(57)【要約】半導体装置は、基板と、前記基板上に形成されたパッド電極と、前記パッド電極上に形成されたバンプ電極とを備え、前記パッド電極は凹凸状の傷を有し、前記パッド電極と前記バンプ電極との間には、前記凹凸状の傷を覆うパターンが設けられている。
2004001839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成されたパッド電極と、前記パッド電極上に形成されたバンプ電極とを備えた半導体装置において、
前記パッド電極は凹凸状の傷を有し、
前記パッド電極と前記バンプ電極との間には、前記凹凸状の傷を覆うパターンが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パターンは、無機膜よりな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】
前記パターンは、有機膜よりな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】
前記パターンは、導電性の膜よりな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】
前記パターンは、無機膜または有機膜または導電性膜を組み合わせた積層膜よりなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記パッド電極表面の一部に、前記プローブ針の当接により生じた凹凸を覆うようにパターンを形成する工程と、
前記パッド電極表面に、前記パターンを覆うように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記パターンは、無機膜である窒化珪素膜または酸化珪素膜より形成されることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記パターンは、有機膜であるポリイミド樹脂により形成されることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記パターンは、導電性の膜であるペースト状のＡｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕから形成されることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記プローブ針の当接により生じた凹凸部を平坦化する工程と、
前記パッド電極表面に、前記平坦化された凹凸部を覆うように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記平坦化する工程は、前記凹凸状の傷をドライエッチングにする工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記平坦化する工程は、前記凹凸状の傷をウエットエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記平坦化する工程は、前記パッド電極を６００〜８００℃で溶解する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記平坦化する工程は、前記凹凸状の傷に対して機械的に圧力を加える工程を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記パッド電極の前面に、前記プローブ針の当接により生じた凹凸を覆うように電極膜を形成する工程と、
前記電極膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなり、
前記電極膜は前記凹凸による段差を超える厚さを有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】  本発明は一般に半導体装置に係り、特に半導体装置のパッド電極構造に関する。
半導体装置では、一般に半導体基板上の半導体素子内部に形成されたパッド電極を、半導体素子実装用の基板（インターポーザ等）に電気的および機械的に接続するために、パッド電極上に外部接続用の突起電極としてバンプを形成する必要がある。
【背景技術】  一般に半導体装置の製造の際には，半導体装置の製造工程が終了した時点で各半導体素子が電気的に正常な動作を示す事を確認する必要がある。このために，半導体基板の表面上に形成されたパッド電極上にプローブ針を当てて、電気的な動作試験が行われる。
前記動作試験では、ＡｌやＣｕよりなるパッド電極上にプローブ針を押圧する必要があるため、パッド電極表面には先端の尖ったプローブ針により凹凸状に変形された傷（以下、プローブ痕と称する）が残る。
図１は、プローブ痕が形成されたパッド電極上にバンプを形成した場合の半導体装置を示した図である。
図１を参照するに、半導体基板１０上にはパッド電極２０が形成されており、さらに前記パッド電極２０を露出するように、パッシベーション膜３０が形成されている。また前記パッド電極２０上には、動作試験の結果、プローブ痕４０が形成されている。
このようなパッド電極２０上には、Ｔｉ層６０とＣｕ層６１とがそれぞれ密着層および導電層として、スパッタリング法により、それぞれ３００ｎｍおよび２５０ｎｍの厚さに形成されており、さらに前記導電層６１を電極として電解めっきを行うことにより、Ｎｉ層８０およびＡｕ層９０が、それぞれ４０００ｎｍおよび２００ｎｍの厚さに形成される。前記Ａｕ層９０はＮｉ層８０の酸化防止膜として作用する。
さらに前記Ａｕ層９０上にはＳｎ−Ａｇ系などの無鉛はんだ、あるいはＳｎ−Ｐｂ系などの鉛はんだにより、バンプ電極１００が形成される。
ところで図１の例では、先にも説明したように動作試験の結果、前記パッド電極２０上にはプローブ痕４０が形成されるが、プローブ痕４０は凹凸状になっているため、スパッタリングを行っても、前記密着層６０あるいはＣｕ層６１が一様に形成されない場合がある。前記Ｔｉ層６０あるいはＣｕ層６１は非常に薄く、２００〜３００ｎｍ程度の厚さしかないため、このように下地に凹凸が存在する場合には、一様な膜形成を行うことができない。
そのため、Ｃｕ層６１を電極とした電解めっきによりＮｉ層８０とＡｕ層９０とを形成した場合、これらの層もプローブ痕４０上には成長せず、従ってバンプ１００を前記Ａｕ層９０上に形成した場合、前記プローブ痕４０に対応してパッド電極２０とバンプ１００との間に空洞１１０が形成されることがある。
バンプ電極１００の下にこのような空洞１１０がある場合には、バンプ電極を使った接合の電気的あるいは機械的な特性が劣化し、半導体装置の信頼性が低下する。また、このようなＴｉ層及びＣｕ層が形成されていない領域を介して、バンプ電極１００の材料であるＳｎ，Ａｇ，Ｐｂ，Ｎｉなどの金属元素がパッド電極２０中に拡散し、あるいはパッド電極２０を構成するＡｌがバンプ電極１００に拡散してコンタクト抵抗が上昇する問題が発生する。
そのため、従来技術においては、電極パッド表面上に直接にプローブ針を当接させることができず、半導体装置上にプローブ検査用としての別の電極パッドをテスト用に設け、電気的な動作試験を行っていた。このような方法では、バンプ電極が形成されるパッド電極の他に、プローブ検査用として別のパッド電極を設けるため、半導体装置の面積が増大してしまう。
【発明の開示】
そこで、本発明では上記課題を解決した、新規で有用な半導体装置の製造方法を提供することを、具体的な課題とする。
本発明のより具体的な課題は、プローブ針を当接されたパッド電極上に、直接にバンプ電極を形成できる半導体装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、基板と、前記基板上に形成されたパッド電極と、前記パッド電極上に形成されたバンプ電極とを備えた半導体装置において、
前記パッド電極は凹凸状の傷を有し、
前記パッド電極と前記バンプ電極との間には、前記凹凸状の傷を覆うパターンが設けられていることを特徴とする半導体装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記パッド電極表面の一部に、前記プローブ針の当接により生じた凹凸を覆うようにパターンを形成する工程と、
前記パッド電極表面に、前記パターンを覆うように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記プローブ針の当接により生じた凹凸部を平坦化する工程と、
前記パッド電極表面に、前記平坦化された凹凸部を覆うように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、
基板上にパッド電極を形成する工程と、
前記パッド電極にプローブ針を当接し、試験を行う工程と、
前記パッド電極の前面に、前記プローブ針の当接により生じた凹凸を覆うように電極膜を形成する工程と、
前記電極膜を電極に、前記パッド電極上に導電性下地膜を電解めっきにより形成する工程と、
前記導電性下地膜上にバンプ電極を形成する工程とよりなり、
前記電極膜は前記凹凸による段差を超える厚さを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明によれば、プローブ検査時に使用するプローブ針による凹凸状の傷（以下、プローブ痕）のあるパッド電極上に、保護膜を形成することにより、あるいはこれを平坦化することにより、前記電極パッド上に前記プローブ傷の部分も含めて導電層が形成でき、かかる導電層を電極に電解めっきを行ない、導電パターンを形成することにより、前記パッド電極へのバンプ電極の形成が可能となる。その際、本発明では別途テスト用のパッド電極を設ける必要がなくなり、基板表面を有効に利用することができ、また半導体装置を微細化することが可能になる。
本発明のその他の特徴及び利点は、以下に図面を参照しながら行う発明の好ましい実施例についての詳細な説明より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、プローブ痕が形成されたパッド電極上にバンプを形成した場合の半導体装置を示した図；
図２は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した図；
図３は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図４は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図５は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図６は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図７は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図８は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図９は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１０は、本発明の第１の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１１は、本発明の第２の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した図；
図１２は、本発明の第２の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１３は、本発明の第２の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１４は、本発明の第２の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１５は、本発明の第３の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図；
図１６は、本発明の第３の実施形態によるパッド電極上へのバンプ形成の過程を示した別の図である。
発明を実施するための最良の態様
第１実施例
図２〜１０は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
Ａ．パッド電極と基板保護膜の形成の工程
図２を参照するに、トランジスタ及び多層配線（図示せず）が形成された半導体基板２１０の表面の周縁部に、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法によってアルミニウム膜を形成し、これをパターニングすることによりパッド電極２２０を形成する。次に、前記パッド電極２２０上に保護膜となる窒化珪素膜２３０を、パッド電極２２０を被覆するように形成し、さらに前記保護膜２３０中に開口部を、前記パッド電極２２０が露出するように形成する。
Ｂ．半導体装置のプローブ検査の工程
図２に示す構造に形成した後、図３の工程において、電気的な信号の確認のためにプローブ検査を行う。
その結果、図３に示すように、前記プローブ検査後にはパッド電極２２０上に、プローブ針を押し当てたことによる凹凸状の傷であるプローブ痕２４０（以下、プローブ痕）が残る。
Ｃ．パッド電極表面のプローブ傷上への窒化珪素膜形成の工程
さらに図４の工程において、図３の構造上に窒化珪素膜などの膜を、プローブ痕２４０を覆うように形成し、さらにこれをパターニングして前記プローブ痕２４０を覆う窒化珪素膜パターン２５０を、前記プローブ痕２４０に対応して形成する。
Ｄ．Ｔｉ層とＣｕ層の形成の工程
次に、図５の工程において、図４の構造上に、前記パッド電極２２０および窒化珪素膜パターン２５０を覆うように、スパッタリング法により、Ｔｉ層２６０とＣｕ層２６１とを、それぞれ３００ｎｍおよび２００ｎｍの厚さに順次形成する。
Ｅ．レジスト膜のパターニングの工程
次に、図６の工程において、図５の構造上にレジスト膜２７０を形成し、これをパッド電極２２０以外の領域を覆うようにパターニングする。
Ｆ．Ｎｉ層とＡｕ層形成の工程
次に、図７の工程において図６の構造上に、電解メッキ法を用いてＮｉ層２８０を４０００ｎｍの厚さに形成し、さらにＮｉ層２８０上に酸化防止膜としてＡｕ層２９０を２００ｎｍの厚さに形成する。
Ｇ．レジスト膜の除去の工程
次に、図８の工程においてアッシングを行い、図７のレジスト膜２７０を除去する。
Ｈ．Ｔｉ層とＣｕ層のエッチングの工程
次に、図９の工程において、パッド電極２２０上に形成された、Ｎｉ層２８０とＡｕ層２９０をマスクにして、パッド電極２２０以外の領域に形成されたＴｉ層２６０とＣｕ層２６１とをエッチングあるいはイオンミリングにより除去する。
Ｉ．バンプの形成の工程
さらに図１０の工程においてＡｕ層２９０上に、印刷法、転写法、電解メッキ法のうちいずれか一つの方法により、Ｓｎ−Ａｇ系合金よりなる無鉛はんだ、あるいは、Ｓｎ−Ｐｂ系合金よりなる鉛はんだを形成する。その後、前記はんだに熱処理を行い、バンプ電極３００を形成する。
しかし、本実施例では、パッド電極２２０表面のプローブ痕２４０を覆うように、保護膜、例えば、無機膜である窒化珪素膜パターン２５０を形成することにより、パッド電極２２０上にＴｉ層２６０とＣｕ層２６１とを、前記窒化珪素膜パターン２５０を覆うように連続して形成することができるため、前記パッド電極２２０上にＮｉパターン２８０あるいはＡｕパターン２９０を電解めっきにより連続して、すなわち前記パッド電極２２０に対応する領域を一様に覆うように形成することができ、その結果バンプ電極３００を形成してもその下に従来のような空洞が形成されることはない。前記密着層２６０，２６１とパッド電極２２０との間に窒化珪素膜２５０を形成することは、パッド電極２２０上に傷がある場合、例えば、プローブ痕がある場合に非常に有効である。
なお、本実施例では前記保護膜パターン２５０は窒化珪素膜などの絶縁膜としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化珪素膜などの他の絶縁膜、あるいはポリイミド樹脂などの有機膜、あるいは金属や合金などの導電膜を保護膜パターン２５０として使うことも可能である。例えば、前記保護膜パターン２５０の代わりに、導電性の膜であるペースト状のＡｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕのうちのいずれかを形成しても同様な効果が得られる。
第２実施例
図１１〜１４は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Ａ．半導体装置のプローブ検査工程
図１１に示すように、半導体基板２１０上には、パッド電極２２０と基板保護膜２３０とを形成した後に行うプローブ検査の結果、パッド電極２２０表面の凹凸状の傷がプローブ痕２４０として残る。
Ｂ．ドライエッチングによるプローブ痕の平坦化工程
次に、図１２に示すように、前記パッド電極２２０の表面にプローブ痕２４０を含むようにドライエッチング行い、プローブ痕２４０を平坦化する。
Ｃ．Ｔｉ層とＣｕ層の形成工程
次に図１３の工程において、図１２の構造上にスパッタリング法を用いて、Ｔｉ層２６０とＣｕ層６１とを、前記基板保護膜２３０およびパッド電極２２０を覆うように、それぞれ３００ｎｍおよび２００ｎｍの厚さに順次形成する。
Ｄ．バンプの形成工程
その後、実施例１の図６〜９に示した工程を経て、図１４に示すように、パッド電極２２０上のＣｕ層２６１の上に、Ｎｉ層２８０が４０００ｎｍの厚さに、またＡｕ層２９０が２００ｎｍの厚さに形成され、さらにＳｎ−Ａｇ系無鉛合金はんだ、あるいはＳｎ−Ｐｂ系の鉛合金はんだを形成し、熱処理することにより、バンプ電極３００を形成する。
このように、本実施形態では、プローブ痕２４０の凹凸段差を平坦化により減少させることにより、Ｔｉ層２６０およびＣｕ層２６１をパッド電極２２０上に連続して、一様に形成することが可能になり、バンプ電極３００を、空洞を生じることなく形成することが可能となる。
なお、本実施例においてはプローブ痕２４０の平坦化をドライエッチングにより行ったが、その代わりにウエットエッチングを用いても同様な効果が得られる。またドライエッチングの代わりに、パッド電極２２０を６００〜８００℃の温度で溶解してプローブ痕２４０を平坦化することも可能である。さらにドライエッチングの代わりに、プローブ痕２４０に対して機械的に圧力を加え、物理的にプローブ痕２４０を平坦化しても、同様な効果が得られる。
第３実施例
図１５〜１６は、本発明の第３の実施形態による半導体装置の製造工程を示した図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１５を参照するに、本実施例ではプローブ検査の後、プローブ痕２４０の形成されたパッド電極２２０およびパッシベーション膜２３０を覆うように、スパッタリング法により、Ｔｉ層２６２とＣｕ層２６３を先の実施例よりも厚い、例えば５００ｎｍの膜厚に順次形成する。
その後、先に図６〜９に示した工程を経て、図１６に示すように、パッド電極２２０上のＣｕ層２６３の上に、Ｎｉ層２８０を４０００ｎｍの厚さに、またＡｕ層を２００ｎｍの厚さに電解めっきにより形成し、さらにＳｎ−Ａｇ系合金よりなる無鉛はんだ、あるいはＳｎ−Ｐｂ系合金よりなる鉛はんだを形成する。その後、前記合金はんだに熱処理を行い、バンプ３００電極を形成する。
本実施形態では、このように、Ｔｉ層２６２とＣｕ層２６３とを厚く、好ましくは前記プローブ痕２４０の段差に等しい、あるいはそれを超える例えば１μｍ程度の厚さに形成することにより、プローブ痕２４０の凹凸形状の段差が相対的に小さくなり、あるいは無視できるようになり、前記Ｔｉ層２６２とＣｕ層２６３とを前記パッド電極２２０上に連続して形成することが可能となる。
なお、以上の各実施例において、密着層２６０はＴｉ層に限定されるものではなく、Ｔｉ，Ｃｒ，ＴｉＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖのいずれかにより構成することができる。また前記電極層２６１はＣｕに限定されるものではなく、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇのいずれかにより形成することができる。さらにこれらを形成するプロセスはスパッタリング法に限定されるものではなく、蒸着法あるいはＭＯＣＶＤ法により形成することもできる。
また前記バンプの下地層（ＵＢＭ層：ｕｎｄｅｒ  ｂｕｍｐ  ｍｅｔａｌ）となる導電層２８０はＮｉ層に限定されるものではなく、Ｎｉ，Ｃｕを含む合金により構成されていてもよい。さらに前記酸化防止膜２９０はＡｕに限定されるものではなく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎのいずれかにより形成することができる。
さらに前記バンプ電極３００はＳｎ−Ａｇ合金あるいはＰｂ−Ｓｎ合金に限定されるものではなく、Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＳｎおよびＰｂの合金、あるいはＡｕ，Ａｇであってもよい。
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、基板上に形成されたパッド電極が凹凸状の傷を有していても、その上に安定に導電膜を連続的に形成することが可能になり、このような導電膜を電極に電解めっきを行うことにより、パッド電極の全面に導電層を形成することが可能になる。その結果、このような導電層上にバンプ電極を安定に、空洞の形成を生じることなく形成することが可能になる。
本発明によれば、プローブ電極を当接させたパッド電極上にもバンプ電極を形成することが可能になるため、別にテスト用のパッド電極を形成する必要がなくなり、基板表面を有効に利用することが可能になり、また半導体装置を微細化することが可能になる。
【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】
2004001839.tif 000013
【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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【国際調査報告】
2004001839.tif 000019
2004001839.tif 000020