JP3514149B2 - 突起電極形成方法 - Google Patents

突起電極形成方法

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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、実装基板にフェー
スダウンで搭載される半導体装置について、その半導体
装置の突起電極形成方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】半導体装置と実装基板とをフェースダウ
ンで直接接続するフリップチップ実装は、半導体チップ
を樹脂で保護成形した従来のパッケージを実装したもの
に比べ、実装面積を大幅に縮小できるという利点を有し
ており、今後期待されている技術である。 【0003】以下、従来のフリップチップ実装について
図面を参照しながら説明する。ここで、図9は従来のメ
ッキ方法によるバンプの形成工程を説明する図、図10
は図9のバンプを形成した場合の問題点を説明する図、
図11は図10の影響を説明する図である。 【0004】メッキ法によるバンプの形成は、先ず、図
9(a)に示すように、アルミニウム等からなる薄膜の
電極パッド2およびこの電極パッド2を露出させるよう
にして形成された表面保護膜(以下、「パッシベーショ
ン」という。)3を有する半導体装置1の上に金属薄膜
(以下、「バリアメタル」という。)4およびレジスト
5を順次形成した後、図9(b)に示すように、電極パ
ッド2に相当する箇所のレジスト5をエッチング除去し
て開口部5aを形成する。このとき、電極パッド2とこ
の上に形成されるバンプとの密着強度を向上させるため
に、開口部5aの幅iをパッシベーション3のパッド開
口幅a以上に形成して、パッシベーション3に対して4
〜5μm程度オーバーラップさせる。 【0005】次に、図9(c)に示すように、開口部5
aに金等の金属をメッキにより形成し、その後、図9
(d)に示すように、余分なレジスト5を一括除去す
る。そして、前工程において形成された金属メッキをエ
ッチングマスク代わりとして、バリアメタル4を一括除
去(エッチング)する。以上の工程により、図9(e)
に示すようなバンプ16が形成される。 【0006】ここで、図10に示すように、端子ピッチ
が狭くなって半導体チップ1上の電極パッド2間のスペ
ースが狭くなってくると、バンプ16間のスペースjは
さらに狭くなる。例えば、100μmピッチで電極パッ
ド2の開口サイズが90μm角(この数値は、ワイヤボ
ンディング仕様での一般的な値)であると、パッシベー
ション3に4〜5μmオーバーラップさせた場合、数μ
mのスペースしかなくなったり、ときには、隣接するバ
ンプ16間がショートする恐れがある。また、仮に数μ
mのスペースがあったとしても、絶縁性低下の問題が発
生したり、導電粒子9を介して接合するACF接合で
は、図11に示すように、隣接するバンプ16間に導電
粒子9が挟まってショートする恐れがある。 【0007】この問題は、特に汎用の半導体チップに関
して顕著になると考えられる。その理由は、汎用チップ
の中には、メッキでのバンプ形成を想定して予め電極パ
ッド2aのサイズを狭く取っているものもあるが、多く
はQFP等にパッケージングされることが想定されてい
るので、パッケージング内の内部配線がワイヤボンディ
ング接合される仕様になってパッドサイズが広く取られ
ているためである。 【0008】ここで、前述の問題を回避するためにパッ
シベーション3による開口部5aのサイズを小さくしよ
うとすると、新たにチップをカスタムで製作しなくては
ならず、コストアップにつながる。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来のメ
ッキ法によるバンプ形成では、電極パッドの狭ピッチ化
に伴いバンプ間がショートする恐れがある。また、バン
プ間がショートしていなくても、ACF接合などの実装
工法によってはショートする恐れがある。そして、この
ような問題を回避するためには、チップを新たにカスタ
ム製作して電極パッドのサイズを変更しなくてはなら
ず、コストアップにつながる。 【0010】そこで、本発明は、電極パッドのピッチが
狭くなっても突起電極間の絶縁性の悪化やショートが発
生する恐れのない廉価な突起電極形成方法を提供するこ
とを目的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の突起電極形成方法は、所定の回路素子が作
り込まれるとともに電極パッドの形成された半導体装置
を用意し、電極パッドを露出する表面保護膜および金属
薄膜を順次形成し、金属薄膜上にレジストを塗布し、レ
ジストを選択的に除去して、第1の幅がこれに沿った表
面保護膜の開口幅である第2の幅よりも狭く、第1の幅
と直交する第3の幅がこれに沿った表面保護膜の開口幅
である第4の幅よりも広い開口部を電極パッドを含んだ
位置に形成し、メッキにより開口部を閉塞して突起電極
を得て、レジストを全て除去し、突起電極をマスクにメ
ッキ部分以外の金属薄膜を除去するものである。 【0012】これにより、電極パッドのピッチが狭くな
っても突起電極間の絶縁性の悪化やショートが発生する
恐れのない廉価な半導体装置が得られる。 【0013】 【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、所定の回路素子が作り込まれるとともに電極パッド
の形成された半導体装置を用意し、電極パッドを露出す
る表面保護膜および金属薄膜を順次形成し、金属薄膜上
にレジストを塗布し、レジストを選択的に除去して、第
1の幅がこれに沿った表面保護膜の開口幅である第2の
幅よりも狭く、第1の幅と直交する第3の幅がこれに沿
った表面保護膜の開口幅である第4の幅よりも広い開口
部を電極パッドを含んだ位置に形成し、メッキにより開
口部を閉塞して突起電極を得て、レジストを全て除去
し、突起電極をマスクにメッキ部分以外の金属薄膜を除
去する突起電極形成方法および半導体装置であり、電極
パッドのピッチが狭くなっても突起電極間の絶縁性の悪
化やショートが発生する恐れのない廉価な半導体チップ
が得られるという作用を有する。 【0014】 【0015】 【0016】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図8を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。 【0017】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1によるバンプの形成工程を説明する図、図2は図1
のバンプ形成工程による隣接するバンプを示す断面図、
図3は図2の矢印A方向の断面図、図4は図1のバンプ
形成工程による隣接バンプのACF接合における断面図
である。 【0018】図1(a)に示すように、先ず、所定の回
路素子が作り込まれるとともに電極パッド2の形成され
た半導体チップ1の素子形成面に電極パッド2を露出す
るパッシベーション3およびバリアメタル4を順次形成
し、さらにバリアメタル4上にレジスト5を塗布する。
ここで、金属薄膜の電極パッド2の材質は、一般的には
アルミニウムが用いられるが、たとえば銅など他の金属
を用いることも可能である。また、パッシベーション3
には、たとえば酸化シリコン、シリコンナイトライド、
ポリイミド等が用いられる。さらに、バリアメタル4に
は、たとえばチタン、タングステン、ニッケル、銅など
が用いられる。 【0019】次に、図1(b)に示すように、レジスト
5をエッチングにより選択的に除去して電極パッド2上
に開口部5aを形成する。ここで、開口部5aの幅b
は、これに沿ったパッシベーション3の開口幅aよりも
狭くなるように形成する。 【0020】そして、図1(c)に示すように、メッキ
により開口部5aを閉塞してバンプ6を形成する。ここ
で、バンプ6の材質は、一般的には金が用いられるが、
たとえばアルミニウムや銅など他の金属を用いることも
可能である。 【0021】バンプ6を形成したならば、図1(d)に
示すように、レジスト5を全て除去する。最後に、図1
(e)に示すように、バンプ6をマスクにメッキ部分以
外のバリアメタル4を一括除去して、突出したバンプ6
を得る。 【0022】このように電極パッド2に形成された2つ
のバンプ6およびこのバンプ6の下部に位置するバリア
メタル4は、図2に示すように、一方の幅である第1の
幅がこれに沿ったパッシベーション3の開口幅である第
2の幅よりも狭くなっている。また、図3に示すよう
に、バンプ6およびバリアメタル4の第1の幅と直交す
る第3の幅がこれに沿ったパッシベーション3の開口幅
である第4の幅よりも広くなって、パッシベーション3
とオーバーラップしている(図3、B部)。そして、よ
り近傍に位置する隣接した電極パッド2に対してより広
いスペースcが確保されるように第1の幅と第3の幅と
が振り向けられている。ここで、第1の幅方向において
はパッシベーション3とのオーバーラップがないが、第
3の幅方向においてはパッシベーション3とオーバーラ
ップしており、オーバーラップ寸法が4〜5μmの二倍
程度取れるので、バリアメタル4の電極パッド2に対す
る密着強度は十分に確保される。 【0023】図4において、このようなバンプ6とバリ
アメタル4の形成された半導体チップ1をACF実装に
より実装基板7に搭載する場合について説明する。ここ
で、実装基板7上には、バンプ6と電気的に接続される
電極8が形成されている。実装基板7には、感光性のエ
ポキシ樹脂、ガラス繊維の含浸されたエポキシ樹脂、セ
ラミックなどが用いられ、電極8には、銅などが用いら
れている。また、ACF中に含まれる導電粒子9には、
樹脂ボールに金属メッキが施されたもの、あるいは金属
粒子などが用いられている。 【0024】図示するように、本実施の形態の半導体チ
ップ1によれば、より近傍に位置する隣接した電極パッ
ド2に対してより広いスペースが確保されるように第1
の幅と第3の幅とが振り向けられているので、バンプ6
間のピッチが狭く電極パッド2のサイズが大きくても、
絶縁性の悪化や導電粒子9などによるショートの問題は
発生しない。そして、このようなバンプ6が、新たにメ
ッキバンプ用のチップをカスタムで起こすことなく形成
される。これにより、電極パッド2のピッチが狭くなっ
てもバンプ6間の絶縁性の悪化やショートが発生するこ
とのない廉価な半導体チップ1が得られる。 【0025】(実施の形態2)図5は本発明の実施の形
態2によるバンプの形成工程を説明する図、図6は本発
明の実施の形態2によるバンプの形成工程を説明する
図、図7は図5のバンプ形成工程による隣接するバンプ
の図5の直交方向断面図、図8は図5のバンプ形成工程
による隣接バンプのACF接合における断面図である。 【0026】本実施の形態においても、図5(a)に示
すように、先ず、所定の回路素子が作り込まれるととも
に電極パッド2の形成された半導体チップ1の素子形成
面に電極パッド2を露出するパッシベーション3および
バリアメタル4を順次形成し、さらにバリアメタル4上
にレジスト5を塗布する。 【0027】次に、図5(b)に示すように、電極パッ
ド2上のみにレジスト5が残るように、レジスト5をエ
ッチングにより選択的に除去する。ここで、レジスト5
の幅eは、これに沿ったパッシベーション3の開口幅d
よりも広くなるように形成する。そして、図5(c)に
示すように、レジスト5で覆われた部分以外のバリアメ
タル4をエッチングにより除去した後、レジストを除去
する。そして、再びレジスト5を塗布して、バリアメタ
ル4の外周以外が露出するようにこれを選択的に除去
し、図6(d)に示すように、開口部5aを形成する。
したがって、このときの開口部5aの幅fはパッシベー
ション3の開口幅dよりも狭くなる。そして、図6
(e)に示すように、メッキにより開口部5aを閉塞し
てバンプ6を形成する。最後に、図6(f)に示すよう
に、バンプ6をマスクにメッキ部分以外のバリアメタル
4を一括除去して、突出したバンプ6を得る。 【0028】このように電極パッド2に形成された2つ
のバンプ6の下部に位置するバリアメタル4は、図6に
示すように、一方の幅である第5の幅がこれに沿ったパ
ッシベーション3の開口幅である第6の幅よりも広くな
っている。また、図7に示すように、バリアメタル4の
第5の幅と直交する第7の幅もまた、これに沿ったパッ
シベーション3の開口幅である第8の幅よりも広くなっ
ている。したがって、バリアメタル4が全周にわたって
パッシベーション3とオーバーラップしている。また、
バンプ6は第5の幅方向および第7の幅方向の何れの方
向でもバリアメタル4より狭い幅となっている。 【0029】ここで、第5の幅方向および第7の幅方向
においてバリアメタル4がパッシベーション3とオーバ
ーラップしているので、本実施の形態においても、バリ
アメタル4の電極パッド2に対する密着強度は十分に確
保される。 【0030】図8において、このようなバンプ6とバリ
アメタル4の形成された半導体チップ1をACF実装に
より実装基板7に搭載する場合について説明する。図示
するように、本実施の形態の半導体チップ1によれば、
バンプ6間のピッチが狭く電極パッド2のサイズが大き
くても、絶縁性の悪化や導電粒子9などによるショート
の問題は発生しない。そして、このようなバンプ6が、
新たにメッキバンプ用のチップをカスタム製作すること
なく形成される。これにより、本実施の形態において
も、電極パッド2のピッチが狭くなってもバンプ6間の
絶縁性の悪化やショートが発生することのない廉価な半
導体装置1が得られる。 【0031】また、このような半導体装置1によれば、
バリアメタル4が全周にわたってパッシベーション3と
オーバーラップしており、バリアメタル4が電極パッド
2の全体を覆っているので、フリップチップ用樹脂に電
極パッド2に腐食等の影響を与える物質(特に、臭素等
のハロゲン)を含んだ材料を使用しなければならない場
合でも、電極パッド2を保護することが可能になる。 【0032】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極パ
ッドのピッチが狭くなっても突起電極間の絶縁性の悪化
やショートが発生することのない廉価な半導体装置が得
られるという有効な効果が得られる。 【0033】また、本発明によれば、金属薄膜を全周に
わたって表面保護膜とオーバーラップさせれば、金属薄
膜が電極パッドの全体を覆うことになるので、フリップ
チップ用樹脂に電極パッドに腐食等の影響を与える物質
を含んだ材料を使用しなければならない場合に電極パッ
ドを保護することが可能になるという有効な効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1によるバンプの形成工程
を説明する図 【図2】図1のバンプ形成工程による隣接するバンプを
示す断面図 【図3】図2の矢印A方向の断面図 【図4】図1のバンプ形成工程による隣接バンプのAC
F接合における断面図 【図5】本発明の実施の形態2によるバンプの形成工程
を説明する図 【図6】本発明の実施の形態2によるバンプの形成工程
を説明する図 【図7】図5のバンプ形成工程による隣接するバンプの
図5の直交方向断面図 【図8】図5のバンプ形成工程による隣接バンプのAC
F接合における断面図 【図9】従来のメッキ法によるバンプの形成工程を説明
する図 【図10】図8のバンプを形成した場合の問題点を説明
する図 【図11】図10の影響を説明する図 【符号の説明】 1 半導体チップ 2 電極パッド 3 パッシベーション(表面保護膜) 4 バリアメタル(金属薄膜) 5 レジスト 5a 開口部 6 バンプ(突起電極)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−77950(JP,A) 特開 平9−94131(JP,A) 特開 平4−199631(JP,A) 特開 平6−13382(JP,A) 特開 平6−323824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】所定の回路素子が作り込まれるとともに電
    極パッドの形成された半導体装置を用意し、 前記電極パッドを露出する表面保護膜および金属薄膜を
    順次形成し、 前記金属薄膜上にレジストを塗布し、 前記レジストを選択的に除去して、第1の幅がこれに沿
    った前記表面保護膜の開口幅である第2の幅よりも狭
    く、前記第1の幅と直交する第3の幅がこれに沿った前
    記表面保護膜の開口幅である第4の幅よりも広い開口部
    を前記電極パッドを含んだ位置に形成し、 メッキにより前記開口部を閉塞して突起電極を得て、 前記レジストを全て除去し、 前記突起電極をマスクにメッキ部分以外の前記金属薄膜
    を除去することを特徴とする突起電極形成方法。
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