(57)【要約】【課題】  ハンダバンプのα粒子から、半導体チップ（コンデンサ）を十分に保護することの可能な、半導体装置を提供する。【解決手段】  本半導体装置では、「ハンダバンプ３２を第２パッシベーション膜２３上に投影したときに、ハンダバンプ３２の全体が、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋからはみ出る」ように設定されている。従って、本半導体装置では、開口部Ｋのサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプ３２を高くできる。従って、実装基板と素子面との間隔を大きくできるので、半導体チップ１に対する実装基板からのα粒子の影響を抑制できる。また、熱サイクルによる応力が発生した場合でも、ハンダバンプ３２に応力が集中しないので、ハンダバンプ３２の、応力による剥離を防止できる。【選択図】  図１
2006294761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの素子面に、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルがこの順で積層され、
第１パッシベーション膜の開口部を介して電極パッドとアンダーバンプメタルとが電気的に接続されているとともに、アンダーバンプメタル上に、外部接続端子となるハンダバンプの備えられた半導体装置において、
アンダーバンプメタル上にバンプ制限部が設けられ、このバンプ制限部の開口部においてハンダバンプがアンダーバンプメタルに接触するようになっており、
さらに、ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、ハンダバンプの全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記のバンプ制限部の開口部の最小寸法をｄとし、ハンダバンプの高さをｈとしたときに、
ｈ＞ｄ／２
を満たすように設定されてい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】
上記のバンプ制限部の開口部が楕円形状であり、その短径および長径の長さをｄ，ｄ’とし、ハンダバンプの高さをｈとしたときに、
ｈ＞ｄ／２
を満たすように設定されてい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４】
上記のハンダバンプをアンダーバンプメタル上に投影したときに、ハンダバンプ全体が、アンダーバンプメタル内に納まってい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５】
上記のバンプ制限部の開口部とアンダーバンプメタルとが同心円をなしており、
アンダーバンプメタルの直径が、バンプ制限部の開口部よりも０．０６ｍｍ以上大きく形成されてい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６】
上記バンプ制限部が、アンダーバンプメタル上に積層された第２パッシベーション膜からな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７】
電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層が形成されており、
第１パッシベーション膜の厚さをｔ１とし、
アンダーバンプメタルとその下地層との合計の厚さをｔ２とし、
第２パッシベーションの厚さをｔ４とした場合、
３０μｍ≦ｔ１＋ｔ４＋３ｔ２
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層が形成されており、
第１パッシベーション膜の厚さをｔ１とし、
アンダーバンプメタルとその下地層との合計の厚さをｔ２とした場合、
３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２
を満たすように設定されてい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９】
電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層が形成されており、
アンダーバンプメタルとその下地層との合計の厚さをｔ２とし、
電極パッドの厚さをｔ３とした場合、
３０μｍ≦３（ｔ２+ｔ３）
を満たすように設定されてい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１０】
電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層が形成されており、
第１パッシベーション膜の厚さをｔ１とし、
アンダーバンプメタルとその下地層との合計の厚さをｔ２とし、
電極パッドの厚さをｔ３とした場合、
３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２
３０μｍ≦３（ｔ２+ｔ３）
の両式を満たすように設定されてい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１１】
第１パッシベーション膜の開口部が、バンプ制限部の開口部とずれた位置に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１２】
電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層が形成されており、
この下地層が、ＴｉまたはＴｉ−Ｗから構成されてい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１３】
上記の下地層の厚さが、０.０５〜１μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
上記のアンダーバンプメタルが、下地層に接するＣｕ層を含んでいることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
上記のアンダーバンプメタルは、Ｃｕ層上にＡｕ層，Ｎｉ層の少なくとも１層を積層したものであることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
上記のアンダーバンプメタルがＮｉ層を含んでおり、
このＮｉ層の厚さが１〜６μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
上記のアンダーバンプメタルがＡｕ層を含んでおり、
このＡｕ層の厚さが０．００３〜１μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１８】
上記の第１パッシベーション膜が、伸縮性を有してい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１９】
上記の第１パッシベーション膜の引っ張り伸び率が１０％以上であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
上記の第１パッシベーション膜が、複数の層を積層した構成となっており、
各層の引っ張り伸び率が、電極パッドから離れるにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２１】
上記のハンダバンプが鉛フリーハンダからな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２２】
上記の鉛フリーハンダにおけるα粒子のカウント数が０.１ｃｐｈ/ｃｍ２以下であることを特徴とする、請求項２１に記載の半導体装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の半導体装置を実装部材上に実装してなる電子機器において、
実装後におけるハンダバンプが、アンダーバンプメタルの形成領域内に納まっていることを特徴とする電子機器。
【請求項２４】
半導体装置と実装部材との間に、α粒子遮蔽樹脂が充填されていることを特徴とする請求項２３に記載の電子機器。
【請求項２５】
半導体チップの素子面に、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルがこの順で積層され、
第１パッシベーション膜の開口部を介して電極パッドとアンダーバンプメタルとが電気的に接続されているとともに、アンダーバンプメタル上に、外部接続端子となるハンダバンプが備えられており、
上記ハンダバンプが、アンダーバンプメタル上に積層された第２パッシベーション膜の開口部内に配されている半導体装置の製造方法において、
半導体チップの素子面に電極パッドおよび第１パッシベーション膜を形成するパッド形成工程と、
第１パッシベーション膜に開口部を設け、この開口部を覆うようにアンダーバンプメタルを形成するメタル形成工程と、
アンダーバンプメタル上に、開口部を備えたバンプ制限部を形成するバンプ制限部形成工程と、
バンプ制限部の開口部上にハンダバンプを形成するハンダバンプ形成工程とを含んでおり、
このハンダバンプ形成部で、ハンダバンプを、
「ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、ハンダバンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出る」
ように形成することを特徴とする、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、電子機器の実装基板にフリップチップ接続される半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置は、半導体チップにパッシベーション膜や電極パッドメタル，外部接続端子などを形成した構成を有しており、電子機器の基板に実装できる形態となっているものである。
このような半導体装置としては、例えば、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）等の定型の筐体や、外部入出力端子を持つ不定形の筐体に半導体チップ等を入れたものを挙げられる。
【０００３】
ところで、半導体チップには、コンデンサを内蔵するものがある。このコンデンサは、電荷蓄積を行うことによって、記憶機能、昇圧機能、ノイズフィルター機能、信号のタイミング調整機能等を実行するものである。
【０００４】
このようなコンデンサは、半導体装置を基板に接続するための外部接続端子のハンダから放出されるα粒子の影響を受けると、うまく機能しないことがある。
しかし、従前の半導体装置は、半導体チップのサイズに対して十分に大きな外形寸法を有しており、さらに、外部接続端子を側面（チップの素子面とは異なる面）に設けるようになっていた。
従って、外部接続端子とチップの素子面（コンデンサ）との間隔を広く（数ｍｍ）できるため、コンデンサは、α粒子の影響をほとんど受けなかった。
【０００５】
ところが、近年では、電子機器の小型化にともなって、半導体チップ面を基板側に向けて（フェイスダウンで）実装する、フリップチップ接続が注目されてきている。
このような実装形態では、半導体チップの素子面に外部接続端子を形成するため、外部接続端子とチップ面との間隔をｍｍ単位では確保できず、より狭くなる。すなわち、チップ面と外部接続端子との間隔が、パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルの厚さ分のみ（μｍ単位）となる。このため、コンデンサは、α粒子の影響を大いに受ける可能性がある。
【０００６】
そこで、従来では、外部接続端子のハンダとして、鉛フリーハンダを用いる技術が開発されている。
図７は、このような鉛フリーハンダを用いた半導体装置の構成を示す説明図であり、図８（ａ）〜（ｄ）は、その製造方法を示す説明図である（特許文献１）。
【０００７】
図８（ａ）に示すように、この半導体装置の製造では、ウエハに形成されたＡｌまたはＣｕの電極パッドメタル１０２上に、ハンダを電着するためのアンダーバンプメタル１１１としての金属層をスパッタリングで形成する。
【０００８】
このアンダーバンプメタル１１１の形成では、パッシベーション膜１０３上に、Ｃｒ（またはＴｉ−Ｗ）を０．１μｍの厚さで被覆する。
そして、必要に応じて、０.１〜０.１５μｍの厚さで組成の傾斜されたＣｒ−Ｃｕ層、および、０.５〜５μｍのＮｉ−Ｆｅ（またはＮｉ）の層を形成する。
次に、図８（ｂ）に示すように、フォトレジスト１２２をパターニングし、バンプとなる鉛フリーハンダ１３１を、電気メッキで形成する。
【０００９】
次に、図８（ｃ）に示すように、フォトレジスト１２２を除去し、ハンダ１３１をマスクとして、不要なＮｉ−Ｆｅ層を電気エッチングまたは化学エッチングによって除去する。
さらにハンダ１３１をマスクとして、不要なＣｒ層を化学エッチング、反応性イオンエッチングまたはイオンミリングによって除去する。
その後、図８（ｄ）に示すように、ハンダ１３１をリフロー処理し、ハンダバンプ１３２を形成する。
なお、この構成では、半導体チップのコンデンサは、パッシベーション膜１０３の下方に配置される。
【特許文献１】特開平９−１８１１２５号公報（発行日；１９９７年７月１１日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような鉛フリーハンダであっても、α粒子はわずかながら放出される。このため、上記のような従来技術では、放出されたα粒子によって、パッシベーション膜１０３の下方に配置されたコンデンサが悪影響を受ける可能性がある。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、ハンダバンプのα粒子から、半導体チップ（コンデンサ）を十分に保護することの可能な、半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置（本半導体装置）は、
半導体チップの素子面に、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルがこの順で積層され、
第１パッシベーション膜の開口部を介して電極パッドとアンダーバンプメタルとが電気的に接続されているとともに、アンダーバンプメタル上に、外部接続端子となるハンダバンプの備えられた半導体装置において、
アンダーバンプメタル上にバンプ制限部が設けられ、このバンプ制限部の開口部においてハンダバンプがアンダーバンプメタルに接触するようになっており、
さらに、ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、ハンダバンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出ていることを特徴としている。
【００１３】
本半導体装置は、半導体チップを備えており、電子機器の実装部材（実装基板など）に実装（接続）されて機能するものである。
また、本半導体装置は、半導体チップの素子面に、外部接続端子であるハンダバンプを備えており、電子機器の実装部材に対してフリップチップ接続されるように設計されている。
【００１４】
また、本半導体装置では、内部部品（コンデンサなど）と電子機器との電気的接触を図るために、ハンダバンプに加えて、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルを備えている。
【００１５】
第１パッシベーション膜は、酸化による特性劣化から半導体チップを保護するものである。この第１パッシベーション膜は、例えば、ＢＰＳＧ層とポリイミド層の積層から構成できる。
【００１６】
電極パッドは、半導体チップと電子機器との電気的接触を実現するための電極である。この電極パッドは、第１パッシベーション膜の開口部における、半導体チップの表面に形成されている。
アンダーバンプメタルは、ハンダバンプと電極パッドとを電気的に接続するためのものである。
【００１７】
また、本半導体装置では、アンダーバンプメタル上に、バンプ制限部（ハンダバンプ制限部）を備えている。このバンプ制限部は、ハンダ材料の載らない材料から構成されており、さらに、アンダーバンプメタルを露にするための開口部を有している。そして、このバンプ制限部の開口部にハンダバンプが形成され、アンダーバンプメタルに接触するようになっている。すなわち、このバンプ制限部は、ハンダバンプの形成領域を制限するためのものである。
【００１８】
このバンプ制限部により、本半導体装置では、「ハンダ材料が、アンダーバンプメタルの上面および側面（周辺部）を伝って、第１パッシベーション膜上に流れ出てしまうこと」を防止できるようになっている。
【００１９】
そして、特に、本半導体装置では、ハンダバンプおよびバンプ制御部の開口部のサイズ（表面でのサイズ）が、
(a)「ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、バンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出る」
ように設定されている。
すなわち、本半導体装置では、ハンダバンプの最大平面（ハンダバンプを半導体チップの素子面に平向にスライスして得られる最大の面）が、バンプ制限部の開口部よりも大きく、この開口部を覆えるようなサイズ（および位置）となっている。
【００２０】
従って、本半導体装置では、ハンダバンプの形成領域（バンプ制限部の開口部）のサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプを高く形成できる。
従って、本半導体装置では、実装部材と素子面との間隔を比較的大きくできるので、半導体チップに対する実装基板からのα粒子の影響を抑制できる。
また、使用環境等によって変化する熱サイクルによる応力が発生した場合でも、ハンダバンプに応力が集中することを回避できる（応力を分散させられる）。このため、ハンダバンプと実装基板あるいはアンダーバンプメタルとの、応力による剥離を防止できるようになっている。
【００２１】
なお、バンプ制限部の開口部の形状（表面形状）は、円、楕円、長方形や台形といった多角形など、どのような形状であってもよい。
また、上記の(a)は、バンプ制限部の開口部の最小寸法をｄとし、ハンダバンプの高さをｈとしたときに、
「ｄおよびｈが、ｈ＞ｄ／２を満たす」
ことと同値である。
ここで、バンプ制限部の開口部の最小寸法とは、「バンプ制限部の開口部における２つのエッジ（表面上の端部）を繋ぐとともに、開口部の中心（表面での中心）を通る線分の長さ」のうちの最小のものである。
【００２２】
従って、バンプ制限部における開口部の表面形状が楕円である場合、上記の(a)は、開口部の短径および長径の長さをｄ，ｄ’とし、ハンダバンプの高さ（バンプ制限部の表面からハンダバンプの頂点までの距離）をｈとしたときに、
「ｄおよびｈが、ｈ＞ｄ／２を満たす」
ということと同値となる。
【００２３】
また、本半導体装置では、上記のハンダバンプおよびアンダーバンプメタルのサイズが、
(b)「ハンダバンプをアンダーバンプメタル上に投影したときに、バンプ全体が、アンダーバンプメタル内に納まる」
ように設定されていることが好ましい。
【００２４】
これにより、ハンダバンプから放出されるα粒子を、アンダーバンプメタルで受け止めることが可能となる。これにより、半導体チップに対するハンダバンプからのα粒子の影響を抑制できる。
【００２５】
また、バンプ制限部の開口部およびアンダーバンプメタルが円形であり、かつ、これら開口部とアンダーバンプメタルとが同心円をなしているような場合、アンダーバンプメタルの直径が、バンプ制限部の開口部よりも０．０６ｍｍ以上大きく形成されていることが好ましい。
この場合、上記の(b)を容易に達成できる（詳細については、後述する〔発明を実施するための最良の形態〕を参照されたい）。
【００２６】
また、本半導体装置のバンプ制限部としては、アンダーバンプメタル上に積層された第２パッシベーション膜を用いることが可能である。このような第２パッシベーション膜は、ハンダバンプから放出されるα粒子を遮蔽できるものであることが好ましく、ハンダ材料を載せないような、感光性を有する樹脂（例えば、ポリベンゾオキサゾール）から構成できる。
このような第２パッシベーション膜を用いることにより、半導体チップに対するα粒子の遮蔽効果をより高められる。
【００２７】
また、本半導体装置では、電極パッドとアンダーバンプメタルとの間に、アンダーバンプメタルの下地層を形成してもよい。また、この場合、第１パッシベーション膜の厚さｔ１、および、アンダーバンプメタルとその下地層との合計の厚さｔ２が、
３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２  …（１）
を満たすように設定されていることが好ましい。
【００２８】
また、電極パッドの厚さｔ３が、
３０μｍ≦３（ｔ２＋ｔ３）  …（２）
を満たすように設定されていることが好ましい。
【００２９】
これにより、電極パッドの直下に半導体チップのコンデンサが位置している場合と、電極パッドの直下以外の領域にコンデンサが位置している場合との双方において、コンデンサに対するα粒子の遮蔽を実現できる。
【００３０】
また、第２パッシベーション膜も形成する場合には、この膜の厚さｔ４が、
３０μｍ≦ｔ１＋ｔ４＋３ｔ２  …（３）
を満たすように設定されていることが好ましい。
【００３１】
また、本半導体装置では、第１パッシベーション膜の開口部（電極パッドの位置）と、バンプ制限部の開口部（ハンダバンプの位置）とが、互いにずれた位置にあってもよい。この構成では、ハンダバンプと電極パッドとの位置がずれることとなる。
【００３２】
この構成では、電極パッドの位置にとらわれることなく、外部接続端子であるハンダバンプを、所望の位置に設けることが可能である。このため、ハンダバンプを複数設ける場合、ハンダバンプの間隔を均等に配置できる。
従って、ハンダバンプの形成ピッチを極端に狭くしてしまうことを回避できるので、本半導体装置を基板実装するとき（あるいは実装後）に、ハンダバンプ間でショートの生じる危険性を低減できる。
【００３３】
また、上記したアンダーバンプメタルの下地層については、例えば、ＴｉまたはＴｉ−Ｗから構成することが可能である。また、この場合、アンダーバンプメタルが、下地層に接するＣｕ層を含んでいることが好ましい。
ＴｉやＴｉ−Ｗ，Ｃｕは、α粒子に対して、ポリイミドの３倍程度の遮蔽効果を期待できるものである。
また、この下地層の厚さは、０.０５〜１μｍ程度とすることが好ましい。
【００３４】
また、上記のアンダーバンプメタルは、Ｃｕ層上に、Ａｕ層，Ｎｉ層の少なくとも１層を積層したものであることが好ましい。さらに、アンダーバンプメタルにＡｕ層，Ｎｉ層の双方を用いる場合、Ｎｉ層をＣｕ層の上に積層することが好ましい。
このような金属の積層膜も、α粒子に対して、ポリイミドの３倍程度の遮蔽効果を期待できるものである。
【００３５】
また、アンダーバンプメタルがＮｉ層を含んでいる場合、Ｎｉ層の厚さを、１〜６μｍとすることが好ましい。
Ｎｉ層を１μｍ以上とすると、ハンダバンプ中のＳｎの拡散を抑制する効果を得られる。従って、アンダーバンプメタルとハンダバンプとの接合状態を良好とできる。また、Ｎｉ層については、６μｍの厚さに形成しても、応力によって下地層と剥離してしまう心配もない。
【００３６】
また、アンダーバンプメタルがＡｕ層を含んでいる場合、このＡｕ層の厚さを、０．００３〜１μｍとすることが好ましい。
Ａｕ層を０．００３μｍ以上形成すると、ハンダバンプとの濡れ性を確保できる。ただし、１μｍを超えて形成した場合、Ａｕ層とハンダバンプ中のＳｎとが脆い合金層を形成する。このため、Ａｕ層については、１μｍ以下に形成することが好ましい。
【００３７】
また、本半導体装置では、上記の第１パッシベーション膜が、伸縮性を有していることが好ましい。
すなわち、通常、第１パッシベーション膜とアンダーバンプメタルとは、異なる材料から構成されるため、これらの線膨張係数は異なる。
従って、本半導体装置の製造工程（製造プロセス）、実装工程、使用環境の変化等による温度変化によって、第１パッシベーション膜は、アンダーバンプメタルとの界面で応力を受けることになる。
【００３８】
従って、応力に対して脆い材料から構成すると、第１パッシベーション膜に損傷（亀裂など）が生じてしまい、本半導体装置の信頼性が著しく劣化する可能性がある。このため、第１パッシベーション膜の材料としては、アンダーバンプメタルの伸縮に対して順応できるように、伸縮性を有するものを用いることが好ましいといえる。
【００３９】
なお、この「伸縮性」は、「引っ張り伸び率」で表せるものである。「引っ張り伸び率」とは、引っ張り試験によって測定されるものであり、引っ張られて破壊されるまでの伸びの比率を示すものである。
【００４０】
例えば、ＪＩＳ Ｋ７１２７「プラスチックフィルムおよびシートの引張試験方法」で定められている試験方法により、元の試験片の「標線間距離」に対する比率を以下の式で求めると「引っ張り伸び率」が算出される。
「引っ張り伸び率(％)」＝「引張破壊伸び」÷「標線間距離」×１００
このような「引っ張り伸び率」で表現すれば、第１パッシベーション膜の引っ張り伸び率は、１０％以上であることが好ましいといえる。
【００４１】
また、第１パッシベーション膜が、複数の層を積層した構成となっている場合、各層の引っ張り伸び率が、電極パッドから離れるにつれて大きくなっていることが好ましい。
【００４２】
これにより、実装部材などが熱変化によって膨張・収縮し、ハンダバンプに剪断応力を受けた場合においても、第１パッシベーション膜の亀裂・剥離を防げるとともに、半導体チップへの応力伝達を低減できる。このため、応力による電気特性の変動を抑えられる。
なお、バンプ制限部として第２パッシベーション膜を用いる場合、この膜の伸び率を、第１パッシベーション膜のどの層よりも大きくすることが好ましい。
【００４３】
また、本半導体装置では、ハンダバンプの材料として、鉛フリーハンダを用いることが好ましい。このようなハンダは、α粒子の放射性不純物（トリウム、ウラン等）の含有量が少ないものである。
【００４４】
また、鉛フリーハンダも放射性不純物をわずかながら含有している（含有量は、材料の採取された鉱山などに左右される）。このため、α粒子の影響を確実に防ぐためには、α粒子のカウント数が０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下のハンダを使用することが好ましい。これにより、半導体チップの誤動作の発生を確実に防止できる。
【００４５】
また、本発明の電子機器（本電子機器）は、本半導体装置を実装部材上に実装してなる電子機器である。
なお、本電子機器では、実装後におけるハンダバンプが、アンダーバンプメタルの形成領域内に納まっていることが好ましい。これにより、ハンダバンプから発生するα粒子が半導体チップに影響することを抑制できる。
【００４６】
また、本電子機器では、半導体装置と実装部材との間に、α粒子遮蔽樹脂が充填されていることが好ましい。
これにより、実装基板から発生するα粒子の、半導体チップへの影響を抑制できる。なお、このようなα粒子遮蔽樹脂を用いることは、本半導体装置と実装基板とをあまり隔てられない場合に特に有効である。また、α粒子遮蔽樹脂により、ハンダバンプから放出されるα粒子についても、より確実に遮蔽できる。
【００４７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体チップの素子面に、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルがこの順で積層され、
第１パッシベーション膜の開口部を介して電極パッドとアンダーバンプメタルとが電気的に接続されているとともに、アンダーバンプメタル上に、外部接続端子となるハンダバンプが備えられており、
上記ハンダバンプが、アンダーバンプメタル上に積層された第２パッシベーション膜の開口部内に配されている半導体装置の製造方法において、
半導体チップの素子面に電極パッドおよび第１パッシベーション膜を形成するパッド形成工程と、
第１パッシベーション膜に開口部を設け、この開口部を覆うようにアンダーバンプメタルを形成するメタル形成工程と、
アンダーバンプメタル上に、開口部を備えたバンプ制限部を形成するバンプ制限部形成工程と、
バンプ制限部の開口部上にハンダバンプを形成するハンダバンプ形成工程とを含んでおり、
このハンダバンプ形成部で、ハンダバンプを、
「ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、バンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出る」
ように形成することを特徴とする方法である。
【００４８】
本製造方法は、上記した本半導体装置を製造するための方法である。従って、本製造方法によれば、ハンダバンプの形成領域（バンプ制限部の開口部）とハンダバンプとのサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプの高い半導体装置を製造できる。
【発明の効果】
【００４９】
以上のように、本発明の半導体装置（本半導体装置）は、
半導体チップの素子面に、電極パッド，第１パッシベーション膜およびアンダーバンプメタルがこの順で積層され、
第１パッシベーション膜の開口部を介して電極パッドとアンダーバンプメタルとが電気的に接続されているとともに、アンダーバンプメタル上に、外部接続端子となるハンダバンプの備えられた半導体装置において、
アンダーバンプメタル上にバンプ制限部が設けられ、このバンプ制限部の開口部においてハンダバンプがアンダーバンプメタルに接触するようになっており、
さらに、ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、ハンダバンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出ている構成である。
【００５０】
本半導体装置では、アンダーバンプメタル上に、バンプ制限部（ハンダバンプ制限部）を備えている。このバンプ制限部は、ハンダ材料を載せない材料から構成されており、さらに、アンダーバンプメタルを露にするための開口部を有している。そして、このバンプ制限部の開口部にハンダバンプが形成され、アンダーバンプメタルに接触するようになっている。すなわち、このバンプ制限部は、ハンダバンプの形成領域を制限するためのものである。
【００５１】
これにより、本半導体装置では、「ハンダ材料が、アンダーバンプメタルの上面および側面（周辺部）を伝って、第１パッシベーション膜上に流れ出てしまうこと」を防止できるようになっている。
【００５２】
そして、特に、本半導体装置では、ハンダバンプおよびバンプ制御部の開口部が、
(a)「ハンダバンプをバンプ制限部上に投影したときに、バンプ全体が、バンプ制限部の開口部からはみ出る」
ように設定されている。
すなわち、本半導体装置では、ハンダバンプの最大平面（ハンダバンプを半導体チップの素子面に平向にスライスして得られる最大の面）が、バンプ制限部の開口部よりも大きく、この開口部を覆えるようなサイズ（および位置）となっている。
【００５３】
従って、本半導体装置では、ハンダバンプの形成領域（バンプ制限部の開口部）のサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプを高く形成できる。
従って、本半導体装置では、実装基板と素子面との間隔を比較的大きくできるので、半導体チップに対する実装基板からのα粒子の影響を抑制できる。
また、使用環境等によって変化する熱サイクルによる応力が発生した場合でも、ハンダバンプに応力が集中することを回避できる（応力を分散させられる）。このため、ハンダバンプと実装基板あるいはアンダーバンプメタルとの、応力による剥離を防止できるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明の一実施形態について説明する。
本実施の形態にかかる半導体装置（本半導体装置）は、半導体チップを備えており、電子機器の基板（実装基板）に実装（接続）されて機能するものである。
また、本半導体装置では、半導体チップの素子面に、外部接続端子であるハンダバンプを備えており、電子機器の基板に対してフリップチップ接続されるように設計されている。
【００５５】
図１は、本半導体装置の構成を示す説明図である。
この図に示すように、本半導体装置は、半導体チップ１，電極パッドメタル２，第１パッシベーション膜３，下地層１１，アンダーバンプメタル１２，第２パッシベーション膜２３，ハンダバンプ３２を備えた構成である。
【００５６】
半導体チップ１は、図示しないコンデンサを備えている。このコンデンサは、記憶機能、昇圧機能、ノイズフィルター機能、信号のタイミング調整機能等を実行するものである。
【００５７】
第１パッシベーション膜３は、半導体チップ１の素子面側に形成されており、酸化による特性劣化から半導体チップ１を保護するものである。
この第１パッシベーション膜３は、厚さ１μｍのＢＰＳＧ上に、厚さ５μｍのポリイミド層（下地ポリイミド）を形成した構成を有している。なお、ＢＰＳＧとは、ボロンとリンとのドープされたシリケードガラスである。
【００５８】
電極パッドメタル（電極パッド）２は、半導体チップ１と他の部材との電気的接触を実現するための電極である。この電極パッドメタル２は、第１パッシベーション膜３の開口部における半導体チップ１の表面に形成されている。
【００５９】
また、この電極パッドメタル２は、α粒子放射性の不純物（ウランやトリウム等）をほとんど含まない、Ａｌ（あるいはＣｕ）を主成分とする金属から構成されている。また、電極パッドメタル２の厚さは、１μｍ程度である。
【００６０】
ハンダバンプ３２は、本半導体装置を電子機器の実装基板に実装するための、外部接続端子である。このハンダバンプ３２は、α粒子のカウントが０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下の、鉛フリーハンダからなるものである。
【００６１】
アンダーバンプメタル１２は、ハンダバンプ３２と電極パッドメタル２とを、第１パッシベーション膜３の開口部において電気的に接続するためのものである。
また、下地層１１は、アンダーバンプメタル１２の下地となるバリアメタル層であり、電極パッドメタル２上に形成されている。
【００６２】
アンダーバンプメタル１２は、α粒子の放射性不純物（ウランやトリウム等）をほとんど含まないＣｕから構成されている。
また、下地層１１も、アンダーバンプメタル１２と同様に、α粒子の放射性不純物をほとんど含まない、ＴｉあるいはＴｉ-Ｗから構成される。
そして、本半導体装置では、アンダーバンプメタル１２と下地層１１との積層の厚さが、９μｍとなっている。
【００６３】
従って、本半導体装置では、第１パッシベーション膜３の厚さ（６μｍ）をｔ１、アンダーバンプメタル１２と下地層１１との合計の厚さ（９μｍ）をｔ２とした場合、
ｔ１＋３ｔ２＝６＋３×９（μｍ）＝３３μｍとなるため、
３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２  …（１）
が成立している。
さらに、電極パッドメタル２の厚さ（１μｍ）をｔ３とした場合、
３（ｔ２＋ｔ３）＝３（９＋１）（μｍ）＝３０μｍとなるため、
３０μｍ≦３（ｔ２＋ｔ３）  …（２）
が成立している。
【００６４】
なお、電極パッドメタル２を構成するＡｌ（あるいはＣｕ）を主成分とする金属（Ａｌ系材料，Ｃｕ系材料）、および、下地層１１を構成するＴｉ，Ｔｉ-Ｗ、アンダーバンプメタル１２を構成するＣｕは、α粒子に対して、ポリイミドの３倍程度の遮蔽効果を期待できるものである。
【００６５】
第２パッシベーション膜（バンプ制限部）２３は、第１パッシベーション膜３上に、アンダーバンプメタル１２の一部を覆うように形成された膜である。
そして、第２パッシベーション膜２３は、アンダーバンプメタル１２の中央部（ハンダバンプ接続領域）に応じた部位（電極パッドメタル２の直上）に、開口部Ｋを備えている。
【００６６】
この第２パッシベーション膜（バンプ制限部）２３は、ハンダバンプ３２から放出されるα粒子を遮蔽するためのものであり、ハンダ材料が載らないような材料（例えば、感光性を有するポリベンゾオキサゾールと呼ばれる樹脂）から構成される。
また、第２パッシベーション膜２３は、ハンダバンプ３２の形成時（リフロー炉等での溶融時）、「ハンダ材料が、アンダーバンプメタル１２の上面および側面（周辺部）を伝って、第１パッシベーション膜３上に流れ出てしまうこと」を防止する機能を有している（ハンダがアンダーバンプメタル１２の側面部を伝って流れてしまうと、アンダーバンプメタル１２の遮蔽効果は期待できない）。
【００６７】
また、第２パッシベーション膜２３におけるアンダーバンプメタル１２上の厚さは、７μｍ程度である。また、同じく第１パッシベーション膜３上での厚さは、１０μｍ程度である。
従って、本半導体装置では、第１パッシベーション膜３の厚さ（６μｍ）をｔ１、アンダーバンプメタル１２と下地層１１との合計の厚さ（９μｍ）をｔ２とし、第２パッシベーション膜２３におけるアンダーバンプメタル１２上での厚さ（７μｍ）をｔ４とした場合、
ｔ１＋ｔ４+３ｔ２＝６＋７＋３×９（μｍ）＝４０μｍとなるため、
３０μｍ≦ｔ１+ｔ４+３ｔ２  …（３）
が成立している。
【００６８】
図２（ａ）（ｂ）は、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋ（およびハンダバンプ３２）のサイズを示す説明図である。
この図に示すように、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋは、第２パッシベーション膜２３の表面からアンダーバンプメタル１２への表面にかけてほぼ擂鉢状に細くなる形状を有している。
また、開口部Ｋの断面は、長径ｄ’，短径ｄ（第２パッシベーション膜２３の表面での径；最大径）の、楕円形（ｄ＝ｄ’のとき真円形）である。
【００６９】
ハンダバンプ３２は、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋのみにおいて、アンダーバンプメタル１２に接触されている。
そして、ハンダバンプ３２は、開口部Ｋよりも上部では部分楕円球形状（楕円球の一部からなる形状；最大の（最も広い部分での）長径Ｄ’，短径Ｄ）となっている。一方、開口部Ｋ内では、その内部を埋めるように、開口部Ｋと同様の形状を有している。
【００７０】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、本半導体装置では、ハンダバンプ３２における第２パッシベーション膜２３より上の部分が、半球よりも大きな部分楕円球形状を有している。
従って、ハンダバンプ３２が、開口部Ｋよりも大きくなっている（ハンダバンプ３２を第２パッシベーション膜２３上に投影してできる楕円形が、全体的に開口部Ｋからはみ出している）。
【００７１】
そして、ハンダバンプ３２では、第２パッシベーション膜２３からの高さｈが、開口部Ｋの短径ｄの２分の１よりも大きな値となっている。すなわち、
ｈ＞ｄ／２  …（４）
が成立している。
【００７２】
さらに、本半導体装置では、ハンダバンプ３２の最大径Ｄ・Ｄ’が、アンダーバンプメタル１２の形成領域Ｒを超えない大きさとなっている。
すなわち、ハンダバンプ３２は、アンダーバンプメタル１２の形成領域Ｒからはみ出た部分を持たないように形成されている。
【００７３】
次に、本半導体装置の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、本半導体装置の製造方法を示す説明図である。
図３（ａ）に示すように、電極パッドメタル２を設けた半導体チップ１に対し、開口部を有する第１パッシベーション膜３を形成する。この第１パッシベーション膜３は、上記したように、１μｍ厚のＢＰＳＧと、５μｍ厚のポリイミド樹脂層との積層である。
【００７４】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＴｉまたはＴｉ-Ｗの下地層１１を、スパッタリング法で０．０５〜１μｍ形成した。その後、下地層１１の上に、Ｃｕからなるシード層（図示せず）を、０．０５〜１μｍ形成した。
【００７５】
これらの下地層１１およびシード層は、電極パッドメタル２および第１パッシベーション膜３と、後に形成するアンダーバンプメタル１２との間の密着性を高めるためのものである。
また、下地層１１は、電極パッドメタル２上でのアンダーバンプメタル１２の拡散を防止する機能も有している。
【００７６】
その後、図３（ｃ）に示すように、電界メッキ法によって、シード層上に、アンダーバンプメタル１２を形成する。電界メッキ法を用いると、アンダーバンプメタル１２を、短時間で厚く形成できる。
【００７７】
すなわち、まず、所望のパターンを有するアンダーバンプメタル１２を得るために、感光性レジスト２１を、シード層に塗布し、乾燥させる。そして、フォトリソグラフィにより、感光性レジスト２１に開口部を設ける。
ここで、感光性レジスト２１については、アンダーバンプメタル１２の所定高さよりも厚く形成しておく。
【００７８】
その後、感光性レジスト２１の開口部に対し、電解メッキ法により、Ｃｕからなるアンダーバンプメタル１２を形成する。このとき、アンダーバンプメタル１２の厚さ（シード層を含む）を、下地層１１とのトータルの厚さが９μｍとなるように調整する。
【００７９】
アンダーバンプメタル１２の形成後、図４（ａ）に示すように、感光性レジスト２１を、剥離液を用いて除去する。
次に、アンダーバンプメタル１２の形成領域以外の領域から、不要なシード層および下地層１１を順に除去する（図４（ｂ））。この除去については、アンダーバンプメタル１２をマスクとして、エッチング液を用いて行う。
【００８０】
次に、図４（ｃ）に示すように、ハンダバンプ３２の接続領域に開口部Ｋを有する、第２パッシベーション膜２３を形成する。
この第２パッシベーション膜２３については、感光性を有する樹脂（ポリベンゾオキサゾール等）を用いて、フォトリソグラフィにより形成できる。
また、開口部Ｋについては、アンダーバンプメタル１２よりも小さくなるように（開口部Ｋが、アンダーバンプメタル１２の形成領域内に納まるように）形成する。
【００８１】
次に、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋに、ハンダバンプ３２を形成する（図１）。
ハンダバンプ３２は、電解メッキ法，印刷法、ボール搭載法等で形成可能である。なかでも、ボール搭載法を用いれば、高いハンダバンプ３２を、最も安定的かつ容易に形成できる。
【００８２】
上記の工程により、使用環境の変化等に起因する熱変化にも耐えることの可能な、本半導体装置を得られる。
【００８３】
なお、ハンダバンプ３２に関するボール搭載法では、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋにフラックスを転写する。その後、開口部Ｋ上にハンダボール（α粒子カウント；０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下の鉛フリーハンダからなる）を載せて、リフロー炉で溶融させ、ハンダバンプ３２を形成することとなる。
【００８４】
ここで、開口部Ｋにおける表面部分（最大の部分）を、直径０．２９ｍｍの円とする。この場合、直径０．２４ｍｍ以上のハンダボールを用いてハンダバンプ３２を形成すると、その高さ（ｈ）は、開口部Ｋの最大半径である０．１４５ｍｍ以上となる。従って、ハンダバンプ３２の最大直径（最大平面寸法）Ｄ’も、０．２９μｍより大きくなる。
また、同様の開口部Ｋに対し、直径０．３ｍｍのハンダボールを使用すると、高さ０．２ｍｍ、最大直径Ｄ’が０．３３ｍｍのハンダバンプ３２を得られる。
【００８５】
また、開口部Ｋの表面部分を最大直径０．２３ｍｍの円とし、ハンダボールの直径を０．１９ｍｍ以上とする場合、０．１１５ｍｍ以上の高さのハンダバンプ３２を得られる。
また、同様の開口部Ｋに対し、直径０．２４ｍｍのハンダボールを使用すると、高さが０．１８ｍｍ、最大直径Ｄ’が０．２６０ｍｍのハンダバンプ３２を得られる。
【００８６】
なお、本半導体装置の製造における、ハンダバンプ３２を形成するまでの工程については、ウエハ状態で実行することが好ましい。これにより、多数の本半導体装置を、スムーズかつ同時に製造できる。
【００８７】
この場合、ハンダバンプ３２の形成後、ダイシング工程による分割を行うことで、個片の本半導体装置を得られる。
半導体装置を薄くする場合には、ダイシングの前までに、半導体チップ１の裏面側（パッシベーション膜３の未形成面）を、物理的研磨，化学的研磨またはこれらの併用等により研磨することが好ましい。
【００８８】
以上のように、本半導体装置では、アンダーバンプメタル１２上に、第２パッシベーション膜２３を備えている。この第２パッシベーション膜２３は、ハンダ材料を載せない材料から構成されており、さらに、アンダーバンプメタル１２を露にするための開口部Ｋを有している。そして、この第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋにハンダバンプ３２が形成され、アンダーバンプメタル１２に接触するようになっている。すなわち、この第２パッシベーション膜２３は、ハンダバンプ３２の形成領域を制限するためのものである。
【００８９】
これにより、本半導体装置では、「ハンダ材料が、アンダーバンプメタル１２の上面および側面（周辺部）を伝って、第１パッシベーション膜３上に流れ出てしまうこと」を防止できるようになっている。
【００９０】
そして、特に、本半導体装置では、ハンダバンプ３２が、
(a)「ハンダバンプ３２を第２パッシベーション膜２３上に投影したときに、バンプ全体が、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋからはみ出る」
ように設定されている。
すなわち、本半導体装置では、ハンダバンプ３２の最大平面（ハンダバンプ３２を半導体チップ１の素子面に平向にスライスして得られる最大の面）が、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋよりも大きく、この開口部Ｋを覆えるようなサイズ（および位置）となっている。
【００９１】
従って、本半導体装置では、ハンダバンプ３２の形成領域（第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋ）のサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプ３２を高く形成できる。
従って、本半導体装置では、本半導体装置を実装する電子機器の実装基板と素子面との間隔を比較的大きくできるので、半導体チップ１に対する実装基板からのα粒子の影響を抑制できる。
また、使用環境等によって変化する熱サイクルによる応力が発生した場合でも、ハンダバンプ３２に応力が集中することを回避できる（応力を分散させられる）。このため、ハンダバンプ３２と実装基板あるいはアンダーバンプメタル１２との、応力による剥離を防止できるようになっている。
【００９２】
なお、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋが楕円形状である場合、上記の(a)は、開口部Ｋの短径および長径の長さをｄ，ｄ’とし、ハンダバンプ３２の高さ（第２パッシベーション膜２３の表面からハンダバンプ３２の頂点までの距離）をｈとしたときに、
「ｄおよびｈが、ｈ＞ｄ／２を満たす」
ということの十分条件である。
【００９３】
さらに、本半導体装置では、ハンダバンプ３２の最大直径Ｄ’が、アンダーバンプメタル１２の形成領域を超えない大きさとなっている。
すなわち、本半導体装置では、上記のハンダバンプ３２が、
(b)「ハンダバンプ３２をアンダーバンプメタル１２上に投影したときに、バンプ全体が、アンダーバンプメタル１２内におさまる」
ように設定されている。
【００９４】
これにより、ハンダバンプ３２から放出されるα粒子を、アンダーバンプメタル１２で受け止めることが可能となる。これにより、半導体チップ１に対するハンダバンプ３２からのα粒子の影響を抑制できる。
【００９５】
また、本半導体装置では、上記した（１）（２）式が成立している。
このことにより、電極パッドメタル２の直下にコンデンサのある場合と、電極パッドメタル２の直下以外の領域にコンデンサのある場合との双方において、コンデンサに対するα粒子の遮蔽を実現できる。
【００９６】
また、本半導体装置では、ハンダバンプ３２の材料として、α粒子のカウント数が０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下である、鉛フリーハンダを用いている。このような材料は、α粒子の放射性不純物（トリウム、ウラン等）の含有量が少ないものである。
【００９７】
また、鉛フリーハンダも放射性不純物をわずかながら含有している（含有量は、材料の採取された鉱山などに左右される）。このため、α粒子の影響を確実に防ぐためには、上記のようにα粒子の放射カウント数の低い値を示す材料を用いることが好ましいといえる。本半導体装置では、このようなα粒子のカウント数が０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下のハンダを使用しているため、半導体チップ１の誤動作の発生をより確実に防止できるようになっている。α粒子の測定装置としてはガスフロー比例計数管、シリコン半導体などを検出器にもつ測定機がよく使われる。本実施形態においては、ガスフロー比例計数管式のものを用いて測定した。
【００９８】
ここで、本半導体装置を電子機器の実装基板に実装する工程（実装工程）について説明する。
図５（ａ）（ｂ）は、本半導体装置に関する実装工程を示す説明図である。
【００９９】
図５（ａ）に示すように、本半導体装置を実装する電子機器４１の実装基板４２には、ランド（バンプ接続部）４３と、ランド４３上に形成されたハンダペースト４４とが、本半導体装置の実装位置に合わせて形成されている。
【０１００】
また、ランド４３（ハンダペースト４４）のサイズは、本半導体装置におけるハンダバンプ３２の開口部Ｋ（ハンダバンプ３２の制限部）のサイズに応じて設計されている。
これは、実装工程中あるいは実装後において、本半導体装置あるいは実装基板４２のいずれか一方に熱応力（実装時の熱や使用環境に基づく熱によって発生する応力）が集中することを回避するためである。
【０１０１】
また、ハンダペースト４４は、ランド４３の位置に応じたメタルマスクを使用した印刷によって形成される。メタルマスクとしては、ランド４３のサイズと同等の開口径を有する、０．１ｍｍ程度の厚さのものを使用した（この程度の厚さが一般的である）。
【０１０２】
また、このハンダペースト４４も、ランド４３と同様に鉛フリーハンダ（α粒子のカウントが０．１ｃｐｈ／ｃｍ２以下）であるものを使用した。
なお、ハンダペースト４４の材料としては、ハンダバンプ３２と同様の組成（材料）を用いることが好ましい。
【０１０３】
実装工程では、まず、本半導体装置を、マウンター装置を用いて位置合わせし、あらかじめハンダペースト４４の形成（供給）された実装基板（実装基板面）４２に搭載する。
【０１０４】
次に、図５（ｂ）に示すように、ハンダバンプ３２とハンダペースト４４とを、リフロー炉等によりいったん溶融させ、その後、冷却する。
その後、本半導体装置とランド４３との隙間（ハンダバンプ３２，ランド４３の周囲）に、α粒子遮蔽樹脂４５を充填する。
これにより、本半導体装置の実装工程が完了する。
【０１０５】
ここで、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋ（円）の最大直径（＝ｄ＝ｄ’）が０．２８ｍｍであり、ハンダバンプ３２の高さ（ｈ）が０．２ｍｍ、最大直径（＝Ｄ＝Ｄ’）が０．３３ｍｍである場合、実装後のハンダバンプ３２の高さ（おおむね、実装基板４２と第２パッシベーション膜２３との間隔）は、０．２ｍｍ程度となる。また、実装後のハンダバンプ３２の最大直径（最大平面寸法）Ｄ’は、０．３４ｍｍ程度となる。
【０１０６】
従って、この場合、ハンダバンプ３２をアンダーバンプメタル１２の形成領域Ｒ（図１）からはみ出ないようにするためには、形成領域Ｒのサイズを、直径０．３４ｍｍの円以上の大きさとすることが好ましいといえる。
【０１０７】
また、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋの最大直径が０．２２ｍｍであり、ハンダバンプ３２の高さ（ｈ）が０．１８ｍｍ、最大直径Ｄ’が０．２６ｍｍである場合、実装後のハンダバンプ３２の高さは、０．１８ｍｍ程度となる。
また、実装後のハンダバンプ３２の最大直径Ｄ’は、０．２８ｍｍ程度となる。
【０１０８】
従って、この場合、ハンダバンプ３２をアンダーバンプメタル１２の形成領域Ｒ（図１）からはみ出ないようにするためには、形成領域Ｒのサイズを、直径０．２８ｍｍの円以上の大きさとすることが好ましいといえる。
【０１０９】
以上のことから、アンダーバンプメタル１２の形成領域Ｒとしては、ハンダバンプ３２の開口部Ｋよりも、０．０６ｍｍ以上大きく設計することが好ましいといえる。
【０１１０】
なお、上記のような実装基板には、ウラン、トリウム等のα粒子放射性不純物を多く含むようなものも存在する。従って、本半導体装置を基板実装する場合、実装基板から放出されるα粒子につても考慮することが好ましい。
【０１１１】
まず、本半導体装置と実装基板との間隔について説明する。
α粒子は、光などと同様に、距離の離れるにつれて、四方への拡散によって減衰する性質がある。すなわち、線源からの距離をｒとすると、α粒子は、１／ｒ２で減衰することとなる。
【０１１２】
また、α粒子は、空気などによって吸収されることによって減衰する。この減衰は、吸収する物質（空気など）の厚みが増すにつれて指数関数的に増えていくため、ｅ-ｋｒと表される。
従って、線源から距離ｒの地点でのα粒子強度（Ａｒ）は、次式のように表される。
Ａｒ＝Ａ０×ｅ-ｋｒ／ｒ２
ここで、Ａ０は線源での（距離０での）強度、ｋは空気中での減衰係数を示す。
【０１１３】
従って、本半導体装置と実装基板との間隔については、できるだけ隔てた方がよいといえる。このため、ハンダバンプ３２を、できるだけ高く形成した方がよいことがわかる。
なお、本半導体装置および実装基板のランドを、上記の例で示したようなサイズに設定した場合には、本半導体装置は、実装後において誤動作することなく、安定して動作することがわかっている。
【０１１４】
また、ハンダバンプ３２の高さを０．１２ｍｍとし、実装後のバンプ高さ（おおむね実装基板と半導体チップ１との間隔）が０．１２ｍｍとなったときについても確認を行ったが、同様に良好に動作した。
【０１１５】
ただし、上記したように、本半導体装置の安定度は、実装基板の含有するα粒子放射性不純物の量などにも左右される。このため、ハンダバンプ３２の高さについては、できる限り高く設定することが好ましい。これにより、本半導体装置と実装基板との距離をできるだけ隔てることが可能となる。
【０１１６】
また、このように実装後のハンダバンプ３２を高くすると、使用環境等によって変化する熱による応力が発生しても、ハンダバンプ３２に応力が集中して負荷されることを回避できる（応力を分散させられる）。従って、この点においても、ハンダバンプ３２を高く形成することは好ましいといえる。
【０１１７】
また、実装基板からのα粒子の影響を防ぐために、図５（ｂ）に示したように、実装構造（本半導体装置と実装基板４２との間）にα粒子遮蔽樹脂４５を充填することが好ましい。
このα粒子遮蔽樹脂４５は、本半導体装置と実装基板４２との間に、ディスペンサ等で液体のα粒子遮蔽樹脂を注入し、これを熱処理により硬化させる方法によって形成できる。
【０１１８】
このα粒子遮蔽樹脂４５の材料としては、α粒子放射性の不純物（ウランやトリウム等）をほとんど含まない樹脂材料（ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、エポキシ系等）を使用可能である。
ただし、樹脂にフィラーを含有させる場合は、α粒子放射性不純物の含有量に注意する必要がある。
【０１１９】
このように、本半導体装置と実装基板４２との隙間にα粒子遮蔽樹脂４５を充填することは、本半導体装置と実装基板とをあまり隔てられない場合に特に有効である。また、α粒子遮蔽樹脂４５により、ハンダバンプ３２から放出されるα粒子についても、より確実に遮蔽できる。
【０１２０】
また、本実施の形態では、本半導体装置を、図１に示すように、電極パッドメタル２の直上に、下地層１１，アンダーバンプメタル１２を介してハンダバンプ３２が形成される構成としている。
しかしながら、これに限らず、図６に示すように、電極パッドメタル２の位置とは異なる位置に、ハンダバンプ３２を配するようにしてもよい。
【０１２１】
図６の構成では、下地層１１およびアンダーバンプメタル１２が、電極パッドメタル２の直上から離れた位置にまで延びている。
【０１２２】
そして、アンダーバンプメタル１２が、電極パッドメタル２の全体を覆うように形成されている。
さらに、第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋが、アンダーバンプメタル１２上における電極パッドメタル２の直上からずれた位置に設けられている。そして、図１の構成と同様に、開口部Ｋにハンダバンプ３２が形成されている。
【０１２３】
図６の構成では、ハンダバンプ３２の形成位置の下側（半導体チップ１側）の全域に、下地層１１およびアンダーバンプメタル１２に加えて、第１パッシベーション膜３が配されている。
従って、この構成では、ハンダバンプ３２から放出されるα粒子から、半導体チップ１をより確実に保護することが可能となる。
【０１２４】
なお、図６の構成では、ハンダバンプ３２から放出されるα粒子を電極パッドメタル２によって遮蔽することは困難である。
しかしながら、この電極パッドメタル２は、ウエハプロセス上、１μｍ程度の厚さにしか形成できない。また、このような１μｍの電極パッドメタル２と同等の遮蔽効果を第１パッシベーション膜３にもたせるには、その厚さを３μｍ程度にすればよく、この程度あるいはこれ以上の厚さの第１パッシベーション膜３を形成することは容易である（ポジ型の感光性樹脂を用いて第１パッシベーション膜３を形成する場合でも、その厚さを２０μｍ程度にできる）。
【０１２５】
従って、図６のように、ハンダバンプ３２の下側全域に、電極パッドメタル２に代えて第１パッシベーション膜３を設けることによって、α粒子をより確実に遮蔽できる。
【０１２６】
また、図６の構成では、電極パッドメタル２の位置にとらわれることなく、外部接続端子であるハンダバンプ３２を所望の位置に設けることが可能である。従って、ハンダバンプ３２の数の制限を緩和でき、さらに、各ハンダバンプ３２の間隔を均等に配置できる。
このため、ハンダバンプ３２の形成ピッチを極端に狭くしてしまうことを回避できるので、本半導体装置を基板実装するとき（あるいは実装後）に、ハンダバンプ３２間でショートの生じる危険性を低減できる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、本半導体装置について、電子機器の実装基板に搭載されるとしている。しかしながら、これに限らず、本半導体装置については、電子機器のどのような部材（実装部材（実装基板を含む））に実装するようにしてもよい。
【０１２８】
また、本半導体装置のハンダバンプ３２に関しては、高さ（ｈ）をできるだけ高く形成することが好ましい。ハンダバンプ３２を高くすると、本半導体装置と実装部材との間隔を広げられる。このため、実装部材から放出されるα粒子の影響をより少なくできる。
【０１２９】
また、ハンダバンプ３２を高くすることで、実装後における本半導体装置あるいは電子機器の熱変化（本半導体装置を実装するときの冷却過程、他の部品を電子機器に実装する際の熱変化、さらには使用環境に応じた熱変化等）への耐性も向上する。
すなわち、半導体装置と実装部材との線膨張係数が異なるため、実装後に熱変化（熱サイクル）が生じると、ハンダバンプ３２に応力が生じる。しかしながら、ハンダバンプ３２を高く形成すると、このような応力を分散できるため、応力による耐性を向上させられる。
【０１３０】
また、本実施の形態では、アンダーバンプメタル１２が、α粒子の放射性不純物をほとんど含まないＣｕから構成されているとしている。
しかしながら、アンダーバンプメタル１２に、α粒子の放射性不純物をほとんど含まない他の金属を含めてもよい。
例えば、Ｎｉ／Ｃｕ（Ｎｉ層とＣｕ層との積層）、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｕ（Ａｕ層，Ｎｉ層，Ｃｕ層の積層）、Ａｕ／Ｃｕ等（Ａｕ層とＣｕ層との積層）から構成してもよい。
この構成では、全て、Ｃｕ層が下地層１１に隣接することとなる。また、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｕでは、Ａｕ層が下地層１１から最も離れた層となる。
このような金属の積層膜も、α粒子に対して、ポリイミドの３倍程度の遮蔽効果を期待できるものである。
【０１３１】
また、アンダーバンプメタル１２の層構造をＮｉ／Ｃｕとする場合は、Ｎｉ層の厚さを１〜６μｍとすることが好ましい。また、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｕとする場合は、Ａｕ層の厚さを０．００３〜１μｍ、Ｎｉ層の厚さを１〜６μｍとすることが好ましい。そして、いずれの場合も、アンダーバンプメタル１２と下地層１１とのトータル厚を８μｍ以上とすることが好ましい。
ただし、電極パッドメタル２の直下にコンデンサが存在する場合においては、電極パッドメタル２を１μｍとした場合は、アンダーバンプメタル１２と下地層１１とのトータル厚を９μｍ以上とすることが好ましい。
【０１３２】
アンダーバンプメタル１２をＡｕ／Ｎｉ／ＣｕあるいはＡｕ／Ｃｕから構成する場合、Ａｕ層を０．００３μｍ以上形成すると、ハンダバンプ３２との濡れ性を確保できる。ただし、１μｍを超えて形成した場合、Ａｕ層とハンダバンプ３２中のＳｎとが脆い合金層を形成する。このため、Ａｕ層については、１μｍ以下に形成することが好ましい。
また、Ｎｉ層を１μｍ以上とすると、ハンダバンプ３２中のＳｎの拡散を抑制する効果を得られる。従って、アンダーバンプメタル１２とハンダバンプ３２との接合状態を良好とできる。また、Ｎｉ層については、６μｍの厚さに形成しても、応力によって下地層１１と剥離してしまう心配もない。
【０１３３】
また、本実施の形態では、第１パッシベーション膜３が、厚さ１μｍのＢＰＳＧ上に、厚さ５μｍのポリイミド層を形成した構成を有しているとしている。
しかしながら、これに限らず、ポリイミド層に変えて、他の絶縁樹脂からなる層を形成してもよい。他の絶縁樹脂材料としては、α粒子の放射性不純物を含まないポリベンゾオキサゾール、エポキシ、カルド樹脂等を挙げられる。
【０１３４】
なお、従来のパッシベーション膜は、通常、０．５μ〜１μｍ程度のＳｉ-Ｎ、ＳｉＯ２、ＢＰＳＧ等の無機材料のみ、あるいは、この無機材料の上に３μｍ程度のポリイミドを形成した構成である。
【０１３５】
ここで、無機材料のみからなるパッシベーション膜では、厚さがせいぜい２μｍと薄いので、α粒子を遮蔽することは困難である。
一方、α粒子の発生源となるウランやトリウム等を不純物として含まないポリイミド材料は、３０μｍ程度の厚さでα粒子を遮蔽できる。このため、パッシベーション膜の樹脂材料としては、できるだけ厚いものを用いることが好ましい。また、パッシベーション膜の樹脂材料を厚く形成すると、外部から受ける電磁界の干渉を防ぐことも可能である。
ただし、パターニング性を考慮すると、樹脂材料をあまり厚く形成することは困難であるという技術的課題はある。
【０１３６】
パッシベーション膜の樹脂材料を感光性ネガ型とすると、膜厚を５０μｍ以上とすることも可能である。しかし、開口部の側壁が逆テーパとなりやすいため、その上にスパッタリング等で膜を形成することが困難になるという問題がある。
【０１３７】
一方、パッシベーション膜の樹脂材料を感光性ポジ型あるいは非感光性型のものとすると、その膜厚は二十数μｍレベルが限界となる。このため、α粒子を完全に遮蔽することは困難である。
【０１３８】
また、本実施の形態では、第２パッシベーション膜２３を、感光性を有する樹脂から構成するとしている。しかしながら、これに限らず、第２パッシベーション膜２３としては、ハンダバンプ３２のサイズを制限可能で、α粒子を遮蔽できる材料であれば、どのような材料でも使用できる。
【０１３９】
なお、ハンダバンプ３２のサイズを制限する（溶融したハンダ材料がアンダーバンプメタル１２から流れ出ないようにする（アンダーバンプメタル１２の側面を伝わらないようにする））ためには、アンダーバンプメタル１２の表面を薬液か反応性ガスにより表面処理する方法、感光性レジスト等によりアンダーバンプメタル１２をコートする方法等がある。
しかしながら、本半導体装置のように、α粒子の遮蔽効果と半導体チップ１を物理的、化学的ダメージから保護するために、永久保護膜となりえる安定な材料（物質）からなる、第２パッシベーション膜２３を用いることが好ましい。
また、第２パッシベーション膜２３の材料としては、上記したポリベンゾオキサゾールの他に、ポリイミド、エポキシ、カルド樹脂等を用いることが可能である。
【０１４０】
また、アンダーバンプメタル１２に接するパッシベーション膜３・２３は、伸縮性を有していることが好ましい。
すなわち、通常、パッシベーション膜３・２３とアンダーバンプメタル１２とは、異なる材料から構成されるため、これらの線膨張係数は異なる。
従って、本半導体装置の製造工程（製造プロセス）、実装工程、使用環境の変化等による温度変化によって、パッシベーション膜３・２３は、アンダーバンプメタル１２との界面で応力を受けることになる。
【０１４１】
従って、応力に対して脆い材料から構成すると、パッシベーション膜３・２３に損傷（亀裂など）が生じてしまい、本半導体装置の信頼性が著しく劣化する可能性がある。このため、パッシベーション膜３・２３の材料としては、アンダーバンプメタル１２の伸縮に対して順応できるように、伸縮性を有するものを用いることが好ましいといえる。
【０１４２】
なお、この「伸縮性」は、「引っ張り伸び率」で表せるものである。「引っ張り伸び率」とは、引っ張り試験によって測定されるものであり、引っ張られて破壊されるまでの伸びの比率を示すものである。
例えば、ＪＩＳ Ｋ７１２７「プラスチックフィルムおよびシートの引張試験方法」で定められている試験方法により、元の試験片の「標線間距離」に対する比率を以下の式で求めると「引っ張り伸び率」が算出される。
「引っ張り伸び率(％)」＝「引張破壊伸び」÷「標線間距離」×１００
なお、本実施の形態では、パッシベーション膜３が、１μｍのＢＰＳＧと、５μｍのポリイミド層とを含むとしている。
ここで、ＢＰＳＧ（Ｓｉ-Ｎ、Ｓｉ-Ｏ等）はガラス状の物質であるため、その引っ張り伸び率は、ほぼ０％である。また、ポリイミド系樹脂からなるポリイミド層の引っ張り伸び率は、１０％である。
【０１４３】
また、第２パッシベーション膜２３（アンダーバンプメタル１２上で７μｍ，第１パッシベーション膜３上で１０μｍ）を構成するポリベンゾオキサゾールの引っ張り伸び率は、４０％である。
【０１４４】
このように、本半導体装置では、パッシベーション膜３・２３の引っ張り伸び率を、半導体チップ１側から順に、ほぼ０％（ＢＰＳＧ）、１０％（ポリイミド樹脂）、４０％（ポリベンゾオキサゾール）としている（引っ張り伸び率を傾斜させている）。
【０１４５】
ここで、パッシベーション膜３・２３の引っ張り伸び率が均一な場合、ハンダバンプ３２からの剪断応力が、半導体チップ１と第１パッシベーション膜３との界面に直接伝わることになる。
また、パッシベーション膜３・２３内に、引っ張り伸び率の急激に変化する界面のある場合、その界面に応力が集中してしまう。このため、その界面での亀裂・剥離などが生じやすくなる。
【０１４６】
従って、本半導体装置では、上記したように、第１パッシベーション膜３における半導体チップ１に接触する面については、応力に対して順応しにくい（引っ張り伸び率の小さい）材料を用いる一方、最上面となる第２パッシベーション膜２３については、応力に順応しやすい（引っ張り伸び率の大きい）材料を用いている。そして、その中間には、中程度の引っ張り伸び率を有する材料を配置している。
すなわち、本半導体装置では、３層の引っ張り伸び率を、ハンダバンプ３２に近づくにつれて、だんだんと上げるように設計されている。
【０１４７】
これにより、本半導体装置では、実装部材からの熱によってハンダバンプ３２が膨張・収縮し、剪断応力を受けた場合においても、パッシベーション膜３・２３の亀裂・剥離を防げるとともに、半導体チップ１への応力伝達を低減できるようになっている。このため、本半導体装置では、応力による電気特性の変動を抑えられる。
【０１４８】
また、アンダーバンプメタル１２の構成材料としてＣｕを用いる場合、アンダーバンプメタル１２の表面または側面において、Ｃｕが第２パッシベーション膜２３と接触する。ここで、ポリイミド樹脂は、硬化時にＣｕを取り込むと脆化する性質がある。従って、第２パッシベーション膜２３の材料としては、Ｃｕと接触しても脆化することのない、ポリベンゾオキサゾールを用いることが好ましい。
【０１４９】
また、本実施の形態では、アンダーバンプメタル１２の形成前に、下地層１１上に、Ｃｕからなるシード層を形成するとしている。ここで、シード層の材料は、アンダーバンプメタル１２の材料（電解メッキの材料）に応じて、種々変更することが好ましい。
また、シード層の厚さとしては、０．０５μｍ以上とすることが好ましい。ここで、シード層を厚くすれば、アンダーバンプメタル１２（電解メッキ層）の均一性を確保しやすい。しかしながら、シード層の形成時間を考慮すれば、その厚さはせいぜい１μｍまででよい。
【０１５０】
また、本実施の形態では、下地層１１を、０．０５〜１μｍの膜厚のＴｉまたはＴｉ-Ｗから構成するとしている。この下地層１１は、アンダーバンプメタル１２と電極パッドメタル２との間のバリア効果を得るためのものである。なお、この下地層１１の厚さを０．０５μｍとすれば、十分なバリア効果を確保できる。また、下地層１１を１μｍまで厚く形成した場合においても、応力による剥離は発生しない。
【０１５１】
ここで、下地層１１の材料として、Ｃｒを用いてもよい。しかしながら、ウエット処理でＣｒをエッチングすると、電極パッドメタル２をなすＡｌを腐食させてしまうという課題が残る。
【０１５２】
また、本実施の形態では、アンダーバンプメタル１２を、電界メッキ法で形成するとしている。しかしながら、これに限らず、アンダーバンプメタル１２については、スパッタリングまたは蒸着法にエッチングまたはリフトオフを組み合わせる方法によっても形成可能である。
【０１５３】
また、本実施の形態では、本半導体装置が、実装基板にフリップチップ接続されるとしている。しかしながら、これに限らず、本半導体装置については、実装基板に対してどのように接続してもよい（半導体チップ１に対して、どの位置にハンダバンプ３２を形成してもよい）。
【０１５４】
また、本実施の形態では、本半導体装置を、コンデンサを有する半導体チップ１を備え、電子機器に実装されて使用されるとしている。しかしながら、本半導体装置に、コンデンサを備えていない半導体チップ１を備えるようにしてもよい。ただし、本半導体装置は、半導体チップ１に対するα粒子の影響を回避できるため、α粒子の影響を受けやすいコンデンサを半導体チップ１が備えている場合に特に有効である。
【０１５５】
また、本半導体装置における第２パッシベーション膜２３については、できるだけ安定な材料で構成することが好ましい。すなわち、含有する溶剤を揮発させて固めるタイプの材料（一般的な感光性レジストなど）よりも、反応して硬化するような安定な材料を用いることが好ましい。これにより、第２パッシベーション膜２３によって、本半導体装置（半導体チップ１）を物理的・化学的ダメージから確実に保護できる。
【０１５６】
また、本実施の形態では、第２パッシベーション膜２３の表面部分における開口部Ｋの形状が楕円であり、第２パッシベーション膜２３の表面からアンダーバンプメタル１２への表面にかけてほぼ擂鉢状に細くなるとしている。
しかしながら、これに限らず、開口部Ｋについては、第２パッシベーション膜２３の表面からアンダーバンプメタル１２の表面にかけて太くなる形状（逆テーパ形状）としてもよい。
【０１５７】
また、本実施の形態では、第２パッシベーション膜２３の表面部分における開口部Ｋの形状については、楕円に限らず、長方形や台形などの多角形や、より歪んだ形状など、どのような形状としてもよい。
開口部Ｋがどのような形状であっても、その最小寸法をｄとし、ハンダバンプ３２の高さをｈとしたとき、ｈ＞ｄ／２が満たされていることが好ましい。この場合、「ハンダバンプ３２を開口部Ｋ上に投影したときに、バンプ３２全体が、開口部Ｋからはみ出る」こととなる。従って、ハンダバンプの形成領域（バンプ制限部の開口部）のサイズの等しい従来の装置に比して、ハンダバンプ３２を高く形成できる。
なお、ここで、開口部Ｋの最小寸法とは、「開口部Ｋにおける２つのエッジ（表面上の端部）を繋ぐとともに、開口部Ｋの中心（表面での中心）を通る線分の長さ」のうちの最小のものである。
【０１５８】
また、第１パッシベーション膜３の開口部についても、どのような形状としてもよい。また、第１パッシベーション膜３の開口部と第２パッシベーション膜２３の開口部Ｋとの形状を、互いに異ならせてもよい（例えば、前者を長方形とする一方、後者を楕円形とするなど）。
【０１５９】
また、特許文献１では、ボール制限メタラジ（アンダーバンプメタルに相当）は、ハンダバンプ制限部（この文献１ではハンダバンプを完全に制限しているわけではない。ボール制限メタラジの側面を伝わって半導体チップの素子面に流れ出てしまう）の寸法と同じである。従って、ハンダバンプから放出されるα粒子は、ボール制限メタラジで遮蔽することは困難である。また、この文献の技術では、ボール制限メタラジによってα粒子を遮蔽することは考えられていないといえる。
【０１６０】
また、本実施の形態では、第２パッシベーション膜２３からの高さｈが、開口部Ｋの短径ｄの２分の１よりも大きな値となっている。すなわち、上記の（４）式が成立するとしている。しかしながら、これに限らず、この高さｈが、『ｈ＞（ｄ＋ｄ’）／４』を満たすように設定してもよい。
【０１６１】
また、本発明の半導体装置を、従来の半導体装置（コンデンサを内蔵した半導体チップの素子面上にハンダバンプを形成し、そのハンダバンプを介して基板実装するタイプ）において、ハンダバンプ形状を『ｈ＞（ｄ＋ｄ’）／４』とした上でアンダーバンプメタルのサイズをハンダバンプの最大平面寸法よりも大きく形成したものである、と表現することもできる。
【０１６２】
また、「コンデンサを内蔵した半導体チップ上にハンダバンプを形成し、そのハンダバンプを介して基板実装するタイプ」以外の従来の半導体装置では、素子面とハンダバンプの距離や、素子面と実装基板の距離が離れている。このため、α粒子の存在は大きな問題とならない。
【０１６３】
また、本実施形態では、バンプ制限部として、パッシベーション膜２３を用いるとしている。しかしながら、これに限らず、アンダーバンプメタル表面にアンダーバンプメタル材料と異なる層を設けることで、ハンダバンプ制限部を形成できる。また、(1)ハンダバンプと馴染みやすい金属層（例えば金）をハンダバンプ形成領域に設ける、(2)ハンダバンプ周辺にハンダバンプと馴染みにくい金属層を設ける、(3)ハンダバンプ周辺を酸化させて酸化膜を設ける、(4)ハンダバンプ形成後に除去可能なレジストを設ける、といったことでも、バンプ制限部を形成できる。
【０１６４】
また、本実施の形態では、ハンダバンプ３２の最大平面寸法が、第２のパッシベーション膜２３の開口部Ｋよりも大きいとしている。ここで、ハンダバンプ３２の高さを従来通りとし、開口部Ｋのサイズを小さくしても、温度サイクル性を向上できる。この場合も『ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ』を形成したことになる（この構成では、実装基板４２からのα粒子の影響の程度は、高さが変わらないため、従来と同様となる）。
【０１６５】
ここで、開口部Ｋを実装基板４２のランド４３よりも小さくすると、本半導体装置のバンプ接合部に応力が集中し、かえって破断しやすくなることがある。このため、開口部Ｋのサイズについては、実装基板４２のランド４３と同程度とすることが理想的である。また、実装基板４２のデザインは、本半導体装置を使用するセットメーカー等のユーザーが決定する項目でるため、開口部Ｋを異常に小さくすることは適切ではないといえる。
【０１６６】
従って、開口部Ｋについては、ある程度、常識の範囲内の寸法とし、あとはハンダバンプ３２を高く形成することが重要であるといえる。このときに好ましい構成が、『開口部Ｋよりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ』を形成することである。
【０１６７】
また、本発明は、コンデンサを内蔵する半導体チップをフリップチップ接続により実装する半導体装置において、コンデンサを安定して機能させ、電気的な信頼性を確保すると共に物理的、化学的ダメージから信頼性を確保する半導体装置およびその実装構造に関するともいえる。
【０１６８】
また、従来の半導体装置、例えば、ＳＯＰ、ＱＦＰ、ＴＳＯＰ等は半導体チップのサイズに対して、十分に大きな外形寸法であり、半導体チップの素子面に対して水平方向に隔てた位置に外部接続端子が設けられている。一方、半導体チップにはコンデンサを内蔵するものがあり、コンデンサに電荷蓄積を行うことによって、記憶機能、昇圧機能、ノイズフィルター機能、信号のタイミング調整機能等を有するものがある。従来の半導体装置に封止した場合において、コンデンサを内蔵する半導体チップは外部接続端子のハンダから放出されるα粒子の影響をほとんど受けなかった。ところが、近年では電子機器の小型化にともなって、半導体チップそのものをフェイスダウンで実装するフリップチップ接続が注目されてきている。特にハンダ実装の場合において、コンデンサを内蔵する半導体チップはα粒子の影響を大いに受ける可能性がある。
【０１６９】
しかしながら、従来の半導体装置においては、以下の課題をもつ。すなわち、鉛フリーハンダを用いているが、それでもα粒子はわずかながら放出される。そのため、微少な電荷を蓄積して機能するコンデンサを内蔵する半導体チップでは、記憶機能、昇圧機能、ノイズフィルター機能、電気信号のタイミング調整機能等を果たせないことがある。また、ハンダをマスクとして不要なアンダーバンプメタル部分をエッチングするため、ハンダバンプが少なくともアンダーバンプメタルの端まで存在することになる。この場合、コンデンサがアンダーバンプメタルの直下のみに存在するとすれば、ハンダから放出するα粒子が、アンダーバンプメタルでわずかながら遮蔽され、コンデンサを内蔵する半導体チップが正常に機能する可能性がある。しかしながら、従来の半導体装置ではアンダーバンプメタルの厚さが最大でも５μｍ強であるため、完全な遮蔽は難しい。また、エッチングによってアンダーバンプメタルを形成するため、通常１μｍ以下が妥当である。この場合はなおさら、α粒子の遮蔽効果は期待できない。ハンダバンプの接続領域外にコンデンサが存在する場合は、アンダーバンプメタルがハンダバンプの接続領域のみに存在するためα粒子の遮蔽はパッシベーション膜に頼らざるを得ない。しかしながら、パッシベーション膜は通常、０．５〜１μｍ程度であるため、遮蔽効果はあまり期待できない。
【０１７０】
また、リフロー処理によりハンダバンプを形成するため、ハンダは一度溶融状態になり、ハンダバンプが馴染みやすいアンダーバンプメタルの側面を伝って、半導体チップの表面に達することがある。この場合、アンダーバンプメタルによる遮蔽効果はまったく期待できない。従来の半導体装置において、アンダーバンプメタルの側面を、溶融したハンダが伝わりにくくするためには、ハンダバンプ形成部がハンダバンプの最大平面寸法となるような形状、すなわち、お椀を裏返したような形状にする必要がある。この場合は、ハンダ量を少なくする必要があるため、バンプの高さが低くなる。このため、半導体装置と実装基板の距離が近くなる。そのため、ウランやトリウム等を含有するセラミック製等の実装基板はα粒子を放出するので、コンデンサを内蔵する半導体装置はα粒子の影響を受けやすくなる。また、ガラエポ基板等の線膨張係数が半導体チップに比べてかなり大きな実装基板では、バンプの高さが低いと、実装時、または実装後の温度変化の影響で、ハンダバンプへの応力が集中しやすく、ハンダまたはその接続部（ハンダバンプ制限部）の破断が生じやすい。
【０１７１】
また、図１に示した第２パッシベーション膜２３について、以下のように述べることもできる。すなわち、第２パッシベーション膜２３はアンダーバンプメタル１２のハンダバンプ接続領域に開口部を設け、ハンダバンプ３２はアンダーバンプメタル１２の中央部となる第２パッシベーション膜２３の開口部のみに接続されており、ハンダバンプ制限部よりもハンダバンプ３２の最大平面寸法Ｄ’が大きく形成されている。第２パッシベーション膜２３は、α粒子の遮蔽効果をより確実なものとするとともに、ハンダバンプ３２がリフロー炉等で溶融し、形成される際にアンダーバンプメタル１２の周辺部、さらに周辺部から側面を伝って流れ出さないようにする役目を果たす。
【０１７２】
また、本半導体装置では、ハンダバンプの最大平面寸法よりもアンダーバンプメタルの平面寸法を同等以上に大きく形成することが好ましい。これはハンダバンプ３２から放出されるα粒子が半導体チップに影響を与えないようにするためである。
【０１７３】
また、本実施の形態では、パッシベーション膜３としては無機材料であるＢＰＳＧ（ボロンとリンがドープされたシリケードガラス。ガラス状の物質であるため引っ張り伸び率は略０％）を１μｍ厚で形成し、さらに引っ張り伸び率１０％のポリイミド系樹脂を５μｍ形成しており、アンダーバンプメタル１２の一部を覆うように引っ張り伸び率４０％のポリベンゾオキサゾールを７μｍ（アンダーバンプメタル１２上）の厚さで形成（下地ポリイミド上で１０μｍ程度）した。ここで、アンダーバンプメタル１２の構成材料としてＣｕを用いた場合、Ｃｕがアンダーバンプメタルの表面または側面において、後で形成するパッシベーション膜２３と接触するため、ポリベンゾオキサゾールがよい。ポリイミドは通常、高い引っ張り伸び率を示すが、硬化時にＣｕを取り込んで脆化するためであり、エポキシ系などはもともと高い引っ張り伸び率を示さないためである。また、引っ張り伸び率は、半導体チップ側から順に、無機材料であるＢＰＳＧ、Ｓｉ-Ｎ、Ｓｉ-Ｏ等で略０％、ポリイミド樹脂で１０％、ポリベンゾオキサゾールで４０％と特性を傾斜させた構成とした。このことにより、外部接続端子であるハンダバンプ３２が実装基板の熱による膨張や収縮のせん断応力を受けた場合においても、パッシベーション膜の伸縮性が亀裂、剥離を防ぎ、さらに半導体チップ１への応力を低減することができるため、電気特性の変動を抑えることができる。例えば３層とも引っ張り伸び率が同じであった場合、ハンダバンプ３２からのせん断応力は、半導体チップ１との界面に直接伝わることになる。急激な材料特性の変化がある界面においては、応力が集中することはいうまでもなく、その界面での剥離なども生じやすくなる。このように半導体チップ１の接触面は応力に対して順応しにくい材料を形成し、その上面には順に、応力に順応しやすい材料とする必要がある。
【０１７４】
また、ハンダバンプ３２はα粒子のカウント数が０.１ｃｐｈ/ｃｍ２以下である鉛フリーハンダを用いた。鉛を含有させないことで、トリウム、ウラン等のα粒子の放射性不純物を少なくすることができる。また、鉛フリーハンダにおいても、トリウム、ウラン等のα粒子の放射性不純物をわずかながら含有しており、採取された鉱山などに左右されるため、確実にα粒子の影響を防ぐためには、α粒子の放射カウント数が低い値を示す材料を用いるとよい。α粒子のカウント数が０.１ｃｐｈ/ｃｍ２以下のハンダを使用した場合、コンデンサを内蔵する半導体チップ１において誤動作の発生はなかった。
【０１７５】
また、図６の構成に関し、ハンダバンプ３２の最大平面寸法で規定される範囲において、半導体チップ表面の全域に第１パッシベーション膜３が存在するバンプ構造にすることも有効である。ハンダバンプ３２を基準に、半導体チップ１側を下とした場合、ハンダバンプ３２の下に、アンダーバンプメタル１２と電極パッドメタル２のみが存在する場合よりも、ハンダバンプ３２の下に、アンダーバンプメタル１２と第１パッシベーション膜３が存在した方がα粒子の遮蔽効果が期待できるからである。その理由として、電極パッドメタル２はウエハプロセス上、１μｍ程度とあまり厚く形成できないが、第１パッシベーション膜３が電極パッドメタル２と同等以上のα粒子の遮蔽効果を得るには３μｍの厚さで良く、断然有利といえる。それはポジ型の感光性樹脂を用いた場合でも２０μｍ程度が可能であるからである。電気的な接続は電極パッドメタル２の直上にハンダバンプ３２を設けないで、位置をずらした構造とし、アンダーバンプメタル１２で両者間の電気的な接続が可能となるように第１パッシベーション膜３上を延在させるとよい。また、このような構造により、電極パッドメタル２の位置にとらわれることなく、外部接続端子であるハンダバンプ３２は所望の位置に設けることができるので、半導体装置全体を有効に活用できるため、端子数の制限が緩和され、各々のハンダバンプ３２の間隔を均等に配置することも可能となり、極端にピッチの狭い設計を余儀なくされることも減少するため、基板実装時のショートの危険性を回避できる。
【０１７６】
また、本半導体装置の製造について、以下のように述べることもできる。コンデンサを内蔵した半導体チップ１は電極パッドメタル２を有しており、電極パッドメタル２部で開口部を有するパッシベーション膜３を形成する。パッシベーション膜３は通常、無機材料のみの場合と、無機材料と有機材料の２層で形成される場合がある。本実施の形態１ではα粒子の遮蔽を目的としているため、無機であるＢＰＳＧを１μｍ厚で形成し、さらにポリイミド樹脂を５μｍの厚さで形成した（図３（ａ））。アンダーバンプメタル１２の形成には、スパッタリングまたは蒸着法にエッチングまたはリフトオフを組み合わせる方法もあるが、ここでは短時間で厚く形成できる電解メッキ方法を用いる。ここで、電解メッキ法でアンダーバンプメタルを形成する前に、アンダーバンプメタル１２と電極パッドメタル２との間の拡散防止効果と密着性確保、パッシベーション膜３との密着性確保のため、ＴｉまたはＴｉ-Ｗのバリアメタルをスパッタリング法で０.０５〜１μｍ形成し、電解メッキのためのシード層となるＣｕを０.０５〜１μｍ形成した。このシード層は電解メッキの材料によって種々変更すると良いが、本実施の形態ではＣｕメッキである場合を例とした。アンダーバンプメタル１２と電極パッドメタル２の間のバリア効果はＴｉまたはＴｉ-Ｗが０.０５μｍの厚さで確保されており、１μｍまで厚く形成した場合においても、応力による剥離は発生しない。ここで、バリアメタルはＣｒでも良いが、ウエット処理でＣｒをエッチングする場合においてはＡｌを腐食させてしまう課題が残る。シード層は０.０５μｍにおいて電解メッキＣｕは形成される。シード層の厚さが厚くなれば電解メッキ層は均一に形成しやすいが、時間との兼ね合いでせいぜい１μｍまででよい（図３（ｂ））。
【０１７７】
また、半導体装置には種々のタイプがある。すなわち、半導体チップにパッシベーション膜や電極パッドメタル，ハンダバンプなどを形成し、基板に実装できる形態となっているものは半導体装置といえるが、半導体装置は、半導体チップにパッシベーション膜や電極パッドメタル，ハンダバンプなどを形成し、基板に実装できる形態となっているものだけではない。
【０１７８】
また、一般に、半導体チップの素子面に対して水平方向に隔てた位置にある外部接続端子を備えている半導体装置の素子面は実装基板に対向しないものがほとんどであるが、対向するものも考えられる（一概にはいえない）。外部接続端子にハンダが使われているものはそこにα粒子を放射する元素を含んでいるため、ＳＯＰ,ＱＦＰ，ＴＳＯＰ等のように外部接続端子が半導体チップの脇にある場合は影響が少ないが、素子面上に外部接続端子を形成する場合は影響を受けやすい。その理由は以下のとおりである。外部接続端子が脇にあるタイプ（ＳＯＰ,ＱＦＰ，ＴＳＯＰ等）では、半導体チップの素子部と外部接続端子の距離がｍｍの単位であるが、半導体チップの素子面上に外部接続端子を形成するタイプ（特開平９−１８１１２５号公報等）ではμｍ単位となる。途中に介在する物質の吸収がないと仮定した場合、放射線の強度は距離の２乗に反比例するため、前者と後者とでは影響度が全く異なってくる（コンデンサの容量が同じ場合）。実際は途中に介在する物質（空気も含む）の吸収もあるのでさらに影響度が異なる。
【０１７９】
また、図２（ａ）（ｂ）に関し、ｈ＞ｄ／２が成り立つことの理由を以下に示す。この式は、「ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ」を言い換えたものである。厳密には、ハンダやアンダーバンプメタルの種類や、重力、接触面の状態（汚れ、酸化度合い等）によって左右されるが、簡易的に、ハンダバンプが半球状となる場合はｄ＝ｄ’＝ｈが成り立つと考えられる。そこで、「ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ」を形成するためにはｈが半径（ｄ／２＝ｄ’／２）よりも大きく形成されなければならない。ところがｄ’をｄに比べて極端に大きくした場合、ｈはｄ’よりも大きくならない。実装基板の配線部分等の長細い部分にハンダが流れた場合、その長さが長くてもハンダの高さは、長さほど高くならない。
【０１８０】
また、最大平面寸法とはバンプを平面方向にカット(スライス)した場合の最大となる平面における寸法である。従って、図２（ａ）（ｂ）に示したＤもＤ’もハンダバンプの最大平面の寸法であるが、Ｄ’は最大平面の最大寸法であり、Ｄは最大平面の最小寸法である。
【０１８１】
また、バンプの高さを変化させないでバンプ制限部のサイズを小さくした場合においても温度サイクル性は向上し、この場合も『ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ』を形成したことになる。しかしながら実装基板からのα粒子の影響の程度は高さが変わらないため同様となる。ただし、ハンダバンプ制限部の寸法を小さくすればするほど良いかというと実装基板のランドサイズよりも小さくなると半導体装置側のバンプ接合部に応力が集中し、かえって破断しやすくなることがあるので、理想的には実装基板のランドサイズと同じ程度がよい。実装基板のデザインは半導体装置を使用するセットメーカー等のユーザーが決定する項目であるため、ハンダバンプ制限部を異常に小さくすることは適切ではない。したがって、ハンダバンプ制限部はある程度、常識の範囲内の寸法とし、あとはハンダバンプの高さを高く形成することが重要である。このときに好ましい構成が『ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプ』を形成することである。
【０１８２】
ハンダバンプ制限部の形状（パッシベーション膜２３の開口部の形状）が、円形以外の「楕円，長方形，台形やさらに歪な形状」である場合、ハンダバンプの形状は球形にならない可能性がある。しかしながら、いずれにしても、バンプの高さを高くするには『ハンダバンプ制限部よりも大きな最大平面寸法（最大平面の最小寸法）を有するハンダバンプ』を形成することが好ましい。
【０１８３】
また、α粒子は放射されると空気中では数センチ程度飛ぶことができるが、物体が存在すると、物体の表面付近で遮蔽されることが知られており、例えばポリイミド等のパッシベーション膜で３０μｍ程度の薄膜で遮蔽することができる。Ｃｕ、Ｎｉ等のメタルでは、ポリイミド等のパッシベーション膜の３倍程度の遮蔽効果があるため、１０μｍ程度の薄膜で遮蔽される。また、外部接続端子としてのハンダバンプは、高さを高くした方が、基板実装後、使用環境等の温度変化に対するハンダ接続部（ハンダバンプ制限部）の耐性が向上する。
【０１８４】
ところが、ハンダバンプの高さを高く形成しようとすると、液相線以上で形成するため、自重により、最大平面寸法がハンダバンプ制限部よりも大きく形成される。また、基板実装時においては、さらに最大平面寸法が拡大し、ハンダバンプ制限部との差はより大きくなる。このように、高さの高いハンダバンプを形成した場合、従来の半導体装置ではアンダーバンプメタルの端までハンダバンプが接続されているので、ハンダバンプの最大平面寸法はハンダバンプ制限部の領域よりはみ出した構造となる。この場合、アンダーバンプメタルからはみ出したハンダから放出されたα粒子を遮蔽しうるものは、厚さ０.５〜１μｍ程度のパッシベーション膜のみとなり、コンデンサを内蔵する半導体チップは正常に機能しないことがある。
【０１８５】
そこで、コンデンサを内蔵する半導体装置において、α粒子の影響を受けない高品質の半導体装置を提供するため、以下の第１〜第２１半導体装置および第１実装構造のような手段を講じてもよい。
すなわち、第１半導体装置は、コンデンサを内蔵する半導体チップの素子面に電極パッドと、電極パッド部に開口部を有するパッシベーション膜を有し、電極パッドに接続され、ハンダバンプを形成するアンダーバンプメタルを有するフリップチップ接続用半導体装置において、ハンダバンプ制限部（ハンダバンプがアンダーバンプメタルの周辺部、さらには周辺部から側面を伝って流れ出さないようにする制限部）よりも大きな最大平面寸法を有するハンダバンプを、アンダーバンプメタルの中央部に設けた構成である。これにより、ハンダバンプおよび実装基板等からのα粒子を遮蔽することができる。さらには、実装後、使用環境等による熱変化が生じた場合において、応力を分散することができるため、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、実装信頼性の高いコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１８６】
第２半導体装置は、第１半導体装置において、バンプの高さをｈ、ハンダバンプ制限部の短径をｄ、長径をｄ’としたとき、ｈ＞ｄ／２を満たすハンダバンプを形成した構成である。これにより、実装基板等からのα粒子を遮蔽することができる。さらには、実装後、使用環境等による熱変化が生じた場合において、応力を分散することができるため、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、実装信頼性の高いコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１８７】
第３半導体装置は、第１あるいは第２半導体装置において、ハンダバンプの最大平面寸法よりもアンダーバンプメタルの平面寸法を同等以上に大きく形成した構成である。これにより、ハンダバンプからのα粒子を遮蔽することができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、コンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
第４半導体装置は、第１〜３半導体装置のいずれかにおいて、パッシベーション膜の厚さｔ１、アンダーバンプメタルとアンダーバンプメタルの下地の厚さの合計をｔ２とした場合、３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２を満たすｔ１とｔ２の組み合わせである構成である。これにより、電極パッド以外の領域において、ハンダバンプからのα粒子を遮蔽することができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、コンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１８８】
第５半導体装置は、請求項１〜４半導体装置のいずれかにおいて、電極パッドのメタルの厚さをｔ３とした場合、３０μｍ≦３（ｔ２＋ｔ３）を満たすｔ２とｔ３の組み合わせである構成である。これにより、電極パッド領域において、ハンダバンプからのα粒子を遮蔽することができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、コンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１８９】
第６半導体装置は、請求項１〜５半導体装置のいずれかにおいて、パッシベーション膜の厚さｔ１、アンダーバンプメタルとアンダーバンプメタルの下地の厚さの合計をｔ２とした場合、３０μｍ≦ｔ１＋３ｔ２を満たし、電極パッドのメタルの厚さをｔ３とした場合、３０μｍ≦３（ｔ２＋ｔ３）を満たすｔ１、ｔ２、ｔ３の組み合わせである構成である。これにより、電極パッド領域と電極パッド以外の領域において、ハンダバンプからのα粒子を遮蔽することができる。したがって、α粒子の影響で誤動作のない、コンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９０】
第７半導体装置は、請求項１〜６半導体装置のいずれかにおいて、ハンダバンプの最大平面寸法の範囲で規定される半導体チップ表面の全域にパッシベーション膜が存在するバンプ構造を有する構成である。これにより、ハンダバンプからのα粒子の遮蔽効果が向上させることができる。また、電極パッドメタルの位置にとらわれることなく、外部接続端子であるハンダバンプを所望の位置に設けることができるので、ハンダバンプ形成に半導体装置全体を活用でき、端子数の制限が緩和される。また、各々のハンダバンプ３２の間隔を均等に配置することも可能となり、基板実装時のショートの危険性を回避できる。したがって、よりいっそう、α粒子の影響で誤動作がなく、端子数の制限が緩和され、実装性が向上したコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９１】
第８半導体装置は、請求項１〜７半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルの下地にＴｉまたはＴｉ−Ｗを構成され、アンダーバンプメタルはＣｕを含んだ材料から構成され、ＴｉまたはＴｉ−Ｗ、Ｃｕと順に形成されている構成である。これにより、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとのバリア性に優れ、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとの密着性に優れ、パッシベーション膜との密着性に優れ、電気伝導度が高く、ハンダバンプとの密着性に優れ、バリアメタルのエッチング液による電極パッドメタルの腐食がないため、高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９２】
第９半導体装置は、第８半導体装置において、アンダーバンプメタルの下地はＴｉまたはＴｉ−Ｗを０.０５〜１μｍの厚さとした構成である。これにより、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとのバリア性に優れ、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとの密着性に優れ、パッシベーション膜との密着性に優れ、応力の影響によるバリアメタルが剥離しない高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９３】
第１０半導体装置は、請求項１〜９半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルの下地はＴｉまたはＴｉ−Ｗで構成され、アンダーバンプメタルはＣｕ、Ａｕを含んだ材料から構成され、ＴｉまたはＴｉ−Ｗ、Ｃｕ、Ａｕと順に形成されている構成である。これにより、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとのバリア性に優れ、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとの密着性に優れ、パッシベーション膜との密着性に優れ、電気伝導度が高く、Ｃｕの酸化による影響がないため、ハンダバンプとの密着性に、よりいっそう優れ、バリアメタルのエッチング液による電極パッドメタルの腐食がないため、高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９４】
第１１半導体装置は、請求項１〜１０半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルの下地はＴｉまたはＴｉ−Ｗで構成され、アンダーバンプメタルはＣｕ、Ｎｉ、Ａｕを含んだ材料から構成され、ＴｉまたはＴｉ−Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕと順に形成されている構成である。これにより、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとのバリア性に優れ、電極パッドメタルとアンダーバンプメタルとの密着性に優れ、パッシベーション膜との密着性に優れ、電気伝導度が高く、Ｃｕの酸化による影響がないため、ハンダバンプとの密着性に、よりいっそう優れ、ＮｉがハンダバンプとＣｕの間のバリア効果を有するため高温環境下での使用においても接続信頼性に優れ、バリアメタルのエッチング液による電極パッドメタルの腐食がないため、高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９５】
第１２半導体装置は、第１１半導体装置において、アンダーバンプメタルを構成するＮｉの厚さを１〜６μｍにした構成である。これにより、ＮｉがハンダバンプとＣｕの間のバリア効果を有するため高温環境下での使用においても接続信頼性に優れ、応力の影響で下地と剥離しないため、高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９６】
第１３半導体装置は、請求項１０〜１２半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルを構成するＡｕの厚さを０.００３〜１μｍとした構成である。これにより、ハンダバンプの濡れが良好で、脆弱な合金層を形成しないため、高信頼性のコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９７】
第１４半導体装置は、請求項１〜１３半導体装置のいずれかにおいて、上記アンダーバンプメタルの上にさらに第２のパッシベーション膜を設けた構成である。これにより、ハンダバンプおよび実装基板等からのα粒子を確実に遮蔽することができるとともに、ハンダバンプがリフロー炉等で溶融し、形成される際にアンダーバンプメタルの周辺部、さらに周辺部から側面を伝って流れ出さないようにする役目を果たす。さらには、外部からの物理的、化学的ダメージからの保護をより確実なものとすることができる。したがって、よりいっそう、α粒子の影響で誤動作のない、信頼性の高いコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９８】
第１５半導体装置は、請求項１〜１４半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルに接するパッシベーション膜は伸縮性を有する構成である。これにより、製造プロセス、実装時、使用環境等での熱変化に対して、アンダーバンプメタルに接するパッシベーション膜に亀裂や剥離が生じない。したがって、信頼性の高いコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０１９９】
第１６半導体装置は、第１５半導体装置において、上記アンダーバンプメタルに接するパッシベーション膜は伸び率１０％以上を有する構成である。これにより、よりいっそう、使用環境等での激しい熱変化に対して、アンダーバンプメタルに接するパッシベーション膜に亀裂や剥離が生じない。したがって、さらに信頼性が向上したコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０２００】
第１７半導体装置は、請求項１〜１６半導体装置のいずれかにおいて、複数層存在するパッシベーション膜材料の伸び率が半導体チップから実装面に向けて順に大きくした構成である。これにより、使用環境等での激しい熱変化に対して、アンダーバンプメタルに接するパッシベーション膜に亀裂や剥離が生じない。また、実装後のハンダバンプに加わる熱変化からの応力に対して、伸び率の高いパッシベーション膜は順応するため、剥離、亀裂が生じることを防ぎ、半導体チップに接するパッシベーション膜は順応しないため、ストレスによる電気特性の変化を生じない。したがって、さらに信頼性が向上したコンデンサ内蔵の半導体チップを搭載した半導体装置を得ることができる。
【０２０１】
第１８半導体装置は、請求項１〜１７半導体装置のいずれかにおいて、外部接続端子としてのハンダバンプは鉛フリーハンダである構成である。これにより、α粒子の放射性不純物が低減されるため、α粒子によるコンデンサ内蔵の半導体チップの誤動作を抑制することができる。
【０２０２】
第１９半導体装置は、請求項１〜１８半導体装置のいずれかにおいて、外部接続端子としてのハンダバンプはα粒子のカウント数が０.１ｃｐｈ/ｃｍ２以下である構成である。これにより、α粒子の放射性不純物が規定されるため、α粒子によるコンデンサ内蔵の半導体チップの誤動作を確実に抑制することができる。
第２０半導体装置は、請求項１〜１９半導体装置のいずれかにおいて、実装基板への接合時において、ハンダバンプはハンダバンプとアンダーバンプメタルとの接合部よりも大きな最大平面寸法を有し、アンダーバンプメタルの平面寸法は、実装後のハンダバンプの最大平面寸法と同等以上となるようにした構成である。これにより、実装状態でのハンダバンプからのα粒子をよりいっそう遮蔽することができるので、コンデンサ内蔵の半導体チップの誤動作をさらに抑制することができる。
【０２０３】
第２１半導体装置は、請求項１〜２０半導体装置のいずれかにおいて、アンダーバンプメタルの平面寸法は、ハンダバンプ制限部の寸法よりも０.０６ｍｍ大きく形成されている構成である。これにより、実装状態でのハンダバンプからのα粒子をより確実に遮蔽することができるので、コンデンサ内蔵の半導体チップの誤動作をさらに抑制することができる。
第１実装構造は、実装された半導体装置と実装基板との間にα粒子遮蔽樹脂を充填した、第１〜第２１半導体装置を用いた実装構造である。実装基板からのα粒子と、ハンダバンプからのα粒子等を確実に遮蔽することができるので、コンデンサ内蔵の半導体チップの誤動作を確実に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明は、電子機器の実装基板に対してフリップチップ接続される半導体装置に好適に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の構成を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、図１に示した半導体装置における第２パッシベーション膜の開口部（およびハンダバンプ）のサイズを示す説明図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、図１に示した半導体装置に関する実装工程を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す説明図である。
【図７】鉛フリーハンダを用いた従来の半導体装置の構成を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、図７に示した半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【０２０６】
１    半導体チップ
２    電極パッドメタル（電極パッド）
３    第１パッシベーション膜
１１  下地層
１２  アンダーバンプメタル
２１  感光性レジスト
２３  第２パッシベーション膜（バンプ制限部）
３２  ハンダバンプ
４１  電子機器
４２  実装基板
４３  ランド
４４  ハンダペースト
４５  粒子遮蔽樹脂
Ｋ    第２パッシベーション膜の開口部
【図１】
2006294761.tif 000003
【図２】
2006294761.tif 000004
【図３】
2006294761.tif 000005
【図４】
2006294761.tif 000006
【図５】
2006294761.tif 000007
【図６】
2006294761.tif 000008
【図７】
2006294761.tif 000009
【図８】
2006294761.tif 000010