JP3506393B2 - 液晶表示装置とその製造方法、プリンタとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子回路装置及びその製
造方法、前記電子回路装置の一部を構成する回路基板、
それを用いた液晶表示装置、サーマルヘッド、前記サー
マルヘッドを用いたプリンタに係り、特に電子素子或い
は受動チップ部品と回路基板との間の接合の改良に関す
る。

【０００２】

【従来技術】近年、電子回路装置をより小型に、軽くす
るために、半導体素子や受動チップ部品をより高密度に
実装する方法が考案されている。従来実装用基板上に半
導体素子を載置接続し、ワイヤを用いて電気的接続を行
うようにしたいわゆるワイヤボンディング実装、受動部
品においては、小型の部品を表面実装したいわゆるフィ
レット実装等が主流であった。

【０００３】現在これらの実装方法に代わり、半導体素
子または受動チップ上にバンプを形成し、このバンプを
介して基板に接続し、実装するバンプ実装技術が開発さ
れてきている。

【０００４】半導体素子のバンプ実装は、ワイヤボンデ
ィング実装に比べボンディングの作業を一括して行うこ
とができるので製造効率がよい。スーパーコンピュータ
などに適用するフリップチップと呼ばれる実装技術は、
高速処理に有利である。また、受動部品をバンプ実装す
る場合、より高密度に実装することができるので装置の
小型化に有利である。

【０００５】これらの実装は従来半田バンプを用い、そ
の半田を溶融することで電子素子と基板を接続してい
た。しかしながら半田を溶融する方法では溶融した半田
が広がり、隣接電極間で短絡を生じる可能性があるため
に、隣接電極間の距離や受動チップ部品間の距離の設計
にはそれを考慮することが必要であり、さらなる高密度
化の阻害となっていた。また、一般にこの方法は、バン
プを半田により構成し、この半田バンプを溶融し、基板
上の配線と合金化することで接続をとるものであるが、
配線としてアルミニウムなどの半田に濡れにくい金属が
用いられている場合には、充分な接続をとることができ
なかった。

【０００６】一方液晶ディスプレイなどのガラス基板上
に実装するＣＯＧ（Chip on Glass）実装技術がある。
このＣＯＧ実装をバンプを用いてフェイスダウンで実装
する技術がある。この方法では半導体素子とガラス基板
を接続する際、電気的接続はバンプによって行い、機械
的接続は樹脂によって行うという方法が一般であった。
この方法では、機械的強度は弱く、信頼性確保のために
最終的には樹脂封止をしていた（特開平３−１０８７３
４号公報）。

【０００７】また、基板側の配線がアルミニウムなどの
ように強固な酸化膜を形成し易い金属である場合には、
接続に際し配線表面が酸化膜で覆われていることにな
り、その酸化膜を充分に破壊することができないため接
続信頼性が低いという問題があった。

【０００８】酸化膜を破壊する方法として、微小導電粒
子を有する異方性導電膜をバンプとアルミニウム配線と
の間に介して接続する方法がある。この方法においては
微小導電粒子が接続時にアルミニウムの酸化膜を破壊し
て接続を行っているものの微小導電粒子は電気的接続を
得るためのみであり許容電流値が小さい、接続抵抗が高
いという問題があった。またこのＣＯＧ実装では樹脂の
硬化時に電気的接続が達成されるため、不良が生じた場
合にも修復が困難であるという問題もあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、信頼性が
高く、一方、修復が容易な実装構造を提供することを目
的とする。

【００１０】また、本発明は前記電子回路装置の一部を
構成する回路基板を提供することを目的とする。また、
本発明は前記電子回路装置を液晶表示装置及び印字ヘッ
ド等に応用し、高性能な液晶表示装置及び印字ヘッドを
提供することを目的とする。また、本発明はにじみやか
すれのない高性能なサーマルプリンタを提供するもので
ある。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【課題を解決するための手段】 上記した課題を解決す
るために、本発明は、基板と、前記基板上に形成され少
なくとも表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウ
ム層を有する配線と、前記配線上にバンプを介して実装
された半導体素子とを有し、前記バンプと前記アルミニ
ウム層とは固相拡散によって接合され、前記アルミニウ
ム層の膜厚は２５００オングストローム以上で、前記配
線の膜厚は８５００オングストローム以下である液晶表
示装置を提供する。

【００２２】また本発明は、抵抗体を有する基板と、前
記基板上に形成され少なくとも表面にアルミニウムを主
成分とするアルミニウム層を有する配線層と、前記配線
層上にバンプを介して実装された半導体素子とを有し、
前記バンプと前記アルミニウム層とは固層拡散によって
接続され、前記アルミニウム層の膜厚は２５００オング
ストローム以上で、前記配線の膜厚は１６０００オング
ストローム以下であるサーマルヘッドを具備し、前記半
導体の信号に基づき前記抵抗体が発熱させるプリンタを
提供する。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】ここで本発明において、固相拡散とは金属
Ａと金属Ｂとが共に融点以下の温度で加熱され、前記金
属が固相状態で、どちらか一方が他方に拡散して接合さ
れていること、或いは相互に拡散し接合していることを
言う。例えば、融点以下の熱処理において金属が固相状
態で、金属間化合物或いは固溶体或いは共晶の合金を形
成することを言う。

【００２８】また、本発明において、熱処理と同時に圧
力を加えて金属Ａと金属Ｂを接合することにより、金属
Ａや金属Ｂに酸化膜が形成されている場合でも酸化膜を
破壊し接合をより強固にすることができる。例えばバン
プを金、配線をアルミニウムとした場合には金−アルミ
ニウムの金属間化合物が形成される。また配線を銅とし
た場合には金−銅の固溶体を形成し、配線を錫とした場
合には金−錫の共晶を形成する。

【００２９】また、接合する金属が同じ金属Ａと金属Ａ
である場合にも金属Ａの融点以下の温度での接合によっ
て金属Ａ間で拡散が生じ接合がなされる。この固相拡散
による接合では、バンプとして半田すなわちＰｂＳｎ合
金を用いて融点以上の熱を加えることにより半田を溶融
し接合する場合のように、バンプが溶融されたり、この
溶融に起因してバンプの形状が接合時に大きく変形され
ることがない。

【００３０】

【作用】本発明によれば、バンプと実装用の絶縁性基板
上に形成された配線パターンとの接続を固相拡散によっ
て行うようにしているので極めて高い接続強度を得るこ
とが可能となる。また、配線パターン上に酸化膜が形成
されている場合には、熱処理と同時に圧接を行っている
ので酸化膜を破壊することができ許容電流密度が高い接
続を行うことが可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照し詳細に
説明する。図１は本発明の第１の実施例である電子回路
装置の一部分を示す断面図である。この電子回路装置
は、電子素子として受動チップ部品を使用しており、そ
の主構成は、表面に配線パターンを有する絶縁性基板
と、受動チップ部品とが、バンプを介して接続されてい
る電子回路装置において、前記配線と前記バンプとの
間、及び前記バンプと受動チップ部品の電極との間の両
方或いは一方が固相拡散によって接合されていることを
特徴とする。受動チップ部品は、例えばコンデンサ、抵
抗、インダクタ等の構成要素である。もちろん前記電子
素子は受動チップ部品に限らず、半導体素子のベアチッ
プ、パッケージ、電子モジュール等を用いることが可能
である。

【００３２】図１に示すように、この電子回路装置は、
受動チップ部品１１を、受動チップ部品の電極１５上
に、バンプとして、ボールボンディング法を用いて形成
された金バンプ（突起電極）１２を介して、基板として
セラミック基板１３上に形成されたアルミニウムを主成
分とする配線１４に接続したもので、受動チップ部品１
１に形成した金バンプ１２と配線１４のアルミニウムと
の間が固相拡散により接合されている。

【００３３】次に、この電子回路装置を実現するための
製造工程の一例について説明する。この製造工程は、絶
縁基板１３上に配線層１４を形成し、前記配線層１４上
にバンプ１２を介して電子素子として受動チップ部品１
１を配置する工程と、前記配線層１４と前記バンプ１２
との間が固相拡散によって接合するように前記バンプ１
２及び前記配線パターン１４をその融点以下の温度に加
熱する加熱工程とを含むことを特徴とする。

【００３４】図２Ａ乃至図２Ｃは、図１に示す電子回路
装置の製造工程の一例を示す図である。先ず、図２Ａに
示したように、電極の材質が錫からなる受動チップ部品
１１の電極１５部分に金のボールボンディングを行い、
金バンプ１２を形成しておく、この時金と錫は共晶とな
り接続される。

【００３５】次に、図２Ｂに示したように、セラミック
基板１３上の所望の領域に下層にタングステンと上層に
アルミニウムの２層構造の配線１４を形成する。そし
て、基板１３を支持するステージ（図示せず）を３７５
℃に加熱すると共に、受動チップ部品吸着ヘッド（図示
せず）を３００℃に加熱し、図６Ｃに示すように金バン
プ１２を配線１４に接合できるように位置合わせし、バ
ンプあたり５０ｇｆの荷重をかけながら０．１５秒間圧
接し、受動チップ部品１１と基板１３とを接続する。こ
の時金バンプ１２と配線パターン１４はそれぞれその融
点以下の温度で加熱されている。

【００３６】このようにして形成された電子回路装置に
おいては、配線１４のアルミニウム層表面上に空気中で
自然に形成された酸化アルミニウム膜が、金バンプをア
ルミニウム層上に圧接することにより破壊され、固相拡
散接合されるため、強固で許容電流密度の高い接合が得
られる。

【００３７】また、同様の方法で金バンプが形成された
半導体素子もアルミニウム層上に圧接することが可能で
あることから、従来別々の工程で実装されていた半導体
素子等と、受動チップ部品とを、同一の接合工程により
接続することも可能である。

【００３８】なお、上述の電子回路装置では、金バンプ
は受動チップ部品の電極に形成したが、ボールボンディ
ング法等により金バンプを基板上のアルミニウム配線上
に形成し、受動チップ部品の錫電極と金バンプを固層拡
散接合させても良い。金バンプの形成についてもボール
ボンディング法以外にメッキ法、蒸着法、転写法等の方
法によって行っても良い。

【００３９】電子素子として半導体素子のベアチップを
用いる場合、転写バンプはバンプと半導体素子との電極
界面からの腐食が生じ易い。またボールボンディング法
はプロセスが非常に簡便で柔軟性があるが、バンプ数の
多い場合には、それに比例して製造時間が長くなる。

【００４０】従って電子素子として半導体素子を用いる
場合や、或いは受動チップ部品を用いる場合でもバンプ
数が大量の場合には、蒸着法かメッキ法が望ましい。ま
た、上述の電子回路装置では、バンプを金で形成すると
共に配線の最上層をアルミニウムとし、金とアルミニウ
ムの固相拡散によって接合したが、これらの組合わせに
限定されることなく、互いに固相拡散を生じるような材
料の組み合わせで有れば良い。さらに金バンプと金配線
のように同種金属間の接合であっても良い。このような
組み合わせとして例えば以下のようなものが挙げられ
る。

【００４１】ＡｕバンプとＡｕ配線、ＡｕバンプとＡｌ
配線、ＡｕバンプとＣｕ配線、ＡｕバンプとＳｎ配線、
ＣｕバンプとＣｕ配線、ＣｕバンプとＡｕ配線、Ｃｕバ
ンプとＳｎ配線、ＣｕバンプとＡｌ配線、Ａｌバンプと
Ａｌ配線、ＡｌバンプとＡｕ配線、ＡｌバンプとＣｕ配
線、ＡｌバンプとＳｎ配線。

【００４２】また、発明者らは、この組み合わせのうち
ＡｕバンプとＡｌ配線について固相拡散接合したもの
と、半田（ＩｎＳｎ）バンプとＡｕ、Ｍｏ、及びＡｌ配
線について圧接したものとの比較試験を行った。本試験
では電子素子として半導体チップのベアチップを用い
た。

【００４３】表１に、ＡｕバンプとＡｌ配線の固相拡散
接合後の抵抗剪断強度、初期接続確率、最大抵抗、最低
抵抗、平均抵抗、測定バンプ数、標準偏差σ、及び標準
相対誤差σ／μの結果をまとめて示す。また、比較とし
てＩｎＳｎバンプと、Ａｕ、Ｍｏ、及びＡｌ配線の圧接
したものについて同様の値を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】また、図３に熱処理の際のチップ温度と、
接合荷重１チップあたり１４６バンプ、１バンプ７５×
５５μｍであるチップと基板との剪断強度の関係を示
す。剪断強度は平均２．７ｋｇｆ／チップ（４．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ² ）、最小約１．３ｋｇｆ／チップ（２．２ｋ
ｇｆ／ｍｍ² ）、最大約４．９ｋｇｆ／チップ（８．１
ｋｇｆ／ｍｍ² ）であり、従来のＩｎ／Ｓｎバンプを配
線に圧接する方式においてＡｌ配線に対しては４００ｇ
ｆ、Ｍｏ配線に対して３８０ｇｆであったのと比較する
と数倍大きいことが分かる。

【００４６】ＡｕバンプとＡｌ配線間の固相拡散接合で
は、剪断後の破断は、チップのＳｉ内、チップのＳｉと
Ａｌパッド間、Ａｌパッドとバリアメタル間、バリアメ
タルとＡｕバンプ間、ＡｕバンプとＡｌ配線間、Ａｌ配
線とガラス基板間、ガラス基板内とさまざまな部分で起
こった。このことはＡｕバンプとＡｌ配線との接合が強
固であり、Ｓｉチップ／Ａｌパッド／バリアメタル／Ａ
ｕバンプ／Ａｌ配線／ガラス界面の全てが、同程度の接
合強度を有していることを意味する。

【００４７】また、ＡｕバンプとＡｌ配線との固相拡散
接合させた電子回路装置についてはＡｕバンプ／Ａｌ配
線間の破断モードの時に、Ａｌ配線上に固相反応の反応
痕が確認された。

【００４８】岩田らの報告によると、Ａｕ／Ａｌのワイ
ヤーボンディングの場合の剪断強度は、８．９ｋｇｆ／
ｍｍ² である。この値に相応するように計算すると、発
明者らの使用したＩＣチップ（５５×７５μｍのＡｕバ
ンプが１４６個）の場合の剪断強度は、５．４ｋｇｆと
なる。Ａｕ／Ａｌのワイヤーボンディングと比較すると
剪断強度は小さいが、このワイヤーボンディングでは、
Ａｕボールは約４０％もの組成変形をともなっているの
に対し、本発明では接合荷重が弱いため、Ａｕバンプの
変形が少ないことを考慮すると、５．４ｋｇｆという値
は、決して劣る値ではない。

【００４９】一方剪断後の破断は、ＩｎＳｎバンプを配
線上に単に圧接するものでは全てがＩｎＳｎバンプと配
線との間で起こり、破断面での固相拡散反応は確認でき
なかった。このことからも固相拡散による接合がいかに
優れていることが分かる。

【００５０】なお、クリーム状半田を使用した共晶半田
では３．５ｋｇｆ／ｍｍ² 程度、８％Ｂｉ−４６％Ｓｎ
−Ｐｂ半田では２．５ｋｇｆ／ｍｍ² 程度であることと
比較すると本発明のＡｕバンプとＡｌ配線との固相拡散
接合の剪断強度がいかに優れているかということが分か
る。ちなみにＩｎＳｎの圧接接合法の場合、ＩｎＳｎバ
ンプの高さが約１０μｍであるのを１〜２μｍまで潰す
ので変形率は８０〜９０％である。

【００５１】また、接続抵抗については、表１に示した
ように、固相拡散接合（Ａｕ／Ａｌ）では、最大抵抗値
が６５ｍΩと低い。このバンプ／配線と接続抵抗値との
関係を図４に示す。このグラフにより、標準偏差が５．
４ｍΩであり、抵抗のばらつきが少ないことが分かる。
この様に、本発明による固相拡散接合は、ＩｎＳｎバン
プの配線上への圧接接合より安定した接続であることは
明かである。

【００５２】さらに、本発明者らは、ＡｕバンプとＡｌ
配線の固相拡散接合と、ＩｎＳｎバンプとＭｏ配線の圧
接接合について、高温高湿放置試験（７０℃、９０％
Ｒ．Ｈ．１０００サイクル）及びＴＳＴ（Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ｓｈｏｃｋ Ｔｅｓｔ）を行った。図５は、高温高
湿放置試験結果を示すグラフ、図６は、ＴＳＴ結果を示
すグラフである。これらのグラフから、ＩｎＳｎ半田に
よる圧接接合では、抵抗が高く、抵抗が増加するが、本
発明による固相拡散接合では、圧接接合に比べ、ばらつ
きが少なく、低い抵抗を維持できることが明かである。

【００５３】なお、ＩｎＳｎ半田は、融点以下で接合す
るには、その融点が低すぎ、柔らかく、変形し易い。従
って、半田の圧接法では、通常半田バンプと配線はアン
カー効果で接続される。しかしながらこのような接続方
法では、上述したように、接続強度が弱く、抵抗のばら
つきがあり、且つＡｌ配線と用いる場合、Ａｌの酸化膜
を破壊できないため接続できない。半田自体の強度も弱
く、信頼性が乏しいという問題がある。

【００５４】図７は、本発明の第２の実施例である電子
回路装置の断面図である。この電子回路装置は、電子素
子として半導体素子を内蔵したパッケージを使用してお
り、その主構成は、表面に配線パターンを有する絶縁性
基板と、半導体素子を内蔵したパッケージとが、バンプ
を介して接続されている電子回路装置において、前記配
線と前記バンプとの間、及び前記バンプと前記パッケー
ジの電極との間の両方或いは一方が固相拡散によって接
合されていることを特徴とする。

【００５５】図７に示すように、この電子回路装置で
は、絶縁性基板として内部に多層配線が施されているア
ルミナ基板２０を用い、このアルミナ基板２０の表面に
はスパッタリング法等により成膜された金配線２３が形
成されている。また、半導体素子２４を内蔵したパッケ
ージ２１の電極上にメッキ法等で形成された金バンプ２
２を介して、前記金配線２３上に前記パッケージ２１を
実装したもので、パッケージ２１の金バンプ２２と、金
配線２３との間が固相拡散により接合されている。

【００５６】次に、この電子回路装置を実現するための
製造工程の１例について説明する。先ず、半導体素子２
４を内蔵したパッケージ２１の電極を形成するために、
スパッタリング法により、チタン／ニッケル／金からな
る電極（図示せず）を形成する。さらに、この電極上
に、レジスト塗布、パターニング、電気メッキを行うこ
とによって金バンプ２２を形成する。

【００５７】次に、基板２０を支持するステージ（図示
せず）を３００℃に加熱すると共に、パッケージを吸着
するヘッド（図示せず）を３７０℃に加熱し、１バンプ
あたり５０ｇｆの荷重をかけながら０．１５秒間圧接
し、パッケージ２１と基板２０を接続する。

【００５８】このようにして形成された電子回路装置
は、金配線２３と金バンプ２２とが固相拡散接合される
ため強固な接合が得られることになる。図８は、本発明
の第３の実施例である電子回路装置を説明するための図
である。

【００５９】この電子回路装置は、サーマルヘッドとし
て用いるものである。このサーマルヘッドは、抵抗体
（発熱体）を有する基板と、前記基板上に形成され、少
なくとも表面がアルミニウムを主成分とするアルミニウ
ム層を有する配線層と、前記アルミニウム層上に固相拡
散によって接合されたバンプと、該バンプを介して実装
され前記抵抗体を駆動するための半導体素子とを具備
し、前記アルミニウム層の膜厚は２５００オングストロ
ーム以上で、前記アルミニウム層を有する前記配線の膜
厚は１６０００オングストローム以下であることを特徴
とする。

【００６０】また前記サーマルヘッドはプリンタに組み
込まれ、前記半導体素子の信号により前記抵抗体は発熱
し所定の用紙に印刷されるものである。図８に示すよう
に、このサーマルヘッドは、セラミック基板として、ア
ルミナ基板３０を用い、このアルミナ基板３０上には、
スパッタリング法により、Ｎｂ−ＳｉＯ₂ からなる抵抗
体３１及びアルミニウムからなる配線３２が形成されて
いる。この配線３２上に、駆動用半導体素子３３が、金
からなるバンプ３４を介して接続されるものである。な
お、３５は保護層である。

【００６１】この時、金バンプ３４は、半導体素子３３
の電極上に電気メッキ法等で形成することができ、この
金バンプ３４とアルミニウム配線３２は固相拡散接合に
より接続されたものである。

【００６２】本実施例においてはアルミニウム配線３２
の膜厚を８０００オングストロームとし、金バンプ３４
は、バンプサイズ３０μｍ□、バンプピッチ４０μｍ、
バンプ数１４６とした。

【００６３】金バンプ３４とアルミニウム配線３２の固
相拡散接合は、駆動用半導体素子３３を４００℃、アル
ミナ基板３０を８０℃に加熱し、１バンプあたり、２５
ｇｆの荷重で０．２秒間圧接することにより行なわれ
た。

【００６４】接合後の半導体素子と基板との密着強度は
４．０ｋｇｆであり、十分に強度を保っていた。また、
接触抵抗は１バンプあたり２０〜３０ｍΩであった。ま
た、このサンプルについて高温高湿放置試験（７０℃、
９０％Ｒ．Ｈ．１０００時間）、熱衝撃試験（−４０℃
／１２０℃、３０分／３０分、１０００サイクル）を実
施したところ、接触抵抗の変動は±１０％以内に入り安
定な電気的接続が得られていることが分かった。

【００６５】さらに、同上の環境条件下において半導体
素子３３と基板３０との密着強度を剪断試験によって評
価したところ、初期強度４．０ｋｇｆに対して１０％程
度の劣化内に抑えることができ実用上全く支障のないレ
ベルを得ることができた。

【００６６】以下に、前述のサーマルヘッドを具備する
電子回路装置の変形例を示す。この装置では、アルミニ
ウム層の膜厚が１５５００オングストロームとなるよう
に配線３２を形成し、それ以外は前述のサーマルヘッド
を具備する電子回路装置と同様にして電子回路装置を形
成した。このサンプルについて同様の試験をしたところ
接合後の半導体素子と基板との密着度は４．０ｋｇｆで
あり、十分に強度を保っていた。また接触抵抗は１バン
プあたり２０〜３０ｍΩであった。また、このサンプル
について同様に高温高湿放置試験（７０℃、９０％Ｒ．
Ｈ．１０００時間）、熱衝撃試験（−４０℃／１２０
℃、３０分／３０分、１０００サイクル）を実施したと
ころ、接触抵抗の変動は±１０％以内に入り安定な電気
的接続が得られていることが分かった。

【００６７】さらに、同上の環境条件下において半導体
素子３３と基板３０との密着強度を剪断試験によって評
価したところ、初期強度４．０ｋｇｆに対して１０％程
度の劣化内に抑えることができ実用上全く支障のないレ
ベルを得ることができた。また、印刷精度の劣化も生じ
なかった。

【００６８】比較例１ また、サーマルヘッドを具備する電子回路装置の比較例
として、アルミニウム層の膜厚を２０００オングストロ
ームにする以外は同様にしてサンプルを作製した。

【００６９】このサンプルについて同様の試験を行った
結果、接合後の半導体素子と基板との密着強度は０．９
ｋｇｆであり、すぐに剥がれるという不都合が生じ実用
上問題があった。配線３２のアルミニウムとバンプ３４
の金との金属間化合物がアルミニウム配線３２下にまで
達し、下層の基板３０との密着強度が低下したことによ
るものである。

【００７０】比較例２ さらに、他の比較例としてアルミニウム層の膜厚を２０
０００オングストロームにする以外は同様にしてサンプ
ルを作製した。

【００７１】このサンプルについて同様の試験を行った
結果、接合後の半導体素子と基板との密着強度、接触抵
抗の変動においては実用上支障のないレベルであった
が、アルミニウム膜厚が１５５００オングストローム以
下の時と比べて著しい印刷精度の劣化になることが分か
った。

【００７２】ここで、抵抗体を具備する基板上にバンプ
を用いて固相拡散により電子素子を接続したサーマルヘ
ッドについて考察する。先ず、セラミック基板上に形成
された配線層の内、最上層（配線が多層構造の場合）に
くるアルミニウム層の膜厚が２５００オングストローム
以下である場合には、バンプ材料を金とした場合、金と
アルミニウムの固相拡散層である金属間化合物がアルミ
ニウム層下にまで達し、前記固相拡散層と下層の層或い
は基板との密着が著しく弱くなり、亀裂や剥離等の問題
が生じ易い。一方、アルミニウム層を厚くした場合、配
線全体の膜厚が厚くなり、印字の際の印字品質が低下す
るという問題が生じる傾向がある。

【００７３】以上のような問題に鑑み、本発明者は、半
導体素子を、金属の固相拡散を利用して、サーマルヘッ
ドを構成するセラミック基板に実装するにあたって、ア
ルミニウム配線膜厚の最適化を図った。そこで、バンプ
を金で構成する場合について、アルミニウムと金の金属
間化合物の成長とアルミニウム配線層の厚さの関係を調
べた。

【００７４】その結果、加熱温度４００℃、加熱時間
０．２秒においてアルミニウム層の膜厚が２２００オン
グストロームよりも薄いときにはアルミニウムと金の金
属間化合物である固相拡散層が配線下層まで生成してし
まい亀裂、剥離が生じ易いことが分かった。実験の結
果、金とアルミニウムの固相拡散層は、金バンプとアル
ミニウム層との界面からおよそ２２００オングストロー
ム程度まで進行している。しかしながら、金バンプの高
さのばらつきや半導体素子を接合する次具の傾き等の要
因によって、この固相拡散層の厚さは１９００オングス
トロームから２５００オングストロームまでばらついて
しまうことを見いだした。従って、この金属間化合物の
成長をアルミニウム下層まで到達させないために前記ア
ルミニウム層は少なくとも２５００オングストローム以
上あれば良いことが分かる。また、実用的には、このア
ルミニウム層は、１５５００オングストローム以下であ
ることが好ましい。これを越えると、印刷精度が劣化
し、かすれやにじみを生じる傾向がある。ＡｕとＡｌ
は、Ａｕ₅ Ａｌ₂ 、Ａｕ₄ Ａｌ、Ａｕ₂ Ａｌ、ＡｕＡ
ｌ、ＡｕＡｌ₂ 等の金属間化合物を作ることが知られて
いるが、ここではＡｕ₄ Ａｌ及びＡｕ₅ Ａｌ₂ が多く観
測された。Ａｕ−Ａｌの反応においてはＡｕ₄ Ａｌ及び
Ａｕ₅ Ａｌ₂ が形成されることで安定になる。

【００７５】前記固相拡散層の膜厚のばらつきは上述し
たように２２００±３００オングストロームであり、少
なくともアルミニウム層は２５００オングストローム以
上あればよいが、信頼性を増すためにはアルミニウム層
は２６００オングストローム以上であることが望まし
い。

【００７６】次に、アルミニウム層の膜厚が厚すぎる場
合には、結果的に全体の配線の膜厚が厚くなる。図９及
び図１０に、サーマルヘッドの抵抗部と配線との関係を
示したプリンタの図を示す。図９に示すように、基板４
０上に抵抗体４１が形成され、さらにその上にアルミニ
ウム配線４２がある場合には被印刷物４３（紙等）と抵
抗体４１の間隔がアルミニウム配線４２の膜厚のために
広がり、にじみやかすれが生じ、印字精度が劣化する傾
向がある。また、図１０に示したようにアルミニウム配
線４６上に抵抗体４７がある場には、図９で示した欠点
と、さらに抵抗体４７がアルミニウム配線４６によって
断線するという欠点があった。特にアルミニウム配線４
６の膜厚が１６０００オングストロームを越えると顕著
になる。なお、図９、図１０において４５は保護層を示
す。

【００７７】上述した知見に基づき、本発明者は、サー
マルヘッドの全体の配線の膜厚を１６０００オングスト
ローム以下とすることが好ましいことを見いだした。ま
た、実用性を考慮すると、全体の配線の膜厚は３０００
オングストローム以上であることが好ましい。これ未満
であると、信頼性が低下する傾向がある。

【００７８】上記知見に鑑み、本発明によるサーマルヘ
ッドを備えたプリンタにおいては、少なくともアルミニ
ウム層の膜厚を２５００オングストローム以上、且つ全
体の配線の膜厚を１６０００オングストローム以下とす
ることが好ましい。さらに、実用性を考慮すると、アル
ミニウム層の膜厚を２５００〜１５５００オングストロ
ームとすることにより、印字精度の劣化の少ないプリン
タを提供することが可能となる。

【００７９】次に本発明の第４の実施例を説明する。図
１１は、本発明の第４の実施例にかかる半導体装置の一
例を示す図である。この半導体装置は液晶パネルに用い
られるもので、半導体素子５１と、この表面に電気メッ
キ法等で形成された金バンプ５２と、この金バンプ５２
と固層拡散により接合されたモリブデン／アルミニウム
積層配線５４とを有する配線基板５３とから構成され
る。配線基板５３は、ガラス基板からなり、その上に、
順にモリブデン、アルミニウムを積層し、モリブデン／
アルミニウム積層配線５４を形成したものである。この
時、金バンプ５２と配線５４のアルミニウム層との間が
固層拡散により接続されている。

【００８０】次に、この図１１に示す半導体装置の製造
工程の一例について説明する。図１２Ａ乃至図１２Ｃ
は、本製造工程を説明するための図である。この製造工
程は、フェイスダウン技術を用いて、半導体素子５１
を、絶縁性基板５３表面に形成された配線パターン５４
上に、バンプ５２を介して搭載する工程と、前記配線パ
ターン５４と前記バンプ５２との間が固層拡散によって
接合するように前記バンプ５２及び前記配線パターン５
４をその融点以下の温度で加熱する加熱工程とを含むこ
とを特徴とする。

【００８１】図１２Ａに示すように、半導体素子５１の
ボンディングパッド（図示せず）にバリア金属Ｂとして
半導体素子側からチタン層、ニッケル層及びパラジウム
層を形成し、その上に電気メッキにより金バンプ５２を
形成する。この時チタン層はアルミニウムパッドと密着
を高めるために形成され、ニッケル層は金が半導体素子
のボンディングパッドに拡散するのを防ぐために形成さ
れ、パラジウム層は金との密着を高めるために形成され
る。

【００８２】次に、図１２Ｂに示すように、ガラス基板
５３上の所望の領域に下層にモリブデンと上層にアルミ
ニウムの２層構造の配線パターン５４を形成する。１枚
のガラス基板あたり、入力パッドとしての２６個のパッ
ドと出力用パッドとしての１２０個のパッドを含むもの
とする。

【００８３】そして半導体素子側を４００℃に加熱する
とともに、ガラス基板側を８０℃に加熱し、半導体素子
５１とガラス基板５３を図１２Ｃのように配置し、１バ
ンプあたり３０ｇｆの荷重をかけながら０．２秒間圧接
し、一括してすべてのパッドを接続する。接続後の半導
体素子５１とガラス基板５３との密着強度は４．０ｋｇ
ｆ程度であった。

【００８４】このようにして形成された半導体装置は、
配線５４のアルミニウム層上に形成された酸化膜を金バ
ンプ５２をアルミニウム層上に圧接することにより破壊
し、また温度によって固相拡散接合されるため強度な接
合が得られることになり、許容電流値が増大し、接続抵
抗の低減を図ることができる。

【００８５】また、一括してすべての接続を行うことが
できるため、１７．５秒（１つあたり０．１２秒）程度
もかかっていたワイヤボンディングにより１つ１つ接続
する場合に比べ、大幅な時間の短縮となる。更にバンプ
接続のため実装必要面積を低減することができる。

【００８６】なお、前記実施例では、バンプを金で形成
するとともに配線パターンをモリブデン／アルミニウム
の２層構造で形成し、金とアルミニウムの固層拡散によ
って接合したが、これらの組み合わせに限定されること
なく、互いに固相拡散を生じるような材料の組み合わせ
であれば良い。さらに金バンプと金配線のように同種金
属間の接合であっても良い。

【００８７】次に本発明の第５の実施例を説明する。図
１３は、本発明の第５の実施例にかかる半導体装置の一
例を示す断面図である。

【００８８】この例では、絶縁性基板としてアルミナ基
板６３を用いており、アルミナ基板６３上にスパッタリ
ング法により抵抗パターン（図示せず）及び電極配線等
の配線パターン６４を形成したものを用い、この配線パ
ターン６４上に駆動用ＩＣチップ６１を金バンプ６２を
介して配置し、この金バンプ６２と配線パターン６４と
が固相拡散により接続されていることを特徴とするもの
である。なお、ここで駆動用ＩＣチップ６１とアルミナ
基板６３はさらに絶縁性接着剤６５により封止され、周
りの環境変化、例えば水分の侵入からバンプ接続部を保
護している。

【００８９】次に、この半導体装置の製造工程について
説明する。まず、半導体素子６１のボンディングパッド
（図示せず）にバリア金属（図示せず）としてチタン
層、ニッケル層、パラジウム層を介してメッキ法により
金バンプ６を形成しておく。このとき金バンプ６２の高
さは±１．５μｍ程度のばらつきを有している。

【００９０】次に、金バンプ６２が形成された半導体素
子６１を熱源基板上にスタンピングし、金バンプ６２の
高さを一定に揃える。次いで、アルミナ基板６３上にス
パッタリング法により抵抗パターンを形成した後、電極
パターンとして基板側からタングステン／アルミニウム
の２層構造の配線パターン６４を形成する。

【００９１】次に、金バンプ６２が形成された半導体素
子６１を、電極パターン６４が形成された基板６３にフ
ェイスダウンに配置し、金バンプ６２を、一括してすべ
てのパッド上に圧接し、アルミナ基板６３を熱すること
によって熱処理し、固相拡散接合させる。

【００９２】このようにして形成された半導体装置は、
前記の半導体装置の効果に加え、チタンの熱伝導が金に
比べ悪いことから、熱がアルミナ基板６３から半導体素
子６１に伝導するのを防止し、半導体素子６１の温度上
昇を防ぐことができる。

【００９３】上記のようにスタンピングにより半導体素
子６１を加圧することによりバンプの高さを揃えること
ができ、より確実で信頼性の高い接続を行うことができ
る。また、アルミナ基板６３を熱する代わりに半導体素
子６１裏面から、赤外線等により金バンプ６２を選択的
に加熱するようにすれば金バンプ６２のみを昇温できる
ので半導体素子６１への熱による影響を抑えることが可
能となる。

【００９４】次に本発明の第６の実施例を説明する。図
１４Ａ及び図１４Ｂ、図１５Ａ乃至図１５Ｃ、及び図１
６は、本発明の第６の実施例である半導体装置の製造工
程を説明するための図である。

【００９５】配線基板の形成は図１４Ａに示すようなセ
ラミック基板７０に、スパッタリング法によりアルミニ
ウム薄膜を形成し、これをフォトリソグラフィによりパ
ターンニングし、図１４Ｂに示すようにアルミニウムか
らなる配線パターン７１を形成する。

【００９６】また、バンプの形成プロセスを説明するた
めの図を図１５Ａ乃至図１５Ｃに示す。図１５Ａに示す
ように、半導体素子として所望の素子領域が形成された
シリコン基板７２を用意し、このシリコン基板７２表面
に形成されたアルミニウムからなる配線パターン７３上
にパッシベーション膜としての窒化シリコン膜７４を形
成した後、フォトリソグラフィによりコンタクト孔を形
成し、さらに真空蒸着法によりチタン、ニッケル及びパ
ラジウムからなるバリアメタル層７５を形成する。

【００９７】そして図１５Ｂに示すように、前記バリア
メタル層７５上にレジストＲを塗布し、これをパターニ
ングした後、メッキ液に浸漬し、バリアメタル層７５を
電極として電気メッキを行いレジストＲから露呈するバ
リアメタル層７５表面に選択的に金からなるバンプ７６
を形成する。

【００９８】最後に図１５Ｃに示すように、レジストＲ
を剥離し、バンプ７６をマスクとしてバリアメタル層７
５の一部をエッチング除去し、中央部が凹状の窪みを有
するバンプ７６を形成する。

【００９９】実装に際しては先ず、このようにして形成
された半導体素子７７を図１４Ｂに示すセラミック基板
７０上の配線パターン７１上に配置し、４００℃程度に
加熱してバンプ７６を配線パターン７１と固相拡散接合
させる。

【０１００】図１６は、このようにして形成された半導
体装置のバンプと配線パターンの接続の様子を表す図を
示す。このとき金バンプ７６の中央部に凹状の窪みが形
成されているため、固相拡散層は図１６に破線で示すよ
うに形成され、固層拡散層とアルミニウム配線７１との
界面の面積が増大し、接合強度が高いという特徴を有す
る。

【０１０１】このようにして形成された半導体装置は、
セラミック基板７０上のアルミニウム配線７１表面に酸
化膜が形成されていても圧接による酸化膜の破壊と固相
拡散により良好に接合されるため、許容電流値が増大
し、接続抵抗の低減を図ることが可能となる。

【０１０２】本実施例によっても、アルミニウム配線等
のように強固な酸化膜を有し、そのために半田との濡れ
性が悪いような材料を用いた配線基板であっても、その
半導体素子等との接続が固層拡散接合により確実とな
り、しかも機械的強度が高く信頼性の高い接続を行うこ
とが可能となる。

【０１０３】また、以上述べてきたように、本発明によ
る半導体装置は、液晶表示装置等のフラットディスプレ
イの場合にはガラス基板、サーマルヘッドの場合にはセ
ラミック基板を用いることができる。

【０１０４】次に本発明の第７の実施例を説明する。本
発明による液晶表示装置は、一対の基板と、該一対の基
板に挟持された液晶と、一方の基板上に形成され、少な
くとも表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム
層を有する配線層と、前記配線層上にバンプを介して実
装された半導体素子とを有し、前記バンプと前記アルミ
ニウム層とは固層拡散によって接合され、前記アルミニ
ウム層の膜厚は２５００オングストローム以上で、前記
配線の膜厚は８５００オングストローム以下であること
を特徴とするものである。

【０１０５】この液晶表示装置において、配線は少なく
ともアルミニウムを主成分とする層が最上層に配置され
ている。このアルミニウム層の下層にモリブデン、クロ
ム或いはモリブデンタングステン合金等他の層を形成
し、多層配線としても良い。この場合配線層の膜厚と
は、多層配線の膜厚を意味する。

【０１０６】ここで、本発明の技術を液晶表示装置に適
用する場合に、以下の点について考慮することが好まし
い。先ず、ガラス基板上に形成された配線のうち最上層
にくるアルミニウム層の膜厚であるが、薄すぎる場合に
は、アルミニウムと金等で構成されたバンプの固層拡散
層である金属間化合物がアルミニウム層下の層（例えば
Ｍｏ層）まで生成し前記固層拡散層と下層のモリブデン
層との間の強度が著しく弱くなり、亀裂や剥離等の問題
が生じ易い。

【０１０７】また、アルミニウム層を厚くした場合、配
線全体の膜厚が厚くなり、液晶部のラビング（配向処
理）工程の際、前記配線が厚すぎるために均一な配向処
理が形成できず表示画面のむらが生じや易くなる。

【０１０８】以上の点に鑑み、本発明者は、本発明の技
術に基づいて、半導体素子を金属の固相拡散を利用して
ＬＣＤ基板に実装するにあたって、アルミニウム配線膜
厚の最適化を図った。そこでバンプを金で構成する場合
について、アルミニウムと金の金属間化合物の成長とア
ルミニウム配線厚との関係を調べた。その結果、加熱温
度４００℃、加熱時間０．２秒においてアルミニウム層
の膜厚が２２００オングストロームよりも薄いときには
アルミニウムと金の金属間化合物である固層拡散層が配
線下の最下層まで生成してしまい亀裂、剥離が生じる傾
向がある。実験の結果、アルミニウムと金の固層拡散層
は、金バンプとアルミニウム層との界面からおよそ２２
００オングストローム程度まで拡散していた。しかしな
がら、金バンプの高さのばらつきや実装した際の半導体
素子の傾きのばらつき等の要因によって、この固層拡散
層の拡散は１９００オングストロームから２５００オン
グストロームまでばらついてしまうことを見いだした。
従って、この固層拡散層の拡散を下層のモリブデン、ク
ロム、チタンタングステン合金等の層まで拡散させない
ために前記アルミニウム層は少なくとも２５００オング
ストローム以上であれば良いことが分かった。前記固層
拡散層の拡散のばらつきは上述したように２２００オン
グストローム±３００オングストロームであり、少なく
ともアルミニウム層は２５００オングストローム以上で
あれば良いが、信頼性を増すためにはアルミニウム層の
膜厚は２６００オングストローム以上であることが望ま
しい。また、実用的には、このアルミニウム層は、８０
００オングストローム以下であることが好ましい。これ
を越えると、均一な配向処理ができずに、配向の反転を
生じる傾向がある。

【０１０９】次に、アルミニウム層の膜厚が厚すぎる場
合には、結果的に全体の配線の膜厚が厚くなり、液晶部
のラビング（配向処理）工程でむらが生じ易くなる。む
らの生じた割合をリバース面積比（１画面上でリバース
ディスクリネーションが生じた面積／１画面の面積）で
表し、これと配線厚との関係を示したのが図１８であ
る。図より明らかなように配線厚が８５００オングスト
ローム以下であればラビング工程でのむらは発生しなか
ったが配線膜厚が８５００オングストロームを越えると
リバース面積は増加していることが分かる。また、実用
性を考慮すると、全体の配線の膜厚は、３０００オング
ストローム以上であることが好ましい。これ未満である
と、拡散層の成長によって信頼性が低下する傾向があ
る。

【０１１０】上記知見に鑑み本発明による液晶表示装置
は、アルミニウム層の膜厚を２５００オングストローム
以上かつ全体の配線の厚さを８５００オングストローム
以下とすることにより、信頼性が高く、ラビングむらの
ない液晶表示装置を提供することが可能となる。

【０１１１】図１７は、本発明の第７の実施例である液
晶表示装置の一例の概略を示す図である。図１７に示す
ように、ガラス基板８１上に形成されたモリブデン／ア
ルミニウム配線８２上に金バンプ８３を介して半導体素
子８４が接続されている。ここで金バンプ８３の金と、
モリブデン／アルミニウム配線８２のアルミニウムは、
固相拡散によって直接接合されている。この液晶表示装
置においては、アルミニウム層の膜厚を５０００オング
ストロームとし、モリブデン層は５００オングストロー
ムとした。金バンプ８３はメッキ法によって形成し、バ
ンプサイズ５０μｍ角、バンプピッチ８０μｍ、バンプ
高さ２０μｍとした。

【０１１２】ガラス基板８１としては、ＴＦＴ−ＬＣＤ
基板を適用した。図示しないが、ガラス基板８１を延長
した部分がＴＦＴ−ＬＣＤを構成している。この基板８
１上には、その表面上から順にモリブデン／アルミニウ
ムを積層した構造を有する配線８２が設けられている。
このモリブデン／アルミニウム配線８２は基板８１上に
スパッタ法によって形成し、モリブデン層を５００オン
グストローム形成した上にアルミニウム層を５０００オ
ングストローム形成した。金バンプ８３とアルミニウム
配線８２は３００〜５００℃で固相拡散接合させ、金と
アルミニウムの合金を形成する。

【０１１３】この液晶表示装置では入力バンプ２６個、
出力バンプ１２０個からなる半導体素子８４を用いて、
半導体素子８４を４００℃、ガラス基板８１を８０℃に
加熱し、１バンプ当り３０ｇｆの荷重で０．２秒間圧接
し、金とアルミニウムの固層拡散反応をおこさせ金バン
プ８３と配線８２の接合を行った。

【０１１４】接合後の半導体素子８４とガラス基板８１
との密着強度は４．０ｋｇｆであり、充分に強度を保っ
ていた。また、接触抵抗は１バンプあたり２０〜３０ｍ
Ωであった。またこのサンプルについて高温高湿試験
（７０℃、９０％Ｒ．Ｈ．、１０００時間）、熱衝撃試
験（−４０℃／１２０℃、３０分／３０分、１０００サ
イクル）を実施したところ、接触抵抗の変動は±１０％
以内に入り極めて安定な電気的接続が得られていること
が分かった。

【０１１５】さらに、同上の環境条件下において半導体
素子８４とガラス基板８１との密着強度をダイシェアに
よって評価したところ、初期強度４．０ｋｇｆに対して
１０％程度の劣化内に抑えることができ実用上全く支障
のないレベルを得ることができた。また、液晶部のラビ
ング工程による不良も生じなかった。

【０１１６】次に本発明の第８の実施例について説明す
る。この例では、配線８２のアルミニウム層の膜厚を８
０００オングストローム、モリブデン層を５００オング
ストロームとして配線膜厚が８５００オングストローム
となるように配線８２を形成する以外は、第７の実施例
に示した液晶表示装置と同様のサンプルを形成した。

【０１１７】このサンプルについて同様の試験をしたと
ころ接合後の半導体素子８４とガラス基板８１との密着
強度は４．０ｋｇｆであり、充分に強度を保っていた。
また、接触抵抗は１バンプあたり２０〜３０ｍΩとな
り、このサンプルについて同様の信頼性試験を実施した
ところ、接触抵抗の変動は±７％以内に入り極めて安定
な電気的接続が得られていることが分かった。さらに、
同上の環境条件下において半導体素子とガラス基板との
密着強度をダイシェアによって評価したところ、初期強
度４．０ｋｇｆに対して１０％程度の劣化となり実用上
全く支障のないレベルであった。また、図１８から、配
線の膜厚が８５００オングストロームであるので液晶部
のラビング工程による不良が生じなかったことが分か
る。

【０１１８】比較例３ アルミニウム層の膜厚を２０００オングストロームで第
７の実施例と同様のサンプルを作成した。このサンプル
について第７の実施例と同様の試験を行った結果、接合
後の半導体素子とガラス基板との密着強度は０．９ｋｇ
ｆであり、すぐに剥がれるという不具合が生じ実用上問
題があった。これは、アルミニウムと金の金属間化合物
がアルミニウム配線下のモリブデン界面まで達していた
ことによるものと考えられる。

【０１１９】比較例４ アルミニウム層の膜厚を１００００オングストローム、
モリブデン層を５００オングストロームとして配線膜厚
が１０５００オングストロームとなるように配線８３を
形成し第７の実施例と同様のサンプルを作成した。この
サンプルについて第７の実施例と同様の試験を行った結
果、接合後の半導体素子８４とガラス基板８１との密着
強度、接触抵抗、、接触抵抗の変動においては実用上支
障のないレベルであった。図１８に示すように、液晶部
のラビング工程による不良が最大１０％生じたので液晶
表示品位の劣化につながることが分かった。

【０１２０】ここで、バンプと配線が反応する温度は、
半導体装置へのダメージを防ぐためには低い方が望まし
い。特にＣＯＧ（ＣＨＩＰ ＯＮ ＧＬＡＳＳ）実装の
中でも耐熱温度の低い液晶や偏光板を用いる液晶ディス
プレイを想定したときには、既に薄膜トランジスタや液
晶、偏光板が組み込まれている液晶パネルをガラス基板
として用いることが多いために、温度の制約を受ける。
液晶パネルとして局部的には数百度まで加熱することが
可能であるが、画素部分に加えられる温度としては１０
０℃以下が望ましい。また半導体素子も特性の変化を考
慮すると５００℃程度以下の温度が望ましい。実験とシ
ュミレーションの結果から半導体素子から２ｍｍ離れた
ガラス基板上及び配線の温度上昇は本条件で実装した場
合に１００℃以下になることを確認した。

【０１２１】一般に、液晶パネルの配線としてはＩＴＯ
が多く用いられているが、配線抵抗は低い方が望ましい
ので、金属配線との組み合わせになっている場合が多
い。中でも抵抗が低く且つ安定なアルミニウムをＣＯＧ
実装用の配線としてい用いることが性能、信頼性、コス
トの点から有利である。また、ＣＯＧ実装の他にＣＯＢ
（ＣＨＩＰ ＯＮ ＢＯＡＤ）等の実装においても本発
明は有効である。

【０１２２】上述の本発明の液晶表示装置においては、
バンプと実装用の絶縁性基板上に形成された配線パター
ンとの接続を固層拡散によって行うようにしているの
で、極めて高い接続強度を得ることが可能となる。ま
た、配線パターン上に酸化膜が形成されている場合に
は、熱処理と同時に圧接を行っているので酸化膜を破壊
することができ、接続強度が高い接続を行うことが可能
となる。

【０１２３】以上説明してきたように、本実施例におい
ても、固層拡散接合により確実で且つ信頼性の高い微細
ピッチの接続を有する液晶表示装置を提供することがで
きるものである。

【０１２４】また本実施例による液晶表示装置は、配線
膜厚を２５００オングストローム以上８５００オングス
トローム以下にすることにより密着強度が充分に高く、
接触抵抗も充分に低くすることができ、しかもラビング
むらのない高品質な液晶表示装置を提供することが可能
となる。

【０１２５】次に本発明の第９の実施例を説明する。本
発明による回路基板は、絶縁性基板と、この絶縁性基板
上に形成された第１の金属層、この第１の金属層上に形
成されたこの第１の金属層と同様の金属の酸化物の膜、
及びこの金属酸化物膜上に形成された第２の金属層によ
り構成される積層配線層とを具備することを特徴とする
ものである。

【０１２６】なお、この積層配線層は、前述の第１乃至
第８の実施例に用いられる配線層にそれぞれ応用するこ
とができる。以下、図面を参照しながら本発明の第９の
実施例について説明する。ここでは、固層拡散接合を用
いたフリップチップ実装についての実施例を説明する。

【０１２７】図１９には本発明の第９の実施例に係る回
路基板に半導体素子が搭載された図が示されている。こ
の図１９によると、絶縁性基板９０はガラス基板、セラ
ミック基板または金属コア基板によって構成できる。図
２０は、図１９の上面図を示す。この絶縁基板９０上
に、第１の金属層９１、酸化層９２及び第２の金属層９
３を順次積層して形成された複数の積層膜からなる配線
９４が図２０に示すように選択的に形成される。これら
積層構造を有する配線９４上に、半導体素子９５の所定
の位置に形成されたバンプ９６が固層拡散接合される。
このため、第１及び第２の金属層（配線層）並びにバン
プ９６の材質はバンプ９６と配線層９４とが固層拡散に
よって反応し、機械的及び電気的に接続できることと、
第１の金属層は酸化物を作ることができる条件を満たす
ことを必要とする。すなわち、バンプ９６は、例えば
銅、金、アルミニウム、錫またはそれらの金属物質を含
む合金により形成され、配線層９４、すなわち第１の金
属層９１及び第２の金属層９３は、例えばアルミニウ
ム、銅、錫などの金属またはそれらの金属を含む合金に
より形成され、バンプ９６と、第１の金属層９１、及び
第２の金属層９３は融点以下の温度で固層拡散が生じ、
バンプ９６と配線層９４が接合されるものである。

【０１２８】本実施例においては、バンプ９６には金
が、配線層９４の第１の金属層９１及び第２の金属層９
３にはアルミニウムが用いられる。この場合、第２の金
属層９３上に形成されている酸化膜は、半導体素子９５
に設けられたバンプ９６が配線層９４に対して圧接され
る際にバンプ９６によって破壊され、バンプ９６の金と
第２の金属層９３のアルミニウムとが直接に反応する。

【０１２９】ところで、バンプ９６を形成する場合、蒸
着、メッキ、転写などの方法が用いられるが、この回路
基板においては、メッキによりバンプが形成される。メ
ッキによるバンプ形成方法は既に多くの公知例があるの
で、その詳細については説明を省略する。

【０１３０】これに対して、積層構造を有する配線層９
４は次のように形成される。先ず、絶縁性基板９０とし
て厚さが１．１ｍｍで直径が５インチの無アルカリガラ
スを用意し、この基板上にスパッタ法によって、モリブ
デン層（図示せず）を５００オングストローム厚に形成
し、引き続きアルミニウム層９１をモリブデン層上に３
０００オングストローム厚に形成する。この時の条件は
真空到達度が６×１０Ｅ−４Ｐａ、基板温度が１５０
℃、そしてアルゴン圧が７×１０Ｅ−１Ｐａである。

【０１３１】次に、アルミニウム層９１が形成された
後、一度、処理室の真空を破り、アルミニウム層９１の
上にアルミニウムの酸化物であるアルミナ９２を５オン
グストロームから１００オングストローム、好ましくは
約４５オングストロームの厚さに形成する。

【０１３２】この後、再び処理室を真空にし、アルミナ
９２の上にアルミニウム層９３を３０００オングストロ
ーム厚に成膜する。この成膜後に、パターニングを行い
配線パターン９４を形成する。パターニングはレジスト
塗布、露光、エッチング等の一般的な方法を用いて行わ
れる。

【０１３３】次に、上述のように構成された回路基板の
配線層９４上に半導体素子９５を接合する場合を説明す
る。先ず、入力及び出力バンプ９６が形成された半導体
素子９５を、配線層９４が形成された基板上に前記バン
プ９６と前記配線層９４が所定の位置で対抗するように
配置する。

【０１３４】次に、半導体素子９５を摂氏３８０℃に加
熱し、ガラス基板９０を摂氏８０℃に加熱する。この状
態において、１バンプあたり３０ｇｆの荷重で０．８秒
間、半導体素子９５のバンプ９６が回路基板９０に圧接
される。この時、金バンプ９６は配線層９４の第２の金
属層であるアルミニウム層９３と固相拡散接合される。
この接合後に半導体素子９５を強制的に回路基板から剥
離したときに剥離に要する強度は１．８ｋｇであり、こ
の強度は実用上において充分な強度である。なお、この
剥離は、第２の金属層９３と酸化膜９２との界面或いは
酸化膜９２と第１の金属層９１との界面で行われる。こ
の剥離後に、回路基板をクリーニングし、先ほどと同じ
条件で別の半導体素子を回路基板に接合したとき、金バ
ンプ９６は配線９４と固層拡散接合されるわけである
が、この時、第２の金属層９３は剥離により、配線層９
４には存在しないので、新たな半導体素子の金バンプ９
６は第１の金属層９１に固層拡散接合される。この再接
合後に半導体素子の動作検査を行った結果、半導体装置
が正常に動作することが確認された。

【０１３５】上記の例では、配線層９４は第１の金属層
９１、酸化層９２及び第２の金属層９３の３層構造であ
るが、３層以上の積層により構成されても良い。次に本
発明の第１０の実施例を説明する。

【０１３６】図２１は本発明の第１０の実施例に係る回
路基板の断面図である。本実施例による回路基板は前述
の配線層９４を７層の積層構造にしたものである。

【０１３７】図２１に示すように、基板１００上に、配
線層９４として金属層１０１、１０３、１０５及び１０
７と酸化層１０２、１０４及び１０６が交互に積層され
て形成される。配線層９４をこのような多数積層構造と
すると、剥離毎に異なる積層間で剥離が行われるので、
この回路基板は複数回リペアーできる。例えば、この積
層配線層９４を、酸化層１０２、１０４及び１０６が、
５オングストローム〜１００オングストロームまで順次
厚くなるように形成する。すなわち、最下層の酸化層１
０２を最も薄く形成し、中層の酸化層１０４及び上層の
酸化層１０６を順次厚くなる用に形成すると、リペアー
の際の剥離工程の時、上層の酸化層１０６から順次剥離
されるので、回路基板は２回以上数回のリペアーに利用
できる。なお、酸化層１０２、１０４及び１０６の厚み
は、例えば、非真空雰囲気における酸化時間を徐々に増
加することにより順次大きくすることができる。

【０１３８】上述したように第９の実施例及び第１０の
実施例による回路基板では、回路基板の第１の金属層、
酸化層及び第２の金属層の積層に固層拡散接合された半
導体素子が回路基板から剥離されるとき、最も接着強度
の弱い箇所である、第１の金属層と第２の金属層の一方
と酸化層との界面で半導体素子が基板から離脱される。
剥離後に半導体素子上のバンプと金属層とが再び固層拡
散接合できる。

【０１３９】従って、この発明によると、容易に、しか
も信頼性の高い接続を保証するリペアー作業が実現でき
る。次に本発明の第１１の実施例を説明する。

【０１４０】本発明の回路基板は、絶縁基板と、前記絶
縁基板に形成される配線パターンと、前記配線パターン
上に設けられる第１のパッド列及び第２のパッド列とに
より構成され、前記第１のパッド列及び前記第２のパッ
ド列は前記第１のパッドの中心座標を（ｘｉ，ｙｉ）
（ｉ＝１〜ｎ）としたとき、前記第２のパッドの中心座
標が（ｘｉ＋ｊ，ｙｉ＋ｋ）（ｉ＝１〜ｎ，ｊ，ｋ：移
動距離）の位置に配置されることを特徴とするものであ
る。

【０１４１】この配線パターンもまた、第１乃至第１０
の実施例の配線層としてそれぞれ応用することができ
る。図２２は、本発明の第１１の実施例に係る配線基板
を示す概略図である。

【０１４２】図２２Ａ乃至図２２Ｅは、この実施例を原
理的に示しており、半導体装置の修理過程を示してい
る。すなわち、図２２Ａに示されるように、半導体素子
２００にはボンディングパッド２０１が形成されてお
り、このボンディングパッド２０１上に、チタン、ニッ
ケル、パラジウム等で形成されるバリア層２０２が積層
されている。このバリア層２０２上には金バンプ２０３
が積層されている。半導体素子２００は回路基板に実装
されるが、この回路基板は絶縁基板２０４と、第１のボ
ンディングパッド列２０６と、第２のボンディングパッ
ド列２０７とにより構成される。図２２Ａ乃至図２２Ｅ
には、説明の便宜上、一対のバンプ２０３及び配線パタ
ーン２０５しか示されていないが、実際には、多数のバ
ンプ２０３及び配線パターン２０５が半導体素子２００
のボンディングパッド２０１及び絶縁基板２０４上に対
応して配置されている。

【０１４３】図２２Ｂには接合部分が拡大して示されて
おり、この図によると、バンプ２０３と回路基板の第１
のパッド列２０６とは固層拡散によって接合され、それ
によって半導体装置が構成される。この半導体装置を修
理する場合に、半導体素子２００が基板２０４から剥離
されるが、この際に、図２２Ｃに示されるようにバリア
層２０２とバンプ２０３との接合界面の近傍にて割れ２
０８が生じ、また、別の破壊モードでは、図２２Ｄに示
されるようにバンプ２０３と第１のパッド列２０６との
接合界面付近で割れ２０９が生じる。このため、第１の
パッド列２０６上に再び半導体素子を接合し、電気的及
び機械的接合をとることは難しい。従って、新しく半導
体素子を接続するのは次に示すように第２のパッド列２
０７上に行うようにする。

【０１４４】半導体素子が剥離された第１のパッド列２
０６に隣接する第２のパッド列２０７上に別の半導体素
子２００が固層拡散接合法により接合する。この時の接
合条件は、本明細書において詳述してきたのでここでの
説明は省略する。

【０１４５】図２２Ｅに示すように、以上の工程を施す
ことによって半導体装置の修理が完了する。なお、固層
拡散接合はヒーター等の加熱方法の他にレーザービーム
加熱等の局所加熱法により大気中またはＮ₂ ガス等の不
活性ガス中でできる。

【０１４６】次に本発明の第１２の実施例の説明をす
る。図２３Ａ及び図２３Ｂは本発明の第１２の実施例を
説明するための図であり、液晶パネルに用いられる回路
基板を示している。図２３Ａに示されるように、ガラス
基板３００上の所望の領域にモリブデンとアルミニウム
の２層構造の配線パターンが形成されている。配線パタ
ーンには、図２３Ｂに示されるように相対する２辺にの
み第１のパッド列３０１が設けられ、第１のパッド列３
０１をＸ軸方向に移動した位置に第２のパッド列３０２
が設けられている。半導体素子の１チップあたり、第１
のパッド列３０１は、入力用パッドとして２６個のパッ
ドと出力用パッドとして１２０個のパッドが設けられて
いる。なお、この配線基板には、ガラス基板上に薄膜ト
ランジスタ、液晶、偏光板などが組み込まれＬＣＤ用基
板を形成している。

【０１４７】上記回路基板において、半導体チップ側を
３７０℃に加熱すると共にガラス基板側を８０℃に加熱
し、１バンプあたり１５ｇｆの荷重をかけながら１．５
秒間、半導体チップをガラス基板に圧接することによ
り、一括に全てのパッドが半導体チップのバンプと固相
拡散接合される。接合後に得られる、半導体チップとガ
ラス基板との密着強度は２．０ｋｇ程度であり、電気的
接続に不良がなかった。

【０１４８】次に、このようにして得られたＬＣＤ基板
のリペアーをする際の工程を示す。先ず、上述したよう
に接合された半導体チップを基板から剥離する。次に、
第１のパッド列３０１をアセトン及びダイヤモンドペー
ストによって洗浄する。次に別の半導体チップを第２の
パッド列３０２に前述と同一の条件で接続する。接続後
における密着強度は変化なく、２．０ｋｇ程度であり、
電気的接続にも不良がなかった。

【０１４９】上記のように、本発明による回路基板で
は、半導体チップの交換修理が容易にできるので、半導
体チップ自体に不良が生じた場合には、第２のパッド列
に接続することにより半導体チップの再装着が可能であ
り、ボンディング位置もＸ軸方向に平行移動するだけで
よいので、生産性に優れた接続を得ることができる。

【０１５０】上記回路基板では、バンプを金で形成する
と共に配線パターンをモリブデン／アルミニウムで形成
しているが、これら材料の組み合わせは限定されるもの
ではなく、互いに固層拡散が生じるような材料の組み合
わせであれば良い。さらに、金バンプと金配線のように
同種金属間の接合であっても良い。また、再装着用のボ
ンディングパッドは複数個設けても良い。

【０１５１】次に本発明の第１３の実施例を説明する。
図２４Ａ及び図２４Ｂは本発明の第１３の実施例を説明
するための図であり、本発明による回路基板をサーマル
プリンタヘッド（ＴＰＨ）に用いたものである。

【０１５２】図２４Ａに示すように、セラミック基板４
００にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜を形成
し、これをフォトリソグラフィによりパターニングして
配線パターンを形成した。配線パターンには、図２４Ｂ
に示すように４辺に第１のパッド列４０１が設けられ、
さらに第１のパッド列４０１をＸ及びＹ軸方向に平行移
動した位置に第２のパッド列４０２が設けられている。
半導体チップの１チップあたり、第１のパッド列４０１
には、入力用パッドとして１７個のパッドと出力用パッ
ドとして１４０個のパッドが設けられている。

【０１５３】上記回路基板において、半導体チップ側を
３７０℃に加熱すると共にセラミック基板側を６０℃に
加熱し、１バンプあたり１０ｇｆの荷重をかけながら２
秒間、半導体チップをセラミック基板に圧接することに
より、一括に全てのパッドが接続される。接合後に得ら
れる、半導体チップとセラミック基板との密着強度は
２．０ｋｇ程度であり、電気的接続に不良がなかった。

【０１５４】次に、このようにして得られたサーマルヘ
ッド基板のリペアーをする際の工程を示す。上記接合後
に、半導体チップを基板から剥離し、第１のパッド列４
０１をアセトン及びダイヤモンドペーストによって洗浄
する。次に別の半導体チップを第２のパッド列４０２に
前述と同一の条件で接続する。接続後における密着強度
は変化なく、２．０ｋｇ程度であり、電気的接続にも不
良がなかった。

【０１５５】上記のように、本発明による回路基板で
は、半導体チップの交換修理が容易にできるので、半導
体チップ自体に不良が生じた場合には、第２のパッド列
に接続することにより半導体チップの再装着が可能であ
る。また、ボンディング位置もＸ軸及びＹ軸方向に平行
移動するだけでよいので、生産性に優れた接続を得るこ
とができる。

【０１５６】このように、配線パターンに再装着用のボ
ンディングパッドを設け、この再装着用パッドの配置場
所を規定することにより、再装着用パッドに新しい半導
体素子を接合できる。この発明は、リペアー作業を容易
にし信頼性の高い接続を実現する。

【０１５７】以上各実施例にて詳細に説明してきたよう
に、本発明は、半田を溶融し接続することなく固層拡散
により接合することで、半田の溶融による広がりや、隣
接電極間での短絡が生じ難くなり、受動チップ部品と基
板、パッケージと基板、半導体素子と基板とがバンプを
介して高い接続強度で高密度に接続された電子回路装置
を提供することができる。また、配線パターン上に酸化
膜が形成されている場合には、熱処理と同時に圧接を行
うことにより酸化膜を破壊することができ、許容電流密
度が高い接続を行うことが可能となる。

【０１５８】なお、本発明において、バンプとして硬度
の比較的低い金バンプを用いる場合、半導体素子のボン
ディングパッド上のパッシベーション膜にクラックが発
生するのを防止することが可能となる。さらに金と固層
拡散をする配線金属の中でもアルミニウムを用いること
により、容易に接続抵抗を低減することができ生産コス
トの低減に寄与する。

【０１５９】また、実装に際し、半導体素子を熱源基板
にスタンピングするようにすれば、バンプを一定の高さ
に揃えることができ、複数のバンプを一括して容易に接
続することができる。

【０１６０】また、赤外線等でバンプを選択的に加熱す
るようにすれば、バンプ部分のみが接合に必要な温度と
なり、温度が降下しないうちに基板に接続することがで
き、その際熱伝導を遅延させることによって半導体素子
の温度上昇による不良発生を防ぐことができる。つまり
赤外線加熱を用いいると、バンプ部分を効率よく加熱す
ることができ、半導体素子を熱する必要がないため半導
体素子に与える熱による劣化を防ぐことができる。

【０１６１】また、半導体素子とバンプとの間に熱伝導
性の低い金族層をバリア層として介在させておくように
すれば、半導体素子に熱が伝導するのを防ぐことができ
半導体素子の温度上昇を避けることができる。

【０１６２】さらにまた、バンプを凹状の窪みを有する
ように形成加工することにより、固層拡散層と配線と
の、界面の面積が増大し接合強度が高く信頼性の高い接
続を行うことが可能となる。

【０１６３】

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム配線等の
強固な酸化膜が存在する故に半田との濡れ性の悪い材料
からなる配線パターンを形成した配線基板との接続も固
相拡散接合により確実でかつ信頼性の高いものとなり、
微細ピッチの接続を有する半導体装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例である電子回路装置の
一部分を示す断面図

【図２】 本発明の第１の実施例である電子回路装置の
製造工程の一例を示す図

【図３】 熱処理の際のチップ温度とチップと基板との
剪断強度の関係を示す図

【図４】 固相拡散接合したバンプ／配線と接続抵抗値
との関係示す図

【図５】 高温高湿放置試験結果を示す図

【図６】 ＴＳＴ結果を示す図

【図７】 本発明の第２の実施例である電子回路装置の
断面図である。

【図８】 本発明の第３の実施例である電子回路装置を
説明するための図

【図９】 サーマルヘッドの抵抗部と配線との関係を示
したプリンタの図

【図１０】 サーマルヘッドの抵抗部と配線との関係を
示したプリンタの図

【図１１】 本発明の第４の実施例である半導体装置を
示す図

【図１２】 本発明の第４の実施例である半導体装置の
製造工程の一例を示す図

【図１３】 本発明の第５の実施例である半導体装置を
示す断面図。

【図１４】 本発明の第６の実施例である半導体装置の
製造工程を示す図

【図１５】 本発明の第６の実施例である半導体装置の
製造工程を示す図

【図１６】 本発明の第６の実施例である半導体装置を
示す図

【図１７】 本発明の第７の実施例である液晶表示装置
の一例の概略を示す図

【図１８】 むらの生じた割合をリバース面積比（１画
面上でリバースディスクリネーションが生じた面積／１
画面の面積）で表し、これと配線厚との関係を示した図

【図１９】 本発明の第９の実施例である回路基板に半
導体素子が搭載された図

【図２０】 本発明の第９の実施例である回路基板の上
面図

【図２１】 本発明の第１０の実施例である回路基板の
断面図

【図２２】 本発明の第１１の実施例である配線基板を
示す概略図

【図２３】 本発明の第１２の実施例である液晶パネル
に用いられる回路基板を示す図

【図２４】 本発明の第１３の実施例であるサーマルプ
リンタヘッドに用いられる回路基板を示す図

【符号の説明】

１１ 受動チップ部品 １２ バンプ １３ 絶縁性基板 １４ 配線 １５ 電極 ２０ 基板 ２１ 半導体パッケージ ２２ バンプ ２３ 配線 ２４ 半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 雅之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝 生産技術研究所内 (72)発明者 栂嵜 隆 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝 生産技術研究所内 (72)発明者 内田 竜朗 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝 生産技術研究所内 (72)発明者 安本 恭章 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 山川 晃司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭63−288031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136830（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41405（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−146337（ＪＰ，Ａ) 日本塑性加工学会編，「接合」，日 本，コロナ社，1990年11月30日，248− 253 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 21/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成され少なくと
   も表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム層を
   有する配線と、前記配線上に金バンプを介して実装され
   た半導体素子とを有し、 前記金バンプと前記アルミニウム層とは固相拡散によっ
   て接合され、 前記アルミニウム層の膜厚は２５００オングストローム
   以上で、前記配線の膜厚は８５００オングストローム以
   下の範囲で形成されており、前記アルミニウム層内にお
   いて前記固相拡散によるＡｕ _４ Ａｌを含む金属化合物が
   ２５００オングストローム以上８５００オングストロー
   ム未満の範囲で存在していることを特徴とする液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】 抵抗体を有する基板と、前記基板上に形
   成され少なくとも表面にアルミニウムを主成分とするア
   ルミニウム層を有する配線層と、前記配線層上に金バン
   プを介して実装された半導体素子とを有し、 前記金バンプと前記アルミニウム層とは固層拡散によっ
   て接続され、前記アルミニウム層の膜厚は２５００オン
   グストローム以上で、前記配線の膜厚は１６０００オン
   グストローム以下であり、前記アルミニウム層内におい
   て前記固相拡散によるＡｕ _４ Ａｌを含む金属化合物が２
   ５００オングストローム以上１６０００オングストロー
   ム未満の範囲で形成されているサーマルヘッドを具備
   し、 前記半導体の信号に基づき前記抵抗体が発熱することを
   特徴とするプリンタ。
3. 【請求項３】 基板上に形成され少なくとも表面にアル
   ミニウムを主成分とするアルミニウム層を有する配線が
   形成され、前記アルミニウムの層の厚さは２５００オン
   グストローム以上で、前記配線の膜厚は８５００オング
   ストローム以下であり、前記配線上に金バンプを介して
   半導体素子を実装する際に、前記金バンプと前記アルミ
   ニウム層とを固相拡散によって接合するとともに、前記
   固相拡散により生成される金属化合物を２５００オング
   ストローム以上８５００オングストローム未満の範囲で
   形成し、かつ、前記固相拡散は、前記金属化合物にＡｕ
   _４ Ａｌが含まれる条件で行う工程を具備することを特徴
   とする液晶表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】 抵抗体を有する基板上に形成され少なく
   とも表面にアルミニウムを主成分とする厚さ２５００オ
   ングストローム以上のアルミニウム層を有し、膜厚は１
   ６０００オングストローム以下の範囲で形成されている
   配線に対して、前記配線上に金バンプを介して半導体素
   子を実装する際に、前記金バンプと前記アルミニウム層
   とを固相拡散によって接合するとともに、前記固相拡散
   による金属化合物を前記配線中に２５００オングストロ
   ーム以上１６０００オングストローム未満の範囲で形成
   し、かつ、前記固相拡散を前記金属化合物にＡｕ _４ Ａｌ
   が生成される条件で行うサーマルヘッド形成工程を具備
   することを特徴とするプリンタの製造方法。