(57)【要約】【課題】バンプピッチの超微細化に対応した信頼性の高いはんだバンプを有する半導体装置。【解決手段】実施形態の半導体装置は、半導体基板１上に４０μｍ以下のピッチで並列した複数の電極パッド２上にアンダーバンプメタル４を介して当該電極パッド２それぞれに電気的に接続されている複数のはんだバンプ８’を具備し、前記はんだバンプ８’の前記半導体基板１から最も離れた部分の径（トップ径）Ｔと当該はんだバンプの底辺の径（ボトム径）Ｂとの比が１：１〜１：４である。【選択図】図１
2012069704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に４０μｍ以下のピッチで並列した複数の電極パッド上にアンダーバンプメタルを介して当該電極パッドそれぞれに電気的に接続されている複数のはんだバンプを具備し、
前記はんだバンプの前記半導体基板から最も離れた部分の径（トップ径）と当該はんだバンプの底辺の径（ボトム径）との比が１：１〜１：４である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記比が１：１〜１：３である
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】
半導体基板上に４０μｍ以下のピッチで並列した複数の電極パッド上にアンダーバンプメタルを介して当該電極パッドそれぞれに電気的に接続されている複数のはんだバンプを具備し、
前記はんだバンプの底辺と当該はんだバンプの側面とが当該はんだバンプの側になす角度が４５度〜９０度である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記角度が５５度〜９０度である
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
４０μｍ以下のピッチで並列した複数の電極パッド、および当該電極パッド上に積層されたアンダーバンプメタルが形成された半導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の表面に垂直な方向にストレート形状が露光されるフォーカス値より大きなフォーカス値で露光する露光工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記露光工程により可溶性となる前記レジスト膜のバンプ形状部分の前記半導体基板から最も離れた部分の径（トップ径）より大きい幅で、かつ、当該バンプ形状部分の底面の径（ボトム径）より小さい幅であるストレート形状が露光されるフォーカス値で露光する第２露光工程を
さらに含むことを特徴とする請求項５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】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化と高機能化を達成するためにデバイスの動作速度の向上やメモリの大容量化が要求されている。デバイスによっては1チップのｅＤＲＡＭに変わってロジックと大容量ＤＲＡＭをChip On Chip（CoC）接続でパッケージしたチップも開発されている。
【０００３】
CoC接続用の微細バンプを形成する際に、CoC性を考慮して高アスペクトなバンプが要求される場合がある。その際にはＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ等のピラーを介してはんだバンプを形成する。CoC接続において、そのバンプピッチは近年は微細化が進み、４０μｍ、３０μｍとなりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バンプ形成の際、バンプピッチの微細化が上述したように進むと、それに伴ってバンプ直径が細くなり下地との密着性が相対的に不足してくる。この密着性を確保するためにバンプピッチに対してバンプ径を必要以上に大きくすると隣接バンプ間の距離も近くなるためバンプ間のショートリスクが高まる。特に３０μｍピッチ以下の構造ではこの特徴が顕著に発生するという問題がある。
【０００６】
本発明の一つの実施形態は、バンプピッチの超微細化に対応した信頼性の高いはんだバンプ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】
【０００７】
本発明の一つの実施形態の半導体装置は、半導体基板上に４０μｍ以下のピッチで並列した複数の電極パッド上にアンダーバンプメタルを介して当該電極パッドそれぞれに電気的に接続されている複数のはんだバンプを具備し、前記はんだバンプの前記半導体基板から最も離れた部分の径と当該はんだバンプの底辺の径との比が１：１〜１：４である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態の半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図２】図２は、第２の実施形態の半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図３】図３は、第３の実施形態の半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。本実施形態では、従来のLSI形成技術により作成されたシリコン基板上に微細はんだバンプを形成する。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば、基板１上にはアルミニウムの電極パッド２が形成され、さらに電極パッド２の中心を露出させながら電極パッド２の縁部及び基板１を覆うようにパッシベーション膜として例えばＳｉＮ膜３が形成されている。ここで本実施形態において、電極パッド２と図示せぬ隣接する電極パッドとの間隔は４０μｍ以下で並列している。この上にはんだバンプのアンダーバンプメタル４（UBM：Under Bump Metal）としてＣｕ膜、又はＣｕとＴｉの積層膜などをスパッタリング法・CVD法・ALD(Atomic Layer Deposition)法・めっき法などを用いて形成する。
【００１２】
アンダーバンプメタル４の最上層としてはＣｕを使用し、続く工程であるめっき工程の通電層として機能する。次にバンプパターンを形成するため感光性レジスト５を塗布し、フォトマスク６をマスクに露光しフォトリソグラフィ技術を用いて所望のバンプパターンを形成する。感光性レジスト５としては、ここでは例えばネガ型のレジストを用いる。
【００１３】
ここで、フォトリソグラフィ技術の主に露光時のフォーカス（Focus）条件を通常のストレート形状（図１（ａ)）よりも大きく変えることで特殊な開口形状を形成できることから、フォーカス値を16μｍと設定してバンプパターンを形成した（図１（ｂ)）。
【００１４】
次に電解めっきにより、Ｎｉをバンプパターン部のアンダーバンプメタル４上に析出させＮｉのピラー７を形成し、続けて電界めっきによりはんだ８を析出させる。続けて感光性レジスト５を剥離液にて除去し、アンダーバンプメタル４をエッチング法により除去する。その後リフロー工程によりはんだ８を溶融、最凝縮させてはんだバンプ８’を形成する。この時、フォトリソグラフィ工程を通常のストレート形状が得られるフォーカス値8μｍから16μｍに大きく変えて露光したことにより、図１（ｃ）に示すような裾広がりなバンプ形状を得ることができる。
【００１５】
一般に、露光時のフォーカス値を小さい値から大きな値にしてゆくにつれて、バンプ形状の底面と側面とがバンプ側に為す角度（図１（ｃ）のα）は大きな値（９０度以上）から小さな値（９０度以下）になってゆく。ネガ型、ポジ型いずれのレジストを選択してもレジストに依存して、α＝９０度となるフォーカス値は定まる。このフォーカス値がストレート形状に露光されるフォーカス値である。本実施形態においては、図１（ｃ）に示したようにα＜９０度となるように、ストレート形状が露光されるフォーカス値より大きな値のフォーカス値で露光する。
【００１６】
このときのバンプボトム径Ｂはストレート形状露光時の20μｍよりも3.6μｍ大きな形状が得られた。上記形状のはんだバンプ８’を形成することにより、はんだ８の下のピラー７と下地のアンダーバンプメタル４との界面のボトム面積を約40%大きく保つことができ密着性を向上することができる。また、４０μｍ以下のバンプピッチに対してはんだパンプ８’のトップ径Ｔはボトム径Ｂよりも小さく保つことができるため、隣接バンプとのショートリスクを低減することができる。上記結果より、バンプが超微細化した際にも信頼性の高いはんだバンプを形成することができる。ここで、トップ径Ｔとは、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、はんだバンプ８’の半導体基板１から最も離れた部分の径であり、ボトム径Ｂとは、同じく図１（ｂ）および（ｃ）に示すはんだバンプ８’の底辺の径である。
【００１７】
なお、上記したトップ径Ｔとボトム径Ｂとの比Ｔ：Ｂは１：１〜１：４、或いはバンプ形状の底面と側面とがバンプ側に為す角度αは、４５度＜α＜９０度であることが望ましい。
【００１８】
比Ｔ：Ｂが上記範囲から外れてＢがＴより小さくなった場合、或いはαが上記範囲外の９０度以上の場合は、バンプのボトム径Ｂが細くなってしまい下地界面との密着面積が小さくなってしまう。さらにバンプのトップ径Ｔが相対的に大きくなりすぎてバンプの接続時のショートリスクが高まるという問題が生ずるからである。
【００１９】
また逆に、ＢがＴの４倍より大きくなった場合、或いはαが４５度以下の場合は、バンプのボトム径Ｂが太くなり過ぎてしまい隣接するバンプ間のショートリスクが高くなる。さらにバンプトップ径Ｔが小さくなり過ぎてバンプ接続が非常に困難になるという問題が生ずるからである。
【００２０】
さらにバンプの集積度を高めようとする場合なども考慮に入れると、隣接するバンプとのショートリスクの低減のためには、トップ径Ｔとボトム径Ｂとの比Ｔ：Ｂは１：１〜１：３、或いはバンプ形状の底面と側面とがバンプ側に為す角度αは、５５度＜α＜９０度であることがより好適である。
【００２１】
以上説明したように、半導体素子が設けられた半導体基板上に形成される本実施形態のバンプ形成において、そのバンプピッチが超微細パターンになっても、下地との密着性を向上させ、尚且つはんだバンプ間のショートリスクを低減させ、半導体パッケージの信頼性を向上させることが可能となる。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、感光性レジスト５として例えばポジ型のレジストを用い、フォトグラフィ工程の露光時のフォーカス値を第１の実施形態でのフォーカス値よりさらに大きく28μｍと設定（図２（ａ)）し、さらにレジスト上部の開口を広げるためにフォーカス値を通常用いられる条件のフォーカス値8μｍと設定して２回露光（図２（ｂ)）する。これにより第１の実施形態に比べて、はんだバンプ８’と下地のアンダーバンプメタル４との界面のボトム面積がより大きなはんだバンプ８’を形成することができる。
【００２３】
このときのバンプボトム径Ｂはストレート形状露光時の20μｍよりも16.0μｍ大きな形状が得られた。上記形状のはんだバンプ８’を形成することにより、はんだバンプ８’と下地のアンダーバンプメタル４との界面のボトム面積を約220%大きく保つことができ密着性を更に向上することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、フォトレジスト工程により開口したバンプパターン部のアンダーバンプメタル４上への電解めっきにおいて、Ｎｉを析出させた第１の実施形態とは異なり、Ｃｕをバンプパターン部のアンダーバンプメタル４上に析出させＣｕピラー９を形成した。さらにその上にＮｉのピラー７を形成し、続けて感光性レジストを剥離液にて除去し、アンダーバンプメタル４をエッチング法により除去する（図示せず）。
【００２５】
ここでは、アンダーバンプメタル４のめっき通電用材料としてはＣｕを使用していることから、Ｃｕのアンダーバンプメタル４のエッチング時にＣｕピラー９も同時にエッチングされてしまう（図３（ａ））。通常のリソグラフィのフォーカス値8μｍではＣｕピラー部９が細ってしまい密着性が低下してしまうが、本実施形態においてはフォーカス値16μｍと通常よりも大きくしている。従って、ボトム径の大きなはんだバンプを形成（図３（ｂ)）することができる。また、第２の実施形態のように２回露光をすることでさらにトップとボトムの形状を任意に設定することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、感光性レジスト５としてネガ型或いはポジ型いずれかのレジストを用いて説明したが、それぞれの実施形態において、ネガ型、ポジ型いずれのレジストを用いてもよい。上述したようにネガ型、ポジ型いずれのレジストを選択してもレジストに依存して、α＝９０度となるフォーカス値は定まる。また、露光時のフォーカス値を小さい値から大きな値にしてゆくにつれて、バンプ形状の底面と側面とがバンプ側に為す角度（図１（ｃ）のα）は大きな値（９０度以上）から小さな値（９０度以下）になってゆく傾向も共通である。従って、フォーカス値をストレート形状の時の値より大きくすることにより上記と同様の効果を得ることができる。ネガ型レジストとしては、ゴム系、アクリル系の樹脂など、ポジ型レジストとしては、ノボラック系の樹脂などを用いることが可能であるが、これらに限定されない。また、はんだおよびピラー部などのはんだバンプを構成する材料としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｒもしくはその組み合わせを自由に選択することが可能である。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１  基板、２  電極パッド、３  ＳｉＮ膜、４  アンダーバンプメタル、５  感光性レジスト、６  フォトマスク、７  ピラー、８  はんだ、８’  はんだバンプ。
【図１】
2012069704.tif 000003
【図２】
2012069704.tif 000004
【図３】
2012069704.tif 000005