(57)【要約】【課題】半導体素子の製造工程、特に半導体素子の裏面研磨工程で生じる外的応力を緩和し、回路を構成する層間絶縁膜へのダメージを軽減できるバンプ構造を備えた半導体素子及びその製造方法、並びにこの半導体素子を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】配線層（図示せず）が形成された半導体基板１上には、電極２及びこの電極２上に開口部を有するカバーコート膜３が順次形成されている。電極２上には、第１の密着層４を介して、その表面に平坦部が形成された導電性樹脂からなる導電性樹脂層５が形成されている。更に、導電性樹脂層５の平坦部上には、第２の密着層６を介して、例えば銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７が形成されている。【選択図】図１
2008047677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板上に形成された電極と、この電極が形成された前記半導体基板上に形成され前記電極上に開口部が設けられたカバーコート膜と、前記開口部を含む前記電極上に形成された第１の密着層と、この第１の密着層を介して前記電極上に形成されその表面の少なくとも一部に平坦部が形成された導電性樹脂層と、この導電性樹脂層の前記平坦部上に形成された第２の密着層と、この第２の密着層上に形成された金属バンプと、を有することを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記金属バンプは、銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記金属バンプは、錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだバンプであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第１及び第２の密着層は、夫々、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）合金、若しくは銅（Ｃｕ）の単層又は１若しくは複数種数の層の積層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記導電性樹脂層は、金属粒子を含有して導電性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記導電性樹脂層は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記金属粒子は、Ａｇ（銀）粒子であることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記導電性樹脂層は、母合金粒子と、この母合金の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体素子と、この半導体素子に対向して配置され前記半導体素子の電極に対応する位置にパッドを有する配線基板と、前記半導体素子と前記配線基板との間に形成された間隙に充填されたアンダーフィル樹脂と、を有し、前記アンダーフィル樹脂の弾性率及び熱膨張率は、前記導電性樹脂層を構成する樹脂の弾性率及び熱膨張率と同等であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板の回路形成面上に形成された電極及びこの電極上に開口部を有するカバーコート膜上の全面に第１の密着層を形成する工程と、前記電極が配置された位置に前記第１の密着層の上から導電性樹脂を供給する工程と、前記導電性樹脂を硬化させる工程と、高さのばらつきが無くその表面が平坦になるように前記導電性樹脂を研削する工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記導電性樹脂は、金属粒子を含有して導電性を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性樹脂は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記導電性樹脂は、母合金粒子と、この母合金属の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板の回路形成面上に形成された電極及びこの電極上に開口部を有するカバーコート膜上の全面に第１の密着層を形成する工程と、前記電極が配置された位置に前記第１の密着層の上から導電性樹脂を供給する工程と、前記導電性樹脂を硬化させる工程と、高さのばらつきが無くその表面が平坦になるように前記導電性樹脂を研削する工程と、前記第１の密着層を除去する工程と、前記半導体基板の回路形成面上に第２の密着層を形成する工程と、前記導電性樹脂の前記平坦部に金属バンプを形成する工程と、前記第２の密着層を除去する工程と、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１５】
前記導電性樹脂は、金属粒子を含有して導電性を有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性樹脂は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記導電性樹脂は、母合金粒子と、この母合金属の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することを特徴とする請求項１４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、半導体素子及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法に関し、特に、フリップチップ方式の実装形態におけるバンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ方式を用いた半導体装置の実装形態において、接続材料に高融点はんだ（鉛（Ｐｂ）９５％／錫（Ｓｎ）５％）等の鉛（Ｐｂ）を主成分としたはんだ材料が使用されている。図９は、フリップチップ方式のはんだバンプを使用した従来の半導体素子の構造の一例である。図９に示すように、半導体基板１０１上には、電極１０２とその電極１０２上に開口を有するカバーコート膜１０３が形成されている。そして、電極１０２上には密着層１０４及びバリアメタル層１０８を介して、はんだバンプ１０９が形成されている。
【０００３】
図１１に示すように、上述の従来の半導体素子は、以下のようにして製造される。先ず、半導体基板１０１の回路形成面上に形成された電極１０２及びこの電極１０２上に開口を有するカバーコート膜１０３上の全面に、スパッタ法により密着層１０４を形成する（図１１（ａ）及び（ｂ））。その後、フォトレジスト等を用いて基板の全面にめっきレジスト膜１１７を供給し、電極１０２上に開口部を設ける（図１１（ｃ））。次に、このめっきレジスト膜１１７の開口部にバリアメタル層１０８、はんだバンプ１０９となるはんだ層をめっき法にて充填させた後（図１１（ｄ））、アッシング等によりめっきレジスト膜１１７を除去し、はんだ層をマスクとして密着層１０４をエッチング除去する（図１１（ｅ））。最後に、この半導体基板１０１を加熱処理することで、はんだ層を溶融させ、球状のはんだバンプ１０９を形成する（図１１（ｆ））。なお、図示はしていないが、その他の従来のはんだバンプ製造方法として、バリアメタル層を形成後、はんだボールを搭載、又は印刷にてはんだ供給した後、はんだを溶融させバンプを形成する方法がある。
【０００４】
また、近時、半導体基板と配線基板との熱膨張差によって生じる応力を緩和し、信頼性の高いフリップチップ接続構造を提供する技術が提案されている。このような接続構造として、半導体基板と配線基板との間にスタンドオフを確保する構造があり、一例として、特許文献１に開示された従来技術がある。図１０は、特許文献１に記載の図１をもとに、従来のフリップチップ構造の半導体素子を模式的に示した断面図である。図１０に示すように、半導体基板１０１上には電極１０２と、この電極１０２上に開口を有するカバーコート膜１０３が形成されている。更に、電極１０２上には、密着層１０４を介して、銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ１０７が形成されている。また、柱状バンプ１０７の側面には、酸化膜等からなる濡れ防止膜１２３が形成されている。このように、特許文献１では、バンプに銅（Ｃｕ）からなる柱状突起を用い、スタンドオフを稼ぐことで、配線基板の接続時にアンダーフィル樹脂の充填を容易にし、且つ信頼性の向上を図る構造としている。
【０００５】
また、上述とは別の高信頼性のフリップチップ接続構造として、絶縁性の樹脂からなる応力緩和層をはんだ接続部近傍に設ける構造が提案されている。例えば、特許文献２においては、半導体基板上の電極と、はんだバンプの下部電極との間に、複数の低応力耐熱性樹脂層及び少なくとも１層の導電層からなる多層配線層を設けた半導体素子が記載されており、この絶縁性の低応力耐熱性樹脂層が応力緩和層として機能する。また、特許文献３においては、配線基板側に絶縁性樹脂層を応力緩和層として内部に有する突起電極を形成し、この突起電極を介して、配線基板と半導体素子の電極部との間をはんだ接続している。
【０００６】
また、特許文献４においては、導電性の樹脂からなる応力緩和層が設けられたフリップチップ接続構造が開示されている。即ち、半導体素子及び配線基板の電極端子同士の接続は、導電性樹脂を配線基板側に供給し、これを応力緩和層として半導体素子側の突起電極と接続することでなされる。このように、導電性の樹脂を使用することで、接続部の応力を緩和する構造が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３４３６７号公報
【特許文献２】特開平０１−２０９７４６号公報
【特許文献３】特開２００５−３０３０２１号公報
【特許文献４】特開２００１−２１７２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。
【０００９】
近時、環境規制への対応として製造製品に対する鉛フリー化が急務とされ、フリップチップ方式を用いた半導体装置の実装形態においても、接続材料に高融点はんだ（Ｐｂ９５％／Ｓｎ５％）等の鉛（Ｐｂ）を主成分としたはんだ材料から錫（Ｓｎ）を主成分としたはんだ材料に移行している。しかしながら、錫（Ｓｎ）を主成分としたはんだは、鉛（Ｐｂ）を主成分としたはんだと比較して、硬く変形しにくいため、配線基板と半導体素子との熱膨張差によって生じる応力を緩和しきれない。このため、半導体基板においては、電極の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜へのクラックが発生し破壊されてしまうという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１においては、このような応力緩和を目的とした構造を開示しているが、Ｃｕ（銅）からなる柱状バンプを使用しているため、バンプ自体が硬い材質であり、バンプの変形による応力の緩和が困難である。従って、スタンドオフを稼ぎアンダーフィル樹脂の充填性が向上しただけでは応力緩和が十分に図れず、層間絶縁膜にクラックが発生するという問題点がある。
【００１１】
更にまた、特許文献２及び３においては、絶縁性の樹脂からなる応力緩和層をはんだ接続部近傍に設ける構造が提案されており、詳細には、特許文献２は、このような構造を半導体素子側に設けるものであり、特許文献３は、配線基板側に設けるものである。但し、配線基板上の電極との導通が得られるように構成する必要があり、このため、特許文献２では多層配線構造を構成し、また、特許文献３では、樹脂層を内部に有する突起電極を構成している。
【００１２】
これに対して、特許文献４では、導電性の樹脂からなる応力緩和層を利用しており、絶縁性樹脂を使用する場合に比べて、より簡素な構造により応力緩和を図っている。しかしながら、特許文献４においては、導電性樹脂は配線基板側に供給されている。ところで、近時、パッケージの薄型化に伴い、半導体素子の厚さも薄くする必要があるため、バンプが形成された状態で半導体素子の裏面を研磨する。このため、半導体素子の製造工程において、ウェハの裏面研磨によって生じる外的応力がバンプを通じて層間絶縁膜にダメージを与えることが起こり得る。このように、特に半導体素子の裏面研磨工程で、半導体基板の電極の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜を破壊してしまうという問題点があるが、特許文献４においては、応力緩和層としての導電性樹脂を配線基板側に設けているため、このような問題に対処することが困難である。
【００１３】
また原因の一つとして、近時は、半導体素子の微細化と高性能化に伴い、回路を構成する層間絶縁膜に脆弱なＬｏｗ−ｋ（低誘電率）材料が適用されていることがあげられる。層間絶縁膜が従来のものより脆弱であるため、耐久性に乏しく、層間絶縁膜自体にクラックが発生し破壊し易いためである。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、半導体素子の製造工程、特に半導体素子の裏面研磨工程で生じる外的応力を緩和し、回路を構成する層間絶縁膜へのダメージを軽減できるバンプ構造を備えた半導体素子及びその製造方法、並びにこの半導体素子を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体素子は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された電極と、この電極が形成された前記半導体基板上に形成され前記電極上に開口部が設けられたカバーコート膜と、前記開口部を含む前記電極上に形成された第１の密着層と、この第１の密着層を介して前記電極上に形成されその表面の少なくとも一部に平坦部が形成された導電性樹脂層と、この導電性樹脂層の前記平坦部上に形成された第２の密着層と、この第２の密着層上に形成された金属バンプと、を有することを特徴とする。
【００１６】
前記金属バンプは、銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプとすることができる。又は、前記金属バンプは、錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだバンプとすることができる。
【００１７】
また、前記第１及び第２の密着層は夫々、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）合金、若しくは銅（Ｃｕ）の単層又は１若しくは複数種数の層の積層とすることができる。
【００１８】
また、前記導電性樹脂層は、金属粒子を含有して導電性を有することができる。更に、前記導電性樹脂層は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲とすることが好ましい。更にまた、前記金属粒子は、Ａｇ（銀）粒子とすることができる。
【００１９】
また、前記導電性樹脂層は、母合金粒子と、この母合金属の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置は、前記半導体素子と、この半導体素子に対向して配置され前記半導体素子の電極に対応する位置にパッドを有する配線基板と、前記半導体素子と前記配線基板との間に形成された間隙に充填されたアンダーフィル樹脂と、を有し、前記アンダーフィル樹脂の弾性率及び熱膨張率は、前記導電性樹脂層を構成する樹脂の弾性率及び熱膨張率と同等であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体基板の回路形成面上に形成された電極及びこの電極上に開口部を有するカバーコート膜上の全面に第１の密着層を形成する工程と、前記電極が配置された位置に前記第１の密着層の上から導電性樹脂を供給する工程と、前記導電性樹脂を硬化させる工程と、高さのばらつきが無くその表面が平坦になるように前記導電性樹脂を研削する工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
また、前記導電性樹脂は、金属粒子を含有して導電性を有することができる。更に、前記導電性樹脂は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲とすることができる。
【００２３】
また、前記導電性樹脂は、母合金粒子と、この母合金属の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することができる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の回路形成面上に形成された電極及びこの電極上に開口部を有するカバーコート膜上の全面に第１の密着層を形成する工程と、前記電極が配置された位置に前記第１の密着層の上から導電性樹脂を供給する工程と、前記導電性樹脂を硬化させる工程と、高さのばらつきが無くその表面が平坦になるように前記導電性樹脂を研削する工程と、前記第１の密着層を除去する工程と、前記半導体基板の回路形成面上に第２の密着層を形成する工程と、前記導電性樹脂の前記平坦部に金属バンプを形成する工程と、前記第２の密着層を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００２５】
また、前記導電性樹脂は、金属粒子を含有して導電性を有することができる。更に、前記導電性樹脂は、粒径が０．１乃至５．０μｍの金属粒子と、粒径が１乃至２０ｎｍの金属ナノ粒子とを含有して導電性を有し、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲とすることができる。
【００２６】
また、前記導電性樹脂は、母合金粒子と、この母合金属の融点よりも低い低融点合金相を有する合金粒子とを含有し、前記母合金粒子と前記合金粒子とが金属間結合をすることにより導電性を有することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本願請求項１に係る発明によれば、電極と金属バンプとの間に導電性樹脂層を形成することにより、半導体素子の製造工程、特に半導体素子の裏面研磨工程で生じる外的応力に対し、この半導体素子側に形成された導電性樹脂層が緩衝材として機能し、電極の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜へのダメージを軽減させることが可能となる。
【００２８】
また、本発明の半導体素子の実装時及び実装後において、半導体素子と配線基板との熱膨張差によって生じる応力に対し、導電性樹脂層が変形することで応力の緩和が図られる。従って、電極の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜への応力が軽減され、クラックの発生を抑制することが可能となる。また、同時に、接続部へのクラックの発生も抑制することができる。
【００２９】
更にまた、導電性樹脂層の平坦部上に第２の密着層を介して金属バンプが形成されているため、金属バンプの高さばらつきがなく、半導体素子の実装において安定した接続状態を確保することが可能となる。
【００３０】
本願請求項８に係る発明においては、半導体素子と配線基板との接続部に供給するアンダーフィル樹脂の弾性率及び熱膨張率等の特性と半導体素子の導電性樹脂層の弾性率及び熱膨張率等の特性とを同等程度とすることにより、熱サイクル等によって生じたアンダーフィル樹脂の変形に対し、導電性樹脂層が同じように変形し柔軟に追従することができる。従って、電極の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜、及び接続部へ印加される応力が軽減され、高い信頼性を得ることができる。
【００３１】
本願請求項９に係る発明においては、導電性樹脂層の形成時に導電性樹脂の研削加工を実施することで、高さばらつきがなく且つ平坦な導電性樹脂層を形成することができる。従って、この導電性樹脂層の平坦部上に金属バンプを形成することで、高さばらつきのない金属バンプを形成することが可能となる。更に、導電性樹脂層の形成において、半導体素子の回路形成面上の全面に第１の密着層を供給した後に導電性樹脂層の形成を行うことで、第１の密着層が保護膜として機能し、樹脂供給時、研削時における印刷ダレ、研削屑等から半導体素子の回路面上に導電性樹脂が直接付着することを防止する。従って半導体素子への汚染を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体素子においては、配線層（図示せず）が形成された半導体基板１上に電極２が形成されており、この電極２の外周を含む半導体基板１上にはカバーコート膜３が形成されている。つまり、半導体基板１及び電極２は、電極２上に開口部を有するカバーコート膜３により覆われている。そして、電極２上には、第１の密着層４を介して、その表面に平坦部が形成された導電性樹脂からなる導電性樹脂層５が形成されている。更に、導電性樹脂層５の平坦部上には、第２の密着層６を介して、例えば銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７が形成されている。第２の密着層６は、導電性樹脂層５の平坦部上に成膜されているため、その上面は同様に平坦である。第１及び第２の密着層６は、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）合金、若しくは銅（Ｃｕ）の単層又は１若しくは複数種数の層の積層を使用することができる。
【００３４】
また、ここで示した導電性樹脂とは、図３に示す様に、その断面形状が例えば楕円又はフレイク（剥片）形状の銀（Ａｇ）等の材料からなる金属粒子１０を樹脂成分１１中に含有した樹脂であり、樹脂成分１１が硬化した後、この金属粒子１０同士が接触することで導電性が得られるものである。
【００３５】
また、樹脂成分１１の特性は、半導体パッケージの信頼性規格を満足する特性であり、硬化後の熱膨張係数及び弾性率等の特性が、半導体素子の実装時に半導体素子と配線基板との間に充填され一般にアンダーフィル材料と呼ばれる樹脂の特性と同等なものが好ましい。
【００３６】
更にまた、ここで示した銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７の表面に、はんだ及び／又は金（Ａｕ）からなる層を形成した構造、及び柱状バンプ７の側壁に銅酸化膜等による濡れ防止膜を形成した構造も可能である。
【００３７】
次に、上述の如く構成された本実施形態の動作について説明する。近時、パッケージの薄型化に伴い、半導体素子の厚さも薄くする必要があるため、バンプが形成された状態で半導体素子の裏面を研磨している。このため、半導体素子の製造工程、特に半導体素子の裏面研磨工程においては、バンプ接合部分に外的応力が発生するが、本実施形態においては、半導体素子側に形成された導電性樹脂層５がこのような外的応力を緩和する。また、半導体装置の組立工程中での加熱処理等の熱サイクルにより、半導体基板及び配線基板の温度が変化する。半導体基板及び配線基板の熱膨張係数は夫々異なるため、熱膨張量も相互に異なる。その結果、半導体基板と配線基板との間には、柱状バンプ７を介して相互に外的応力が印加される。しかしながら、その際、半導体素子側に形成された導電性樹脂層５が変形することで、このような外的応力が緩和される。
【００３８】
本実施形態においては、電極２上に第１の密着層を介してその上面に平坦部を有する導電性樹脂層５が形成され、更に、導電性樹脂層５の平坦部上に第２の密着層を介して柱状バンプ７が形成されている。このように、電極２と柱状バンプ７との間に導電性樹脂層５を形成することにより、半導体素子の製造工程、特に半導体素子の裏面研磨工程で生じる外的応力に対し、この半導体素子側に形成された導電性樹脂層５が緩衝材として機能し、半導体基板１内の層間絶縁膜へのダメージを軽減させることが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態の実装形態において、実装時及び実装後の半導体素子と配線基板との熱膨張差によって生じる応力に対し、この導電性樹脂層５が変形することで応力の緩和が図られる。従って、電極２の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜への応力が軽減され、クラックの発生を抑制することが可能となる。また、同時に、接続部へのクラックの発生も抑制することができる。
【００４０】
更にまた、導電性樹脂層５の平坦部上に第２の密着層６を介して柱状バンプ７が形成されているため、柱状バンプ７の高さばらつきがなく、半導体素子の実装において安定した接続状態を確保することが可能となる。
【００４１】
また、バンプを融点がはんだより高い銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７とすることで、実装後におけるスタンドオフを確保できることから、応力緩和を図れると共に、隣接バンプとのはんだショート不良の抑制、アンダーフィル樹脂の封入性の向上が可能となり、微細ピッチの実装にも有効となる。
【００４２】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の製造方法について説明する。図６は、第１の実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順に示す断面図である。先ず、半導体基板１の回路形成面上に形成された電極２と、この電極２上に開口部を有すると共に電極２の端部を含む半導体基板１上に形成されたカバーコート膜３上の全面にスパッタ法等により第１の密着層４を形成する（図６（ａ）及び（ｂ））。より具体的には、半導体基板１上に形成されたアルミニウム合金からなる配線層（図示せず）上に、厚さが例えば１μｍのＳｉＯＮ及び厚さが６μｍのポリイミドからなるカバーコート膜３を形成する。このカバーコート膜３に対して、配線層先端部に形成され辺の長さが１２０μｍ程度の例えば正方状の電極２上に、例えば直径７０μｍの開口部をＳｉＯＮ、ポリイミドの夫々に対して形成する。更に、カバーコート膜３及びカバーコート膜３の開口部全面に、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）の順に第１の密着層４をスパッタ法により形成する。このとき、チタン（Ｔｉ）の厚さは例えば３０ｎｍ、銅（Ｃｕ）の厚さは例えば３００ｎｍである。
【００４３】
その後、電極２上のカバーコート膜３が開口された部分に、第１の密着層４の上から印刷法等により導電性樹脂層５となる銀（Ａｇ）等の金属粒子を含有した導電性樹脂を供給する（図６（ｃ））。図６（ｃ）においては、印刷スキージ１６を使用し、印刷マスク５を介して、導電性樹脂を供給している。より具体的には、半導体基板１上に形成された電極２と相対する位置に直径７０μｍの開口部が形成された板厚約４０μｍの印刷用マスクを用い、例えば、金属粒子：銀（Ａｇ）、ガラス転移温度Ｔｇ：約１００℃、熱膨張係数：約１００ｐｐｍ／℃、弾性率：約５．８ＧＰａの導電性樹脂を印刷法にて供給する。その他の樹脂供給方法として、ディスペンス、インクジェット法による供給方法、及び感光特性のある樹脂を用いてリソグラフィ法により必要な部分にのみ供給することも可能である。
【００４４】
次に、導電性樹脂層５を硬化させる。このとき、導電性樹脂の硬化後の形状としては、樹脂の流動性により電極２上のカバーコート膜３の開口部より数μｍ程度広く丸みを帯びた形状であり、その高さには、ばらつきが生じている。次に、高さばらつきがなく樹脂表面が平坦になるように樹脂層５を研削する（図６（ｄ））。その後、第１の密着層４を、導電性樹脂層５をマスクとしエッチング除去する（図６（ｅ））。
【００４５】
次に、半導体基板１の回路形成面上の全面に第２の密着層６をスパッタ法にて形成する（図６（ｆ））。第２の密着層６としては、例えば、厚さ３０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、厚さ３００ｎｍの銅（Ｃｕ）を順にスパッタ法により形成する。次に、第２の密着層６の上からめっきレジスト膜１７を供給した後、半導体基板１の電極２の位置に開口部を形成する。このとき、めっきレジスト膜１７の開口サイズは、２層目の密着層である銅（Ｃｕ）のエッチングレートを考慮し、銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプが所定のサイズとなる様に、サイズを調整する。その後、電解めっき法により銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７を形成する。このとき、柱状バンプ７の寸法は、例えば、直径約８８μｍ、高さ約７０μｍであり、導電性樹脂層５の平坦部内の位置に柱状バンプ７が形成される（図６（ｇ））。最後に、めっきレジスト膜１７をアッシング等により除去し、第２の密着層６を、柱状バンプ７をマスクとしエッチング除去する（図６（ｈ））。
【００４６】
本実施形態の製造方法においては、導電性樹脂層の形成時に導電性樹脂の研削加工を実施することで、高さばらつきがなく且つ平坦な導電性樹脂層５を形成することができる。従って、この導電性樹脂層５の平坦部上にバンプを形成することで、高さばらつきのない柱状バンプ７を形成することが可能となる。更に、半導体素子の回路形成面上の全面に第１の密着層４を供給した後に導電性樹脂層５の形成を行うことで、第１の密着層４が保護膜として機能し、樹脂供給時、研削時における印刷ダレ、研削屑等から半導体素子の回路面上に導電性樹脂が直接付着することを防止する。従って半導体素子への汚染を回避することが可能となる。
【００４７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子を備えた半導体装置について説明する。図８は、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。図８においては、第１の実施形態に係る半導体素子が、半導体基板１の電極２と相対する位置にパッド２０が形成された配線基板１８上に実装されている。即ち、配線基板１８のパッド２０上には、はんだ２１が供給されており、半導体基板１側の柱状バンプ７とはんだ２１とが接合されている。また、配線基板１８上のパッド２０が形成されてない領域には、ソルダーレジスト膜１９が形成されている。更に、本実施形態の半導体素子と配線基板１８との間の間隙、即ち、接続部である柱状バンプ７及びはんだ２１により形成された両者の間の空間には、アンダーフィル樹脂２２が封入されている。アンダーフィル樹脂２２の特性は、導電性を除いては、半導体基板側に形成された導電性樹脂層５の特性と同等程度であることが好ましく、特に、アンダーフィル樹脂２２硬化後の熱膨張係数及び弾性率が、導電性樹脂層５の樹脂の熱膨張係数及び弾性率と同等であることが好ましい。
【００４８】
半導体基板１側の柱状バンプ７の表面にはんだが供給されている場合は、配線基板１８のパッド２０上に金（Ａｕ）めっきを供給した構造又は銅（Ｃｕ）表面にフラックスを供給した構造をとることができる。また、このとき、ローカルリフロー方式により実装することで、更にスタンドオフを確保することが可能である。その他の接続構造として、半導体基板１側の柱状バンプ７の表面と配線基板１８側のパッド２０表面との金属の組合せを、金（Ａｕ）めっき同士、若しくは薄いはんだめっきと銅（Ｃｕ）、又は薄いはんだめっき同士の組合せとし、表面を清浄化して拡散接合技術で実装することが可能である。
【００４９】
このような半導体装置の実装構造においては、第１の実施形態の半導体素子と配線基板１８との接合部に供給するアンダーフィル樹脂２２の導電性を除いた特性（熱膨張率、弾性率等）を、導電性樹脂層５の樹脂の特性（熱膨張率、弾性率等）と同等程度とすることにより、実装後の温度サイクル等から生じたアンダーフィル樹脂２２の変形に対し、導電性樹脂層５が柔軟に変形し追従することができる。従って、電極２の下に形成された回路を構成する層間絶縁膜、及び接続部へ掛かる応力を軽減し、高い信頼性を得ることができる。更に、拡散接合技術を適用した場合では、柱状バンプ７の表面が平坦化されていることによって、低ストレス実装が可能となる。
【００５０】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図８を参照して説明する。銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７が形成された半導体基板１を、半導体基板１の電極２と相対する位置にパッド２０が配置されている配線基板１８にフリップチップ実装する。このとき、配線基板１８のパッド２０上にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ２１が供給されており、半導体基板１の柱状バンプ７の表面には、Ｓｎ−Ａｇ系のはんだがめっき供給されている。実装時において、互いのはんだを溶融させ合い、パッド２０と銅（Ｃｕ）からなる柱状バンプ７とを接続する。その後、半導体素子と配線基板１８との接続部に、ガラス転移温度Ｔｇ：約１２５℃、熱膨張係数：約９８ｐｐｍ／℃、弾性率：約７．７ＧＰａの樹脂特性を持つアンダーフィル樹脂２２を封入する。最後に、アンダーフィル樹脂２２を熱硬化させる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体素子について、図２及び図７を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図であり、図７は、第２の実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順に示す断面図である。第１の実施形態においては、銅（Ｃｕ）等からなる柱状バンプを使用しているが、図２に示すように、本実施形態においては、第２の密着層６上のバンプとして、バリアメタル層８を介して形成されたはんだバンプ９を使用している。なお、その他の構成は、第１の実施形態の構成を示す図１と同様であるため、同一の構成物には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
はんだ材料には、錫（Ｓｎ）を主成分とした錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）系はんだ等を使用することが可能である。また、ここで、はんだバンプ９の直径は樹脂層５のサイズより大きくてよく、はんだバンプ９がバリアメタル層８を介し第２の密着層６と接続されている部分で、樹脂層５の平坦部内にあり、平坦部から突出していなければ良い。
【００５３】
本実施形態においては、金属バンプ材質に銅（Ｃｕ）よりも柔らかいはんだ材を用いることによって、金属バンプ自体が変形しやすくなる。従って、金属バンプ自体が変形することで、半導体素子と配線基板１との熱膨張差によって生じる応力に対し、この応力を緩和できる能力を向上させることが可能となる。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の製造方法について説明する。図７に示すように、第２の実施形態は、図７（ａ）乃至図７（ｆ）まで、第１の実施形態と同じ製造方法（図６（ａ）乃至図６（ｆ））で形成する。次に、第２の密着層６上にバリアメタル層８をめっき法にて形成した後、同じめっきレジスト膜１７ではんだバンプ９となるはんだ層をめっき法にて形成する（図７（ｇ））。バリアメタル層８は、はんだバンプ９の主成分である錫（Ｓｎ）が第２の密着層６等に拡散することを防止する。錫（Ｓｎ）が第２の密着層６等に拡散した場合、硬く脆い合金層を形成してしまい、信頼性低下の原因となる。従って、錫（Ｓｎ）と拡散が進行しにくいニッケル（Ｎｉ）等の金属でバリアメタル層８を形成する。最後に第２の密着層６をはんだバンプ９となるはんだ層をマスクとしてエッチング処理し、半導体基板１を加熱処理することで球状のはんだバンプ９を形成することができる（図７（ｈ））。なお、図７では、電解めっき法によりはんだバンプを形成しているが、バリアメタル層８を形成後、はんだボールを搭載、又は印刷にてはんだ供給した後、はんだを溶融させバンプを形成する方法によっても、はんだバンプを形成できる。
【００５５】
本実施形態の製造方法においては、導電性樹脂からなる導電性樹脂層５を研削加工により平坦化しているので、その直上に形成する球状のはんだバンプ９の高さばらつきをなくすことができる。
【００５６】
本実施形態の半導体素子を備えた半導体装置は、第１の実施形態と同様に構成することができる。即ち、図８において、第１の実施形態の半導体素子の替わりに第２の実施形態の半導体素子を使用すればよく、具体的には、銅（Ｃｕ）等からなる柱状バンプ７の替わりに、バリアメタル層８を介してはんだバンプ９を設けることにより、本実施形態の半導体装置を構成することができる。
【００５７】
本実施形態の半導体装置は、半導体素子をローカルリフロー方式で配線基板に実装することで接続後のスタンドオフを確保することが可能である。また、スタンドオフの確保、及び第１の実施形態と同様にアンダーフィル樹脂に対する半導体素子側の導電性樹脂層５の追従性、並びに、はんだバンプ９自体の変形の３つの相乗効果から応力緩和を図ることができ、接続信頼性を向上させることが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、第３の実施形態における導電性樹脂層の材料である導電性樹脂の構成を示す断面図である。本実施形態において、第１及び第２の実施形態と相違する点は、導電性樹脂層５に金属粒子１０と金属ナノ粒子１２とを含有した導電性樹脂を使用している点である（図４）。図４に示すように、本実施形態で使用される導電性樹脂は、その断面形状が例えば楕円又はフレイク（剥片）形状の銀（Ａｇ）等の材料からなり、その粒径が０．１乃至５．０μｍ程度の金属粒子１０と、粒径が１乃至２０ｎｍ程度の金属ナノ粒子１２とが、樹脂成分１１の中に含有されている。そして、金属ナノ粒子１２は、相互に隣接する金属粒子１０間において、これらの金属粒子１０間の導通を図るように多数個が集結している。
【００５９】
本実施形態においては、導電性樹脂層５形成工程での加熱処理時に金属ナノ粒子１２が焼結し、金属粒子１０間の接続が得られる。従って、金属粒子１０同士の接触のみならず、金属ナノ粒子１２が接続していることにより、電極と導電性樹脂層、及び導電性樹脂層と金属バンプ間で安定した導電性を得ることが可能となる。なお、導電性樹脂層５に含まれる金属ナノ粒子１２の金属粒子１０に対する割合としては、（金属ナノ粒子の含有質量）／（金属ナノ粒子の含有質量＋金属粒子の含有質量）が１０乃至７０質量％の範囲にあることが好ましい。このように、金属ナノ粒子１２を含有することにより、金属ナノ粒子１２の融着反応で金属粒子１０間を金属間結合することができ、より導電性が向上するという効果を奏する。その他の構成、動作、及び効果は、第１及び第２の実施形態と同様である。
【００６０】
次に、本発明の第４の実施の形態について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、第４の実施形態における導電性樹脂層の材料である導電性樹脂の構成を示す断面図である。本実施形態において、第１、第２及び第３の実施形態と相違する点は、導電性樹脂層５に、母合金粒子１３と低融点合金相を有する合金粒子１４の２種類の粒子を混合させた導電性金属結合型の導電性樹脂を使用している点である（図５）。
【００６１】
本実施形態においては、母合金粒子１３と低融点合金相を有する合金粒子１４とが樹脂層形成工程における加熱処理時に反応し、金属間結合する。母合金粒子１３は、例えばＣｕからなり、低融点合金相を有する合金粒子１４は、例えばＳｎからなる。更に、熱拡散により合金相が変化し、融点が上昇することで耐熱性が確保される。従って、第１、第２、及び第３の実施の形態よりも、電極と導電性樹脂層、及び導電性樹脂層と金属バンプ間の導電性を向上させることができる。なお、その他の構成、動作、及び効果は、第１、第２及び第３の実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態における導電性樹脂層の材料である導電性樹脂の構成を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態における導電性樹脂層の材料である導電性樹脂の構成を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態における導電性樹脂層の材料である導電性樹脂の構成を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る半導体素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る半導体素子を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。
【図９】フリップチップ方式のはんだバンプを使用した従来の半導体素子の構造の一例である。
【図１０】特許文献１に記載の図１をもとに、従来のフリップチップ構造の半導体素子を模式的に示した断面図である
【図１１】図９に示す従来の半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０１；半導体基板
２、１０２；電極
３、１０３；カバーコート膜
４；第１の密着層
５；導電性樹脂層
６；第２の密着層
７；柱状バンプ
８、１０８；バリアメタル層
９、１０９；はんだバンプ
１０；金属粒子
１１；樹脂成分
１２；金属ナノ粒子
１３；母合金粒子
１４；低融点合金相を有する合金粒子
１５；印刷用マスク
１６；印刷スキージ
１７、１１７；めっきレジスト膜
１８；配線基板
１９；ソルダーレジスト膜
２０；パッド
２１；はんだ
２２；アンダーフィル樹脂
２３；濡れ防止膜
２４；ドライフィルム
１０４；密着層
【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】
2008047677.tif 000009
【図８】
2008047677.tif 000010
【図９】
2008047677.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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