(57)【要約】【課題】  耐湿性が高く応力ストレスに強いバンプ構造を備えた半導体装置及びバンプ構造を製造する製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板上のパッド（電極）の周辺部を被覆し、パッドの他の部分を露出するように第１の絶縁性保護膜を形成する。パッドの前記他の部分上及び第１の絶縁性保護膜のパッド周辺部を被覆する部分の上にバリアメタル層を形成する。バリアメタル層上にバンプ５を形成する。半導体基板上に絶縁性保護膜を堆積する工程と、前記絶縁性保護膜表面をドライエッチングして、バンプ５の先端部分を除いてバリアメタル層を被覆する第２の絶縁性保護膜６を形成する。第２の絶縁性保護膜６のバンプ５の側面と接する部分は、第２の絶縁性保護膜６の膜厚が第２の絶縁性保護膜６とバンプ５側面との接触面で厚く、当該接触面から離れるに従って薄くなるフィレット形状７にする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の表面上に形成され、前記半導体基板内部に形成された集積回路と電気的に接続された少なくとも１つの電極と、前記電極の周辺部を被覆し、前記電極の他の部分を露出するように前記半導体基板の表面上に形成された第１の絶縁性保護膜と、前記電極の前記他の部分上及び前記第１の絶縁性保護膜の前記周辺部を被覆する部分の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成されたバンプと、前記半導体基板の表面上に形成され、前記バンプの先端部分を除いて前記バリアメタル層を被覆する第２の絶縁性保護膜を備え、前記第２の絶縁性保護膜の前記バンプの側面と接する部分は、前記第２の絶縁性保護膜の膜厚が前記第２の絶縁性保護膜と前記バンプ側面との接触面で厚く、当該接触面から離れるに従って薄くなるフィレット形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の絶縁性保護膜もしくは前記第２の絶縁性保護膜は、ポリイミド、シリコン窒化物、ＰＳＧ及びシリコン酸化物のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板内部に形成された集積回路と電気的に接続された少なくとも１つの電極の周辺部を被覆し、前記電極の他の部分を露出するように、前記半導体基板の表面上に第１の絶縁性保護膜を形成する工程と、前記電極の前記他の部分上及び前記第１の絶縁性保護膜の前記電極周辺部を被覆する部分の上にバリアメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層上にバンプを形成する工程と、前記半導体基板の表面上に絶縁性保護膜を堆積する工程と、前記絶縁性保護膜の表面をドライエッチングして、前記バンプの先端部分を除き前記バリアメタル層を被覆する第２の絶縁性保護膜を形成する工程とを備え、前記第２の絶縁性保護膜の前記バンプの側面と接する部分を、前記第２の絶縁性保護膜の膜厚が前記第２の絶縁性保護膜と前記バンプ側面との接触面で厚く、当該接触面から離れるに従って薄くなるフィレット形状とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ドライエッチングは、ＲＩＥエッチング法を用いることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ＲＩＥエッチング法は、異方性エッチングもしくは等方性エッチングのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプ構造の耐応力、耐湿性を向上させた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置は、半導体基板内部に形成された半導体集積回路と電気的に接続された電極（以下、パッドという）上にバンプ電極（以下、バンプという）が設けられている。図６は、バンプを有する従来の半導体装置の断面図である。シリコンなどの半導体基板１００の内部には集積回路が作り込まれている。半導体基板１００の表面にはアルミニウムもしくはＡｌ−Ｃｕなどのアルミニウム合金などからなるパッド１０１が形成されている。パッド１０１は、例えば、ＴｉＷなどからなるバリアメタル層（図示せず）を介して半導体基板１００上に形成されている。
【０００３】
半導体基板１００内部に形成された集積回路は、パッド１０１に電気的に接続されている。半導体基板１００の表面は、パッド１０１の中央部分を除いてポリイミドなどからなる絶縁性保護膜１０３により被覆保護されている。絶縁性保護膜１０３から露出したパッド１０１上にはバリアメタル層１０２を介してＡｕなどからなるめっきバンプ１０４が形成されている。従来技術ではめっきバンプに換えてＡｕスタッドバンプを用いることも知られている。
特許文献１にはウェハ上に多数形成された半導体素子の電極部上に設けられるバンプが素子実装後経年変化で剥がれる現象を減少させた半導体装置が開示されている。半導体素子の全面にバリアメタルをスパッタリングにより被着した後感光性レジストを塗布し、半導体素子間の切断エリアを通して半導体素子上の全電極部を連結するように感光性レジストをパターニングし、これをマスクにバリアメタルをエッチングする。感光性レジストを剥離し、純水でウェハを洗浄する。感光性ポリイミドを全面に塗布し、電極部のみを開口するようにパターニングし前記のエッチングされたバリアメタルをメッキ用電極として湿式メッキ法により開口部にバンプを形成する。次に所定の温度で熱焼成して感光性ポリイミドをポリイミド化すると共にその膜厚を半減し、形成されたバンプをポリイミド膜より突出させる。この従来技術では耐湿性を向上させためっきバンプ構造を有する半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６７６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のものは、特許文献１に記載のものを含めて耐湿性が十分ではなく、さらに、その構造は応力ストレスからの脆弱な構成となっている。すなわち、熱あるいは機械的ストレスに伴いクラックの起点になり易く、信頼性を損なうという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、耐湿性が高く応力ストレスに強いバンプ構造を備えた半導体装置及びそのようなバンプ構造を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面上に形成され、前記半導体基板内部に形成された集積回路と電気的に接続された少なくとも１つの電極と、前記電極の周辺部を被覆し、前記電極の他の部分を露出するように前記半導体基板の表面上に形成された第１の絶縁性保護膜と、前記電極の前記他の部分上及び前記第１の絶縁性保護膜の前記周辺部を被覆する部分の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成されたバンプと、前記半導体基板の表面上に形成され、前記バンプの先端部分を除いて前記バリアメタル層を被覆する第２の絶縁性保護膜を備え、前記第２の絶縁性保護膜の前記バンプの側面と接する部分は、前記第２の絶縁性保護膜の膜厚が前記第２の絶縁性保護膜と前記バンプ側面との接触面で厚く、当該接触面から離れるに従って薄くなるフィレット形状であることを特徴としている。前記第１の絶縁性保護膜もしくは前記第２の絶縁性保護膜は、ポリイミド、シリコン窒化物、ＰＳＧ及びシリコン酸化物のいずれかであるようにしても良い。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板内部に形成された集積回路と電気的に接続された少なくとも１つの電極の周辺部を被覆し、前記電極の他の部分を露出するように、前記半導体基板の表面上に第１の絶縁性保護膜を形成する工程と、前記電極の前記他の部分上及び前記第１の絶縁性保護膜の前記電極周辺部を被覆する部分の上にバリアメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層上にバンプを形成する工程と、前記半導体基板の表面上に絶縁性保護膜を堆積する工程と、当該絶縁性保護膜の表面をドライエッチングして、前記バンプの先端部分を除き前記バリアメタル層を被覆する第２の絶縁性保護膜を形成する工程とを備え、当該第２の絶縁性保護膜の前記バンプの側面と接する部分を、前記第２の絶縁性保護膜の膜厚が前記第２の絶縁性保護膜と前記バンプ側面との接触面で厚く、当該接触面から離れるに従って薄くなるフィレット形状とすることを特徴としている。前記ドライエッチング法は、ＲＩＥエッチング法を用いるようにしても良い。前記ＲＩＥエッチング法は、異方性エッチングもしくは等方性エッチングのいずれかであるようにしても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置は、従来に比べて耐応力、耐湿性が向上する。本発明の製造方法は、第２の絶縁性保護膜を形成するときマスクが不要となり製造費が低減される。バンプの下地金属であるバリアメタル層が大気に晒されず耐湿性が向上するため、バンプ剥がれの防止を図れる。また、第２の絶縁性保護膜の形成時にドライエッチング工法を選択したことにより、そのバンプとその第２の絶縁性保護膜の接触面の形状がフィレット状になり応力ストレスに対する耐応力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する工程断面図。
【図２】実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する工程断面図。
【図３】実施例１に係る半導体装置の断面図。
【図４】（ａ）実施例１に係る半導体装置の部分拡大断面図（図３のＡ領域に相当する）、（ｂ）従来の半導体装置の部分拡大断面図。
【図５】実施例２に係る半導体装置の断面図。
【図６】従来の半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、バンプ及び第１の絶縁性保護膜が形成された半導体基板上に第２の絶縁性保護膜を形成する際に、第２の絶縁性保護膜の表面をドライエッチングして、バンプとドライエッチングされた第２の絶縁性保護膜との接触面をフィレット形状とする半導体装置及びその製造方法に特徴がある。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１乃至図４を参照して実施例１を説明する。
図１および図２は、この実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する工程断面図、図３は、この実施例に係る半導体装置の断面図、及び図４は、この実施例に係る半導体装置及び特許文献１に開示された従来技術に係る半導体装置の部分拡大断面図である。図４（ａ）は、図３のＡ領域に相当する。
【００１２】
図３に示すように、シリコンなどの半導体基板１の内部には集積回路が作り込まれている。半導体基板１の表面にはアルミニウムもしくはＡｌ−Ｃｕなどのアルミニウム合金などからなるパッド２が少なくとも一つ形成されている。パッド２は、例えば、ＴｉＷなどからなるバリアメタル層（図示せず）を介して半導体基板１上に形成される。半導体其板１内部に形成された集積回路は、パッド２と電気的に接続されている。半導体基板１の表面は、パッド２の中央部分を除いてポリイミドなどからなる絶縁性保護膜３（これを第１の絶縁性保護膜という）により被覆保護されている。バリアメタル層４は、露出しているパッド２上から第１の絶縁性保護膜３の縁の上へ延在している。バリアメタル層４上にはＡｕなどからなるめっきバンプ５が形成され上方に突出している。第１の絶縁性保護膜３が被覆された半導体基板１上にはさらに第２の絶縁性保護膜６が被覆されている。めっきバンプ５の先端部分は、ポリイミドなどからなる第２の絶縁性保護膜６から突出しており、バリアメタル層４は、第２の絶縁性保護膜６により完全に被覆されている。第２の絶縁性保護膜６は、めっきバンプ５の側面に接している。
【００１３】
第２の絶縁性保護膜６のめっきバンプ５側面と接する部分は、フィレット形状７である。即ち、この部分は、図４（ａ）に示すように、第２の絶縁性保護膜６の膜厚が第２の絶縁性保護膜６とめっきバンプ５側面との接触面で厚く（ｄ１）、この接触面から離れるに従って一定の厚さ（ｄ２）まで薄くなっている。このようなフィレット形状は、第２の絶縁性保護膜６をドライエッチバックすることにより形成するもので、応力緩和構造であり、応力からのストレスに強い。
これに対して、例えば、特許文献１に開示された従来技術では、図４（ｂ）に示すように、第２の絶縁性保護膜であるポリイミドをウエットエッチングにより処理を行っているので、ポリイミドとめっきバンプとの界面に溝が生ずる。このような溝は、クラックの起点になり易く、応力に弱い構造となる。図４より、この従来技術におけるポリイミドとめっきバンプとの接触面の縦方向の長さ（ｂ）は、この実施例における第２の絶縁性保護膜（ポリイミド）６とめっきバンプ５との接触面の縦方向の長さ（ａ）より短い（ａ＞ｂ）。そのため、この実施例のバンプ構造が前記従来技術のバンプ構造より応力や湿気の影響を受けにくく、耐応力、耐湿性に優れている。
【００１４】
次に、この実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する。
内部に集積回路が作り込まれた半導体基板１の表面には、アルミニウムもしくはＡｌ−Ｃｕなどのアルミニウム合金などからなり、集積回路に電気的に接続されたパッド２が少なくとも一つ形成されている。まず、パッド２表面の自然酸化膜をケミカルエッチングなどにより除去する。半導体基板１の表面は、パッド２のみ開口させるように、パッド２の中央部分を除いてポリイミドなどからなる第１の絶縁性保護膜３により被覆する。第１の絶縁性保護膜としては、例えば、ポリイミド、シリコン窒化物、ＰＳＧ、シリコン酸化物等からなる材料が用いられる。この実施例では、第１の絶縁性保護膜にポリイミドを用いる（図１（ａ））。
次に、スパッタリングにより、パッド２上にＴｉＷからなるバリアメタル層４を形成する。バリアメタル層４は、パッド２上からこのパッドの中央部を囲む第１の絶縁性保護膜３の上に延在するように形成され、パターニングされたレジストマスクを用いてバリアメタルのエッチングを行い、パッド２上に範囲を限定したバリアメタル層４を形成する。バリアメタル層４を第１の絶縁性保護膜３の上にオーバーハングさせて形成するのは、パターニング時にエッチャントが入り込まないようにするためである。バリアメタル層４の材料としては、ＴｉＷの他に、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉなどが用いられる。バリアメタル層４は、めっきバンプ５との合金化を促進するために設けられ、パッド２へのバンプ材料の拡散を防止し、パッド２への湿気侵入を防止するために設けられる（図１（ｂ））。
【００１５】
次に、電解めっき槽でＡｕめっきを成長させ、めっきバンプ５が形成される。Ａｕめっきは、金属面（バリアメタル層４）のみから成長して、その金属面の通りに成長するのでキノコ型になる。めっきバンプ５の厚さは、例えば、２０μｍ前後である。めっきバンプは、無電解めっき法を使用することもできる（図２（ａ））。
【００１６】
次に、半導体基板１の全面に第２の絶縁性保護膜の材料である、例えば、ポリイミド６′を塗布する。この実施例では、めっきバンプ５の先端部を越えてポリイミド６′を塗布する（図２（ｂ））。
次に、ポリイミド６′に対してドライエッチング処理を行う。この処理にはＲＩＥ(Reactive
Ion Etching)装置を用いる。即ち、図２（ｂ）に示すポリイミド６′を上方からＲＩＥエッチングを行って、図３に示すように、ポリイミドを材料とする第２の絶縁性保護膜６を形成する。ポリイミド６′の膜厚はＲＩＥエッチングの進行に従って減じていくが、バリアメタル層４が露出する前にエッチングを停止する。数１０分の処理で、数μｍのエッチングが行われる。エッチング条件は、エッチング方式が異方性、等方性のいずれでも良く、真空度は、異方性エッチングでは１２０ｍＴｏｒｒ、等方性エッチングでは３００ｍＴｏｒｒであり、反応ガスは、Ｏ2 、ＣＦ4 であり、ＲＦ高周波出力は、８０Ｗであり、ステージ温度は、３０℃であり、エッチングレートは、５０ｎｍ／ｍｉｎである。このエッチングレートは、ポリイミドに対するものである。第２の絶縁性保護膜がシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の場合は、このエッチングレートは、５００ｎｍ／ｍｉｎが適当である。
【００１７】
この実施例のように、ドライエッチング法を用いて処理することにより、めっきバンプの側面周囲のめっきバンプと第２の絶縁性保護膜の接触面の形状がフィレット状になるので、応力ストレスを受け難くなり、耐応力が向上する。また、湿気が浸入し難くなり、耐湿性が向上する。
また、ドライエッチング工法を用いるので、第２の絶縁性保護膜を形成するときマスクが不要となり、製造費が低減される。
【実施例２】
【００１８】
次に、図５を参照して実施例２を説明する。
図５は、この実施例に係る半導体装置の断面図である。シリコンなどの半導体基板２１の内部には集積回路が作り込まれ、基板表面にはアルミニウムもしくはＡｌ−Ｃｕなどのアルミニウム合金などからなるパッド２２が少なくとも一つ形成されている。パッド２２は、例えば、ＴｉＷなどからなるバリアメタル層（図示せず）を介して半導体基板２１上に形成される。半導体基板２１の表面は、パッド２２の中央部分を除いてポリイミドなどからなる第１の絶縁性保護膜２３により被覆保護されている。バリアメタル層２４は、露出しているパッド２２上から第１の絶縁性保護膜２３の縁の上に延在している。バリアメタル層２４上にはＡｕなどからなるめっきバンプ２５が形成され上方に突出している。半導体基板２１が被覆された第１の絶縁性保護膜２３上に、さらに絶縁性保護膜２６′を形成する。
【００１９】
第２の絶縁性保護膜の形成方法を説明する。
半導体基板２１の全面に第２の絶縁性保護膜の材料である、例えば、ポリイミドを塗布する。実施例１ではポリイミドでめっきバンプを被覆したが、この実施例では、めっきバンプ２５の先端部は露出するようにポリイミド２６′を塗布する。次に、ポリイミド２６′に対してドライエッチング処理を行う。この処理にはＲＩＥ装置を用いる。図５に示すポリイミド２６′を上方からＲＩＥエッチングを行って、実施例１を説明する図３に示すように、ポリイミドを材料とする第２の絶縁性保護膜を形成する。
以上、説明したように、第２の絶縁性保護膜の材料であるポリイミドは、めっきバンプを被覆してドライエッチングをしても、一部露出した状態でドライエッチングを行っても、エッチングをバリアメタル層が露出する前に停止させ、第２の絶縁性保護膜は、実施例１と同じ様に形成される。
したがって、この実施例においても、ドライエッチング法により第２の絶縁性保護膜を処理することにより、めっきバンプの側面周囲のめっきバンプと第２の絶縁性保護膜の接触面の形状がフィレット状になるので、応力ストレスを受け難くなり、耐応力が向上する。また、湿気が浸入し難くなり、耐湿性が向上する。
また、ドライエッチング工法を用いるので、第２の絶縁性保護膜を形成するときマスクが不要となり、製造費が低減される。
【符号の説明】
【００２０】
１、２１・・・半導体基板
２、２２・・・パッド
３、２３・・・第１の絶縁性保護膜
４、２４・・・バリアメタル層
５、２５・・・めっきバンプ
６′、２６′・・・絶縁性保護膜（ポリイミド）
６・・・第２の絶縁性保護膜
７・・・フィレット形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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