JP2005123294A - Semiconductor device and method for forming gold bump in device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極パッド上にAu(金)バンプが形成された半導体装置、およびその半導体装置におけるAuバンプの形成方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device in which an Au (gold) bump is formed on an electrode pad, and a method for forming an Au bump in the semiconductor device.
図2(a)〜(f)は従来の半導体装置におけるAuバンプの形成方法の工程を説明するための一部を断面して示すフロー図であって、1は半導体電極、2は表面保護膜、3はレジスト、4はTiWバリアメタル、5はAuバリアメタル、6はAuバンプ、12は半導体素子である。 2 (a) to 2 (f) are flow charts showing a part of the process for forming a Au bump in a conventional semiconductor device, wherein 1 is a semiconductor electrode, and 2 is a surface protective film. 3 is a resist, 4 is a TiW barrier metal, 5 is an Au barrier metal, 6 is an Au bump, and 12 is a semiconductor element.
図2(a)において、半導体装置の外部電極パッドとして形成された半導体電極1上の外周を含んだ半導体装置表面全体に表面保護膜2が形成される。ただし、半導体電極1のセンター部分は表面保護膜2で覆うことなく、半導体電極開口15として表面を露出させる。図2(b)において、半導体電極1全面を含む半導体装置全面にTiWバリアメタル4とAuバリアメタル5をスパッタリング等で形成する。図2(c)において、半導体装置全面にレジスト3を塗布し、Auバンプ6を形成する部分をマスク工程で除去する。図2(d)において、金めっきにより、Auバンプ6を形成する。その後、図2(e)において、レジスト3を除去し、さらにAuバンプ6下以外の領域にある不要な部分のTiWバリアメタル4とAuバリアメタル5をエッチングで除去し、図2(f)に示すようなAuバンプ6の形状を完成する。
In FIG. 2A, the surface
なお、上述した以外のAuバンプ形成方法、およびその構成については特許文献1などに記載されている。
しかしながら、前記従来のAuバンプ形成方法で形成したAuバンプ6を液晶パネルなどのセット基板に実装する際に、不具合が発生するおそれがある。
However, when the
図3(a),(b)を参照して前記不具合について説明する。図3はAuバンプ6を形成した半導体素子12を液晶パネルガラス9上に形成したパネルガラス電極10にCOG(Chip On Glass)実装した場合の形状断面図である。
The malfunction will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3 is a cross-sectional view of the shape when the
まず、Auバンプ6を形成したチップを液晶パネルガラス9にCOG実装を行う。液晶パネルガラス9のパネルガラス電極10を十分に含む領域に異方性導電フィルム13を貼り付ける。異方性導電フィルム13には導電粒子14が含まれており、Auバンプ6とパネルガラス電極10との位置を十分に合わせて、所定の圧力と温度を負荷して実装し、導電粒子14を介してAuバンプ6とパネルガラス電極10とが電気的に接続される(図3(a))。
First, the chip on which the
この際、Auバンプ6が実装時の加熱・加圧を受けるが、このストレスによってAuバンプ6が潰れて変形が生じる。Auバンプ6の側壁は変形に対して自由なために膨らむ。しかしながらAuバンプ6の半導体電極1に接した部分はストレスに対して変形する行き場がなく、半導体電極開口15周辺において大きな応力を発生し、表面保護膜2などにクラック18などのダメージを生じさせる(図3(b))、さらにダメージが進行・加速すると、半導体電極1の下層に形成された配線あるいは回路を含む半導体素子12に、損傷あるいは素子特性の変動を与える可能性も生ずる。
At this time, the
これに対して、仮にAuバンプ6の全体の硬度を低くしてストレスの発生を低減しようとした場合は、Auバンプ6の横方向の膨らみが大きくなり、隣接するバンプと短絡するという問題が生じる。
On the other hand, if the overall hardness of the
本発明は、前記従来の課題を解決し、Auバンプ全体としての膨らみの発生を抑制し、隣接するAuバンプ間の間隔の微細化を図るようにした半導体装置、およびその半導体装置におけるAuバンプの形成方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, suppresses the occurrence of bulging as a whole Au bump, and reduces the interval between adjacent Au bumps, and the Au bump in the semiconductor device. An object is to provide a forming method.
前記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、電極パッド上にAuバンプが形成された半導体装置であって、少なくとも2種以上の硬度の異なるAuバンプ層を形成し、前記電極パッド上に形成した第1のAuバンプ層の硬度より、該第1のAuバンプ層上に形成した第2のAuバンプ層の硬度の方を高くしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which an Au bump is formed on an electrode pad, and at least two kinds of Au bump layers having different hardnesses are formed on the electrode pad. It is characterized in that the hardness of the second Au bump layer formed on the first Au bump layer is higher than the hardness of the formed first Au bump layer.
また、前記第1のAuバンプ層の厚さより、前記第2のAuバンプ層の厚さの方を厚くしたものである。 Further, the thickness of the second Au bump layer is made thicker than the thickness of the first Au bump layer.
本発明の半導体装置におけるAuバンプの形成方法は、パターン形成した同一のレジストを使用し、かつ2種以上の異なるめっき槽を使用し、かつ2種以上の温度のめっき液を使用することにより、少なくとも2層以上のAuバンプ層を形成することを特徴とする。 The Au bump forming method in the semiconductor device of the present invention uses the same patterned resist, uses two or more different plating tanks, and uses a plating solution of two or more temperatures, It is characterized in that at least two Au bump layers are formed.
本発明によれば、半導体電極に接地するAuバンプの第1層目のAuバンプの硬度が第2層目のAuバンプの硬度より低く、あるいは応力を受け変形するAuバンプの第1層目のAuバンプの厚みが第2層目のAuバンプの厚みより薄いため、第1層目のAuバンプが優先的に変形することにより、Auバンプ全体としての横方向への膨らみを抑制することができる。このため、半導体電極開口周辺,配線,回路を含む半導体素子に対して、損傷あるいは素子特性の変動を生じさせることを防止することができることになり、隣接して配置するAuバンプ間の間隔距離を微細化することができる。 According to the present invention, the hardness of the Au bump of the first layer of the Au bump that is grounded to the semiconductor electrode is lower than the hardness of the Au bump of the second layer or is deformed by stress. Since the thickness of the Au bump is thinner than the thickness of the second-layer Au bump, the first-layer Au bump is preferentially deformed, thereby suppressing the lateral swelling of the entire Au bump. . For this reason, it is possible to prevent the semiconductor element including the periphery of the semiconductor electrode opening, the wiring, and the circuit from being damaged or causing fluctuations in the element characteristics, and the interval distance between the adjacent Au bumps can be reduced. It can be miniaturized.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、図1および図3に基づいて説明した部材に対応する部材には同一符号を付した。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, members corresponding to those described based on FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals.
図1(a)〜(g)は本発明の一実施例のAuバンプ形成方法の工程を説明するための一部を断面して示すフロー図であり、1は半導体電極、2は表面保護膜、3はレジスト、4はTiWバリアメタル、5はAuバリアメタル、6はAuバンプ、7は第1層目のAuバンプ、8は第2層目のAuバンプである。 FIGS. 1A to 1G are flow charts showing a part of a process for explaining the Au bump forming method according to an embodiment of the present invention, wherein 1 is a semiconductor electrode, and 2 is a surface protective film. 3 is a resist, 4 is a TiW barrier metal, 5 is an Au barrier metal, 6 is an Au bump, 7 is a first layer Au bump, and 8 is a second layer Au bump.
図1(a)において、半導体素子12の外部電極パッドである半導体電極1を形成する。通常、この半導体電極1はAlあるいはCuで形成される。また、マイグレーション対策のためにCuなどを混ぜる場合もある。その後、表面保護膜2により半導体電極1の全体を覆い、その後、ドライエッチングなどにより半導体電極1上の表面保護膜2に半導体電極開口15を形成する。表面保護膜2の材料としては、Pl−SiNあるいはポリイミド樹脂などが用いられる。その後、図1(b)において、半導体電極1を含む半導体素子12の全面にTiWバリアメタル4とAuバリアメタル5をスパッタリングなどにより形成する。
In FIG. 1A, a
また、スパッタリングによって、これらのバリアメタルを形成する場合は、通常、半導体電極1上の酸化膜を除去することを目的として逆スパッタが行われ、その後、連続してバリアメタルの形成が行われる。TiWバリアメタル4とAuバリアメタル5は半導体電極1の材質によっては2層形成され、本実施例のように半導体電極1の材質がAlの場合は、バリアメタル1層目としては、Alと親和性のある金属であるTiWが用いられ、また、バリアメタル2層目としては、Auバンプ6と同一の金属であるAuが使用される。この理由としては、半導体電極1のAl上に、Auを直接形成すると、Alと第1層Auバリアメタルとの密着強度が非常に弱くなるからであり、また、TiW上にAuバンプ6を形成すると、TiWバリアメタル4とAuバンプ6との密着強度が非常に弱くなるからである。
When these barrier metals are formed by sputtering, reverse sputtering is usually performed for the purpose of removing the oxide film on the
その後、図1(c)において、半導体装置全面にレジスト3を塗布し、Auバンプ6を形成する部分以外をマスク工程で除去し、図1(d)において、金めっき工程にて第1のめっき槽によって、液温55℃に加温しためっき浴を実施して第1層目のAuバンプ7を形成する。成長高さは3μm程度になるように成長させる。図1(e)において、連続して第2のめっき槽により、液温60℃に加温しためっき浴を実施し、一層目より硬度の高い第2層目のAuバンプ8を高さ12μm程度になるように成長させる。その後、図1(f)において、レジスト3を除去し、図1(g)において、Auバリアメタル5,TiWバリアメタル4をエッチングにより除去する。
Thereafter, in FIG. 1C, the
これによって、Auバンプ6の第1層目のAuバンプ7の硬度を第2層目のAuバンプ8の硬度より高く形成することが可能となり、さらにAuバンプ6の第1層目のAuバンプの厚み16を第2層目のAuバンプの厚み17より薄く形成することが可能となる。
As a result, the hardness of the
前記のように本実施例では、半導体電極1に接地するAuバンプ6の第1層目のAuバンプ7の硬度が第2層目のAuバンプ8の硬度より低いことにより、図4に示すように、優先的に変形して半導体電極開口15の周辺,配線あるいは回路を含む半導体素子12に発生する損傷あるいは素子特性変動を防止する構造となる。
As described above, in this embodiment, the hardness of the
さらに、応力を受け変形するAuバンプ6の第1層目のAuバンプの厚み16が第2層目のAuバンプの厚み17より薄いことにより、第1層目のAuバンプ7が優先的に変形してAuバンプ6全体としての横方向への膨らみが小さくなるように抑制することができる。これにより、隣接して配置するAuバンプ6間の間隔距離11を微細化することができる。
Further, since the Au bump thickness 16 of the first layer of the
本発明は、電極パッド上にAuバンプが形成された半導体装置、およびその半導体装置におけるAuバンプの形成方法に適用され、特にAuバンプ全体としての横方向への膨らみを抑制して、素子の損傷あるいは素子特性の変動を生じさせることを防止し、かつ隣接して配置するAuバンプ間の間隔距離を微細化を図るようにした半導体装置に実施して有効である。 The present invention is applied to a semiconductor device in which Au bumps are formed on electrode pads, and a method for forming Au bumps in the semiconductor device, and in particular, suppresses bulging in the lateral direction as a whole Au bump, thereby damaging elements. Alternatively, the present invention is effective when applied to a semiconductor device in which fluctuation of element characteristics is prevented and the distance between Au bumps arranged adjacent to each other is reduced.
1 半導体電極
2 表面保護膜
3 レジスト
4 TiWバリアメタル
5 Auバリアメタル
6 Auバンプ
7 第1層目のAuバンプ
8 第2層目のAuバンプ
9 液晶パネルガラス
10 パネルガラス電極
11 Auバンプ隣接間の距離
12 半導体素子
13 異方性導電フィルム
14 導電粒子
15 半導体電極開口
16 第1層目のAuバンプの厚み
17 第2層目のAuバンプの厚み
18 クラック
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