(57)【要約】【課題】実装時の不具合を解消することができるバンプ構造を備える半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る半導体装置は、電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置であって、柱状バンプは、電極パッド上に形成された第１高融点金属層１４と、第１高融点金属層１４上に形成された第１半田１５と、第１半田１５上に形成された第２高融点金属層１６と、第２高融点金属層１６上に形成され、外部と接続される第２半田１７とを有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置であって、
前記柱状バンプは、
前記電極パッド上に形成された第１高融点金属層と、
前記第１高融点金属層上に形成された第１半田と、
前記第１半田上に形成された第２高融点金属層と、
前記第２高融点金属層上に形成され、外部と接続される第２半田と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記第１高融点金属層の厚さが、前記第２高融点金属層の厚さ以上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】
前記第１高融点金属層と前記第２高融点金属層との合計の厚さは、前記第１半田と前記第２半田との合計の厚さ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２半田の厚さが、前記柱状バンプの幅の半分以下であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２高融点金属層と前記第２半田との間に形成された第３半田と、
前記第３半田と前記第２半田との間に形成された第３高融点金属層をさらに有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置であって、
前記柱状バンプは、
前記電極パッド上方に形成され、前記柱状バンプの体積の半分以上を占める第１高融点金属層と、
前記第１高融点金属層上に形成された第１半田と、
前記第１半田上方に形成され、外部と接続される第２半田と、
を有する半導体装置。
【請求項７】
前記第１半田は、前記第２半田よりも融点が高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１半田及び前記第３半田は、前記第２半田よりも融点が高いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項９】
電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置の製造方法であって、
前記柱状バンプの形成工程は、
電極パッド上に第１高融点金属層を形成する工程と、
前記第１高融点金属層上に第１半田を形成する工程と、
前記第１半田上に第２高融点金属層を形成する工程と、
前記第２高融点金属層上に、外部と接続される第２半田を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１高融点金属層の厚さが、前記第２高融点金属層の厚さ以上となるように形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１高融点金属層と前記第２高融点金属層を含む高融点金属層の全体の厚さが、前記第１半田と前記第２半田とを含む半田の全体の厚さ以上となるように形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２半田の厚さが、前記柱状バンプの幅の半分以下となるように形成する請求項９、１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２高融点金属層と前記第２半田との間に第３半田を形成する工程と、
前記第３半田と前記第２半田との間に第３高融点金属層を形成する工程とをさらに含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置の製造方法であって、
前記柱状バンプの形成工程は、
前記電極パッド上に、前記柱状バンプの体積の半分以上を占める第１高融点金属層を形成する工程と、
前記第１高融点金属層上に第１半田を形成する工程と、
前記第１半田上に、外部と接続される第２半田を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１半田は、前記第２半田よりも融点が高いことを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１半田及び前記第３半田は、前記第２半田よりも融点が高いことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
電極パッドと、
前記電極パッドの上方に形成された高融点金属層と、
前記高融点金属層の上方に形成された第１金属層と、
前記第１金属層の上方に形成され、前記第１金属層と異なる硬さの第２金属層と、
を備え、
前記高融点金属層と前記第１金属層、第２金属層とで柱状パンプを形成する半導体装置。
【請求項１８】
前記第１金属層は、前記高融点金属層よりも軟らかいことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体装置のバンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に従来の半田バンプ構造を示す。図１０に示すように、最上層メタル１上にポリイミド２が形成されており、最上層メタル１を露出するように開口部が形成されている。開口部には、スパッタ膜３、ＵＢＭ（Under Bump Metal）４が積層され、その上に半田５が設けられている。
【０００３】
プロセス世代が進むに従って、バンプ径およびバンプピッチ（バンプ−バンプ間距離）が狭められてきている。半田バンプはリフローの際に溶融して横幅が広がるため、バンプピッチがシュリンクするにつれて、バンプショートを避ける目的で半田量を少なくする必要がある。
【０００４】
しかし、半田量を少なくすると、スタンドオフ（フリップチップ実装におけるチップと実装基板との距離）の低下を招くこととなり、チップ−実装基板間の隙間にアンダーフィル樹脂を注入する際にボイド（気泡）が発生する危険性が高くなる。
【０００５】
この半田バンプ構造に代わり、スタンドオフを維持しながら、バンプピッチのシュリンクを可能にする構造が、柱状バンプ構造である。柱状バンプ構造とは、Ｃｕなど高融点金属の柱の上に半田層を形成するものである。
【０００６】
しかし、この柱状バンプ構造にも欠点がある。柱状バンプ構造は、バンプ構造の大部分がＣｕなどの高融点金属で占められている。このため、フリップチップ実装（リフロー）の際に生じるストレスにより、バンプが破壊される場合がある。よって、柱状バンプ構造を製品に適用する場合には、歩留まり向上、信頼性向上の観点から、何らかのストレス耐性を向上させる改善策が必要となる。
【０００７】
特許文献１に示される様に、柱状バンプは、Ｃｕなどの導電率が優れる高融点金属上に半田層を形成した構造を有する。この半田層の厚さは、設計により決定される。半田量が多い場合には、特許文献１の様に柱状Ｃｕの側面にまで半田が回りこみ、柱状Ｃｕを包み込む形状となる。一方、図１１に示すように、半田量を少なく設定した場合には、半田５の表面張力により、柱状Ｃｕ６の上面のみに形成される。
【０００８】
図１２に、実装後における柱状バンプ構造の断面図を示す。図１２に示すように、実装基板側の基板パッド７上には、低融点半田からなる予備半田８が設けられている。予備半田８と半田５とが対向するように配置され、加熱することにより半田付けが行われる。
【０００９】
特に、チップサイズが大きい製品（例えば、１５ｍｍ×１５ｍｍ以上）では、フリップチップ実装の際に、チップと実装基板の熱膨張係数の差や、熱による実装基板の反りから、チップ外側に位置するバンプに横方向や縦方向のストレスがかかる。
【００１０】
この実装時のストレスを緩和する役割を果たしているのが半田である。しかし、特許文献１では、柱状バンプ構造は、バンプ中における実装時のストレス緩和効果を持つ半田の割合が、半田バンプ構造に比べて少ない。バンプ構造中の半田の割合が少ない場合、実装ストレスを完全に緩和する事ができずに、図１２における、破線で囲んだ領域（バンプとチップとの境界）や、半田部に破壊（クラック）が生じる。
【００１１】
一方、半田量が多い場合は、柱状Ｃｕを包み込む様に溶融されるので、バンプ幅が広がり、狭ピッチバンプでは、バンプショートを引き起こす可能性が高く、適用が困難である。また、設計上のバンプ占有面積が広くなることから、チップサイズのシュリンクに対しても不向きである。
【００１２】
また、特許文献２には、下層に高融点半田、上層に低融点半田の２層構造のバンプが記載されている。特許文献２に記載のバンプは半田のみで形成されているため、バンプの抵抗が増加する。バンプにおいては、バンプ径のシュリンクによっても抵抗が増加するため、バンプ材質での抵抗増加は好ましくない。また、リフロー時には、高融点半田の融点に達する温度でなくても、低融点半田と高融点半田が交じり合っていくので、柱状形状を保つのが困難である。
【特許文献１】特開平６−３３３９３１号公報
【特許文献２】特開昭６２−２３４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、従来のバンプ構造では実装時に不具合が生じ、適用が困難であるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様に係る半導体装置は、電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置であって、前記柱状バンプは、前記電極パッド上に形成された第１高融点金属層と、前記第１高融点金属層上に形成された第１半田と、前記第１半田上に形成された第２高融点金属層と、前記第２高融点金属層上に形成され、外部と接続される第２半田とを有するものである。これにより、柱状バンプ中における半田の割合を増加させ、実装時のストレスを緩和させることができ、バンプの破壊を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明の他の態様に係る半導体装置は、電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置であって、前記柱状バンプは、前記電極パッド上方に形成され、前記柱状バンプの体積の半分以上を占める第１高融点金属層と、前記第１高融点金属層上に形成された第１半田と、前記第１半田上方に形成され、外部と接続される第２半田とを有するものである。これにより、柱状バンプ中における半田の割合を増加させ、実装時のストレスを緩和させることができ、バンプの破壊を抑制することが可能となる。
【００１６】
本発明の他の態様に係る半導体装置は、電極パッドと、前記電極パッドの上方に形成された高融点金属層と、前記高融点金属層の上方に形成された第１金属層と、前記第１金属層の上方に形成され前記第１金属層と異なる硬さの第２金属層と、を備え、前記高融点金属層と前記第１金属層、第２金属層とで柱状パンプを形成するものである。これにより、バンプの破壊を抑制することが可能となる。
【００１７】
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置の製造方法であって、前記柱状バンプの形成工程は、電極パッド上に第１高融点金属層を形成する工程と、前記第１高融点金属層上に第１半田を形成する工程と、前記第１半田上に第２高融点金属層を形成する工程と、前記第２高融点金属層上に、外部と接続される第２半田を形成する工程とを含む。これにより、柱状バンプ中における半田の割合を増加させ、実装時のストレスを緩和させることができ、バンプの破壊を抑制することが可能となる。
【００１８】
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、電極パッド上に形成された柱状バンプを備える半導体装置の製造方法であって、前記柱状バンプの形成工程は、前記電極パッド上に、前記柱状バンプの体積の半分以上を占める第１高融点金属層を形成する工程と、前記第１高融点金属層上に第１半田を形成する工程と、前記第１半田上に、外部と接続される第２半田を形成する工程とを含む。これにより、柱状バンプ中における半田の割合を増加させ、実装時のストレスを緩和させることができ、バンプの破壊を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、実装時の不具合を解消することができるバンプ構造を備える半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置について、図を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１０は、最上層メタル１１、ポリイミド１２、スパッタ膜１３、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７を備える。
【００２１】
最上層メタル１１の上にはポリイミド１２が形成されている。ポリイミド１２には、最上層メタル１１を露出する開口部が形成されている。この開口部が形成された領域が、電極パッドとなる。開口部内の最上層メタル１１上及びポリイミド１２上には、スパッタ膜１３が設けられている。
【００２２】
電極パッド上には、柱状バンプが形成されている。柱状バンプは、下層から第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７がこの順序で積層された積層構造を有する。すなわち、本実施の形態では、柱状バンプは、高融点金属層と半田が積層された２層構造体が、２つ重ねられた構造である。つまり、２層の高融点金属層と２層の半田が交互に積層されている。
【００２３】
第１高融点金属層１４及び第２高融点金属層１６としては、半田よりも抵抗値が低い（導電率が高い）高融点金属を適用することができる。第１高融点金属層１４、第２高融点金属層１６としては、Ｃｕ以外にも、例えば、Ａｕ等を用いることができる。なお、Ｃｕ、Ａｕの導電率は下記である。
Ｃｕ：５９．０Ｅ６（Ｓ／ｍ）
Ａｕ：４５．５Ｅ６（Ｓ／ｍ）
【００２４】
第１半田１５には、バンプ形成工程の最終のリフロー工程で溶融しないよう、最上層の第２半田１７に比べて融点の高い半田を用いる。すなわち、第１半田１５と第２半田１７とは異なる硬さの金属層である。特に、第１半田１５は、第１高融点金属層１４よりも軟らかい金属層であることが好ましく、例えば鉛（Ｐｂ）などの軟らかい金属を含む高融点半田を使用するのが好ましい。
【００２５】
半田種としては下記の様なものがある。
・ＳｎＡｇＣｕ系
ＳｎＡｇＣｕ系の半田種は、ほとんどがＳｎであり、Ａｇは０．３％前後、Ｃｕは０．５％前後含まれている。半田としての導電率は、Ｓｎの導電率である７．９Ｅ６（Ｓ／ｍ）に支配される。融点は、２３０℃前後である。
【００２６】
・ＳｎＺｎＢｉ系
ＳｎＺｎＢｉ系の半田種は、ＺｎやＢｉを含めることにより融点を下げている。融点は１８０℃前後である。半田としての導電率は、Ｓｎの導電率である７．９Ｅ６（Ｓ／ｍ）に支配される。
・Ｐｂ系
Ｐｂ系の半田種は、９５％前後のＰｂを含む。融点は、３３０℃前後である。Ｐｂの導電率は、４．８Ｅ６（Ｓ／ｍ）である。
【００２７】
図１に示すように、第１高融点金属層１４の膜厚をＭ１とし、第２高融点金属層１６の膜厚をＭ２、第１半田１５の膜厚をｈ１、第２半田１７の膜厚をＬ１とする。第１高融点金属層１４の膜厚Ｍ１と第２高融点金属層１６の膜厚Ｍ２は、以下の式（１）を満たすようにする。
Ｍ１≧Ｍ２  ・・・  （１）
【００２８】
すなわち、下層の第１高融点金属層１４で上層の第２高融点金属層１６を支える目的で、上層の第２高融点金属層１６の膜厚Ｍ２と下層の第１高融点金属層１４の膜厚Ｍ１とが略同膜厚、あるいは、第２高融点金属層１６の膜厚Ｍ２よりも下層の第１高融点金属層１４の膜厚Ｍ１が厚くなるようにする。これにより、実装工程を経ても柱状バンプの柱状形状を保つことができ、フリップチップ実装におけるチップと実装基板との距離（スタンドオフ）の低下を抑制することが可能である。
【００２９】
また、抵抗増加を抑える目的で、半田の厚さ（体積）に比べ高融点金属層の厚さ（体積）を同等かそれ以上にする。すなわち、以下の式（２）を満たすように、第１高融点金属層１４と第２高融点金属層１６との膜厚の和が、第１半田１５と第２半田１７との膜厚の和以上になるようにする。
Ｍ１＋Ｍ２≧ｈ１＋Ｌ１  ・・・（２）
これにより、柱状バンプによる抵抗増加を抑制することができる。
【００３０】
また、第２半田１７の膜厚Ｌ１は、以下の式（３）のように、柱状バンプの幅（直径）Ｗの半分以下の膜厚とする。
Ｌ１≦０．５×Ｗ  ・・・  （３）
なお、ここでは、柱状バンプを上面からみた形状は略円形であり、柱状バンプは略円柱状であるものする。
【００３１】
図２に、リフロー後のバンプ形成完了段階の柱状バンプの構造を示す。図２に示すように、リフロー工程により最上層の第２半田１７を一旦溶融させて、柱状バンプの形成が完了する。上記の式（３）を満たすように、第２半田１７の膜厚Ｌ１が柱状バンプの幅Ｗの半分以下であれば、第２半田１７が溶融したときに、柱状バンプの側面に溶融した半田が回りこむことがない。これにより、半田の横方向への拡がりを抑制することができ、チップサイズがシュリンクしても、バンプショートを防止することが可能となる。
【００３２】
図３に、柱状バンプを上面からみた平面図を示す。柱状バンプは、図３（ａ）に示すように上面から見て略円形でもよく、図３（ｂ）に示すように多角形でもよい。図３（ｂ）では、柱状バンプの形状が８角形の例について示している。図３（ｂ）に示すように、Ｃｕなどの高融点金属層が多角形で設計されている場合には、その多角形の中心から最も離れている頂点までの距離をＡとした場合、式（３）の代わりに、以下の式（４）を満たすようにする。
Ｌ１≦Ａ  ・・・（４）
これにより、上述のように、第２半田１７が溶融したときに、柱状バンプの側面に溶融した半田が回りこむことがなく、半田の横方向への拡がりを抑制することができる。
【００３３】
図４に、実装後の半導体装置の状態を示す。図４に示すように、図２のように形成された柱状バンプの最上層の第２半田１７と、実装基板の基板パッド２１上に形成された予備半田２２とが対向するように配置し、第２半田１７のみが溶融する程度の温度条件でリフローを行う。なお、実装基板側の予備半田２２としても、第２半田１７と略等しい温度で溶融する低融点半田を用いる。これにより、実装基板上に半導体装置がフリップチップ実装される。
【００３４】
従来は、フリップチップ実装の際に、チップと実装基板の熱膨張係数の差や、熱による実装基板の反りに起因するストレスにより、バンプの破壊が発生していた。しかしながら、本発明では、バンプ構造中の半田の割合が多くしたため、フリップチップ実装でのストレスが生じた際に、各半田層の延性によりストレスを緩和することができる。すなわち、チップと実装基板の熱膨張係数の差や、熱による実装基板の反りによるズレを小さくすることができる。これにより、バンプが破壊されることを防止することが可能となる。
【００３５】
また、高融点金属層と半田が交互に積層された積層構造であり、下層の半田層もストレス緩和の役割を果たす。このような構成により、バンプ全体でストレスを緩和でき、バンプ上方のみでストレスを緩和するより、より効果的にバンプの破壊を防止することができる。
【００３６】
また、リフロー時に溶融される最上層の第２半田１７の下層には、第２高融点金属層１６が形成されている。第２高融点金属層１６は、第２半田１７と完全に合金化することがない。このため、柱状バンプの形状を保つのに効果的である。さらに、柱状バンプ中の半田の占める割合を抑え、Ｃｕなどの低抵抗の高融点金属の占める割合を一定以上に維持することにより、バンプ部の抵抗増加を最低限に抑えることができる。
【００３７】
ここで、図５〜図７を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法について説明する。図５〜図７は、本実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法を説明するための製造工程断面図である。
【００３８】
まず、従来と同じプロセスにより、最上層メタル１１上にポリイミド１２を成膜し、最上層メタル１１の一部を露出させるようにパターニングを行う。そして、最上層メタル１１、ポリイミド１２上に、メッキの際に導電パスとなるスパッタ膜１３の成膜を行う。これにより、図５（ａ）に示す構成となる。
【００３９】
その後、厚くフォトレジスト（ＰＲ）２０を成膜し、パターニングを行って柱状バンプを形成する領域に開口部を形成する。フォトレジスト２０の膜厚としては、後の工程で形成される柱状バンプの高さＨ（第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７の高さの和、Ｈ＝Ｍ１＋ｈ１＋Ｍ２＋Ｌ１）よりも厚くなるように形成する。フォトレジスト２０の開口部では、スパッタ膜１３が露出される。これにより、図５（ｂ）に示す構成となる。
【００４０】
続いて、フォトレジスト２０がスパッタ膜１３上に形成されている状態で、高融点金属層と半田とを交互に積層して、柱状バンプを形成する。本実施の形態においては、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７の４層を、フォトレジスト２０を除去しないまま連続してメッキ成長を行う。これにより、図６（ｃ）に示す構成となる。
【００４１】
この際、第１高融点金属層１４、第２高融点金属層１６は、半田よりも抵抗が低く（導電率が高く）、リフロー温度（４００℃以下）で溶融しない高融点金属であれば適用可能である。また、第１半田１５には、バンプ形成工程の最終のリフロー工程で溶融しないよう、最上層の第２半田１７に比べて融点の高い半田を用いる。
【００４２】
例えば、第２半田１７に融点が２３０℃前後の半田を用いた場合には、第１半田１５には融点が２８０℃以上の半田を用いる。また、第２半田１７に融点が１８０℃前後の半田を用いた場合には、第１半田１５には融点が２３０℃以上の半田を用いる。特に、第１半田１５には、例えば鉛（Ｐｂ）などの軟らかい金属を含む高融点半田を使用するのが好ましい。
【００４３】
なお、各層の成長膜厚については、上述したように、式（１）、（２）を満たし、柱状バンプの上面から見た形状に応じて式（３）又は（４）を満たすようにする。これにより、柱状バンプによる抵抗増加を抑制するとともに、柱状バンプの形状を維持しつつ、バンプ間のショートを防止することができる。
【００４４】
そして、メッキ工程完了後、フォトレジスト２０の除去を行う。これにより、図６（ｄ）の構成となる。その後、柱状バンプの外側の余分なスパッタ膜１３をウェットエッチにより除去する。そして、第２半田１７のみが溶融する温度にてリフローを行う。これにより、第２半田１７のみを一旦溶融させ、図７（ｅ）に示すようにバンプの形成が完了する。実装の際には、第２半田１７のみが溶融する程度の温度条件でリフローを行う。これにより、柱状バンプの形状を保ったまま、フリップチップ実装が可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、フリップチップ実装でのストレスが生じた際に、各半田の延性によりストレスを緩和し、バンプが破壊されることを防ぐことができる。また、実装工程を経ても柱状バンプの形状を保つことができ、フリップチップ実装におけるチップと実装基板との距離の低下を抑制することが可能である。さらに、柱状バンプの抵抗増加を最低限に抑制することができる。
【００４６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る半導体装置について、図を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１０は、最上層メタル１１、ポリイミド１２、スパッタ膜１３、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７、第３半田１８、第３高融点金属層１９を備える。
【００４７】
本実施の形態においては、柱状バンプは、下層から、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第３半田１８、第３高融点金属層１９、第２半田１７がこの順序で積層された積層構造を有する。すなわち、本実施の形態では、柱状バンプは、高融点金属層と半田が積層された２層構造体が、３つ重ねられた構造である。つまり、３層の高融点金属層と３層の半田が交互に積層されている。
【００４８】
第３高融点金属層１９は、第１高融点金属層１４及び第２高融点金属層１６と同様に、半田よりも抵抗値が低い（導電率が高い）高融点金属を適用することができる。第１半田１５、第３半田１８には、バンプ形成工程の最終のリフロー工程で溶融しないよう、最上層の第２半田１７に比べて融点の高い半田を用いる。これにより、柱状バンプの形状を保つことができる。
【００４９】
図８に示すように、第１高融点金属層１４の膜厚をＭ１とし、第２高融点金属層１６の膜厚をＭ２、第３高融点金属層１９の膜厚をＭ３とする。また、第１半田１５の膜厚をｈ１、第３半田１８の膜厚をｈ２、第２半田１７の膜厚をＬ１とする。なお、柱状バンプ全体の高さＨは、実施の形態１と略等しい。
【００５０】
抵抗増加を抑える目的で、半田の厚さ（体積）に比べ高融点金属層の厚さ（体積）を同等かそれ以上にする。すなわち、以下の式（５）を満たすように、第１高融点金属層１４、第２高融点金属層１６、第３高融点金属層１９の膜厚の和が、第１半田１５、第３半田１８、第２半田１７との膜厚の和以上になるようにする。
Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３≧ｈ１＋ｈ２＋Ｌ１  ・・・（５）
これにより、柱状バンプによる抵抗増加を抑制することができる。
【００５１】
また、第２半田１７の膜厚Ｌ１は、柱状バンプの上面から見た形状に応じて、上述の式（３）又は（４）を満たすようにする。これにより、半田の横方向への拡がりを抑制することができ、バンプショートを防止することが可能となる。
【００５２】
このような積層構造の柱状バンプを有する半導体装置は、上述と同様のプロセスで形成することが可能である。すなわち、フォトレジスト２０を柱状バンプの高さＨ（第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第２半田１７、第３半田１８、第３高融点金属層１９の高さの和、Ｈ＝Ｍ１＋ｈ１＋Ｍ２＋ｈ２＋Ｍ３＋Ｌ１）よりも高くなるように成膜し、パターニングを行って柱状バンプを形成する領域に開口部を形成する。
【００５３】
そして、フォトレジスト２０がスパッタ膜１３上に形成されている状態で、高融点金属層と半田とを交互に積層して、柱状バンプを形成する。本実施の形態においては、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２高融点金属層１６、第３半田１８、第３高融点金属層１９、第２半田１７の６層を、フォトレジスト２０を除去しないまま連続してメッキ成長を行う。
【００５４】
なお、高融点金属層及び半田の積層数については、これに限定されるものではない。高融点金属層及び半田をそれぞれ３層より多く形成してもよい。この場合、最上層以外の半田層として、最上層の半田層に比べて高融点の半田を用いる。その際の各層の膜厚は、高融点金属層又は半田の積層数をＸとすると、以下の式（６）を満たすようにする。
Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋・・・＋ＭＸ≧ｈ１＋ｈ２＋・・・＋Ｌ１  ・・・（６）
また、第２半田１７の膜厚Ｌ１は、柱状バンプの上面から見た形状に応じて、上述の式（３）又は（４）を満たすようにする。
【００５５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体装置について、図を参照して説明する。図９は、本実施の形態に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。図９に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１０は、最上層メタル１１、ポリイミド１２、スパッタ膜１３、第１高融点金属層１４、第１半田１５、第２半田１７を備える。
【００５６】
実施の形態１、２では、高融点金属層及び半田を交互に積層する構造としたが、実施の形態３では、下層にバンプ高さ（Ｈ）の半分以上をＣｕなどの高融点金属層で形成し、その上層に第１半田１５、第２半田１７を連続して形成した構造を有する。
【００５７】
本実施の形態においても、第１半田１５には、最上層の第２半田１７と異なる硬さであり、当該第２半田１７よりも融点の高い半田が用いられる。特に、第１半田１５は、第１高融点金属層１４よりも軟らかい金属層であることが好ましい。
【００５８】
図９に示すように、第１高融点金属層１４の膜厚をＭ１とし、第１半田１５の膜厚をｈ１、第２半田１７の膜厚をＬ１とする。なお、柱状バンプ全体の高さＨは、実施の形態１と略等しい。本実施の形態では、各層の膜厚は下記の式（７）を満たすようにする。
Ｍ１≧ｈ１＋Ｌ１  ・・・  （７）
これにより、柱状バンプによる抵抗増加を抑制することができる。
また、第２半田１７の膜厚Ｌ１は、柱状バンプの上面から見た形状に応じて、上述の式（３）又は（４）を満たすようにする。
【００５９】
このように、実施の形態３においては、第１高融点金属層１４と第２半田１７との間に、第２半田１７よりも溶融温度が高い第１半田１５を追加することにより、バンプ高さを維持することができる。また、リフローの際に交じり合う半田量を最低限に抑えることができるため、溶融によるバンプ形状の広がりを少なくできる。
【００６０】
以上説明したように、本発明によれば、高融点金属層中に半田を設けることにより、バンプの破壊を抑制でき、半導体装置の歩留及び信頼性を向上させることができる。また、フォトレジストの数を増加させずに、従来のメッキプロセスにより本発明に係る柱状バンプを製造することができ、シンプルなプロセスで製造することが可能である。
【００６１】
さらに、最上層の半田よりもそれ以外の半田の融点が高いため、リフロー工程を行っても、バンプの高さを維持することができる。また、最上層の半田量を適切に決定することにより、半田の溶融によるバンプ幅の広がりを抑制することができる。このため、バンプピッチやチップサイズのシュリンクに有効である。また、高融点金属層、半田層の厚さ（体積）をバンプ抵抗の増加を最低限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置のリフロー後の柱状バンプの構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の実装後の状態を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の柱状バンプの構造を示す平面図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造工程断面図である。
【図６】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造工程断面図である。
【図７】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造工程断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。
【図９】実施の形態３に係る半導体装置のリフロー前の柱状バンプの構造を示す断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の半田バンプの構造を示す断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の柱状バンプの構造を示す断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の実装後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  半導体装置
１１  最上層メタル
１２  ポリイミド
１３  スパッタ膜
１４  第１高融点金属層
１５  第１半田
１６  第２高融点金属層
１７  第２半田
１８  第３半田
１９  第３高融点金属層
２０  フォトレジスト
２１  基板パッド
２２  予備半田
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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