(57)【要約】【課題】フリップチップ用のパッド部の段差部上のアンダーバリアメタル（ＵＢＭ）による応力低減構造として、段差部に応力が発生しにくい応力設定、および構造として段差の抑制、絶縁膜の収縮抑制を行い低応力化構造とする。【解決手段】基板１上に形成された第３の配線層６と、第３の配線層６上に形成され、かつ第３の配線層６の一部が露出するような第１の開口部を有する第１の絶縁膜７と、第１の絶縁膜７上に形成され、かつ前記第１の開口部における少なくとも一部が露出するような第２の開口部を有する第２の絶縁膜８と、第２の絶縁膜８および第３の配線層６の上に形成されたＵＢＭ層１０とを備えたデバイスの構成にし、このデバイスの第３の配線層６は、樹脂基板のパッドと接続されて組立され、デバイスの使用温度範囲内において、組立後のパッド部の応力の最大値および最小値の応力方向が逆であるように設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電極パッドと、
前記電極パッド上に形成され、かつ前記電極パッドの一部が露出するような第１の開口部を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の開口部における少なくとも一部が露出するような第２の開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜および前記電極パッドの上に形成されたアンダーバリアメタルとを備えたデバイスであって、
前記デバイスの前記電極パッドは、樹脂基板のパッドと接続されて組立され、前記デバイスの使用温度範囲内において、組立後のパッド部の応力の最大値および最小値の応力方向が逆であるように設定されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記アンダーバリアメタルまたは前記アンダーバリアメタルの上に形成されたメタル厚よりも薄い構造であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の絶縁膜の開口サイズが、前記第１の絶縁膜上の開口サイズより大きい構造であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
デバイスの通常使用時の温度範囲のある温度で、組立後の前記パッド部の応力がほぼ無くなる状態であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
基板上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッド上に形成され、かつ前記電極パッドの一部が露出するような第１の開口部を有する第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の開口部における少なくとも一部が露出するような第２の開口部を有する第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜および前記電極パッドの上に形成されたアンダーバリアメタルを形成する工程を有して、デバイスが形成され、
前記デバイスの前記アンダーバリアメタルが形成される工程の温度が、前記デバイスの使用温度の範囲内であ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、半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に、半導体装置における半田バンプの下に形成されるアンダーバリアメタル（Under Barrier Metal；以下、ＵＢＭという）のパッド部の低応力化構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のフリップ実装のためには、電極パッドの上にバンプを設けたバンプ電極構造を採用することが一般的になっている。例えば、特許文献１などでもフリップの工法の例が示されている。これらの工法において、半田を形成した後のプローブ検査や組立後にパッド下に応力が加わり、パッド下にあるトランジスタの特性が変動し回路動作に影響するという課題もある。このため、これらの事項を考慮し、また、その変動の影響を低減することが重要である。
【０００３】
他の例として特許文献２や特許文献３においてもバンプ電極構造が示されている。このようなバンプ電極構造において、パッド上の絶縁膜の段差部にＵＢＭを設ける構造としている。しかし、温度変化によって、この絶縁膜の熱膨張が発生し、ひいてはＵＢＭがパッド部に対して圧縮または引張の応力を発生させる。このため、組立後の使用温度条件によって応力が発生し、半導体装置に形成されたトランジスタの特性変動などを発生することがある。
【０００４】
図１２は従来のパッド部の断面図であり、１は基板、２はトランジスタなどの回路素子、３,４,６は配線層、５,７,８は絶縁膜、９はシード層、１０はＵＢＭ層、１１は半田ボールである。
【０００５】
図１２において、パッド開口部に対して、開口サイズより大きなサイズでＵＢＭ１０を形成し、その上に半田バンプを形成したものである。
【０００６】
このデバイスを室温または低温にしたときには、パッド下には、図１３に示すような応力が発生する。逆に、非常に低い温度でＵＢＭを形成した場合は、高温において大きな応力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３３２０５４号公報
【特許文献２】特開２００１−９３９２８号公報
【特許文献３】特開２０００−３３２０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ＵＢＭ段差部で応力が発生し、特に室温または低温としたときに、図１３のような応力が発生する。この応力によりトランジスタの特性も比例して変動し、特にＮｃｈでは、図１３のようにトランジスタの特性変動が発生する。
【０００９】
また、図１４に示すように、温度特性は、低温ではより大きな変動を発生し、高温においても同じ方法の応力が発生する。
【００１０】
トランジスタの特性変動は、回路動作に影響を与え、タイミングマージンが厳しくなり回路誤動作を発生させるという課題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上述のような問題を解決するパッド構造部を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の手段は、
基板上に形成された電極パッドと、
前記電極パッド上に形成され、かつ前記電極パッドの一部が露出するような第１の開口部を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の開口部における少なくとも一部が露出するような第２の開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜および前記電極パッドの上に形成されたアンダーバリアメタルとを備えたデバイスであって、
前記デバイスの前記電極パッドは、樹脂基板のパッドと接続されて組立され、前記デバイスの使用温度範囲内において、組立後のパッド部の応力の最大値および最小値の応力方向が逆であるように設定した構成の半導体装置とする。
【００１３】
本発明の第２の手段は、
前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記アンダーバリアメタルまたは、アンダーバリアメタルの上に形成されたメタル厚よりも薄い構造の第１の手段に記載の半導体装置とする。
【００１４】
本発明の第３の手段は、
前記第２の絶縁膜の開口サイズが、前記第１の絶縁膜上の開口サイズより大きい構造の第１の手段に記載の半導体装置とする。
【００１５】
本発明の第４の手段は、
デバイスの通常使用時の温度範囲のある温度で、組立後の前記パッド部の応力がほぼ無くなる状態の構造の第１の手段に記載の半導体装置とする。
であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置とする。
【００１６】
本発明の第５の手段は、
基板上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッド上に形成され、かつ、前記電極パッドの一部が露出するような第１の開口部を有する第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ、前記第１の開口部における少なくとも一部が露出するような第２の開口部を有する第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜および前記電極パッドの上に形成されたアンダーバリアメタルを形成する工程を有して、デバイスが形成され、
前記デバイスのアンダーバリアメタルが形成される工程の温度が、デバイスの使用温度の範囲内である構成の半導体装置の製造方法とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第２の絶縁膜および電極パッドの上に形成されたアンダーバリアメタルを、例えば、デバイスの使用温度範囲内の通常使用する温度で形成することにより、この温度付近で応力がほとんど発生しない状況とし、使用温度範囲で最大応力と最小応力が逆方向で、使用温度範囲全体として応力を最小限に抑制および低減することができる。
【００１８】
さらに、第２の絶縁膜の薄膜化や、パッド部横には熱膨張の大きな第２の絶縁膜をなくし、パッド部横は熱膨張の小さな第１の絶縁膜とする構造により、より応力を低減することが可能である。
【００１９】
このように応力を低減することにより、トランジスタの特性変動を抑制することができ、ひいては、回路動作マージンを確保でき、安定した動作を可能とすることができる。特に、プロセスの微細化によって、トランジスタ特性のばらつきをより抑制する必要があり、本効果は重要なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態のパッド部の断面図
【図２】本発明の実施形態のパッド部の応力の温度特性を示す図
【図３】本発明の実施形態の製造プロセスフロー例を示す図
【図４】本発明の実施形態の製造プロセスフロー例を示す図
【図５】本発明の実施形態の製造プロセスフロー例を示す図
【図６】本発明の実施形態の製造プロセスフロー例を示す図
【図７】本発明の実施形態の製造プロセスフロー例を示す図
【図８】本発明の実施形態の変形例１の断面図
【図９】本発明の実施形態の変形例１の応力の温度特性を示す図
【図１０】本発明の実施形態の変形例２の断面図
【図１１】本発明の実施形態の変形例２の応力の温度特性を示す図
【図１２】従来例のパッド部の断面図
【図１３】従来例のパッド部の応力を示す図
【図１４】従来例の応力の温度特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施形態である半導体装置のパッド部の断面図、図２は本実施形態におけるパッド部の応力の温度特性を示す図、図３〜図７は本実施形態の製造プロセスフロー例を示す図である。
【００２３】
１は基板、２はトランジスタなどの回路素子、３は第１の配線層、４は第２の配線層、５は絶縁膜、６は第３の配線層（電極パッド）、７は第１の絶縁膜、８は第２の絶縁膜、９はシード層（ＵＢＭの一部）、１０はＵＢＭ層、１１は半田ボール、１２はレジストである。
【００２４】
本実施形態の構成は、基板１にトランジスタなどの回路素子２を形成し、回路素子２の上に第１の配線層３を形成し、さらに、その上に第２の配線層４を形成し、絶縁膜５を形成し、さらに、その上にパッドメタルとなる第３の配線層６を形成する。そして、第１の絶縁膜７を形成した後、パッド部を開口する。第１の絶縁膜７は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮおよびＳｉＯ２などで形成され、例えば０．５〜１μｍ程度である。
【００２５】
この後、ポリイミドなどの第２の絶縁膜である有機絶縁膜８を形成する。この有機絶縁膜８は、最終的にパッド部に半田バンプを形成したときの応力緩和の効果も鑑み、ここでは、前記第１の絶縁膜７の開口より小さい開口で構成している。例えば、有機絶縁膜８のパッド開口は６０μｍ程度としている。
【００２６】
また、有機絶縁膜８の厚さは３〜１０μｍ程度としている。この有機絶縁膜８により、半田バンプの横方向の応力を抑制すると共に、縦方向の応力も緩和する構造としている。この後、パッド用メタルである第３の配線層６に対して、ＵＢＭ層１０をパッド開口部より大きな１つのＵＢＭとして形成している。ＵＢＭ層１０は、チップの例えばアルミなどで形成された第３の配線層６との密着性と、この後に形成する半田との密着を確保するためのものである。
【００２７】
半田の形成方法としては、図１に示すような半田ボール１１の搭載や、半田印刷法で形成することが可能である。その他、半田めっき法があるが、これについては後述する。
【００２８】
ＵＢＭ層１０の具体的な製造プロセスフローとしては、図３に示すように、上述した有機絶縁膜８を形成した後、図４に示すように、有機絶縁膜８の開口後にシード層９を形成し、その後、ＵＢＭ層１０を形成したい部分以外にレジスト１２を形成する。
【００２９】
次に、図５に示すように、電解めっきにより、例えばＮｉなどでＵＢＭ層１０を形成する。ＵＢＭ層１０の最終上面にはＡｕなどをめっきしている。その後、図６に示すように、レジスト１２を除去し、形成されたＵＢＭ層１０をマスクとして、さらに図７に示すように、ＵＢＭ層１０のない部分のシード層９を除去する。ここで本例では、ＵＢＭ層１０の膜厚は５〜１０μｍ程度、半田サイズは８０〜１００μｍ程度としている。
【００３０】
そして、シード層９を除去した後、図８に示す半田ボール１１の搭載や半田印刷により半田を形成する。
【００３１】
本実施形態のパッド構造では、ＵＢＭ層１０の形成温度を略５０℃程度とし、図２に示すように、５０度付近において応力はほとんどなくなるような状況である。低温および高温では応力は逆方向（Ａ点およびＢ点）に発生するような構成としている。本実施形態では回路素子２を５０℃付近で通常使用する場合を想定しており、応力を極力小さくするものである。
【００３２】
本実施形態によれば、デバイスの通常使用温度範囲で、段差部での応力を緩和する構造になる。
【００３３】
本発明の実施形態の変形例１について、図８の断面図、図９の応力の温度特性を示す図を参照して説明する。
【００３４】
本変形例１では、前記実施形態の構成に比べて、ポリイミドやＰＢＯなどの第２の絶縁膜８の厚さを薄くした構成にしている。このように薄くすることにより、応力による収縮値の絶対値が小さくなるため、応力は低減される。
【００３５】
実際には、図９に示すように、前記実施形態に比べて低温および高温時の応力は低減されるという効果がある。
【００３６】
本発明の実施形態の変形例２について、図１０の断面図、図１１の応力の温度特性を示す図を参照して説明する。
【００３７】
本変形例２では、前記実施形態に比べて、ポリイミドやＰＢＯなどの第２の絶縁膜８の開口サイズを大きくすることによって、第２の絶縁膜８の収縮の影響を少なくすることができる。
【００３８】
変形例２の応力としては、図１１に示すように、前記変形例１よりさらに低応力化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、フリップチップ用のパッド部の段差部上のアンダーバリアメタル（ＵＢＭ）による応力低減構造の半導体装置であって、段差部に応力が発生しにくい応力設定、および構造として段差の抑制、絶縁膜の収縮抑制を行い低応力化構造が要求される半導体装置に有効である。
【符号の説明】
【００４０】
１  基板
２  回路素子
３  第１の配線層
４  第２の配線層
５  絶縁膜
６  第３の配線層（電極パッド）
７  第１の絶縁膜
８  第２の絶縁膜
９  シード層（ＵＢＭの一部）
１０  ＵＢＭ（アンダーバリアメタル）層
１１  半田ボール
１２  レジスト
【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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