(57)【要約】【課題】共通電極膜のチタン−タングステン合金層のオーバーエッチングを行う際、膜厚方向のエッチング速度に比べ横方向のエッチング速度は金、チタン−タングステンの局部電池効果により数十倍大きくなり、大きなサイドエッチングが進行し、シェア強度が低下して半導体装置の品質を著しく低下していた共通電極膜のサイドエッチングによる突起電極のシェア強度低下を防止し、さらに半導体装置の信頼性を確保する。【解決手段】半導体基板上に形成した電極パッドと、半導体基板を覆い電極パッド部分に開口部を有する絶縁膜と、突起電極特にストレートウォール形状の突起電極を備えた半導体装置であって、前記突起電極平面形状の複数辺が電極パッド寸法よりも大きい構造とする半導体装置及びその製造方法。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成した電極パッドと、半導体基板を覆い電極パッド部分に開口部を有する絶縁膜と、ストレートウォール形状の突起電極を備えた半導体装置において、前記突起電極平面形状の複数辺が電極パッド寸法よりも大きく、絶縁膜開口端部より３μｍ以上大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極パッドは４角形状を有し、前記突起電極は４辺のうち２辺が電極パッド寸法よりも大きい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】
半導体基板の電極パッド上にストレートウォール形状の突起電極を形成する半導体装置の製造方法において、
前記電極パッド上の絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記絶縁膜の開口部を覆い半導体基板の全面に共通電極膜を形成する工程と、
複数辺において電極パッド外周部よりも大きい開口を有する感光性樹脂をパターンニングする工程と、
前記感光性樹脂開口部の半導体基板表面に突起電極を形成する工程と、
前記感光性樹脂を除去する工程と、
前記共通電極膜を前記突起電極をマスクとしてパターンニングし下部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を回路基板に電気的および機械的な接続を行う突起電極の構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フリップチップ技術を用いて半導体装置と回路基板を電気的および機械的に接続する技術が多用されるようになってきた。この時半導体装置にバンプを形成して実装することとなるが、特にストレートウォール形状の突起電極を用いることにより、断面形状が根元よりも頂部の大きなマッシュルーム形状に比らべて、突起電極の横方向への広がりがなく、接続ピッチを微細化できる利点がある。
【０００３】
〔突起電極の製造方法：図８〜図１０および図１１〕
次に、従来の技術におけるストレートウォール形状の突起電極の構造を形成するための製造方法を、図８〜図１０の断面図および図１１の平面図を用いて説明する（例えば、特許文献１参照）。はじめに図８に示すように、半導体基板１２上にはアルミニューム等で形成された電極パッド１４が形成されている。
【０００４】
このように形成された半導体基板１２の全面に絶縁膜を被膜後、フォトエッチング技術により、電極パッド１４が露出するように開口部を有する絶縁膜１６を形成する。この開口部を含む絶縁膜１６上に共通電極膜１８を全面にスパッタリング法により形成する。
【０００５】
この共通電極膜１８は、半導体基板１２側からチタン・タングステン合金を０．２〜０．５μｍ、金を０．０５〜０．５μｍの厚さで順次形成する。この多層構造をもつ共通電極膜１８は、電極パッド１４との接続層と相互拡散を防ぐバリヤ層の役割をもつとともに、突起電極をめっき法にて形成するときの電極としての役割ももつ。
【０００６】
つぎに図９にしめすように、感光性樹脂２０を回転塗布法により１５〜２５μｍの厚さで全面に形成し、フォトリソグラフィー技術により、突起電極２２形成部に開口を有するように形成する。
【０００７】
このときの感光性樹脂２０の開口部平面形状を図１１の二点鎖線（突起電極２２と同じ）にしめすように電極パッド１４と絶縁膜１６の開口部との間に感光性樹脂のパターンニングを行い、感光性樹脂２０を形成する。
【０００８】
その後、金メッキによりストレートウォール形状の突起電極２２を１０μｍ〜２０μｍの厚さで形成する。
【０００９】
その後、図１０にしめすように、感光性樹脂２０を除去後、突起電極２２をマスクにして共通電極膜１８を湿式エッチング法によりエッチングし下部電極１９を形成し、突起電極を有する半導体装置を形成する。
【００１０】
ここで共通電極膜１８のエッチング処理として、まず金をヨウ化アンモニウム／ヨウ素を含むエッチャントを常温（２５℃）に保ちエッチングを行う。なおこのエッチング処理は、ジャストエッチングから５０％のオーバーエッチング時間の間でエッチングを行う。
【００１１】
その後、チタン・タングステン合金を、過酸化水素水を常温（２５℃）に保ちエッチングを行い、金／チタン・タングステン合金からなる共通電極膜１８をエッチングする。なおこのエッチング処理は、ジャストエッチングから５０％のオーバーエッチング時間の間でエッチングを行い、下部電極１９を形成する。
【００１２】
このように、湿式エッチング法ではエッチング選択比のとれるエッチング液を選択することで、大がかりな設備を要さずに簡便にエッチング処理を行うことができる。
【００１３】
また、他の従来技術としては例えば文献２において、２層のバリヤメタルのうち少なくともいずれかのバリヤメタル（文献２における図２の第１実施形態では上層）をフォトリソグラフィーとエッチング工程を用いて突起電極よりも小さくなるようにパターンニングする。その後突起電極を形成して上層（実施例１）をめっきで覆う、つぎに下層  のバリヤメタルをエッチングするこのときバリヤメタルは１層（Ｔ  ｉ；１０００Ａ／実施例１）であるためエッチング時間が短縮されサイドエッチングを小さくすることができる。
【００１４】
【特許文献１】
特公平８−２８３６５号公報  （第３頁第４欄３１行目〜第５欄８行目、
第１図）
【特許文献２】
特許第３３２１３５１号公報  （第６頁第１１欄２２行目〜第７頁第１３欄８行目、第２図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献１による突起電極２２の構造と製造方法では、共通電極膜１８のチタン−タングステン合金層のオーバーエッチングを行う際、膜厚方向のエッチング速度に比べ横方向のエッチング速度は金、チタン−タングステンの局部電池効果により数十倍大きくなり、大きなサイドエッチングが進行し、シェア強度が低下して半導体装置の品質を著しく低下していた。
【００１６】
また、文献１による突起電極２２の構造と製造方法では、サイドエッチングが進行し絶縁膜１６の開口寸法よりも小さくなってしまい電極パッド１４が露出してしまう。
【００１７】
この従来技術の突起電極２２構造をたとえば高温高湿（８５℃／８５％ＲＨ）試験、ＰＣＴ試験へ投入すると、電極パッド１４が腐食してしまい著しく信頼性を低下させてしまう問題を生じていた。
【００１８】
次に、文献２による突起電極の製造方法では、バリヤメタルを２回エッチングする工程を取っているため工程が長くなり、歩留まりを低下させたりしてコストアップの要因となる。また、通常Ｔｉ表面にはめっきされにくく、明細書では不活性雰囲気に保管するとあるが、プロセス上不活性雰囲気中で処理することは不可能で、めっき不良が多発する恐れがある。
【００１９】
更に、文献２の実施例１においてめっき共通電極膜はＴｉ膜０．１μｍ（比抵抗は一般的に用いられているＡｕの約２０倍の４．２Ｅ−８Ωｃｍ）であり段差形状の多い半導体基板表面では共通電極膜のステップカバレージが悪く高抵抗となりめっき高さばらつきの原因となる可能性がある。
【００２０】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記課題を解決し、品質を向上させる半導体装置の製造方法およびその半導体装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置およびその製造方法においては、下記記載の手段を採用する。
即ち、半導体基板上に形成した電極パッドと、半導体基板を覆い電極パッド部分に開口部を有する絶縁膜と、ストレートウォール形状の突起電極を備えた半導体装置であって、前記突起電極平面形状の複数辺が電極パッド寸法よりも大きく絶縁膜開口端部から３μｍ以上大きいことを特徴としている。
【００２２】
前記電極パッドは４角形状を有し、前記突起電極は４辺のうち２辺が電極パッド寸法よりも大きいことを特徴としている。
【００２３】
また、半導体基板の電極パッド上のストレートウォール形状の突起電極製造方法は、前記電極パッド上の絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記絶縁膜の開口部を覆い半導体基板の全面に共通電極膜を形成する工程と、複数辺において電極パッド外周部よりも大きい開口を有する感光性樹脂をパターンニングする工程と、前記感光性樹脂開口部の半導体基板表面に突起電極を形成する工程と、前記感光性樹脂を除去する工程と、前記共通電極膜を前記突起電極をマスクとしてパターンニングし下部電極を形成する工程と、により成る。
【００２４】
〔作用〕
本発明による半導体装置の構造と製造方法は、突起電極平面形状の複数辺を電極パッド寸法よりも大きくする事によって共通電極膜のサイドエッチングの進行を抑え品質が良く、信頼性のある半導体装置を提供する事ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を実施するための最良の形態における半導体装置の構造および製造方法を説明する。
図１〜図５は本発明の半導体装置の構造と製造方法および接続構造をしめす断面図である。はじめに図４および図５を用いて本発明の半導体装置の構造を説明する。
【００２６】
〔本発明の半導体装置の構造説明：図４、図５〕
半導体基板１２上の電極パッド１４に開口部を有する絶縁膜１６と、複数辺のストレートウォール形状の突起電極平面寸法は電極パッド１４よりも大きい形状で突起電極２２を設ける。本第１実施の形態では４辺共に電極パッド１４より大きい形状の突起電極２２で形成されている。
【００２７】
このとき複数辺の突起電極平面寸法は絶縁膜１６の開口端部からの距離が少なくとも３μｍ以上を確保し、電極パッド１４より大きい形状に設計する。
【００２８】
なぜならば、例えば感光性樹脂２０を露光する場合アライメント精度による位置ずれが約±１μｍ生じる。更に共通電極膜１８をエッチングすると共通電極膜１８のサイドエッチングが約１〜２μｍ発生する。
【００２９】
絶縁膜１６の端部から感光性樹脂２０の開口端部の距離が３μｍ以内であると共通電極膜１８をエッチング後に電極パッド１４部が露出してしまい信頼性に問題を生じる可能性がある。このため電極パッド１４よりも大きい複数辺の突起電極平面寸法は絶縁膜１６の開口端部からの距離が少なくとも３μｍ以上を確保する必要がある。
【００３０】
また、突起電極２２を電極パッド１４よりも大きく形成する事で電極パッド１４上の絶縁膜１６にピンホールが発生した場合においても、電極パッド１４の腐食による接続信頼性の低下を防止する事ができる。
【００３１】
たとえば電極間ピッチが３８μｍである場合、電極パッド１４寸法が２４μｍとすると絶縁膜１６の開口寸法は２０μｍに設計する。絶縁膜１６の開口寸法は突起電極２２と電極パッド１４間の電気抵抗を小さく、また機械的強度を保つ為になるべく大きく設計する。実装方式が異方性導電樹脂をもちいる場合、突起電極２２は絶縁膜１６の開口端部より３μｍ大きく突起電極２２寸法を２６μｍに設計する。実装方式が前記以外の手法である場合は絶縁膜１６開口端部より３μｍ以上大きくする。
【００３２】
図５は本発明の半導体装置構造をしめす平面図である。複数辺（図５では４辺）の突起電極２２の平面形状寸法は電極パッド１４平面寸法よりも大きい形状に設計する。
【００３３】
たとえば実装方式が異方性導電樹脂を用いて行う場合、突起電極間ギャップ４２の最小距離Ｇは導電粒子径をｄとするとＧ≧３＊ｄであれば導電粒子によるショート欠陥を０にする事ができる。
【００３４】
そのため複数の突起電極平面寸法は絶縁膜１６の端部からの距離は最大でもＧ≧３＊ｄの条件を満足するように設計する必要がある。
【００３５】
導電粒子径がたとえば４μｍの場合で絶縁膜１６の開口寸法が２０μｍ（突起電極２２のピッチ方向）、電極パッド１４のピッチが４５μｍである場合、絶縁膜１６の開口端部より３μｍ以上６．５μｍ以下となるようにする。
【００３６】
このように突起電極の平面寸法を絶縁膜１６の開口端部より３μｍ以上で確保する事によって共通電極１８を、突起電極２２をマスクにしてエッチングする際のサイドエッチングによる電極パッド１４の露出を防止してバンプ強度、信頼性を向上する半導体装置を提供出来る。
【００３７】
〔本発明の半導体装置の製造方法説明：図１〜図４〕
つぎにこの図４にしめす構造の半導体装置の製造方法を説明する。
図１にしめすように、所定の素子を形成した半導体基板１２に、アルミニュウムからなる電極パッド１４を開口するように絶縁膜１６を、たとえば感光性ポリイミドを回転塗布法によって、２μｍ〜３μｍの厚さで全面に形成する。
【００３８】
この絶縁膜１６は感光性ポリイミド以外に、二酸化珪素や窒化珪素や酸化タンタルや酸化アルミニュウムなどの無機膜も適用できる。これらの無機膜は、スパッタリング法または化学気相反応法で形成する。さらに絶縁膜１６としては、前述の無機膜とポリイミド膜の有機膜との二層構造も適用できる。
【００３９】
そしてこれらの無機膜や、無機膜と有機膜の積層膜を絶縁膜１６として使用したときは、絶縁膜を形成したのち、この絶縁膜上にフォトレジストを形成し、フォトマスクを用いて露光と現像処理を行ない、パターニングしたフォトレジストをエッチングマスクを用いて絶縁膜をエッチングし、電極パッド１４が露出する開口部を形成する。
【００４０】
その後、フォトエッチング工程により電極パッド１４を露出させ、しかも電極パッド１４の周縁部内部で重なるように絶縁膜１６のパターンニングを行う。
【００４１】
その後、絶縁膜１６上の全面にスパッタリング法によって、チタン・タングステン合金を０．２〜０．５μｍ、金を０．０５〜０．５μｍの厚さで共通電極膜１８を形成する。
【００４２】
この共通電極膜１８は電極パッド１４および突起電極２２で形成される電極材料との電気的、機械的接続性が良好で電極材料相互の拡散が無く安定な電極材料の選定が必要である。
【００４３】
共通電極１８はチタン−パラジウムや、チタン−金や、チタン−白金や、チタン・タングステン合金−パラジウムや、チタン・タングステン合金−白金や、クロム−銅などの２層膜構造や、アルミニウム−クロム−銅、アルミニウム−チタン−銅の３層構造でも有効である。
【００４４】
その後、図２にしめすように、感光性樹脂２０を回転塗布法により共通電極膜１８上の全面に１５〜２５μｍの厚さで形成し、フォトマスクを用いて露光、現像処理を行う。
【００４５】
このときの感光性樹脂２０の開口部平面形状を図５の二点鎖線（ストレートウォール形状の突起電極２２と同様）にしめすように、４角形状の４辺全てが電極パッド１４よりも大きい形状となるよう、感光性樹脂２０のパターンニングを行う。
【００４６】
たとえば実装方式が異方性導電樹脂を用いて行う場合、突起電極間ギャップ４２の最小距離Ｇは導電粒子径をｄとするとＧ≧３＊ｄであれば導電粒子によるショート欠陥をほぼ０になることが実験の結果判明している。
【００４７】
このように突起電極寸法Ｘ４１及び突起電極寸法Ｙ４３を電極パッド１４よりも大きい寸法に形成する。
【００４８】
つぎに図３にしめすように感光性樹脂２０をメッキマスクにして、金メッキを１０μｍ〜２０μｍの厚さで突起電極２２を形成する。
【００４９】
その後、図４にしめすように、湿式剥離液をもちいて感光性樹脂２０の除去を行う。さらに、第１の突起電極２２をエッチングマスクにして、共通電極膜１８の最上層被膜である金を、ヨウ素系エッチング液によりエッチングを行う。なおこのエッチング処理は、ジャストエッチングから５０％のオーバーエッチング時間の間でエッチングを行う。
【００５０】
つぎに過酸化水素水とアンモニア水との混合液により、共通電極膜１８のバリヤ層および密着層であるチタン−タングステン合金層（最下層）のエッチングを行う。なおこのエッチング処理は、ジャストエッチングから５０％のオーバーエッチング時間の間でエッチングを行い、下部電極１９を形成する。
【００５１】
このときのエッチングではチタン−タングステン合金層の膜厚方向のエッチング速度よりも横方向のエッチング速度が局部電池効果により数十倍早くなりサイドエッチングが進行する。しかし、前記突起電極平面形状の複数辺が電極パッド寸法よりも大きくし十分なエッチングマージンを持たせるようにしたので本発明の構成を使用することにより解除できる。
【００５２】
このようにして本発明により形成した半導体装置は共通電極膜１８のサイドエッチングが大きくなっても十分なエッチング余裕度を確保する事が可能となり突起電極２２のシェア強度を十分確保でき強度的な信頼性を持った半導体装置および製造方法を提供することができる。
【００５３】
［他の実施形態の半導体装置説明：図６、図７］
つぎに本発明の第２実施の形態における構造を図６および図７をもちいて説明する。第２実施の形態では、ストレートウォール形状の突起電極２２の２辺が電極パッド１４部の長辺より大きく形成する構成である。即ち、図６の上下方向において突起電極２２の長さが電極パッド１４の長さより大きく形成されている。
【００５４】
たとえば図７に示すように異方性導電性樹脂を用いた実装方法では、充分な接続抵抗値（初期０．１Ω以下）と高信頼性を確保するためには、突起電極２２と回路基板２８との間に介在する導電性材料５２の数が１０個以上必要である。
【００５５】
エポキシ系接着剤中に混在させた導電性材料５２は、直径が５μｍのプラスチックビーズの表面にニッケルー金が形成されている。
この導電性材料５２の１個当たりの接続抵抗値は約１Ωであり、初期の接続抵抗値を０．１Ωにすることで、温度８５℃／湿度８５％雰囲気における高温高湿信頼性試験１０００時間後の接続抵抗値を１Ω以下にすることができる。
【００５６】
このときの接続抵抗値が上昇する理由は、突起電極２２と回路基板２８との間の封止樹脂５３であるエポキシ系接着剤の劣化により接着力が低下し、突起電極２２と回路電極２６間隔が広がることによって、導電性材料５２の接続面積が低下するためである。
【００５７】
このため導電性材料５２の数を１０個以上確保するためには、突起電極２２の面積を３０００μｍ２  以上にしなければならない。
そのため従来の技術では、低接続抵抗値でしかも高信頼性のある微細ピッチ接続を行うことが非常に困難であった。
【００５８】
このように突起電極２２の長さを電極パッド１４の長さより大きく形成することで、突起電極２２の表面積を大きく取ることにより接続抵抗値を小さくすることができ信頼性を向上させることが可能である。
【００５９】
本発明はエッチング余裕度を十分確保することにより電極パッド１４の露出がなく環境試験においても高信頼性である半導体装置及び製造方法を提供することができる。
【００６０】
また共通電極膜１８のサイドエッチングが進行しても十分なエッチング余裕度を確保している為、下部電極１９の縮小化による電極パッド１４−突起電極２２間抵抗の高抵抗化問題が無く、さらに突起電極２２面積を可能な限り大面積化する事により、たとえば異方性導電樹脂で実装する場合の突起電極２２上の導電粒子数が多く保持され接続抵抗値が低抵抗化できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の構造と製造方法においては、突起電極平面の複数面を電極パッドよりも大きくすることにより共通電極膜のエッチング余裕度を十分持たせシビアなエッチング管理を必要とせずに高品位である半導体装置を提供する事ができる。さらに接続抵抗値も低抵抗化する事が可能となり工業生産上非常に簡便で信頼性のある半導体装置を提供する事が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における半導体装置および製造方法を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態における半導体装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施の形態における実装状態を示す断面図である。
【図８】従来の技術における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図９】従来の技術における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図１０】従来の技術における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。
【図１１】従来の技術における半導体装置およびその製造方法を示す平面図である。
【符号の説明】
１２  半導体基板
１４  電極パッド
１６  絶縁膜
１８    共通電極膜
１９  下部電極
２０  感光性樹脂
２２  突起電極
２６  回路基板
２８  回路電極
４１  突起電極寸法Ｘ
４２  突起電極間寸法
４３  突起電極寸法Ｙ
５２  導電性材料
５３  封止樹脂
【図１】
2004152953.tif 000003
【図２】
2004152953.tif 000004
【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】
2004152953.tif 000009
【図８】
2004152953.tif 000010
【図９】
2004152953.tif 000011
【図１０】
2004152953.tif 000012
【図１１】
2004152953.tif 000013