JP3901681B2 - Semiconductor device and its mounting structure - Google Patents
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Description
本発明は半導体基板のパッド電極上にバンプ電極を有する半導体装置及びその実装構造に関するもので、特に異方導電性材料を介して絶縁基板に実装するのに適したバンプ電極を有する半導体装置及びその実装構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a bump electrode on a pad electrode of a semiconductor substrate and a mounting structure thereof, and particularly to a semiconductor device having a bump electrode suitable for mounting on an insulating substrate through an anisotropic conductive material, and the semiconductor device. It relates to the mounting structure.
例えば、液晶表示装置に半導体装置を実装する方法の一つとして、液晶ガラスパネル上に半導体装置を直接実装するCOG(Chip On Glass)実装がある。COG実装は、半導体装置のパッド電極上に金などで形成されたバンプ電極と、ガラス基板の電極とを対向させて配置し、熱や圧力などの外力を加えながら、電気的に接合させる実装方式である。 For example, as one method for mounting a semiconductor device on a liquid crystal display device, there is COG (Chip On Glass) mounting in which the semiconductor device is directly mounted on a liquid crystal glass panel. COG mounting is a mounting method in which a bump electrode formed of gold or the like is placed on a pad electrode of a semiconductor device and an electrode of a glass substrate so as to face each other, and an electrical force is applied while applying an external force such as heat or pressure. It is.
COG実装における半導体装置のバンプ電極と、ガラス基板の電極との電気的な接合方法としては、3μmや5μmなど、数μmの導電粒子を接着剤バインダに混在させた異方導電性フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)を用いた方式がある。前記ACFを用いたCOG実装は、ACFを介して、半導体装置のバンプ電極とガラス基板の電極とが対向するように配置し、加熱及び加圧することにより、接着剤バインダ中の導電粒子が、バンプ電極とガラス基板の電極との間で潰されて、バンプ電極とガラス基板の電極とが電気的に接合される。 As an electrical bonding method between a bump electrode of a semiconductor device and an electrode of a glass substrate in COG mounting, an anisotropic conductive film (ACF: 3 μm or 5 μm) in which conductive particles of several μm such as 3 μm or 5 μm are mixed in an adhesive binder. There is a system using Anisotropic Conductive Film). The COG mounting using the ACF is arranged such that the bump electrode of the semiconductor device and the electrode of the glass substrate face each other via the ACF, and the conductive particles in the adhesive binder are bumped by heating and pressing. The bump electrode and the glass substrate electrode are electrically joined by being crushed between the electrode and the glass substrate electrode.
図7,図8に、従来のACFを用いた半導体装置とガラス基板とのCOG実装構造を示す。
すなわち、半導体基板1のパッド電極2上には、パッシベーション膜3の開口部3aを介して、バリアメタル4上に金バンプ(バンプ電極の一例)5が形成されている。金バンプ5に対向するようにガラス基板6(絶縁基板の一例)の電極7が配置され、ツール10とステージ11とによって加圧及び加熱されることにより、金バンプ5と電極7とは、接着剤バインダ8中に混在する導電粒子9によって、電気的に接合されている。
7 and 8 show a COG mounting structure of a conventional semiconductor device using an ACF and a glass substrate.
That is, a gold bump (an example of a bump electrode) 5 is formed on the
ここで、COG実装に用いられる導電粒子9のサイズ(直径)を4μm程度とすると、導電粒子9が、金バンプ5と電極7との電気的な最低限の接続を確保するためには、最低でも3〜4個の導電粒子9が、金バンプ5と電極7との間に挟まれて、導電粒子9の径の20%程度変形するまで押し潰されることが必要であるとされる。さらに金バンプ5の電極7側に対向する頭頂部の面積を3000μm↑2程度とすると、標準的な粒子密度のACF12を使用した場合、20〜30個の導電粒子9が金バンプ5と電極7との間に挟まれる。
Here, if the size (diameter) of the
一方、COG実装をする際には、加圧ツール10およびステージ11の平坦性や、半導体基板1の厚みのばらつきや、金バンプ5自体の高さのばらつき等により、個々の金バンプ5間における金バンプ5とガラス基板6の電極7との接触状態にばらつきが発生する。すなわち、我々が実験的に用いている条件におけるCOG実装によると、図8(b)に示すように金バンプ5の頭頂部が電極7に完全に接触して、最大で2μm程度潰されるものと、図8(a)に示すように、金バンプ5と電極7との間に2μm程度の隙間ができるものとが発生する。
On the other hand, when COG mounting is performed, due to the flatness of the
また、金バンプ5は電解めっきによって形成されているが、電解めっきで形成された場合、金バンプ5の電極7側に対向する頭頂部の面Sには、凹部5aが形成される。これは電解めっきの厚み方向の成長が均等に行われるので、下地であるパッシベーション膜3の開口部3aの凹凸形状がそのまま反映されるためであるが、前記凹部5aの深さ(段差)が1.2μm以上ある場合、図8(a)に示した電極7と凹部5aの底面との間隙は3.2μm(=2+1.2)以上で、導電粒子9の径4.0μmの80%相当の3.2μm以上となる。すなわち、導電粒子9の潰れ量は、電気的な導通がとれる最低限度の潰れ量である20%以下となってしまうため、凹部5aに位置する導電粒子9は電気的接続に寄与しないといった問題がある。
Further, although the
このような問題を解決する目的で、金バンプ5の平面的面積(すなわち金バンプ5の半導体基板1側に対向する面の面積)に対してパッシベーション膜3の開口部3aの平面的面積(すなわち開口面積)を小さくすることにより、金バンプ5に形成される凹部5a(ディンプル)の平面的面積を小さくする半導体装置が特許文献1に開示されている。
前記特許文献1によれば、金バンプ5の平面的面積に対してパッシベーション膜3の開口部3aの平面的面積を1/9以下とすることで、電気的な接合に寄与しない導電粒子9の割合を減じている。また、開口部3aの平面的面積をある程度以下に小さくすることで金バンプ5の凹部5aの深さも従来構造よりも浅くできるとしている。
According to
例えば、特許文献1におけるパッシベーション膜3の厚みは1μmで、これに対して、開口部3aの平面的面積を小さくした場合でも最大で0.5〜0.8μm(すなわち、パッシベーション膜3の厚みの50〜80%に相当)の深さの凹部5aが生じている。しかしながら、近年の半導体基板1の配線の微細化に伴って、パッシベーション膜3の層数や材質も見直され、その結果、パッシベーション膜3の厚みは増加傾向にある。すなわち、パッシベーション膜3の厚みは、1.2〜1.8μm程度となっており、特許文献1に示すようにパッシベーション膜3の開口部3aの平面的面積を小さくした場合でも、0.6(=1.2×50%)〜1.4(=1.8×80%)μm程度の深さの凹部5aが金バンプ5の表面に発生することが容易に想像できる。即ち、金バンプ5に1.2μm以上の深さをもつ凹部5aが発生し、この凹部5aにあたる導電粒子9は電気的接合には寄与しないこととなる。
For example, the thickness of the
さらに、金バンプ5の狭ピッチ化や金バンプ5の縮小化に伴って、導電粒子9のサイズも従来よりも微小なものの使用が検討されているが、導電粒子9の微細化によって、この凹部5aの深さは、COG実装に益々悪影響を及ぼすものとなってきている。
Further, with the narrowing of the pitch of the
前記のような問題を解決するためには、例えば凹部5aの深さ(段差)を浅くすることが有効であると考えられるが、これにはパッシベーション膜3の開口部3aの厚みを薄くする必要がある。しかし、開口部3aの厚みを薄くした場合、その機械的な強度が弱くなるために、実装時にかける加圧及び加熱のストレスで、開口部3aを起点にパッシベーション膜3にクラックが入り、半導体装置Aそのものの信頼性に悪影響を及ぼしてしまうといった問題がある。
In order to solve the above-described problem, it is considered effective to reduce the depth (step) of the
本発明は、パッシベーション膜のクラックを防止しながら、バンプ電極にできる凹部の深さ(段差)を浅くし、また、凹部の深さそのものを無視できる構造とすることで、導電粒子の電気的な接合を安定して行うことのできる半導体装置およびその実装構造を提供することを目的とする。 The present invention reduces the depth (step) of the concave portion that can be formed in the bump electrode while preventing cracks in the passivation film, and also has a structure in which the depth of the concave portion itself can be ignored, so that the electrical conductivity of the conductive particles can be reduced. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of stably performing bonding and a mounting structure thereof.
上記目的を達成するため、本第1発明は、複数のパッド電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部の前記パッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるパッシベーション膜の開口部の面積がバンプ電極の面積よりも大きく、且つ、バンプ電極の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分を前記バリアメタルが覆っているものである。
To achieve the above object, the first invention provides a semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed,
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the opening of the passivation film on the semiconductor substrate side is larger than the area of the bump electrode, and the area of the bump electrode is formed larger than the area of the pad electrode,
The barrier metal covers a portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film.
これによると、バンプ電極は、パッシベーション膜と重なることなく配置することが可能となり、パッシベーション膜の開口部の形状がバンプ電極の半導体基板とは反対側の面に現れることはなく、かつ、バンプ電極と半導体基板との間にはパッシベーション膜の開口部が存在しないため、実装時の応力によるパッシベーション膜のクラックも発生しない。ここで、バンプ電極の半導体基板とは反対側の面には、パッド電極の形状を反映した凸部が現れるが、一般的に、パッド電極の厚みは、0.8μm以下であり、パッシベーション膜より十分に薄いため、バンプ電極に現れる前記凸部の段差も0.8μm以下に抑えられ、これにより、COG実装の際に特に問題とはならない。また、半導体基板やパッド電極との密着性が良好なバリアメタルがパッド電極を覆うように形成されているので、パッド電極がパッシベーション膜から露出していても、パッド電極が従来の構造に比べて強度的および化学的に劣化することはない。 According to this, the bump electrode can be arranged without overlapping the passivation film, the shape of the opening of the passivation film does not appear on the surface of the bump electrode opposite to the semiconductor substrate, and the bump electrode Since there is no opening of the passivation film between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate, cracks in the passivation film due to stress during mounting do not occur. Here, a convex portion reflecting the shape of the pad electrode appears on the surface of the bump electrode opposite to the semiconductor substrate. Generally, the thickness of the pad electrode is 0.8 μm or less, which is smaller than that of the passivation film. Since it is sufficiently thin, the level difference of the convex portion appearing on the bump electrode is also suppressed to 0.8 μm or less, and this does not cause a particular problem in COG mounting. In addition, since the barrier metal having good adhesion to the semiconductor substrate and the pad electrode is formed so as to cover the pad electrode, the pad electrode is compared with the conventional structure even if the pad electrode is exposed from the passivation film. There is no deterioration in strength and chemicals.
また、本第2発明は、半導体基板側におけるパッド電極の面積がバンプ電極の面積の1/9以下であるものである。
これによると、バンプ電極の半導体基板とは反対側の面に現れるパッド電極の形状を反映した凸部の面積は小さくなり、通常のCOG実装の圧力により容易に潰すことが可能であり、凸部の段差高さはCOG実装の際に無視することができる。したがって、バンプ電極に現れる凸部の影響をさらに軽減することが可能となる。
In the second invention, the area of the pad electrode on the semiconductor substrate side is 1/9 or less of the area of the bump electrode.
According to this, the area of the convex portion reflecting the shape of the pad electrode appearing on the surface opposite to the semiconductor substrate of the bump electrode is reduced, and can be easily crushed by the pressure of normal COG mounting. The step height can be ignored during COG mounting. Therefore, it is possible to further reduce the influence of the convex portion appearing on the bump electrode.
また、本第3発明は、パッド電極の厚みが0.4μm以下であるものである。
また、本第4発明は、複数のパッド電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるバンプ電極の面積がパッシベーション膜の開口部の面積よりも大きく、且つ、パッシベーション膜の開口部の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分をバリアメタルが覆っており、
前記パッシベーション膜の開口部の周縁からパッド電極までの間隔が2μm以下であるものである。
In the third invention, the thickness of the pad electrode is 0.4 μm or less.
Further, the fourth invention provides a semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed,
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the bump electrode on the semiconductor substrate side is larger than the area of the opening of the passivation film, and the area of the opening of the passivation film is formed larger than the area of the pad electrode,
A portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film is covered with a barrier metal ,
The distance from the periphery of the opening of the passivation film to the pad electrode is 2 μm or less .
これによると、パッシベーション膜とパッド電極とは重なり合うことなく、かつ、パッシベーション膜の開口部の領域の内側にパッド電極を形成することが可能である。バンプ電極の半導体基板とは反対側の面には、パッシベーション膜の開口部の形状を反映した凹部と、開口部の内側に位置するパッド電極の形状を反映した凸部とが形成される。これにより、凹部の段差がその内側にある凸部の段差で補填される(埋められる)ので、その分だけ凹部の深さが浅くなり、従来構造に比べて、バンプ電極の半導体基板とは反対側の面に発生する凹部の影響を小さくすることができる。 According to this, it is possible to form the pad electrode inside the region of the opening of the passivation film without overlapping the passivation film and the pad electrode. A concave portion reflecting the shape of the opening of the passivation film and a convex portion reflecting the shape of the pad electrode located inside the opening are formed on the surface of the bump electrode opposite to the semiconductor substrate. As a result, the step of the concave portion is filled (filled) with the step of the convex portion inside the concave portion, so that the depth of the concave portion becomes shallower, which is opposite to the semiconductor substrate of the bump electrode compared to the conventional structure. The influence of the recessed part which generate | occur | produces in the side surface can be made small.
また、バンプ電極の凹部の深さを従来のバンプ電極の凹部の深さよりも浅くすることができる。 Further, the depth of the concave portion of the bump electrode can be made smaller than the depth of the concave portion of the conventional bump electrode.
また、本第5発明は、複数のパッド電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるバンプ電極の面積がパッシベーション膜の開口部の面積よりも大きく、且つ、パッシベーション膜の開口部の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分をバリアメタルが覆っており、
前記パッド電極はパッシベーション膜より薄く、パッド電極の厚みとパッシベーション膜の厚みとの差が0.4μm以下であるものである。
これによると、パッシベーション膜とパッド電極とは重なり合うことなく、かつ、パッシベーション膜の開口部の領域の内側にパッド電極を形成することが可能である。バンプ電極の半導体基板とは反対側の面には、パッシベーション膜の開口部の形状を反映した凹部と、開口部の内側に位置するパッド電極の形状を反映した凸部とが形成される。これにより、凹部の段差がその内側にある凸部の段差で補填される(埋められる)ので、その分だけ凹部の深さが浅くなり、従来構造に比べて、バンプ電極の半導体基板とは反対側の面に発生する凹部の影響を小さくすることができる。
また、バンプ電極に形成される凹部と、この凹部の内側の凸部との段差を0.4μm以下にすることができる。
Further, the fifth invention provides a semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed,
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the bump electrode on the semiconductor substrate side is larger than the area of the opening of the passivation film, and the area of the opening of the passivation film is formed larger than the area of the pad electrode,
A portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film is covered with a barrier metal,
The pad electrode is thinner than the passivation film, the difference between the thicknesses of the passivation film of the pad electrode is not more 0.4μm or less.
According to this, it is possible to form the pad electrode inside the region of the opening of the passivation film without overlapping the passivation film and the pad electrode. A concave portion reflecting the shape of the opening of the passivation film and a convex portion reflecting the shape of the pad electrode located inside the opening are formed on the surface of the bump electrode opposite to the semiconductor substrate. As a result, the step of the concave portion is filled (filled) with the step of the convex portion inside the concave portion, so that the depth of the concave portion becomes shallower, which is opposite to the semiconductor substrate of the bump electrode compared to the conventional structure. The influence of the recessed part which generate | occur | produces in the side surface can be made small.
Further, the step between the concave portion formed in the bump electrode and the convex portion inside the concave portion can be made 0.4 μm or less.
また、本第6発明は、半導体装置を絶縁基板に実装した実装構造であって、
前記半導体装置は、複数のパッド電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有し、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるパッシベーション膜の開口部の面積がバンプ電極の面積よりも大きく、且つ、バンプ電極の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分を前記バリアメタルが覆っており、
前記絶縁基板はバンプ電極と対向する位置に配置された電極を有し、
少なくとも前記半導体装置のバンプ電極と絶縁基板の電極との間に異方導電性材料が介在して電気的に接合しているものである。
The sixth invention is a mounting structure in which a semiconductor device is mounted on an insulating substrate,
The semiconductor device has a semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed, a passivation film provided on the semiconductor substrate, and a bump electrode formed on the pad electrode via a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the opening of the passivation film on the semiconductor substrate side is larger than the area of the bump electrode, and the area of the bump electrode is formed larger than the area of the pad electrode,
The barrier metal covers a portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film,
The insulating substrate has an electrode disposed at a position facing the bump electrode;
An anisotropic conductive material is interposed between and electrically connected at least between the bump electrode of the semiconductor device and the electrode of the insulating substrate.
これによると、バンプ電極はパッシベーション膜と重なることなく配置することが可能となり、パッシベーション膜の開口部の形状がバンプ電極の絶縁基板の電極に対向する面に現れることはなく、かつ、バンプ電極と半導体基板との間にはパッシベーション膜の開口部が存在しないため、実装時の応力によるパッシベーション膜のクラックも発生しない。ここで、バンプ電極の絶縁基板の電極に対向する面には、パッド電極の形状を反映した凸部が現れるが、一般的に、パッド電極の厚みは、0.8μm以下であり、パッシベーション膜より十分に薄いため、バンプ電極に現れる前記凸部の段差も0.8μm以下に抑えられ、これにより、COG実装の際に特に問題とはならない。また、半導体基板やパッド電極との密着性が良好なバリアメタルがパッド電極を覆うように形成されているので、パッド電極がパッシベーション膜から露出していても、パッド電極が従来の構造に比べて強度的および化学的に劣化することはない。 According to this, the bump electrode can be arranged without overlapping the passivation film, the shape of the opening of the passivation film does not appear on the surface of the bump electrode facing the electrode of the insulating substrate, and the bump electrode and Since there is no opening of the passivation film between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate, cracks in the passivation film due to stress during mounting do not occur. Here, a bump reflecting the shape of the pad electrode appears on the surface of the bump electrode that faces the electrode of the insulating substrate. Generally, the thickness of the pad electrode is 0.8 μm or less, which is smaller than that of the passivation film. Since it is sufficiently thin, the level difference of the convex portion appearing on the bump electrode is also suppressed to 0.8 μm or less, and this does not cause a particular problem in COG mounting. In addition, since the barrier metal having good adhesion to the semiconductor substrate and the pad electrode is formed so as to cover the pad electrode, the pad electrode is compared with the conventional structure even if the pad electrode is exposed from the passivation film. There is no deterioration in strength and chemicals.
本発明によれば、パッシベーション膜のクラックを防止しながら、バンプ電極にできる凸部又は凹部の段差を浅くし、また、段差そのものを無視できる構造とすることで、導電粒子の電気的な接合を安定に行うことが可能となる。 According to the present invention, while preventing cracks in the passivation film, the steps of the bumps or recesses that can be formed into the bump electrodes are made shallow, and the steps can be ignored, thereby electrically connecting the conductive particles. It becomes possible to carry out stably.
(実施の形態1)
図1,図2に、実施の形態1における半導体装置Aをガラス基板6(絶縁基板の一例)に実装した実装構造の断面図を示す。尚、先に説明した従来のものと同じ部材については同一の符号を付記して説明を省略する。
(Embodiment 1)
1 and 2 are sectional views of a mounting structure in which the semiconductor device A according to the first embodiment is mounted on a glass substrate 6 (an example of an insulating substrate). In addition, about the same member as the conventional one demonstrated previously, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
前記半導体装置Aの半導体基板1の主面上には、複数のパッド電極2(例えばアルミパッド等)が形成されており、パッド電極2上を覆うようにして金バンプ5(バンプ電極の一例)が、TiW、Ti、Cr等からなるバリアメタル4を介して形成されている。また、半導体基板1上には、シリコンナイトライドやシリコンオキサイド等からなるパッシベーション膜3が金バンプ5と重ならないように形成されている。金バンプ5は、予めパッド電極2やパッシベーション膜3が形成された半導体基板1の主面上に、フォトリソグラフィ技術により形成される。即ち、スパッタなどによりTiW等のバリアメタルとAuのシード層を形成した上にめっきレジストを塗布、熱硬化した後に、露光、現像して金バンプ5が形成できる位置を開口する。次に、電解金めっきにより金を成長させた後、不要となっためっきレジストを剥離する。最後に、不要なバリアメタル及びシード層をエッチングで除去することで得られる。なお必要な場合はアニーリング等の熱処理が施される。
A plurality of pad electrodes 2 (for example, aluminum pads) are formed on the main surface of the
また、前記パッシベーション膜3には、少なくとも一部のパッド電極2を開口する開口部3aが形成されている。この開口部3aの面積は金バンプ5の半導体基板1に対向する面の面積よりも大きく、且つ、金バンプ5の半導体基板1に対向する面の面積はパッド電極2の面積よりも大きく形成されている。前記バリアメタル4は、パッド電極2の、パッシベーション膜3の開口部3aから露出している部分を覆っている。
The
前記ガラス基板6は金バンプ5と対向する位置に配置された電極7を有している。この電極7と金バンプ5とは、先ず、導電粒子9と接着剤バインダ8とからなるACF12(異方導電性材料の一例)を半導体基板1とガラス基板6との間に配置し、金バンプ5と電極7とを対向するように位置合わせした後に、ツール10とステージ11とにより加圧および加熱することで接合される。この際、図2(b)に示すように、電気的な接合は導電粒子9が潰されることによって行われる。つまり、電極7と金バンプ5との間が狭い程また平坦である程、確実な接合が得られるものである。尚、前記ツール10およびステージ11は、COG実装の際に用いる治具であり、実装後は特に必要ない。
The
以下、上記構成における作用を説明する。
従来では、パッシベーション膜3はパッド電極2上に被るように形成されており(図8参照)、この最大の目的は、パッド電極2とその下地となる層間膜(図示せず)との密着強度を維持し、ワイヤーボンド接合などを行う際の物理的ダメージによるパッド電極2の剥がれの防止である。これに対して、実施の形態1の場合、図2に示すように、バリアメタル4がパッド電極2を覆い、かつ、その下地とも十分な密着性を有していることと、COG実装を行う際の物理的ダメージは金バンプ5で緩衝されてパッド電極2にかかるため、パッド電極2へ直接ワイヤーボンド実装を行う際の物理的ダメージに比べてダメージが非常に弱くなることから、密着強度に十分な信頼性が得られるものである。
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described.
Conventionally, the
また、金バンプ5よりもパッシベーション膜3の開口部3aを大きくし、金バンプ5はパッシベーション膜3に被らないように形成されているため、金バンプ5のガラス基板6の電極7に対向する面S(半導体基板1とは反対側の面)に、パッシベーション膜3の開口部3aの形状が反映して形成されることは無く、その代わりに、前記金バンプ5の面Sには、パッド電極2の形状を反映した凸部5bが現れる。しかし、一般的に、パッド電極2の厚みは0.8μm程度であり、1μm〜1.8μm程度の厚みをもつパッシベーション膜3より十分に薄いため、前記凸部5bの段差も0.8μm以下となり、図7(a)に示した従来のパッシベーション膜3の開口部3aの影響で現れる凹部5aに比べて、非常に浅い段差となる。従って、従来の半導体装置Aに比べて確実な接合が得られる。
Further, since the
また、金バンプ5はパッシベーション膜3と重なることなく配置することが可能となり、金バンプ5と半導体基板1との間にはパッシベーション膜3の開口部3aが存在しないため、実装時の応力によるパッシベーション膜3のクラックも発生しない。
Further, the gold bumps 5 can be arranged without overlapping the
さらに、半導体基板1やパッド電極2との密着性が良好なバリアメタル4がパッド電極2を覆うように形成されているので、パッド電極2がパッシベーション膜3から露出していても、パッド電極2が従来の構造に比べて強度的および化学的に劣化することはない。
(実施の形態2)
実施の形態2では、半導体基板1側から見たパッド電極2の面積が金バンプ5の面積の1/9以下になるように設定されている。
Further, since the
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the area of the
これによると、図2(b)に示すように、COG実装において、最も高い金バンプ5は通常2μm程度潰れるが、この潰れ量は、4〜5μm程度のつぶれ量までは、金バンプ5のガラス基板6の電極7に対向する面Sの単位面積あたりにかかる圧力に比例して大きくなる。これは、金バンプ5の凸部5bの面積を電極7に対向する面全体の面積に対して小さくしていくと、凸部5bの単位面積あたりの圧力は大きくなり、凸部5bを容易に潰すことが可能となることを示している。我々の経験則によると、半導体基板1側から見たパッド電極2の面積を金バンプ5の面Sの面積の1/9以下とすることで、金バンプ5に現れる凸部5bの面積も小さくなり、凸部5bは、COG実装の際に容易に潰れるため、ほとんど無視できる状態となる。尚、1/9以上の場合では、凸部5bの底面からの潰れ量が凸部5bのない場合と比べて若干小さくなってしまう傾向があり、よくない。即ち、3μmの導電粒子9をCOG実装に用いた場合、導電粒子9は約30%程度の2μm程度まで潰れることとなり、より確かな電気的な導通が確保できるものである。
(実施の形態3)
実施の形態3では、パッド電極2の厚みが0.4μm以下になるように設定されている。
According to this, as shown in FIG. 2B, in COG mounting, the
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the thickness of the
これによると、導電粒子9の径を従来の4μmから微細な3μmに変更した場合に、導電粒子9が金バンプ5と電極7との電気的な接続を行える条件を満たすものである。すなわち、金バンプ5の面Sに現れる凸部5bの段差h1が0.4μm以下になる。ここで、3μmの粒子径の導電粒子9が金バンプ5と電極7との電気的な接続を行える最低限の潰れ量を従来通りの20%以上とし、図3に示すように、COG実装前の最も高い金バンプ5の頂点と最も低い金バンプ5の頂点との差h2(金バンプ5の平坦性のレンジ)を4μmとし、最も高い金バンプ5の潰れ量h3を2μmとすると、最も低い金バンプ5の凸部5bの底面から電極7までの隙間h4は2.4μm(=4−2+0.4)となり、導電粒子9の最低限潰れた後の径である2.4μm(=3μm×80%)と合致する。すなわち、接合が十分に行われる厚みであり、パッド電極2の厚みを0.4μm以下にすることにより、金バンプ5の電極7に対向する面Sの形状は適正となる。
(実施の形態4)
図4〜図6に、実施の形態4における半導体装置Aをガラス基板6(絶縁基板の一例)に実装した実装構造の断面図を示す。
According to this, when the diameter of the
(Embodiment 4)
4 to 6 are sectional views of a mounting structure in which the semiconductor device A according to the fourth embodiment is mounted on a glass substrate 6 (an example of an insulating substrate).
パッシベーション膜3には、少なくとも一部のパッド電極2を開口する開口部3aが形成されている。金バンプ5の半導体基板1に対向する面の面積が前記開口部3aの面積よりも大きく、且つ、前記開口部3aの面積がパッド電極2の面積よりも大きく形成されている。金バンプ5は、開口部3aを完全に塞ぐように、かつ、パッド電極2を覆うように、バリアメタル4を介して配置されている。前記バリアメタル4は、パッド電極2の、パッシベーション膜3の開口部3aから露出している部分を覆っている。
In the
以下、上記構成における作用を説明する。
パッシベーション膜3とパッド電極2とは重なり合うことなく、かつ、パッシベーション膜3の開口部3aの領域の内側にパッド電極2を形成することが可能である。これにより、金バンプ5のガラス基板6の電極7に対向する面S(半導体基板1とは反対側の面)には、パッシベーション膜3の開口部3aの形状を反映した凹部5aと、開口部3aの内側に位置するパッド電極2の形状を反映した凸部5bとが現れる。ここで前述したように、一般的に、パッド電極2の厚みは0.8μm程度であり、パッシベーション膜3は1μm〜1.8μm程度の厚みである。従って、凹部5aの段差はその内側にある凸部5bの段差によって補填される(埋められる)ので、金バンプ5の面Sを基準とした凹部5aと凸部5bとの高低差Bは0.2μm〜1μm(=1−0.8〜1.8−0.8)程度となり、図8(a)に示した従来の凹部5aの深さよりも遥かに浅くできる。これにより、金バンプ5に発生する凹部5aの影響を小さくすることができる。
(実施の形態5)
実施の形態5では、パッシベーション膜3の開口部3aの周縁から、この開口部3a内に露出しているパッド電極2までの間隔が2μm以下、すなわち、パッシベーション膜3の開口部3aとパッド電極2との間に形成される溝15の幅が2μm以下になるように設定されている。
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described.
It is possible to form the
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, the distance from the peripheral edge of the
これによると、一般に、金バンプ5を電解めっきで形成した場合、下地の形状が金バンプ5を形成した後の面Sに現れるが、下地の凹みや溝の幅がある一定幅以下である場合、その形状は金バンプ5が成長する段階で徐々に埋められ、金バンプ5を形成した後の面Sに現れなくなる。我々が用いている金バンプ5の形成条件では、この閾値は約2μmであり、それ以上あった場合は下地の溝の形状が金バンプ5の面Sに反映されて形成されてしまう。したがって、前記のように、開口部3aの周縁からパッド電極2までの間隔を2μm以下にすることで、金バンプ5の電極7に対向する面Sに現れる凹部5aの深さを、図8(a)に示した従来の金バンプ5の凹部5aの深さよりも浅くしたり、或いは、前記凹部5aをほとんど無くすことができる。
(実施の形態6)
実施の形態6では、パッド電極2はパッシベーション膜3より薄く、パッド電極2の厚みとパッシベーション膜3の厚みとの差が0.4μm以下になるように設定されている。
According to this, in general, when the
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, the
これによると、金バンプ5の面Sを基準とした凹部5aと凸部5bとの高低差B(段差)を0.4μm以下とすることができる。したがって、導電粒子9の径を従来の4μmから微細な3μmに変更した場合に、導電粒子9が金バンプ5と電極7との電気的な接続を行える条件を満たすものである。すなわち、3μmの粒子径の導電粒子9が金バンプ5と電極7との電気的な接続を行える最低限の潰れ量を従来通りの20%以上とし、COG実装前の最も高い金バンプ5の頂点と最も低い金バンプ5の頂点との差(金バンプ5の平坦性のレンジ)を4μmとし、最も高い金バンプ5の潰れ量を2μmとすると、最も低い金バンプ5の凹部5aの底面から電極7までの隙間は2.4μm(=4−2+0.4)となり、導電粒子9の最低限潰れた後の径である2.4μm(=3μm×80%)と合致する。これにより、導電粒子9が金バンプ5と電極7との電気的な接続を行える条件が満たされ、パッド電極2の厚みとパッシベーション膜3の厚みとの差を0.4μm以下にすることにより、金バンプ5の電極7に対向する面Sの形状は適正となる。
According to this, the height difference B (step) between the
尚、前記各実施の形態では、バンプ電極の一例として金バンプ5用いているが、特に金バンプ5に限定するものではなく、はんだバンプや、銅バンプなどのめっきバンプでも構わない。
In each of the above-described embodiments, the
また、前記各実施の形態では、導電粒子9を球状としているが、特に球状に限定するものではない。
前記各実施の形態では、パッド電極2としてアルミパッドを挙げたが、銅パッド等を用いてもよい。また、半導体基板1中の構造は特に問うものではなく、例えば、パッド電極2の下には層間膜(図示せず)とともに、タングステンビアやアルミコンタクト等の層間導電構造等が形成されていても構わない。
Moreover, in each said embodiment, although the electrically-
In each of the above embodiments, an aluminum pad is used as the
前記各実施の形態では、COG実装によってACF12を介してガラス基板6上に接合される半導体装置Aを挙げたが、COG実装に限定されるものではなく、絶縁基板に異方導電性材料を介して接合される全ての半導体装置Aに関するものであってもよい。
In each of the above-described embodiments, the semiconductor device A bonded to the
ACFを用いたCOG実装形式以外の実装形式によって実装される半導体装置Aおよびその実装構造にも適用できる。 The present invention can also be applied to the semiconductor device A mounted by a mounting format other than the COG mounting format using ACF and its mounting structure.
1 半導体基板
2 パッド電極
3 パッシベーション膜
3a 開口部
4 バリアメタル
5 金バンプ(バンプ電極)
6 ガラス基板(絶縁基板)
7 電極
12 ACF(異方導電性材料)
A 半導体装置
DESCRIPTION OF
6 Glass substrate (insulating substrate)
7
A Semiconductor device
Claims (6)
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部の前記パッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるパッシベーション膜の開口部の面積がバンプ電極の面積よりも大きく、且つ、バンプ電極の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分を前記バリアメタルが覆っていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed;
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the opening of the passivation film on the semiconductor substrate side is larger than the area of the bump electrode, and the area of the bump electrode is formed larger than the area of the pad electrode,
A semiconductor device, wherein the barrier metal covers a portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film.
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるバンプ電極の面積がパッシベーション膜の開口部の面積よりも大きく、且つ、パッシベーション膜の開口部の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分をバリアメタルが覆っており、
前記パッシベーション膜の開口部の周縁からパッド電極までの間隔が2μm以下であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed;
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the bump electrode on the semiconductor substrate side is larger than the area of the opening of the passivation film, and the area of the opening of the passivation film is formed larger than the area of the pad electrode,
A portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film is covered with a barrier metal ,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein a distance from the periphery of the opening of the passivation film to the pad electrode is 2 [mu] m or less .
前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、
前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、
前記半導体基板側におけるバンプ電極の面積がパッシベーション膜の開口部の面積よりも大きく、且つ、パッシベーション膜の開口部の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分をバリアメタルが覆っており、
前記パッド電極はパッシベーション膜より薄く、パッド電極の厚みとパッシベーション膜の厚みとの差が0.4μm以下であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed;
A passivation film provided on the semiconductor substrate;
A semiconductor device having a bump electrode formed on the pad electrode through a barrier metal,
An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
The area of the bump electrode on the semiconductor substrate side is larger than the area of the opening of the passivation film, and the area of the opening of the passivation film is formed larger than the area of the pad electrode,
A portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film is covered with a barrier metal,
The pad electrode is thinner than the passivation film, and the difference between the thickness of the pad electrode and the thickness of the passivation film is 0.4 μm or less .
前記半導体装置は、複数のパッド電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板に設けられたパッシベーション膜と、前記パッド電極上にバリアメタルを介して形成されたバンプ電極とを有し、The semiconductor device has a semiconductor substrate on which a plurality of pad electrodes are formed, a passivation film provided on the semiconductor substrate, and a bump electrode formed on the pad electrode via a barrier metal,
前記パッシベーション膜に、少なくとも一部のパッド電極を開口する開口部が形成され、An opening for opening at least a part of the pad electrode is formed in the passivation film,
前記半導体基板側におけるパッシベーション膜の開口部の面積がバンプ電極の面積よりも大きく、且つ、バンプ電極の面積がパッド電極の面積よりも大きく形成され、The area of the opening of the passivation film on the semiconductor substrate side is larger than the area of the bump electrode, and the area of the bump electrode is formed larger than the area of the pad electrode,
前記パッド電極の、パッシベーション膜の開口部から露出している部分を前記バリアメタルが覆っており、The barrier metal covers a portion of the pad electrode exposed from the opening of the passivation film,
前記絶縁基板はバンプ電極と対向する位置に配置された電極を有し、The insulating substrate has an electrode disposed at a position facing the bump electrode;
少なくとも前記半導体装置のバンプ電極と絶縁基板の電極との間に異方導電性材料が介在して電気的に接合していることを特徴とする半導体装置の実装構造。A semiconductor device mounting structure, wherein an anisotropic conductive material is interposed between and electrically connected to at least a bump electrode of the semiconductor device and an electrode of an insulating substrate.
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