(57)【要約】【課題】  半田ボール等の外部接続端子の位置精度を高めるとともに、外部接続端子と電極パッドとの間の接続信頼性を高める。【解決手段】  半導体装置１００は、基板１１１と、基板１１１上に形成された電極パッド１１３及び絶縁層１１５と、電極パッド１１３に電気的に接続された半田ボール１４１とを含む。絶縁層１１５は、電極パッド１１３上に開口部１１５ａを有する。半導体装置１００は更に、絶縁層１１５の開口部１１５ａ内で電極パッド１１３に接合され、半田ボール１４１を受ける金属膜１６１を含む。金属膜１６１は、電極パッド１１３に接する底部１６１ａと、当該金属膜の外周部が底部１６１ａの縁部から突出した突出部１６１ｂとからなるカップ形状を有する。【選択図】  図４
2011044527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の面に形成された電極パッドと、
前記基板の前記第１の面上に形成され、前記電極パッド上に開口部を有する絶縁層と、
前記開口部内で前記電極パッドに接合された金属膜と、
前記金属膜に電気的に接続された外部接続端子と、
を有し、
前記金属膜は、前記電極パッドに接する底部と、当該金属膜の外周部が前記底部の縁部から突出する突出部とからなるカップ形状を有することを特徴とする
半導体装置。
【請求項２】
前記金属膜の前記底部の前記縁部は前記絶縁層上に位置す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】
前記電極パッドは前記金属膜との接合部に凹部又は凸部を有す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】
基板の第１の面に電極パッドを形成する工程と、
前記基板の前記第１の面上に、前記電極パッドを露出させる開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記電極パッドの表面に沿う底部と、前記底部の縁部から突出する突出部と、を有する金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に外部接続端子を形成する工程と、
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５】
前記金属膜を形成する工程は、
前記絶縁層の前記開口部を含む領域を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程と、
該開口部により露出された前記領域上、及び該開口部の側壁に、めっき金属膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を除去する工程と、
を有す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、突起状の外部接続端子を有する半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高機能化・小型化に伴い、半導体装置の外部接続端子の多数化・高密度化が進められている。多数且つ高密度の外部接続端子を有する半導体装置は、典型的に、装置表面に複数の突起状の外部接続端子を有する。そのような半導体装置には、例えば、フリップチップ実装用の複数のバンプを有する半導体素子や、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を用いたチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）及びマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）等がある。これらの半導体装置は、近年の自動車の電子制御の発達などに伴い、ますます多くの用途で使用されることが期待されている。
【０００３】
典型的なＢＧＡパッケージ型の半導体装置１０を図１に示す。図１（ａ）はＢＧＡパッケージ１０の全体を示す断面図、図１（ｂ）は１つの外部接続端子部分を拡大して示す断面図である。ＢＧＡパッケージ１０は、基板１１、該基板上に搭載された半導体素子２１、及び半導体素子２１を覆う封止樹脂３１を有する。基板１１は、その表面（半導体素子２１搭載面）に電極パッド１２を有し、該電極パッド１２は半導体素子２１に金属ワイヤ２２を介して電気的に接続されている。基板１１はまた、その裏面に多数の電極パッド１３を有し、各電極パッド１３に半田ボール４１が接合されている。基板１１は更に、表面の電極パッド１２と裏面の電極パッド１３とを電気的に接続するビア１４を有する。
【０００４】
半田ボール４１は、リフロー加熱による溶融接合により、対応する電極パッド１３に固定されている。リフロー時に半田ボール４１が電極パッド１３を超えて広がり、隣接する半田ボール４１と接触、すなわち、短絡することを阻止するため、基板１１の裏面にソルダーレジスト層１５が形成されている。図１（ｂ）に拡大して示すように、ソルダーレジスト層１５は、各電極パッド１３上に、電極パッド１３と半田ボール４１との接続領域を定める開口部１５ａを有する。また、半田ボール４１のリフローにより、半田ボール４１と電極パッド１３との接触部に、界面合金層４２が形成されている。例えば、ＢＧＡパッケージの電極パッドには、Ｎｉめっき及びＡｕめっきを施されたＣｕ膜が用いられ、半田ボールにはＳｎＰｂ系半田等の含鉛半田又は鉛フリー半田が用いられる。その場合、界面合金層４２はＳｎＮｉ合金を有する。
【０００５】
しかしながら、従来のＢＧＡパッケージ型の半導体装置１０には以下のような問題がある。
【０００６】
第１の問題点として、半田ボールの搭載性について図２を参照して説明する。一般的な半田ボール搭載工程において、Ｎｉめっき層１７及びＡｕめっき層１８が形成された、基板１１上の電極パッド１３にフラックス１９が塗布され、ボールマウンタ等で電極パッド１３上に半田ボール４１が設置される。そして、リフロー加熱により半田ボール４１が電極パッド１３に溶融接合される。ところが、従来のＢＧＡパッケージ１０の電極パッド構造では、半田ボール４１のガイドとなる段差が、ソルダーレジスト層１５の開口部１５ａによるソルダーレジスト厚さ分しかなく、リフロー炉内での振動や風により半田ボール４１が段差を超えて転がり得る。例えば、半田ボールの直径は５００μｍ、ソルダーレジスト層１５の厚さは２０〜３０μｍである。故に、半田ボール４１が、図２に示すように隣接する半田ボール４１に接触したり、パッケージから脱落したりして、ボールショートやボール欠落等の不具合が発生し、組立歩留りが低下する。
【０００７】
次に第２の問題点として、実装信頼性について図３を参照して説明する。ＢＧＡパッケージ１０は、リフロー加熱による半田ボール４１の溶融接合により、電子機器などの配線基板５１に電気的に接続される（図３（ａ））。なお、配線基板５１の表面にも、ＢＧＡパッケージ１０の半田ボール４１の位置に対応して、電極パッド５３及びソルダーレジスト層５５のパターンが形成されている。ＢＧＡパッケージ１０においては、ＢＧＡより変形が容易な金属リードを有するＳＯＰパッケージ等と比較して、周囲環境や使用時の熱サイクルによる温度変化及び構成材料間の熱膨張係数差によって反りが生じやすい（図３（ｂ））。この反りによる応力及び／又はその繰り返しによる金属疲労により、電極パッド１３、５３と半田ボール４１との接合部に、断線の原因となるクラック４４が生じ得る（図３（ｃ））。典型的に、ＢＧＡパッケージ１０の電極パッド１３と半田ボール４１との間の界面合金層４２は上述のようにＳｎＮｉ合金を有する。また、典型的に、回路基板５１の電極パッド５３は、Ｃｕ膜に直接フラックスが塗布されて半田ボール４１と接合されるため、半田ボール４１と電極パッド５３との間の界面合金層４３はＳｎＣｕ合金を有する。そのため、ＳｎＣｕ合金層４３より脆いＳｎＮｉ合金層４２側でクラック４４が発生する傾向にある。この問題は、特に、周囲環境の温度変化が大きく更なる信頼性向上が要求される車載用途において、金属リードを有しないＢＧＡパッケージ等の導入障壁となる。
【０００８】
これらの問題に鑑み、種々の電極パッド構造及びその製造方法が提案されている。例えば、半田バンプを位置的に精度良く形成するためのガイドとしてリング状の樹脂又は金属の突起を形成する技術が知られている。また、外部接続端子に埋め込まれて外部接続端子の接続強度を高めるように、電極パッド上に直接、リング状や円柱状の金属突起を形成する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３４９５３６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
既知の技術においては、リング状又は円柱状などの突起が電極パッドやその他の下地構造上に形成されるため、該突起と下地構造との接合面積が電極パッドの大きさに対してかなり小さいものとなる。半田ボール等の外部接続端子を突起により支持する構造では、外部接続端子の接合部に加わる応力が支持構造物に転嫁される結果、突起の接合部に応力が集中し、突起自体が剥離してしまい得る。故に、外部接続端子の接合部での断線などを防止し、外部接続端子の接続信頼性を高めることには限界がある。また、電極パッド上に直接リング状や円柱状の金属突起を形成する既知の技術は、外部接続端子の位置ずれを防止することに関して、効果を有しない、あるいは効果が小さいものである。
【００１１】
さらに、既知の技術は、突起の形成のために、予め形成された開口部を電解めっき法によって金属で埋め込む方法を用い得るとされているが、突起高さを増大させるためには長時間のめっき処理が必要となり、製造上のコストアップやスループット低下が問題となる。
【００１２】
故に、外部接続端子の位置ずれを防止し且つ外部接続端子の接続信頼性を高め得る構造が依然として望まれる。また、そのような構造をより短い処理時間で製造することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一観点によれば、基板と、基板の第１の面に形成された電極パッドと、基板の第１の面上に形成され、電極パッド上に開口部を有する絶縁層と、該絶縁層の開口部内で電極パッドに接合された金属膜と、該金属膜に電気的に接続された外部接続端子とを含む半導体装置が提供される。金属膜は、電極パッドに接する底部と、当該金属膜の外周部が上記底部の縁部から突出する突出部とからなるカップ形状を有する。
【００１４】
他の一観点によれば、半導体装置の製造方法が提供される。当該方法は、基板の第１の面に電極パッドを形成する工程と、基板の第１の面上に、電極パッドを露出させる開口部を有する絶縁層を形成する工程とを含む。当該方法は更に、電極パッドの表面に沿う底部と、該底部の縁部から突出する突出部とを有する金属膜を形成する工程と、該金属膜上に外部接続端子を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１５】
開示の技術によれば、外部接続端子の転がり等が防止され、その位置精度が高められるとともに、外部接続端子と電極パッドとの間でのクラックの発生が抑制され、外部接続端子の接続信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置の半田ボール搭載性を説明する図である。
【図３】図１の半導体装置の接続信頼性を説明する図である。
【図４】第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図５】第1実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図６】図４の半導体装置の半田ボール搭載性を説明する図である。
【図７】図４の半導体装置の接続信頼性を説明する図である。
【図８】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図９】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１０】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１２】第２実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図１３】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１４】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１５】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１６】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図１７】第１変形例に係る電極パッド部を示す断面図である。
【図１８】図１７の電極パッド部の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１９】第２変形例に係る電極パッド部を示す断面図である。
【図２０】図１９の電極パッド部の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２１】図１９の電極パッド部の製造方法の他の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には類似の参照符号を付する。
【００１８】
（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係る半導体装置１００を概略的に示している。半導体装置１００は、例えば、ＢＧＡ型のＣＳＰ、ＭＣＰ、又はシステムインパッケージ（ＳｉＰ）等のＢＧＡパッケージである。図４（ａ）はＢＧＡパッケージ１００の全体を示す断面図、図４（ｂ）は１つの電極パッド構造部分を拡大して示す断面図である。
【００１９】
ＢＧＡパッケージ１００は、基板１１１、該基板上に搭載された半導体素子１２１、及び半導体素子１２１を覆う封止樹脂１３１を有する。基板１１１は、例えば、ガラスエポキシ樹脂やＢＴ樹脂などを有する樹脂基板、セラミック基板、又は半導体基板などとすることができる。基板１１１はまた、その表面、裏面及び／又は中間層に配線パターンを有する多層基板であってもよい。基板１１１は、その表面（半導体素子１２１搭載面）に電極パッド１１２を有する。図示の例において、電極パッド１１２は、例えばＣｕを有し、半導体素子１２１に金属ワイヤ１２２を介して電気的に接続されている。しかしながら、半導体素子１２１はフリップチップ実装型であってもよく、金属ワイヤを介さずに基板１１１の電極パッドに電気的に接続されてもよい。基板１１１はまた、その裏面に多数の電極パッド１１３を有し、各電極パッド１１３には半田ボール１４１が電気的に接続されている。基板１１１は更に、表面の電極パッド１１２と裏面の電極パッド１１３とを電気的に接続するビア１１４を有する。
【００２０】
ＢＧＡパッケージ１００は更に、基板１１１の裏面に、例えばソルダーレジスト又はポリイミド等を有する絶縁層１１５、及び各々が半田ボール１４１を受ける多数の金属膜１６１を有する。図４（ｂ）に拡大して示すように、絶縁層１１５は各電極パッド１１３上に開口部１１５ａを有し、各開口部１１５ａ内で金属膜１６１が電極パッド１１３に接合されている。従って、半田ボール１４１は金属膜１６１を介して電極パッド１１３に電気的に接続されている。なお、半田ボール１４１は、含鉛半田又は鉛フリー半田の何れであってもよい。
【００２１】
金属膜１６１は、基板１１１、電極パッド１１３及び絶縁層１１５を有する基板構造に沿って延在する底部１６１ａと、当該金属膜の外周を為し且つ底部１６１ａから突出する突出部１６１ｂとを有する。言い換えると、金属膜１６１は、平面状又は皿状の底部１６１ａと、底部１６１ａの縁部に沿った環状の突出部１６１ｂとを有し、全体としてカップ形状を有する。より詳細に後述するように、底部１６１ａは好ましくは、図示のように、絶縁層１１５の開口部１１５ａより外側まで延在し、底部１６１ａの縁部は絶縁層１１５上に位置する。金属膜１６１の厚さは例えば１０μｍ−２０μｍである。
【００２２】
半田ボール１４１は、リフロー加熱による溶融接合により、対応する金属膜１６１に固定される。故に、カップ状の金属膜１６１の内面は半田濡れ性を有する材料を有し、半田ボール１４１のリフローにより、半田ボール１４１と金属膜１６１との接触部に界面合金層１４２が形成される。例えば、金属膜１６１の内面がＣｕを有する場合、ＳｎＣｕ合金の界面合金層１４２が形成される。他の例において、金属膜１６１の内面がＮｉめっきされている場合、ＳｎＮｉ合金の界面合金層１４２が形成される。
【００２３】
次に、図５−７を参照して、金属膜１６１の一例及びその効果を詳細に説明する。図５（ａ）は、１つの金属膜１６１の断面図及び平面図を示し、図５（ｂ）は、該金属膜１６１を、半田ボール１４１を介して電子機器等の回路基板１５１に実装したときの断面図を示している。また、図６は、半田ボール１４１をカップ状の金属膜１６１上に搭載したときの断面図を示し、図７は、図３（ｃ）と同様に、ＢＧＡパッケージに反りが生じたときの１つの半田ボール１４１部分の断面図を示している。
【００２４】
金属膜１６１は、図５（ａ）に示すように、複数の金属層が積層された積層膜であってもよい。例えば、金属膜１６１は、厚さ０．１μｍ−０．５μｍの無電解Ｃｕめっき層１６２、厚さ８μｍ−１５μｍの電解Ｃｕめっき層１６３、厚さ１μｍ−３μｍのＮｉめっき層１６４、及び厚さ０．３μｍ−０．５μｍのＡｕめっき層１６５を有する。金属膜１６１の平面形状は、好ましくは半田ボール１４１の断面形状と同様に円形であるが、楕円形や多角形などのその他の形状であってもよい。また、金属膜１６１の幅ｗは、該金属膜が受ける半田ボール１４１の大きさ（例えば、直径０．６ｍｍ）に対応した大きさを有する。
【００２５】
半田ボール１４１がリフロー加熱によって対応する金属膜１６１に固定されるとき、図５（ｂ）に示すように、半田ボール１４１と金属膜１６１のＮｉめっき層１６４との間にＳｎＮｉ合金を有する界面合金層１４２が形成される。また、ＢＧＡパッケージ１００が、リフロー加熱による半田ボール１４１の溶融接合により、電子機器などの配線基板１５１に電気的に接続されるとき、半田ボール１４１と配線基板１５１の電極パッド１５３との接合部に界面合金層１４３が形成される。例えば、回路基板１５１の電極パッド１５３がＣｕ膜であるとき、界面合金層１４３はＳｎＣｕ合金を有する。なお、配線基板１５１の表面には、ＢＧＡパッケージ１００の半田ボール１４１の位置に対応する位置に開口部を有するソルダーレジスト層１５５が形成されている。
【００２６】
金属膜１６１の絶縁層１１５の表面からの突出高さｈは、好ましくは、半田ボール１４１の搭載時（図６）に該ボールの転がりを効果的に防止するガイド段差を得る観点から、搭載される半田ボールの直径のおよそ１／８以上１／２以下である。例えば、直径０．６ｍｍの半田ボール１４１に対して、高さｈは好ましくは７５μm−３００μｍであり、例えば１００μmとし得る。しかしながら、半田ボール１４１の大きさにかかわらず、典型的に１０−２０μｍ程度である絶縁層１１５の厚さより大きい高さｈ、例えば３０μｍ−４０μｍ、とすることにより、半田ボール１４１の転がりを抑制することができる。
【００２７】
さらに、周囲環境や使用時の熱サイクルによる温度変化及び構成材料間の熱膨張係数差による反り発生時（図７）等において、金属膜１６１は以下のような種々の効果を有する。
【００２８】
第１に、半田ボール１４１の接合面積が、絶縁層１１５の開口部１１５ａによって露出された電極パッド１１３の面積より拡大される。故に、半導体装置の多端子化などに応じて電極パッド１１３の幅が微細化されたとしても、半田ボール１４１の十分な接合強度を得ることができる。
【００２９】
第２に、金属膜１６１のカップ形状により、界面合金層１４２が３次元的に形成される。３次元的に延在する界面合金層１４２は、仮にそれに沿ってクラックが発生したとしても、例えば図３（ｃ）の界面合金層４２等の平面的な界面合金層と異なり、クラックが一気に進行して断線が生じることを防止することができる。
【００３０】
また、金属膜１６１が存在しない場合には、半田ボールと電極パッドとの接合部（例えば、図３（ｃ）の界面合金層４２）に応力が集中していたが、カップ状の金属膜１６１は応力を分散させるよう作用する。なお、その結果として、応力の一部が突出部１６１ｂの端部に集中し、図７に示すように、該端部から半田ボール１４１内にクラック１４５が生じるとも考えられる。しかしながら、突出部１６１ｂの端部は回路基板１５１に対する距離が短縮された位置にあるため、半導体装置１００の反りによる変位が低減され、応力も緩和される傾向にある。また、半田ボール１４１は界面合金層より粘性が高く、クラックが進行しにくい。さらに、突出部１６１ｂによってクラック１４５の起点が移動され、クラック１４５が断線を生じさせるまでに進行する横断長さが増大されている。故に、クラック１４５による断線は効果的に抑制される。なお、この効果を最大化するため、金属膜１６１の絶縁層１１５の表面からの突出高さｈは、図５（ｂ）に示すように、断線までの横断長さが最大となるように、回路基板１５１への実装後の半田ボール１４１の高さＨの１／２程度としてもよい。
【００３１】
第３に、金属膜１６１は好ましくは、上述のように、底部１６１ａの縁部が絶縁層１１５上に位置するように設けられる。故に、ソルダーレジスト又はポリイミド等を有する絶縁層１１５のバッファ作用によって、金属膜１６１に加わる応力の一部が解放され、金属膜１６１と電極パッド１１３との接合部に加わる応力が緩和される。また、金属膜１６１は電極パッド１１３と、絶縁層１１５の対応する開口部１１５ａ内の全面で接合されている。故に、金属膜１６１と電極パッド１１３との接合部に加わる応力が、この接合面全体に分散され、該応力によって金属膜１６１が電極パッド１１３から剥離することが防止される。
【００３２】
以上のように、ＢＧＡパッケージ１００においては、カップ状の金属膜１６１によって、半田ボール等の外部接続端子１４１の位置ずれを防止するとともに、外部接続端子１４１と電極パッド１１３との間の接合強度ひいては接続信頼性を向上させることが可能である。
【００３３】
続いて、図８−１０を参照して、ＢＧＡパッケージ１００の製造方法の一例を説明する。ここでは、金属膜１６１は図５に例示した積層膜であるとする。この製造方法は、ガラスエポキシ基板等の有機基板で一般的に用いられるスルーホールめっき工程を利用する。
【００３４】
先ず、図８（ａ）に示すように、電極パッド１１３及び絶縁層１１５が形成された基板１１１上に、フォトレジストを塗布、感光し、パターニングされた第１のフォトレジスト膜１７１を形成する。第１のフォトレジスト膜１７１は、絶縁層１１５の開口部１１５ａを含む領域に開口部１７１ａを有する。なお、基板１１１の、電極バッド１１３及び絶縁層１１５の形成面と反対側の面には、図４（ａ）に示した半導体素子１２１及び封止樹脂１３１が形成されおり、基板１１１内には、図４（ａ）に示したビア１１４が形成されている。
【００３５】
第１のフォトレジスト膜１７１の厚さが金属膜１６１の絶縁層１１５の表面からの突出高さｈを決定するため、所望の高さｈに適合した厚さに形成するのに適したフォトレジストが選択することが好ましい。例えば、１００μｍの厚さが必要な場合、厚膜形成可能なフィルム状のフォトレジスト材を用い得る。逆に５０μｍ以下の厚さの場合、液状のフォトレジストを用いてもよい。
【００３６】
次いで、図８（ｂ）に示すように、無電解めっき法を用いてＣｕ層１６２’を全面に形成する。Ｃｕ層１６２’の厚さは例えば０．１μｍ−０．５μｍとし得る。
【００３７】
次いで、図８（ｃ）に示すように、パターニングされた第２のフォトレジスト膜１７３を形成した後、第２のフォトレジスト膜１７３により覆われていないＣｕ層１６２’部分をシード層とし、電解めっき法を用いてＣｕ層１６３、Ｎｉ層１６４、及びＡｕ層１６５を順次形成する。第２のフォトレジスト膜１７３は、第１のフォトレジスト膜１７１の開口部１７１ａを含む領域に開口部１７３ａを有する。好ましくは、第２のフォトレジスト膜１７３は、第１及び第２のフォトレジスト膜１７１、１７３それぞれの開口部１７１ａ、１７３ａが同一位置且つ同一形状になるようにパターニングされる。すなわち、好ましくは、第２のフォトレジスト膜１７３は、Ｃｕ層１６２’のうち、第１のフォトレジスト膜１７１の開口部１７１ａ内に形成された部分のみを露出させ、第１のフォトレジスト膜１７１の上面上に形成された部分が電解めっきされることを阻止する。Ｎｉ層１６４はバリアメタルとして作用し、例えば１μｍ−３μｍの厚さに形成される。Ａｕ層１６５は、半田濡れ性を確保するよう作用し、例えば０．３μｍ−０．５μｍの厚さに形成される。なお、Ｎｉ層１６４及びＡｕ層１６５は、バリアメタルとしての作用及び半田濡れ性を有するものであれば他の金属層であってもよく、例えば、Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕめっき層、又は半田めっき層であってもよい。
【００３８】
次に、図９（ａ）−（ｃ）に示すように、第２のフォトレジスト膜１７３、露出されたＣｕ層１６２’、及び第１のフォトレジスト膜１７１を順次除去する。Ｃｕ層１６２’の除去には、例えば、スパッタリング又はライトエッチングを用い得る。
【００３９】
以上の工程により、無電解Ｃｕめっき層１６２、電解Ｃｕめっき層１６３、Ｎｉめっき層１６４及びＡｕめっき層１６５が積層された金属膜１６１の形成が完了する。斯くして、金属膜１６１の底部１６１ａ及び突出部１６１ｂは同時に形成され得る。
【００４０】
なお、金属膜１６１の形成方法は上述の方法に限定されない。例えば、図８（ｃ）−図９（ｂ）の工程に代えて、第２のフォトレジスト膜１７３を形成せずに全面にＡｕ／Ｎｉ／Ｃｕ層を電解めっきした後、機械的研磨及び／又は化学的機械的研磨等の平面研磨によって第１のフォトレジスト膜１７１上の積層膜を除去してもよい。
【００４１】
図９（ｃ）の工程の後、図１０（ａ）−（ｃ）に示すように、半田ボール１４１をカップ状の金属膜１６１の内面に溶融接合させる。例えば、半田ボール１４１に必要に応じてフラックス１７５を転写し、半田ボール１４１を金属膜１６１上に搭載し、そして、リフロー加熱を行う。これにより、半田ボール１４１と金属膜１６１のＮｉ層１６４との間に、Ａｕが溶け込んだ、３次元的に延在するＳｎＮｉ界面合金層１４２が形成される。
【００４２】
ここで示した方法によれば、スルーホールの側壁にめっき膜を形成するスルーホールめっきプロセスを利用することにより、めっき処理時間を増やすことなく金属膜１６１の突出部１６１ｂの高さを増大させることが可能である。
【００４３】
（第２実施形態）
図１１及び１２を参照して、第２実施形態に係る半導体装置２００を説明する。図１１は、半導体装置２００の全体を概略的に示しており、図１２は、１つの電極パッド構造部分の一例を、（ａ）外部接続端子の形成前、（ｂ）外部接続端子の形成後のそれぞれについて示している。
【００４４】
半導体装置２００はフリップチップ実装型の半導体素子である。半導体素子２００は、基板２１１、該基板上に形成された複数の電極パッド２１３、及び各々が対応する電極パッド２１３に電気的に接続された外部接続端子２４１を有する。基板２１１は、例えばＳｉウェハであり、トランジスタやその配線層などが形成されている。また、電極パッド２１３は例えばＡｌ膜であり、外部接続端子２４１は例えば半田バンプである。半導体素子２００は更に、絶縁層２１５、及び各々が半田バンプ２４１を受ける複数の金属膜２６１を有する。図１２に拡大して示すように、絶縁層２１５は各電極パッド２１３上に開口部２１５ａを有し、各開口部２１５ａ内で金属膜２６１が電極パッド２１３に接合されている。従って、半田バンプ２４１は金属膜２６１を介して電極パッド２１３に電気的に接続されている。絶縁層２１５は例えばポリイミド膜とし得る。
【００４５】
金属膜２６１は、基板２１１、電極パッド２１３及び絶縁層２１５を有する基板構造に沿って延在する底部２６１ａと、当該金属膜の外周を為し且つ底部２６１ａから突出する突出部２６１ｂとを有する。言い換えると、金属膜２６１は、平面状又は皿状の底部２６１ａと、底部２６１ａの縁部に沿った環状の突出部２６１ｂとを有し、全体としてカップ形状を有する。第１実施形態に係る半導体装置１００の金属膜１６１と同様に、底部２６１ａは好ましくは、絶縁層２１５の開口部２１５ａより外側まで延在し、底部２６１ａの縁部は絶縁層２１５上に位置する。
【００４６】
金属膜２６１は、図１２に示す例において、厚さ０．２μｍのＴｉ層２６２、厚さ０．２μｍのＣｕ層２６３、厚さ０．１μｍ程度のＮｉ層２６４、及び厚さ３μｍの電解Ｎｉめっき層２６５を有する。そして、金属膜２６１の底部２６１ａはこれらの層２６２−２６５を含み、突出部２６１ｂはＮｉ層２６４、２６５のみを含んでいる。しかしながら、金属層２６２−２６５が有する金属及び厚さはここで示した材料及び厚さに限定されるものではない。また、金属膜２６１は、例えば層２６２、２６３を省略するなど、その他の構成も取り得る。金属膜２６１の平面形状は、例えば、図示のような八角形などの多角形とし得るが、円形や楕円形などのその他の形状であってもよい。また、金属膜２６１の幅ｗは、該金属膜が受ける半田バンプ２４１の大きさに対応した大きさとすることができ、例えば、半田バンプの幅Wが８５μｍであるとき８０μｍとすることができる。
【００４７】
半田バンプ２４１は、リフロー加熱による溶融接合により、対応する金属膜２６１に固定される。故に、カップ状の金属膜２６１は半田濡れ性を有する材料を有し、半田ボール２４１のリフローにより、半田バンプ２４１と金属膜２６１との接触部に、金属膜２６１の材料に応じた界面合金層２４２が形成される。図１２の例においては、ＳｎＮｉ合金の界面合金層２４２が形成される。
【００４８】
金属膜２６１の絶縁層２１５の表面からの突出高さｈは、好ましくは、第１の実施形態に係る半導体装置１００においてと同様に半田バンプ２４１内に発生し得るクラックに対する耐性を増大させるため、半田バンプ２４１の高さHの１／２程度にされる。例えば、高さHが８５μｍの半田バンプ２４１に対して、金属膜２６１の高さｈは４０μｍ程度とし得る。
【００４９】
金属膜２６１は、第１実施形態に係る金属膜１６１と同様に以下のような種々の効果を有する。第１に、半田バンプ２４１の電極パッド２１３との接合面積が、絶縁層２１５の開口部２１５ａによって露出された電極パッド２１３の面積より拡大され、半田バンプ２４１の十分な接合強度を得ることができる。第２に、金属膜２６１のカップ形状により、界面合金層２４２が３次元的に形成され、クラックが一気に進行して断線が生じることを防止することができるとともに、応力が分散される。第３に、金属膜２６１の底部２６１ａの縁部が絶縁層２１５上に位置するように金属膜２６１を設けることにより、ポリイミド等を有する絶縁層２１５のバッファ作用によって、金属膜２６１と電極パッド２１３との接合部に加わる応力が緩和される。また、金属膜２６１は電極パッド２１３と、絶縁層２１５の対応する開口部２１５ａ内の全面で接合されているので、金属膜２６１が電極パッド２１３から剥離することが防止される。
【００５０】
以上のように、半導体素子２００においては、カップ状の金属膜２６１によって、外部接続端子２４１と電極パッド２１３との間の接合強度ひいては接続信頼性を向上させることが可能である。
【００５１】
続いて、図１３−１６を参照して、半導体素子２００の製造方法の一例を説明する。ここでは、金属膜２６１は図１２に例示した積層膜であるとする。
【００５２】
先ず、図１３（ａ）に示すように、電極パッド２１３及び絶縁層２１５が形成された基板２１１の全面に、スパッタ法を用いてＴｉ層２６２’及びＣｕ層２６３’を形成する。次いで、図１３（ｂ）に示すように、フォトレジストを塗布、感光し、パターニングされた第１のフォトレジスト膜２７１を形成する。第１のフォトレジスト膜２７１は、絶縁層２１５の開口部２１５ａを含む領域に開口部２７１ａを有する。第１のフォトレジスト膜２７１の厚さが、金属膜２６１の絶縁層２１５の表面からの突出高さｈを実質的に決定する。次いで、図１３（ｃ）に示すように、無電解めっき法を用いてＮｉ層２６４’を全面に形成する。なお、Ｎｉ層２６４’はスパッタ法などの他の手法を用いて形成してもよい。
【００５３】
次に、図１４（ａ）に示すように、パターニングされた第２のフォトレジスト膜２７３を形成する。第２のフォトレジスト膜２７３は、第１のフォトレジスト膜２７１の開口部２７１ａを埋め込み、且つ第１のフォトレジスト膜２７１の上面上に形成されたＮｉ層２６４’を露出させるように形成される。次いで、図１４（ｂ）に示すように、Ｎｉエッチング又は逆スパッタ法を用いて、第２のフォトレジスト膜２７３によって覆われていないＮｉ層２６４’を除去する。この段階で、第１のフォトレジスト膜２７１の開口部２７１ａの側壁、及び該開口部２７１ａにより露出されたＣｕ層２６３’の部分に、めっきシード層となるＮｉ層２６４が形成されている。次いで、図１４（ｃ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２７３を除去する。なお、この例においては、第１及び第２のフォトレジスト膜２７１及び２７３には相異なる材料が用いられる。
【００５４】
次に、図１５（ａ）に示すように、Ｎｉ層２６４をシード層とし、電解めっき法を用いてＮｉ層２６５を形成する。なお、シードＮｉ層２６４の厚さは例えば０．１μｍ程度でありＮｉ層２６５の厚さは例えば３μｍ程度である。次いで、図１５（ｂ）に示すように、半田めっきによりＮｉ層２６５の周囲に半田膜２４１’を形成する。次いで、図１５（ｃ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２７１を除去する。
【００５５】
次に、図１６（ａ）に示すように、エッチングにより、Ｎｉ層２６４及び２６５に覆われていない部分のＣｕ層２６３’及びＴｉ層２６２’を除去する。これにより、図１２（ａ）に示した金属膜２６１の形成が完了する。次いで、図１６（ｂ）に示すように、リフロー加熱を行い、半田膜２４１’を金属膜２６１に溶融接合させる。このとき、表面張力により実質的に球状の半田バンプ２４１が形成される。また、半田バンプ２４１と金属膜２６１のＮｉ層２６５との間に、３次元的に延在するＳｎＮｉ界面合金層２４２が形成される。以上により、図１２（ｂ）に示した構造の形成が完了する。
【００５６】
なお、金属膜２６１の形成方法は上述の方法に限定されない。例えば、図１４（ａ）−図１５（ａ）に示した第２のフォトレジスト膜２７３を第１のフォトレジスト膜２７１の開口部２７１ａ内に形成する方法に代えて、図８（ｃ）−図９（ｂ）に示した第２のフォトレジスト膜を第１のフォトレジスト膜上に双方の開口部が重なるように形成する方法を用いてもよい。また、同じく図１４（ａ）−図１５（ａ）に示した方法に代えて、第２のフォトレジスト膜２７３を用いずにシードＮｉ層２６４’全面にＮｉ層を電解めっきし、その後、平面研磨により第１のフォトレジスト膜２７１上の積層膜を除去してもよい。
【００５７】
また、半田バンプの２４１の形成方法も上述の方法に限定されない。例えば、半田めっきに代えて、半田ボールを金属膜２６１内に搭載し、リフロー加熱を行ってもよい。金属膜２６１のカップ形状により半田ボールの位置ずれが防止される。
【００５８】
ここで示した方法によれば、スルーホールの側壁にめっき膜を形成するスルーホールめっきプロセスを利用することにより、めっき処理時間を増やすことなく金属膜２６１の突出部２６１ｂの高さを増大させることが可能である。
【００５９】
次に、上述の実施形態の変形例を説明する。
【００６０】
（第１変形例）
図１７は、第１変形例に係る半導体装置の１つの電極パッド構造部分を示している。ここでは、図５に示した第１実施形態に係る半導体装置の変形例として説明し、図５（ａ）と共通する事項の説明は省略する。なお、この変形例は第２実施形態にも同様に適用可能である。
【００６１】
図１７（ａ）は、図５（ａ）に対応する断面図を示し、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）から金属膜３６１を取り除いた構造を下方から見たときの平面図を示している。また、図１７（ａ）の断面図は図１７（ｂ）の直線Ａ−Ａ’断面に対応する。
【００６２】
基板１１１上に形成された電極パッド３１３は凹部３１３ｃを有する。また、それに対応し、金属膜３６１は電極パッド３１３との接合部に凸部３６１ｃを有する。故に、電極パッド３１３と金属膜３６１との間の接合面積が、図５の平面状の接合部と比較して更に増大され、金属膜３６１、ひいては、該金属膜が受ける半田ボールの接合強度を更に高めることができる。
【００６３】
なお、貫通孔である凹部３１３ｃを図示したが、凹部は電極パッド３１３を貫通しないものであってもよい。また、特定の配置を有する５つの凹部３１３ｃを図示したが、電極パッド３１３は、電極パッド３１３と金属膜３６１との間にアンカー効果がもたらされる限り、任意の数の凹部を任意の配置で有し得る。例えば、電極パッド３１３は、１つ又は複数のリング状の凹部や、メッシュ状の凹部を有していてもよい。
【００６４】
続いて、図１８を参照して、図１７に示した電極パッド３１３を有する半導体装置の製造方法の一例を説明する。
【００６５】
先ず、１８（ａ）に示すように、基板１１１上に成膜された電極層３１３’上に、パターニングされたフォトレジスト膜３８１を形成する。フォトレジスト膜３８１は、電極パッドの凹部３１３ｃを形成する位置に開口部３８１ｃを有するようにパターニングされる。次いで、図１８（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜３８１をマスクとして電極層３１３’をエッチングし、凹部３１３ｃを有する電極パッド３１３を形成する。次いで、図１８（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜３８１の除去後、開口部１１５ａを有する絶縁層１１５を形成する。以上により、図１７（ｂ）に示した構造が完成される。その後の金属膜３６１の形成方法は、図８、９に示した金属膜１６１の形成方法と同一とし得る。
【００６６】
（第２変形例）
図１９は、第２変形例に係る半導体装置の１つの電極パッド構造部分を示している。ここでも、図５に示した第１実施形態に係る半導体装置の変形例として説明し、図５（ａ）と共通する事項の説明は省略する。なお、この変形例も第２実施形態に同様に適用可能である。
【００６７】
図１９（ａ）は、図５（ａ）に対応する断面図を示し、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）から金属膜４６１を取り除いた構造を下方から見たときの平面図を示している。また、図１９（ａ）の断面図は図１９（ｂ）の直線Ａ−Ａ’断面に対応する。
【００６８】
基板１１１上に形成された電極パッド４１３は複数の凸部４１３ｄを有する。また、それに対応し、金属膜４６１は電極パッド４１３との接合部に凹部４６１ｄを有する。故に、電極パッド４１３と金属膜４６１との間の接合面積が、図５の平面状の接合部と比較して更に増大され、金属膜４６１、ひいては、該金属膜が受ける半田ボールの接合強度を更に高めることができる。
【００６９】
なお、特定の配置を有する５つの凸部４１３ｄを図示したが、電極パッド４１３は、電極パッド４１３と金属膜４６１との間でのアンカー効果が得られる限り、任意の数の凸部を任意の配置で有し得る。例えば、電極パッド４１３は、１つ又は複数のリング状の凸部や、メッシュ状の凸部を有していてもよい。
【００７０】
続いて、図２０を参照して、図１９に示した電極パッド４１３を有する半導体装置の製造方法の一例を説明する。
【００７１】
先ず、２０（ａ）に示すように、基板１１１上に形成された電極パッド４１３’上に、パターニングされたフォトレジスト膜４８１を形成する。フォトレジスト膜４８１は、電極パッドの凸部４１３ｄを形成する位置に残存するようにパターニングされる。次いで、図２０（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜４８１をマスクとして電極パッド４１３’をハーフエッチングし、凸部４１３ｄを有する電極パッド４１３を形成する。次いで、図２０（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜４８１の除去後、開口部１１５ａを有する絶縁層１１５を形成する。以上により、図１９（ｂ）に示した構造が完成される。その後の金属膜４６１の形成方法は、図８、９に示した金属膜１６１の形成方法と同一とし得る。
【００７２】
次に、図２１を参照して、図１９に示した電極パッド４１３を有する半導体装置の製造方法の他の一例を説明する。
【００７３】
先ず、２１（ａ）に示すように、基板１１１上に形成された電極パッド４１３”上に、パターニングされたフォトレジスト膜４８２を形成する。フォトレジスト膜４８２は、電極パッドの凸部４１３ｄを形成する位置に開口部４８２ｄを有するようにパターニングされる。次いで、図２１（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜４８２の開口部４８２ｄを例えばＣｕめっき膜で埋め込み、凸部４１３ｄを有する電極パッド４１３を形成する。次いで、図２１（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜４８２の除去後、開口部１１５ａを有する絶縁層１１５を形成する。以上により、図１９（ｂ）に示した構造が完成される。その後の金属膜４６１の形成方法は、図８、９に示した金属膜１６１の形成方法と同一とし得る。
【００７４】
以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７５】
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の第１の面に形成された電極パッドと、
前記基板の前記第１の面上に形成され、前記電極パッド上に開口部を有する絶縁層と、
前記開口部内で前記電極パッドに接合された金属膜と、
前記金属膜に電気的に接続された外部接続端子と、
を有し、
前記金属膜は、前記電極パッドに接する底部と、当該金属膜の外周部が前記底部の縁部から突出する突出部とからなるカップ形状を有することを特徴とする
半導体装置。
（付記２）
前記外部接続端子は半田ボールを有し、前記金属膜の前記半田ボールとの接続面は半田濡れ性を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記金属膜の前記底部の前記縁部は前記絶縁層上に位置することを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記金属膜は積層された複数の金属層を有することを特徴とする付記１乃至３の何れか一に記載の半導体装置。
（付記５）
前記電極パッドは前記金属膜との接合部に凹部又は凸部を有することを特徴とする付記１乃至４の何れか一に記載の半導体装置。
（付記６）
前記突出部の高さは、前記外部接続端子の高さの１／８から１／２の範囲内である、付記１乃至５の何れか一に記載の半導体装置。
（付記７）
基板の第１の面に電極パッドを形成する工程と、
前記基板の前記第１の面上に、前記電極パッドを露出させる開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記電極パッドの表面に沿う底部と、前記底部の縁部から突出する突出部と、を有する金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に外部接続端子を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記金属膜を形成する工程は、
前記絶縁層の前記開口部を含む領域を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程と、
該開口部により露出された前記領域上、及び該開口部の側壁に、めっき金属膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記めっき金属膜を形成する工程は、
無電解めっき法により、一面にシード層を形成する工程と、
前記シード層上に、前記フォトレジスト膜の前記開口部を含む領域を露出させる開口部を有する第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
該開口部により露出された前記シード層の部分上に、電解めっき法により、電解めっき層を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜、及びその下に位置していた前記シード層の部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記電極パッドを形成する工程は、前記電極パッドの表面に凹部又は凸部を形成する工程を有することを特徴とする付記７乃至９の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００７６】
１００、２００    半導体装置
１１１、２１１    基板
１１３、２１３、３１３、４１３    電極パッド
１１５、２１５    絶縁層
１１５ａ、２１５ａ    絶縁層の開口部
１２１、２００    半導体素子
１３１、２３１    封止樹脂
１４１、２４１    外部接続端子
１４２、２４２    界面合金層
１６１、２６１、３６１、４６１    金属膜
１６１ａ、２６１ａ    金属膜底部
１６１ｂ、２６１ｂ    金属膜突出部
３１３ｃ    電極パッドの凹部
４１３ｄ    電極パッドの凸部
１７１、１７３、２７１、２７３、３８１、４８１、４８２    フォトレジスト膜
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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