(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パッド上に設ける突起電極と回路基板に設けた回路電極とを導電粒子を含む異方性導電接着剤で接着する半導体装置において、
前記電極パッド上の周縁部に絶縁膜を備え、
前記電極パッド上に前記導電粒子の大きさより小さい複数の開口部を有する突起状感光性樹脂を設け、
前記突起状感光性樹脂を覆い前記電極パッドに接続する突起電極層を有し、
前記突起電極層は、前記開口部に対応する位置に凹部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
電極パッド上の周縁部に絶縁膜を形成する工程と、
前記電極パッドの上部に第１の感光性樹脂を形成する工程と、
前記第１の感光性樹脂を前記電極パッドが露出するようにするとともに、導電粒子の大きさより小さい複数の開口部を形成するようにパターンニングして突起状感光性樹脂を形成する工程と、
前記第１の感光性樹脂の上面の前記開口部に対応する位置に凹部を形成するとともに、該上面と側面と前記電極パッド上面とに突起電極層を形成する工程と、
前記突起電極層の上部に第２の感光性樹脂を形成する工程と、
前記第２の感光性樹脂を前記突起状感光性樹脂に対応する領域に残存するようにパターンニングする工程と、
前記第２の感光性樹脂をエッチングマスクにして前記突起電極層をエッチングする工程と、
前記第２の感光性樹脂を除去する工程とを有する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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を回路基板に異方性導電接着剤をもちいて電気的および機械的な接続を行なう突起電極の構造とその突起電極の製造方法およびその接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における突起状感光性樹脂を有する突起電極の構造と、この構造を形成するための製造方法を、図８〜図１４の断面図をもちいて説明する。
【０００３】
〔突起電極構造：図１２〕
はじめに、図１２をもちいて従来技術の突起電極の構造を説明する。
図１２にしめすように、半導体基板１２上に電極パッド１４を開口するように絶縁膜１６を形成する。
さらに、電極パッド１４が露出するように、開口部を有する突起状感光性樹脂２０を形成する。
【０００４】
またさらに、突起状感光性樹脂２０と、その突起状感光性樹脂２０の開口部内の電極パッド１４とを覆うように突起電極層２２を形成する。すなわち、突起電極は、突起状感光性樹脂２０と突起電極層２２とから構成している。
【０００５】
〔突起電極の製造方法：図８〜図１４〕
つぎに、この従来の技術における半導体装置の構造を得るための製造方法を、図８〜図１４の断面図および平面図を用いて説明する。図１３は突起電極構造をしめす平面図であり図１２は図１３のＢ−Ｂ断面をしめす断面図である。
【０００６】
はじめに図８にしめすように、半導体基板１２上の全面に、絶縁膜１６を形成し、フォトエッチング技術により、電極パッド１４を露出するように開口部を有する絶縁膜１６を形成する。
このときの平面形状を、図１３の平面図の破線にて図示している絶縁膜開口部３４にしめす。
【０００７】
つぎに図９にしめすように、第１の感光性樹脂１８を、半導体基板１２上の全面に回転塗布法により形成する。
【０００８】
その後、図１０にしめすように露光処理、および現像処理を行ない、電極パッド１４が露出するように、第１の感光性樹脂１８をパターンニングして、開口部を形成した突起状感光性樹脂２０を形成する。
このときの電極パッド１４の開口部の平面形状を、図１３の平面図の右上りの斜線にて図示する突起状感光性樹脂開口部１７にしめす。なお、この電極パッド１４の開口部は、２０μｍ〜３０μｍ角の大きさで形成する。
【０００９】
その後、窒素雰囲気中で温度１５０℃で時間３０分の焼成処理を行ない、さらに連続して温度３５０℃で時間３０分の焼成処理を行い、突起状感光性樹脂２０は焼成処理後、５μｍの厚さとなるように形成する。
【００１０】
この第１の感光性樹脂１８からなる突起状感光性樹脂２０は、突起電極の高さを確保するコアとしての役割をもつとともに、実装後の応力緩和としての役割ももつ。
【００１１】
その後、図１１にしめすように、突起状感光性樹脂２０および絶縁膜１６上の全面にスパッタリング法によって、電極層２１材料として、チタニウム（Ｔｉ）を０．２μｍ、金（Ａｕ）を０．１μｍ、の膜厚で順次膜形成する。
すなわち、電極層２１は２層構造としている。
【００１２】
この電極層２１は、電極パッド１４で形成される電極材料との電気的および機械的接続性が良好で、電極材料相互の拡散がなく安定な電極材料の選定が必要である。
【００１３】
その後、第２の感光性樹脂２４を回転塗布法により、電極層２１上の全面に形成する。
さらに所定のフォトマスクをもちいて露光処理と、現像処理を行ない突起状感光性樹脂２０上に残存するように、第２の感光性樹脂２４をパターニングする。
【００１４】
つぎに第２の感光性樹脂２４をエッチングマスクに使用して、電極層２１の上層である金（Ａｕ）を王水を使用してエッチングを行う。
なお、このエッチング処理は、ジャストエッチングから３０％のオーバーエッチング時間でエッチングを行う。
【００１５】
つぎにメルテックス製のチタニウムのエッチング液であるアクタン７０（商品名）により電極層２１のバリヤ層および密着層であるチタニウムのエッチングを行う。
なおこのエッチング処理はジャストエッチングから３０％のオーバーエッチング時間でエッチングを行い、突起電極層２２の形成を行う。
【００１６】
その後、湿式剥離液をもちいて、エッチングマスクとして使用した第２の感光性樹脂２４の除去を行う。この結果、第１の感光性樹脂１８からなる突起状感光性樹脂２０をコアとし、その表面にチタニウム−金からなる電極層２１からなる突起電極層２２を形成することができる。
このときの突起電極層２２の平面形状を、図１３の平面図における二点鎖線でしめす。
【００１７】
ここまでの処理はウエハー状態で行なっているので、つぎに、ダイシング工程により半導体基板１２を単個の半導体チップに切断を行ない、半導体装置を形成する。
【００１８】
〔半導体装置の接続構造：図１４〕
つぎにこの半導体装置の接続構造を、図１４をもちいて説明する。
図１４にしめすように、絶縁性接着剤に導電材料３０を混在させた異方性導電接着剤３４を、複数の突起電極３４を有する半導体基板１２と対面配置した複数の回路電極２８を有する回路基板２６との間に介在させ、突起電極３４と回路電極２６間に加圧と加熱を加える。
【００１９】
このことにより、突起電極３４と回路電極２８との間に導電性材料３０が確保され、突起電極３４と回路電極２８の電気的および機械的な接続を行う。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術における半導体装置における突起電極を採用することにより、めっき工程を行わなくて簡便に微細ピッチである半導体装置を安価でしかも高歩留まりで形成することができる利点がある。
【００２１】
しかしながら、従来技術の突起電極３４の構造と製造方法においては、突起状感光性樹脂２０の開口部１７（図１３平面図の斜線部）が導電性材料３０の外径寸法５μｍにたいして２０μｍ〜３０μｍの開口部を有する。
このため、開口部の内部に補足された導電性材料３０は、電気的な接続には関与しない。
【００２２】
充分な接続抵抗値（初期０．１Ω以下）と高信頼性を確保するためには、突起電極３４と回路基板２８との間に介在する導電性材料３０の数が１０個以上必要である。
【００２３】
エポキシ系接着剤中に混在させた導電性材料３０は、直径が５μｍのプラスチックビーズの表面にニッケル−金の被膜が形成されている。
この導電性材料３０の１個当たりの接続抵抗値は約１Ωであり、初期の接続抵抗値を０．１Ωにすることで、温度８５℃／湿度８５％雰囲気における高温高湿信頼性試験１０００時間後の接続抵抗値を１Ω以下にすることができる。
【００２４】
このときの接続抵抗値が上昇する理由は、突起電極３４と回路基板２８との間の絶縁性接着剤であるエポキシ系接着剤の劣化により接着力が低下し、突起電極３４と回路電極２６間隔が広がることによって、導電性材料３０の接続面積が低下するためである。
【００２５】
このため導電性材料３０の数を１０個以上確保するためには、突起電極３４の面積を６０００μｍ2 以上にしなければならない。
そのため従来の技術では、低接続抵抗値でしかも高信頼性のある微細ピッチ接続を行うことが非常に困難であった。
【００２６】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記課題を解決し、接続加圧時に発生する突起電極と回路電極間の導電性材料の未接続部を無くし、突起電極と回路電極間の導電性材料の数を充分に確保し、接続信頼性を向上させさらに、接続面積を小さくして、接続ピッチの微細化と高信頼性のある半導体装置および製造方法とその接続構造を簡単なプロセスでしかも安価で提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の半導体装置とその製造方法および接続構造においては、下記記載の手段を採用する。
【００２８】
本発明の半導体装置の構造においては、電極パッド上の周縁部に絶縁膜を備え、電極パッド上に前記導電粒子の大きさより小さい複数の開口部を有する突起状感光性樹脂を設け、突起状感光性樹脂を覆い電極パッドに接続する突起電極層を有し、突起電極層は、開口部に対応する位置に凹部を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の半導体装置の構造においる突起状感光性樹脂は、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする。
【００３０】
本発明の半導体装置の製造方法においては、電極パッド上の周縁部に絶縁膜を形成する工程と、前記電極パッドの上部に第１の感光性樹脂を形成する工程と、第１の感光性樹脂を電極パッドが露出するようにするとともに、導電粒子の大きさより小さい複数の開口部を形成するようにパターンニングして突起状感光性樹脂を形成する工程と、第１の感光性樹脂の上面の開口部に対応する位置に凹部を形成するとともに、この上面と側面と電極パッド上面とに突起電極層を形成する工程と、突起電極層の上部に第２の感光性樹脂を形成する工程と、第２の感光性樹脂を前記突起状感光性樹脂に対応する領域に残存するようにパターンニングする工程と、第２の感光性樹脂をエッチングマスクにして突起電極層をエッチングする工程と、第２の感光性樹脂を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００３４】
〔作用〕
本発明による半導体装置の構造と製造方法と接続構造においては、突起部を感光性樹脂で突起状感光性樹脂を形成し、電極パッド上に異方性導電接着剤の導電粒子の大きさより小さな形状で複数の開口部を設けてその全面にスパッタリング法により突起電極層を形成し、フォトリソグラフィーとエッチング技術をもちいて突起電極層を複数の開口部を有する突起状感光性樹脂上に突起電極層をパターン形成している。
【００３５】
このことによって、突起電極３４と回路電極２８とのあいだに充分な数の導電性材料３０が確保され、従来のように突起状感光性樹脂２０の導電性材料３０より大きな開口を有する開口部１７による導電性材料３０の電気的接続に関与しないものの発生を防止することができる。
したがって、突起電極３４と回路電極２８の電気的な接続を微小な突起電極面積で確実に行なうことが可能となる。
【００３６】
さらに本発明においては、突起電極の製造工程を大幅に短縮できるとともに、高歩留まりで、しかも微細ピッチで高信頼性の突起電極を提供することが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を実施するための最良の形態における半導体装置の構造および製造方法およびその接続構造を説明する。図１〜図５の本発明の半導体装置の構造と製造方法をしめす断面図と図６の平面図および接続構造をしめす図７の断面図をもちいて説明する。また図１〜図５は図６にしめす平面図のＡ−Ａ線の断面形状をしめす。
まずはじめに図５を用いて本発明の半導体装置の構造を説明する。
【００３８】
〔本発明の半導体装置の構造説明：図５および図７〕
図５にしめすように、半導体基板１２上に電極パッド１４が露出する開口部を有する絶縁膜１６を設ける。
さらに、電極パッド１４上と絶縁膜１６上とに、回路基板との接続を行なう導電性材料よりも小さな大きさの開口部を有する突起状感光性樹脂２０を設ける。この突起状感光性樹脂２０はポリイミド樹脂で構成する。
さらにまた、複数の開口部を有する突起状感光性樹脂２０と電極パッド１４とを覆い、しかも電極パッド１４に接続するように突起電極層２２を設ける。
【００３９】
このように、本発明の実施形態における半導体装置においては、接続に関与する導電性材料よりも小さな大きさの開口部を有する突起状感光性樹脂２０を形成している。
このことにより回路電極と突起電極層２２間の存在する導電性材料がすべて接続に関与し、接続抵抗値が劣化することなく、突起電極３４を微細化することができる。
【００４０】
〔本発明の半導体装置の製造方法説明：図１〜図７〕
つぎにこの図５にしめす構造の半導体装置を形成するための半導体装置の製造方法を説明する。
【００４１】
図１にしめすように、所定の素子を形成した半導体基板１２上のアルミニウムからなる電極パッド１４を開口するように絶縁膜１６を、フォトエッチング処理によりパターン形成する。
この絶縁膜１６の平面形状は、図６の平面図における破線にて図示する絶縁膜開口部３４にしめす。
【００４２】
この絶縁膜１６は、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）をプラズマ化学的気相成長法により、全面に１μｍの厚さで形成する。
【００４３】
この絶縁膜１６は、窒化珪素以外に、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）や、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）や、酸化アルミニュウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの無機膜でも有効である。
さらに絶縁膜１６の形成方法としては、プラズマ化学的気相成長法以外に、スパッタリング法でも形成可能である。
【００４４】
つぎに図２にしめすように、第１の感光性樹脂１８を、半導体基板１２上の全面に回転塗布法により形成する。
この第１の感光性樹脂１８は、感光性を備えるポリイミド樹脂をもちいる。
【００４５】
その後、図３にしめすように、所定のフォトマスクをもちいて露光処理と、現像工程を行ない、電極パッド１４が露出する開口部を形成するように、第１の感光性樹脂１８をパターンニングして、複数の開口部を形成した突起状感光性樹脂２０を形成する。
【００４６】
このときの電極パッド１４が露出するように形成する突起状感光性樹脂２０の開口部の平面形状は、図６の平面図に右上りの斜線で図示する突起状感光性樹脂開口部１７にしめす。なおこの図６では、突起状感光性樹脂２０の開口部の平面形状は円形状で図示している。これはフォトマスクのパターン形状が四角形であっても露光処理と現像処理を経ると、そのコーナー部は丸くなってしまうためである。
この突起状感光性樹脂２０の開口部の開口大きさは、２μｍ〜４μｍ角の大きさで形成する。
【００４７】
その後、窒素雰囲気中で、温度１５０℃で時間３０分、および温度３５０℃で３０分の２段階の焼成処理を行い、突起状感光性樹脂２０が焼成後、５μｍの厚さとなるように形成する。
【００４８】
この第１の感光性樹脂１８からなる突起状感光性樹脂２０は、ポリイミド樹脂で形成しており、突起電極の高さを稼ぐコアとしての役割をもつとともに、実装後の応力緩和としての役割ももつ。
【００４９】
その後、図４にしめすように、開口部を形成した突起状感光性樹脂２０と絶縁膜１６上の全面に、電極パッド１４に到達するように、スパッタリング法によって、チタニウム（Ｔｉ）を０．２μｍ、金（Ａｕ）を０．１μｍ、の膜厚で順次膜形成し、電極層２１を２層構造で形成する。
【００５０】
この電極層２１は、電極パッド１４で形成される電極材料との電気的および機械的接続性が良好で、電極装２１材料相互の拡散がなく安定な電極材料の選定が必要である。
【００５１】
電極層２１は、チタニウム−金以外に、チタン−パラジウムや、チタン−白金や、チタン・タングステン合金−パラジウムや、クロム−銅やチタン・タングステン合金−金や、チタン・タングステン合金−白金などの２層膜構造や、アルミニウム−チタン−金の３層構造でも適用可能である。
【００５２】
その後、感光性材料からなる第２の感光性樹脂２４を回転塗布法により、電極層２１上の全面に形成する。
その後、所定のフォトマスクをもちいて露光処理、および現像処理を行ない、開口部を形成した突起状感光性樹脂２０に対応する領域に残存するように、第２の感光性樹脂２４をパターニングする。
【００５３】
つぎに、第２の感光性樹脂２４をエッチングマスクに使用して、電極層２１の上層である金をヨウ素系エッチング液を使用してエッチングを行う。
なおこのエッチング処理は、ジャストエッチングから３０％のオーバーエッチング時間でエッチングを行う。
【００５４】
つぎにメルテックス製のチタニウムのエッチング液であるアクタン７０（商品名）により電極層２１のバリヤ層および密着層であるチタニウムのエッチングを行う。
なおこのエッチング処理はジャストエッチングから３０％のオーバーエッチング時間でエッチングを行い、突起電極層２２の形成を行う。
このときのチタニウムのエッチング液としては、過酸化水素酸を含むエッチング液でも有効である。
【００５５】
その後、湿式剥離液をもちいて、エッチングマスクとして使用した第２の感光性樹脂２４の除去を行う。この結果、第１の感光性樹脂１８からなる突起状感光性樹脂２０をコアとし、その表面を被覆するチタニウム−金からなる導電被膜の電極層２１からなる突起電極層２２を形成することができる。
このときの突起電極層２２の平面形状を、図６の平面図における二点鎖線でしめす。
【００５６】
ここまでの処理はウエハー状態で行なっているので、つぎに、ダイシング工程により半導体基板１２を単個の半導体チップに切断を行ない、半導体装置を形成する。
【００５７】
〔半導体装置の接続構造：図７〕
つぎに半導体装置の接続構造の実施形態を、図７をもちいて説明する。
図７にしめすように、絶縁性接着剤に導電性材料３０を混在させた異方性導電接着剤３４を、複数の突起電極３４を有する半導体基板１２と対面配置した複数の回路電極２８を有する回路基板２６との間に介在させ、突起電極３４と回路電極２６間に加圧と加熱を加える。
【００５８】
本発明においては、突起状感光性樹脂２０に形成する開口部の開口大きさ寸法より、小さな粒径の導電性材料３０を混在させた異方性導電接着剤３４を用いて突起電極３４と回路基板２６の回路電極２８との電気的接続を行なっている。
このことによって、突起電極３４と回路電極２８との間に導電性材料３０が確保され、突起電極３４と回路電極２８の電気的および機械的な接続を行う。
【００５９】
このようにして本発明により形成した半導体装置は、突起電極３４を感光性樹脂で形成し、電極パッド１４上に導電性材料３０の大きさより小さな形状で複数の開口部を設けてその表面にスパッタリング法により突起電極層２２を形成している。
【００６０】
このことによって、突起電極３４と回路電極２８との間に導電性材料３０が確保され、突起状感光性樹脂開口部１７による導電性材料３０の未接続部を完全に防止することができる。
したがって、突起電極３４と回路電極２８の電気的な接続を微小な面積で確実に行うことが可能となる。
【００６１】
さらに本発明では、突起電極の製造工程を大幅に短縮できるとともに高歩留まりでしかも微細ピッチで高信頼性の突起電極を提供することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の半導体装置の構造とその製造方法およびその接続構造においては、突起電極３４を突起状感光性樹脂２０と突起電極層２２から形成し、電極パッド１４上に導電性材料３０よりも小さな大きさで複数の開口部を有する突起状感光性樹脂２０の開口部を形成することにより、突起電極３４を微細化することが可能となる。
【００６３】
また本発明の半導体装置の製造方法においては、めっき装置を必要とせずに半導体装置を形成することが可能であり、従来と比らべて、工業生産上非常に有利な製造方法を提供することができる。
【００６４】
さらに本発明の半導体装置においては、微細ピッチでしかも従来、厚膜めっき工程で発生しためっき未済、異常めっき析出などのめっき不良を完全に無くし、高歩留まりでしかも簡略な行程で半導体装置を形成する半導体装置およびその製造方法および接続構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態における半導体装置とその製造方法およびその接続構造をしめす断面図である。
【図８】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図９】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図１０】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図１１】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図１２】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す断面図である。
【図１３】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造を示す平面図である。
【図１４】従来の技術における半導体装置とその製造方法およびその接続構造をしめす断面図である。
【符号の説明】
１２  半導体基板
１４  電極パッド
１６  絶縁膜
１７  突起状感光性樹脂開口部
１８  第１の感光性樹脂
２０  突起状感光性樹脂
２１  電極層
２２  突起電極層
２４  第２の感光性樹脂
２６  回路基板
２８  回路電極
３０  導電性材料
３２  異方性導電接着剤
３４  突起電極
３６  絶縁膜開口部
【図１】
0003878740.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003878740.tif 000011
【図１１】
0003878740.tif 000012
【図１２】
0003878740.tif 000013
【図１３】
0003878740.tif 000014
【図１４】
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