(57)【要約】【課題】実装時における接続信頼性を向上させることができるとともに、高い歩留まりにて製造できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】所定の配線層を形成した半導体ウェーハ１上に、複数の配線層３、３０を形成する。そして、これらの配線層３、３０のうち、最上の配線層３０と同層内に電極パッド２を形成する。そして、最上の配線層３０を覆うように、半導体ウェーハ１上に、第１、第２の保護膜４、５を形成する。次いで、エッチングにより、第１、第２の保護膜４、５を選択的に除去して、前記電極パッド２の側壁よりも外側に配置された側壁を有する開口部６を形成して、電極パッド２の表面を露出させる。そして、開口部６に、電極パッド２と接触するように、バリアメタル膜７を形成する。次いで、開口部６において、バリアメタル膜７上に、バンプ８を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配線層を形成した半導体ウェーハと、
前記半導体ウェーハ上に形成された複数層の配線層と、
前記複数層の配線層のうち、最上の配線層と同層内に形成された電極パッドと、
前記最上の配線層を覆うように、前記半導体ウェーハ上に形成され、前記電極パッドを露出させるための開口部を有する保護膜と、
前記開口部に、前記電極パッドと接触するように形成されたバリアメタル膜と、
前記開口部において、前記バリアメタル膜上に形成されたバンプと、を備える半導体装置において、
前記開口部の側壁が、前記電極パッドの側壁よりも外側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記開口部の下層には、エッチングストッパーパターンが形成されている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】
前記エッチングストッパーパターンは、前記電極パッドの下層に位置する前記配線層を構成する配線材料により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エッチングストッパーパターンは、前記電極パッドの下層に位置する前記配線層を構成する配線材料と絶縁材料の混在パターンにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バンプが、金、ニッケル、または銅のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
所定の配線層を形成した半導体ウェーハ上に、複数層の配線層を形成する工程と、
前記複数層の配線層のうち、最上の配線層と同層内に電極パッドを形成する工程と、
前記最上の配線層を覆うように、前記半導体ウェーハ上に、保護膜を形成する工程と、
エッチングにより、前記保護膜を選択的に除去して、前記電極パッドの側壁よりも外側に配置された側壁を有する開口部を形成して、前記電極パッドの表面を露出させる工程と、
前記開口部に、前記電極パッドと接触するように、バリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口部において、前記バリアメタル膜上に、バンプを形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バンプを、電解メッキ法により形成することを特徴とする請求項６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、半導体装置およびその製造方法、特に、外部リードと半導体ウェーハ上に形成された電極パッドとを接合するためのバンプ（突起電極）を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置においては、半導体ウェーハ上に形成された、例えば、アルミニウム合金からなる電極パッドと外部リードとを接続する方法として、電極パッドの表面に、例えば、金によりバンプを形成し、当該バンプと外部リードとをボンディングする方法が採用されている。
【０００３】
ここで、従来、半導体装置の製造方法に関して、種々の方法が提案されている。例えば、まず、層間絶縁膜を介して絶縁された配線層を半導体ウェーハ上に形成し、当該半導体ウェーハ上に形成された層間絶縁膜上に電極パッドおよびフューズを形成する。次いで、電極パッドおよびフューズが形成された層間絶縁膜上に保護膜を形成し、電極パッド上に開口部が形成された第１のフォトレジストを保護膜上に形成する。そして、第１のフォトレジストをマスクとして、保護膜に対して１回目のエッチングを行い、電極パッドの表面を開口し、露出させる。次いで、第１のフォトレジストを除去し、その後、フューズ上に開口部が形成された第２のフォトレジストを保護膜上に形成する。そして、第２のフォトレジストをマスクとして、保護膜に対して２回目のエッチングを行い、フューズ上の保護膜を薄膜化することにより、半導体装置を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、開口させた電極パッドの表面に、バンプを形成する方法としては、電極パッドの表面の周辺部を絶縁膜で被覆するとともに、当該電極パッドの表面上にバリアメタル膜を形成し、当該バリアメタル膜の表面上に、金によりバンプを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５６４３７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５７６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の半導体装置の製造方法においては、図８に示すように、所定の配線層（不図示）を形成した半導体ウェーハ５０上に形成された保護膜５１をエッチングして、電極パッド５２上に開口部５３を形成し、当該電極パッド５２を露出させる際に、電極パッド５２上の保護膜５１が除去されず、残存する。従って、開口部５３に形成されたバリアメタル膜５４上にバンプ５５を形成する際に、保護膜５１の膜厚ｈ１に相当する段差ｙ（即ち、ｈ１＝ｙ）が、バンプ５５の表面５５ａに形成されることになる。その結果、半導体装置６０を基板（例えば、プリント配線基板）上に実装する際に、当該バンプ５５と、基板に形成された電極との接続信頼性が低下するとともに、実装工程における歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、実装工程における接続信頼性、および歩留まりを向上させることができる半導体装置およ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の配線層を形成した半導体ウェーハと、半導体ウェーハ上に形成された複数層の配線層と、複数層の配線層のうち、最上の配線層と同層内に形成された電極パッドと、最上の配線層を覆うように、半導体ウェーハ上に形成され、電極パッドを露出させるための開口部を有する保護膜と、開口部に、電極パッドと接触するように形成されたバリアメタル膜と、開口部において、バリアメタル膜上に形成されたバンプと、を備える半導体装置において、開口部の側壁が、電極パッドの側壁よりも外側に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
同構成によれば、開口部の側壁を、電極パッドの側壁よりも外側に配置しているため、電極パッド上の保護膜が除去され、開口部の段差（即ち、電極パッドの表面と、保護膜の表面との段差）が、上述の従来の半導体装置の開口部の段差に比し、電極パッドの厚み分、小さくなる。従って、バンプの表面における段差を、上述の従来の半導体装置におけるバンプの表面の段差よりも小さくすることが可能になる。その結果、半導体装置を基板上に実装する際に、バンプと、基板に形成された電極との接続信頼性が向上するとともに、実装工程における歩留まりが向上することになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置であって、開口部の下層には、エッチングストッパーパターンが形成されていることを特徴とする。同構成によれば、エッチングにより、開口部を形成して、電極パッドを露出させた後、追加エッチングの際に、当該追加エッチングにより開口部に不要な段差が生じるのを効果的に防止することができることになる。その結果、開口部において、バリアメタル膜を精度良く形成することが可能になる。また、半導体ウェーハに形成された配線層を構成する配線のうち、開口部の下に形成された配線との電気的短絡を防止することができる。その結果、開口部内に余分な不良を形成することなく、半導体装置を基板上に実装する際に、バリアメタル膜上に形成されたバンプと、基板に形成された電極との接続信頼性を確実に向上させるとともに、実装工程における歩留まりを確実に向上させることが可能になる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置であって、エッチングストッパーパターンは、電極パッドの下層に位置する配線層を構成する配線材料により形成されていることを特徴とする。同構成によれば、新たな層を増やすことなく、安価、かつ簡単な構成で、エッチングストッパーパターンを形成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置であって、エッチングストッパーパターンは、電極パッドの下層に位置する配線層を構成する配線材料と絶縁材料の混在パターンにより形成されていることを特徴とする。同構成によれば、配線層の形成方法に制限されることなく、簡単な構成で、エッチングストッパーパターンを形成することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置であって、バンプが、金、ニッケル、または銅のいずれかからなることを特徴とする。同構成によれば、入手が容易で、汎用性の高い材料によりバンプを形成することができる。特に、安価なニッケル、または銅を使用することにより、バンプを形成する際のコストアップを抑制することが可能になる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、所定の配線層を形成した半導体ウェーハ上に、複数層の配線層を形成する工程と、複数層の配線層のうち、最上の配線層と同層内に電極パッドを形成する工程と、最上の配線層を覆うように、前記半導体ウェーハ上に、保護膜を形成する工程と、エッチングにより、保護膜を選択的に除去して、電極パッドの側壁よりも外側に配置された側壁を有する開口部を形成して、電極パッドの表面を露出させる工程と、開口部に、電極パッドと接触するように、バリアメタル膜を形成する工程と、開口部において、バリアメタル膜上に、バンプを形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１４】
同構成によれば、開口部の側壁を、電極パッドの側壁よりも外側に配置して形成しているため、電極パッド上の保護膜が除去され、開口部の段差（即ち、電極パッドの表面と、保護膜の表面との段差）を、上述の従来の半導体装置の開口部の段差に比し、電極パッドの厚み分、小さく形成することができる。従って、バンプの表面における段差を、上述の従来の半導体装置におけるバンプの表面の段差よりも小さくすることが可能になる。その結果、半導体装置を基板上に実装する際に、バンプと、基板に形成された電極との接続信頼性が向上するとともに、実装工程における歩留まりが向上することになる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、バンプを、電解メッキ法により形成することを特徴とする。
【００１６】
同構成によれば、簡単な方法で、バンプを形成できるため、半導体装置の製造工程をより一層簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、実装工程における接続信頼性、および歩留まりを向上させた半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図である。図１に示すように、本実施形態の半導体装置２０は、アルミニウム等からなる配線（不図示）を有する所定の配線層（不図示）を形成した半導体ウェーハ１を備えており、当該半導体ウェーハ１上には、複数層の配線層３、３０が形成されている。そして、これらの配線層３、３０のうち、最上の配線層３０には、アルミニウム等からなる配線１５が形成されるとともに、最上の配線層３０と同層内には、アルミニウム等からなる電極パッド２が形成されている。また、最上の配線層３０の下層に位置する配線層３には、上述の配線１５と、半導体ウェーハ１に形成された配線とを電気的に接続するためのタングステン層１６が形成されるとともに、エッチングストッパーパターン３ａが形成されている。そして、例えば、酸化シリコン膜からなる第１の保護膜４と、窒化シリコン膜からなる第２の保護膜５が、最上の配線層３０を覆うように、半導体ウェーハ１上に形成されている。また、第１、第２の保護膜４、５には、電極パッド２を露出させるための開口部６が形成されている。また、開口部６において、例えば、チタン−タングステン合金等からなるバリアメタル膜７が、電極パッド２と接触するように形成されており、開口部６のバンプ形成領域には、入手が容易で、汎用性の高い材料、例えば、金、ニッケル、銅からなるバンプ８が、バリアメタル膜７上に形成されている。ここで、特に、安価なニッケルや銅を使用することにより、バンプ８を形成する際のコストアップを抑制することが可能になる。
【００１９】
次に、図１に示す半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。また、図３（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図であり、図２の続きの工程を示す図である。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１上に、エッチングストッパーパターン３ａとタングステン層１６を有する配線層３を、例えば、タングステン埋め込み層として形成する。より具体的には、半導体ウェーハ１上に、絶縁膜４０を形成した後、当該絶縁膜４０の一部をエッチング等により除去し、当該絶縁膜４０の除去部分に、タングステンを埋め込むことにより、エッチングストッパーパターン３ａとタングステン層１６を有する配線層３を形成する。次いで、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、エッチング等により、配線層３上に、例えば、アルミニウムやアルミニウム−銅合金等からなる配線１５と電極パッド２を含む配線層を最上の配線層３０として形成する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、電極パッド２を含む最上の配線層３０を覆うように、半導体ウェーハ１上に、例えば、ＣＶＤ法により、酸化シリコン層からなる第１の保護膜４を形成し、電極パッド２を被覆する。そして、第１の保護膜４の上に、例えば、ＣＶＤ法により、窒化シリコン層からなる第２の保護膜５を形成する。
【００２２】
次に、第２の保護膜５の表面に、例えば、熱硬化性のノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを、スピンコート法を用いて塗布する。その後、当該レジストを熱硬化させるとともに、加工処理により、図２（ｃ）に示すように、電極パッド２の表面を開口、露出するための開口パターンを有するフォトレジスト９を形成する。
【００２３】
そして、図２（ｄ）に示すように、当該フォトレジスト９をマスクとして使用し、例えば、ＲＩＥ法により、第１、第２の保護膜４、５のエッチングを行い、当該第１、第２の保護膜４、５を選択的に除去することにより、電極パッド２上に開口部６を形成し、電極パッド２の表面を露出させる。
【００２４】
ここで、本実施形態においては、図２（ｄ）に示すように、上述のエッチングにより、開口部６の側壁Ｗ１が、電極パッド２の側壁Ｗ２よりも外側に配置されるように、開口部６を形成する構成としている。また、この際、図２（ｄ）に示すように、開口部６において、電極パッド２に隣接する部分であって、配線層３上に、溝部１０が形成される。
【００２５】
次に、図３（ａ）に示すように、上述のフォトレジスト９を、レジスト剥離液等を用いて除去し、例えば、スパッタリング法により、電極パッド２の表面の開口部６に、電極パッド２と接触するように、例えば、ＴｉＷやＡｕからなるバリアメタル膜７を形成する。
【００２６】
そして、図３（ｂ）に示すように、このバリアメタル膜７の上に、電極パッド２に対応する部分が開口したパターンを有するフォトレジスト１１を形成する。次いで、当該フォトレジスト１１をマスクとして、例えば、電解メッキにより、開口部６に形成されたバリアメタル膜７上に、例えば、金によりバンプ８を形成する。この電解メッキを使用することにより、簡単な方法で、バンプ８を形成でき、半導体装置２０の製造工程をより一層簡素化することができる。
【００２７】
そして、図３（ｂ）に示す状態から、フォトレジスト１１を、レジスト剥離液等を用いて除去し、バリアメタル膜７の不要部分を、バンプ８をマスクとして、例えば、ウエットエッチングにより除去することにより、図１に示す半導体装置２０が製造される。
【００２８】
ここで、本実施形態においては、上述のごとく、エッチングにより、開口部６の側壁Ｗ１を、電極パッド２の側壁Ｗ２より外側に配置する構成としている。従って、図４に示すように、上述のエッチングの際に、電極パッド２上の第１、第２の保護膜４、５が除去され、開口部６の段差Ｄ（即ち、電極パッド２の表面２ａと、第２の保護膜５の表面５ａとの段差）が、上述の図８に示した半導体装置６０の開口部５３の段差ｄ（即ち、図８において示す、電極パッド５２の表面５２ａと、保護膜５１の表面５１ｂとの段差であって、保護膜５１の膜厚ｈ１に相当）に比し、電極パッドの厚みＭの分、小さくすることが可能になる（即ち、Ｄ＝第１、第２の保護膜の厚みＨ１（または、保護膜５１の膜厚ｈ１）−Ｍ）。
【００２９】
従って、図５に示すように、バンプ８の表面８ａにおける段差Ｙ（＝開口部６の段差Ｄ）を、上述の従来の半導体装置６０の製造方法において形成されるバンプ５５の表面５５ａの段差ｙ（＝開口部５３の段差ｄ）よりも、電極パッド２の厚みＭの分、小さくする（即ち、Ｙ＝ｙ−Ｍとする）ことが可能になる。その結果、半導体装置２０を基板上に実装する際に、バンプ８と、基板に形成された電極との接続信頼性が向上するとともに、実装工程における歩留まりが向上することになる。
【００３０】
また、本実施形態においては、開口部６の下層に、当該開口部６のエッチングの際に、浸食されないエッチングストッパーパターン３ａを形成する構成としている。従って、エッチングにより、開口部６を形成して、電極パッド２を露出させた後、追加エッチングの際に、当該追加エッチングにより開口部６に不要な段差が生じるのを効果的に防止することができることになる。その結果、開口部６において、バリアメタル膜を精度良く形成することが可能になる。また、半導体ウェーハ１に形成された配線層が有する配線のうち、開口部６の下に形成された配線との電気的短絡を防止することができる。その結果、開口部６内に余分な不良を形成することなく、半導体装置２０を基板上に実装する際に、バリアメタル膜７上に形成されたバンプ８と、基板に形成された電極との接続信頼性を確実に向上させるとともに、実装工程における歩留まりを確実に向上させることが可能になる。
【００３１】
また、特に、エッチングストッパーパターン３ａを、電極パッド２の下層に位置する配線層３を構成する配線材料により形成することにより、新たな層を増やすことなく、安価、かつ簡単な構成で、エッチングストッパーパターン３ａを形成することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００３３】
例えば、上述の実施形態においては、エッチングストッパーパターン３ａを、電極パッド２の下層に位置する配線層３を構成する配線材料により形成する構成としたが、当該エッチングストッパーパターン３ａは、開口部６の下層に形成されていれば、どのような構成であっても良い。
【００３４】
例えば、図６に示すように、エッチングストッパーパターン３ａを、電極パッド２の下層に位置する配線層３を構成する配線材料と絶縁材料（即ち、絶縁膜４０の材料）の混在パターンにより形成する構成としても良い。同構成によれば、配線層３の形成方法に制限されることなく、簡単な構成で、エッチングストッパーパターン３ａを形成することができる。
【００３５】
また、図７に示すように、エッチングにより、開口部６の一方の側壁Ｗ１のみを、電極パッド２の側壁Ｗ２より外側に配置する構成としても良い。この場合も、上述の図４、図５の場合と同様に、エッチングの際に、側壁Ｗ１側の、電極パッド２上の第１、第２の保護膜４、５が除去されるため、開口部６の段差Ｄを、図８に示した半導体装置６０の開口部５３の段差ｄに比し、電極パッドの厚みＭの分、小さくすることが可能になる。
【００３６】
従って、図７に示すように、側壁Ｗ１側の、バンプ８の表面８ａにおける段差Ｙ（＝Ｄ）を、上述の従来の半導体装置６０の製造方法において形成されるバンプ５５の表面５５ａの段差ｙよりも、電極パッド２の厚みＭの分、小さくすることが可能になる。その結果、半導体装置２０を基板上に実装する際に、バンプ８と、基板に形成された電極との接続信頼性が向上するとともに、実装工程における歩留まりが向上することになる。
【００３７】
また、バンプ８の形成方法として、電解メッキを使用したが、当該電解メッキ以外の方法、例えば、無電解メッキや印刷（例えば、カーテンコート法やスクリーン印刷法）等を使用することができる。
【００３８】
また、バンプ８の材料として、金、ニッケル、銅を挙げたが、当該バンプ８を、例えば、錫を９５ｗｔ％以上含むはんだペーストにより形成することもできる。また、この際、環境への配慮から、鉛を含まないはんだペーストを使用することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の活用例としては、外部リードと半導体集積回路上に形成された電極パッドとを接合するためのバンプを有する半導体装置およびその製造方法が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図であり、図２の続きの工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置における開口部の段差を説明するための部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置のバンプ表面の段差を説明するための部分断面図である。
【図６】エッチングストッパーパターンの変形例を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の変形例を説明するための断面図である。
【図８】従来の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…所定の配線層を形成した半導体ウェーハ、２…電極パッド、３…最上の配線層の下層に位置する配線層、３ａ…エッチングストッパーパターン、４…第１の保護膜、５…第２の保護膜、６…開口部、７…バリアメタル膜、８…バンプ、８ａ…バンプの表面、９…フォトレジスト、１１…フォトレジスト、２０…半導体装置、３０…最上の配線層、Ｄ…開口部の段差、Ｍ…電極パッドの高さ、Ｗ１…開口部の側壁、Ｗ２…電極パッド側壁、Ｙ…バンプの表面における段差
【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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