(57)【要約】【課題】  柱状電極上に半田ボールが形成された半導体装置において、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生しにくいようにする。【解決手段】  柱状電極９は、一部が封止膜１２の上側に突出する金属球状体１０と、封止膜１２の上面よりも下側において金属球状体１０の周囲に設けられたメッキ部１１とによって形成されている。この場合、封止膜１２の上側に突出された金属球状体１０が半田ボール１３に食い込み、これにより柱状電極９と半田ボール１３との界面にクラックが発生しにくいようにすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、該半導体基板上に設けられた複数の柱状電極、前記半導体基板上において前記柱状電極の周囲に設けられた封止膜および前記柱状電極上に設けられた半田ボールを有する半導体装置において、前記柱状電極は、一部が前記封止膜の上側に突出する金属部材と、前記封止膜の上面よりも下側において前記金属部材の周囲に設けられたメッキ部とからなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記金属部材は１つの金属球状体からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記柱状電極の直径は前記金属球状体の直径よりも大きくなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記金属部材は互いに密接された複数の金属球状体からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、前記金属部材は融点が前記半田ボールの融点よりも高い金属からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記金属部材および前記メッキ部は銅からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上の全面に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層上に配線を形成する工程と、
前記配線を含む前記下地金属層上に前記配線の接続パッド部に対応する部分に開口部を有するメッキレジスト膜を形成する工程と、
前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上に金属部材を配置する工程と、
前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行うことにより、前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上において前記金属部材の周囲にメッキ部を該メッキ部の上側に前記金属部材の一部が突出するように形成し、前記金属部材と前記メッキ部とにより柱状電極を形成する工程と、
前記メッキレジスト膜を剥離する工程と、
前記配線下以外の前記下地金属層を除去する工程と、
前記配線および前記柱状電極を含む前記半導体基板上に封止膜を形成する工程と、
前記封止膜の上面側を前記柱状電極の上面が露出されるまでエッチングして除去する工程と、
前記柱状電極の上面に半田ボールを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記金属部材を配置する工程は、前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上に１つの金属球状体を配置する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の発明において、前記金属部材を配置する工程は、前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上に複数の金属球状体を互いに密接させて配置する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の発明において、前記金属部材は融点が前記半田ボールの融点よりも高い金属からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発明において、前記金属部材および前記メッキ部は銅からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の発明において、前記封止膜の上面側のエッチングは酸素プラズマエッチングであ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】
【０００１】
この発明は、柱状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】
従来の半導体装置には、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む絶縁膜の上面に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４９４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、封止膜の上面と面一である柱状電極の上面に半田ボールを設けているので、この半導体装置を回路基板上に実装した後において、温度サイクル試験等を行ったとき、半導体基板と回路基板との間の熱膨張係数差に起因して発生する応力により、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生することがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生しにくいようにす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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る半導体装置は、半導体基板、該半導体基板上に設けられた複数の柱状電極、前記半導体基板上において前記柱状電極の周囲に設けられた封止膜および前記柱状電極上に設けられた半田ボールを有する半導体装置において、前記柱状電極は、一部が前記封止膜の上側に突出する金属部材と、前記封止膜の上面よりも下側において前記金属部材の周囲に設けられたメッキ部とからなっていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上の全面に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に配線を形成する工程と、前記配線を含む前記下地金属層上に前記配線の接続パッド部に対応する部分に開口部を有するメッキレジスト膜を形成する工程と、前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上に金属部材を配置する工程と、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行うことにより、前記メッキレジスト膜の開口部内の前記配線の接続パッド部上において前記金属部材の周囲にメッキ部を該メッキ部の上側に前記金属部材の一部が突出するように形成し、前記金属部材と前記メッキ部とにより柱状電極を形成する工程と、前記メッキレジスト膜を剥離する工程と、前記配線下以外の前記下地金属層を除去する工程と、前記配線および前記柱状電極を含む前記半導体基板上に封止膜を形成する工程と、前記封止膜の上面側を前記柱状電極の上面が露出されるまでエッチングして除去する工程と、前記柱状電極の上面に半田ボールを形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、柱状電極は、一部が封止膜の上側に突出する金属部材と、封止膜の上面よりも下側において金属部材の周囲に設けられたメッキ部とからなっているので、封止膜の上側に突出された金属部材が半田ボールに食い込み、これにより柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生しにくいようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置はシリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。
【０００９】
接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。
【００１０】
保護膜５の上面には銅等からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。
【００１１】
配線８の接続パッド部上面には柱状電極９が設けられている。柱状電極９は、銅等からなる金属球状体１０の周囲に銅からなるメッキ部１１が設けられ、且つ、金属球状体１０の一部がメッキ部１１の上側に突出された構造となっている。この場合、メッキ部１１の外形は平面円形状となっている。金属球状体１０の直径はメッキ部１１の直径よりもある程度小さくなっている。
【００１２】
配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１がその上面が柱状電極９のメッキ部１１の上面とほぼ面一となるように設けられている。したがって、柱状電極９のメッキ部１１の上面から突出された金属球状体１０は封止膜１２の上側に突出されている。柱状電極９の上面つまり金属球状体１０を含むメッキ部１１の上面には半田ボール１３が設けられている。
【００１３】
このように、この半導体装置では、柱状電極９を、一部が封止膜１２の上側に突出する金属球状体（金属部材）１０と、封止膜１２の上面よりも下側において金属球状体１０の周囲に設けられたメッキ部１１とによって形成しているので、封止膜１２の上側に突出された金属球状体１０が半田ボール１３に食い込み、これにより柱状電極９と半田ボール１３との界面にクラックが発生しにくいようにすることができる。
【００１４】
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）の上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、酸化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が形成され、接続パッド２の中央部が絶縁膜３および保護膜５に形成された開口部４、６を介して露出されたものを用意する。
【００１５】
この場合、半導体ウエハ２１の上面において各半導体装置が形成される領域には所定の機能の集積回路（図示せず）が形成され、接続パッド２はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。
【００１６】
次に、図３に示すように、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む保護膜５の上面全体に下地金属層７を形成する。この場合、下地金属層７は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
【００１７】
次に、下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２３をパターン形成する。この場合、配線８形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２３には開口部２４が形成されている。次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２３の開口部２４内の下地金属層７の上面に配線８を形成する。次に、メッキレジスト膜２３を剥離する。
【００１８】
次に、図４に示すように、配線８を含む下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２５をパターン形成する。この場合、配線８の接続パッド部（柱状電極９形成領域）に対応する部分におけるメッキレジスト膜２５には開口部２６が形成されている。次に、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面に銅等からなる金属球状体１０を配置する。ここで、メッキレジスト膜２５の開口部２６の直径は金属球状体１０の直径よりもある程度大きくなっている。
【００１９】
金属球状体１０の配置方法としては、一例として、メッキレジスト膜２５の上面に多数の金属球状体１０を配置し、メッキレジスト膜２５上においてスキージあるいはブラシを移動させると、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面に金属球状体１０を配置することができる。
【００２０】
次に、図５に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面において金属球状体１０の周囲にメッキ部１１を形成する。この場合、金属球状体１０の一部がメッキ部１１の上側に突出されるようにする。
【００２１】
これにより、金属球状体１０の周囲にメッキ部１１が設けられ、且つ、金属球状体１０の一部がメッキ部１１の上側に突出された構造の柱状電極が形成される。ここで、柱状電極９は金属球状体１０の周囲にメッキ部１１が設けられた構造であるので、メッキ処理に要する時間はメッキ部１１を形成する時間であればよく、メッキ処理時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
次に、メッキレジスト膜２５を剥離し、次いで、配線８をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図６に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。この状態では、配線８の接続パッド部上面に、金属球状体１０の周囲にメッキ部１１が設けられた構造の柱状電極９が形成されている。
【００２３】
次に、図７に示すように、配線８および柱状電極９を含む保護膜５の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１をスクリーン印刷により形成する。この場合、保護膜５上に形成される封止膜１２の上面がメッキ部１１の上面よりもある程度高くなるようにする。すると、メッキ部１１の上面から突出された金属球状体１０の表面に封止膜１２が薄く形成される。
【００２４】
次に、封止膜１１の上面側を、酸素プラズマエッチングにより、金属球状体１０の表面およびメッキ部１１の上面の封止膜１２が除去されるまでエッチングすると、図７に示すように、金属球状体１０の表面およびメッキ部１１の上面が露出されるとともに、メッキ部１１の上面が封止膜１１の上面とほぼ面一となる。
【００２５】
次に、図９に示すように、柱状電極９の上面つまり金属球状体１０を含むメッキ部１１の上面に半田ボール１３を形成する。次に、図１０に示すように、半導体ウエハ２１等をダイシングライン２１に沿って切断すると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２６】
ここで、半田ボール１３の形成方法の一例について説明する。まず、柱状電極９の上面つまり金属球状体１０を含むメッキ部１１の上面にフラックスを塗布する。次に、フラックスの上面に半田ボール１３を配置して付着させる。次に、リフローにより、フラックスを蒸発させて取り除くとともに、柱状電極９の上面に半田ボール１３を固着させて形成する。
【００２７】
この場合、リフローにより半田ボール１３を溶融させるとき、金属球状体１０が同時に溶融すると、好ましくない。そこで、金属球状体１０の金属材料としては、融点が半田ボール１３の融点よりも高い金属、例えば、銅（融点１０８３．４℃）、チタン（融点１６６０℃）、タングステン（融点３４０℃）、金（融点１０６４．４℃）のように、融点３００℃以上の金属を用いる方が望ましい。
【００２８】
（第２実施形態）
図１１はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、柱状電極９を、互いに密接された複数の金属球状体１０の周囲にメッキ部（図示せず）を設けた構造とした点である。すなわち、この場合の金属球状体１０は、図１に示す金属球状体１０よりも小径となっている。
【００２９】
そして、この半導体装置では、最上層に位置する複数の金属球状体１０の各一部がメッキ部の上側に突出され、これらの突出部を含むメッキ部の上面に半田ボール１３が設けられている。したがって、この半導体装置でも、封止膜１２の上側に突出された金属球状体１０が半田ボール１３に食い込み、これにより柱状電極９と半田ボール１３との界面にクラックが発生しにくいようにすることができる。
【００３０】
この半導体装置の製造方法は上記第１実施形態の場合とほぼ同じである。この場合、図４に示すような工程において、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８接続パッド部上面に複数の金属球状体１０を互いに密接させて配置し、図５に示すような工程において、複数の金属球状体１０の周囲にメッキ部が形成されることにより、互いに密接して配置された複数の金属球状体１０が一体化される。
【００３１】
ところで、図１に示す半導体装置では、メッキ部１１のアスペクト比（高さ／直径）は金属球状体１０の直径の影響を受ける。すなわち、メッキ部１１の直径は金属球状体１０の直径よりも小さくすることができず、メッキ部１１の高さは金属球状体１０の直径よりも大きくすることができない。これに対し、図１１に示す半導体装置では、メッキ部のアスペクト比は金属球状体１０の直径とは関係なく設定することができる。
【００３２】
（その他の実施形態）
図１および図１１において、金属球状体１０の代わりに、正方形状体、長方形状体、角錐状体、その他の形状体からなる金属部材を用いるようにしてもよい。ただし、図１１に示す場合には、互いに密接された複数の金属部材間に、メッキ部を形成するための隙間が形成される必要がある。なお、図４に示すような工程において、金属部材の配置方法を考慮すると、金属球状体が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意するものの断面図。
【図３】図２に続く工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に続く工程の断面図。
【図８】図７に続く工程の断面図。
【図９】図８に続く工程の断面図。
【図１０】図９に続く工程の断面図。
【図１１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリコン基板
２  接続パッド
３  絶縁膜
５  保護膜
７  下地金属層
８  配線
９  柱状電極
１０  金属球状体
１１  メッキ部
１２  封止膜
１３  半田ボール
【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】
2007294558.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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