JP2007096096A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、マイグレーションの発生を低減できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は半導体基板１０１と、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ上に形成された複数の電極端子１０２と、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ上の複数の電極端子１０２間に形成された絶縁性の保護膜１０５と、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に形成された凹部１５０を備えている。この凹部１５０は、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制する抑制部として機能する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に半導体装置の電極端子形成面上に形成された電極端子間で生じるマイグレーションの発生を抑制する半導体装置に関する。

近年、あらゆる電気製品では、実装基板上にトランジスタやＩＣ等の半導体装置が表面実装されている。特に、携帯電話機や携帯デジタルカメラのような小型携帯電子機器の分野では、機器本体の軽薄短小化が著しく進んできている。また、これに伴って、電子機器に搭載される液晶表示装置などの電子部品の小型化、高機能化、高密度実装化が急速に図られてきている。電子部品の小型化、高機能化、高密度実装化により、電子部品に設けられる電極端子のピッチも狭くなり、表面実装方式が主流となっている。

近年、表面実装方式の半導体装置としては、狭ピッチの電極端子に対応できるように、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size／Scale Package）と呼ばれる構造のパッケージが開発、実用化されている。
このようなＢＧＡやＣＳＰなどの狭ピッチの半導体装置を用いた場合、当該半導体装置の端子形成面上のバンプなどからの析出物や、当該半導体装置の端子形成面および導電性接着剤の間の界面で吸湿された水分などにより、隣接した電極端子間でマイグレーションが起こるという問題があった。

特許文献１では、半導体装置の電極端子およびバンプに相対した半導体実装基板の位置に金属配線からなる凹形電極部を設けて、隣接する電極端子間のマイグレーションの発生を低減した半導体装置の技術が提案されている（特許文献１）。
特開２０００−２０８６７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、半導体装置の電極端子およびバンプのピッチに対応して、複数の凹部電極部を半導体実装基板上に形成する必要があるため、複数の凹部電極部を形成しない場合と比較して、半導体装置の電極端子、バンプおよび凹部電極部のピッチを広くして、複雑な凹部電極部を半導体実装基板上に形成にする必要があるという問題があった。また、半導体実装基板に複数の凹部電極部を形成する工程を追加する必要が生じる。特に、液晶表示素子にＣＯＧ（Chip On Glass）実装される半導体装置のように、電極端子間距離が１５μｍ以下の極めて狭いピッチの半導体装置に対しては、特許文献１に記載の技術を適用するのは難しい。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で、マイグレーションの発生を抑制できる半導体装置を提供することにある。

本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の電極端子形成面上に形成された複数の電極端子と、上記半導体基板の電極端子形成面上の上記複数の電極端子間に形成された絶縁性の保護膜と、複数の電極端子の間の保護膜上に形成され、複数の電極端子間における導電性物質の流動を抑制する抑制部とを備えたことを特徴とするものである。このように、複数の電極端子の間の保護膜上に形成され、複数の電極端子間における導電性物質の流動を抑制する抑制部を備えたことにより、簡単な構成で、マイグレーションの発生を抑制できる。

また、抑制部を、複数の電極端子間の保護膜上に形成された凹部で構成してもよい。また、抑制部を、複数の電極端子間の保護膜上に形成された障壁で構成してもよい。このような構成にしたことにより、複数の電極端子間に生じる導電性物質の流動を効果的に抑制でき、簡単な構成で、マイグレーションの発生を抑制できる。

本発明によれば、簡単な構成で、マイグレーションの発生を抑制できる。

発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を半導体装置実装基板に実装した状態を示す模式断面図である。
図１に示されるように、半導体装置１００が、半導体装置実装基板２００上に実装されており、半導体装置１００の電極端子形成面１０１ａと、半導体装置実装基板２００との間には、異方導電性接着剤３００が充填されている。

図１に示されるように、半導体装置１００は、半導体基板１０１と、電極端子１０２と、アンダーバリアメタル層１０３と、バンプ１０４と、保護膜１０５とを備えている。
半導体基板１０１は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）などにより矩形状に形成されている。図１に示されるように、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ（図１紙面下側）には、複数の電極端子１０２が形成されている。なお、複数の電極端子１０２の材料には、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕなどのアルミニウム合金が用いられている。

図１に示されるように、アンダーバリアメタル層１０３は、電極端子１０２上であって、電極端子１０２およびバンプ１０４の間に形成されている。アンダーバリアメタル層１０３は、たとえば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、Ｃｕ（銅）、タングステン（Ｗ）などの金属または合金の単層体または積層体により構成されている。

図１に示されるように、バンプ１０４は、アンダーバリアメタル層１０３上に形成されており、アンダーバリアメタル層１０３を介して、電極端子１０２に接続されている。バンプ１０４は、たとえば、円柱状に形成されている。図１に示されるように、バンプの１０４の先端部の外周に沿って突起１０４ａが形成されている。バンプ１０４の材料には、たとえば、金（Ａｕ）や半田（Ｐｂ／Ｓｎ）などが用いられている。

図１に示されるように、保護膜１０５は、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ上の複数の電極端子１０２間に形成されている。保護膜１０５は、たとえば、感光性ポリイミド樹脂やＳｉＮやＳｉＯ_２などの絶縁性の材料により形成されている。なお、本実施の形態では、保護膜１０５は、バンプ１０４の形成領域を除いて、電極端子形成面１０１ａの全面に形成されている。
図１に示されるように、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上には、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制する抑制部としての凹部１５０が複数形成されている。なお、複数の凹部１５０は、溝状またはディンプル状に形成されている。複数の凹部１５０は、保護膜１０５と一体であっても別体であってもよい。

図１に示されるように、半導体実装基板２００は板状に形成されており、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａに対向された面上には、複数の電極端子２０１が形成されている。複数の電極端子２０１は、半導体装置１００の電極端子１０２およびバンプ１０４が形成された位置に対応するように配置されている。
図１に示されるように、導電性接着剤３００が、半導体装置１００の電極端子形成面１０１ａと、半導体実装基板２００の電極端子２０１が形成された面との間に、充填されている。

異方導電性接着剤３００は、固着を担う樹脂と，導電を担う金属粒子を混合したもので構成されており、たとえば、エポキシ樹脂と銅粒子とを組み合わせて構成されている。この異方導電性接着剤３００は、図１に示される半導体基板１０１や半導体実装基板２００に対して垂直方向（図１の上下方向）に対してのみ、バンプ１０４および電極端子１０２との間を電気的に導通させる。バンプ１０４は、アンダーバリアメタル層１０３を介して、電極端子１０２に接続されているので、電極端子１０２および電極端子２０１の間は、アンダーバリアメタル層１０３、バンプ１０４および異方導電性接着剤３００により、電気的に接続されている。

以上のように、半導体装置１００の電極端子形成面１０１ａと、半導体装置実装基板２００の電極端子２０１が形成された面との間に、異方導電性接着剤３００を充填して、半導体装置１００を半導体装置実装基板２００上に実装したとき、半導体装置１００の複数の電極端子１０２間における保護膜１０５および異方導電性接着剤３００との間の界面には、外部から吸湿された水分や、バンプ１０４やアンダーバリアメタル層１０３などから析出する導電性物質が発生することがあり、この水分や導電性物質が隣接された複数のバンプ１０４や電極端子１０２の間で流動すると、隣接された複数の電極端子１０２の間で短絡してしまうことがある。

一方、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制するための複数の凹部１５０を形成したので、複数の電極端子１０２間における保護膜１０５および異方導電性接着剤３００との間の界面の接合距離が長くなり、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制することができ、簡単な構成で、マイグレーションの発生を抑制できる。この結果、マイグレーションの発生を長期間経過後に遅らせることができる。

また、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に、複数の凹部１５０を形成したので、異方導電性接着剤３００と保護膜１０５との間の接合面積が増加し、異方導電性接着剤３００が凹部１５０の内側に食い込んで固着されるため、保護膜１０５および異方導電性接着剤３００の間の密着性も向上する。
なお、複数の凹部１５０は、溝状またはディンプル状に形成されるが、好ましくは、溝状に形成される方が、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動をより効果的に抑制することができ、保護膜１０５および異方導電性接着剤３００の間の密着性もより向上する。

次に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００の電極端子１０２周辺の形成工程について、図に基づいて説明する。図２および図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の電極端子周辺の形成工程を示す図である。
まず、図２（ａ）に示されるように、たとえばＳｉにより形成された半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ上に、たとえばＡｌにより形成された電極端子１０２を蒸着およびエッチングにより形成し、その上から、たとえば約３μｍの膜厚の保護膜１０５を、たとえば感光性ポリイミド樹脂を塗布することにより成膜する。

次に、図２（ｂ）に示されるように、電極端子１０２上にアンダーバリアメタル層１０３を形成するための開口１５０ａや、複数の凹部１５０を形成するためのメタルマスク４００を、保護膜１０５上に配置して露光し、その後に現像をする。
すると、図２（ｃ）に示されるように、電極端子１０２上には開口１０５ａが形成され、複数の電極端子１０２間には複数の凹部１５０が形成される。なお、複数の凹部の深さは、たとえば保護膜１０５の膜厚の半分の１．５μｍとする。このとき、開口１５０ａに対応する領域と、複数の凹部１５０に対応する領域とで、メタルマスク４００に設けられる開口の光透過率が異なるようにすることが好ましい。このように、メタルマスク４００に設けられる開口によって、露光量を制御すれば、一度の露光で開口１５０ａおよび凹部１５０を形成することができる。

次に、図２（ｄ）に示されるように、複数の電極端子１０２および保護膜１０５上に、たとえば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、Ｃｕ（銅）、タングステン（Ｗ）などの金属または合金の単層体または積層体のアンダーバリアメタル層１０３を、スパッタリング法などにより形成する。
次に、図２（ｅ）に示されるように、バンプ１０４の形状に合わせて開口５００ａが形成されたフォトレジスト５００をたとえば感光性樹脂により設ける。
次に、図３（ｆ）に示されるように、フォトレジスト５００に形成された開口５００ａ内のアンダーバリアメタル層１０３上に、たとえば金（Ａｕ）のバンプ１０４を電解メッキにより形成する。
次に、図３（ｇ）に示されるように、フォトレジスト５００を除去する。

そして、図３（ｈ）に示されるように、バンプ１０４以外の領域のアンダーバリアメタル層１０３を、ソフトエッチィングすることにより、半導体基板１０１の電極端子形成面１０１ａ上に、電極端子１０２、アンダーバリア層１０３、保護膜１０５、保護膜１０５上に形成された複数の凹部１５０、バンプ１０４が形成される。

発明の実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成について、図に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を半導体装置実装基板に実装した状態を示す模式断面図である。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００では、図１に示されるように、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上には複数の凹部１５０が形成されているのに対し、本発明の実施の形態２に係る半導体装置１００ａでは、図４に示されるように、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上には障壁１６０が形成されている点で相違する。

この障壁１６０も、凹部１５０と同様に、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制する抑制部としての機能を果たす。すなわち、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制するための障壁１６０を形成したことにより、複数の電極端子１０２間における保護膜１０５および異方導電性接着剤３００との間の界面の接合距離が長くなり、複数の電極端子１０２間における導電性物質の流動を抑制することができ、簡単な構成で、マイグレーションの発生を低減でき、マイグレーションの発生を長期間経過後に遅らせることができる。特に、図４に示されるように、障壁１６０は、逆テーパ状になっていることが好ましい。逆テーパになっていることにより、より効果的に導電性物質の流動を抑制できる。

また、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に、障壁１６０を形成したので、異方導電性接着剤３００と保護膜１０５との間の接合面積が増加し、異方導電性接着剤３００が障壁１６０の段差に食い込んで固着されるため、保護膜１０５および異方導電性接着剤３００の間の密着性も向上する。
なお、障壁１６０は保護膜１０５と一体に形成してもよいが、障壁１６０の形成容易性の観点から、別体、すなわち保護膜１０５を形成した後、障壁１６０を形成した方がよい。このとき、障壁１６０の形成材料は保護膜１０５と同一の材料を用いてもよい。

以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
本発明の実施の形態１では、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に複数の凹部１５０を形成し、本発明の実施の形態２では、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に障壁１６０を形成するとしたが、複数の電極端子１０２間の保護膜１０５上に凹部１５０および障壁１６０の双方を形成してもよい。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置を半導体装置実装基板に実装した状態を示す模式断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の電極端子周辺の形成工程を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の電極端子周辺の形成工程を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を半導体装置実装基板に実装した状態を示す模式断面図である。

符号の説明

１００、１００ａ 半導体装置
１０１ 半導体基板
１０２ 電極端子
１０３ アンダーバリアメタル
１０４ バンプ
１０４ａ 突起部
１０５ 保護膜
１０５ａ 開口
１５０ 凹部
１６０ 障壁
２００ 半導体装置実装基板
２０１ 電極端子
４００ メタルマスク
５００ フォトレジスト
５００ａ 開口

Claims (3)

1. 半導体基板と、
   上記半導体基板の電極端子形成面上に形成された複数の電極端子と、
   上記半導体基板の電極端子形成面上の上記複数の電極端子間に形成された絶縁性の保護膜と、
   上記複数の電極端子間の上記保護膜上に形成され、上記複数の電極端子間における導電性物質の流動を抑制する抑制部とを備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 上記抑制部は、上記複数の電極端子間の上記保護膜上に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 上記抑制部は、上記複数の電極端子間の上記保護膜上に形成された障壁であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

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