JP2009049188A - 半導体装置及びその製造方法並びに電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、接着剤の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することを目的とする。
【解決手段】電子デバイスは、半導体装置と、複数の基板電極４０を有する配線パターン３６が形成されて半導体装置が搭載された配線基板３４と、を有する。複数の配線２４と複数の基板電極４０とが対向して電気的に接続する。樹脂突起１８は、半導体装置と配線基板３４の対向方向に圧縮されて、露出部２８が基板電極４０に密着する。樹脂突起１８の表面は、複数の第１の領域２０と、複数の第１の領域２０よりも低くなった複数の第２の領域２２と、を交互に有する。それぞれの第１の領域２０は、いずれかの配線２４が載る支持部２６と、支持部２６及び第２の領域２２の間で配線２４から露出する露出部２８と、を含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに電子デバイスに関する。

特許文献１に示すように樹脂をコアとしたバンプを、接着剤を用いて、特許文献２に示すように基板に実装する際に、接着剤によっては実装工程の高生産性を実現するためには数秒〜十数秒で硬化するものがある。そういった接着剤では、半導体装置、実装基板、実装装置の加熱治具、環境の組み合わせによっては熱の伝達にバラ付きが生じ硬化度合いにバラつきが生じる。硬化が不十分である接着剤は、本来の硬化膜の特性が発揮できず、十分な接続信頼性の確保が困難となる。特に絶縁信頼性が劣化する。このように短時間硬化の生産性と両立を実現するのは困難であった。
特開２００５−３５３９８３号公報 特開２００６−１４６０４１号公報

本発明は、接着剤の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することを目的とする。

（１）本発明に係る電子デバイスは、
半導体装置であって、集積回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板に形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドと、それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有して前記半導体基板上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように延び、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されている複数の配線と、を有し、前記樹脂突起の表面は、複数の第１の領域と、前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有し、それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む半導体装置と、
複数の基板電極を有する配線パターンが形成され、前記半導体装置が搭載された配線基板と、
を有し、
前記複数の配線と前記複数の基板電極とが対向して電気的に接続し、
前記樹脂突起は、前記半導体装置と前記配線基板の対向方向に圧縮されて、前記露出部が前記基板電極に密着する。本発明によれば、樹脂突起の露出部が、基板電極に密着することでシール部材として機能する。これにより、接着剤の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することが可能になる。
（２）この電子デバイスにおいて、
それぞれの前記第１の領域の、両隣の一対の前記第２の領域間方向の第１の幅は、それぞれの前記基板電極の、前記第１の幅と平行方向の第２の幅よりも広くてもよい。
（３）この電子デバイスにおいて、
前記樹脂突起の前記露出部は、前記配線基板の前記基板電極の端部上から前記基板電極の外側に至るように密着してもよい。
（４）この電子デバイスにおいて、
前記半導体装置と前記配線基板とを接着する接着剤をさらに有し、前記接着剤は、前記樹脂突起の前記第２の領域と前記配線基板との間に至るように配置されていてもよい。
（５）本発明に係る半導体装置は、
集積回路が形成された半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドと、
それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有して前記半導体基板上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、
前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように延び、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されている複数の配線と、
を有し、
前記樹脂突起の表面は、複数の第１の領域と、前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有し、
それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む。本発明によれば、樹脂突起の露出部をシール部材として機能させることができるので、接着剤の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することが可能になる。
（６）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
集積回路が形成された半導体基板であって、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドが形成され、それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有するパッシベーション膜が形成された半導体基板の、前記パッシベーション膜上に樹脂突起を形成する工程と、
前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように、かつ、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されるように、複数の金属層を形成する工程と、
前記複数の金属層をマスクとして、前記樹脂突起の表面を、前記複数の金属層に覆われた複数の第１の領域と、前記複数の金属層から露出して前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有するように、エッチングする工程と、
前記複数の金属層を、幅が狭くなるようにエッチングして、複数の配線を形成する工程と、
を含み、
前記複数の金属層がエッチングされることで、それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む。本発明によれば、樹脂突起の露出部をシール部材として機能させることができるので、接着剤の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である。図２は、図１に示す半導体装置の一部を拡大した斜視図である。図３は、図１に示す半導体装置のIII-III線断面図であり、図４は、図１に示す半導体装置のIV-IV線断面図である。

半導体装置は、半導体基板１０を有する。半導体基板１０は、それが半導体チップであれば矩形の面を有しており、それが半導体ウエハであれば半導体チップとなる各領域が矩形の面である。半導体基板１０（１つの半導体チップ又は半導体チップとなる各領域）には、集積回路１２（トランジスタ等）が形成されている。半導体基板１０には、集積回路１２に電気的に接続されるように、パッド１４が形成されている。パッド１４は、１列又は複数列（平行な複数列）に並んでいる。パッド１４は、半導体基板１０の矩形の面の辺に沿って（平行に）並んでいる。パッド１４は、内部配線（図示せず）を介して集積回路１２に電気的に接続されている。

半導体基板１０には、パッド１４の少なくとも一部が露出する様に、保護膜としてのパッシベーション膜１６が形成されている。パッシベーション膜１６は、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の無機材料のみで形成されていてもよい。パッシベーション膜１６は、集積回路１２の上方に形成されている。

半導体基板１０（パッシベーション膜１６上）には、樹脂突起１８が設けられている。図１には、半導体基板１０の矩形の面の辺に沿って（平行に）延びる樹脂突起１８が示されており、複数の樹脂突起１８が平行に配列されている。樹脂突起１８の材料としては、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、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）、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等の樹脂を用いてもよい。

樹脂突起１８は長尺形状である。樹脂突起１８の表面（半導体基板１０とは反対側を向く面）は、凸曲面になっている。詳しくは、樹脂突起１８の表面は、樹脂突起１８の長手軸又はそれと平行な直線を回転軸として、長手軸の周囲に位置する線（直線又は折れ線）を回転させて描かれる回転面である。樹脂突起１８の表面は、複数の第１の領域２０と、複数の第２の領域２２と、を交互に有する。つまり、一対の第１の領域２０の間に１つの第２の領域２２があり、一対の第２の領域２２の間に１つの第１の領域２０がある。第１の領域２０は、円柱を中心軸に平行な平面で切断して得られた形状の曲面（円柱の回転面の一部）の形状をなしている。第２の領域２２も、円柱を中心軸に平行な平面で切断して得られた形状の曲面（円柱の回転面の一部）の形状をなしている。ただし、第２の領域２２は、第１の領域２０よりも低く（半導体基板１０に近く）なっている。また、第２の領域２２は、長手軸に交差する方向の幅も、第１の領域２０のそれよりも小さい。このように第２の領域２２を低くすることで、配線２４の外部端子となる部分を高くして、電気的な接続を図りやすくすることができる。

半導体基板１０には、複数の配線２４が形成されている。配線２４の材料として、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ又は鉛フリーはんだ等を使用することができる。配線２４は、１層又は複数層で形成する。複数の配線２４は、パッド１４上から樹脂突起１８上に至るように形成されている。複数の配線２４は、隣同士の間隔をあけて樹脂突起１８の上面に形成されている。１つの樹脂突起１８上に複数の配線２４が形成されている。配線２４は、樹脂突起１８の長手軸に交差するように延びる。配線２４は、パッド１４上から、パッシベーション膜１６上を通って、樹脂突起１８上に至る。配線２４とパッド１４は直接接触していてもよいし、両者間に導電膜（図示せず）が介在していてもよい。配線２４は、樹脂突起１８の、パッド１４とは反対側の端部を越えて、パッシベーション膜１６上に至るように形成されている。

樹脂突起１８の第１の領域２０は、いずれかの配線２４が載る支持部２６と、支持部２６及び第２の領域２２の間で配線２４から露出する露出部２８と、を含む。第１の領域２０では、一対の露出部２８の間に１つの支持部２６があり、支持部２６に配線２４が位置している。配線２４は、その厚み分、露出部２８よりも高くなっている。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、上述した半導体基板１０のパッシベーション膜１６上に樹脂突起１８を形成する。例えば、パッシベーション膜１６上に、スピンコートなどによって、感光性の樹脂前駆体層を形成し、マスクを用いて樹脂前駆体層を露光し、現像してパターニングし、さらに、熱によって溶融して表面張力によって曲率を有する表面形状にして再硬化する。そして、図５（Ａ）に示すように、曲率を有する表面形状の樹脂突起１８を形成する。

続いて、パッシベーション膜１６上及び樹脂突起１８上に、スパッタリングなどによって金属膜を形成し、リソグラフィを適用して、金属膜をパターニングする。こうして、図５（Ｂ）に示すように、複数のパッド１４上から樹脂突起１８上に至るように、かつ、樹脂突起１８上では相互に間隔をあけて配置されるように、複数の金属層３０を形成する。

続いて、図５（Ｃ）に示すように、複数の金属層３０をマスクとして、樹脂突起１８の表面を、複数の金属層３０に覆われた複数の第１の領域２０と、複数の金属層３０から露出して複数の第１の領域２０よりも低くなった複数の第２の領域２２と、を交互に有するように、エッチングする。エッチングにはプラズマ（例えばＯ_２プラズマ）を使用してもよい。

その後、複数の金属層３０を、幅が狭くなるようにエッチングして、複数の配線２４を形成する（図２参照）。複数の金属層３０がエッチングされることで、それぞれの第１の領域２０は、いずれかの配線２４が載る支持部２６と、支持部２６及び第２の領域２２の間で配線２４から露出する露出部２８と、を含む。

図６は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法を説明する図である。なお、図６に示す半導体装置の断面は、図４に示す断面に対応する。

本実施の形態では、上述した半導体装置（ただし、半導体基板１０は半導体チップ）を、熱硬化性の接着樹脂前駆体３２を介して、配線基板３４上に配置する。配線基板３４には、配線パターン３６が形成されており、配線パターン３６の一部を露出させるように、保護膜としてのパッシベーション膜３８が形成されている。パッシベーション膜３８は、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の無機材料のみで形成されていてもよい。配線パターン３６のパッシベーション膜３８から露出する部分が基板電極４０である。配線基板３４は、液晶パネル又は有機ＥＬ（Electrical Luminescence）パネルの一部であってもよい。配線基板３４はガラス又はセラミックスのいずれであってもよい。

半導体装置は、樹脂突起１８上の配線２４が基板電極４０に対向するように配置する。また、樹脂突起１８の露出部２８を基板電極４０に対向させる。詳しくは、樹脂突起１８の露出部２８は、配線基板３４の基板電極４０の端部上から基板電極４０の外側（パッシベーション膜３８の基板電極４０に隣接する部分又はパッシベーション膜３８を形成しない場合には配線基板３４の表面）に至るように対向させる。なお、樹脂突起１８の第１の領域２０の、両隣の一対の第２の領域２２間方向の第１の幅Ｗ_１は、それぞれの基板電極４０の、第１の幅Ｗ_１と平行方向の第２の幅Ｗ_２よりも広い。

そして、半導体装置及び配線基板３４の間に押圧力及び熱を加える。押圧力によって、樹脂突起１８上の複数の配線２４を基板電極４０に電気的に接続（圧接）させ、露出部２８を基板電極４０の一部に密着させる。樹脂突起１８が圧縮されるので、配線２４が樹脂突起１８にめり込む。

樹脂突起１８は、第２の領域２２が第１の領域２０よりも低くなって凹部を形成しているので、樹脂突起１８を交差する方向に接着樹脂前駆体３２を流動させることができる。したがって、接着樹脂前駆体３２を押し広げ、気泡を除去することができる。

そして、熱によって、接着樹脂前駆体３２を硬化収縮させる。接着樹脂前駆体３２が硬化するまで押圧力を加えたまま維持する。接着樹脂前駆体３２が硬化したら押圧力を解除する。こうして、電子デバイスを製造する。

図７は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを説明する図である。電子デバイスは、上述した半導体装置（ただし、半導体基板１０は半導体チップ）と、複数の基板電極４０を有する配線パターン３６が形成された配線基板３４と、を有する。半導体装置は、樹脂突起１８（その上端部）上の配線２４が基板電極４０に対向するように、配線基板３４に搭載されている。複数の配線２４と基板電極４０が電気的に接続している。配線基板３４は、液晶パネル又は有機ＥＬ（Electrical Luminescence）パネルの一部であってもよい。配線パターン３６はガラス又はセラミックスのいずれであってもよい。

樹脂突起１８は、半導体装置及び配線基板３４の対向方向に圧縮された状態で配置されている。樹脂突起１８の露出部２８が基板電極４０に密着している。詳しくは、樹脂突起１８の露出部２８は、配線基板３４の基板電極４０の端部上から基板電極４０の外側（パッシベーション膜３８の基板電極４０に隣接する部分又はパッシベーション膜３８を形成しない場合には配線基板３４の表面）に至るように密着している。例えば、基板電極４０の中央部と配線２４の一部が接触（密着）し、その周囲を完全に囲むように露出部２８が、基板電極４０の周縁部に密着している。樹脂突起１８が圧縮されることで、配線２４が樹脂突起１８にめりこみ、配線２４の表面と、露出部２８の少なくとも配線２４と隣接する部分の表面が面一になっている。

本実施の形態によれば、樹脂突起１８の露出部２８が基板電極４０に密着することでシール部材として機能する。これにより、隣同士の配線２４の絶縁性が確保されるので、接着剤４２の特性に依存せずに電気的な絶縁信頼性を確保することが可能になる。

半導体基板１０と配線基板３４の間には、硬化した接着剤４２が介在する。接着剤４２は、樹脂突起１８の第２の領域２２と配線基板３４との間に至る。接着剤４２は硬化収縮している。接着剤４２は、硬化時の収縮による残存ストレスを内在している。

電子デバイスは、表示デバイス（パネルモジュール）であってもよい。表示デバイスは、例えば液晶表示デバイスやＥＬ（Electrical Luminescence）表示デバイスであってもよい。図８には、表示デバイスとして構成された電子デバイス１０００を示す。電子デバイス１０００に使用される半導体装置１は、表示デバイスを制御するドライバＩＣである。また、電子デバイス１０００を有する電子機器として、図９にはノート型パーソナルコンピュータ２０００を、図１０には携帯電話３０００を、それぞれ示す。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図２は、図１に示す半導体装置の一部を拡大した斜視図である。 図３は、図１に示す半導体装置のIII-III線断面図である。 図４は、図１に示す半導体装置のIV-IV線断面図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を使用した電子デバイスを説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを有する電子機器を説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを有する電子機器を説明する図である。

符号の説明

１０…半導体基板、 １２…集積回路、 １４…パッド、 １６…パッシベーション膜、 １８…樹脂突起、 ２０…第１の領域、 ２２…第２の領域、 ２４…配線、 ２６…支持部、 ２８…露出部、 ３０…金属層、 ３２…接着樹脂前駆体、 ３４…配線基板、 ３６…配線パターン、 ３８…パッシベーション膜、 ４０…基板電極、 ４２…接着剤

Claims (6)

1. 半導体装置であって、集積回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板に形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドと、それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有して前記半導体基板上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように延び、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されている複数の配線と、を有し、前記樹脂突起の表面は、複数の第１の領域と、前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有し、それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む半導体装置と、
   複数の基板電極を有する配線パターンが形成され、前記半導体装置が搭載された配線基板と、
   を有し、
   前記複数の配線と前記複数の基板電極とが対向して電気的に接続し、
   前記樹脂突起は、前記半導体装置と前記配線基板の対向方向に圧縮されて、前記露出部が前記基板電極に密着する電子デバイス。
2. 請求項１に記載された電子デバイスにおいて、
   それぞれの前記第１の領域の、両隣の一対の前記第２の領域間方向の第１の幅は、それぞれの前記基板電極の、前記第１の幅と平行方向の第２の幅よりも広い電子デバイス。
3. 請求項１又は２に記載された電子デバイスにおいて、
   前記樹脂突起の前記露出部は、前記配線基板の前記基板電極の端部上から前記基板電極の外側に至るように密着する電子デバイス。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された電子デバイスにおいて、
   前記半導体装置と前記配線基板とを接着する接着剤をさらに有し、前記接着剤は、前記樹脂突起の前記第２の領域と前記配線基板との間に至るように配置されてなる電子デバイス。
5. 集積回路が形成された半導体基板と、
   前記半導体基板に形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドと、
   それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有して前記半導体基板上に形成されたパッシベーション膜と、
   前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、
   前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように延び、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されている複数の配線と、
   を有し、
   前記樹脂突起の表面は、複数の第１の領域と、前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有し、
   それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む半導体装置。
6. 集積回路が形成された半導体基板であって、前記集積回路に電気的に接続された複数のパッドが形成され、それぞれの前記パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有するパッシベーション膜が形成された半導体基板の、前記パッシベーション膜上に樹脂突起を形成する工程と、
   前記複数のパッド上から前記樹脂突起上に至るように、かつ、前記樹脂突起上では相互に間隔をあけて配置されるように、複数の金属層を形成する工程と、
   前記複数の金属層をマスクとして、前記樹脂突起の表面を、前記複数の金属層に覆われた複数の第１の領域と、前記複数の金属層から露出して前記複数の第１の領域よりも低くなった複数の第２の領域と、を交互に有するように、エッチングする工程と、
   前記複数の金属層を、幅が狭くなるようにエッチングして、複数の配線を形成する工程と、
   を含み、
   前記複数の金属層がエッチングされることで、それぞれの前記第１の領域は、いずれかの前記配線が載る支持部と、前記支持部及び前記第２の領域の間で前記配線から露出する露出部と、を含む半導体装置の製造方法。

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