(57)【要約】【課題】導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させる半導体装置を提供する。【解決手段】電極パッド１を覆うように半導体チップの表面に形成されている層間膜７と、層間膜７上に形成されている保護膜２と、電極パッド１上の層間膜７及び保護膜２に形成されている開口部３と、開口部３内の電極パッド１上と保護膜２上とに形成されている金属膜４と、金属膜４から直上に伸長されているバンプ電極５と、異方性導電膜を介してバンプ電極５の表面に対向して配されている基板とを備え、基板とバンプ電極５とを、導電粒子１１が含まれる異方性導電膜を介して電気的に接続する半導体装置であって、層間膜７は、保護膜２が形成される面が平坦化されて形成されている。【選択図】図１
2007184372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの表面に配されている電極パッドと、
前記電極パッドを覆うように前記半導体チップの表面に形成されている層間膜と、
前記層間膜上に形成されている保護膜と、
前記電極パッド上の前記層間膜及び前記保護膜に形成されている開口部と、
前記開口部内の前記電極パッド上と、前記保護膜上とに形成されている金属膜と、
前記金属膜から直上に伸長されているバンプ電極と、
異方性導電膜を介して、前記バンプ電極の表面に対向して配されている基板とを備え、
前記基板と前記バンプ電極とを、導電粒子が含まれる異方性導電膜を介して電気的に接続する半導体装置であって、
前記層間膜は、前記保護膜が形成される面が平坦化されて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記開口部の幅が、前記導電粒子の粒子径以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記開口部の内径が、５μｍないし３μｍよりも小さく形成されている請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記開口部の大きさが、前記異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径以下であり、
前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記開口部の内径が、５μｍないし３μｍよりも小さく形成され、
前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極パッド上に層間膜を形成し、前記層間膜の上面を平坦に形成して前記保護膜の上面を平坦に形成し、
前記開口部の大きさが、前記異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電極パッド上に層間膜を形成し、前記層間膜の上面を平坦に形成して前記保護膜の上面を平坦に形成し、
前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体チップ上に形成されたバンプ電極と、前記バンプ電極に異方性導電膜を介して対向配置された基板とを導通させて構成された半導体装置の製造方法であって、
表面に電極パッドが形成された半導体チップ上に層間膜を形成した第１の工程と、
前記層間膜上の全面または一部に保護膜を形成した第２の工程と、
前記電極パッドの上方に金属膜を形成した第３の工程と、
前記電極パッド上に形成された層に、異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径よりも小さい内径で構成される開口部を形成した第４の工程と、
前記金属膜上にバンプ電極を形成した第５の工程と、
前記基板上に形成されている電極と前記バンプ電極とを、異方性導電膜内の導電粒子を介して導通させる第６の工程とを備えたことを特徴と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、半導体チップのバンプ電極の構造および製造方法に関し、特に異方性導電膜を介して他電極と接続する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来からのブラウン管（ＣＲＴディスプレイ：Cathord Ray Tube）に代わる表示ディスプレイとして、ＦＰＤ（Flat Panel Display）の普及が急拡大している。ＦＰＤは、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイなど数種類存在するが、いずれも従来のＣＲＴディスプレイとは原理・構造が異なる。
【０００３】
ＣＲＴディスプレイは、フラスコのような形をした真空のガラスチューブの中で、電子銃から発する電子ビームを蛍光体に衝突させることにより、発光させることができる。そして、この電子ビームの軌道を偏向コイルによってコントロールし、画面の上部から下部まで横方向に線を描きながら高速で走査することによって、映像を表示している。
【０００４】
一方、ＦＰＤは平面パネルの内部に表示素子を持つ。即ち、ＣＲＴディスプレイのように走査することによって映像を表示させるのではなく、一つ一つの表示素子がドット（画素）を構成し、各表示素子を、選択的に電圧もしくは電流によってＯＮ・ＯＦＦの制御することにより映像を表示する。そのため、ＦＰＤは各表示素子に印加する上記電圧（もしくは電流）を制御するための半導体装置を備えている。このような上記半導体装置は、ドライバーＩＣ（もしくは駆動用ＩＣ）と呼ばれている。
【０００５】
ＦＰＤにドライバーＩＣを接続するための方法は、ＣＯＢ（Chip On Bord）、ＣＯＧ（Chip On Glass）、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）、ＣＯＦ（Chip on FPC（フレキシブルプリント配線板；Flexible Print Circuit））など、数種類の方式が実用化されている。ＣＯＢは、ドライバーＩＣを実装したプリント配線基板を、可撓性配線板でＦＰＤパネル上の電極に接続する方式である。ＣＯＧは、ＦＰＤパネル上の電極に、直接ドライバーＩＣを実装する方式である。この方式は、ドライバーＩＣの電極パッド上に金（Ａｕ）などのバンプ電極を形成し、ＦＰＤパネル上の電極と対向させて配置することによって、電気的に直接接合させている。ＴＣＰは、ドライバーＩＣをフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）上の電極部に接続し、ＦＰＣをＦＰＤパネル上の電極に接続する方法であるが、ドライバーＩＣを設置する部分のＦＰＣ基板が打ち抜かれており、ドライバーＩＣと接続するためのＦＰＣ電極が空中に飛び出している（フライング・リード）形状である。ＣＯＦは、ＴＣＰと同様、ドライバーＩＣをＦＰＣ上の電極に接続する方法であるが、ＴＣＰと異なり、ドライバーＩＣを接続する部分のＦＰＣ基板を打ち抜かず、ドライバーＩＣをそのままＦＰＣ基板上の電極に接続する方法である。ＣＯＦは、現在主流となりつつある接続方法である。
【０００６】
ドライバーＩＣのバンプ電極とＦＰＤの電極、もしくはドライバーＩＣのバンプ電極とＦＰＣ上の電極との接合方式の一つに、異方性導電膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）で接合する方式がある。これは、ドライバーＩＣのバンプ電極とＦＰＤ電極もしくはＦＰＣ上の電極の間に設置されるものである。ＡＣＦは、数μｍの導電粒子を熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の絶縁性樹脂の中に分散させたものである。
【０００７】
ＡＣＦによる接続方法は、加熱圧着によって絶縁性樹脂を融解し、融解された絶縁性樹脂をドライバーＩＣのバンプ電極とＦＰＣ上の電極とで挟むことで、バンプ電極とＦＰＣ上の電極との間に位置した導電粒子が両電極に接触し、バンプ電極とＦＰＣ上の電極との間で電気的接続を実現させるものである。次に、絶縁性樹脂が硬化することで、ドライバーＩＣとＦＰＣとの接続が完了する。
【０００８】
このような接続方法において、導電粒子は絶縁性樹脂内に分散されているため、横方向の電極であるドライバーＩＣのバンプ電極間は導通状態にならないが、縦方向であるドライバーＩＣのバンプ電極とＦＰＣ上の電極は、ＡＣＦの導電粒子によって導通状態になる。すなわち、ＡＣＦは異方導電性を持つ接続材料である。なお、上記ドライバーＩＣのＦＰＤ電極への接続方法のうち、ＣＯＧ、ＴＣＰ、ＣＯＦは、主にＡＣＦを用いて接続を行っている。
【０００９】
従来のバンプ電極の構成を、図１８の模式図に示す。
【００１０】
図１８において、ＡＣＦは、絶縁性樹脂６９と、絶縁性樹脂６９中に分散されている導電粒子７１とから構成される。ＡＣＦを介して基板８１とＦＰＤ・ＦＰＣ８２とを接合する際は、ドライバーＩＣのバンプ電極６５と、ＦＰＤ・ＦＰＣ８２に形成されたＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０とで、溶融されている絶縁性樹脂６９中の導電粒子７１を挟み込む。そして、挟み込んだ導電粒子７１ｂを加圧して圧縮することによって、バンプ電極６５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０とが導通可能な状態になる。
【００１１】
また、バンプ電極６５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０との間で、抵抗の少ない理想的な電気的接続を得るためには、この挟み込んだ導電粒子７１ｂの数が重要である。そのためには、バンプ電極６５におけるＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０に対向する面の面積を大きくして、挟み込む導電粒子７１ｂの数を増やす方法がある。しかし、バンプ最小ピッチ４０μｍ以下という狭ピッチを実施するためには、バンプ電極６５の面積を大きくできない。したがって、バンプ電極６５の面積を小さくしながらも、挟み込んだ導電粒子７１を確実に導通状態にさせる必要がある。
【００１２】
また、バンプ電極６５が形成されるプロセス上、バンプ電極６５におけるＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０に対向した表面は平坦にはならず、図１８に示すようにバンプ電極６５の外周部に突出部６５ｃが形成されてしまう。この突出部６５ｃは、一般にドッグボーン（Dog Bone）と呼ばれている。
【００１３】
このように、バンプ電極６５がドッグボーン形状となる原因は、バンプ電極形成の過程で金（Ａｕ）は同じ厚みで成長していくため、基板８１上の電極パッド６１の周囲の保護膜層６２によって形成されるバンプ電極下の段差が、バンプ電極６５の表面にも現れてしまうためである。
【００１４】
このドッグボーンによって、図１８に示すようにバンプ電極６５の表面中央の広範囲に、窪み６５ｄが生じてしまう。よって、突出部６５ｃとＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０とで導電粒子７１ｂを挟み込んで圧縮させた際の、窪み６５ｄとＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０との距離が導電粒子７１の直径よりも大きい場合、図１８に示すように、窪み６５ｄ内に位置する導電粒子７１ａは、バンプ電極表面６５ｄとＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０とで十分な圧縮を行えない。導電粒子７１は、規定された圧力以上で圧縮されたものだけが導電性をもつため、導電粒子７１ａは導通に寄与しなくなり、バンプ電極６５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極７０間の抵抗値が高くなってしまう。
【００１５】
そこで、上記のような問題に対して特許文献１に開示された方法がある。特許文献１に開示された方法は、保護膜層６２の開口を上記バンプ中央に１箇所、もしくは数箇所作成することにより、電極パッドと保護膜層の段差を中央のみに形成することで、上記ドッグボーンの領域を増やし、窪みの面積を小さくしている。これにより、圧縮可能な導電粒子の数を増やし、電極間の抵抗値を低くしている。
【００１６】
このように、ＣＯＧ、ＴＣＰ、ＣＯＦ接続に使用される上記ＡＣＦを用いてドライバーＩＣとＦＰＤ・ＦＰＣ電極を接続するにあたり、いかにして、バンプ電極とＦＰＤ・ＦＰＣ電極の間に、導電に寄与する上記ＡＣＦの導電粒子を挟み込むかが重要となってくる。微細化に伴い、バンプのピッチサイズは縮小傾向にある。バンプ面積が小さい中、抵抗の低い理想的な導通を得るためには、バンプ電極のＦＰＤ・ＦＰＣ電極に向けられた表面を平坦化させる必要がある。
【特許文献１】特開平１１−３１６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載のバンプ電極の表面は、電極パッドと、電極パッド上もしくは電極パッド周囲の保護膜層との段差によって、平坦ではなくディンプル４ａが形成されてしまう。このディンプル４ａの内径が導電粒子の直径よりも大きく形成される可能性があり、その場合はディンプル４ａに導電粒子が嵌り込んで。抵抗が低い理想的な導通を得ることができないという課題がある。
【００１８】
本発明は上記課題に鑑み、バンプ電極表面を平坦、もしくはバンプ電極表面上の凹凸を導電粒子直径以下にすることで、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させる半導体装置を提供する。また、そのような半導体装置に適した製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、半導体チップの表面に配されている電極パッドと、前記電極パッドの内外域を覆う層間膜と、前記層間膜上に形成されている保護膜と、前記電極パッド上の前記層間膜及び前記保護膜に形成されている開口部と、前記開口部内の前記電極パッド上と、前記保護膜上とに形成されている金属膜と、前記金属膜から直上に伸長されているバンプ電極と、異方性導電膜を介して、前記バンプ電極の表面に対向して配されている基板とを備え、前記基板と前記バンプ電極とを、導電粒子が含まれる異方性導電膜を介して電気的に接続する半導体装置であって、前記層間膜は、前記保護膜が形成される面が平坦化されて形成されている。
【００２０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上に形成されたバンプ電極と、前記バンプ電極に異方性導電膜を介して対向配置された基板とを導通させて構成された半導体装置の製造方法であって、表面に電極パッドが形成された半導体チップ上に層間膜を形成した第１の工程と、前記層間膜上の全面または一部に保護膜を形成した第２の工程と、前記電極パッドの上方に金属膜を形成した第３の工程と、前記電極パッド上に形成された層に、異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径よりも小さい内径で構成される開口部を形成した第４の工程と、前記金属膜上にバンプ電極を形成した第５の工程と、前記基板上に形成されている電極と前記バンプ電極とを、異方性導電膜内の導電粒子を介して導通させる第６の工程とを含んだものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る半導体装置の電極構造によれば、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の半導体装置は、前記開口部の大きさが、前記導電粒子の粒子径以下である構成としてもよい。
【００２３】
また、前記開口部の内径が、５μｍないし３μｍよりも小さく形成されている構成としてもよい。
【００２４】
また、前記開口部の大きさが、前記異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径以下であり、前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている構成としてもよい。
【００２５】
また、前記開口部の内径が、５μｍないし３μｍよりも小さく形成され、前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている構成としてもよい。
【００２６】
また、前記電極パッド上に層間膜を形成し、前記層間膜の上面を平坦に形成して前記保護膜の上面を平坦に形成し、前記開口部の大きさが、前記異方性導電膜に含まれる導電粒子の粒子径以下である構成としてもよい。
【００２７】
また、前記電極パッド上に層間膜を形成し、前記層間膜の上面を平坦に形成して前記保護膜の上面を平坦に形成し、前記金属膜で前記開口部を埋め込むことにより、前記金属膜の上面を平坦に形成されている構成としてもよい。
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の半導体装置の電極構造を示す断面図である。図２は、図１に示す電極構造の開口部をＸ方向から見た矢視平面図であって、図２のＹ‐Ｙ′部の断面が図１である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、半導体装置における電極構造は、半導体チップ９１の表面に形成された電極パッド１と、電極パッド１のパッド面１ａの内外域にわたって形成された層間膜７と、層間膜７上に被膜形成された保護膜２と、保護膜２に開口形成された開口部３と、保護膜２の上から被膜形成された金属膜４と、金属膜４に被着されたバンプ電極５とから構成されている。
【００３１】
電極パッド１は、ウェハプロセスによって、半導体チップ９１の表面に、たとえばＡｌやＣｕ、Ａｕなどで薄膜形成されたものである。電極パッド１は、半導体チップ９１の内部回路と外部の電極端子などとの導通接続を図るためのものである。
【００３２】
層間膜７は、電極パッド１の全面と、パッド１の周囲にわたって被膜形成されたものである。層間膜７は、パッド面１ａ上に形成された層間膜表面７ａの基板表面９１ａ上からの高さｈと、半導体チップ面Ａ上に形成された層間膜表面７ｂの基板表面９１ａからの高さｈ′とが等しくなるように形成されたものであり、代表的なものではＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＳＯＧ（Spin On Glass）法などによって成膜されたＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＯＣ膜、ＣＦ膜を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法やレジストエッチバック法によって平坦化されたものである。
【００３３】
保護膜２は、層間膜７において開口部３を残存させつつ、その層間膜面７ａに被膜形成されたものである。開口部３は、電極パッド１のパッド面１ａの外縁部に沿って設けられており、その開口幅は、一般的なＡＣＦの導電粒子径である３〜５μｍよりも小さい形状・寸法である、３ないし５μｍ以下に形成されることが望ましい。これにより、保護膜２は、開口部３の部分を残して、それ以外の大部分が平坦化された状態になる。開口部３の開口幅は、導電粒子径よりも小さければ良いため、開口幅や導電粒子径は上記寸法に限定されない。このような保護膜２は、半導体チップ９１に加えられる熱的ストレスや機械的ストレス、および不純物による汚染から内部回路を保護するために表面形成されたものであり、代表的なものはＣＶＤ法やＳＯＤ（Spin On Dielectric）法によって成膜されたＳｉ３Ｎ４膜、ＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate Glass）膜、ポリイミド膜である。
【００３４】
金属膜４は、いわゆるＵＢＭ（Under Bump Metal）と呼ばれるものであり、たとえば二層構造により下層を２０００Å程度のＴｉＷ、上層を１０００Å程度のＡｕとして、スパッタリング法や真空蒸着法、ＣＶＤ法などによって形成されたものである。なお、二層構造のＵＢＭ材料は、上記に限らず、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ、Ｎｉ／Ｃｒ（上層／下層材料）などでも良い。また、ＵＢＭの構造は二層に限らず、一層や三層などでも良い。金属膜４は、保護膜２の上から開口部３の内面に被着しつつ、層間膜面７ａに相対して被膜形成される。層間膜上面７ａが平坦化されているため、金属膜４は、開口部３以外の大部分が平坦化された状態となる。また、金属膜４における二層構造の下層のＴｉＷによれば、電極パッド１や保護膜２との密着性を良好なものとし、上層のＡｕによれば、バンプ電極５のＡｕとの密着性を良好なものとすることができる。つまり、金属膜４は、電極パッド１と後述するバンプ電極５との密着性および導電性を良好とするために、被膜形成されたものである。
【００３５】
バンプ電極５は、半導体チップ９１の表面における電極パッド１のパッド面１ａに相対する位置において凸状に形成されており、たとえばＡｕのメッキ処理によって金属膜４を電極として被着され、伸長生成される。つまり、バンプ電極５は、その底面５ａの全域から直上に伸長生成された形状（いわゆるストレートウォール形状）を呈しており、開口部３に相対する部分以外の上面５ｂが平坦化されている。また、バンプ電極５は、その上面５ｂに比べて狭小な凹部５ｃを有する。この凹部５ｃは、開口部３よりバンプ電極が伸長生成されるために形成されたものであるが、開口部３の幅は導電粒子１１の粒子径よりも小さく形成されているため、バンプ電極凹部５ｃの幅も導電粒子１１の粒子径よりも小さく形成される。そのため、バンプ電極上面５ｂにおける如何なる部分であっても、導電粒子１１をＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０とバンプ電極５とで挟み込むことが可能となり、実質的な接合に寄与するバンプ面積を減少させることなく、導電粒子１１によってドライバーＩＣ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０とを良好な接合状態に保つことができる。
【００３６】
ＡＣＦは、絶縁性樹脂９と、絶縁性樹脂９中に分散している導電粒子１１とから構成されている。このように構成されたＡＣＦに対して、加熱圧着によって絶縁性樹脂９を融解し、ドライバーＩＣのバンプ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ基板９２上の電極１０の間に導電粒子１１を挟むことで、バンプ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０だけが導電性を持つ。さらに、融解されている絶縁性樹脂９が硬化することで、ドライバーＩＣとＦＰＣとを接続することができる。絶縁性樹脂９は、熱硬化性樹、熱可塑性樹脂、脂合成ゴムなどで形成されており、主として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂などが用いられる。また、導電粒子１１は、エポキシ、スチレン、アクリル等の樹脂核にＮｉメッキ処理と金メッキ処理をしたもの、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇのような金属粒子そのもの、絶縁被覆された金属粒子などが用いられる。
【００３７】
次に、上記構成を有する半導体装置における電極構造の製造方法について、図３から図８を参照して説明する。
【００３８】
まず、図３に示すように、半導体チップ９１の表面に電極パッド１が形成された状態において、その表面上にＣＶＤ法などによって層間膜７を被膜形成する。層間膜７の形成後は、基板表面９１ａと電極パッド１との境界付近に段差が発生するため、段差をなくし層間膜全面を平坦化するために、ＣＭＰ法やレジストエッチバック法などの平坦化技法を用いる。このような工程を「層間膜形成工程（１）」と呼ぶ。
【００３９】
次に、図４に示すように、層間膜７の表面全面にＣＶＤ法などによって保護膜２を被膜形成する。その後、開口部３を作成するためレジスト層６を形成し、ドライエッチングなどにより開口部３を形成する。次に、レジスト層６を除去して、保護膜２を露出させる。このような工程を「保護膜形成工程（２）」と呼ぶ。
【００４０】
次に、図５に示すように、保護膜２の上に、スパッタリングや真空蒸着法、ＣＶＤ法などによって、金属膜４を被膜形成する。このような工程を「金属膜形成工程（３）」と呼ぶ。
【００４１】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ法などによって、レジスト層６を形成する。この際、金属膜４の上には、直立状の空間部６ａが残存された状態で、それ以外の金属膜４上にレジスト層６が形成される。また、空間部６ａにおける内側面６ｂの高さは、その空間部６ａにバンプ電極５が形成されることから、バンプ電極５の厚みとほぼ同一となるように膜厚調整されている。このような工程を「レジスト層形成工程（４）」と呼ぶ。
【００４２】
次に、図７に示すように、メッキ処理によって、たとえばＡｕを空間部６ａに被着生成させる。これにより、Ａｕから構成されるバンプ電極５が形成されるが、バンプ電極５の底面５ａに相当する部分が平坦化された金属膜４の上に被着しつつ伸長生成されるため、バンプ電極５の上面５ｂは凹部５ｃを除いてほぼ平坦化されている。このようなメッキ処理による工程を「バンプ電極形成工程（５）」と呼ぶ。
【００４３】
次に、金属膜４上に形成されたレジスト層６を除去することにより、ストレートウォール形状のバンプ電極５が現れることとなる。このような工程を「レジスト層除去工程（６）」と呼ぶ。上記レジスト層除去工程（６）の後、最終的にバンプ電極５との接合に関与しない金属膜４をエッチングによって除去し、熱処理工程などを経て図８に示すようなドライバーＩＣの電極構造が形成されることとなる。このような工程を、「ドライバーＩＣ電極形成工程（７）」と呼ぶ。
【００４４】
次に、図９に示すように、ドライバーＩＣのバンプ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０の間に、絶縁性樹脂９と絶縁性樹脂９中に分散している導電粒子１１とから構成されるＡＣＦを挟み込み、半導体チップ９１とＦＰＤ・ＦＰＣ基板９２を加熱圧着する。それにより、バンプ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０に挟まれた導電粒子１１が、バンプ電極５とＦＰＤ・ＦＰＣ電極１０とを導通させると同時に、加熱後、絶縁性樹脂９が冷却され硬化することによって、半導体チップ９１とＦＰＤ・ＦＰＣ基板９２とを接着することができる。このような工程を「ＡＣＦ接続工程（８）」と呼ぶ。
【００４５】
次に、上記半導体装置の電極構造の作用について説明する。
【００４６】
図１に示すように、バンプ電極５は、電極パッド１のパッド面１ａと相対する位置において、その底面５ａ全域を金属膜４に被着した状態になっている。また、バンプ電極５は、保護膜２に開口形成された開口部３の金属膜４を介して、電極パッド１と導通接続された状態とされている。これにより、半導体チップ９１の内部回路は、電極パッド１、開口部３における金属膜４、およびバンプ電極５を介して、外部の電極などと接続された状態となっている。
【００４７】
さらに、バンプ電極５は、上面５ｂにおける凹部５ｃを除いた大部分が平坦化されているだけでなく、凹部５ｃの内径は、ＡＣＦによって接続する際の導電粒子径よりも小さいため、実質的にバンプ全面が接合に寄与することができるため、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる半導体装置の電極構造の実施形態２について説明する。
【００４９】
図１０および図１１は実施形態２の電極構造を示しており、図１１は図１０に示す電極構造の開口部をＸ方向から示した平面図であり、図１０は図１１のＹ‐Ｙ′部の断面である。
【００５０】
図１０は、実施形態１における図１と類似した構造であるが、実施の形態１の開口部３の形成方法と異なる点は、
１．電極パッド面１ａ上の層間膜７上に、図１０中の符号８で示す部分のみ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔなどの電極パッド上金属膜８を形成
２．電極パッド上金属膜８と層間膜７ａ全域とに保護膜２を被膜形成した後に、保護膜２の開口部３を形成
３．電極パッド上金属膜８をマスクとして、保護膜２の開口部３を形成
した点である。
【００５１】
これにより、電極１と電極パッド上金属膜８を、金属膜４によって接続することにより、電極１とバンプ電極５の導電性をさらに良好にすることができる。
【００５２】
なお、開口部３の開口幅は、一般的なＡＣＦの導電粒子径である３〜５μｍよりも、小さい形状・寸法である３ないし５μｍ以下に形成されることが望ましい。また、開口幅は、導電粒子径よりも小さければ良いため、開口幅や導電粒子径は上記寸法に限定されない。
【００５３】
次に、上記構成を有する半導体装置における電極構造の製造方法について、図１２、図１３を参照して説明する。
【００５４】
まず、層間膜形成工程（１）は、前述した実施形態１における図３と形成方法・構造ともに同一であるため、説明は省略する。
【００５５】
次に、層間膜形成工程（１）の後、図１２に示すように、層間膜７上にＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔなどの電極パッド上金属膜８を形成し、その後、全面にＣＶＤ法などによって保護膜２を被膜形成する。その際、電極パッド上金属膜８の膜厚と、電極パッド上金属膜８以外の平面部に成膜された保護膜２の膜厚とが、等しくなるようにする。このような工程を「保護膜成膜工程（９）」と呼ぶ。
【００５６】
次に、図１３に示すように、電極パッド上金属膜８と開口部３を形成させるための領域以外の部分にレジスト層６を形成し、ドライエッチングなどによりレジスト層６と電極パッド上金属膜８をマスクとして開口部３を形成する。次に、レジスト層６を除去し、保護膜２を露出させる。このような工程を「保護膜形成工程（１０）」と呼ぶ。
【００５７】
保護膜形成工程（１０）以降の製造方法は、前述の実施形態１において図５を参照して説明した金属膜形成工程（３）から、図９を参照して説明したＡＣＦ接続工程（８）までと同一であるため、説明は省略する。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。
【００５９】
図１４および図１５は実施形態３における電極構造を示しており、図１５は図１４に示す電極構造の開口部をＸ方向から示した平面図であり、図１４は図１５のＹ−Ｙ′部の断面である。
【００６０】
この電極構造は、図１５に示すように、開口の形状を格子、ハニカム構造などとした開口部２３を設けたものである。開口部２３の開口幅は、一般的なＡＣＦの導電粒子径である３〜５μｍよりも小さい形状・寸法である３μｍないし５μｍ以下に形成されることが望ましい。また、開口幅は導電粒子径よりも小さければ良いため、開口幅や導電粒子径は上記寸法に限定されない。
【００６１】
この場合、バンプ電極２５と電極パッド２１とは、保護膜２２に格子、ハニカム構造などで開口形成された開口部２３の金属膜２４を介して導通接続された状態にあるので、開口部２３によって導通に寄与する面積が大きく確保される結果、バンプ電極２５と電極パッド２１との密着性および導電性を著しく向上することができる。
【００６２】
なお、開口の形状は、開口部の幅がＡＣＦの導電粒子径よりも小さいのであれば、上記構造にとらわれず、いかなる形状であっても良い。さらに、前述の図１０に示した電極パッド上の保護膜を金属膜８に替えた電極構造と同様、図１４中の電極パッド上の保護膜を金属膜に替えることで、電極パッド２１とバンプ電極２５の導電性をさらに良好にすることもできる。
【００６３】
（実施の形態４）
上記説明した一実施形態に対し、本発明にかかる半導体装置の電極構造の他の実施形態としては、図１６に示すようなものであってもよい。
【００６４】
図１６の保護膜形成工程までは、前述の図１と同様に形成されるが、ＵＢＭである金属膜４４の形成において、ＣＶＤ法やメッキ法によって金属膜４４を図１６のように開口部４３に埋め込むことにより、金属膜４４表面上を平坦化することを特徴とする。
【００６５】
図１６に示すように、金属膜４４の表面が平坦化されているため、そこから伸長生成されたバンプ電極４５の上面４５ｂも平坦化されており、バンプ電極上面の全面積が接合に寄与することができるため、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００６６】
開口部４３の開口幅は、一般的なＡＣＦの導電粒子径である３〜５μｍよりも小さい形状・寸法である３μｍないし５μｍ以下に形成されることが望ましい。上記開口幅は導電粒子径よりも小さければ良いため、開口幅や導電粒子径は上記寸法に限定されない。
【００６７】
また、金属膜４４表面は、図のように完全に平坦化されなくとも、金属膜４４表面上の凹凸の幅が導電粒子径よりも小さければ、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００６８】
（実施の形態５）
さらに、前述の金属膜を埋め込むことでバンプ電極表面を平坦化させる半導体装置の電極構造の別形態として、図１７に示すようなものであってもよい。
【００６９】
図１７の保護膜形成工程までは、前述の図１５と同様に形成されるが、ＵＢＭである金属膜４４の形成において、ＣＶＤ法やメッキ法によって金属膜４４を図のように開口部４３に埋め込むことにより、金属膜４４表面上を平坦化することを特徴とする。
【００７０】
図１７に示すように、金属膜４４表面が平坦化されているため、そこから伸長生成されたバンプ電極４５の上面４５ｂも平坦化されており、導電粒子径がいかなる大きさであってもバンプ全面が接合に寄与することができるため、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。また、バンプ電極４５と電極パッド４１とは、保護膜４２に格子、ハニカム構造などで開口形成された開口部４３の金属膜４４を介して導通接続された状態にあるので、開口部４３によって導通接続に寄与する面積が大きく確保される結果、バンプ電極４５と電極パッド４１との密着性および導電性を著しく向上することができる。
【００７１】
開口部４３の開口幅は、一般的なＡＣＦの導電粒子径である３〜５μｍよりも小さい形状・寸法である３μｍないし５μｍ以下に形成されることが望ましい。開口幅は、導電粒子径よりも小さければ良いため、開口幅や導電粒子径は上記寸法に限定されない。
【００７２】
また、金属膜４４表面は、図のように完全に平坦化されなくとも、金属膜４４表面上の凹凸の幅が導電粒子径よりも小さければ、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００７３】
なお、本発明の適用範囲は、ＡＣＦによって接続される全ての電極構造に対して適用されるものであり、ＦＰＤ・ＦＰＣ基板上の電極に実装されるドライバーＩＣに限定されない。
【００７４】
また、電極構造自体に関しても、上記実施形態及び実施例において示した事項に限定されず、導電バンプの形状、寸法、保護膜の開口サイズ、配置、個数などは、上述したものに限定されない。
【００７５】
また、ＡＣＦの絶縁性樹脂が、熱硬化性、熱可塑性、半熱硬化性などのものであるか、導電粒子の寸法、その組成が金属粒子、金属めっきされた樹脂又は金属粒子、絶縁被覆された金属粒子であるかなどは、本発明を限定する要素にはならない。
【００７６】
なお、本発明に開示されている内容には、以下の構成を含むものとする。
【００７７】
本発明にかかわる半導体装置の電極構造は、半導体チップの表面に電極パッドを有し、そのパッド面上に凸状のバンプ電極を備えた半導体装置の電極構造であって、他基板上電極と上記電極パッドとをＡＣＦを介し電気的に接続するに当たり、上記バンプ表面の凹凸の大きさをＡＣＦの導電粒子径よりも小さくし、接続することを特徴としている。
【００７８】
上記バンプ表面の凹凸の大きさをＡＣＦの導電粒子径よりも小さくするための技術的手段として、凹凸、すなわちドッグボーンの原因であるバンプ電極の底面となる電極パッドと保護膜の段差部分そのものを軽減する方法を挙げる。通常は電極パッド上に保護膜を成膜し、保護膜を開口することで電極パッドとバンプ電極を導通させるが、本件構造は上記電極パッドに対し保護膜を直接成膜するのではなく、上記電極パッドのパッド面上およびパッド外領域に層間膜を形成することで、電極パッドと、電極パッド周囲の下地の段差を無くすことを特徴とする。その上で、上記電極パッド上への保護膜開口部の開口幅を導電粒子径よりも小さく形成し、上記開口部を残存させつつ、そのパッド面の内外域にわたり、その電極パッド上層と保護膜上層を同じ高さのまま保護膜を形成し、上記電極パッド上層と保護膜上にバンプ電極形成のための電極となる金属膜を成膜後、バンプ電極を形成する。これにより、電極パッドと保護膜との段差が生じないため、バンプ電極の凹凸は電極パッドに開口した領域に生じる窪みのみとなる上、開口幅が導電粒子径よりも小さく形成されているため、実質的な接合に寄与するバンプ面積を減少させることなく、ＡＣＦを介してドライバーＩＣとＦＰＤ、ＦＰＣ電極とを良好な接合状態に保つことができる。
【００７９】
上記開口の形状は、その開口幅が導電粒子径よりも小さければいかなる形状であっても良い。本発明の好ましい形態としては、保護膜の開口部を上記電極パッド外縁部にそって溝状に設ける形状、複数の開口を持つ形状、中央に１箇所のみ開口を持つ形状などが挙げられる。
【００８０】
上記金属膜は、ＴｉＷとＡｕ、ＴｉとＡｕ、ＴｉとＰｄ、ＮｉとＣｒ等の多層金属膜を、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などで形成した、いわゆるＵＢＭが適用可能である。
【００８１】
また、他の課題を解決する手段として、上記のような電極パッド上とその周囲に層間膜を成膜するバンプ電極構造において、表面の凹凸の大きさをＡＣＦの導電粒子径よりも小さくするのではなく、バンプ電極そのものを平坦化することで、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく良好な接合状態を保つことができる構造を提案する。
【００８２】
バンプ電極そのものを平坦化する具体的手段として、電極パッド上への保護膜開口部に発生する段差を、ＵＢＭ形成時の金属膜を上記開口内部に埋め込むことにより、上記金属膜上を平坦化し、それによりバンプ電極も平坦化する方法を挙げる。まず、パッド面上およびパッド外領域に層間膜を形成することで、電極パッドと、電極パッド周囲の下地の段差を無くす。上記電極パッド上への保護膜開口部を残存させつつ、そのパッド面の内外域にわたり、その電極パッド上層と保護膜上層を同じ高さのまま保護膜を形成する。その後、上記電極パッド上層と保護膜上にバンプ電極形成のための電極となる金属膜を、上記開口を埋め込む形で成膜することで、電極パッド上の上層部の金属膜、保護膜上層部の金属膜、上記開口部分に埋め込まれた金属膜のいずれの金属膜の高さを同じにすることにより、形成された金属膜を平坦化することができる。上記平坦化された金属膜を電極としてバンプ電極を形成することにより、バンプ電極上層表面も平坦化されるため、ＡＣＦを介してドライバーＩＣとＦＰＤ、ＦＰＣ電極とを良好な接合状態に保つことができる。
【００８３】
上記開口の大きさ、形状は、その開口を金属膜によって埋め込むことが可能であれば、いかなる形状であっても良い。本発明の好ましい形態としては、保護膜の開口部を上記電極パッド外縁部にそって溝状に設ける形状、複数の開口を持つ形状、中央に１箇所のみ開口を持つ形状などが挙げられる。
【００８４】
次に、他の課題を解決する手段として、上記のように、電極パッド上とその周囲に層間膜を成膜するバンプ電極構造ではなく、電極パッド上に直接保護膜を形成するバンプ電極構造であって、バンプ表面の凹凸の大きさをＡＣＦの導電粒子径よりも小さくするため電極上の保護膜を複数開口し、なおかつ、その形成された開口の大きさがＡＣＦの導電粒子径と同じか、それよりも小さい形状にすることで、バンプ電極表面の凹凸の大きさを導電粒子径以下に抑え、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく良好な接合状態を保つことができる構造を提案する。
【００８５】
上記電極パッドのパッド面上に、導電粒子径よりも小さい保護膜の開口を複数形成し、上記電極パッド上と保護膜上にバンプ電極形成のための電極となる金属膜を成膜後、バンプ電極を形成する。上記電極パッド上の開口幅が導電粒子径よりも小さいため、金属膜を成膜後の金属膜表面の凹凸の大きさも導電粒子径よりも小さく形成することができる。そのため、上記金属膜を電極として直上に伸長されて形成されたバンプ電極表面の凹凸の大きさも、導電粒子径よりも小さくすることができる。上記バンプ電極構造を形成することにより、実質的な接合に寄与するバンプ面積を減少させることなく、ＡＣＦを介してドライバーＩＣとＦＰＤ、ＦＰＣ電極とを良好な接合状態に保つことができる。
【００８６】
また、他の課題を解決する手段として、上記のような電極パッド上に導電粒子径よりも小さく開口された保護膜を直接形成するバンプ電極構造であって、上記バンプ電極表面の凹凸の大きさをＡＣＦの導電粒子径よりも小さくするのではなく、バンプ電極そのものを平坦化することで、導通に寄与する導電粒子数を損なうことなく良好な接合状態を保つことができる構造を提案する。
【００８７】
上記電極パッドのパッド面上に、複数開口した保護膜を形成し、上記電極パッド上と保護膜上にバンプ電極形成のための電極となる金属膜を、上記開口を埋め込む形で成膜することで、電極パッド上の金属膜、保護膜上の金属膜、上記開口部分に埋め込まれた金属膜のいずれの金属膜の高さを同じにすることにより、形成された金属膜を平坦化することができる。上記平坦化された金属膜を電極としてバンプ電極を形成することにより、バンプ電極上層表面も平坦化されるため、ＡＣＦを介してドライバーＩＣとＦＰＤ、ＦＰＣ電極とを良好な接合状態に保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、実装信頼性の高いバンプ電極を形成する方法等に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の電極構造を示す断面図
【図２】図１に示す電極構造をＸ方向から示す平面図
【図３】層間膜形成工程における電極構造の断面図
【図４】保護膜形成工程における電極構造の断面図
【図５】金属膜形成工程における電極構造の断面図
【図６】レジスト層形成工程における電極構造の断面図
【図７】バンプ電極形成工程における電極構造の断面図
【図８】ドライバーＩＣ電極形成工程における電極構造の断面図
【図９】ＡＣＦ接続工程における電極構造の断面図
【図１０】実施の形態２における半導体装置の電極構造を示す断面図
【図１１】図１０に示す電極構造をＹ方向から示す平面図
【図１２】図１０に示す電極構造の製造方法について、保護膜成膜工程を示す断面図
【図１３】図１０に示す電極構造の製造方法について、保護膜形成工程を示す断面図
【図１４】実施の形態３における半導体装置の電極構造を示す断面図
【図１５】図１４に示す電極構造をＹ方向から示す平面図
【図１６】実施の形態４における半導体装置の電極構造を示す断面図
【図１７】実施の形態５における半導体装置の電極構造を示す断面図
【図１８】従来の半導体装置の電極構造について、その断面を示す断面図
【符号の説明】
【００９０】
１，１０，２１，３０  電極パッド
１ａ  電極パッド上面
２，２２  保護膜
３，２３  開口部
４，２４  金属膜
５，２５  バンプ電極
５ａ  バンプ電極底面
５ｂ  バンプ電極上面
６  レジスト層
７  層間膜
７ａ，７ｂ  層間膜上面
８  電極パッド上金属膜
９，２９  絶縁性樹脂
１１，３１  導電粒子
９１  半導体チップ
９１ａ  半導体チップ表面
９２  ＦＰＣ・ＦＰＤ
【図１】
2007184372.tif 000003
【図２】
2007184372.tif 000004
【図３】
2007184372.tif 000005
【図４】
2007184372.tif 000006
【図５】
2007184372.tif 000007
【図６】
2007184372.tif 000008
【図７】
2007184372.tif 000009
【図８】
2007184372.tif 000010
【図９】
2007184372.tif 000011
【図１０】
2007184372.tif 000012
【図１１】
2007184372.tif 000013
【図１２】
2007184372.tif 000014
【図１３】
2007184372.tif 000015
【図１４】
2007184372.tif 000016
【図１５】
2007184372.tif 000017
【図１６】
2007184372.tif 000018
【図１７】
2007184372.tif 000019
【図１８】
2007184372.tif 000020