JP4357873B2 - 半導体チップのcogパッケージ - Google Patents
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- H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体チップのバンプ及びその製造方法及びそれを利用したCOGパッケージに関したことである。
【0002】
【従来の技術】
素子が高集積化されるにつれて、半導体メモリー装置が形成された半導体チップの表面に形成されたボンドパッドが増加するだけでなく、ボンドパッドの間のピッチも狭くなり、印刷回路基板に実装時に色々な問題が発生する。
【0003】
特に、COG方法でパッケージされる半導体チップの場合には、ボンドパッド上に形成されたバンプとバンプとの間の距離が狭くなって、電気的ショート現象が起こり、ボンドパッド間のピッチを狭められない限界に至った。
【0004】
図11は、従来の半導体チップのバンプを示した断面図であり、図12は印刷回路基板にCOG方法で実装された半導体チップの断面図である。これらを参照すると、従来の半導体チップのバンプは、半導体チップ1100上に形成されたボンドパッド1180上に所定高さだけ上向きに突出するように金属合金材よりなるバンプ金属膜1220、1230を含んでいる。ここで、参照番号1190はキャッピング金属膜であって不動態膜を表す。このような従来の半導体チップバンプは、印刷回路基板1400上にCOG実装を行う場合に、図11に示されたように、隣接して形成されたバンプ金属膜1220、1230との間に結合材として形成された導電性合成樹脂膜の異方性電導膜1350が臨界距離以下に近くなると、絶縁膜としての役割を果たさず、相互ショートになりやすい。そうして、COG実装デザインにおいて、半導体チップ上に形成されるボンドパッド1180間のピッチ間隔には絶対的な限界がある。よって、臨界値以上に高密度化される半導体チップでは適用できない短所がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、半導体チップ上に形成されるボンドパッド間の間隔が狭まっても、印刷回路基板への実装時、電気的ショートが発生しない半導体チップのバンプ及びその製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題を解決するために、本発明の半導体チップのバンプは、所定の集積回路素子が形成された半導体チップにおいて、半導体チップ上に形成された複数のボンドパッドと、ボンドパッド上に形成された導電性バンプと、導電性バンプの側壁に形成された側壁絶縁膜とを含む。
【0007】
ここで、側壁絶縁膜はポリマイド(登録商標:以下同じ)膜またはエポキシであり、半導体基板の表面に容易に塗布できるように液状に変わりやすい膜質である。導電性バンプは、ボンドパッドと接触しつつ前記コンタクト内部を所定充填する導電性充填膜と、導電性充填膜の上部に形成されたキャッピング導電膜とで形成されており、導電性充填膜は無電解メッキよりなるニッケルまたはニッケル合金よりなることが耐蝕性に優れた特性を持っていて望ましい。
【0008】
そして、キャッピング導電膜は金で形成されていて工程中に湿気や腐蝕性ガスが含まれた外部環境から下層の導電性充填膜を保護するようにした。
この時、導電性充填膜は側壁絶縁膜の上部面まで過成長させ、上部に突出した導電性バンプを形成することによって、印刷回路基板への実装時に電気的接触が容易で望ましい。
【0009】
一方、前記のような本発明の半導体チップバンプの製造方法は、まず、複数のボンドパッドが備えられた半導体チップ上に絶縁膜を形成する。絶縁膜にボンドパッドが露出されるようにコンタクトホールを形成する。形成されたコンタクトホールの内部にバンプ導電膜を形成し、バンプ導電膜の側壁に側壁絶縁膜を形成する。
【0010】
ここで、絶縁膜は、ポリマー材料を使用する。ここでは、それらのうちポリマイドやエポキシを使用し、スピンコーティング法を利用して、ポリマイド前駆体やエポキシを半導体基板の表面に塗布し、所定時間熱処理して凝固されたポリマー膜を形成する。
【0011】
その後、ボンドパッドだけを露出させるために露出しようとする部分にだけレーザーを照射してコンタクトホールを形成することができる。また、絶縁膜上にボンドパッドだけを露出させるようにコンタクトパターンが形成されたフォトレジストを形成して、これをマスクとして利用してプラズマを利用したドライエッチング法でコンタクトを形成することもできる。
【0012】
導電性バンプを形成する段階は、露出されたボンドパッド上に無電解メッキが可能になるようにシード金属を形成し、シード金属を基本としてニッケルまたはその合金よりなる金属充填膜を形成してコンタクトホール内部を所定の高さに充填する。金属充填膜上に金で形成されたキャッピング金属膜を形成する。
【0013】
導電性バンプの側壁に側壁絶縁膜を形成する段階は、既に形成されたポリマイド膜でバンプ周辺に所定の膜を残すようにし、残りの部分はレーザーを照射して所望量だけポリマイド膜をエッチングし、導電性バンプ周辺の側壁絶縁膜を除外したチップの表面上のポリマイド膜は残らなくても構わない。ここで、パルス波を利用するレーザーエッチング法はエッチングされる厚さを正確に調節できて望ましい。
【0014】
一方、他の実施例として、側壁絶縁膜を形成する方法は、まず、バンプ金属を絶縁膜上部に所定高さだけ過成長させる。すると、バンプ金属がコンタクトホールを中心として所定の幅に側方成長して、コンタクトホールの周辺に金属フランジが形成される。このように形成されたバンプ金属をマスクとして利用してドライエッチングで絶縁膜を所定厚さにエッチングする。すると、バンプ金属で覆われた金属フランジ部の絶縁膜が残留して導電性バンプの側壁絶縁膜が形成される。
【0015】
ここで、バンプ金属膜を過成長させる段階は、まず、コンタクト内にシード金属を形成し、シード金属上に金属充填膜を過成長させて、コンタクトの外側に所定幅だけ成長させる。そして、金属充填膜上に金よりなるキャッピング金属膜を形成する。
【0016】
一方、キャッピング金属膜を形成して側壁絶縁膜を形成した後、キャッピング金属膜の上部に溶接用材料よりなるソルダボールを形成すると、一般的に半導体チップを印刷回路基板にソルダリングによって実装する時、容易に使用できるソルダ部を形成できる。
【0017】
本発明の半導体チップバンプの製造方法を適用したCOGパッケージは、複数の連結パッドを持つパッケージ基板と、連結パッドと対応して配置されて連結パッドと電気的に連結されるように複数のボンドパッドを含む半導体チップと、側壁が絶縁膜で囲まれており、ボンドパッド上に半導体チップの表面から所定高さだけ突出して形成されたバンプと、半導体チップとパッケージ基板との間に介在され、これらを相互物理的に接着しつつ連結パッドとバンプとを電気的に連結させる異方性電導性膜と、を含む。
【0018】
ここで、バンプは、ボンドパッド上に形成された充填金属膜、及び充填金属膜の上部に形成されたキャッピング金属膜を含む。充填金属膜はニッケルまたはその合金よりなり、キャッピング金属膜は金よりなる。絶縁膜はポリマー膜であって、ポリマイドとエポキシとのうち何れか1つである。そして、キャッピング金属膜は無電解メッキよりなる。
【0019】
このように、本発明の半導体チップのバンプ及びその製造方法は、印刷回路基板にCOG方法で実装されると、側部に露出された導電性バンプを絶縁膜で遮断するために、半導体チップの線幅が狭くなって、ボンドパッド間の間隔が狭まってもショート不良の発生を防ぐことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明を詳細に説明する。しかし、次に例示する本発明の実施例は色々な他の形態に変形することができて、本発明の範囲が次に詳述する実施例に限定することではない。本発明の実施例は当業界で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されることである。
【0021】
図1は、本発明による半導体チップのバンプを示した断面図である。
これを参照すると、本発明の半導体チップのバンプは、半導体チップ100の表面に形成された複数のボンドパッド180と、これらボンドパッド180と各々連結され、上向きに突出形成されたバンプ金属膜220、230と、バンプ金属膜220、230の側壁を囲って形成された側壁絶縁膜210′を含む。ここで、参照番号190はキャッピング金属膜であって半導体チップの表面に形成された不動態膜を表す。
【0022】
ボンドパッド180は半導体チップ100の内部に形成された各々のメモリーかロジック素子から外部の印刷回路基板と連結されるように所定の間隔を置いて半導体チップ100の周りを囲って形成されている。この間の間隔は半導体チップ100が実装される印刷回路基板上に形成される連結パッド群(図示せず)と一致する。
【0023】
バンプ金属膜220、230は、ボンドパッド180と接する部分に形成された充填金属膜220と、この充填金属膜220の上部に積層され、金で形成されたキャッピング金属膜230とを含む。ここで、充填金属膜220はボンドパッド180と接触抵抗及び結合力の良い金属材を使用し、主にニッケルか又はニッケル合金を適用する。
【0024】
側壁絶縁膜210′は、バンプ金属膜220、230の側部を囲って形成され、絶縁物質としてポリマーのポリマイド膜か又はエポキシを適用する。このような側壁絶縁膜210′はバンプ金属膜220、230が外部に現れる面積を最小化し、追って進行されるパッケージ工程でバンプ間の電気的ショートと外部環境によるバンプ金属膜220、230の損傷とを防止できる。
【0025】
半導体チップをCOG方法で実装する場合に、半導体チップ100と印刷回路基板上の連結パッドを接合する時に使われる異方性電導膜が電導性パティクルによって電導性を持つ特性と共に、所定距離以上に離隔されると、絶縁性を持つ特性がある。ところが、バンプ金属膜220、230の間の距離が臨界距離以下に狭まっても、バンプ金属膜220、230の側部に形成された側壁絶縁膜210′が絶縁膜としての役割を果たしてショート不良の発生を抑制する。
【0026】
図2は、本発明による半導体チップのバンプの他の実施例を示した断面図である。これを参照すると、側壁絶縁膜210′の内部から側壁絶縁膜210′の上部まで延長形成されて、コンタクトを中心として側方に所定幅に延長形成された充填金属膜220と、この充填金属膜220の上部を覆いつつ形成されたキャッピング金属膜230とを含む。このような構成のバンプ金属膜220、230は側壁絶縁膜210′上に突出形成されて、外部の連結パッド(図示せず)とのコンタクトが容易で、接触面積が広くて接触抵抗の低い長所がある。
【0027】
図3乃至図6は本発明の半導体チップバンプの製造方法を順次に示した断面図である。
図3を参照すると、所定の製造工程を経て半導体装置が完成された半導体チップ上100にポリマー材料を塗布して半導体チップを所定温度以上の反応炉でベーキングなどの熱処理をして側壁絶縁膜210の原料の固状のポリマー膜210を形成する。この時、ポリマーはポリマイドまたはエポキシなどを使用できる。
【0028】
図4を参照すると、所定のパターニング工程を経て、側壁絶縁膜210にボンドパッド180の表面を露出させるコンタクト200aを形成する。ここで、ボンドパッドを露出させるために所望部位にだけレーザーを照射してコンタクトを形成する。また、フォトレジスト型ポリマーの場合には、半導体チップ100の全面にフォトレジストを塗布して整列/露光をしてフォトレジストにボンドパッド露出用のコンタクトパターンを形成する。そして、パターニングされたフォトレジストをマスクとして利用してドライエッチング法で絶縁膜190をエッチングしてボンドパッド露出用のコンタクトパターンを形成することもできる。
【0029】
図5を参照すれば、このように形成されたコンタクト200aの内部に露出されたボンドパッド180の表面に、まず、シード金属(図示せず)を形成して無電解メッキ法を利用して充填用金属膜220を形成する。この時、充填用金属膜220はニッケル又はニッケル合金でボンドパッドを形成しているアルミニウムと接触抵抗が低く、接着力が良くて効果的である。その後、この充填用金属膜220上に金よりなるキャッピング金属膜を形成する。この時、充填用金属膜はコンタクトの深さより浅く形成してキャッピング金属膜が形成されてもコンタクト200aの部分は周辺の側壁絶縁膜210′よりも低くて所定の凹部を形成できるようにする。すると、追ってバンプ金属膜220、230の上部にソルダボール(solder ball)を形成する時、工程を容易に進行できる。
【0030】
図6を参照すると、半導体チップの全面にフォトレジスト300を塗布して所定のパターニング工程を経てポリマイドにバンプ金属膜220、230を含んで側壁絶縁膜210′が形成されるように側壁絶縁膜パターンを形成する。ここで、側壁絶縁膜210′形成はバンプ金属膜220、230周辺にポリマイドが一定量に残るようにし、残りの部分はレーザーを照射してエッチングし、この時、エッチングされる量を調節してバンプ以外の部分がキャッピング金属膜の機能をするように所定の厚さ(2〜5ミクロン)だけ残し、場合によっては、不動態膜190を露出させてもよい。この時に使われるエッチング法はレーザーエッチング法であってパルス波(pulse)を利用してエッチングされた厚さを正確に調節できる。
【0031】
一方、図7及び図8は本発明の半導体チップバンプの製造方法の他の実施例を示す断面図である。
図7を参照すると、前述した図5まで工程が進行されて側壁絶縁膜210′にコンタクト200aが形成された状態で、ボンドパッド180上にシード金属を形成して無電解メッキを利用して充填用金属膜220を形成するが、この時、充填用導電膜220をコンタクト200aの外部まで成長させて、コンタクト200aを中心として側壁絶縁膜210′上に過成長させ、所定の幅のフランジ部を形成させる。その後、この充填用導電膜220の上部に金よりなるキャッピング金属膜230を形成する。このように形成されたキャッピング金属膜230をマスクとして利用して側壁絶縁膜210′をエッチングする。この時、使われるエッチング法はドライエッチング法を利用できる。
【0032】
このような構成のバンプ製造方法はフォト工程を省けて、製造コストを節減できる。
このような、本発明の半導体チップバンプの製造方法は、バンプ金属膜220、230の側壁に絶縁膜210′を形成することによって、より高密度の集積回路でもバンプ金属膜の間に電気的ショートの不良のない半導体チップバンプを提供できる。
【0033】
図9は、本発明の半導体チップバンプがCOG技法でパッケージ基板に付着されたCOGパッケージ断面図である。
図9を参照すると、本発明のCOGパッケージは、複数の連結パッド480が形成されたパッケージ基板400と、パッケージ基板400と対向して配置されて、連結パッド480と対応して形成された複数のボンドパッド180と、このボンドパッド180上に突出して側壁が絶縁膜で囲まれたバッファー金属膜(またはバンプ)220、230を含む半導体チップ100と、パッケージ基板400と半導体チップ100との間に介在されて、これらを接着しつつ連結パッド480とバッファー金属膜220、230とを電気的に連結させる異方性電導膜350とを含む。
【0034】
ここで、絶縁膜210′はポリマー膜であってポリマイド又はエポキシよりなっており、通常、スピンコーティング法で形成される。そして、異方性電導膜350は電導性パティクルを含んでいる膜として連結パッド480とバンプ金属膜230とが接する部分には電導性パティクルが集中して電導性を帯びるが、他の部分では電導性パティクルが分散されていて絶縁体として役割を果たす。
【0035】
このような本発明のCOGパッケージは、ボンドパッド180から突出形成されたバンプ金属膜Aの側壁が絶縁膜210′で囲まれており、たとえ異方性電導膜350を介在させて隣接して形成された他のバッファー金属膜Bとの間が狭まっても電気的によく絶縁されているためにショート不良が発生しない。
【0036】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体チップバンプは、ボンドパッドから突出形成されたバンプ金属膜の側部に絶縁膜が形成されており、ボンドパッド間のピッチが狭まってもCOGパッケージ時に十分に絶縁可能であり、ショート不良を防止できる。
【0037】
そして、本発明の半導体チップバンプの製造方法は、フォト工程を省けて、生産コストを節減できる。
また、本発明の半導体チップバンプは、ソルダによる半導体チップ接着時にバンプ金属膜の上部にソルダボールを安定的に形成でき、ソルダ不良を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体チップバンプの断面図である。
【図2】 本発明の半導体チップバンプの他の実施例の断面図である。
【図3】 本発明の半導体チップバンプの製造方法を順次に示した断面図である。
【図4】 本発明の半導体チップバンプの製造方法を順次に示した断面図である。
【図5】 本発明の半導体チップバンプの製造方法を順次に示した断面図である。
【図6】 本発明の半導体チップバンプの製造方法を順次に示した断面図である。
【図7】 本発明の半導体チップバンプの製造方法の他の実施例を示した断面図である。
【図8】 本発明の半導体チップバンプの製造方法の他の実施例を示した断面図である。
【図9】 本発明の半導体チップのCOGパッケージを示した断面図である。
【図10】 半導体チップ上のボンドパッドの配列を示した平面概略図である。
【図11】 従来の半導体チップバンプを示した断面図である。
【図12】 従来の半導体チップのCOGパッケージを示した断面図である。
【符号の説明】
100 半導体チップ
180 ボンドパッド
190 キャッピング金属膜
220 充填金属膜
210′ 側壁絶縁膜
220、230 バンプ金属膜
Claims (4)
- 複数の連結パッドを有するパッケージ基板と、前記連結パッドと対応して配置され、前記連結パッドと電気的に連結されるように複数のボンドパッドを含む半導体チップと、側壁が絶縁膜で囲まれており、前記ボンドパッド上に半導体チップ表面から所定量だけ突出して形成されたバンプと、前記半導体チップと前記パッケージ基板との間に介在され、これらを相互物理的に接着しつつ、前記連結パッドと前記バンプとを電気的に連結させる異方性電導性膜と、を含み、前記バンプは、ボンドパッド上に形成された充填金属膜と、前記充填金属膜の上部に形成されたキャッピング金属膜と、を含み、前記キャッピング金属膜は側壁絶縁膜よりも低く形成されていることを特徴とする半導体チップのCOGパッケージ。
- 前記充填金属膜はニッケルまたはその合金であり、前記キャッピング金属膜は金であることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップのCOGパッケージ。
- 前記絶縁膜はポリマー膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップのCOGパッケージ。
- 前記ポリマー膜はポリアミド樹脂とエポキシとのうち何れか1つであることを特徴とする請求項3に記載の半導体チップのCOGパッケージ。
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