(57)【要約】【課題】  半導体装置の外部接続用のパッドであって、接続されるボンディングワイヤやバンプ等といった導電性接続手段と強固に接続できるから、外力や衝撃等による剥離を防止する、密着性の優れたパッドと製造方法を提供するものである。【解決手段】  外部接続用のパッドを有する半導体装置であって、パッドは、外部接続領域の半導体基板の上部に、所定の距離を離間して複数配置する下層金属膜を有し、下層金属膜の上部を覆うようにすると共に、表面に溝部を有する上層金属膜を有し、上層金属膜の溝部は、下層金属膜と平面的に重なる位置に設ける。【選択図】図１
2016096296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用のパッドを有する半導体装置であって、
前記パッドは、
外部接続領域の半導体基板の上部に、所定の距離を離間して複数配置する下層金属膜を有し、
前記下層金属膜の上部を覆うようにすると共に、表面に溝部を有する上層金属膜を有し、
前記上層金属膜の溝部は、前記下層金属膜と平面的に重なる位置に設ける
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上層金属膜は、その表面に段差部を有し、
前記段差部は、前記下層金属膜と平面的に重ならない位置に設ける
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】
前記溝部は、前記段差部よりもその深さが深い
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】
外部接続用のパッドを有する半導体装置の製造方法であって、
外部接続領域の半導体基板の上部に、所定の距離を離間して複数配置する下層金属膜を形成する、下層金属膜形成工程と、
前記下層金属膜の上部を覆う上層金属膜を形成する、上層金属膜形成工程と、を有し、
前記上層金属膜形成工程は、
前記下層金属膜と平面的に重なる位置に溝部を形成する溝部形成工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記上層金属膜形成工程は、前記下層金属膜と平面的に重ならない位置に段差部を形成する段差部形成工程を有する
ことを特徴とする請求項４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、外部接続用のパッドを有する半導体装置に関し、特に、外部接続用のパッドに、ボンディングワイヤが接続されるかバンプが形成される半導体装置とその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置における外部接続用のパッドの構造は、多層の金属膜で形成される。
パッドは、回路基板等と半導体装置とをワイヤボンディング技術にて接続する場合には、接続手段としてボンディングワイヤが接続される。また、フリップチップ技術などを用いて回路基板等に半導体装置を実装する場合などには、接続手段としてバンプ（突起電極）が形成される。
【０００３】
ボンディングワイヤやバンプなどの接続手段とパッドとは、構造的にも電気的にも確実に接続していなければ、所謂、実装不良を起こしてしまう。構造的に確実な接続とは、双方が強固に接続していることであり、電気的に確実な接続とは、双方が低抵抗で接続していることをいう。
【０００４】
なお、ボンディングワイヤはＡｕ（金）などの金属、バンプははんだといった導電性の材料で構成しているため、これらボンディングワイヤやバンプを導電性接続手段と称する。
【０００５】
半導体装置には不測の外力が印加される場合がある。例えば、搬送中に起こる他の物体との衝突や落下である。また、半導体装置を搭載した電子機器にも同様の衝突や落下などの事態が起こる。このため、電子機器に搭載された後であっても半導体装置には不測の外力が印加される場合がある。
【０００６】
そのような不測の外力は、半導体装置にさまざまな方向から印加される。このような外力によって、外部接続用のパッドを構成する多層の金属膜と導電性接続手段とが剥離してしまうという問題が発生する。近年、電子機器の高性能化とダウンサイジング化により、搭載される半導体装置にも微細化が進んでおり、外部接続用のパッドも微細化が進んでいる。
【０００７】
このような外部接続用のパッドは外力に弱くなる傾向があるため、それにより生じる不具合を防止することはことさら重要である。したがって、外部接続用のパッドと導電性接続手段との密着性を向上させる構造は、近年多くの提案をみるものである。
【０００８】
半導体装置の外部接続用のパッドの密着性を向上するには、外部接続用のパッドを構成する材料と導電性接続手段との接触面積を増加すればよいことが知られている。例えば、双方の接触面に凹凸を設ける構成である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
特許文献１に示した従来技術は、外部接続用のパッドにおける導電性接続手段との接続領域に、柱状導電部材を離間して複数配置し、それらの柱状導電部材を覆い、かつ、接続領域と接触する電極部材を設けている。
【００１０】
このような構成とすることにより、柱状導電部材間に電極部材が入り込むため、下層の接続領域との接続が強固になる。そして、柱状導電部材を配置したことにより生じた電極部材の表面の凹凸により、これと接触する導電性接続手段との接触面積が増加し、双方の
密着性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２４７５２２号公報（第４−５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に示した従来技術は、確かに電極部材とそれよりも下層の接続領域とは強固に接続できるが、その電極部材と導電性接続手段との密着性はさほど向上しないことがわかった。その理由は、電極部材における導電性接続手段との接触面に形成される凹凸の形状である。
【００１３】
すなわち、特許文献１に示した従来技術は、電極部材の表面の凹凸は、柱状導電部材間に電極部材が入り込むことによりなされているが、この凹凸は、柱状導電部材の存在の有無により発生させているため、凹凸が浅いのである。
【００１４】
換言すると、この凹凸は下層に設けた柱状導電部材による表面のうねりそのものであって、生じた凹凸の深さは一様に浅くなってしまう。このため、電極部材と導電性接続手段との密着性は、さほど向上しないのである。
【００１５】
また、接続領域において柱状導電部材の数を減らすことで凹凸の深さを深くすることができる。しかし、そうすると、スペースが限られている接続領域において電極部材の表面に生じる凹凸の数も減るので、パッドの強度が不足してしまう。
【００１６】
すなわち、例えば、ボンディングワイヤを打ち込むときや、形成したバンプを用いて基板などに実装する際にかかる圧力に対して１つの柱状導電部材にかかる力が大きくなり、柱状導電部材の剥離や破損を招いてしまうのである。すると、実装工程上の新たな問題を生じてしまう。
【００１７】
このように、特許文献１に示した従来技術は、電極部材の表面の凹凸の数を保ちつつ、その深さを深くすることができないため、結果として電極部材と導電性接続手段との密着性を向上させることができないのである。
【００１８】
もちろん、電極部材の表面の凹凸は、柱状導電部材の存在の有無により発生する表面のうねりであるから、電極部材と導電性接続手段との接触面積もさほど増えない。したがって、双方を低抵抗で接続することもできない（電気的抵抗を十分下げることができない）のである。
【００１９】
そこで、本発明の半導体装置の外部接続用のパッドは、上記課題を解決し、接続されるボンディングワイヤやバンプ等の導電性接続手段との構造的及び電気的な接続を確実にし、強度を有するパッドとその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の半導体装置の外部接続用のパッドは、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
【００２１】
外部接続用のパッドを有する半導体装置であって、パッドは、外部接続領域の半導体基板の上部に、所定の距離を離間して複数配置する下層金属膜を有し、下層金属膜の上部を覆うようにすると共に、表面に溝部を有する上層金属膜を有し、上層金属膜の溝部は、下
層金属膜と平面的に重なる位置に設けることを特徴とする。
【００２２】
このような構成により、上層金属膜には、深い溝部を構成することができ、上部に設けるボンディングワイヤやバンプなどの導電性接続手段との密着性が向上する。このため、構造的にも電気的にも確実に接続することができる。
【００２３】
上層金属膜は、その表面に段差部を有し、段差部は、下層金属膜と平面的に重ならない位置に設けるようにしてもよい。
【００２４】
このようにすれば、上層金属膜の表面には、溝部に加え段差部も設けることができ、さらに凹凸を増すことができる。このため、その上部に設ける導電性接続手段との密着性がより向上する。
【００２５】
溝部は、段差部よりもその深さが深いようにしてもよい。
【００２６】
このようにすれば、上層金属膜の段差部は、溝部と深さを異ならせることもできる。そうすると、深さの深い溝部と浅い段差部とを有するが可能になり、一様な凹凸形状とならず、あらゆる方向からの衝撃に対してより強固にできる。
【００２７】
本発明の半導体装置の外部接続用のパッドは、上記目的を達成するために、下記記載の製造方法を採用するものである。
【００２８】
外部接続用のパッドを有する半導体装置の製造方法であって、外部接続領域の半導体基板の上部に、所定の距離を離間して複数配置する下層金属膜を形成する、下層金属膜形成工程と、下層金属膜の上部を覆う上層金属膜を形成する、上層金属膜形成工程と、を有し、上層金属膜形成工程は、下層金属膜と平面的に重なる位置に溝部を形成する溝部形成工程を有することを特徴とする。
【００２９】
このような製造方法を用いれば、上層金属膜の下層金属膜と平面的に重なる位置に、簡単に溝部を形成することができる。
また、この溝部の形成時に上層金属膜をエッチングし過ぎたとしても、下層金属膜がエッチングストッパになり、下地にダメージを与えることもない。
【００３０】
上層金属膜形成工程は、下層金属膜と平面的に重ならない位置に段差部を形成する段差部形成工程を有するようにしてもよい。
【００３１】
このような製造方法を用いれば、上層金属膜の表面には、溝部に加え段差部も簡単に形成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明の半導体装置の外部接続用のパッドは、上層金属膜の表面に深い溝部を設けることができるから、ボンディングワイヤやバンプ等の導電性接続手段との密着性が向上する。このため、構造的に強固であり、深い溝による接触面積の向上により電気的にも低抵抗な接続が可能になる。
【００３３】
また、上層金属膜の複数の溝部は、島状に形成された下層金属膜それぞれをエッチングストッパとすることで安定した深さで形成することができる。下層金属膜も導電性の膜であるから、仮に溝部の形成時に溝部の深部が下層金属膜に到達してしまっても、何ら問題は無い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の半導体装置の第１の実施形態の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す断面の端面図である。
【図２】本発明の半導体装置の第２の実施形態の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す断面の端面図である。
【図３】本発明の半導体装置の第３の実施形態の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す断面の端面図である。
【図４】本発明の半導体装置の第４の実施形態の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す断面の端面図である。
【図５】本発明の半導体装置の第５の実施形態として、その製造方法を説明する図であって、半導体装置の第１の実施形態の第１の製造工程を説明するためのプロセスフロー図である。
【図６】図５のプロセスフロー図の製造工程を説明するための模式的に示す断面の端面図である。
【図７】図６の続きの工程で製造工程を説明するための模式的に示す断面の端面図である。
【図８】図５のプロセスフロー図の分岐した第２の製造工程を説明するための模式的に示す断面の端面図である。
【図９】本発明の半導体装置の第６の実施形態として、その製造方法を説明する図であって、半導体装置の第３の実施形態の製造工程を説明するためのプロセスフロー図である。
【図１０】図９のプロセスフロー図の製造工程を説明するための模式的に示す断面の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の半導体装置の外部接続用のパッドは、所定の距離を離間して複数配置された島状の下層金属膜を設けている。この下層金属膜の上部を覆うように上層金属膜を設けている。上層金属膜は、下層金属膜と平面的に重なる位置に、その表面部分に深さの深い溝部を意図的に設けているという点が特徴である。
【００３６】
これにより、上層金属膜の上部に設ける導電性接続手段とは、強く密着することができる。これは、従来技術のように、上層金属膜の表面が浅くうねる形状では程度では生まれない、強固な密着力なのである。
【００３７】
そして、この深い溝部により上層金属膜と導電性接続手段とはより大きな接触面積で接続できるから、構造的にも強く、電気的にも低抵抗な接続とすることができる。
【００３８】
上層金属膜の溝部は、下層金属膜の上部に設けるから、上層金属膜の加工にあって、製造工程の予期せぬバラつきや、オーバーエッチングなどがあっても、その溝部を底部は下層金属膜の表面とすることができるため、半導体基板の上部の例えば層間縁膜等にダメージを与えることはないのである。
【００３９】
以下、半導体装置の外部接続用のパッドにおける６つの実施形態を詳述する。
【００４０】
図１を用いて説明する第１の実施形態は、複数配置された島状の下層金属膜と平面的に重なる位置に対応して、上層金属膜の表面部分に深い溝部を意図的に設ける例である。
【００４１】
図２を用いて説明する第２の実施形態は、第１の実施形態の溝部が下層金属膜に達する深さまで形成された例である。
【００４２】
図３を用いて説明する第３の実施形態は、第１の実施形態の溝部に加えてさらに段差部を設け、凹凸を増やすと共にその凹凸を一様にはしない例である。
【００４３】
図４を用いて説明する第４の実施形態は、第１の実施形態を例にして、その上層金属膜の上層に他の金属膜を形成する例である。
【００４４】
第５の実施形態は、図５から図８を用いて、第１の実施形態を例にして、その製造方法を説明するものである。
【００４５】
第６の実施形態は、図９、図１０を用いて、第３の実施形態の構造を例にして、その製造方法を説明するものである。
【００４６】
以下、図を参照して各実施形態を説明するが、各図は、半導体装置を構成するが発明とは関係ない構成については省略した模式図とする。また、同一の構成部材には同一の番号を付して、重複する説明は省略する。
【００４７】
［半導体装置の第１の実施形態の構成の説明：図１］
図１は、半導体装置の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す端面図である。
図１に示すように、半導体基板１０上に形成された半導体素子（図示せず）に電気的に接続している外部接続用のパッド１は、半導体基板１０上に形成された、例えばＳｉＯ2膜からなる層間絶縁膜１１と、その層間絶縁膜１１上に、例えばＴｉＮ（チタンナイトライド）からなる下層金属膜２０が形成され、その上層に、例えばアルミニウムやアルミニウム合金からなる上層金属膜３０が形成され、そして、その上層に開口部１２を有する、例えばＰＶ（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）膜４０から形成されている。
【００４８】
層間絶縁膜１１上に形成された下層金属膜２０は、パッド１の後述する外部接続領域たるＰＶ膜４０の開口部１２で規定される領域に、所定の距離を離間して複数配置する島状に形成されている。その上を覆うよう上層金属膜３０が形成されている。
【００４９】
上層金属膜３０は、パッド１と図示しない半導体素子とを電気的に接続する配線層も兼ねており、図示はしないがその半導体素子と接続している。上層金属膜３０の溝部３１は、下層金属膜２０の島状の部分それぞれと平面的に重なる位置に設けている。
【００５０】
溝部３１は、特許文献１に示した従来技術の金属膜の表面のうねり程度の深さに比して、十分深い。例えば、下層金属膜２０上における上層金属膜３０の膜厚の半分の深さまで掘り込んで形成されている。
【００５１】
ＰＶ膜４０は、半導体装置の表面の全面に、すなわち、上層金属膜３０及び層間絶縁膜１１の上層全面に形成され、そして、パッド１の外部接続領域としてＰＶ膜４０に開口部１２が設けられている。このＰＶ膜は最終保護膜と呼ばれることがあり、半導体装置の表面を保護する役割を有する膜であって、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜やポリイミドなどで構成している。
【００５２】
このＰＶ膜４０の開口部１２は、上層金属膜３０が導電性接続手段と電気的に接続するための手段と接続するために開口された部分であるが、パッド１における外部接続領域を規定するものである。
【００５３】
その外部接続領域における層間絶縁膜１１の上部に設ける下層金属膜２０は、所定の距離を離間して複数配置することで島状に形成されており、その上部に設ける上層金属膜３０は、隣り合う下層金属膜２０の間にも入り込む。これにより、上層金属膜３０と下層金
属膜２０とは、互いが強固に密着される。
【００５４】
そして、その上層金属膜３０に設ける溝部３１は、後述する製造方法により、上層金属膜３０における下層金属膜２０と平面的に重なる位置に選択的に設けることで、設計通りの深さで形成することができる。
【００５５】
ところで、溝部３１の加工に際して、その製造中に予期せぬ製造バラつきや、オーバーエッチングなどが発生することがある。
そうすると、溝部３１は意図せず深くエッチングされてしまう。しかし、溝部３１は平面的に下層金属膜２０と重なっているため、エッチングが止まり、その底部が下層金属膜２０の表面と一致するのである。
【００５６】
したがって、仮にオーバーエッチングが生じても、半導体基板１０の上部の層間縁膜１１にダメージを与えることはない。つまり、下層金属膜２０は、上層金属膜３０のエッチングストッパの役割も有しているのである。
【００５７】
そして、溝部３１を有する上層金属膜３０は、その上部に設ける導電性接続手段、すなわち、ボンディングワイヤやバンプなどの材料が溝部３１にも入り込み、双方は強固に密着するのである。
【００５８】
さらに、この深い溝部３１により導電性接続手段と上層金属膜３０との接触面積が増加し、電気的に低抵抗な接続にできるのである。
【００５９】
このように、パッド１は、下層金属膜２０と上層金属膜３０と、又、上層金属膜３０と導電性接続手段とが、それぞれ強固に密着することができる。これにより、接続される導電性接続手段との電気的な接続も確実にし、外力や衝撃等による剥離を防止する、密着性の優れたパッドを構成できる。
【００６０】
また、このような深い溝の溝部３１を有しても、パッド１の外部接続領域においては下層金属膜２０の数を減らしているわけではないから、パッド１の強度が不足することはない。
【００６１】
［半導体装置の第２の実施形態の構成の説明：図２］
図２は、図１と同様に、半導体装置の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す端面図である。
第２の実施形態は、第１の実施形態と異なり、上層金属膜の溝部の深さをより深くし、下層金属膜に達する深さに形成されている点である。その他の構成は全く同一である。
【００６２】
図２に示すように、第２の実施形態のパッド２は、上層金属膜３０の表面に設ける溝部３２の底部が下層金属膜２０の表面と一致している。
【００６３】
このように、第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した製造中に発生する製造バラつきやオーバーエッチングなどにより、溝部の底部が下層金属膜の表面に達するエッチングを、意図的に行ったものである。
【００６４】
溝部３２の深さが深くなるほど、上層金属膜３０とボンディングワイヤやバンプなどの材料が深く入り込むため、双方は強固に密着することができるようになると共に、上層金属膜３０と導電性接続手段との接触面積も増加する。このため、構造的にも電気的にもより確実に接続できるのである。
【００６５】
以上、第１の実施形態と第２の実施形態により、上層金属膜の溝部の深さの違いを説明した。この上層金属膜に設ける溝部の深さは、半導体装置の用途やパッドのサイズなどにより自由に選択できる。例えば、パッドのサイズが小さい場合は、溝部深さを第２の実施形態のようにし、大きい場合は第１の実施形態のようにしてもよい。
【００６６】
また、図示はしないが、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせ、１つのパッドにおいて、深さの異なる溝部を混載してもかまわない。例えば、開口部１２の中心（パッド１の中心）部分の溝部は浅く、周辺を深くしてもよい。
【００６７】
そうすると、導電性接続手段の形成時にパッド１に衝撃が加わったとしても、パッド１の中心部分における上層金属膜３０の膜厚が厚いため、下地の層間絶縁膜１１などへのダメージを軽減することができる。
【００６８】
もちろん、逆に、開口部１２の中心（パッド１の中心）部分の溝部を深く、周辺を浅く形成してもよいのは無論である。例えば、導電性接続手段をドーム形状（球体のような形状）のバンプとするとき、このような形状にすればそのドーム形状を形成しやすい場合があるためである。
【００６９】
すなわち、溝部は、上層金属膜の表面から下層金属膜の表面に至るまでの間で自由に選択することができる。
【００７０】
そのように、深さの異なる溝部を混載すれば、上層金属膜３０の表面の凹みの数が増加することに加え、深さが一様ではなくなるため、あらゆる方向からの衝撃に対してより強固な密着性を有することができる。
【００７１】
［半導体装置の外部接続用のパッドの第３の実施形態の構成の説明：図３］
図３は、図１と同様に、半導体装置の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す端面図である。
第３の実施形態の特徴は、上層金属膜に形成した溝部に加え、その溝部の間に段差部を形成した点にある。説明にあっては、第１の実施形態の構造を元にして、さらに段差部を加えた構成で説明する。したがって、段差部以外の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００７２】
図３に示すように、第３の実施形態のパッド３の上層金属膜３０は、溝部３１に加えてその表面に段差部３３が形成されている。段差部３３は、上層金属膜３０の表面の溝部３１との間、つまり、複数配置された島状の下層金属膜２０と平面的に重ならない位置に設けている。
【００７３】
段差部３３は、図示する例では溝部３１よりもその深さが浅くなるように形成している。特に限定しないが、その深さは溝部３１の半分程度である。
【００７４】
このような構成とすることで、上層金属膜３０の表面には溝部３１と段差部３３とが交互に並ぶように形成されるようになる。これにより、上層金属膜３０の表面は深い溝部３１と、それとは異なる深さの段差部３３とによる凹凸を有することにより、上層金属膜３０の表面の凹みの数が増加することに加え、深さが一様ではなくなるため、あらゆる方向からの衝撃に対してより強固な密着性を有することができる。
【００７５】
図３に示す例では、段差部３３は、溝部３１に比して浅く形成しているが、これは一例である。図示はしないが、段差部３３が形成される位置の下部には下層金属膜２０がないから、段差部３３は、半導体基板１０の表面の層間絶縁膜１１に接しない深さ、例えば、
溝部３１の２倍の深さまで深く形成してもかまわない。
【００７６】
以上説明した、第１、第２、第３の実施形態を組み合わせ、１つのパッドにおいて、深さの異なる溝部と段差部とを混載してもかまわない。説明した３つの実施形態で説明した各溝部や段差部を組み合わせることで、上層金属膜３０の表面には様々な凹凸を形成することができるので、従来技術に比して、導電性接続手段との接続を確実にすることができる。
【００７７】
［半導体装置の外部接続用のパッドの第４の実施形態の構成の説明：図４］
図４は、図１と同様に、半導体装置の外部接続用のパッド部分を拡大して模式的に示す端面図である。
第４の実施形態の特徴は、上層金属膜の上部にさらに別の金属膜を設けた点にある。説明にあっては、第１の実施形態の構造を元にして、さらに別の金属膜を設けた構成で説明する。したがって、上層金属膜３０よりも下側（半導体基板１０側）の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００７８】
図４（ａ）は、上層金属膜３０の上部にさらに別の金属膜である表層金属膜５０を設ける例を説明する端面図であり、表層金属膜５０を衝撃の緩和に用いる場合を説明するものである。
図４（ｂ）は、上層金属膜３０の上部に設ける表層金属膜５０の上部に、導電性接続手段の例としてはんだによるバンプを形成する例を説明する端面図であって、表層金属膜５０を下地金属膜に用いる場合を説明するものである。
【００７９】
図４（ａ）に示すように、第４の実施形態のパッド４は、ＰＶ膜４０の開口部１２で規定している領域の上層金属膜３０を覆うように表層金属膜５０を設けている。表層金属膜５０には、上層金属膜３０の溝部３１の深い凹部の形状を反映した溝部５１が形成されている。
【００８０】
このような構成にすれば、導電性接続手段を用いて回路基板等と半導体装置とを接続するときに、パッド４にかかる衝撃を緩和することができる。例えば、導電性接続手段をボンディングワイヤとすると、表層金属膜５０を設けることで、ボンディング時に発生する衝撃を緩和することができる。
【００８１】
表層金属膜５０は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、ＴｉＮ膜のような導電性材料を用いることができる。金属によって硬さが異なるので、どのような材料を選択するかは、ボンディング時に発生する衝撃に鑑みて選ぶことができる。もちろん、図示はしないが、表層金属膜５０は複数の膜を積層する積層膜としてもよい。
【００８２】
また、溝部５１の形状や深さも、ボンディング時の衝撃を緩和することを考慮に入れた形状とすることもできる。例えば、溝部５１の深さをパッド４の中心部分の溝部を浅く、周辺を深く形成する。これはボンディング時の衝撃がパッドの中心部分に集中するときに、中心部分の溝部５１の深さを浅くすることで表層金属膜５０の膜厚が厚くすることができるためである。もちろんこれは一例であって、溝部５１の形状や深さは自由に選択できる。
【００８３】
なお、溝部５１の形成にあっては、予め上層金属膜３０の溝部３１の形状を形成したい溝部５１の形状を考慮に入れて決めておけば、表層金属膜５０を形成するだけで、溝部５１の形状が決まるので便利である。
【００８４】
表層金属膜５０をどのような形状やサイズで設けても、その表面には溝部５１があるた
め、パッド４は導電性接続手段と強固に密着することができる。
【００８５】
図４（ｂ）は、表層金属膜５０の上部に、導電性接続手段としてはんだによるバンプを形成する例である。表層金属膜５０は、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分とする膜であって、公知のスパッタリングで成膜することができる。
【００８６】
はんだによるバンプは、はんだボールの内部に中核となる金属層を設けることで強度が増すことが知られている。この例では、表層金属膜５０は、はんだの中核となるコア金属層６０を形成するための土台の役割を有する。すなわち、コア金属層６０を公知の電解めっき技術で形成するとき、表層金属膜５０は下地金属膜として用いるのである。
【００８７】
コア金属層６０は公知技術で形成できるが、簡単に説明すると、コア金属層６０の形状に合わせると共に表層金属膜５０が露出するようにめっき用のマスクを形成する。表層金属膜５０を電圧印加手段と電気的に接続しておき、この状態で半導体基板１０を所定の電解液で満たした電解槽に浸漬し、所定の電圧を印加することで表層金属膜５０の上部にコア金属層６０を形成する。コア金属層６０は、例えば、銅（Ｃｕ）である。
【００８８】
このようにして、表層金属膜５０の上部に所定の形状でコア金属層６０を形成するが、コア金属層６０と表層金属膜５０とは同一の金属とすれば、双方の密着性がよくなり好ましい。
【００８９】
その後、コア金属層６０の上部に、公知の手法を用いてはんだボール７０を形成し、上述のめっき用マスクや電圧印加手段との電気的な接続をするためのパターン等の余剰部分を除去することで、はんだによるバンプ８０が完成する。
【００９０】
ところで、はんだによるバンプは、半導体装置を回路基板等に実装する際に、バンプが変形してパッドの周辺に流れ出す現象が起こることが知られている。しかし、銅（Ｃｕ）の膜をバンプの周囲に設けることで、その流れ出しを止めることができることも知られている。
【００９１】
このため、表層金属膜５０を銅（Ｃｕ）で形成することで、上述のコア金属層６０形成のための下地金属膜としての役割に加え、そのようなはんだの流れ出しを止める膜として機能することもできる。つまり、はんだの流れ出しを考慮に入れて表層金属膜５０のサイズを決めておけば、仮にはんだが流れ出しても止めることができる。
【００９２】
このように、表層金属膜５０は、コア金属層６０の形状に合わせてその形状を自由に選ぶことができ、また、はんだの流れ出しを考慮してサイズを決めることができるが、表層金属膜５０をどのような形状やサイズで設けても、その表面には溝部５１があるため、パッド４は導電性接続手段と強固に密着することができる。
【００９３】
［半導体装置の外部接続用のパッドの製造方法の説明：図５〜図８］
次に、第５の実施形態として、半導体装置の製造方法を説明する。説明にあっては、第１の実施形態の半導体装置を例にして説明する。
図５は、外部接続用のパッドの製造方法を説明するプロセスフロー図、図６から図８は、その製造方法に基づき、断面の様子を表した断面図である。
【００９４】
図５のプロセスフロー図は、第１の実施形態の半導体装置におけるその製造方法を説明するものであって、第１の製造方法と、製造時の工数を削減するための第２の製造方法を説明する図である。この第２の製造方法は、分岐した製造工程として図中点線で示している。
【００９５】
図６、図７は、この第１の製造方法を説明する断面図、図８は、第２の製造方法を説明する断面図である。
【００９６】
［第１の製造方法の説明：図５〜図７］
まず、第１の製造方法を説明する。
図５に示すステップＳＴ０１は、下層金属膜準備工程である。
図６（ａ）に示すように、半導体装置の所定の板厚の半導体基板１０の上層に層間絶縁膜１１としてＳｉＯ2膜を成膜する。例えば、知られているＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｏｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法で形成する。
次に、層間絶縁膜１１の上部に、下層金属膜２０となるためのＴｉＮ膜（チタンナイトライド膜）２００を半導体装置の全面にスパッタリング又は蒸着によって成膜する。
【００９７】
図５に示すステップＳＴ０２は、下層金属膜形成工程である。
図６（ｂ）に示すように、後の工程でＰＶ膜４０の開口部１２となる領域、つまりパッド１における外部接続領域の層間絶縁膜１１の上部に、この外部接続領域に収まるように、下層金属膜２０が所定の距離を離間して複数配置するよう形成する。複数の下地金属膜２０は、互いが離間しているため、島状に形成されている。
【００９８】
なお、この下地金属膜２０の形成にあっては、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いることができる。例えば、ＴｉＮ膜２００に対して選択的にエッチングマスクを形成し、ドライエッチング工程によって、ＴｉＮ膜２００の不要部分を除去し、下層金属膜２０を形成する。
【００９９】
図５に示すステップＳＴ０３は、上層金属膜形成のための第１ステップであって、金属層形成工程である。
図６（ｃ）に示すように、島状に形成された下層金属膜２０の上にアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、後に上層金属膜３０となる金属膜３００を、半導体装置の全面にスパッタリングにより成膜する。
【０１００】
金属膜３００は半導体基板１０の上から堆積され、島状に形成された下層金属膜２０覆うよう形成される。金属層３００が所定の膜厚で形成されると、その表面には下層金属層２０の凹凸に対応して、表面がうねった凹凸面３４が形成される。
【０１０１】
図５に示すステップＳＴ０４は、上層金属膜形成のための第２ステップであって、金属層平坦化工程である。
この工程は、金属層３００の表面の凹凸面３４を平坦化するための工程である。後述する工程により上層金属膜３０に溝部を形成するが、そのとき金属層３００に凹凸面３４があると溝部の深さを正確に形成できないためである。
【０１０２】
図７（ａ）に示すように、金属層３００の表面に対して、公知のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）処理を用いて平坦化する。これにより、金属層３００の表面は平坦面３６となる。なお、ＣＭＰ処理の他に、公知のＯ2プラズマ処理、所謂、Ｏ2プラズマを用いるアッシング処理を行っても平坦面３６を形成することができる。
【０１０３】
図５に示すステップＳＴ０５は、上層金属膜形成のための第３ステップであって、溝部形成工程である。
この工程は、金属層３００の表面に溝部を形成するための工程である。上述した金属層平坦化工程により平坦化された金属層３００の表面に溝部３１を形成する。
【０１０４】
なお、この溝部３１の形成にあっては、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いることができる。例えば、金属層３００に対して、下地金属膜２０と平面的に重なる位置が露出するようにエッチングマスクを形成する。そして、ドライエッチング工程によって、金属層３００を掘り下げるようにエッチングする。
【０１０５】
溝部３１の深さは、この半導体装置のサイズや仕様、パッドに接続する導電性接続手段の種類などにより自由に選べることは既に説明済みであるが、例えば、金属層３００の厚さの半分ほどの深さまでエッチングする。
【０１０６】
溝部３１の加工時におけるエッチング深さの制御は、一般にエッチング時間を管理することでなされる。そのエッチング時間は、実験等で得られる情報を基にしてもよい。
【０１０７】
例えば、別途半導体基板１０と同一の半導体基板を用意し、その半導体基板に層間絶縁膜１１と同一の絶縁膜を形成してなるダミー基板を用意する。そのダミー基板の上部に下層金属膜２０と同一の材質及び膜厚の下層ダミー膜を形成し、さらにその上部に、上層金属膜３０と同一の材質及び膜厚の上層ダミー膜を設ける。そして、上層ダミー膜に溝部をエッチングしてなる実験を行う。これにより、その溝部３１の形成にかかる時間を正確に導き出すことができる。
【０１０８】
これにより、図７（ｂ）に示すように、金属層３００には溝部３１が形成され、下地金属膜２０と平面的に重なる位置に溝部３１を有する上層金属膜３０が形成される。
【０１０９】
ところで、溝部３１の加工に際して、その製造中に予期せぬ製造バラつきや、オーバーエッチングなどが発生することがある。そうすると、溝部３１は意図せず深くエッチングされてしまう。しかし、溝部３１は平面的に下層金属膜２０と重なっているため、その底部が下層金属膜２０の表面と一致した時点でエッチングが止まる。これは、上層金属膜３０と下層金属膜２０との材質がことなるので、それぞれに合ったエッチング手法を用いているためである。
【０１１０】
したがって、仮にオーバーエッチングが生じても、半導体基板１０の上部の層間縁膜１１にまでエッチングが進行し、ダメージを与えることはない。つまり、下層金属膜２０は、上層金属膜３０のエッチングストッパの役割も有しているのである。
【０１１１】
図５に示すステップＳＴ００６は、ＰＶ膜形成工程である。
この工程は、半導体装置の表面に最終保護膜としてＰＶ膜４０を形成すると共に、パッドの上部に開口部１２を形成する工程である。
【０１１２】
ＰＶ膜４０の形成にあっては、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いることができる。例えば、まず半導体基板１０の上部すべてを覆うようにＰＶ膜４０を形成する。ＰＶ膜４０は、ポリイミドや酸化膜や窒化膜を用いることができるが、これらは知られているＣＶＤ法で形成する。そして、パッド１の外部接続領域を規定する開口部１２を形成するため、上層金属膜３０の上部が露出するようにエッチングする。
【０１１３】
以上のように、第１の実施形態の半導体装置におけるパッド１の製造工程は、半導体装置を製造する公知のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて行うことができる。製造にあっては特別な設備を設けることもない。半導体装置のパッドに意図的に溝部を形成する工程を設けることで、ボンディングワイヤやバンプなど外部接続に強固な密着性を有するパッドを形成することが可能となるのである。
【０１１４】
［第２の製造方法の説明：図５、図８］
次に、第２の製造方法を説明する。
第２の製造方法は、ステップＳＴ０４の金属層平坦化工程を省略している。すなわち、ステップＳＴ０３の金属層形成工程において平坦化も同時に行う。なお、その他の工程は第１の製造方法と同様である。
【０１１５】
図５に示すステップＳＴ０３１は、金属層形成平坦化工程である。
図８（ａ）は、金属層形成平坦化工程における途中の状態を示す図であって、ステップ０２の下層金属膜形成工程を経て島状に形成された下層金属膜２０の上に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、後に上層金属膜３０となる金属層３００を、半導体装置の全面にスパッタリングにより成膜している様子を示している。金属層３００の表面には、下層金属膜２０の有無による凹凸面３４が形成されている。
【０１１６】
図８（ｂ）は、金属層３００の形成がさらに進んだ状態を示している。アルミニウム又はアルミニウム合金のスパッタリングがさらに進むことによって、金属層３００の表面の凹凸面３４が埋まり、浅い凹凸面３５に変化する。
【０１１７】
図８（ｃ）は、金属層３００の形成が終わった状態を示している。図示するように、アルミニウム又はアルミニウム合金のスパッタリングが終了した時点で金属層３００の表面の凹凸面３５は消滅し、平坦面３６となっている。
【０１１８】
特に限定するものではないが、下層金属膜２０の膜厚を１５００Åとし、下層金属膜２０の間隔を０．５μｍ離間したとき、金属層３００は、８０００Å成膜すると平坦化することができる。
【０１１９】
この第２の製造方法は、ステップＳＴ０４の金属層平坦化工程を省き、工程短縮することができる。半導体装置の厚さ方向に余裕のある場合は特に有効である。
【０１２０】
金属層３００は上層金属膜３０となる膜であるから、半導体装置によってはその膜厚に制限がある場合がある。例えば、半導体装置全体の厚みに制限がある場合である。そのようなときはすでに説明した第１の製造方法を用いればよい。
【０１２１】
［半導体装置の外部接続用のパッドの製造方法の説明：図９、図１０］
次に、半導体装置の第６の実施形態として、第３の実施形態の半導体装置の製造方法を例にして説明する。
図９は、第３の実施形態の製造方法を説明するプロセスフロー図、図１０は、その製造方法に基づき、断面の様子を表した断面図である。
【０１２２】
図９のプロセスフロー図は、図５に示すプロセスフロー図の一部を表した図であって、ステップＳＴ０５の溝部形成工程とステップ０６のＰＶ膜形成工程の間にステップ０７の段差部形成工程を追加したものである。
【０１２３】
図１０は、この図９の製造方法を説明するものであるが、図１０（ａ）は、ステップＳＴ０５の溝部形成工程までを経て、上層金属膜３０に溝部３１を形成した状態を表している。
【０１２４】
ステップ０７の段差部形成工程による段差部３３の形成は、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いることができる。例えば、上層金属膜３０に対して、下地金属膜２０と平面的に重ならない位置、つまり下層金属膜２０がない位置において、段差部３３を形成したい場所が露出するように、エッチングマスクを形成する。そして
、ドライエッチング工程によって、上層金属膜３０を掘り下げるようにエッチングする。
【０１２５】
段差部３３の深さは、この半導体装置のサイズや仕様、パッドに接続する導電性接続手段の種類などにより自由に選ぶことができるが、例えば、溝部３１の深さの半分ほどの深さまでエッチングする。
【０１２６】
これにより、図１０（ｂ）に示すように、上層金属膜３０には溝部３１と段差部３３とが形成され、下地金属膜２０と平面的に重なる位置に溝部３１を有し、重ならない位置に段差部３３を有する上層金属膜３０が形成される。
【０１２７】
その後、図１０（ｃ）に示すように、すでに説明したステップ０６のＰＶ膜形成工程を行うことで、半導体装置の表面には、パッドの上部に開口部１２を備えるＰＶ膜４０が形成される。
【０１２８】
以上のように、半導体装置の第３の実施形態のパッド３の製造工程は、ステップＳＴ０５の溝部形成工程とステップＳＴ０６のＰＶ膜形成工程との間に、ステップＳＴ０７の段差部形成工程を追加するだけで、上層金属膜３０に深い溝部３１と浅い段差部３３とからなる、深さが一様ではない凹凸形状が形成され、より強固な密着性を獲得することを可能とした。
【０１２９】
なお、上記の説明では、上層金属膜３０の表面に溝部３１を形成した後に段差部３３を形成する例を説明したが、もちろん形成の順序を逆にしてもよいことは無論である。
【０１３０】
図示はしないが、ステップＳＴ０７の段差部形成工程を先の工程として段差部３３を形成し、ステップＳＴ０５の溝部形成工程を次の工程として溝部３１を形成してもかまわない。
【０１３１】
すでに説明したように、半導体装置にかかる外力はさまざまな方向から印加される。外部接続用のパッドにおける導電性接続手段との接続領域にあっては、上層金属膜の表面に設ける凹凸は深い方がより密着性が向上し、さらにその凹凸は一様ではない方が、あらゆる方向から到来する衝撃に対してより強固になる。また、双方の接触面積も増加するから低抵抗で接続できる。
【０１３２】
したがって、第１の実施形態及び第３の実施形態を例示して説明した製造方法もそれに限定せず、他の実施形態や実施形態同士の組み合わせに応じて、溝部や段差部の深さをエッチング時間を制御するなどしてさまざまに変えることができる。
【０１３３】
以上、６つの実施形態を例示して半導体装置を説明したが、もちろん各実施形態は説明した例に限定されるものでなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。
【０１３４】
例えば、溝部の平面的な表面上の形状は、円形や多角形とすることができる。島状に形成された下層金属膜の上面の内側に形成される形状ならばどのような形状であってもよい。もちろんそれは、段差部の平面的な形状も同様である。
【０１３５】
また、下層金属膜の平面的な形状も、円形や多角形とすることができる。そしてその材質もＴｉＮ膜としたが、それに限定しない。タングステン（Ｗ）や、チタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）とを積層した積層膜であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の半導体装置は、小型で高集積化した半導体装置に適用することができる。特に
、そのような半導体装置において、導電性接続手段と強固に接続できるから、高い信頼性を要求される小型携帯用電子機器に搭載される半導体装置として好適である。
【符号の説明】
【０１３７】
１、２、３、４  パッド
１０  半導体基板
１１  層間絶縁膜
１２  開口部
２０  下層金属膜
３０  上層金属膜
３１、３２、５１  溝部
３３  段差部
３４、３５  凹凸面
３６  平坦面
４０  ＰＶ膜
５０  表層金属膜
【図１】
2016096296.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016096296.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016096296.tif 000009
【図８】
2016096296.tif 000010
【図９】
2016096296.tif 000011
【図１０】
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