）は、半導体素子１の基板上にマスク法あるいはフォトレジストを用いた公知のフォトリソグラフィー法によるエッチングによって、Ａｌ電極２を形成する。次にその上に、マスク法またはエッチング法により、Ａｌ電極２の一部を露出するように開口部を設けた、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ２  膜を形成して絶縁膜３とする。そして、この上の全面に、例えば、真空スパッタリング装置を用いて、１，０００Åの厚さのＣｒ（密着層）と５，０００Åの厚さのＣｕからなるシード層４を形成する。さらに、フォトレジスト５（例えば、クラリアントジャパン社製ＡＺＰ４６２０）を全面に塗布する。
【００１６】
次に図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、直径８０μｍの開口パターニングを行い、シード層４を電極として、その開口部内に電解Ｃｕめっきを行う。次いで図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト５を剥離して、例えば、直径８０μｍ、厚さ５μｍの形状を持つ、Ｃｕの突起状の第一の導電層６を形成する。
【００１７】
そして、図１（ｄ）に示すように、感光性絶縁樹脂７（例えば、ＪＳＲ社製感光性絶縁樹脂ＷＰＲ−１０２、弾性率２ＧＰａ）を塗布し、フォトリソグラフィー法により、図１（ｅ）に示すように、第一の導電層６より寸法の狭い、例えば、直径５０μｍ、厚さ５μｍの形状を持つ、パターン化された感光性絶縁樹脂層８を形成する。
【００１８】
最後に、図１（ｆ）に示すように、Ｃｕの無電解めっきにより、第一の導電層６とパターン化された感光性絶縁樹脂層８を内包するように、例えば、厚さ５μｍのＣｕからなる、第二の導電層９を形成して、本発明の第一の構成の突起電極１０を完成する。
上記の工程で述べたように、パターン化された感光性絶縁樹脂層８の寸法を第一の導電層６より狭く製作することで、断面が凸状の積層物となるため、第二の導電層９をめっきで形成するとき、パターン化された絶縁性感光性樹脂層８の側面にも確実にめっきが成長し、また第一の導電層６とも電気的な接続が確保される。そして、内在するパターン化された感光性絶縁樹脂層８によってこの突起電極１０は弾性を有するものとなり、押圧する事で容易に変形する性質から、例えば、平滑な基板に搭載するチップオングラス実装などにおいても確実な接続を行うことができるという特徴を有する。
【００１９】
次に、図２の形成工程図を用いて、本発明の第二の構成の突起電極の実施例を説明する。図２（ａ）は、図１の形成工程図で説明した、図１（ｃ）と同一のもので、これまでの形成工程は図１のそれと同じ形成工程の実施例である。
そして、図２（ｂ）に示すように、全面に、例えば、真空スパッタリング装置を用いて、１，０００Åの厚さのＣｒ（密着層）と５，０００Åの厚さのＣｕからなる第二のシード層１１を形成する。次に、フォトレジスト１２（例えば、クラリアントジャパン社製ＡＺＰ４６２０）を全面に塗布し、フォトリソグラフィー法により、第一の導電層６とパターン化された感光性絶縁樹脂層８からなる凸状積層体が十分露出するように、例えば直径１５０μｍの開口部１３を形成する。
【００２０】
そして、図２（ｃ）に示すように、その開口部１３内に、第二のシード層１１を電極として、例えば、厚さ５μｍのＣｕの電解めっきを行って、第二の導電層１４を形成し、次に、図２（ｄ）に示すように、フォトレジスト１２と第二のシード層１１のレジスト直下にある部分を除去することにより、本発明の第二の構成の突起電極１５を完成する。
【００２１】
この図２（ｄ）で示されるように、この突起電極１５は、パターン化された感光性絶縁樹脂８層が内包されており、また樹脂が積層された凸状の形状になっているため、パターン化された感光性絶縁樹脂層８の側面へのめっき層（第二の導電層１４）の付着も確実に行える。これらの事から、先に、第一の構成の突起電極の実施例で述べたような特徴を有しているとともに、第二の導電層１４を電解めっきで行っているため、めっき層が無電解めっき層に比べ、より緻密で強固な層を形成できる特徴も有している。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、本発明によれば、半導体素子の突起電極を、弾力性を有する感光性絶縁樹脂を内在するように上下の導電膜で包み込む構成にし、その際、感光性絶縁樹脂のパターンの寸法を下層の導電層より狭く形成して凸状にする。このため、樹脂の上層に形成される導電膜をめっきで形成するとき、樹脂側面にも確実に付着でき、上下の導電層間が確実に電気的接続をすることが可能となる。
【００２３】
こうして形成された突起電極は、形成された各電極の高さに不均一があったとしても、基板との実装に際しての加圧が行われ応力が加わった場合にも突起電極の弾性変形が生じて基板ー電極間の電気的接続が良好に実現されるとともに、基板側の電極パッドの損傷を低下することができる。さらに、電極自体の変形に際して生じる電極内での電気的導通性へのダメージに対しても、本発明の突起電極は側面部分にも導電膜が確実に付着していることから、その影響は低減され、信頼性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の構成の突起電極の実施例の形成工程を示す断面図
【図２】本発明の第二の構成の突起電極の実施例の形成工程を示す断面図
【図３】従来の突起電極の実装形態を示す断面図
【図４】従来の突起電極の形成工程を示す断面図
【符号の説明】
１、１０１、１１１  半導体素子
２、１０２、１１２  Ａｌ電極
３、１０３、１１３  絶縁膜
４、１０４、１１４  シード層（第一のシード層）
５、１２、１１５  フォトレジスト
６  第一の導電層
７  感光性絶縁樹脂層
８  パターン化された感光性絶縁樹脂層
９、１４  第二の導電層
１０  第一の構成による突起電極
１１  第二のシード層
１３  開口部
１５  第二の構成による突起電極
１００、１１７  従来の突起電極
１０５、１１６  金属バンプ
１０６  実装ガラス基板
１０７  ガラス基板
１０８  ガラス基板電極パッド
【図１】
2004335893.tif 000003
【図２】
2004335893.tif 000004
【図３】
2004335893.tif 000005
【図４】
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