(57)【要約】【課題】従来の半導体装置のバンプは、微細化した半導体装置においてバンプ自体の抵抗が高くなるという問題があった。【解決手段】バンプ１９を構成する第１の金属１６の表面を凹構造とし、第２の金属１７との接触面積を増加させ、接続抵抗を低下させ、同時に接続強度を強くする。さらに、第１の金属１６を薄膜化することで、バンプ内部の応力を低下させることにより、半導体装置の高速化や微細化にも適用でき、半導体装置と実装基板とを接続した後に高い実装信頼性を得ることかできるバンプを形成することができる。【選択図】図１
2006093173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングパッド上に形成し、第１の金属と第２の金属とを有するバンプを備える半導体装置において、
前記第１の金属の外形形状は、上部面に凹部を有する柱状形状であり、
前記第２の金属は、前記第１の金属の上部に設けるとともに、前記凹部の内壁部に接することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記凹部の内壁部の表面は、前記第１の金属のその他の部分の表面に比べ粗い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２の金属の外形形状は、表面に凹凸の無いなめらかな球状構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属と前記第２の金属とが接する部分に第３の金属を有し、該第３の金属は、前記第１の金属と前記第２の金属との間に挟まれるように設けることを特徴とする請求項１から３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第３の金属は、特性が異なる複数の金属の積層膜からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、
前記ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に第１の開口部を設ける工程と、
前記第１の開口部の前記ボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、
前記共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂に第２の開口部を設ける工程と、
前記第２の開口部の底部に、メッキ法を用いて第１の金属を形成する工程と、
前記第１の金属の表面をスパッタエッチングし、前記第１の金属を前記第２の開口部の内壁部に成膜することで、前記第１の金属の上端部に凹部を形成する工程と、
前記感光性樹脂を剥離除去する工程と、
前記凹部の上部に第２の金属を形成する工程と、
前記第２の金属の融点以上の温度で前記第２の金属を融解し、前記凹部に前記第２の金属を充填し、前記第１の金属と前記第２の金属とを接合する工程と、
前記第１の金属と前記ボンディングパッドとの間に挟まれている前記共通電極膜のみを残し、残りの前記共通電極膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、
前記ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に第１の開口部を設ける工程と、
前記第１の開口部の前記ボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、
前記共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂に第２の開口部を設ける工程と、
前記第２の開口部の底部に、メッキ法を用いて第１の金属を形成する工程と、
前記第１の金属の表面をスパッタエッチングし、前記第１の金属を前記第２の開口部の内壁部に成膜することで、前記第１の金属の上端部に凹部を形成する工程と、
前記凹部の内壁部に、第３の金属をメッキ法で形成する工程と、
前記感光性樹脂を剥離除去する工程と、
前記第３の金属の上部に第２の金属を形成する工程と、
前記第２の金属の融点以上の温度で前記第２の金属を融解し、前記凹部に前記第２の金属を充填し、前記第２の金属と前記第３の金属とを接合する工程と、
前記第１の金属と前記ボンディングパッドとの間に挟まれている前記共通電極膜のみを残し、残りの前記共通電極膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹部を形成する工程と前記感光性樹脂を剥離除去する工程との間に、前記凹部をエッチングし、前記凹部の内壁の表面を前記第１の金属の他の部分に比して粗くする工程を有することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の金属を形成する工程は、移載機を用いることを特徴とする請求項６から８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の金属を形成する工程は、前記第１の金属の上部から前記第２の金属の塊が落下しないように、前記感光性樹脂を落下防止手段として用い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２の金属を形成する工程は、メッキ法を用いることを特徴とする請求項６から８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】
本発明は半導体装置に関し、詳しくは、半導体装置のボンディングパッド上のバンプの構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置上に設けるバンプは、半導体装置と、この半導体装置を実装する実装基板とを接続する役割を持っている。バンプは突起電極とも呼ばれ、通常は金属で構成する。半導体装置のボンディングパッドなどの電極上に形成し、このバンプを介して半導体装置と実装基板とで電気信号の送受を行う。
【０００３】
半導体装置を実装基板に接続する工程において、接続後の接続信頼性を確保するため、半導体装置と実装基板との隙間を封止樹脂で充填する。封止樹脂は、半導体装置を実装基板に接続後、熱衝撃時に発生する半導体装置と実装基板間との熱膨張差による熱応力の緩和、半導体装置と実装基板間との間への水分の侵入を防ぐなどの効果がある。
【０００４】
封止樹脂の充填により、半導体装置と実装基板との接続信頼性を十分に確保するためには、半導体装置と実装基板との隙間に封止樹脂を充填し、その隙間には、封止樹脂が入り込まない部分（以下、空隙と称する）を発生させないようにすることが望ましい。
【０００５】
半導体装置と実装基板間との隙間を広くすることで、封止樹脂は容易にその隙間に入り込むことができるため、半導体装置と実装基板間との間に空隙を発生させることはない。
【０００６】
半導体装置の実装工程において、半導体装置と実装基板との隙間を広くする方法は多くの提案がなされている。例えば、バンプ形状を柱状に形成する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
特許文献１に示した従来技術を図を用いて説明する。図１５は特許文献１に示した従来技術のバンプ構造を示す断面図である。
【０００８】
１０は開口部、１１は半導体基板、１２は絶縁膜、１３はボンディングパッド、１４はパッシベーション膜、４０は柱状金属、４１はハンダメッキ層、４２は接着層、４３は濡れ防止膜である。柱状金属４０とハンダメッキ層４１と濡れ防止膜４３とはバンプ１９を構成する金属である。
特許文献１に示した従来技術では、柱状金属４０に銅を用いている。
【０００９】
半導体基板１１と所望の位置に形成されたボンディングパッド１３とは、絶縁膜１２によって電気的に絶縁されている。
半導体基板１１上には、パッシベーション膜１４が形成されている。パッシベーション膜１４は、バンプ１９が形成される箇所に開口部１０が設けてある。
さらに、ボンディングパッド１３の上部には、柱状金属４０が形成されている。柱状金属４０の最上部は平坦な構造である。柱状金属４０とボンディングパッド１３との間には、十分な接着強度を得るため接着層４２が設けられている。
柱状金属４０の外壁には、実装時にハンダが柱状金属４０の外壁に付着しないようにようにするため、濡れ防止膜４３が形成してある。
柱状金属４０は、接着層４２を介して、ボンディングパッド１３に接続されている。
【００１０】
柱状金属４０はその高さが高く、バンプ１９は柱形状である。このような構成にしたこ
とにより、バンプ１９を備えた半導体装置を実装基板と接続する際には、その隙間が広く確保されるので、封止樹脂を充填する工程において、半導体装置と実装基板との間に封止樹脂が入り込みやすい。したがって、半導体装置と実装基板との隙間に空隙が発生しない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２３４３６７（第１４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に示した従来技術は、半導体装置と実装基板との隙間に空隙ができないものの、微細化した半導体装置においては、バンプの抵抗が高くなってしまうという問題があった。すなわち、微細化した半導体装置では、ボンディングパッド１３の面積も小さく、柱状金属４０の断面積も小さくなっている。すなわち、狭ピッチ化実装への対応のためのである。これにより、柱状金属４０の上部が平面構造であるため、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接触抵抗は高くなってしまう。
【００１３】
柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接触抵抗は、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接触面積で決まる。特許文献１に示した従来技術では、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接触面積が、柱状金属４０の断面積となるため、微細化した半導体装置に対応してバンプを微細化するほど接触抵抗は高くなってしまい、接触抵抗を低くすることはできない。
【００１４】
実装基板に装着された半導体装置は、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との接触抵抗が高くなると、半導体装置を構成する半導体素子の電気信号遅延や誤動作を生じてしまう。
【００１５】
したがって、特許文献１に示した従来技術は、微細化した半導体装置、特に高速動作を要求される半導体装置には適用できないという問題があった。
【００１６】
また、特許文献１に示した従来技術では、微細化した半導体装置に対応してバンプを微細化するほど、柱状金属４０の上部が平面構造であるため、柱状金属４０とハンダメッキ層４１間の接続強度が弱くなるという問題もあった。
【００１７】
接続強度が低下すると、半導体装置と実装基板との間の熱膨張係数の違いによる応力により、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接続部からクラックが発生し、接続信頼性を大きく低下させるのである。
【００１８】
特許文献１に示した従来技術の問題点をまとめると次のようになる。バンプ１９を構成する柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接触抵抗が大きくなってしまい、高速動作する半導体装置には適用できないという問題と、柱状金属４０とハンダメッキ層４１との間の接続強度が弱く、接続信頼性を大きく低下させる問題とがある。
【００１９】
この問題を解決するために、本発明の目的は、半導体装置の高速化や微細化にも適用でき、半導体装置と実装基板とを接続した後に高い実装信頼性を得ることかできる半導体装置のバンプ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、次のような構造を採用する。
【００２１】
ボンディングパッド上に形成し、第１の金属と第２の金属とを有するバンプを備える半
導体装置において、
第１の金属の外形形状は、上部面に凹部を有する柱状形状であり、
第２の金属は、第１の金属の上部に設けるとともに、凹部の内壁部に接することを特徴とする。
【００２２】
凹部の内壁部の表面は、第１の金属のその他の部分の表面に比べ粗いことを特徴とする。
【００２３】
第２の金属の外形形状は、表面に凹凸の無いなめらかな球状構造を有することを特徴とする。
【００２４】
第１の金属と第２の金属とが接する部分に第３の金属を有し、第３の金属は、第１の金属と第２の金属との間に挟まれるように設けることを特徴とする。
【００２５】
第３の金属は、特性が異なる複数の金属の積層膜からなることを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、次のような製造方法を採用する。
【００２７】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、
ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、
パッシベーション膜に第１の開口部を設ける工程と、
第１の開口部のボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、
共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、
感光性樹脂に第２の開口部を設ける工程と、
第２の開口部の底部に、メッキ法を用いて第１の金属を形成する工程と、
第１の金属の表面をスパッタエッチングし、第１の金属を第２の開口部の内壁部に成膜することで、第１の金属の上端部に凹部を形成する工程と、
感光性樹脂を剥離除去する工程と、
凹部の上部に第２の金属を形成する工程と、
第２の金属の融点以上の温度で第２の金属を融解し、凹部に第２の金属を充填し、第１の金属と第２の金属とを接合する工程と、
第１の金属とボンディングパッドとの間に挟まれている共通電極膜のみを残し、残りの共通電極膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、
ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、
パッシベーション膜に第１の開口部を設ける工程と、
第１の開口部のボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、
共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、
感光性樹脂に第２の開口部を設ける工程と、
第２の開口部の底部に、メッキ法を用いて第１の金属を形成する工程と、
第１の金属の表面をスパッタエッチングし、第１の金属を第２の開口部の内壁部に成膜することで、第１の金属の上端部に凹部を形成する工程と、
凹部の内壁部に、第３の金属をメッキ法で形成する工程と、
感光性樹脂を剥離除去する工程と、
第３の金属の上部に第２の金属を形成する工程と、
第２の金属の融点以上の温度で第２の金属を融解し、凹部に第２の金属を充填し、第２の金属と第３の金属とを接合する工程と、
第１の金属とボンディングパッドとの間に挟まれている共通電極膜のみを残し、残りの共通電極膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００２９】
凹部を形成する工程と感光性樹脂を剥離除去する工程との間に、凹部をエッチングし、凹部の内壁の表面を第１の金属の他の部分に比して粗くする工程を有することを特徴とする。
【００３０】
第２の金属を形成する工程は、移載機を用いることを特徴とする。
【００３１】
第２の金属を形成する工程は、第１の金属の上部から第２の金属の塊が落下しないように、感光性樹脂を落下防止手段として用いることを特徴とする。
【００３２】
第２の金属を形成する工程は、メッキ法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の半導体装置は、バンプを構成する第１の金属の上部に凹部構造を有している。このため、第１の金属と第２の金属とは第１の金属の凹部の内壁部および、上端部で接合されているため、第１の金属と第２の金属との接触面積は十分大きくなり、第１の金属と第２の金属との接触抵抗を十分低下させることができる。
さらに、このような構造とすることで、接合強度も十分高くなる。また、第１の金属の凹部の底部の厚さ、つまり、第１の金属の膜厚を薄くすることができ、ボンディングパッドに伝わる第１の金属が持つ内部応力を緩和することができ、半導体装置を実装基板に実装する際に半導体基板内に発生するクラックの発生を防止することもできる。
【００３４】
また、バンプを構成する第１の金属の凹部の内壁部に第３の金属を形成することによって、凹部の側壁部を厚くする事ができ、機械強度を大きく増加させることができる。第３の金属により、第１の金属と第２の金属との密着性を向上させることができ、第１の金属と第２の金属との接合強度はさらに高くなる。
【００３５】
本発明における特徴はまさにこの点にある。バンプ内部での接続抵抗を低下さると同時に接合強度も増加する。さらに、バンプ内部に発生する内部応力を緩和し、半導体装置を実装基板に接続する際に半導体基板内に発生するクラック発生を防止し、実装信頼性を向上させる。
特に、微細バンプに対して、半導体基板と実装基板の隙間を広くする事ができ、封止樹脂の充填が良好に行われ、実装信頼性が高い半導体装置を提供することができる。以上のように、本発明は従来にない優れた効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最適な形態の半導体装置の構造とその製造方法とを説明する。なお、従来技術と同一の構成には同一の番号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００３７】
[本発明の第１の実施の形態の構造説明：図１]
まず、図１を用いて本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の半導体装置の断面図である。１１は半導体基板、１２は絶縁膜、１３はボンディングパッド、１４はパッシベーション膜、１５は共通電極膜、１６は第１の金属、１７は第２の金属、１９はバンプである。共通電極膜１５と第１の金属１６と第２の金属１７とでバンプ１９を形成する。５１は凹部上端部、５２は凹部内壁、５３は凹部底部である。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、図１に示すように、半導体基板１１と所望の位置に形成されたボンディングパッド１３とが絶縁膜１２によって電気的に絶縁されて
いる。
半導体基板１１の上には、パッシベーション膜１４が形成されている。パッシベーション膜１４は、ボンディングパッド１３上のバンプ１９を形成する箇所に開口部を設けてある。この開口部は、第1の開口部２０であり、詳細は後述する。
さらに、第１の金属１６をメッキ法で形成する際の共通電極膜１５がその上部に形成してある。
【００３９】
ボンディングパッド１３の上部に形成するバンプ１９は、第１の金属１６と第２の金属１７とを有している。
ボンディングパッド１３とバンプ１９との接続は、共通電極膜１５を介して第１の金属１６でなされている。
第１の金属１６は、その上部に凹部を有する柱状構造である。この凹部には、凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３とを有している。
第２の金属１７は、第１の金属１６の上部に形成し、第１の金属１６の上部に形成する凹部に入り込み、その凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３と接している。第２の金属１７は、この凹部の内部のほぼ全部に入り込むとともに、第１の金属１６の上部にほぼ球形の形状で構成している。これが本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造上の特徴である。
【００４０】
バンプ１９の形状は、第２の金属１７の表面が凹凸のないなめらかな球形の形状をしており、第２の金属１７の下部は、第１の金属１６であって、これらで構成する形状は、一般概念から、マッチ棒先端の形状に似ている。
【００４１】
第２の金属１７の融点は第１の金属１６融点に比べ低い金属を用いる。本発明の第１の実施の形態では、第１の金属１６をニッケル、第２の金属１７をハンダとしている。
【００４２】
また、図１では、第２の金属１７を説明しやすいように、第１の金属１６の凹部内に第２の金属１７が完全に充填されているように記載しているが、それに限定されない。もちろん、凹部の内部に第２の金属１７が多く入り込むほど、第１の金属１６との接触面積が大きくなるので、接合は強くなるので好ましい。しかしながら、完全に凹部を充填せずとも、従来技術に比して、第１の金属１６と第２の金属１７との接触面積は多く、その接合は強固である。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態の半導体装置の特徴は、第１の金属１６の上部に凹部構造を有し、第２の金属１７は第１の金属の上部にほぼ球形形状で設けるとともに、第２の金属１７は、この凹部の凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３とに接している。
このような構造によって、第１の金属１６と第２の金属１７とは、第１の金属１６の凹部の内部で接合されている。このため、第１の金属１６と第２の金属１７との接触面積は十分大きくなり、これらの接触抵抗を十分に低下させることができる。さらに、第１の金属１６と第２の金属１７との接触面積が十分大きくなることにより、接合強度も十分に高くなる。
【００４４】
[本発明の第２の実施の形態の構造説明：図２]
次に、図２を用いて本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構造を説明する。本発明の第１の形態の半導体装置と異なる部分は、第１の金属１６の凹部の凹部内壁５２と凹部底部５３との表面を粗くした点である。なお、同一の構成には同一の番号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００４５】
図２に示すように、凹部内壁５２と凹部底部５３との表面は、第１の金属１６のその他の部分の表面に比べ粗く加工してある。このような構成とすることによって、第１の金属
１６と第２の金属１７とは、さらに接触面積が増え、より強固に接合することができる。
【００４６】
[本発明の第３の実施の形態の構造説明：図３]
次に、図３を用いて本発明の本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構造を説明する。
図３は、本発明の第３の実施の形態の半導体装置の断面図である。図１に示す本発明の第１の実施の形態の半導体装置と異なる部分は、第1の金属１６と第２の金属１７との間に第３の金属１８を設けている点である。なお、同一の構成には同一の番号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００４７】
本発明の第３の実施の形態の半導体装置は、図３に示すように、ボンディングパッド１３の上部に形成するバンプ１９は、第１の金属１６と第２の金属１７と第３の金属１８とを有している。
第３の金属１８は、第１の金属１６の凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３とを切れ目無く覆うように設けている。
第２の金属１７は、第１の金属１６の上部に形成し、第３の金属１８を挟むように形成するとともに、第３の金属１８の上部にほぼ球形で形成している。これが本発明の構造上の特徴である。
【００４８】
第２の金属１７の融点は、第１の金属１６と第３の金属１８の融点に比べ低い金属を用いる。本発明の第３の実施の形態では、第１の金属１６をニッケル、第３の金属１８を金、第２の金属１７を共晶ハンダとしている。
【００４９】
第１の金属１６と第２の金属１７とが接合しにくい金属同士の場合においても、第３の金属１８をその間に設けることにより、それらを接合することができる。例えば、第１の金属１６をアルミニウム、第２の金属１７をハンダとした場合、これらを直接接合することはできない。アルミニウムの表面には酸化アルミニウム（アルミナ）があり、これとハンダとが接合しないからである。また、第１の金属１６を金、第２の金属１７をハンダとした場合は、第１の金属１６の表面に第２の金属１７が流れ出てしまい、第２の金属１７の形状を球形にすることができない。
しかしながら、このような金属を使用する場合においても、第３の金属１８を金とすることにより、これらの問題を起こすことなく、第１の金属１６と第２の金属１７とを接続することができる。これにより、第１の金属１６と第２の金属１７とに用いる金属の選択肢が広がるという効果がある。
また、第３の金属１８は、図３においてその膜質が単層のように記載したが、それに限定されるものではない。特性が異なる複数の金属の積層膜としてもよく、第１の金属１６と第２の金属１７、バンプ１９の抵抗値などの特性を鑑みて、自由に選ぶことができる。
【００５０】
本発明の第３の実施の形態の半導体装置は、第３の金属１８を第１の金属１６の上部に形成した凹部の表面に成膜することによって、凹部の側壁部は厚みが増し、機械強度が向上し、実装信頼性を著しく向上させることができるという効果もある。
【００５１】
[本発明の第１の実施の形態の製造方法の説明：図４〜図８]
本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を図４から図８の断面図を用いて説明する。図４から図８は、バンプ１９を製造する方法を具体的に示す断面図である。
【００５２】
まず、図４に示すように、半導体基板１１上に絶縁膜１２を設ける。絶縁膜１２は、半導体基板１１とボンディングパッドとを電気的に絶縁させるために設ける膜であり、知られている常圧ＣＶＤ法を用いて、リンとボロンとをドーピングしたガラス膜である。
【００５３】
次に、絶縁膜１２の上にアルミニウムを主原料とする金属膜をスパッタ法を用いて成膜し、知られているホトリソ技術とエッチング技術とを用いて、ボンディングパッド１３を形成する。ボンディングパッド１３は、半導体基板１１上に形成する半導体素子による回路（図示せず）と電気的に接続されている。
【００５４】
さらに、半導体基板１１上に形成する図示しない半導体素子を保護するために、知られている減圧ＣＶＤ法を用いて、パッシベーション膜１４を成膜する。パッシベーション膜１４としては、リンをドーピングしたシリコンガラス膜とシリコン窒化膜とからなる２層膜を用いる。
ボンディングパッド１３の上部にパッシベーション膜１４がオーバーハングするように、知られているホトリソ技術とエッチング技術とを用いて、第１の開口部２０を形成する。第１の開口部２０はボンディングパッド１３よりやや小さく形成する。
【００５５】
次に、図５に示すように、半導体基板１１の上部に共通電極膜１５を知られているスパッタ法を用いて成膜する。共通電極膜１５は、のちにメッキ法で形成される第１の金属１６の共通電極として用いる。共通電極膜１５は、チタンタングステン（ＴｉＷ）と銅（Ｃｕ）との２層膜を用いる。
【００５６】
次に、感光性樹脂２１を半導体基板１１上に成膜し、第１の開口部２０よりやや広く開口するように第２の開口部２２をホトリソ技術を用いてパターニングし形成する。
【００５７】
次に、知られているメッキ法を用いて、第１の金属１６を所望の厚みに形成する。
第１の金属１６として金（Ａｕ）を用いる。
【００５８】
次に、図６に示すように、知られているスパッタエッチング法を用いて、半導体基板１１の表面をアルゴンガスを用いてスパッタエッチングする。
【００５９】
スパッタエッチングとは、真空中で、高周波を用いてイオン化した原子を被エッチング物質に対して、電界による加速エネルギーを使って衝突させ、被エッチング物質から原子をはじき出させながらエッチングする方法である。一般的に、物理的なエッチングといわれている。
金（Ａｕ）はスパッタエッチングされやすい金属として知られている。
【００６０】
スパッタエッチングにより、第２の開口部２２に露出している第１の金属１６がアルゴンイオンによって、はじき出されるため、飛散した第１の金属１６は、第２の開口部２２の側壁、つまり、感光性樹脂２１の側壁部２３に付着し成膜される。したがって、第１の金属１６はスパッタエッチングを行うことで、その膜厚が薄くなると同時に、第２の開口部２２の側壁部２３にも付着し、第１の金属１６は、その上部に凹部を有する構造になる。
【００６１】
次に、感光性樹脂２１を剥離剤を用いて除去する。その後、図示はしないが、第１の金属１６の表面を含む、半導体基板１１表面にフラックス（図示せず）を塗布する。
【００６２】
次に、第２の金属１７の塊を移載機（図示せず）を用いて、第１の金属１６の上部に搭載する。図７においては、第２の金属１７の塊の形状を球形とした。
第２の金属１７としては、低融点の金属であることが望ましい。本発明の第１の実施の形態の製造方法では、第２の金属１７として共晶ハンダを用いた。なお、共晶ハンダの融点は１８４℃である。
もちろん、スズを主原料とし他原子を含む低融点金属であれば良く、共晶ハンダに限らない。例えば、鉛を含まないスズと銀を主成分とする鉛レスハンダなどである。
【００６３】
第１の金属１６は、第２の金属１７より融点が高い金属が望ましく、第１の金属１６として金（Ａｕ）を用いた。なお、金の融点は１０６４℃である。
もちろん、第１の金属１６は、メッキ法で成膜できる金属であれば、金属単体でも２種類以上の多金属でも良い。例えば、ニッケル、銅、高融点ハンダなどがある。
【００６４】
次に、図８に示すように、第２の金属１７の融点以上の温度雰囲気にさらす。本発明の第１の実施の形態の製造方法では、リフロー炉を用いて、２４０℃の雰囲気にさらした。
この工程により、第２の金属１７は、融解して液状になり、第１の金属１６の凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３とに接する。つまり、凹部の内部に入り込む。
第２の金属１７は液状になることで自己の表面張力により表面が丸まり、第１の金属１６の上部で表面に凹凸のない球形状になる。
【００６５】
次に、第１の金属１６と第２の金属１７とをマスクとして、共通電極膜１５を知られているエッチング技術を用いて除去する。この工程により、図１に示すように、共通電極膜１５は第１の金属１６とボンディングパッド１３の間にのみに残り、バンプ１９が形成される。
【００６６】
[本発明の第２の実施の形態の製造方法の説明：図９]
本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を図９の断面図を用いて説明する。
【００６７】
第１の金属１６を形成するまでの工程は、図４から図６を参照することでその説明は省略する。
本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法の特徴は、第１の金属１６の凹部の内壁の表面を粗く加工することである。
第１の金属１６に凹部を形成した後、スルファミン酸を用いて、第１の金属１６の表面をライトエッチングする。
この工程により、凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３との表面は、第１の金属１６のその他の部分と比して粗い形状となる。
もちろん、凹部の内部の表面を粗く加工する方法は、スルファミン酸を用いてのライトエッチングに限定されない。プラズマエッチングを用いた方法であってもよい。
【００６８】
以後の工程で、第２の金属１７を搭載するが、バンプ１９を完成させる工程は、本発明の第１の実施の形態の製造方法と特に変わらないので説明は省略する。
【００６９】
[本発明の第３の実施の形態の製造方法の説明：図１０〜図１２]
本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法を図１０から図１２の断面図を用いて説明する。
【００７０】
第１の金属１６を形成するまでの工程は、図４から図６を参照することでその説明は省略する。
本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法の特徴は、第１の金属１６と第２の金属１７との間に第３の金属を形成することである。
【００７１】
図１０に示すように、第１の金属１６を形成し、次に、共通電極膜１５を電極とし、第３の金属１８を知られているメッキ法を用いて成膜する。
第３の金属１８は、第１の金属１６の凹部上端部５１と凹部内壁５２と凹部底部５３とに成膜される。第３の金属１８としては、金（Ａｕ）を用いる。
この工程により、凹部の内部に第３の金属１８を切れ目無く成膜することができる。これにより、第１の金属１６と第３の金属１８とからなる柱状金属が形成されることになる
。
【００７２】
その後に、第２の金属１７を形成する工程に関しては、既に説明した本発明の第１の実施の形態の製造方法の説明と同様であるので、その説明は省略する。ちなみに、第１の金属１６としては、ニッケルを用いた。ニッケルの融点は１４５２℃であり、金の融点は１０６４℃である。もちろん、第１の金属１６および第３の金属１８は、メッキ法で成膜できる金属であれば、金属単体でも２種類以上の多金属でも良い。例えば、銅、高融点ハンダなどがある。
第２の金属１７としては、同様に共晶ハンダを用いた。もちろん、鉛を含まないスズと銀を主成分とする鉛レスハンダなどであっても構わない。
【００７３】
次に、図１１に示すように、感光性樹脂２１を剥離剤を用いて除去したのち、第３の金属１８の表面を含む、半導体基板１１表面にフラックス（図示せず）を塗布した後、第２の金属１７の塊を移載機（図示せず）を用いて、第１の金属１６および第３の金属１８の上部に搭載する。
【００７４】
次に、図１２に示すように、第２の金属１７の融点以上の温度雰囲気にさらす。本発明の実施の形態では、リフロー炉を用いて、２４０℃の雰囲気にさらした。
第２の金属１７は、融解して液状になり、第１の金属１６と第３の金属１８とによって形成された柱状金属の上端部に接し、凹部の内部に入り込む。
第３の金属１８は液状になることで自己の表面張力により表面が丸まり、第２の金属１７の上部で表面に凹凸のない球形状になる。
【００７５】
次に、図３に示すように、フラックスを有機溶剤で洗浄したのち、第１の金属１６と第３の金属１８とをマスクとして、共通電極膜１５を知られているエッチング技術を用いて除去する。この工程により、共通電極膜１５は第１の金属１６とボンディングパッド１３の間にのみに残り、バンプ１９が形成される。
【００７６】
[本発明の第１から第３の実施の形態の異なる製造方法の説明：図１３]
以上説明した、本発明の第１から第３の実施の形態の製造方法とは異なる製造方法を説明する。すでに説明した製造方法では、第２の金属１７の塊を移載機を用いて、第１の金属１６もしくは、第１の金属１６および第３の金属１８の上部に搭載するが、この際に、第２の金属１７が落下してしまう場合がある。これを防止する製造方法である。本発明の第３の実施の形態を利用して説明する。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
【００７７】
図１３は、本発明の第３の実施形態の製造途中の方法を示す図である。この製造方法の特徴は、第１の金属１６の周囲に落下防止手段として落下防止膜２１０を設けたものである。
移載機を用いて第２の金属１７の塊を第１の金属１６の上部に搭載する場合、位置決め精度や、振動その他の外乱などにより、正確に移載できない場合がある。その際、第２の金属１７の塊は落下してしまう。
しかし、第１の金属１６の周囲に落下防止膜２１０を設けることにより、その落下を防止することができる。
落下防止膜２１０は、感光性樹脂などで形成することが好ましい。製膜と加工とが簡単に行えるからである。
これにより、移載機による第２の金属１７の塊の落下を防止することができるため、さらに製造工程途中の不良が低減し、作業信頼性を向上させることができるという特徴を有している。
【００７８】
落下防止膜２１０を、製造工程途中の感光性樹脂膜で代用することもできる。この場合は、感光性樹脂２１を第２の金属１７の塊を移載する際に落下防止手段として利用するものである。
第１の金属１６と第３の金属１８とを形成した後、感光性樹脂２１をすぐに除去せず、第２の金属１７の塊を第１の金属１６および第３の金属１８の上部に搭載するまで残しておくものである。
この製造方法によれば、新たに落下防止膜２１０を形成する必要は無く、さらに製造工程を短縮することができる。
【００７９】
[本発明の第１から第３の実施の形態の異なる製造方法の説明：図１４]
以上説明した、本発明の第１から第３の実施の形態の製造方法とはさらに異なる製造方法を説明する。すでに説明した製造方法では、第２の金属１７の塊を移載機を用いて、第１の金属１６もしくは、第１の金属１６および第３の金属１８の上部に搭載するが、この際に、移載機を用いず、第２の金属１７をメッキ法で形成するものである。
この方法により、第２の金属１７の塊の移載による位置ズレ、落下を防止することができ、バンプ１９の製造工程において、製造工程途中の不良が低減し、歩留まりが向上するという特徴を有している。
【００８０】
図１４を用いて説明する。製造方法の説明としては、本発明の第３の実施の形態を利用して説明する。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
【００８１】
半導体基板１１上のボンディングパッド１３の上部に第１の金属１６および第３の金属１８を形成する方法は、既に説明してあるので省略する。
【００８２】
図１４に示すように、第３の金属１８は、第１の金属１６の上部に形成する。この際、感光性樹脂２１の面よりも高くなるように成膜する。
第２の金属１７は、共通電極膜１５を電極とし、知られているメッキ法を用いて成膜する。
第２の金属１７としては、メッキ法で成膜できる低融点の金属であることが望ましい。第２の金属１７として共晶ハンダを用いたが、もちろん、その他の低融点金属であれば良く、メッキ法で形成できる金属であれば共晶ハンダに限らない。例えば、鉛を含まない、スズと銀を主成分とする鉛レスハンダなどである。
【００８３】
以後の工程で、感光性樹脂２１を除去するが、バンプ１９を完成させる工程は、本発明の実施の形態の第１の製造方法と特に変わらないので説明は省略する。
【００８４】
以上で本発明の半導体装置の製造方法を説明した。本発明の半導体装置の製造方法は、第２の金属１７の形成の際に、移載機を用いてもメッキ法を用いてもよい。移載機を用いる場合は、第１の金属の周囲に落下防止膜２１０を用いることで、第２の金属１７の移載時の歩留まり低下を防止することができる。この落下防止膜２１０は、第１の金属１６を形成する際の感光性樹脂２１で代用することもでき、その際は、さらに製造工程が短縮される。
第１の金属１６の凹部の内壁を加工し、第１の金属１６のその他の部分の表面に比べ粗くすることで、第２の金属１７と、より強固に接続することができる。これは、第３の金属１８を用いる場合においても有効である。すなわち、凹部の内壁表面の粗さは第３の金属１８の表面にも現れるから、第２の金属１７を形成する際に、第３の金属１８と第２の金属１７とは、より強固に接続することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の半導体装置は、バンプの低抵抗化とその強度の確保がなされており、柱状のバ
ンプ形状を有することから、半導体装置と実装基板間との隙間を広くすることができる。このため、信頼性と微細化とを両立することができるので、高密度実装で高速動作を要求される電子機器用の半導体装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の半導体装置の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の第１の実施の形態のボンディングパッドを形成する方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の第1の金属を形成する方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の凹部を形成する方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の第２の金属の塊を移載する方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の第２の金属を形成する方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の第２の実施の形態の凹部の内部の表面を粗く加工する方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の第３の実施の形態の第３の金属を形成する方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の第３の実施の形態の第２の金属の塊を移載する方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の第３の実施の形態の第２の金属を形成する方法を説明する断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の落下防止膜を用いた製造方法を説明する断面図である。
【図１４】本発明の半導体装置の第２の金属をメッキ法で形成する方法を説明する断面図である。
【図１５】従来技術の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  開口部
１１  半導体基板
１２  絶縁膜
１３  ボンディングパッド
１４  パッシベーション膜
１５  共通電極膜
１６  第１の金属
１７  第２の金属
１８  第３の金属
１９  バンプ
２０  第１の開口部
２１  感光性樹脂
２２  第２の開口部
２３  感光性樹脂側壁部
５１  凹部上端部
５２  凹部内壁
５３  凹部底部
２１０  落下防止膜
【図１】
2006093173.tif 000003
【図２】
2006093173.tif 000004
【図３】
2006093173.tif 000005
【図４】
2006093173.tif 000006
【図５】
2006093173.tif 000007
【図６】
2006093173.tif 000008
【図７】
2006093173.tif 000009
【図８】
2006093173.tif 000010
【図９】
2006093173.tif 000011
【図１０】
2006093173.tif 000012
【図１１】
2006093173.tif 000013
【図１２】
2006093173.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2006093173.tif 000016
【図１５】
2006093173.tif 000017