(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成した複数のパッド電極と、前記パッド電極を露出して前記半導体基板上を覆った絶縁膜と、前記各パッド電極に接続して前記絶縁膜上に形成したバンプ下地となる金属膜と、その金属膜上に形成した樹脂からなる突起部と、その突起部を覆うとともに前記金属膜と接続する導電性被膜を有する半導体装置において、
前記パッド電極の表面材料が卑金属であり、
前記金属膜には前記突起部と前記パッド電極が当接できるように、かつ前記金属膜と前記パッド電極の接続箇所を残して開口部が形成されており、その金属膜の表面材料に貴金属を配したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記貴金属が、金、銀、白金族のいずれかを主成分とした金属からなることを特徴とした請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上に形成された卑金属からなる複数のパッド電極と、少なくともパッド電極の一部を露出させた絶縁膜と、突起部と前記パッド電極が直に接合できるように、かつ金属膜と前記パッド電極の接続箇所を残した前記パッド電極のサイズ以下の開口部を有する金属膜を形成する工程と、その開口部を介して前記パッド電極に当接するように樹脂からなる突起部を形成する工程と、前記突起部を覆うとともに前記金属膜と接続する導電性被膜を形成する工程とを有す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の構造および製造方法に関し、さらに詳しくは半導体基板に形成した複数のパッド電極と、前記パッド電極を露出して前記半導体基板上を覆った絶縁膜と、前記各パッド電極に接続して前記絶縁膜上に形成したバンプ下地となる金属膜と、その金属膜上に形成した樹脂からなる突起部と、その突起部を覆うとともに前記金属膜と接続する導電性被膜を有する半導体装置の構造およびその半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化が望まれる中で、機能をそのままで半導体基板自身の大きさが小型化され、複数のパッド電極ピッチを狭くした半導体装置の需要が高まってきている。
そのパッド電極ピッチを狭小化するために、半導体基板のパッド電極上もしくは回路基板の電極上に狭い間隔でバンプを形成し、半導体基板の能動素子面を回路基板側に向けて半導体基板を回路基板へ接続するフリップチップ方式（以下、ＦＣ方式と称す。）と、半導体基板のパッド電極に対応したリードに一括で接続するテープ・オートメイテッド・ボンディング方式（以下、ＴＡＢ方式と称す。）により電極ピッチを狭小化した実装体を形成している。
【０００３】
狭小化した電極ピッチへの対応できる技術の一つに、樹脂材料を核にして、その表面全体を導電性の膜で覆ったタイプの樹脂バンプが考案されている。
【０００４】
この樹脂バンプはバンプ材料自体に弾性があるため、熱応力などに強い。半導体装置を回路基板へ接続する際に熱圧着法などを用いた場合、回路基板へ半導体基板を接続するときの半導体装置を加熱した温度と常温との温度差により、半導体装置使用中のバンプには、半導体基板と回路基板との線膨張係数の差に起因する熱応力が掛かることとなる。金属からなるバンプに比べて、樹脂からなるバンプは弾性があるためにこの熱応力にも耐えることができ、半導体装置としての長期信頼性に優れている。
また、回路基板側の電極に高さばらつきがあったとしても、そのばらつきを柔らかいバンプが補完することができるので、安定して回路基板と半導体基板を接続できるという長所がある。
【０００５】
以下、図３の断面図を参照しながら、従来のバンプの構造およびバンプの製造方法について説明する。以下の説明では、ＦＣ方式によって半導体基板を回路基板へ接続する場合を例にしている。
【０００６】
図３（ｄ）に示すように、従来の半導体装置の構造は、半導体基板１１上にパッド電極１３を有し、半導体基板１１の表面全面を覆いパッド電極１３上に開口部を持つ絶縁膜１５と、その絶縁膜１５の開口部を覆うように設けるパッド下地となる金属膜３０と、その金属膜３０上に設ける樹脂からなる突起部２１と、その突起部２１の表面および露出している金属膜３０を覆うように設ける導電性被覆２３により構成される樹脂バンプ２７とからなっている。
【０００７】
つづいて、以上に説明した従来構造のバンプの製造方法を、図３の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
まず図３（ａ）に示すように、半導体基板１１上に設けられたパッド電極１３が露出するように、パッド電極１３上を開口させて半導体基板１１の表面全面に絶縁膜１５を形成する。この絶縁膜１５はリンを含有する酸化シリコン膜や、窒化シリコン膜などの無機質膜や、ポリイミド樹脂などの有機高分子膜や、これら無機質膜と有機高分子膜との積層構造を使用用途に応じて選択して形成する。
【０００８】
つぎに図３（ｂ）に示すように、パッド電極１３を含む絶縁膜１５表面にバンプ下地となる金属膜３０を形成する。この金属膜３０の形成方法は、スパッタリング法や真空蒸着法などによってパッド電極１３上の開口部を含む絶縁膜１５表面に形成した後に、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって不要な箇所の金属膜を除去して、少なくともパッド電極１３を覆うように形成する。
一般的に、バンプ下地となる金属膜３０は、パッド電極１３と密着が良く、しかも電気的な導通を良好とする図には明示しないが第１の金属層を、更にその上層には、その第１の金属層と十分密着するとともに、樹脂からなる突起部２１との接合強度が良好な第２の金属層を設け、パッド電極１３と突起部２１とを安定した状態で接合した半導体装置とすることができる。
【０００９】
つづいて図３（ｃ）に示すように、前記金属膜３０上に樹脂からなる突起部を形成する。その樹脂からなる突起部には感光性の樹脂を用いる。まず、樹脂の加熱硬化後の膜減りを考慮して、突起部２１が最終的に所望の高さとなるように感光性の樹脂をスピンコート法によって半導体基板１１上の全面に形成する。つぎにフォトリソグラフィ法によって所望のパターンを形成し、熱処理をおこなって目的の形状の突起部２１を得る。
【００１０】
つぎに図３（ｄ）に示すように、前記樹脂からなる突起部２１の露出した面全面および金属膜３０の露出した面上に、クロムと金の二層構造からなる導電性被膜２３をスパッタリング法によって形成した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって前記突起部２１上および前記金属膜３０上のみに選択的に形成し、樹脂バンプ２７が搭載された従来構成の半導体装置が完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第２の金属層に単に密着性および導電性だけを満足する層を設けると、以下の不具合が生ずる。
【００１２】
ここで、前記第２の金属層に例えばＣｕを、樹脂からなる突起部２１にポリイミド樹脂を用いた場合を想定して説明する。バンプ下地となる前記第２の金属層パターンを形成後、熱処理後の膜減りを考慮して半導体基板１１全面にポリイミドを所望の厚みに塗布し、所望の形状の突起部２１パターンをフォトリソグラフィ法により形成するのであるが、このフォトリソグラフィ法の後に施す熱処理によりＣｕ−Ｃ−Ｏの結合を有する反応性生物が形成されることが知られている。この結合により、前記突起部２１と前記第２の金属層は確実に接合されることとなるが、その突起部２１のパターン形成で除去された第２の金属層上にもこの反応性生物が形成される。その反応生成物は、化学的または物理的なエッチン法において除去することは困難である。また、この反応生成物が第２の金属層上に残ったまま導電性被膜２３を配すると、パッド電極１３と導電性被膜２３との電気的導通が阻害されてしまい、その結果、樹脂バンプ２７と回路基板との電極とで形成される実装体の電気的な導通が不安定となる。
【００１３】
それに対し、酸化物を形成し難い、つまりイオン化傾向が小さい金属として例えばＡｕ等を前記第２の金属層に配置した場合について以下に説明する。前記第２の金属層にＡｕを配すると、この第２の金属層と樹脂からなる突起部２１とがその突起部２１周辺で反応生成物を形成するのを防ぐことができる。
【００１４】
しかし、第２の金属層であるＡｕは、イオン化傾向が低い。つまり酸化され難いＡｕであるので、樹脂からなる突起部２１と密着性の高い接合ができず、実装体形成中、または実装体形成後に外部からその接合箇所に応力が掛かると金属膜３０と突起部２１との界面でバンプが破断してしまうことがあり、この構成も装置信頼性の面で問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、上記課題を解決して、従来の樹脂バンプの機能を備えたままで、複数の樹脂バンプを狭い間隔で配してもバンプの基部の密着力が強い樹脂バンプの構造およびそのバンプの製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバンプの構造およびバンプの製造方法は、下記記載の方法を採用する。
【００１７】
本発明の半導体装置は、半導体基板に形成した複数のパッド電極と、前記パッド電極を露出して前記半導体基板上を覆った絶縁膜と、前記各パッド電極に接続して前記絶縁膜上に形成したバンプ下地となる金属膜と、その金属膜上に形成した樹脂からなる突起部と、その突起部を覆うとともに前記金属膜と接続する導電性被膜を有する半導体装置において、前記パッド電極の表面材料が卑金属であり、前記金属膜には前記突起部と前記パッド電極が当接できるように、かつ前記金属膜と前記パッド電極の接続箇所を残して開口部が形成されており、その金属膜の表面材料に貴金属を配したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体装置は、前記貴金属が、金、銀、白金族のいずれかを主成分とした金属であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された卑金属からなる複数のパッド電極と、少なくともパッド電極の一部を露出させた絶縁膜と、突起部と前記パッド電極が直に接合できるように、かつ金属膜と前記パッド電極の接続箇所を残した前記パッド電極のサイズ以下の開口部を有する金属膜を形成する工程と、その開口部を介して前記パッド電極に当接するように樹脂からなる突起部を形成する工程と、前記突起部を覆うとともに前記金属膜と接続する導電性被膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置の構造および製造方法について詳細に図面に基づいて説明する。図１は、本発明の半導体装置の構造を説明するための構造断面図である。なお、本発明の半導体装置の説明で、従来技術で用いた部材と同じ構成のものは同一符号を付けて説明する。
【００２１】
本発明の半導体装置は、卑金属を表面に配したパッド電極１３を有する半導体基板１１上に、前記パッド電極１３を露出させるように開口部を有する絶縁膜１５と、前記パッド電極１３が露出するように開口部２５を設けて形成されるバンプ下地となる金属膜１７と、その開口部を介して前記パッド電極１３と直接接合するとともに、前記金属膜１７上に形成される樹脂からなる突起部２１と、その突起部２１の表面および露出した前記金属膜１７とを被覆する導電性被膜２３とが形成された樹脂バンプ２７が配置された構造である。
【００２２】
この構成を採用することで、樹脂からなる突起部２１の加熱処理後でも、前記金属膜１７表面に貴金属を用いているために、前記突起電極周辺ではこの貴金属と突起部を形成する樹脂材料とで反応生成物は形成されない。よって、前記導電性被膜２３とパッド電極１３との電気的な接続は良好となる。
また、前記貴金属を表面に配した金属膜１７は、樹脂からなる突起部２１と接している箇所の密着性が良くないが、前記金属膜１７に開口部２５を設けて前記突起部２１が卑金属からなるパッド電極１３と直接接触する構造を採用している。そのため、卑金属からなるパッド電極１３の表面材料がバンプ製造工程の熱処理により酸化し、突起部２１の樹脂材料と強い結合を形成し、樹脂バンプの基部を強固した半導体装置とすることができる。
よって、複数の樹脂バンプを狭い間隔で配しても、バンプ基部の密着力が強い樹脂バンプを得ることができる。
【００２３】
（実施例）
以下、図面にもとづいて本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図２は、その半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２４】
図２（ａ）に示す様に、まずシリコンウェハーの半導体基板１１の能動素子面に卑金属であるアルミニウムを主成分とする材料でパッド電極１３を形成し、前記パッド電極１３の少なくとも一部が露出す様に開口を設けた半導体基板１１上に絶縁膜１５を形成した。前記絶縁膜１５の材質は窒化シリコン膜で、窒化シリコン膜の厚みは１ミクロンである。窒化シリコン膜は化学気相成長法によって形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって前記パッド電極１３上に開口部を設けた。
続いて、その上層に金属膜１７を形成して図２（ａ）の構造体を得た。その金属膜１７にはＣｒとＡｕの二層積層構造とした。ＣｒおよびＡｕは放電ガスにＡｒを用いたスパッタリング法によって形成し、Ｃｒの膜厚は０．０５ミクロン、Ａｕの膜厚は０．３ミクロンとした。
【００２５】
続いて、図２（ｂ）に示すように、前記金属膜１７上にレジストパターン１９を形成する。レジストパターン１９の形成にはスピンコート法を用い、レジストパターン１９の形成にはフォトリソグラフィ法を用いた。前記レジストパターン１９は、前記パッド電極１３上に開口部２５を設け、かつこの後の工程で形成する樹脂バンプ２１の下側から前記金属膜１７が露出するような形状および寸法とした。
【００２６】
つぎに図２（ｃ）に示すように、前記パッド電極１３が開口部２５から露出するように、かつ前記金属膜１７がパッド電極１３に接触して残るように、不要な部分の金属膜をエッチング法によって除去した。そのエッチング法は寸法精度や再現性などの点で望ましいドライエッチングを用いることが好ましい。
【００２７】
さらに図２（ｄ）に示すように、前記パッド電極１３上に樹脂からなる突起部２１を形成する。ここで突起部２１には感光性ポリイミドを用いて形成した。まず、スピンコート法を用いて、基板全面に感光性ポリイミドを塗布し、所定のマスクを用いたフォトリソグラフィによって前記パッド電極１３に接触するように感光性ポリイミドによる突起部２１のパターンを形成する。このときに、樹脂バンプ２１は完全に前記金属膜１７を覆い隠さないような形状および寸法とする必要がある。
【００２８】
最後に図１に示すように、前記突起部２１の表面および前記金属膜１７の露出部分に導電性被膜２３を配する。まず、スパッタリング法によって図２（ｄ）の構造体の上層に前記樹脂バンプ２１の表面および前記金属膜１７の露出部分表面にＣｒ、つづいてＡｕを成膜した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって所望のパターン形成して導電性被膜２３を形成した。
【００２９】
この構造とすることで、金属膜１７を介して導電性被膜２３とパッド電極１３を確実に接続できるとともに、樹脂バンプ２７を半導体基板１１上に確実に固着させることができた。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の半導体装置の構造を用いることで、金属膜１７を介して導電性被膜２３と卑金属からなるパッド電極１３を確実に接続できるとともに、半導体装置の樹脂バンプ基部の密着強度を向上させることができた。
【００３１】
また、本発明の半導体装置を用いて実装体を形成すれば、例え実装体を構成する半導体装置と回路基板とに外部応力が掛かっても、この半導体装置のバンプ基部は強固に接続されているので、半導体装置と回路基板間の電気的な導通が阻害されず、信頼性に優れた実装体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を示す構造断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】従来技術における半導体装置の構造および製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１１  半導体基板
１３  パッド電極
１５  絶縁膜
１７  金属膜
１９  レジストパターン
２１  突起部
２３  導電性被膜
２５  開口部
２７  樹脂バンプ
【図１】
0003733077.tif 000002
【図２】
0003733077.tif 000003
【図３】
0003733077.tif 000004