(57)【要約】【課題】バンプの剥離を防止し、かつ下地用金属層へのダメージを緩和することを可能にする。【解決手段】パッド部材１上に、ＴｉＷからなる第１下地用金属層４，Ａｕからなる第２下地用金属層５，Ａｕによるバンプ電極６を配置する。第１下地用金属層４にＴｉＷを採用して、ＴｉＷ中のＴｉ濃度を重量比で４０％以上、９０％以下にすることによりＴｉ濃度を増やし、ＴｉＷ中のＴｉがＡｕなどの貴金属層で形成された第２下地用金属層５との間で、ＡｕＴｉなどの貴金属金属間化合物を多く生成する。金属間化合物量が多くなることにより腐食電流値が小さくなるため、バリアメタル全体として腐食反応を抑制することが可能となる。【選択図】図１
2005150440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の電極に形成された金属パッドと、前記金属パッド上に積層されるバリアメタル層と前記バリアメタル層上に形成されたバンプとを備え、前記バリアメタル層を形成する材料と前記金属パッドを形成する材料とにより金属間化合物を生成し、前記バリアメタル層を形成する材料と前記バンプを形成する材料とにより金属間化合物を生成させたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記バンプを形成する材料として、Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔなどの貴金属を使用したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バリアメタル層として、Ｔｉ，Ｗ，Ｖ，Ｍｏなどの高融点金属を使用したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バリアメタル層として、ＴｉＷを使用したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バリアメタル層として、ＴｉＷを使用し、かつＴｉＷ中のＴｉ含有量を重量比で３０％以上としたことを特徴とする請求項１または４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記バリアメタル層として、ＴｉＷを使用し、かつＴｉＷ中のＴｉ含有量を重量比で３０％以上、９０％以下としたことを特徴とする請求項１または４記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリアメタル層と該バリアメタル層上に形成されたバンプとを備える半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の高集積化、半導体チップの縮小化に伴い、微細ピッチの端子接続に対応可能な実装技術が要求されている。この要求に対応しやすい実装技術として、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）等に利用されるＴＡＢ(Tape Automated Bonding)実装が挙げられる。その他の実装技術としては、異方性導電膜、すなわちＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)を利用したＣＯＧ(Chip On Glass)、ＣＯＦ(Chip On FilmまたはFlexible)といった実装が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、一般的な半導体装置におけるパッド部材上に設けられたバンプ電極の構成を示す一部断面図であって、１は基板上に形成された内部回路との電気的接続領域を有する電極となるパッド部材、２は基板表面を保護するための表面保護膜、３はパッド部材１が外部との信号を授受するためにパッド部材中央で表面保護膜２が開口している表面保護膜開口部、４は、パッド部材材料とバンプ電極材料の相互拡散を防ぎ、めっき時に電流の供給を行う役割を果たす第１下地用金属層、５は、パッド部材材料とバンプ電極材料の相互拡散を防ぎ、かつ電解めっき時に電流の供給を行う役割でかつ比抵抗が低い特性を持つ第２下地用金属層、６は外部との電気的接続を取る突起形状をしたバンプ電極である。
【０００４】
次に、前記半導体装置の製造方法について説明する。
【０００５】
例えばＡｌなどの材料から形成されるパッド部材１上に、例えば窒化珪素からなる表面保護膜２を形成し、表面保護膜開口部３を形成してパッド部材１を露出させている。露出したパッド部材１上に不必要な絶縁物が残らないように、不必要な絶縁物を例えばエッチングにてクリーニングする。露出したパッド部材１と表面保護膜２上に、例えばＴｉＷなどの高融点金属を使用して第１下地用金属層４と、Ａｕなどの高融点金属高融点金属で比抵抗が小さい第２下地用金属層５とを、例えばスパッタ法などにより形成する。
【０００６】
次に、バンプ電極６を形成する以外の部分にフォトレジスト法を用いマスクを行う。電解めっき法などにより、第２下地用金属層５に電流を供給し、バンプ電極６を析出して形成した後、フォトレジストを除去する。第２下地用金属層５と第１下地用金属層４とをバンプ電極６をマスクにして、それぞれのエッチャントを用いエッチングを行う。
【０００７】
以上のように構成された半導体装置について、以下、その動作を説明する。
【０００８】
図４に示すようなバンプ構造を利用し、図５に示すように、バンプ電極６表面に、ＴＣＰ，ＣＯＦ実装を行うインナーリード１０を重ね、インナーリード１０の材料とバンプ電極６の材料を、例えば金属間化合物を生成することにより接続する。このインナーリード１０を利用し、半導体装置外部との電気信号の授受が行える。
【０００９】
また、図４のバンプ構造を利用し、図６に示すように、異方性接着剤（ＡＣＦ）１４を使うことにより、図６に示すように、ガラス基板１１上に形成された配線１２にバンプ電極６が接続されるＣＯＧ実装を行う。異方性接着剤１４中の導電性ボール１３を通じて、半導体装置外部との電気信号の授受が行える。
【特許文献１】特開２００１−２３７２６１公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成では、半導体装置は、ＴＣＰ，ＣＯＦ，ＣＯＧ形態で実施した後、実装後の封じ材料中に水分あるいは不純物があった場合、高電圧をバンプ電極６に印加したとき、バンプ電極６下において、第１下地用金属層４，第２下地用金属層５において著しい電池反応が生じ、金属に酸化反応が起きて腐食する。この腐食により、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５間の密着が悪くなり、バンプ電極６が剥離する現象が発生するという問題があった。
【００１１】
また、第１下地用金属層４を全てＴｉにした場合、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成されたパッド部材１とＡｕあるいはＰｄの貴金属材料を使用したバンプ電極６に使用される材料、または同じくＡｕあるいはＰｄの貴金属材料を使用した第２下地用金属層５の材料の相互拡散を防ぐため、ＡｌあるいはＡｌ合金と貴金属が互いに交わらないように、その間に位置する第１下地用金属層４の厚みを厚くする必要がある。第１下地用金属層４の厚みを厚くすることにより、第１下地用金属層４内における内部応力発生が大きくなる。この応力発生が大きくなることにより、表面保護膜２へダメージを与える懸念がある。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解決するものであり、バンプの剥離を防止することができ、かつ下地用金属層へのダメージを緩和することが可能な半導体装置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】
【００１３】
前記目的を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の電極に形成された金属パッドと、前記金属パッド上に積層されるバリアメタル層と前記バリアメタル層上に形成されたバンプとを備え、前記バリアメタル層を形成する材料と前記金属パッドを形成する材料が金属間化合物を生成し、前記バリアメタル層を形成する材料と前記バンプを形成する材料とが金属間化合物を生成する。さらに、前記バリアメタル層にＴｉＷを使用し、ＴｉＷ中のＴｉ含有量が重量比で３０％以上、９０％以下であることを特徴とする構成を有している。
【００１４】
この構成によって、ＴｉＷ中のＴｉ濃度を増やすことが可能となり、バリアメタル層内で、貴金属層とＴｉ層間で金属間化合物を生成する量が多くなる。金属間化合物量が多くなることにより、バリアメタル層内で電池反応が著しく生じた場合、腐食電流が流れるときに、貴金属の分極挙動に沿って現象がおこる部分が多くなる。貴金属の分極挙動は不働態化性金属の分極挙動となるので、陽極反応が抑制され、腐食電流値が小さくなるため、腐食が起きる部分が少なくなり、バリアメタル全体として、腐食反応を抑制することが可能となる。
【００１５】
また、Ｗを含むことにより、バリアメタル層の活性化エネルギが大きくなり、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成されたパッド部材と、ＡｕあるいはＰｄの貴金属材料を使用したバンプ電極の材料あるいは第２下地用金属層の材料の相互拡散を、第１下地用金属層の厚みを厚くすることなく防ぐことができ、表面保護膜に与えるダメージを小さくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バンプ形成に使用されるバリアメタル材料に使用されるＴｉＷのＴｉの濃度を重量比で３０％から９０％にすることにより、バリアメタル膜厚を厚くすることなく、バンプ電極材料である貴金属材料とＴｉの間に形成される貴金属合金層の量を多くすることができる。このことにより、バンプ電極に高電圧の電圧が印加された場合でも、電池反応を抑制することができる優れた半導体装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明における実施の形態１における半導体装置の一部断面図である。なお、図１において図４にて説明した同一構成要素については同一符号を用い説明を省略する。図中の１５はバリアメタルを示す。
【００１９】
図１において、電極となるＡｌあるいはＡｌ合金などによるパッド部材１は窒化珪素などによる表面保護膜２に覆われており、表面保護膜開口部３にて、パッド部材１の表面が表面保護膜２より開口している。パッド部材１上に、ＴｉＷなどによる第１下地用金属層４、貴金属Ａｕなどによる第２下地用金属層５，貴金属Ａｕなどによるバンプ電極６が配置されている。また、第１下地金属層４と第２下地金属層５とをあわせてバリアメタル１５と呼ぶ。
【００２０】
バンプ電極６に電荷が印加されると、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５とに電池反応が起きる。陽極反応である金属がイオン化あるいは塩化する反応が発生すると、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５に陽極反応が活発に生じ、金属がイオン化あるいは塩化すると同時に腐食が生じる。腐食が発生するとバンプ電極６の外側より腐食が内側へ進行すると、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５との密着が悪くなるため、剥れが発生する。
【００２１】
本実施の形態では、第１下地用金属層４にＴｉＷ、第２下地用金属層５にＡｕなどの貴金属を採用し、ＴｉＷ中のＴｉ濃度を重量比で４０％以上、９０％以下にすることにより、ＴｉＷ中のＴｉと、Ａｕなどの貴金属層で形成された第２下地用金属層５との間で、Ｔｉ濃度を増やしたことによりＡｕＴｉなどの貴金属金属間化合物が多く生成される。
【００２２】
貴金属金属間化合物量が多くなることにより、バリアメタル層中で電池反応が著しく発生した場合、電子反応が発生した場合の腐食電流が流れるときに、貴金属の分極挙動に沿って電池反応の現象が生じる部分が多くなる。貴金属の分極挙動は不働態化性金属の分極挙動となるので、陽極反応が抑制され、腐食電流値が小さくなる。そのため、電池反応が起きる部分が少なくなり、腐食が生じる部分が少なくなる。このことより、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５を合わせた、バリアメタル１５として腐食反応を抑制することが可能となる。
【００２３】
また、第２下地用金属層５とバンプ電極６は同一属性の貴金属である。２つの金属は貴金属であるので腐食電流値は少ない。このため腐食しない。
【００２４】
バンプ電極６下において第１下地用金属層４と貴金属との間に形成される貴金属金属間化合物を多く生成することより、第１下地用金属層４と第２下地用金属層５との密着の悪化が進行することを防止することが可能となる。
【００２５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図２（ａ），（ｂ）は本発明における実施の形態２における半導体装置の一部断面図である。なお、図２（ａ），（ｂ）において、図１にて説明した同一構成要素については同一符号を用い説明を省略する。図中、７はサイドエッチング量、８はバンプ電極６と表面保護膜開口３間の距離（バンプ−表面保護膜開口間距離）、９はフォトレジストを示す。
【００２７】
図２において、電極となるＡｌあるいはＡｌ合金などによるパッド部材１は窒化珪素などによる表面保護膜２に覆われており、表面保護膜開口部３にてパッド部材１の表面が表面保護膜２より開口している。パッド部材１上に、ＴｉＷなどによる第１下地用金属層４と、貴金属Ａｕなどによる第２下地用金属層５と、貴金属Ａｕなどによるバンプ電極６とが配置されている。また第１下地金属層４と第２下地金属層５とをあわせてバリアメタル１５と呼ぶ。バンプ電極６の端部とバリアメタル１５の端部との距離がサイドエッチング量７であり、バンプ電極６の端部と表面保護膜開口部３との距離がバンプ−表面保護膜開口間距離８である。
【００２８】
第１下地用金属層４の材料にＴｉなどの単一金属を選んだ場合、ＡｌあるいはＡｌ合金などによるパッド部材１と貴金属Ａｕなどによる第２下地用金属層５あるいはバンプ電極６との相互拡散を防止するため、第１下地用金属層４の厚みを２００〜３００ｎｍ以上にする必要がある。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、第１下地用金属層４が厚いと、第１下地用金属層４をエッチングするときに発生するサイドエッチング量７が大きくなるので、バンプ−表面保護膜開口間距離８を１０μｍ以上の値にする必要がある。また第１下地用金属層４の厚みを厚くすることにより、第１下地用金属層４の内部応力が大きくなる。内部応力が大きいと表面保護膜２に加わる加重が大きくなり、ダメージを与える。
【００３０】
本実施の形態では、第１下地用金属層４にＴｉＷを採用し、第２下地用金属層５にＡｕなどの貴金属を採用した場合、ＴｉＷ中のＴｉ濃度を重量比で４０％以上、９０％以下にすることにより、第１下地用金属層４の活性化エネルギを大きくすることが可能となる。活性化エネルギを大きくすることにより、金属拡散が起きにくくなるため、ＡｌあるいはＡｌ合金などによるパッド部材１と、貴金属Ａｕなどによる第２下地用金属層５あるいはバンプ電極６との相互拡散を防止することが容易になる。また活性化エネルギが大きいので、図２（ｂ）に示すように、第１下地用金属層４の膜厚を薄くすることが可能となり、第１下地用金属層の厚みを１００〜２００ｎｍに薄くすることが可能となる。
【００３１】
第１下地用金属層の厚みを薄くすることにより、第１下地用金属層をエッチングするときに、エッチングされる量が少ないため、サイドエッチング量７を小さくすることが可能となる。またサイドエッチング量７を小さくすることができるため、バンプ−表面保護膜開口間距離８を５μｍ以上の値にすることが可能となり、図２（ａ）の表面保護膜開口部３の面積を保ち、図２（ｂ）に示すように、バンプ電極６のサイズを小さくすることが可能となる。表面保護膜開口部３の面積を変えないことで、バンプ電極６とパッド材料１との接触抵抗を変化させることを防ぐことができる。
【００３２】
また、第１下地用金属層の厚みを薄くすることにより、第１下地用金属層の内部応力が小さくなり、表面保護膜２に加わる加重が小さくなり、ダメージを与えない。
【００３３】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を図面を参照して説明する。
【００３４】
図３−１，図３−２は本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。図３−１，図３−２において、図１にて説明した同一構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。図中の９はフォトレジストである。
【００３５】
図３−１，図３−２において、Ａｌなどからなるパッド部材１は窒化珪素などからなる表面保護膜２に覆われており、表面保護膜開口部３にて電気的接続領域を有するパッド部材１の表面が表面保護膜２より開口している（図３−１（ａ））。パッド部材１と表面保護膜２の上に、高融点金属のＴｉＷからなる第１下地用金属層４を１００ｎｍから３００ｎｍの厚みで、また高融点金属で比抵抗が小さいＡｕからなる第２下地用金属層５を１００ｎｍから３００ｎｍの厚みで、スパッタ法などにより低圧環境下にて連続して設ける。このとき、パッド部材１上に絶縁物が残っていると、パッド部材１と第１下地用金属層４との電気的導通が悪くなることが懸念されるため、例えば、プレクリーン処理を行い、絶縁物除去を行う（図３−１（ｂ））。
【００３６】
次に、バンプ電極６を形成する部分を選択するため、例えばフォトレジスト法を用い、バンプ電極６を形成する部分のみフォトレジスト９がないようにマスクをする（図３−１（ｃ））。マスク形成後、例えば電解めっき法によりバンプ電極６の形成を行う（図３−１（ｄ））。その後、バンプ電極６の形成に使用したフォトレジスト９を除去する（図３−２（ｅ））。
【００３７】
第２下地用金属層５に対して、例えばヨウ素をエッチャントに用いバンプ電極６自体をマスクにしてエッチングを行い、第２下地用金属層５を除去する（図３−２（ｆ））。第１下地用金属層４に対して、例えば過酸化水素水をエッチャントに用いて第２下地金属層５自体をマスクにしエッチングを行い、第１下地用金属層４を除去する。その後、パッド電極１，第１下地用金属層４，第２下地用金属層５，バンプ電極６の金属間化合物の生成、およびバンプ電極６の組織を整えるために、２５０℃〜３５０℃の熱処理を行う（図３−２（ｇ））。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、半導体装置に適用され、特に、外部接続端子の腐食による不良発生を防止し、信頼性の向上を図るようにした半導体装置に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における実施の形態１における半導体装置の一部断面図
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明における実施の形態２における半導体装置の一部断面図
【図３−１】本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図
【図３−２】本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程を説明するための断面図
【図４】従来の半導体装置の一部断面図である。
【図５】従来の半導体装置のＴＣＰ実装形態の一部断面図である。
【図６】従来の半導体装置のＣＯＧ実装形態の一部断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  パッド部材
２  表面保護膜
３  表面保護膜開口部
４  第１下地用金属層
５  第２下地用金属層
６  バンプ電極
７  サイドエッチング量
８  バンプ−表面保護膜開口間距離
９  フォトレジスト
１０  インナーリード
１１  ガラス基板
１２  ガラス基板上配線
１３  導電性ボール
１４  異方性接着剤
１５  バリアメタル
【図１】
2005150440.tif 000003
【図２】
2005150440.tif 000004
【図３−１】
2005150440.tif 000005
【図３−２】
2005150440.tif 000006
【図４】
2005150440.tif 000007
【図５】
2005150440.tif 000008
【図６】
2005150440.tif 000009