(57)【要約】【課題】  電極界面の構造を大きく変更することなく酸化侵食を抑制し、信頼性に優れた小型・薄型半導体装置を提供する。【解決手段】  基板１の表面に２層の入出力パッド２，３が形成され、前記入出力パッド２，３の周縁部から基板表面にわたって覆う表面保護膜７が形成され、前記表面保護膜７の内周部を含む入出力パッド２，３上にバリアメタル４（４ａ，４ｂ）を介して金属突起電極６が形成された半導体装置において、前記入出力パッド２，３の周縁部を覆う表面保護膜７の内周部にスリット９，１０などの凹部を形成する。これによれば、スリット９，１０により段差が生じ、この段差に沿って形成されるバリアメタル４の表面形状が荒らされるため、バリアメタル４との界面に水分が進入する場合の経路が長くなり、バリアメタル４の酸化侵食を抑制できるとともに、バリアメタル４と金属突起電極６との接触面積が多くなり、金属突起電極６の剥がれを抑制し、接続品質を安定させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に入出力パッドが形成され、前記入出力パッドの周縁部から基板表面にわたって覆う表面保護膜が形成され、前記表面保護膜の内周部を含む前記入出力パッド上にバリアメタルを介して金属突起電極が形成された半導体装置において、前記入出力パッドの周縁部を覆う表面保護膜の内周部に凹部が形成された半導体装置。
【請求項２】
入出力パッドの表面に凹凸処理が施された請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ＴＡＢ法またはＡＣＦ実装によって搭載されるものである請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板の表面の入出力パッドの上に所定の開口部を持ったレジストを形成し、前記レジストをマスクとして、前記入出力パッドの周縁部から基板表面にわたって覆い、内周部に凹部を有した表面保護膜を形成し、前記レジストを除去した後、前記入出力パッドと表面保護膜との上に表面形状に沿うバリアメタルを形成し、前記バリアメタルの上に所定の開口部を持ったレジストを形成し、前記レジストをマスクとして、前記バリアメタル上に前記入出力パッドに相応する大きさの金属突起電極を形成し、前記レジストとその下のバリアメタルとを除去する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に入出力パッド上にバリアメタルと金属突起と保護膜とを形成した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】
図６は従来よりある半導体装置の概略全体構成を示し、図７は同半導体装置の電極部分の構造を示す。図６に示すように、半導体装置（半導体チップ）においては、基板１の表面、一般には周縁部に、外部端子やインナーリードと接続するための金属突起電極６が配置されている。図７に示すように、基板１の表面には２層の入出力パッド２，３が形成されており、上層の入出力パッド３上にバリアメタル４（４ａ，４ｂ）を介して前記金属突起電極６が形成されている。また入出力パッド２，３の周縁部から基板表面にわたって、回路を保護する為の表面保護膜７が形成されており、この表面保護膜７の内端が入出力パッド２，３の周縁部とバリアメタル４との間に介在している。
【０００３】
入出力パッド２，３はアルミニウム合金主体の金属で形成されている。金属突起電極６は、入出力パッド２，３と同等か少し大きい面積、かつ、５〜２０ｕｍ程度の高さとなるように、バリアメタル４の上に金やニッケル等の材料で電解メッキ法により形成されている。バリアメタル４は、入出力パッド２，３と金属突起電極６とが相互拡散しないためのもので、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）等により入出力パッド２，３と同等の面積に形成されている。バリアメタル４，５，金属突起電極６の形成は一般にフォトリソグラフィ法を利用して行なわれる。
【０００４】
なお、電解めっきによる金属突起電極６の形成方法では、ウエハ上の入出力パッド２，３以外の領域をマスクして金属材料を成長させる為、予めウエハ上全面にバリアメタル４を敷き積めることが必須になる。無電解めっきによる金属突起電極６の形成方法、たとえば、入出力パッド２，３上に直接に金属突起を形成する場合や、入出力パッドに直接ワイヤーボンドを実施してスタットバンプを形成する場合は、バリアメタル４は不要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したようなバリアメタル４を備え、８０Ｖ〜１００Ｖの高電圧を印加する仕様とされた半導体装置では、入出力パッド２，３に電圧を長時間印加し続けると、バリアメタル４との界面で電極周辺の水分とバリアメタル材料とが局所的に化学反応を起こし、バリアメタル４が酸化する。そしてそれにより次第にバリアメタル４との界面で金属突起電極６の剥がれが発生し、最悪の場合、電気的不通不良に至る不具合が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するもので、バリアメタルとの界面での金属突起電極の剥がれを抑制し、接続品質を安定させることが出来る半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体基板の表面に入出力パッドが形成され、前記入出力パッドの周縁部から基板表面にわたって覆う表面保護膜が形成され、前記表面保護膜の内周部を含む前記入出力パッド上にバリアメタルを介して金属突起電極が形成された半導体装置において、前記入出力パッドの周縁部を覆う表面保護膜の内周部に凹部が形成されたことを特徴とする。これによれば、表面保護膜に形成された凹部により段差が出来るため、水分が進入する場合の経路が長くなり、水分に起因するバリアメタルの酸化が起こり難くなるとともに、段差に沿って形成されるバリアメタルと金属突起電極との接触面積が多くなり、金属突起電極の剥がれが抑制され、接続品質が安定する。
【０００８】
入出力パッドの表面に凹凸処理が施されるのが好ましい。入出力パッドの表面積が増大することで金属突起電極の密着性が向上するためである。
また入出力パッド上の表面保護膜の内周部の凹部は、入出力パッドの外周縁に沿う方向に延びて形成するのが好ましい。バリアメタルの酸化の原因となる水分は、入出力パッドとバリアメタルとの界面、もしくはバリアメタルと金属突起電極との界面に、パッド外周部から侵入するので、このように入出力パッドの外周縁に沿う方向に凹部を配置しておくことで、水分の侵入を効果的に防止できるのである。
【０００９】
さらに表面保護膜の内周部の凹部は、表面保護膜を厚み方向に貫通して形成するのが好ましい。表面保護膜の厚みは１．０μｍ〜数μｍしかないので、単に厚みを減じた形状とするよりは貫通したスリット形状とする方が段差が大きくなり、効果が高い。金属突起電極と入出力パッドとの間の剪断強度（シェア強度）は、金属突起電極の密着強度を判定する指標であるが、スリット形状によるアンカー効果も期待できる。貫通したスリット形状の方が、工程を増やすことなく製造可能であるという利点もある。
【００１０】
このような半導体装置は、ＴＡＢ法またはＡＣＦ実装によって搭載されるのに好適である。
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面の入出力パッドの上に所定の開口部を持ったレジストを形成し、前記レジストをマスクとして、前記入出力パッドの周縁部から基板表面にわたって覆い、内周部に凹部を有した表面保護膜を形成し、前記レジストを除去した後、前記入出力パッドと表面保護膜との上に表面形状に沿うバリアメタルを形成し、前記バリアメタルの上に所定の開口部を持ったレジストを形成し、前記レジストをマスクとして、前記バリアメタル上に前記入出力パッドに相応する大きさの金属突起電極を形成し、前記レジストとその下のバリアメタルとを除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置は、入出力パッド上の表面保護膜に凹部を形成することで従来より大きな段差を設けたため、入出力パッドの狭ピッチ化、それに伴なうパッド幅の狭小化がすすんでも、入出力パッドとその上にバリアメタルを介して形成する金属突起電極との密着強度を確保することができ、接続品質の安定化を図ることができる。またパッド周辺から金属突起電極・バリアメタルの界面に水分が浸透しても、上記凹部による段差によって通過経路が長いためバリアメタルの酸化を最小限に抑えることができ、金属突起電極の剥がれ、物理的破壊の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における半導体装置の電極部分を示す（ａ）一部拡大断面図および（ｂ）平面図である。この半導体装置の全体構成は先に図４を用いて説明した従来の半導体装置とほぼ同様なので、全体構成の図示を省略し、従来の半導体装置と同様の作用を有する部材に図４と同じ符号を付して説明する。
【００１３】
基板１の表面に２層の入出力パッド２，３が形成され、上層の入出力パッド３上にバリアメタル４（４ａ，４ｂ）を介して、外部端子やインナーリードと接続するための金属突起電極６が形成されている。また入出力パッド２，３の周縁部から基板表面にわたって、回路を保護する為の表面保護膜７が形成されていて、この表面保護膜７の内端が入出力パッド２，３の周縁部とバリアメタル４との間に介在している。
【００１４】
入出力パッド２，３はアルミニウム合金主体の金属で形成されている。金属突起電極６は、入出力パッド２，３と同等か少し大きい面積、かつ、５〜２０ｕｍ程度の高さとなるように、バリアメタル４の上に金やニッケル等の材料でメッキ法により形成されている。バリアメタル４は、入出力パッド２，３と金属突起電極６とが相互拡散しないためのもので、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）等により入出力パッド２，３とほぼ同等の面積に形成されている。
【００１５】
表面保護膜７で覆われていない上層の入出力パッド３の上面の中央部には、７．０μｍ×７．０μｍ程度の凹み３ａをエッチングによって格子状にできるだけ多数に設ける周知の処理が施されている。この入出力パッド３の上面の凹み３ａは、この上面に沿って一定の膜厚で形成するバリアメタル４の表面を凹凸状にして金属突起６との接合表面積を増大させ、入出力パッド３と金属突起６との密着強度を上げるものである。この半導体装置にはさらに、表面保護膜７の内周部に、入出力パッド３の周縁に沿う方向に延びた凹部、ここでは表面保護膜７の矩形の開口８を取り囲む２本の四角枠状のスリット９，１０が形成されている。
【００１６】
具体的には、基板１（半導体チップ）はサイズ２．０ｍｍ×１５．０ｍｍ（程度）であり、その表面に入出力パッド２，３が幅（ピッチ方向）７０μｍ、奥行き８０μｍのサイズにて、１００μｍピッチ間隔で配置されている。表面保護膜７によって覆われない上層の入出力パッド３の中央部領域のサイズ（表面保護膜７の開口８のサイズ）は幅５０μｍ、奥行き６０μｍであり、表面保護膜７によって覆われた入出力パッド３の周縁部領域のサイズは幅、奥行きとも１０μｍである。
【００１７】
表面保護膜７はＰ−ＳｉＮよりなり、厚み１．０μｍ〜１．５μｍ、スリット９、１０の幅２．０μｍである。１層目のバリアメタル４ａとしてのＴｉＷ（Ｔｉ：１０％／ｗ）は０．３μｍ蒸着され、その上に２層目のバリアメタル４ｂとしてのＡｕが０．３μｍ蒸着されている。金属突起電極６としては、Ａｕがめっき工法で１０μｍ〜２０μｍの高さに成長されている。
【００１８】
以下、上記半導体装置の製造方法を説明する。
ウェハ状態の基板１上に、半導体拡散工程のアルミ配線工程でアルミスパッタにより配線層と入出力パッド２，３を形成しておく。
【００１９】
次に、図２（ａ）に示すように、上層の入出力パッド３の上に感光性のフォトレジスト１２、たとえばノボラック型ポジレジスト等を塗布し、このフォトレジスト１２を所定の開口１１ａを設けた露光マスク１１を用いて露光する。その後に現像を行なって、図２（ｂ）に示すような、開口１１ａに対応する入出力パッド３の中央部と周縁部の一部とを覆うフォトレジスト１２を形成する。
【００２０】
このフォトレジスト１２をマスクとして、図２（ｃ）に示すように、基板１の表面を表面保護膜７でコーティングし、膜形成終了後にフォトレジスト１２は除去する。これにより形成される表面保護膜７は、入出力パッド２，３の周縁部から基板表面にわたって覆い、かつ、入出力パッド２，３の外周縁に沿う方向に延びるスリット９，１０を内周部に有したものとなる。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように、基板１上の全体にバリアメタル４（４ａ，４ｂ）を順次に蒸着する。ここでは、金属系材料のターゲット表面にエキシマレーザを照射して、蒸着により金属系皮膜を形成する。
【００２２】
次に、図２（ｅ）に示すように、金属突起電極６の高さ分のソルダーレジスト１４を１５μｍ〜２０μｍ程度厚みにて塗布し、金属突起サイズ（ここでは入出力パッド２，３とほぼ同等サイズ）の開口１３ａを設けた露光マスク１３で露光し、現像することにより、図２（ｆ）に示すように、開口１３ａに対応する開口１４ａをソルダーレジスト１４に形成する。
【００２３】
次に、図２（ｇ）に示すように、ソルダーレジスト１４の開口１４ａ内に金属突起電極６を形成する。ここでは、金属突起電極６として、金（Ａｕ）を電解めっきで所定の高さまで成長させる。
【００２４】
最後に、図２（ｈ）に示すように、金属突起電極６をマスクとしてバリアメタル４の不要部分を酸などで除去する。その後に、スクライブなどを経て半導体装置（半導体チップ）を得る。
【００２５】
以上のような半導体装置は、入出力パッド３の表面に凹み７ａのみならずスリット９，１０によって段差を形成しているため、入出力パッド３上にバリアメタル４を介して形成する金属突起電極６との密着強度を高めることができる。また、バリアメタル４との界面に水分が浸透しても、スリット９，１０による段差で従来よりも経路が長くなっているため、入出力パッド２，３周辺からのバリアメタル４の酸化を最小限にすることができ、金属突起電極６の剥がれ、物理的破壊の発生を抑制できる。よって、入出力パッド２，３を狭ピッチ化、狭幅化しても、接続品質を安定化することができ、小型・薄型半導体装置を実現できる。
【００２６】
このような半導体装置は、液晶パネルなどにＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）実装したり、また、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体装置を構成することができる。ＣＯＧ実装は、携帯電話機器などに使用可能である。またＴＣＰは、携帯電話用液晶パネルや、モニタ、ノートパソコン等の液晶パネルの（狭）額縁などに使用可能である。
【００２７】
図３は、上記した半導体装置をＴＣＰ実装した液晶パネルの周縁部を示す。
半導体装置１５は、多数の配線パターンが形成されたフレキシブルプリント基板たるテープキャリア１６上にＴＡＢ法（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）で搭載され、ＴＣＰ半導体装置１７を構成している。そしてこのＴＣＰ半導体装置１７が、液晶（図示せず）を間に挟んだ一対のガラスパネル１８とバックライト１９とプリントサーキットボード２０とを用いて構成された液晶パネルの周縁部に、ガラスパネル１８の後板とプリントサーキットボード２０とにそれぞれ形成された端子に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を介して接続されることで搭載されている。
【００２８】
図４はＴＣＰ半導体装置１７の接合部の（ａ）部分拡大断面図および（ｂ）平面図である。
ＴＣＰ半導体装置１７のテープキャリア１６には、たとえば２５μｍＦＱ−ＶＬＰ銅箔に錫（Ｓｎ）めっきを０．２μｍ〜０．３μｍ程度施した幅３６μｍのインナーリード２１が複数本形成されていて、このテープキャリア１７のインナーリード２１と半導体装置１５のＡｕ製金属突起電極６とが各々位置合わせされ熱圧着されることで接合されている。熱圧着に際しては、４００℃〜５００℃に加熱されたボンディングツールにより１リード当たり３０ｇ程度の荷重で０．５ｓ〜１．０ｓ程度押圧され、それによりインナーリード２１と金属突起電極６との間に形成されるＡｕ−Ｓｎ共晶２２で両者が接合されている。
【００２９】
図５は、上記した半導体装置をＣＯＧ実装した液晶パネルの周縁部を示す。
半導体装置１５は、ガラスパネル１８の後板に形成された端子に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を介して接続されることで搭載されている。またこのガラスパネル１８の後板とプリントサーキットボード２０とを導通させるためのテープキャリア１６が異方性導電フィルム（ＡＣＦ）で接続して設けられている。
【００３０】
なお、以上の実施の形態では半導体装置を液晶パネルに実装するものとして説明したが、同様にしてプラズマディスプレイパネルなどに実装できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の半導体装置は、液晶ディスプレイ用の高耐圧ゲートドライバー半導体やプラズマディスプレイパネル用のデータドライバー半導体などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の電極部分の構造を示す断面図
【図２】図１の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図３】図１の半導体装置をＴＣＰ実装した液晶パネルの周縁部を示す斜視図
【図４】図３の液晶パネルに実装したＴＣＰ半導体装置の一部を拡大して示した（ａ）断面図および（ｂ）平面図
【図５】図１の半導体装置をＣＯＧ実装した液晶パネルの周縁部を示す斜視図
【図６】従来よりある半導体装置の概略全体構成を示す斜視図
【図７】従来の半導体装置の電極部分の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００３３】
１        基板
２，３    入出力パッド
４        バリアメタル
６        金属突起電極
７        表面保護膜
９，１０  スリット
１５      半導体装置
１６      テープキャリア
１７      ＴＣＰ
【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】
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【図７】
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