JP4635676B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。

各種の電子機器に搭載される回路基板や液晶表示装置などにおいて、ＩＣなどの半導体装置を実装する技術が用いられている。
図８は従来技術に係る半導体装置の説明図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のＪ−Ｊ線における半導体装置の側面断面図であり、図８（ｂ）は半導体装置の底面図である。図８に示すように、半導体装置９０の電極２２から離間して樹脂突起１２を設け、その電極２２および樹脂突起１２を覆うように導電層２０を設けて、突起電極１０を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、樹脂突起１２の弾性変形により実装時のストレスを吸収して、実装品質の安定化に寄与することができる。また突起電極１０の小型化が容易であり、電極２２の狭ピッチ化にも対応することができる。

ところが、突起電極１０を形成する際にフォトリソグラフィを利用すると、フォトマスクなどを工程ごとに用意する必要があり、製造コストの上昇を招くことになる。またフォトエッチングを用いて複数の樹脂突起１２を形成する場合には、樹脂突起１２の側面がテーパ状に形成される。この場合、隣接する導電層２０の隙間に比べて、隣接する樹脂突起１２の隙間が狭くなり、突起電極１０の狭ピッチ化が困難になる。

そこで、電極列２２Ｌに沿ってライン状の突起体９３０を形成し、各電極２２の表面から突起体９３０の表面にかけて複数の導電層２０を形成し、隣接する導電層２０の間に配置された突起体９３０を、その導電層２０をマスクとしたプラズマ処理により除去して、複数の突起電極１０を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合、フォトリソグラフィ工程の一部を省略して製造コストを低減することが可能になり、また所望形状の突起電極１０を得ることができる。
特開平２−２７２７３７号公報 特開２００４−１８６３３３号公報

しかしながら、隣接する導電層２０の間に配置された突起体９３０をプラズマ処理により除去すると、プラズマ重合による炭化物からなる残渣９３４が発生する。この残渣９３４は、隣接する導電層２０の間に配置された突起体９３０の輪郭に沿って、隣接する導電層２０を連結するように発生する。この残渣９３４を残したまま、半導体装置９０を基板に実装して両者間に封止樹脂を充填すると、残渣９３４の周囲に封止樹脂の隙間が形成される。そして、この隙間を通してマイグレーションが発生するという問題がある。マイグレーションとは、所定の湿度により導電層を構成する金属がイオン化し、隣接する導電層間の電界により電気泳動が発生して、導電層間を短絡させる現象である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、マイグレーションの発生を抑制することが可能な、半導体装置の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の電極から離間して突起体を形成する工程と、前記各電極の表面から前記突起体の表面にかけて、複数の導電層を形成する工程と、隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体を除去して、複数の突起電極を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、隣接する前記導電層の間における前記突起体の輪郭の長さが、隣接する前記導電層の間の最短距離より長くなるように、前記突起体を形成することを特徴とする。
この構成によれば、隣接する導電層の間における突起体の輪郭に沿って、隣接する導電層の間を遠回りするように残渣が発生する。この残渣の長さが、隣接する導電層の間の最短距離より長くなるので、残渣に沿った電界強度が低下する。これにより、マイグレーションの発生を抑制することができる。

また、隣接する前記導電層の間に配置される前記突起体の端部は、前記隣接する導電層の形成領域の外側まで延設することが望ましい。
この構成によれば、隣接する導電層の間における突起体の輪郭の長さを、隣接する導電層の間の最短距離より長くすることができる。

また、隣接する前記導電層の間に配置される前記突起体の角部には、丸面取りを施すことが望ましい。
この構成によれば、突起体を効率的に除去することが可能になり、突起体の輪郭に残渣が発生する可能性を低減することができる。

一方、本発明の他の半導体装置の製造方法は、複数の電極から離間して突起体を形成する工程と、前記各電極の表面から前記突起体の表面にかけて複数の導電層を形成する工程と、隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体を除去して、複数の突起電極を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、隣接する前記導電層の間における前記突起体の輪郭が、隣接する前記導電層と接しないように、前記突起体を形成することを特徴とする。
この構成によれば、突起体の輪郭に沿って発生する残渣が、隣接する導電層と接しない。したがって、マイグレーションの発生を回避することができる。

また前記突起体は樹脂材料で構成し、前記突起体の除去はプラズマ処理によって行うことが望ましい。
この構成によれば、突起体の輪郭に残渣が発生しても、マイグレーションの発生を抑制することができる。

また、隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体の除去は、前記導電層をマスクとしてプラズマ処理することによって行うことが望ましい。
この構成によれば、隣接する導電層の間に配置された突起体を、簡単かつ確実に除去することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態について説明する。
（電気光学装置）
図１は、電気光学装置の一実施形態である液晶表示装置を示す模式図である。図示の液晶表示装置１００は、本発明の半導体装置（液晶駆動用ＩＣチップ）９０を、液晶パネル１１０に実装して構成されている。また液晶表示装置１００には、必要に応じて、図示しない偏光板、反射シート、バックライト等の付帯部材が適宜に設けられる。

液晶パネル１１０は、ガラスやプラスチックなどで構成される下基板８０および上基板７０を備えている。下基板８０と上基板７０とは相互に対向配置され、図示しないシール材などによって相互に貼り合わされている。下基板８０と上基板７０の間には図示しない電気光学物質である液晶が封入されている。下基板８０の内面上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電体で構成された電極８１が形成され、上基板７０の内面上には上記電極８１に対向配置される電極７１が形成されている。なお、電極８１および電極７１は直交するように配置されている。そして、電極８１は引廻し配線８２を介して基板張出部８０Ｔに引き出され、その端部には電極端子８９が形成されている。また、電極７１は引廻し配線７２を介して基板張出部８０Ｔに引き出され、その端部には電極端子７９が形成されている。さらに、基板張出部８０Ｔの端縁近傍には入力配線９２が形成され、その内端部にも端子９９が形成されている。

基板張出部８０Ｔ上には、熱硬化性樹脂で構成される封止樹脂９１を介して、半導体装置９０が実装されている。この半導体装置９０は、例えば液晶パネル１１０を駆動する液晶駆動用ＩＣチップである。半導体装置９０の下面には図示しない多数の突起電極が形成されており、これらの突起電極は基板張出部８０Ｔの端子７９，８９，９９にそれぞれ導電接続されている。

また、入力配線９２の外端部に形成された入力端子９８には、異方性導電層１２１を介してフレキシブル配線基板１２０が実装される。入力端子９８は、フレキシブル配線基板１２０に設けられた、それぞれ対応する図示しない配線に導電接続される。そして、外部からフレキシブル配線基板１２０を介して制御信号、映像信号、電源電位などが入力端子９８に供給され、半導体装置９０において液晶駆動信号が生成されて、液晶パネル１１０に供給されるようになっている。その液晶パネル１１０では、対向配置された電極８１と電極７１との間に適宜の電圧が印加され、画素部分の液晶が再配向して入射光が変調される。これにより、複数の画素が配列された液晶パネル１１０の表示領域に、所望の画像を表示することができるようになっている。

図２は半導体装置９０の実装構造の説明図であり、図１のＡ−Ａ線における側面断面図である。図２に示すように、半導体装置９０の能動面（図示下面）には複数の突起電極１０が設けられ、その先端は下基板８０の端子８９，９９に導電接続されている。また半導体装置９０と下基板８０との間には、硬化された封止樹脂９１が充填されている。

（半導体装置）
図３は第１実施形態に係る半導体装置の説明図であり、図３（ａ）は図２のＢ部における半導体装置の拡大図である。また図３（ａ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線における半導体装置の側面断面図であり、図３（ｂ）は半導体装置の底面図である。
図３に示す半導体装置９０は、例えばシリコン基板上に適宜の電子回路を形成してなる集積回路チップである。半導体装置９０の能動面（図示下面）には、Ａｌ（アルミニウム）層などで構成されたパッド２４が形成されている。このパッド２４は、例えばＴｉ（チタン）層やＴｉＮ（窒化チタン）層、ＡｌＣｕ（アルミニウム／銅）層、ＴｉＮ層（キャップ層）などを順に積層した構造であってもよい。

また半導体装置９０の能動面には、ＳｉＯ_２やＳｉＮ、ポリイミド樹脂等の絶縁材料からなるパッシペーション膜などの保護膜２６が形成されている。この保護膜２６の厚さは、例えば１μｍ程度である。その保護膜２６に形成された開口２７によりパッド２４を露出させて、電極２２が構成されている。なお半導体装置９０の周縁部に沿って形成された複数の電極２２により、電極列２２Ｌが構成されている。

その電極列２２Ｌの一方側（図示右側）であって、保護膜２６の表面には、複数の樹脂突起１２が形成されている。この樹脂突起１２として、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；BenzoCycloButene）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；PolyBenzOxazole）等の弾性樹脂材料を採用することができる。この樹脂突起１２は、例えば高さ１〜３０μｍ程度の半円柱状に形成されている。また各樹脂突起１２は、各電極２２から所定距離をおいて、各電極２２と略同一のピッチで配置されている。

また電極２２の表面から樹脂突起１２の表面にかけて、導電層２０が形成されている。この導電層２０は、ＡｕやＴｉＷ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ、Ａｌ等の金属により、またはこれらのうち数種類の金属を積層して形成されている。また導電層２０（積層構造の場合、少なくとも１層）は、パッド２４よりも耐腐食性が高いＣｕやＴｉＷ、Ｃｒ等の材料で形成することが好ましい。これにより、パッド２４の腐食を阻止して、導通不良の発生を防止することが可能になる。

上述した樹脂突起１２および導電層２０により、半導体装置９０の表面に半円柱状の突起電極１０が形成されている。なお、突起電極１０は半円柱状に限られず、角柱状や半球状、円錐状、角錐状、円錐台状、角錐台状などに形成してもよい。この場合、樹脂突起１２を前記各形状に形成して、その表面に略均一な導電層２０を形成すればよい。

（半導体装置の製造方法）
次に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法につき、図３ないし図５を用いて説明する。図４および図５は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明図である。なお図４（ａ）は図４（ｂ）のＥ−Ｅ線における半導体装置の側面断面図であり、図４（ｂ）は半導体装置の底面図である。また図５（ａ）は図５（ｂ）のＦ−Ｆ線における半導体装置の側面断面図であり、図５（ｂ）は半導体装置の底面図である。

まず図４に示すように、半導体装置９０の電極２２から離間して、樹脂材料からなる突起体３０を形成する。この突起体３０は、半導体装置９０の能動面に形成した樹脂層を、フォトリソグラフィによりパターニングして形成する。なお感光性の樹脂材料で樹脂層を形成することにより、樹脂層を直接露光することができる。また濃淡を連続的に変化させてパターンを描画したグレーマスクを用いてフォトリソグラフィを行うことにより、突起体３０を任意の形状にパターニングすることができる。

突起体３０として、突起電極に利用される樹脂突起１２と、後のプラズマ処理により除去される中間体３２とを形成する。樹脂突起１２は半円柱状に形成し、電極列２２Ｌの一方側に各電極２２から所定距離をおいて配設する。中間体３２は樹脂突起１２と同様の形状に形成し、隣接する樹脂突起１２の間に立設する。

図４（ｂ）に示すように、中間体３２の端部は、導電層の形成領域２０ａの外側に延設する。一例を挙げれば、隣接する導電層間の距離Ｗと同程度の長さだけ、中間体３２を外側に延設する。これにより、隣接する導電層の間における中間体３２の輪郭３２ａの長さが、隣接する導電層の間の最短距離より長くなっている。図４（ｂ）の例では、隣接する導電層の間における中間体３２の輪郭３２ａの長さは約３Ｗであり、隣接する導電層の間の最短距離Ｗより長くなっている。

中間体３２の高さは任意であるが、図４（ａ）では一例として樹脂突起１２の高さと同等に形成されている。また中間体３２の角部には丸面取り３４を施すことが望ましい。この場合、後のプラズマ処理において中間体３２を効率的に除去することが可能になり、中間体３２の輪郭に残渣が発生する可能性を低減することができる。

次に図５に示すように、電極２２の表面から樹脂突起１２の表面にかけて導電層２０を形成する。具体的には、まず樹脂突起１２と導電層２０との密着性を確保するため、Ｏ_２ガスを用いたプラズマ処理を行って突起体３０の表面を粗面化する。また電極２２と導電層２０との導通接続を確保するため、Ａｒガスを用いたプラズマ処理を行って電極２２の表面の酸化膜を除去する。次に半導体装置９０の能動面全体に、Ａｕ等の導電性薄膜をスパッタ処理等により形成する。なおメッキ処理により導電性薄膜を形成してもよい。次に導電性薄膜の表面全体にレジストを塗布し、フォトリソグラフィを行って、導電層２０の形成領域にマスクを形成する。そして、そのマスクを用いてエッチング処理を行い、導電層２０の形成領域以外の領域に形成された導電性薄膜、特に中間体３２の表面および側面に形成された導電性薄膜を除去する。これにより、図５に示す導電層２０が形成される。

次に図３に戻り、プラズマ処理によって中間体を除去する。具体的には、Ｏ_２ガスを用いたプラズマ処理を行って、隣接する導電層２０の間に配置された中間体を除去する。このとき、導電層２０をマスクとして機能させることが可能であり、フォトマスク等のような部材を別途用いることなく中間体を除去することができる。なお中間体をフォトエッチングで除去した場合には、樹脂突起１２の側面がテーパ状に形成される。そのため、隣接する導電層２０の間の距離に比べて、隣接する樹脂突起１２の隙間が狭くなり、突起電極１０の狭ピッチ化が困難になる。しかしながら、プラズマエッチングを施すことで、樹脂突起１２の側面をほぼ垂直に形成することができるため、突起電極１０の狭ピッチ化に対応することができる。またプラズマエッチングにより、導電層２０上に残留しているレジストも同時に除去することが可能である。以上により、本実施形態に係る半導体装置が完成する。

上述したようにプラズマ処理によって中間体を除去すると、プラズマ重合による炭化物からなる残渣３４が発生する。なおプラズマ処理時間を延長しても、またプラズマ処理後に他の処理を行っても、この残渣３４を完全に除去することは困難である。この残渣３４は、半導体装置の能動面から中間体が立ち上がる輪郭部分に沿って、隣接する導電層２０を連結するように発生する。この残渣３４を残したまま、図２に示すように半導体装置９０を実装して下基板８０との間に封止樹脂９１を充填すると、残渣の周囲に封止樹脂９１の隙間が形成される。そして、この隙間を通してマイグレーションが発生するという問題がある。マイグレーションとは、所定の湿度により導電層を構成する金属がイオン化し、隣接する導電層間の電界により電気泳動が発生して、導電層間を短絡させる現象である。

しかしながら本実施形態では、図４に示すように、中間体３２の端部を導電層の形成領域２０ａの外側に延設することにより、隣接する導電層の間における中間体３２の輪郭３２ａの長さを、隣接する導電層の間の最短距離Ｗより長くする構成とした。この構成によれば、図３に示すように、中間体の輪郭に沿って、隣接する導電層２０の間を遠回りするように残渣３４が発生する。この残渣３４の長さは、隣接する導電層２０の間の最短距離Ｗより長くなり、残渣３４に沿った電界強度が低下する。一例を挙げれば、図８に示す残渣９３４に沿った電界強度が約９Ｖ／μｍであるのに対して、図３に示す残渣３４に沿った電界強度は約３Ｖ／μｍになる。これにより、マイグレーションの発生を抑制することができる。

なおマイグレーションの発生は、隣接する導電層間の電界の強さのほか、基板におけるＣｒやＡｇ等の含有量などにも依存する。そのためマイグレーションの発生を完全に阻止するには、個別の半導体装置の使用条件に応じて、電界強度が所定値以下となるように、残渣の長さを設定する必要がある。残渣の長さを設定するには、隣接する導電層の間における中間体の輪郭が所定長さとなるように、中間体の形状を設計すればよい。例えば、導電層の外側において中間体を拡幅することにより、中間体の輪郭長さを大幅に延長することも可能である。これにより、マイグレーションの発生を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法につき、図６を用いて説明する。図６は第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）のＨ−Ｈ線における半導体装置の側面断面図であり、図６（ｂ）は半導体装置の底面図である。なお図６は、第１実施形態の図５に相当する製造工程図である。図６に示す第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、隣接する導電層２０の間における中間体１３２の輪郭１３２ａが導電層２０と接しないように中間体１３２を形成する点で、第１実施形態と相違している。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態では、中間体１３２を半円柱状に形成して、樹脂突起１２と同軸状に配置する。中間体１３２の高さは任意であるが、図６では一例として樹脂突起１２より低く形成されている。また中間体１３２の端部は、樹脂突起１２の端部より内側に配置する。これにより、隣接する導電層２０の間における中間体１３２の輪郭１３２ａが、導電層２０と接しないように配置される。

次に、第１実施形態と同様に、電極２２の表面から樹脂突起１２の表面にかけて導電層２０を形成する。次に、プラズマ処理によって中間体１３２を除去する。これにより、中間体１３２の輪郭１３２ａに沿って、隣接する導電層２０と接しないように残渣が発生する。この残渣を残したまま、図２に示すように半導体装置９０を実装して下基板８０との間に封止樹脂９１を充填しても、残渣が導電層と接していないので、マイグレーションの発生を回避することができる。

（電子機器）
図７は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、上述した電気光学装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上述した電気光学装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの場合にも信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

電気光学装置の一実施形態である液晶表示装置を示す模式図である。 半導体装置の実装構造の説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明図である。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明図である。 携帯電話の斜視図である。 従来技術に係る半導体装置の説明図である。

符号の説明

Ｗ‥最短距離 １０‥突起電極 １２‥樹脂突起 ２０‥導電層 ２２‥電極 ３０‥突起体 ３２‥中間体 ３２ａ‥輪郭 ９０‥半導体装置

Claims (6)

1. 半導体装置の能動面に形成する複数の電極から離間して、前記能動面に突起体を形成する工程と、
   前記各電極の表面から前記突起体の表面にかけて、複数の導電層を形成する工程と、
   隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体の一部である中間体を除去して、複数の突起電極を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
   隣接する前記導電層の間における前記導電層の形成領域外側に延設する前記中間体の端部の前記能動面から立ち上がる輪郭の長さが、隣接する前記導電層の間の最短距離より長くなるように、前記突起体を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 隣接する前記導電層の間に配置される前記突起体の端部は、前記隣接する導電層の形成領域の外側まで延設することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 隣接する前記導電層の間に配置される前記突起体の角部には、丸面取りを施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 複数の電極から離間して突起体を形成する工程と、
   前記各電極の表面から前記突起体の表面にかけて複数の導電層を形成する工程と、
   隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体の一部である中間体を除去して、複数の突起電極を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
   隣接する前記導電層の間における前記中間体の端部の輪郭が、隣接する前記導電層と接しないように、前記突起体を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記突起体は樹脂材料で構成し、前記突起体の除去はプラズマ処理によって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 隣接する前記導電層の間に配置された前記突起体の除去は、前記導電層をマスクとしてプラズマ処理することによって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

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