JP3548814B2 - 突起電極の構造およびその形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は突起電極の構造およびその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばCOG(Chip On Glass)方式と呼ばれる半導体チップの実装技術では、半導体チップを回路基板上に搭載している。この場合、半導体チップに設けられた突起電極を回路基板上の接続パッドにボンディングしている。したがって、半導体チップには突起電極を設ける必要がある。
【0003】
次に、従来のこのような突起電極の形成方法について図8〜図11を順に参照しながら説明する。まず、図8に示すように、シリコン基板1上に接続パッド2が形成され、接続パッド2の周辺部を含むシリコン基板1の上面に酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる絶縁膜(パッシベーション膜)3が形成され、接続パッド2の周辺部以外の部分が絶縁膜3に形成された開口部4を介して露出されたものを用意する。次に、図9に示すように、上面全体に下地金属層としての拡散防止層5および接着層6を形成する。次に、接続パッド2に対応する部分を除く部分における接着層6の上面にメッキレジスト層7を形成する。したがって、この状態では、接続パッド2に対応する部分におけるメッキレジスト層7には開口部8が形成されている。次に、接着層6をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより、メッキレジスト層7の開口部8内における接着層6の上面に突起電極9を形成する。次に、メッキレジスト層7を剥離すると、図10に示すようになる。次に、図11に示すように、突起電極9をマスクとして接着層6および拡散防止層5の不要な部分をウェットエッチングあるいはドライエッチングにより除去する。かくして、突起電極9の形成が終了する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこのような突起電極の形成方法では、図11に示すように、突起電極9の平面サイズを絶縁膜3の開口部4の平面サイズよりも大きくしているが、これは、突起電極9をマスクとして接着層6および拡散防止層5の不要な部分をウェットエッチングあるいはドライエッチングにより除去する際に、接続パッド2がエッチャントによって侵食されあるいはダメージを受けるのを回避するためである。この結果、突起電極9の平面サイズが比較的大きくなり、この突起電極9を図示しない回路基板上の接続パッドに加圧を伴ってボンディングする際に、比較的大きな圧力が必要となる。しかしながら、突起電極9は絶縁膜3の開口部4を介して露出された接続パッド2上およびその周囲における絶縁膜3上に形成されているので、突起電極9に比較的大きな圧力が加わると、絶縁膜3の開口部4の周囲の部分に比較的大きな圧力がかかることになる。しかるに、絶縁膜(パッシベーション膜)3は一般に酸化シリコンや窒化シリコンなどのガラス質の比較的脆いものからなっているので、比較的大きな圧力がかかると、亀裂などが生じることがあり、半導体チップの信頼性が低下するという問題があった。また、絶縁膜3の開口部4を介して露出された接続パッド2の露出面にも比較的大きな圧力がかかり、亀裂や断線などが生じることがあり、これまた半導体チップの信頼性が低下するという問題があった。
この発明の課題は、突起電極を回路基板上の接続パッドなどに加圧を伴ってボンディングする際に、突起電極下の絶縁膜や接続パッドに過大な圧力がかからないようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明に係る突起電極の構造は、基板に形成された接続パッド上の所定の一部に形成された内部突起電極と、該内部突起電極及び前記接続パッド上を覆って形成された外部突起電極とからなり、該外部突起電極が前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とから構成されていることを特徴とするものである。請求項5記載の発明に係る突起電極の形成方法は、基板に形成された接続パッド上の所定の一部に内部突起電極を形成し、該内部突起電極及び前記接続パッド上を等方的に覆うことにより、前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とから構成される外部突起電極を形成するようにしたものである。
【0006】
請求項1または5記載の発明によれば、突起電極を内部突起電極とこの内部突起電極を覆う外部突起電極とによって形成しているので、外部突起電極が内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置する上側突起電極部とから構成されることとなり、この結果外部突起電極の上側突起電極部を回路基板上の接続パッドなどに加圧を伴ってボンディングすることになる。この場合、外部突起電極の上側突起電極部の平面サイズが小さいので、ボンディングに必要な圧力が小さくて済み、しかもこの圧力は平面サイズの大きい下側突起電極部および内部突起電極によって分散され、したがって外部突起電極下および内部突起電極下の絶縁膜や接続パッドに過大な圧力がかからないようにすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1〜図5はそれぞれこの発明の一実施形態における突起電極の各形成工程を示したものである。そこで、これらの図を順に参照しながら、この実施形態における突起電極の構造をその形成方法と併せ説明する。
【0008】
まず、図1に示すように、シリコン基板11上にアルミニウムなどからなる接続パッド12が形成され、接続パッド12の周辺部を含むシリコン基板11の上面に酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる絶縁膜(パッシベーション膜)13が形成され、接続パッド12の周辺部以外の部分が絶縁膜13に形成された開口部14を介して露出されたものを用意する。
【0009】
次に、図2に示すように、上面全体にチタン−タングステン合金やクロムなどからなる拡散防止層15および金、銅、ニッケルなどからなる接着層16をスパッタリング法や真空蒸着法などにより成膜する。次に、絶縁膜13の開口部14を介して露出された接続パッド12の中央部に対応する部分を除く部分における接着層16の上面に第1メッキレジスト層17を形成する。したがって、この状態では、絶縁膜13の開口部14を介して露出された接続パッド12の中央部に対応する部分における第1メッキレジスト層17には開口部18が形成されている。次に、接着層16をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより、第1メッキレジスト層17の開口部18内における接着層16の上面に金、銅、ニッケルなどからなる内部突起電極19を形成する。この後、第1メッキレジスト層17を剥離する。
【0010】
次に、図3に示すように、接続パッド12に対応する部分を除く部分における接着層16の上面に第2メッキレジスト層20を形成する。したがって、この状態では、接続パッド12に対応する部分における第2メッキレジスト層20には開口部21が形成されている。次に、接着層16をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより、第2メッキレジスト層20の開口部21内における接着層16および内部突起電極19の上面に金、銅、ニッケル、半田などからなる外部突起電極22を形成する。この場合、第2メッキレジスト層20の開口部21内においてメッキが等方的に堆積されることにより、外部突起電極22は内部突起電極19を等方的に覆うように形成される。したがって、外部突起電極22は、平面サイズが接続パッド12の平面サイズと同じ大きさの下側突起電極部22aと、平面サイズが絶縁膜13の開口部14の平面サイズよりも小さい大きさの上側突起電極部22bとからなる2段構造となる。この後、第2メッキレジスト層20を剥離すると、図4に示すようになる。次に、図5に示すように、外部突起電極22をマスクとして接着層16および拡散防止層15の不要な部分をアルゴンガスプラズマによるドライエッチングあるいはウェットエッチングにより除去する。かくして、内部突起電極19と外部突起電極22とからなる突起電極が形成される。
【0011】
このように、突起電極を内部突起電極19とこの内部突起電極19を等方的に覆う外部突起電極22とによって形成しているので、外部突起電極22が、内部突起電極19の周囲に位置する平面サイズの大きい下側突起電極部22aと、内部突起電極19の上方に位置する平面サイズの小さい上側突起電極部22bとから構成される2段構造となり、この結果外部突起電極22の上側突起電極部22bを図示しない回路基板上の接続パッドなどに加圧を伴ってボンディングすることになる。この場合、外部突起電極22の上側突起電極部22bの平面サイズが小さいので、ボンディングに必要な圧力が小さくて済み、しかもこの圧力は平面サイズの大きい下側突起電極部22aおよび内部突起電極によって分散されることになる。したがって、外部突起電極22下および内部突起電極19下の絶縁膜13や接続パッド12に過大な圧力がかからないようにすることができる。この結果、ボンディング時に絶縁膜13に亀裂が生じたり接続パッド12に亀裂や断線が生じたりすることがなく、半導体チップの信頼性を高めることができる。
【0012】
ここで、好ましい金属材料の組合わせの一例としては、拡散防止層15をチタン−タングステン合金、接着層16を金、内部突起電極19を金、外部突起電極22を金でそれぞれ構成した場合があげられる。次に、各部の寸法の具体的な一例について説明する。接続パッド12の厚さは2〜3μm、平面サイズは120×120μm2〜150×150μm2である。絶縁膜13の厚さは2〜3μm、開口部14の平面サイズは100×100μm2〜110×110μm2である。拡散防止層15の厚さは0.5〜0.6μm、接着層16の厚さは0.2〜0.3μmである。内部突起電極19の高さは10〜20μm、平面サイズは30×30μm2〜40×40μm2である。第1メッキレジスト層17の厚さは内部突起電極19の高さと同じかそれ以上であればよい。外部突起電極22の高さは30〜50μm、下側突起電極部22aの平面サイズは120×120μm2〜150×150μm2、上側突起電極部22bの平面サイズは50×50μm2〜70×70μm2である。第2メッキレジスト層20の厚さは下側突起電極部22aの高さと同じかそれ以上であればよい。
【0013】
なお、上記実施形態では、図5に示すように、内部突起電極19とこの内部突起電極19を等方的に覆う外部突起電極22とによって突起電極を形成した場合について説明したが、これに限らず、例えば図6に示す他の実施形態のように、外部突起電極22の上側突起電極部22bの上面に上部突起電極23を形成するようにしてもよい。この場合、上部突起電極23の平面サイズは上側突起電極部22bの平面サイズと同じかそれ以下とする。次に、上部突起電極23の形成方法の一例について説明すると、まず図3に示すように、外部突起電極22を形成した後、図7に示すように、第2メッキレジスト層20および外部突起電極22の上面に、上部突起電極23を形成すべき箇所に開口部25を有した第3メッキレジスト層24を形成する。次に、接着層16をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより、第3メッキレジスト層24の開口部25内における上側突起電極部22bの上面に金、銅、ニッケル、半田などからなる上部突起電極23を形成する。この後、第3および第2メッキレジスト層24、20を剥離し、次いで外部突起電極22をマスクとして接着層16および拡散防止層15の不要な部分をエッチングにより除去すると、図6に示す突起電極が形成される。このように、第2メッキレジスト層20を残したままで第3メッキレジスト層24を形成すると、形成工程数を少なくすることができるが、第2メッキレジスト層20を剥離した後に、第3メッキレジスト層24を形成するようにしてもよいことはもちろんである。なお、この場合の好ましい金属材料の組合わせの一例としては、内部突起電極19および外部突起電極22を金、上部突起電極23を金よりも軟らかい半田でそれぞれ構成した場合があげられる。
【0014】
また、上記実施形態では、絶縁膜13の開口部14を介して露出された接続パッド12の中央部に対応する部分に内部突起電極19を形成した場合について説明したが、これに限らず、外部突起電極22の上側突起電極部22bの形成位置が絶縁膜13の開口部14に対応する位置となる条件を満たせば、絶縁膜13の開口部14を介して露出された接続パッド12の中央部以外の所定の一部に対応する部分に内部突起電極19を形成してもよい。さらに、上部突起電極23をメッキによって形成した場合について説明したが、これに限らず、転写方式を用いて形成するようにしてもよい。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、外部突起電極の上側突起電極部の平面サイズが小さいので、ボンディングに必要な圧力が小さくて済み、しかもこの圧力は平面サイズの大きい下側突起電極部および内部突起電極によって分散され、したがって外部突起電極下および内部突起電極下の絶縁膜や接続パッドに過大な圧力がかからないようにすることができ、この結果ボンディング時に絶縁膜に亀裂が生じたり接続パッドに亀裂や断線が生じたりすることがなく、半導体チップの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態における突起電極の形成に際し、当初用意したものの断面図。
【図2】図1に続く形成工程の断面図。
【図3】図2に続く形成工程の断面図。
【図4】図3に続く形成工程の断面図。
【図5】図4に続く形成工程の断面図。
【図6】この発明の他の実施形態における突起電極の構造を説明するために示す断面図。
【図7】図6に示す突起電極の形成方法の一例を説明するために示す断面図。
【図8】従来の突起電極の形成に際し、当初用意したものの断面図。
【図9】図8に続く形成工程の断面図。
【図10】図9に続く形成工程の断面図。
【図11】図10に続く形成工程の断面図。
【符号の説明】
11 シリコン基板
12 接続パッド
13 絶縁膜
14 開口部
15 拡散防止層
16 接着層
19 内部突起電極
22 外部突起電極
22a 下側突起電極部
22b 上側突起電極部
Claims (11)
- 基板に形成された接続パッド上の所定の一部に形成された内部突起電極と、
該内部突起電極及び前記接続パッド上を覆って形成された外部突起電極とからなり、
該外部突起電極が前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とからなる2段構造を有して構成されていることを特徴とする突起電極の構造。 - 請求項1記載の発明において、前記外部突起電極の上側突起電極部の上面に上部突起電極がさらに形成されていることを特徴とする突起電極の構造。
- 請求項2記載の発明において、前記上部突起電極は前記外部突起電極よりも軟らかい材料からなることを特徴とする突起電極の構造。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記内部突起電極下および前記外部突起電極下には下地金属層が形成されていることを特徴とする突起電極の構造。
- 基板に形成された接続パッド上の所定の一部に内部突起電極を形成し、
該内部突起電極及び前記接続パッド上を等方的に覆うことにより、前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とからなる2段構造を有する外部突起電極を形成することを特徴とする突起電極の形成方法。 - 請求項5記載の発明において、前記外部突起電極の上側突起電極部の上面に上部突起電極をさらに形成することを特徴とする突起電極の形成方法。
- 請求項6記載の発明において、前記上部突起電極を前記外部突起電極よりも軟らかい材料によって形成することを特徴とする突起電極の形成方法。
- 基板に形成された接続パッドの所定の一部に対応する部分に開口部を有した第1メッキレジスト層を前記基板上に形成し、
該第1メッキレジスト層の開口部内にメッキにより内部突起電極を形成し、
この後前記第1メッキレジスト層を剥離し、次いで前記接続パッドおよび該接続パッドの周囲に位置する絶縁膜に対応する部分に開口部を有した第2メッキレジスト層を前記基板上に形成し、
該第2メッキレジスト層の開口部内にメッキにより、前記内部突起電極を等方的に覆うことにより、前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とからなる2段構造を有する外部突起電極を形成することを特徴とする突起電極の形成方法。 - 請求項8記載の発明において、前記外部突起電極を形成した後、前記第2メッキレジスト層を残したまま、前記外部突起電極の上側突起電極部の少なくとも一部に対応する部分に開口部を有した第3メッキレジスト層を前記基板上に形成し、該第3メッキレジスト層の開口部内にメッキにより上部突起電極をさらに形成することを特徴とする突起電極の形成方法。
- 基板上に接続パッドが形成され、該接続パッドの周辺部を含む前記基板上に絶縁膜が形成され、前記接続パッドの周辺部以外の部分が前記絶縁膜に形成された開口部を介して露出されたものを用意した上、全面に下地金属層を形成し、
前記絶縁膜の開口部を介して露出された前記接続パッドの所定の一部に対応する部分に開口部を有した第1メッキレジスト層を形成し、
前記下地金属層をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより前記第1メッキレジスト層の開口部内に内部突起電極を形成し、
この後前記第1メッキレジスト層を剥離し、次いで前記接続パッドおよび該接続パッドの周囲に位置する前記絶縁膜に対応する部分に開口部を有した第2メッキレジスト層を形成し、前記下地金属層をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより前記第2メッキレジスト層の開口部内に、前記内部突起電極を等方的に覆うことにより、前記内部突起電極の周囲に位置する下側突起電極部と、前記内部突起電極の上方に位置し、平面寸法が前 記下側突起電極部の平面寸法より小さい上側突起電極部とからなる2段構造を有する外部突起電極を形成し、
この後前記第2メッキレジスト層を剥離し、次いで前記外部突起電極をマスクとしてエッチングを行うことにより前記下地金属層の不要な部分を除去することを特徴とする突起電極の形成方法。 - 請求項10記載の発明において、前記外部突起電極を形成した後、前記第2メッキレジスト層を残したまま、前記外部突起電極の上側突起電極部の少なくとも一部に対応する部分に開口部を有した第3メッキレジスト層を形成し、前記下地金属層をメッキ電流路として電解メッキを行うことにより前記第3メッキレジスト層の開口部内に上部突起電極をさらに形成し、この後前記第3メッキレジスト層および前記第2メッキレジ
スト層を剥離することを特徴とする突起電極の形成方法。
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