(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミパッド上に開口部を有する絶縁膜と、開口部内のアルミパッド上と絶縁膜とにまたがって設けた複数の層からなる金属膜と、その金属膜上に設けられ前記絶縁膜の開口部より大きく形成されている感光性樹脂とを有する半導体装置を、基板上の配線と接続する半導体装置の実装構造であって、
前記金属膜は前記感光性樹脂をマスクとして前記マスクの開口部の金属膜を除去することによって形成されており、前記感光性樹脂を残したまま前記半導体装置と前記基板との間に導電性粒子を分散した絶縁性樹脂を設け、前記金属膜の膜厚を前記導電性粒子の０．５倍から２倍の範囲に設定し、前記絶縁性樹脂で前記半導体装置と前記基板とを接着し、かつ前記導電性粒子のうち、前記金属膜と前記配線との間に挟み込まれた導電性粒子によって、前記金属膜と前記配線とを電気的に導通させたことを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記感光性樹脂の厚さが０．１μｍより大きく前記導電粒子の直径の８０％を越えないことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。
【請求項３】
半導体装置を導電性粒子を分散した絶縁性樹脂を介して基板上の配線と接続する半導体装置の実装方法において、
半導体装置上に設けるアルミパッド上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、該開口部内のアルミパッド上と絶縁膜とにまたがって複数の層からなる金属膜を形成する工程と、該金属膜上に前記絶縁膜の開口部より大きい感光性樹脂からなるマスクを形成する工程と、該マスクの開口部の金属膜をエッチング除去する工程と、前記絶縁性樹脂を基板上に加熱して貼り付ける工程と、前記基板上に設ける配線と前記半導体装置に設ける金属膜とを位置合わせして前記半導体装置の裏面側から加圧加熱し、前記絶縁性樹脂を硬化させる工程とを有し、
前記感光性樹脂を残したまま前記絶縁性樹脂で前記半導体装置と前記基板とを接着し、かつ前記導電性粒子のうち、前記金属膜と前記配線との間に挟み込まれた導電性粒子によって、前記金属膜と前記配線とを電気的に導通させたことを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項４】
前記感光性樹脂の厚さが０．１μｍより大きく前記導電粒子の直径の８０％を越えないことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＶやコンピューターなどの情報機器の表示体として使用される液晶表示装置基板に半導体装置を実装したチップオングラス（ＣＯＧ）方式、および電子機器に内蔵され制御を行う基板に半導体装置を実装したチップオンボード（ＣＯＢ）方式による半導体装置の実装構造およびその実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下液晶表示基板へ半導体装置を実装したＣＯＧ方式を用いて本発明の従来技術を説明する。
【０００３】
半導体装置を異方性導電フィルムを介して基板上に実装した従来技術を図６と図７と図８を用いて説明する。
図６は半導体装置を異方性導電フィルムを介して基板上に設けたことを示す断面図である。図７は半導体装置のアルミパッド上に設けるストレートウォール型のバンプを示す断面図である。図８は半導体装置のアルミパッド上に設けるマッシュルーム型のバンプを示す断面図である。
【０００４】
まずはじめに、図６にしめした半導体装置の実装構造の従来技術について説明する。
図６にしめすように、基板６０の上に設ける配線７０と、基板６０上に設ける導電性粒子９０を有する異方性導電フィルム８０と、基板６０上に設けるバンプ４５を有する半導体装置１０とで構成され、半導体装置１０と基板６０との間には異方性導電フィルム８０を挟み、配線７０とバンプ４５との間には異方性導電性フィルム８０中の導電性粒子９０を挟み電気的に接続し、隣接したバンプ４５間では導電性粒子９０を挟まないために絶縁性をもつ。
【０００５】
半導体装置１０はアルミパッド２０とアルミパッド２０上に開口部を有する絶縁膜３０とを有し、開口部のアルミパッドと絶縁膜３０上にまたがって共通電極膜４２を設け、共通電極膜上にバンプ４５を設ける。
【０００６】
図６にしめす導電性粒子９０は有機高分子樹脂の表面にＮｉ＋Ａｕを形成したもので直径５μｍ〜１０μｍの間のものを用いる。
【０００７】
図６には図示はしていないが、１Ω以下の電気的導通を得るために、基板６０の配線７０とバンプ４５との間に挟む導電性粒子９０は少なくとも１０個程度必要である。直径５μｍの導電性粒子９０を用いた場合、バンプ４５上面の面積は３０００μｍ2 以上必要である。
【０００８】
図６にしめす従来技術の実装構造での半導体装置１０に設けたバンプ４５の高さは、導電性粒子９０をバンプ４５上に効率よく捕捉し、さらに異方性導電フィルム８０の樹脂で半導体装置１０と基板６０との間を充填するために、１０μｍ〜２０μｍの間で設計するのが望ましい。
【０００９】
図７にしめすように、半導体装置１０はアルミパッド２０とアルミパッド２０上に開口部を有する絶縁膜３０とを有し、開口部のアルミパッドと絶縁膜３０上にまたがって共通電極膜４２を設け、共通電極膜上にストレートウォール型のバンプ４５を設ける。
【００１０】
図７にしめす従来技術は、半導体装置１０上にストレートウォール型のバンプ４５を設ける例で、高さは１０〜２０μｍの間で設ける。また、バンプ４５上面の面積が３０００μｍ2 以上必要なため、仮に接続ピッチ８０μｍでバンプ間ギャップ２０μｍの設計にすると、バンプサイズは６０μｍ×５０μｍとなる。
【００１１】
図７にしめしたストレートウォール型のバンプ４５は主にＡｕでメッキ法により設ける。バンプ４５下部には半導体装置１０のアルミパッド２０とバンプ４５の材質であるＡｕとの相互拡散を防ぐための金属と、バンプ４５の密着性を保つ機能をもつ金属との、少なくとも２層の共通電極膜４２を設けることが一般的である。
【００１２】
図６にしめす構造では、図７で説明した半導体装置を用いた例であり、直径５μｍの導電性粒子９０とストレートウォール型バンプ４５とを用いた場合、接続ピッチは５０μｍまで対応することが可能である。
【００１３】
図８にしめすように、半導体装置１０はアルミパッド２０とアルミパッド２０上に開口部を有する絶縁膜３０とを有し、開口部のアルミパッドと絶縁膜３０上にまたがって共通電極膜４２を設け、共通電極膜上にマッシュルーム型のバンプ４５を設ける。
【００１４】
図８にしめしたマッシュルーム型バンプ４５はＡｕあるいはＣｕ＋Ａｕでメッキ法により設ける。ストレートウォール型バンプと同様にバンプ４５下部には半導体装置１０のアルミパッド２０とバンプ４５のＡｕとの相互拡散を防ぐための金属と、バンプ４５の密着性を保つ機能をもつ金属との少なくとも２層の共通電極膜４２を設けるのが一般的である。
【００１５】
図６で説明した半導体装置の替わりに、図８にしめす半導体装置を用いてもよく、直径５μｍの導電性粒子９０とマッシュルーム型バンプ４５とを用いた実装構造の場合、接続ピッチは８０μｍまで対応することが可能である。
【００１６】
メッキ法によりストレートウォール型バンプやマッシュルーム型バンプは設けるが、バンプ高さ４５のバラツキは１５μｍバンプにおいて４μｍ（±２μｍ）発生する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置は、年々高精細表示が要求されており、画素ピッチが２０μｍ〜４０μｍのものが出てきている。
【００１８】
半導体装置１０のバンプ４５の接続ピッチは直径５μｍの導電性粒子９０を有する異方性導電フィルム８０とストレートウォール型のバンプ４５とを用いた実装構造の場合５０μｍピッチが最小である。
【００１９】
したがって、画素ピッチを広げて半導体装置１０を実装するエリアに設計しなければならない。画素ピッチを広げることで、液晶表示装置の額縁面積を大きくしなければならず、液晶表示装置の商品価値を落とすことになる。
【００２０】
直径５μｍより小さい導電性粒子９０を有する異方性導電フィルム８０を用いれば、接続ピッチとしては２０μｍ〜４０μｍに対応したバンプ設計が可能であるが、メッキ法によるバンプ高さバラツキが４μｍ（±２μｍ）あるために、バンプ高さが４μｍ低いと基板６０の配線７０とバンプ４５との電気的接続が不安定となり液晶表示装置の表示不良を招く。
【００２１】
また、画素ピッチ２０μｍに対応したバンプ接続ピッチ２０μｍを得るためには、ストレートウォール型バンプの形成において厚さ１０μｍ〜２０μｍのレジストの開口幅を１０μｍ以下で形成せねばならず、アスペクト比が厳しくなりレジストの安定した形成が困難となる。
【００２２】
図８にしめす半導体装置１０の接続ピッチは直径５μｍの導電性粒子９０を有する異方性導電フィルム８０とマッシュルーム型のバンプ４５とを用いた実装構造においては８０μｍピッチが最小である。
【００２３】
したがって、ストレートウォール型よりも、さらに画素ピッチを広げて半導体装置１０を実装するエリアに設計しなければならない。画素ピッチを広げることで、液晶表示装置の額縁面積を大きくしなければならず、ストレートウォール型と同様に液晶表示装置の商品価値を落とすことになる。
【００２４】
接続ピッチ２０μｍに対応する、高さ１０μｍ〜２０μｍのマッシュルーム型バンプ４５の形成は、傘をもつ構造上形成不可能である。
【００２５】
（発明の目的）上記課題を解決するために、本発明では導電性粒子９０を用いて、高さバラツキのない電極４０を提供し、液晶表示装置の画素ピッチに対応する半導体装置の実装構造およびその実装方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下に示した半導体装置とその製造方法およびその実装構造を採用する。
【００２７】
本発明の半導体装置の実装構造は、アルミパッド上に開口部を有する絶縁膜と、開口部内のアルミパッド上と絶縁膜とにまたがって設けた複数の層からなる金属膜と、その金属膜上に設けられ絶縁膜の開口部より大きく形成されている感光性樹脂とを有する半導体装置を、基板上の配線と接続する半導体装置の実装構造であって、金属膜は感光性樹脂をマスクとしてマスクの開口部の金属膜を除去することによって形成されており、感光性樹脂を残したまま半導体装置と基板との間に導電性粒子を分散した絶縁性樹脂を設け、金属膜の膜厚を導電性粒子の０．５倍から２倍の範囲に設定し、絶縁性樹脂で半導体装置と基板とを接着し、かつ導電性粒子のうち、金属膜と配線との間に挟み込まれた導電性粒子によって、金属膜と配線とを電気的に導通させたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の半導体装置の実装構造は、感光性樹脂の厚さが０．１μｍより大きく導電粒子の直径の８０％を越えないことを特徴とする。
【００２９】
本発明の半導体装置の実装方法は、半導体装置を導電性粒子を分散した絶縁性樹脂を介して基板上の配線と接続する半導体装置の実装方法において、半導体装置上に設けるアルミパッド上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、開口部内のアルミパッド上と絶縁膜とにまたがって複数の層からなる金属膜を形成する工程と、金属膜上に絶縁膜の開口部より大きい感光性樹脂からなるマスクを形成する工程と、マスクの開口部の金属膜をエッチング除去する工程と、絶縁性樹脂を基板上に加熱して貼り付ける工程と、基板上に設ける配線と半導体装置に設ける金属膜とを位置合わせして半導体装置の裏面側から加圧加熱し、絶縁性樹脂を硬化させる工程とを有し、感光性樹脂を残したまま絶縁性樹脂で半導体装置と基板とを接着し、かつ導電性粒子のうち、金属膜と配線との間に挟み込まれた導電性粒子によって、金属膜と配線とを電気的に導通させたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の半導体装置の実装方法は、感光性樹脂の厚さが０．１μｍより大きく導電粒子の直径の８０％を越えないことを特徴とする。
【００３１】
（作用）
本発明の半導体装置は電極を金属膜で設けるために、金属膜の高さバラツキ範囲が従来のメッキ法と比較して０．５μｍ以下と小さくすることができる。
さらに、金属膜の上に感光性樹脂を設けることで、金属膜と空気との接触を防止して金属膜表面の酸化進行を防止するため、安価で良導体であるＡｇやＣｕを用いることができる。
【００３２】
直径５μｍより小さい導電性粒子を有する異方性導電フィルムを適用でき、金属膜の上部面積を３０００μｍ２より小さくすることが可能となり、４０μｍより小さな接続ピッチに対応することができる。
【００３３】
上記構成により、液晶表示装置の画素ピッチ２０〜４０μｍに対応した接続ピッチにおいても、額縁幅を大きくすることなく、安定した接続を保つことが可能になる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明を実施するための最適な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実装構造を説明する。本発明の実施形態を図１から図５を用いて説明する。
図１は半導体装置３０を配線２０を有する基板１０に異方性導電フィルム６０を設けた断面図である。図２〜図５は図１で用いた半導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。
【００３５】
〔半導体装置の構造：図５〕
まずはじめに、図５を用いて、本発明の実施形態における半導体装置を説明する。
図５にしめすように、半導体装置１０はアルミパッド２０と絶縁膜３０と金属膜４０から構成され、絶縁膜３０はアルミパッド２０上に開口部を有し、アルミパッド２０と絶縁膜３０にまたがって金属膜４０を有し、金属膜上に感光性樹脂５０を設ける。絶縁膜３０はＳｉＮ膜からなり、金属膜４０はＣｒとＣｕの２層膜からなる。
【００３６】
〔実装構造：図１〕
つぎに、図１を用いて、本発明の実施形態における半導体装置の実装構造を説明する。
図１に示すように、基板６０上に設ける配線７０と、基板６０上に設けた異方性導電フィルム８０と、基板６０上に設ける金属膜４０を有する半導体装置１０とから構成され、半導体装置１０と基板６０の間には異方性導電フィルム８０を挟み、配線７０と金属膜４０のあいだには異方性導電フィルム８０中の導電性粒子９０を挟み電気的に接続し、隣接した金属膜４０間では導電性粒子９０を挟まないために絶縁性をもつ。
【００３７】
金属膜４０の周囲および金属膜４０と配線７０とのあいだには、金属膜の幅よりも大きく感光性樹脂５０を設け、感光性樹脂５０は配線７０に接触しない高さで設ける。
【００３８】
異方性導電フィルム８０は、絶縁性の樹脂に導電性粒子９０を分散したものを用いる。
導電性粒子９０は、高分子樹脂に有機高分子樹脂の表面にＮｉ＋Ａｕを形成したもので直径５μｍより小さいものを用いる。
【００３９】
半導体装置１０に設けた電極４０は高さが２μｍ〜１０μｍの間にあり、基板６０の配線７０と対応した位置で異方性導電フィルム８０を介して基板６０上に設ける。
【００４０】
金属膜４０と配線７０のあいだには導電性粒子９０を挟み、導電性粒子９０を５％〜５０％変形させた状態で異方性導電フィルム８０の樹脂を硬化させ、電気的導通をとる。
【００４１】
金属膜４０の厚さは、導電性粒子９０の直径の０．５倍〜２倍あれば良い。
０．５倍より小さい場合には、導電性粒子９０を５０％変形させる圧力条件で半導体装置１０を基板６０に実装した場合に、金属膜４０の無い部分において半導体装置１０と基板６０との間で導電性粒子９０がつぶれることになり、半導体装置１０に設けた絶縁膜３０にクラックを生じ好ましくない。
【００４２】
感光性樹脂５０の厚さは、電気的接続を担う導電性粒子９０の直径よりも小さいことが望ましい。
直径よりも厚い場合は、半導体装置１０を基板６０に位置合わせして加熱加圧したときに、金属膜４０上の感光性樹脂５０が基板側に接触して広がり、導電性粒子９０を金属膜４０の外側に押し出すことになり、金属膜４０上の導電性粒子９０の数を減らすこととなり好ましくない。
【００４３】
感光性樹脂５０を金属膜４０上に設けるために、金属膜表面と空気との接触を防止できる効果を有する。したがって、ＡｇやＣｕなどの比較的酸化されやすい金属を使用することが可能となり、コストを下げることができる。
【００４４】
金属膜の高さ寸法が１０μｍ以下のために、異方性導電フィルム８０を用いて半導体装置１０を圧着する際、導電性粒子９０が金属膜４０にすぐに捕捉されるため、金属膜４０上に効率的に導電性粒子９０を挟み込むことができる効果が得られる。
【００４５】
（製造方法：図２〜図５）
つぎに図２から図６を用いて半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
図２に示すように、半導体装置１０に設けられたアルミパッド３０上に開口部を有する絶縁膜３０を厚さ０．５μｍ〜５μｍの間で形成する。
絶縁膜３０はＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を形成し、フォトリソエッチングによりアルミパッド２０上に開口部を形成する。
【００４６】
つぎに図３に示すように、半導体装置１０の全面にスパッタリング法により、ＣｒとＣｕからなる金属膜４０を形成する。
金属膜４０の厚さは導電性粒子９０の直径の０．５〜２倍の間の厚さで形成する。
【００４７】
つぎに図４に示すように、絶縁膜３０の開口部よりも大きく、感光性樹脂５０をフォトリソにより形成する。絶縁膜３０の開口部の大きさと同じかあるいは小さい場合は、金属膜４０のエッチング除去の際アルミパッド２０を同時にエッチングして不良を起こすため、開口部より２μｍ以上大きくする。
感光性樹脂５０の厚さは０．１μｍ以上で導電性粒子９０の直径の８０％以下の間で設けるのが望ましい。
【００４８】
感光性樹脂５０の厚さが０．１μｍより小さい場合は、金属膜４０の表面の酸化防止効果が充分に得られない。また、感光性樹脂５０の厚さが導電性粒子９０の直径の８０％を越えた場合は半導体装置１０を基板６０に実装したときに感光性樹脂５０が配線７０と接触して広がり、導電性粒子９０を金属膜４０の外側へ押し出してしまい好ましくない。
【００４９】
最後に図５に示すように、感光性樹脂５０をマスクにして、金属膜４０をエッチングすることで感光性樹脂５０の開口部の金属膜４０を除去する。
【００５０】
従来技術のバンプではメッキ法により、バンプを１０μｍから２０μｍの高さで形成していたために高さバラツキが４μｍ（±２μｍ）発生していたが、金属膜４０だけで金属膜４０を形成するために高さバラツキが０．５μｍ以下と非常に小さくする効果が得られる。
【００５１】
金属膜４０上に感光性樹脂５０を設ける構造のため、金属膜４０と空気との接触を防止でき、金属膜４０の表面酸化進行を防止できるため、ＣｕやＡｇからなる金属を用いることが可能となり、コストを低減できる効果が得られる。
さらに、メッキ法のプロセスと感光性樹脂の剥離プロセスを必要としないために、従来技術よりも工程を短縮する効果が得られる。
【００５２】
〔実装方法説明〕
基板６０に異方性導電フィルム８０を温度９０℃で貼り付ける。基板６０の配線７０と半導体装置１０の金属膜４０とを位置合わせして半導体装置１０の裏面側から加圧加熱し、異方性導電フィルム８０を硬化させる。
【００５３】
加圧、加熱した時に、半導体装置１０に設けた金属膜４０と基板６０上に設けた配線７０との間に導電性粒子９０が挟み込まれる。図１にしめすように挟み込まれた導電性粒子９０は電気的に導通し、挟み込まれない導電性粒子９０は絶縁性をもつ。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来のバンプより高さ均一性の良い金属膜が得られるために、粒径の小さい導電性粒子９０を分散させた異方性導電フィルムを用いて、４０μｍを切る微細ピッチに対応した接続実装構造を得ることができる。
従来のバンプ形成工程よりも金属膜の形成工程は工数を短縮できるために、製造コストを低減することができる。
【００５５】
また、金属膜上に感光性樹脂を設ける構造のため、金属膜と空気との接触を防止でき、金属膜の表面酸化進行を防止できるため、ＣｕやＡｇからなる金属を用いることが可能となり、コストを低減できる効果が得られる。
【００５６】
バンプと異なり金属膜の高さが低いために、熱圧着した際に導電性粒子９０の流れを抑えることができ、金属膜上に効果的に導電性粒子９０を捕捉することができる。
【００５７】
従来技術のバンプではバンプをマスクとして共通電極膜のエッチングを行っていた。特にウェットエッチングではバンプ材質と共通電極膜材質との間で局部電池効果により共通電極膜のエッチングレートが速くなりエッチングマージンを大きく確保する必要があったが、本発明では感光性樹脂をマスクとして金属膜をエッチングするために局部電池効果が発生せず、エッチングマージンを広げることができる。
同じエッチングマージンを選択すれば従来技術よりも微細ピッチに対応した設計値に変更できる。
【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の実装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の製造方法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の製造方法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の製造方法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の製造方法を示す断面図である。
【図６】従来技術における半導体装置の実装構造を示す断面図である。
【図７】従来技術における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】従来技術における半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置
２０  アルミパッド
３０  絶縁膜
４０  金属膜
４２  共通電極膜
４５  バンプ
５０  感光性樹脂
６０  基板
７０  配線
８０  異方性導電フィルム
９０  導電性粒子
【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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【図８】
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