JP2005353853A - テープ基板，半導体装置およびテープ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプ表面が斜めの場合や、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも接続が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 １つの電極パッド５に接続するテープバンプ３を複数のバンプにより構成することにより、電極パッド５とテープバンプ３の接続が容易となり、テープバンプ３材料と電極パッド５材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプ３表面が斜めの場合や、テープバンプ３と電極パッド５の合わせがずれた場合でも接続が可能な半導体装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の端子接続部およびその製造方法に関する。

近年、集積回路の高集積化、半導体チップの縮小に伴い、微細ピッチの端子への接続に対応可能な実装技術が要求されている。この要求に対応しやすい実装技術として、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等に利用されるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装が挙げられる。その他の実装技術としては、また異方性導電膜、すなわちＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）を利用したＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ ＦｉｌｍまたはＦｌｅｘｉｂｌｅ）といった実装が知られている。

これらの実装形態の基本構成は、半導体基板上に形成された電極パッド上にバンプと呼ばれる突起をＡｕや半田を用いて形成した後、樹脂テープやガラス基板上に形成された金属配線上に半導体基板上のバンプを一括に加圧し接合する構成である。

また、半導体基板上にバンプを形成するのではなく逆に、樹脂テープ上に形成された金属配線上にバンプのみを形成した後、半導体基板上に形成された電極パッドと接続する構成もある。

以下、図を用いて従来の半導体装置について説明する。
図８は従来の半導体装置の端子接続部の構成を示す図、図１１は従来の半導体装置の端子接続工程を示す図である。

図８、図１１において、１はテープ基材、２はテープリード、３はテープバンプ、４は半導体基板、５は電極パッド、６は表面保護膜、７は電極開口部、８は絶縁性液状樹脂、１３はボンディングツールである。

テープ基板１上に、リソグラフィー工程とエッチング工程などの工法でテープリード２が形成されている。テープリード２上に、リソグラフィー工程とめっき工程などの工法でテープバンプ３が形成されている。また、半導体基板４上に外界との電気的信号をやり取りする電極パッド５と半導体基板４表面を保護する表面保護膜６があり、電極パッド５は、表面保護膜６を開口した電極開口部７により開口している。

ここで、まず、表面保護膜６やパッド電極５上に、絶縁性液状樹脂８をのせる（図１１（ａ））。
テープバンプ３と電極パッド５の位置を合わせたあと、接続させ、ボンディングツール１３を用いて接続部に超音波や荷重を加えることにより、テープバンプ３と電極パッド５の接続部に金属間化合物の形成や接続が強固となる（図１１（ｂ））（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３３５３７３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、半導体装置は、テープバンプ３とパッド電極５との接続時に、テープバンプ３材料とパッド電極５材料とで金属間化合物を形成する必要があるが、テープバンプ３の面積が大きいと、接触面の平坦性の影響が大きくなり、バンプ面積の全てがパッド電極５と接触することが難しくなる。バンプ面の全てで金属間化合物が形成されにくい。また、テープバンプ３表面が電極パッド５と完全に平行であれば、テープバンプ３と電極パッド５の接触面積が大きく、金属間化合物が形成される面積が大きくなるため接触が安定するので良いが、テープバンプ３表面が斜めになっていた場合など、接続部面で接続せず接続部面が面接続でない線接続となり、テープバンプ３と電極パッド５の接触面積が少なくなる、接触面積が少ないと、金属間化合物の形成面積が少なくなり、接触が安定しないことになる（図９）。また、テープバンプ３と電極パッド５の合わせがずれた場合は、テープバンプ３の一部が表面保護膜６の上にのりあがり、テープバンプ３と電極パッド５の接触ができなくなり、金属間化合物が形成されなくなり、接触が安定しないため、接続できない状態となる（図１０）。この様な状態が発生するという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、テープバンプ３材料と電極パッド５材料との間の金属間化合物が形成されやすく、また、テープバンプ３表面が斜めの場合や、テープバンプ３と電極パッド５の合わせがずれた場合でも、接続が可能な半導体装置を提供する。

この目的を達成するために、本発明の請求項１記載のテープ基板は、複数の電極を備える半導体チップと導体配線上に形成されたバンプを介して電気的に接続することにより半導体装置を形成するテープ基板であって、前記導体配線上に複数の前記バンプが形成されていることを特徴とする。

請求項２記載のテープ基板は、複数の電極を備える半導体チップと導体配線上に形成されたバンプを介して電気的に接続することにより半導体装置を形成するテープ基板であって、前記バンプ先端に複数の突起が形成されていることを特徴とする。

請求項３記載のテープ基板は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のテープ基板において、前記テープ基板がフィルムで皮膜されていて、前記フィルムとしてポリイミドを使用し、前記導体配線として銅配線にニッケルを被服したものを使用し、前記バンプとして金を使用することを特徴とする。

請求項４記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記複数の前記バンプと前記電極の接触で、前記複数の前記バンプが前記電極に全て接触する事を特徴とする。

請求項５記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置において、半導体装置において、前記バンプ先端の前記複数の突起と前記電極の接触で、前記複数の突起が前記電極に全て接触する事を特徴とする。

請求項６記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記複数の前記バンプのうち少なくても１つの前記バンプが前記電極と接触する事を特徴とする。
請求項７記載のテープ基板の製造方法は、テープ基板上に導体配線を形成する行程と、基板上にフォトレジストを塗布する工程と、前記バンプ形成位置合わせの必要のない、導体配線上を横切る様に開口を備え、前記開口が独立することなく連続しており、前記複数のバンプを形成することが可能になるように、前記開講が並列に複数列並んだ開口を備えたフォトマスクを用い、フォトレジストを露光する工程と、露光された前記フォトレジストを現像処理し、フォトレジストが開口する工程と、めっき液雰囲気中に前記導体配線に電流を流し、フォトレジストが開口していても、前記導体配線とめっき液と接触する部分のみめっきが成長し、導体配線と接触していない部分については、めっきが成長せず、選択することが可能となる、前記導体配線上にめっきを成長させる工程と、フォトレジストを除去する工程とを有することを特徴とする。

以上により、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプ表面が斜めの場合や、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも接続が可能な半導体装置を提供することができる。

本発明におけるテープ基板，半導体装置およびテープ基板の製造方法によると、１つの電極パッドに接続するテープバンプを複数のバンプにより構成することにより、電極パッドとテープバンプの接続が容易となり、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプ表面が斜めの場合や、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも接続が可能な半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置の端子接続部の構造図である。

図１において、１はテープ基材、２はテープリード、３はテープバンプ、３ａは第一のテープバンプ、３ｂは第二のテープバンプ、３ｃは第三のテープバンプである。４は半導体チップの半導体基板、５は半導体チップの電極パッド、６は表面保護幕、７は電極開口部であり、半導体集積回路を構成している。８は絶縁性液状樹脂であり、絶縁性液状樹脂８を樹脂封止してテープ基板に半導体集積回路を実装して半導体装置を構成している。

次に半導体の製造方法について図面を用いて説明する。
図２、図３は本発明のテープ基板の製造方法の説明図、図４は本発明の半導体装置の端子接続工程を示す図である。

図２、図３、図４において、図１と記号が同じ部分は説明を省略する。９はフォトレジスト、１０はフォトマスク、１１はフォトマスクパターン、１２はフォトレジストマスク開口部、１３はボンディングツールである。また、図２（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）図３（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）に上面図を示す。また、図２（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）、図３（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）は、図２（ａ１）におけるＡ−Ａ‘面における断面図を示す。

最初に約４０μｍ厚のテープ基材１上に約１０μｍ厚みのＣｕなどの金属箔の貼り付け後、フォト、エッチング工程により幅が約２０μｍのテープリード２の形状を形成する（図２（ａ１），（ａ２））。次に、テープリード２表面にテープバンプ３の下地用にＮｉなどをめっき法により被覆させて導体配線を形成する。

次に、テープ基材１とテープリード２の面を全て覆うように、約２０μｍ厚のフォトレジスト９をドライフィルムや回転塗布法を用い被覆させる（図２（ｂ１）（ｂ２））。次に、石英やソーダガラスなどの材質のフォトマスク１０に、並列に並んだ複数のテープリード２と直行するようなパターンをＣｒなどの材料によるフォトマスクパターン１１として描く。また、一つのパターンは連続しており不連続部は無く、フォトマスク１０内に複数の連続したパターンが描かれて、フォトマスクパターン１１が形成されている。フォトマスク１０をテープ基材１の所定の位置に合うように、フォトマスク１０とテープ基材１を合わせた後、フォトマスク１０の上方向から紫外線光を所定のエネルギー量あてフォトレジスト９を露光する（図２（ｃ１）（ｃ２））。この時、フォトマスクパターン１１は横に不連続部がなく連続しているため、フォトマスク１０とテープ基材１の合わせが横方向にずれてもフォトレジスト開口部１２は正常に形成可能となる。次に、露光されたフォトレジスト９を現像液に浸し現像することにより、フォトレジスト開口部１２を形成する（図３（ａ１），（ａ２））。次に、テープ基材１をめっき液雰囲気中にさらし、めっき液をアノード側、テープ基材１上のテープリード２に電流密度の値が約０．４Ａ／ｄｍ^２で電流を印加しカソード側として電解めっき処理をおこなう。テープリード２が存在し、かつ、フォトレジスト開口部１２の部分にはめっき液が触れ、電子供給がされるので、テープバンプ３が形成される。フォトレジスト開口部１２は開口しているが、テープリード２とめっき液に触れる部分のみにめっきが成長する、またフォトレジスト開口部１２を並列に複数個、開口する事により、テープリード２上に複数のテープバンプ３ａ、テープバンプ３ｂ、テープバンプ３ｃを一度のめっき工程にて形成することが可能になる。 めっき厚みを５〜１０μｍになるように電流を印加する時間を調節する（図３（ｂ１）（ｂ２））。次に、テープ基材１を例えばシンナーのレジスト除去液に浸し、フォトレジスト９を除去する。次に、金属結晶を安定化させる熱処理を行う（図３（ｃ１）（ｃ２））。

以上の様に構成された本実施の形態における半導体装置について説明をする。
図４において、テープ基材１上のテープリード２にテープバンプ３が形成されている。また、テープバンプ３は、第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃの３つのテープバンプより成り立っている。一方、半導体基板４上に電極パッド５があり、電極開口部７により、表面保護膜６より開口している。さらに、テープ基材１上に絶縁性液状樹脂８を載せる。

端子接続時には、テープバンプ３と電極開口部７の位置が合うように調整を行ったあと、ボンディングツール１３を用い、半導体基板４に荷重を加え、テープバンプ３と電極パッド５を接合させる。接合時に超音波などで、ストレスを加えることにより、パッド電極５の材料である例えばＡｌとテープバンプ３の材料である例えばＡｕとで金属間化合物を造り接続する。

以上の様に実施の形態１によれば、テープバンプ３を複数個設ける事により、テープバンプ３全体を分割し、テープバンプ３の大きさは分割され小さくなる。それは、第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃと分かれる事となり小さくなる。また、テープバンプ３ａ、テープバンプ３ｂ、テープバンプ３ｃはそれぞれ全て電極開口部７と接続する。また、分割された、例えばテープバンプ３ａは、大きなテープバンプ３に比べ接触面積が少なくなり、接触面積荷重が加わりやすく、また、テープバンプ３ａの材料が変形しやすくなる。このことにより、金属間化合物が容易に形成されることになり、テープバンプ３ａと電極開口部７の接続の安定性が良くなる。他、テープバンプ３ｂ、テープバンプ３ｃにも同様なことが言える。

ボンディングツール１３により、半導体基板４を通じて、テープバンプ３に荷重が加わる時、小さいバンプの方が変形しやすいため、接続しやすくなる。大きなテープバンプ３の場合は接続が安定しないが、本実施の形態の場合はテープバンプ３と電極パッド５の接続信頼性が向上することが可能となる。

テープバンプ３と電極パッド５の接続信頼性が向上することが可能となる。したがって、電極パッドとテープバンプの接続が容易となり、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも、接続が可能な半導体装置を提供することができる。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における半導体装置の構造図であり、図１と番号が同じ部分は説明を省略する。図９は従来のテープバンプの表面に傾斜を有した半導体装置の構造図であり、図１と番号が同じ部分は説明を省略する。

また、実施の形態２におけるテープ基板の製造方法は実施の形態１と同じなので省略する。
図５において、テープ基材１上のテープリード２にテープバンプ３が形成されている。また、テープバンプ３は、第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃより成り立っている。一方、半導体基板４上に電極パッド５があり、電極開口部７により、表面保護膜６より開口している。図４に示す実施の形態１の場合と同様に、テープ基材１上に絶縁性液状樹脂８を載せる。その後、テープバンプ３と電極開口部７の位置が合うように調整を行ったあと、ボンディングツール１３を用い、半導体基板４に荷重を加え、テープバンプ３と電極パッド５を接合させる。接合時に超音波などで、ストレスを加えることにより、パッド電極５の材料である例えばＡｌとテープバンプ３の材料である例えばＡｕとで金属間化合物を造り接続する。また、テープバンプ３を形成する時に、めっき液の金属イオン濃度の低下により、フォトレジスト開口部１２内で、めっき液の金属イオン濃度傾斜が発生したテープバンプ３の表面には図５、図９の様な傾斜が発生する。

以上の様に本実施の形態によれば、従来の半導体装置に図９にみられる様なテープバンプ３の極端な傾斜が発生した場合でも、テープバンプ３がテープバンプ３ａ、テープバンプ３ｂ、テープバンプ３ｃと分割されていることにより、電極開口部７と全て接続する時、それぞれのテープバンプの大きさが小さいため、大きなテープバンプ３と例えば小さなテープバンプ３ａと傾き量は同じであっても、バンプ幅が少ないため、バンプ内の傾斜による段差量の大きさが小さくなる、また、分割されていることにより、それぞれのテープバンプ３ａ、テープバンプ３ｂ、テープバンプ３ｃが電極開口部７に接続するため、接触面積が、テープバンプ３単体より大きくなり、金属間化合物を容易に作成することが可能となり、接続が良くなる。また、テープバンプ３は、第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃより成り立っているため、電極バッド５と第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃがそれぞれ接続するため、多点接続となり、接続面積が増えることにより接続信頼性を向上することが可能となる。したがって、電極パッドとテープバンプの接続が容易となり、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプ表面が斜めの場合でも接続が可能な半導体装置を提供することができる。
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における半導体装置の構造図であり、図１と番号が同じ部分は説明を省略する。図１０は従来の電極開口部の中にテープバンプ全てが入らない半導体装置における構造図であり、図１と番号が同じ部分は説明を省略する。また、実施の形態３におけるテープ基板の製造方法は実施の形態１と同じなので省略する。

図６において、テープ基材１上のテープリード２にテープバンプ３が形成されている。また、テープバンプ３は、第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂ、第三のテープバンプ３ｃより成り立っている。一方、半導体基板４上に電極パッド５があり、電極開口部７により、表面保護膜６より開口している。図４に示す実施の形態１の場合と同様に、テープ基材１上に絶縁性液状樹脂８を載せる。その後、テープバンプ３と電極開口部７の位置が合うように調整を行ったあと、ボンディングツール１３を用い、半導体基板４に荷重を加え、テープバンプ３と電極パッド５を接合させる。接合時に超音波などで、ストレスを加えることにより、パッド電極５の材料である例えばＡｌとテープバンプ３の材料である例えばＡｕとで金属間化合物を造り接続する。テープバンプ３と電極開口部７の位置が合うように調整を行うが、調整が困難な場合、電極開口部７の中にテープバンプ３全てが入らない場合が発生する。

以上の様に本実施の形態によれば、図１０の様に電極開口部７の中に、テープバンプ３全てが入らない現象が発生した場合、表面保護膜６にテープバンプ３があたり、かつ、テープバンプ３は大きいため変形しにくく、テープバンプ３と電極パッド５の接点が無くなり、接続出来ない様な場合でも、テープバンプ３と電極パッド５の接点は、第三のテープバンプ３ｃは表面保護膜６に接するために、電極パッド５との接点はないが、第三のテープバンプ３ｃ大きさが小さいため、変形しやすいのでつぶれることにより、第一のテープバンプ３ａと第二のテープバンプ３ｂはパッド電極５と接続点はできるので接続する。第一のテープバンプ３ａ、第二のテープバンプ３ｂがそれぞれ接続するため、多点接続が可能となり、接続信頼性を向上することが可能となる。したがって、電極パッドとテープバンプの接続が容易となり、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも接続が可能な半導体装置を提供することができる。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４における半導体装置の端子接続部の構造図である。

図７において、図１と番号が同じ部分は説明を省略する。１４はテープバンプ上に形成された突起である。
以上の様に実施の形態４によれば、テープバンプ３上にテープバンプ上突起１４を複数個設ける事ことと、全てのテープバンプ上突起１４が全て電極開口部７と接続する事の構造をとることにより、テープバンプ３に比べ接触面積が少なくなり、接触面積荷重が加わりやすく、また、テープバンプ上突起１４の材料が変形しやすくなる。このことにより、金属間化合物が容易に形成されることになり、テープバンプ３と電極開口部７の接続の安定性が良くなる。
ボンディングツール１３により、半導体基板４を通じて、テープバンプ３に荷重が加わる時、テープバンプ上の突起１４の様な小さい突起の方が変形しやすいため、接続しやすくなる。大きなテープバンプ３の場合は接続が安定しないが、本実施形態の場合はテープバンプ３と電極パッド５の接続信頼性が向上することが可能となる。したがって、電極パッドとテープバンプの接続が容易となり、テープバンプ材料と電極パッド材料との間の金属間化合物が造られやすく、また、テープバンプと電極パッドの合わせがずれた場合でも、接続が可能な半導体装置を提供することができる。
以上の説明では、テープバンプを３つ備える構成を例に説明したが、３つ以外の複数個のテープバンプで構成されている構成であってもかまわない。

本発明にかかるテープ基板，半導体装置およびテープ基板の製造方法は、フィルムキャリアパッケージである、バンプ付きテープキャリア上のバンプと半導体基板のパッド電極の金属化合物を容易に作成することが可能となり、接続信頼性の向上や、テープ基板の製造工程のばらつきを吸収する事が可能となり、パッド電極の金属化合物の作成を補助する事ができ、テープ基板，半導体装置およびテープ基板の製造方法として有用である。

本発明の実施の形態１における半導体装置の端子接続部の構造図 本発明のテープ基板における製造方法の説明図 本発明のテープ基板における製造方法の説明図 本発明の半導体装置の端子接続工程を示す図 本発明の実施の形態２における半導体装置の構造図 本発明の実施の形態３における半導体装置の構造図 本発明の実施の形態４における半導体装置の構造図 従来の半導体装置の端子接続部の構成を示す図 従来のテープバンプの表面に傾斜を有した半導体装置の構造図 従来の電極開口部の中にテープバンプ全てが入らない半導体装置における構造図 従来のテープ基板の端子接続工程を示す図

符号の説明

１ テープ基材
２ テープリード
３ テープバンプ
３ａ 第一のテープバンプ
３ｂ 第二のテープバンプ
３ｃ 第三のテープバンプ
４ 半導体基板
５ 電極パッド
６ 表面保護膜
７ 電極開口部
８ 絶縁性液状樹脂
９ フォトレジスト
１０ フォトマスク
１１ フォトマスクパターン
１２ フォトレジスト開口部
１３ ボンディングツール
１４ テープバンプ上突起

Claims (7)

1. 複数の電極を備える半導体チップと導体配線上に形成されたバンプを介して電気的に接続することにより半導体装置を形成するテープ基板であって、
   前記導体配線上に複数の前記バンプが形成されていることを特徴とするテープ基板。
2. 複数の電極を備える半導体チップと導体配線上に形成されたバンプを介して電気的に接続することにより半導体装置を形成するテープ基板であって、
   前記バンプ先端に複数の突起が形成されていることを特徴とするテープ基板。
3. 前記テープ基板がフィルムで皮膜されていて、
   前記フィルムとしてポリイミドを使用し、前記導体配線として銅配線にニッケルを被服したものを使用し、前記バンプとして金を使用することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のテープ基板。
4. 前記複数の前記バンプと前記電極の接触で、前記複数の前記バンプが前記電極に全て接触する事を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 前記バンプ先端の前記複数の突起と前記電極の接触で、前記複数の突起が前記電極に全て接触する事を特徴とする請求項２記載の半導体装置。
6. 前記複数の前記バンプと前記電極の接触で、前記複数の前記バンプのうち少なくても１つの前記バンプが前記電極と接触する事を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
7. テープ基板上に導体配線を形成する行程と、
   基板上にフォトレジストを塗布する工程と、
   導体配線上を横切る様に開口を備え、前記開口が独立することなく連続しており、前記開講が並列に複数列並んだ開口を備えたフォトマスクを用い、フォトレジストを露光する工程と、
   露光された前記フォトレジストを現像処理し、フォトレジストが開口する工程と、
   めっき液雰囲気中に前記導体配線に電流を流し、前記導体配線上にめっきを成長させる工程と、
   フォトレジストを除去する工程と
   を有することを特徴とするテープ基板の製造方法。

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