JP4192669B2 - 半導体装置の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ実装、チップオンボード実装あるいはチップオングラス実装などにおいて使用する半導体素子の突起電極の構造と、その形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
実装用基板に半導体素子を形成した側を実装用基板に対して接続するフリップチップ実装法やチップオンボード実装法、またガラス基板に対して接続するチップオングラス実装法などにおいて、半導体素子の電極にめっきにより突起電極を形成して、対応する実装用基板の電極と接続する事が行われている。(例えば、特許文献1参照)
図3は、めっきによる従来方法で形成された突起電極をもつ半導体素子の断面図と、これが実装されるガラス基板の断面図である。突起電極100は、半導体素子101上に設けられたAl電極102と、半導体素子101の表面を覆ってAl電極102上に開口部を持つ絶縁膜103と、絶縁膜103の開口部を覆うように形成されたシード層104と、シード層104上に断面がマッシュルーム状の、めっき法で形成された金属バンプ105からなる。実装ガラス基板106は、ガラス基板107上にガラス基板電極パッド108が設けられている。実装時には、金属バンプ105がガラス基板電極パッド108と接続される。
【0003】
次に、上記の従来の突起電極100の形成方法の例を図4を用いて説明する。まず、図4(a)に示すように、半導体素子111の表面に設けてあるAl電極112が露出するように、絶縁膜113に開口部を形成する。絶縁膜113は代表的にはPを含むSiO2 膜やSiN膜などが用いられる。この様に突起電極を形成するための半導体素子111のAl電極112からなる電極パッドが形成された後、めっき金属バンプを用いた突起電極が形成される。
【0004】
すなわち、図4(b)に示すように、Al電極112を含む絶縁膜113表面にNi、Cr、Ptなどの金属からなるシード層114をスパッタリング法などで付着形成する。そして、図4(c)に示すように、公知の、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー法により、Al電極112に上にあるシード層114を露出するようにフォトレジスト115の開口部を形成する。次に、図4(d)に示すように、シード層114をめっき用電極として、レジスト開口部内の領域に、Au、Cuなどの金属を用いてレジストの膜厚より高く断面マッシュルーム状のめっき金属バンプ116、すなわちこの部分が突起電極となるように形成する。次に図4(e)に示すように、フォトレジスト115を剥離し、シード層114を金属バンプ116をマスクとしてエッチング除去して、従来の突起電極117が完成する。
【0005】
上記のような従来の突起電極の形成方法では、工程が複雑であるためコストがかかり、またこの突起電極で、フリップチップ実装、チップオンボード実装をする場合、実装時の熱や応力により半導体素子に応力が加わり、半導体基板にクラックを生じ、金属バンプの密着強度の劣化やさらに金属バンプとパッド電極の電気的なオープンが生じる。さらに、パッド電極付近の絶縁膜にもクラックが生じ、耐湿性が劣化し、半導体素子の信頼性の低下をまねくといった問題があった。
【0006】
特にフェースダウンで実装する場合は、従来の突起電極では高さを均一に揃えることが困難なため、実装時にはある程度の圧力をかけて接続する際には不均一な押し付け圧力となり、接合の信頼性が大きく低下する。
さらにチップオングラス法におけるような場合、これが金属バンプであるために変形しにくいことから、ガラスなどの硬くかつ平板な実装基板への接続についても対応できなかった。
【0007】
こういった問題に対処する方法として、半導体素子電極に接続する金属に表面を覆われた耐熱性樹脂からなる凸状層をもつ突起電極を形成する方法(特許文献2参照)や、電気めっき浴中に金属を被覆した柔軟なボールを懸濁させ、めっき金属とそのボールを共析させて突起電極を形成し、それを基板側の電極と接続する方法(特許文献3参照)がある。
【0008】
前者の具体的な実現方法としては、耐熱性樹脂としてポリイミドを用い、これを感光性樹脂をマスクとして選択的にエッチングするとしている。このようなエッチングは、何れも樹脂からなる材料による選択エッチングであることから、エッチング液やエッチング条件の選択などの点で、精度良くエッチングすることは実際には容易では無く、実現性上の課題がある。また後者は、所要の場所にめっき金属とボールを共析させて突起電極を形成することに関して複雑な処理プロセスを実施する必要があり、またこれによって形成された突起電極が期待され得る柔軟性に課題がある。
【0009】
【特許文献1】
特開昭52−125271号公報
【0010】
【特許文献2】
特開平3−73535号公報
【0011】
【特許文献3】
特開平5−62981号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の様な従来技術の課題を解決し、通常用いられている膜形成プロセスによって容易に形成可能であり、また接続時に比較的大きな加圧がなされた場合でも、それが持つ柔軟性により接続ダメージが小さくて済む新たな突起電極の形成方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために提案されたものである。本発明の突起電極を有する半導体装置の形成方法は、半導体素子基板の電極上に形成された第一のシード層上に、第一のレジスト膜の第一の開口部を形成し、前記第一の開口部にめっきにより第一の導電層パターンを形成する工程と、
前記第一のレジスト膜と、前記第一の導電層パターンに被覆されない前記第一のシード層を除去する工程と、
前記第一の導電層パターン上に、前記第一の導電層パターンの寸法より狭い、感光性絶縁樹脂パターンを積層して、前記第一の導電層パターンと前記感光性絶縁樹脂パターンからなる凸状積層体を形成する工程と、
前記凸状積層体を含む前記半導体素子基板上に第二のシード層を形成し、前記凸状積層体のパターン寸法より広い、第二のレジスト膜の第二の開口部を形成し、前記第二の開口部にめっきにより第二の導電層パターンを形成する工程と、
前記第二のレジスト膜と、前記第二の導電層パターンに被覆されない第二のシード層を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の基本的な突起電極の形成方法を説明する。なお、説明に用いる各断面図は、この説明が理解できる程度に各構成部分の形状や大きさ、配置関係を模式的に示している。
図1は、本発明の基本的構成の突起電極の実施例を示す形成工程図である。図1(a)は、半導体素子1の基板上にマスク法あるいはフォトレジストを用いた公知のフォトリソグラフィー法によるエッチングによって、Al電極2を形成する。次にその上に、マスク法またはエッチング法により、Al電極2の一部を露出するように開口部を設けた、例えばCVD法によりSiO2 膜を形成して絶縁膜3とする。そして、この上の全面に、例えば、真空スパッタリング装置を用いて、1,000Åの厚さのCr(密着層)と5,000Åの厚さのCuからなるシード層4を形成する。さらに、フォトレジスト5(例えば、クラリアントジャパン社製AZP4620)を全面に塗布する。
【0016】
次に図1(b)に示すように、フォトリソグラフィー法により、直径80μmの開口パターニングを行い、シード層4を電極として、その開口部内に電解Cuめっきを行う。次いで図1(c)に示すように、フォトレジスト5を剥離して、例えば、直径80μm、厚さ5μmの形状を持つ、Cuの突起状の第一の導電層6を形成する。
【0017】
そして、図1(d)に示すように、感光性絶縁樹脂7(例えば、JSR社製感光性絶縁樹脂WPR−102、弾性率2GPa)を塗布し、フォトリソグラフィー法により、図1(e)に示すように、第一の導電層6より寸法の狭い、例えば、直径50μm、厚さ5μmの形状を持つ、パターン化された感光性絶縁樹脂層8を形成する。
【0018】
最後に、図1(f)に示すように、Cuの無電解めっきにより、第一の導電層6とパターン化された感光性絶縁樹脂層8を内包するように、例えば、厚さ5μmのCuからなる、第二の導電層9を形成して、本発明の第一の構成の突起電極10を完成する。
上記の工程で述べたように、パターン化された感光性絶縁樹脂層8の寸法を第一の導電層6より狭く製作することで、断面が凸状の積層物となるため、第二の導電層9をめっきで形成するとき、パターン化された絶縁性感光性樹脂層8の側面にも確実にめっきが成長し、また第一の導電層6とも電気的な接続が確保される。そして、内在するパターン化された感光性絶縁樹脂層8によってこの突起電極10は弾性を有するものとなり、押圧する事で容易に変形する性質から、例えば、平滑な基板に搭載するチップオングラス実装などにおいても確実な接続を行うことができるという特徴を有する。
【0019】
次に、図2の形成工程図を用いて、本発明の構成の突起電極の実施例を説明する。図2(a)は、図1の形成工程図で説明した、図1(e)と同一のもので、これまでの形成工程は図1のそれと同じ形成工程の実施例である。
そして、図2(b)に示すように、全面に、例えば、真空スパッタリング装置を用いて、1,000Åの厚さのCr(密着層)と5,000Åの厚さのCuからなる第二のシード層11を形成する。次に、フォトレジスト12(例えば、クラリアントジャパン社製AZP4620)を全面に塗布し、フォトリソグラフィー法により、第一の導電層6とパターン化された感光性絶縁樹脂層8からなる凸状積層体が十分露出するように、例えば直径150μmの開口部13を形成する。
【0020】
そして、図2(c)に示すように、その開口部13内に、第二のシード層11を電極として、例えば、厚さ5μmのCuの電解めっきを行って、第二の導電層14を形成し、次に、図2(d)に示すように、フォトレジスト12と第二のシード層11のレジスト直下にある部分を除去することにより、本発明の第二の構成の突起電極15を完成する。
【0021】
この図2(d)で示されるように、この突起電極15は、パターン化された感光性絶縁樹脂8層が内包されており、また樹脂が積層された凸状の形状になっているため、パターン化された感光性絶縁樹脂層8の側面へのめっき層(第二の導電層14)の付着も確実に行える。これらの事から、先に、第一の構成の突起電極の実施例で述べたような特徴を有しているとともに、第二の導電層14を電解めっきで行っているため、めっき層が無電解めっき層に比べ、より緻密で強固な層を形成できる特徴も有している。
【0022】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、本発明によれば、半導体素子の突起電極を、弾力性を有する感光性絶縁樹脂を内在するように上下の導電膜で包み込む構成にし、その際、感光性絶縁樹脂のパターンの寸法を下層の導電層より狭く形成して凸状にする。このため、樹脂の上層に形成される導電膜をめっきで形成するとき、樹脂側面にも確実に付着でき、上下の導電層間が確実に電気的接続をすることが可能となる。
【0023】
こうして形成された突起電極は、形成された各電極の高さに不均一があったとしても、基板との実装に際しての加圧が行われ応力が加わった場合にも突起電極の弾性変形が生じて基板ー電極間の電気的接続が良好に実現されるとともに、基板側の電極パッドの損傷を低下することができる。さらに、電極自体の変形に際して生じる電極内での電気的導通性へのダメージに対しても、本発明の突起電極は側面部分にも導電膜が確実に付着していることから、その影響は低減され、信頼性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的な構成の突起電極の実施例の形成工程を示す断面図
【図2】本発明の構成の突起電極の実施例の形成工程を示す断面図
【図3】従来の突起電極の実装形態を示す断面図
【図4】従来の突起電極の形成工程を示す断面図
【符号の説明】
1、101、111 半導体素子
2、102、112 Al電極
3、103、113 絶縁膜
4、104、114 シード層(第一のシード層)
5、12、115 フォトレジスト
6 第一の導電層
7 感光性絶縁樹脂層
8 パターン化された感光性絶縁樹脂層
9、14 第二の導電層
10 第一の構成による突起電極
11 第二のシード層
13 開口部
15 第二の構成による突起電極
100、117 従来の突起電極
105、116 金属バンプ
106 実装ガラス基板
107 ガラス基板
108 ガラス基板電極パッド
Claims (2)
- 半導体素子基板の電極上に形成された第一のシード層上に、第一のレジスト膜の第一の開口部を形成し、前記第一の開口部にめっきにより第一の導電層パターンを形成する工程と、
前記第一のレジスト膜と、前記第一の導電層パターンに被覆されない前記第一のシード層を除去する工程と、
前記第一の導電層パターン上に、前記第一の導電層パターンの寸法より狭い、感光性絶縁樹脂パターンを積層して、前記第一の導電層パターンと前記感光性絶縁樹脂パターンからなる凸状積層体を形成する工程と、
前記凸状積層体を含む前記半導体素子基板上に第二のシード層を形成し、前記凸状積層体のパターン寸法より広い、第二のレジスト膜の第二の開口部を形成し、前記第二の開口部にめっきにより第二の導電層パターンを形成する工程と、
前記第二のレジスト膜と、前記第二の導電層パターンに被覆されない第二のシード層を除去する工程とを含むことを特徴とする、突起電極を有する半導体装置の形成方法。 - 前記第一の導電層パターンおよび前記第二の導電層パターンは、電解めっき層からなることを特徴とする請求項1記載の突起電極を有する半導体装置の形成方法。
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