JP2000243898A - 半導体チップおよび半導体チップの製造方法 - Google Patents
半導体チップおよび半導体チップの製造方法Info
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Abstract
固体との所望しない電気接続を防止する。 【解決手段】表面保護膜15には、内部配線14A、1
4B,14Cに対向し、内部配線14A、14B,14
Cの一部をそれぞれ露出させるための開口部16A,1
6B,16Cが形成されている。開口部16A,16B
上には、それぞれバンプBM1,BM2が隆起して形成
されている。バンプBM2には、表面保護膜15上に配
設された表面配線17の一端が接続されており、この表
面配線17の他端は、開口部16Cを介して内部配線1
4Cに接続されている。表面配線17は、バンプBM2
と同じ材料で構成されており、バンプBM2よりも低く
形成されている。
Description
体チップの表面に他の半導体チップを重ね合わせて接合
するチップ・オン・チップ構造や半導体チップの表面を
プリント配線基板に対向させて接合するフリップ・チッ
プ・ボンディング構造に適用される半導体チップおよび
その製造方法に関する。
集積化を図るための構造として、一対の半導体チップを
対向させ、これらをバンプによって互いに電気接続す
る、いわゆるチップ・オン・チップ構造が提案されてい
る。
ップ構造の半導体装置の実現に際して、本願発明者は、
半導体チップの表面に、バンプと同じ耐酸化性の材料で
表面配線を形成することを考えた。たとえば、この表面
配線をバンプに接続しておけば、他の半導体チップのバ
ンプを表面配線に接合させることにより、互いに対向す
る半導体チップ間の電気接続を達成することができ、他
の半導体チップのバンプ形成位置の自由度を増すことが
できる。また、表面配線で異なる内部配線間を接続する
ようにすれば、半導体チップの厚みを増大させることな
く配線数を増やすことができる。
対向する半導体チップ80,90の表面にそれぞれ表面
配線81,91を設けた場合、半導体チップ80の表面
配線81と他の半導体チップ90の表面配線91とが接
触し、半導体チップ80,90間で所望しない電気接続
が形成されるおそれがあった。この問題は、チップ・オ
ン・チップ構造に限らず、半導体チップの表面をプリン
ト配線基板の表面に対向させて接合する、いわゆるフリ
ップ・チップ・ボンディング構造において、半導体チッ
プの表面に表面配線を設けた場合にも生じるおそれがあ
る。
課題を解決し、表面配線による他の半導体チップ等との
所望しない電気接続を防止できる半導体チップおよびそ
の製造方法を提供することである。
目的を達成するための請求項1記載の発明は、固体表面
に接合される半導体チップであって、上記固体表面に対
向する表面に形成された表面保護膜と、この表面保護膜
上に隆起して形成され、当該半導体チップと上記固体と
を電気的に接続するためのバンプと、上記表面保護膜上
に上記バンプよりも高さが低く形成された表面配線とを
含むことを特徴とする半導体チップである。
の表面であってもよいし、配線基板の表面であってもよ
い。この発明によれば、表面保護膜上に設けられた表面
配線は、表面保護膜上に隆起したバンプより低く形成さ
れている。したがって、この半導体チップを他の半導体
チップなどの固体に対向させたときに、この半導体チッ
プの表面配線が対向する固体表面に設けられた表面配線
などに接触するおそれがない。ゆえに、この半導体チッ
プと上記固体との間で、表面配線による所望しない電気
接続がなされるおそれがない。
れる半導体チップを製造するための方法であって、当該
半導体チップの基体をなす半導体基板上に内部配線を配
設する工程と、上記内部配線上に表面保護膜を積層する
工程と、上記表面保護膜に上記内部配線の一部を露出さ
せるための開口部を形成する工程と、上記開口部を介し
て露出した内部配線上に選択的にメッキを堆積させるこ
とにより、上記表面保護膜上に隆起したバンプを形成す
る工程と、上記開口部外の表面保護膜上の予め定める領
域に選択的にメッキを堆積させることにより、上記バン
プよりも高さの低い表面配線を形成する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体チップの製造方法である。
プよりも高さの低い表面配線を形成することができる。
請求項3記載の発明は、半導体基板上に内部配線を配設
する工程と、上記内部配線上に表面保護膜を積層する工
程と、上記表面保護膜に上記内部配線の一部を露出させ
るための開口部を形成する工程と、上記開口部を介して
露出した内部配線上および上記開口部外の表面保護膜上
の予め定める領域に選択的にメッキを堆積させることに
より、バンプの一部および表面配線を形成する工程と、
上記バンプの一部をなす部分上にメッキをさらに選択的
に堆積させることにより、上記表面保護膜上に隆起した
バンプを完成する工程とを含むことを特徴とする半導体
チップの製造方法である。
ンプよりも高さの低い表面配線を形成することができ
る。請求項4記載の発明は、半導体基板上に内部配線を
配設する工程と、上記内部配線上に表面保護膜を積層す
る工程と、上記表面保護膜に凹部および上記内部配線の
一部を露出させるための開口部を形成する工程と、上記
開口部および凹部内にそれぞれ上記バンプの一部および
表面配線を形成する工程と、上記開口部内に形成された
バンプの一部をなす部分上に選択的にメッキを堆積させ
ることにより、上記表面保護膜上に隆起したバンプを完
成する工程とを含むことを特徴とする半導体チップの製
造方法である。
た凹部内に、バンプよりも高さの低い表面配線を形成す
ることができる。なお、上記バンプの一部および表面配
線を形成する工程は、上記開口部および凹部が形成され
た表面保護膜上に金属膜を積層する工程と、上記開口部
および凹部外に積層された金属膜をすべて除去する工程
とを含んでいてもよい。
形成する工程は、上記開口部および凹部が形成された表
面保護膜上に金属膜を積層する工程と、上記開口部およ
び凹部外に積層された金属膜を平坦化して途中まで除去
する工程とを含んでいてもよい。この場合、上記バンプ
または表面配線を構成しない不要な金属膜は、上記バン
プを完成する工程の後に除去されるとよい。
部配線を配設する工程と、上記内部配線上に表面保護膜
を積層する工程と、上記表面保護膜に上記内部配線の一
部を露出させるための開口部および上記内部配線の上面
よりも低い底面を有する凹部を形成する工程と、上記開
口部および凹部内に選択的にメッキを堆積させることに
より、それぞれ上記表面保護膜上に隆起したバンプおよ
びこのバンプよりも高さが低い表面配線を形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体チップの製造方法であ
る。
配線の上面と凹部の底面との段差分だけバンプよりも高
さの低い表面配線を形成することができる。請求項6記
載の発明は、上記表面保護膜を積層する工程と上記開口
部および凹部を形成する工程との間に、上記表面保護膜
の表面を平坦化する工程をさらに含むことを特徴とする
請求項5記載の半導体チップの製造方法である。
よび凹部を形成する前に、表面保護膜の表面を平坦化し
ておけば、たとえば、表面保護膜に開口部および凹部を
形成するためのフォトリソグラフィ工程の露光時に焦点
ずれなどを生じるおそれがない。ゆえに、開口部および
凹部を精密に形成することができ、その結果、バンプお
よび表面配線を正確な位置に形成することができる。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、この
発明の一実施形態に係る半導体チップが適用された半導
体装置の概略構成を示す図解的な断面図である。この半
導体装置は、いわゆるチップ・オン・チップ構造を有し
ており、親チップ1の表面11に子チップ2を重ね合わ
せて接合した後、これらを樹脂封止してパッケージ3に
納めることによって構成されている。
らなっている。親チップ1の表面11は、親チップ1の
基体をなす半導体基板においてトランジスタなどの機能
素子が形成された活性表層領域側の表面であり、最表面
は、絶縁性を有する表面保護膜で覆われている。この表
面保護膜上には、外部接続用の複数のパッド12が、表
面11の周縁付近に露出して配置されている。外部接続
用パッド12は、ボンディングワイヤ41によってリー
ドフレーム42に接続されている。また、表面保護膜上
には、内部配線に電気接続された複数個のバンプBMが
設けられている。
らなっている。子チップ2の表面21は、子チップ2の
基体をなす半導体基板においてトランジスタなどの機能
素子が形成された活性表層領域側の表面であり、最表面
は、絶縁性を有する表面保護膜で覆われている。この表
面保護膜上には、内部配線に接続された複数個のバンプ
BSが設けられている。
面11に対向させた、いわゆるフェースダウン方式で親
チップ1に接合されている。子チップ2のバンプBS
は、親チップ1のバンプBMを考慮した位置に設けられ
ており、子チップ2は、バンプBSがそれぞれ対応する
親チップ1のバンプBMに接続されることにより、親チ
ップ1の上方に支持されるとともに、親チップ1と電気
的に接続されている。
び製造工程を示す断面図である。親チップ1の基体をな
す半導体基板(図示せず)上には、たとえば酸化シリコ
ンで構成される層間絶縁膜13が形成されており、この
層間絶縁膜13上に内部配線14A,14B,14Cが
配設されている。層間絶縁膜13および内部配線14
A,14B,14Cの表面は、たとえば窒化シリコンで
構成される表面保護膜15で覆われている。表面保護膜
15には、内部配線14A,14B,14Cに対向し、
内部配線14A,14B,14Cの一部をそれぞれ露出
させるための開口部16A,16B,16Cが形成され
ている。
ンプBM1,BM2が隆起して形成されている。バンプ
BM1,BM2は、たとえば金、プラチナ、銀、パラジ
ウムまたはイリジウムなどの耐酸化性を有する材料を用
いて、ほぼ同じ高さに形成されている。また、バンプB
M2には、表面保護膜15上に配設された表面配線17
の一端が接続されており、この表面配線17の他端は、
開口部16Cを介して内部配線14Cに接続されてい
る。つまり、内部配線14Bと内部配線14Cとは、バ
ンプBM2および表面配線17によって電気的に接続さ
れている。表面配線17は、バンプBM1,BM2と同
じ材料で構成されており、バンプBM1,BM2よりも
低く形成されている。
を形成する際には、まず、図2(a)に示すように、フォ
トリソグラフィ技術により、表面保護膜15に開口部1
6A,16B,16Cを形成する。次に、図2(b) に示
すように、開口部16A,16B,16Cが形成された
表面保護膜15の表面に、スパッタ法によってバリアメ
タル膜18およびシード膜19を形成する。バリアメタ
ル膜18は、シード膜19を構成する金属が表面保護膜
15中に拡散するのを防止するためのものである。たと
えば、バンプBM1,BM2が金で構成される場合に
は、バリアメタル膜18はチタンタングステンで構成さ
れ、シード膜19は金で構成されるとよい。
M1,BM2を形成すべき領域、すなわち開口部16
A,16Bに対向する領域以外のシード膜19上にレジ
ストパターンRP1を形成した後、バンプBM1,BM
2の材料を用いた電解メッキを行う。これにより、レジ
ストパターンRP1から露出したシード膜19上、すな
わち開口部16A,16Bに対向するシード膜19上に
のみメッキが成長し、開口部16A,16B上にそれぞ
れバンプBM1,BM2が形成される。
19上のレジストパターンRP1を除去する。そして、
図2(e) に示すように、表面配線17を形成すべき領域
以外のシード膜19上に、新たなレジストパターンRP
2を形成した後、表面配線17の材料を用いた電解メッ
キを行う。これにより、レジストパターンRP2から露
出したシード膜19上にのみメッキが成長し、このシー
ド膜19上に、一端がバンプBM2に接続され、他端が
開口部16Cを介して内部配線14Cに接続された表面
配線17が形成される。なお、表面配線17を形成する
ためのメッキ時間は、バンプBM1,BM2を形成する
ためのメッキ時間よりも短く設定される。
ンRP2を除去した後、バンプBM1,BM2および表
面配線17のいずれにも接していない不要なシード膜1
9をエッチングによって除去し、さらにシード膜19の
除去によって露出したバリアメタル膜18をエッチング
によって除去することにより、開口部16A,16B上
にそれぞれ隆起したバンプBM1,BM2と、これらの
バンプBM1,BM2よりも低く形成された表面配線1
7とを得ることができる。
チップ1の表面には、子チップ2との電気接続のための
バンプBM(BM1,BM2)と、内部配線14B,1
4Cを電気接続する表面配線17とが設けられており、
この表面配線17はバンプBMよりも低く形成されてい
る。したがって、子チップ2の表面に形成されたバンプ
BSが親チップ1の表面配線17に接触するおそれがな
く、親チップ1と子チップ2との所望しない電気接続が
なされるおそれがない。
説明したが、図1に示すように、子チップ2の表面にも
表面配線22が配設されていてもよい。この場合、子チ
ップ2の表面配線22も、親チップ1の表面配線17と
同様に、バンプBSよりも低く形成されることが好まし
い。こうすることにより、親チップ1のバンプBMが子
チップ2の表面配線22に接触することを防止でき、親
チップ1と子チップ2との所望しない電気接続を防ぐこ
とができる。
他の製造方法を工程順に示す断面図である。この図3に
おいて、図2に示す各部に相当する部分には、図2の場
合と同一の参照符号を付して示す。上述した図2に示す
製造方法では、バンプBM1,BM2が形成された後
に、表面配線17が形成されるとしたが、この図3に示
す製造方法では、表面配線17が形成された後に、バン
プBM1,BM2が形成される。
すように、フォトリソグラフィ技術により、表面保護膜
15に開口部16A,16B,16Cが形成される。次
に、図3(b) に示すように、開口部16A,16B,1
6Cが形成された表面保護膜15の表面に、スパッタ法
によってバリアメタル膜18およびシード膜19が形成
される。そして、バンプBM1,BM2を形成すべき領
域および表面配線17を形成すべき領域以外のシード膜
19上にレジストパターンRP3が形成された後、バン
プBM1,BM2および表面配線17の材料を用いた電
解メッキが行われる。これにより、レジストパターンR
P3から露出したシード膜19上にのみメッキが成長
し、開口部16A,16B上にそれぞれバンプBM1,
BM2の一部が形成されるとともに、バンプBM2の一
部と内部配線14Cとを接続するように表面配線17が
形成される。
M1,BM2を形成すべき領域、すなわち開口部16
A,16Bに対向する領域以外の表面上に、新たなレジ
ストパターンRP4が形成された後、バンプBM1,B
M2の材料を用いた電解メッキが行われる。これによ
り、開口部16A,16Bに対向する領域上にメッキが
さらに成長し、開口部16A,16B上に、それぞれ表
面配線17よりも高く隆起したバンプBM1,BM2が
形成される。
よっても、バンプBM1,BM2よりも低く形成された
表面配線17を得ることができる。図4は、バンプBM
および表面配線17のさらに他の製造方法を工程順に示
す断面図である。この図4において、図2に示す各部に
相当する部分には、図2の場合と同一の参照符号を付し
て示す。
1,BM2が、それぞれ内部配線14A,14B上に隆
起した状態に形成されるとともに、内部配線14B,1
4Cを電気接続する表面配線17が、表面保護膜15に
埋め込まれた状態に形成される。具体的に説明すると、
まず、内部配線14A,14B,14C上に、表面保護
膜15が内部配線14Aよりも厚く積層される。そし
て、たとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing
:化学的機械的研磨法) 処理が行われることにより、
表面保護膜15の表面が平坦化された後、図4(a) に示
すように、フォトリソグラフィ技術により、表面保護膜
15に開口部16Aおよび凹部16Dが形成される。開
口部16Aは、内部配線14Aに臨んで形成され、凹部
16Dは、内部配線14B,14Cに跨った状態に形成
される。これにより、開口部16Aを介して、内部配線
14Aの一部が露出し、また凹部16Dを介して、内部
配線14B,14Cの一部および内部配線14B,14
C間の表面保護膜15の一部が露出する。
成された表面保護膜15の表面に、スパッタ法によって
バリアメタル膜18およびシード膜19が形成される。
そして、シード膜19の表面全域に、バンプBM1,B
M2および表面配線17の材料を用いた電解メッキが行
われる。このメッキは、開口部16Aおよび凹部16D
内がメッキ材料で満たされるまで続けられ、これによ
り、シード膜19上には、開口部16Aおよび凹部16
Dの深さよりも大きい膜厚を有する金属膜MFが形成さ
れる。その後、CMP処理が行われることにより、図4
(b) に示すように、シード膜19上に形成された金属膜
MFの表面が平坦化される。
M1,BM2を形成すべき領域、すなわち内部配線14
A,14Bに対向する領域以外の金属膜MF上にレジス
トパターンRP5が形成された後、バンプBM1,BM
2の材料を用いた電解メッキが行われる。これにより、
レジストパターンRP5を介して露出した金属膜MF上
にのみメッキが成長する。そして、レジストパターンR
P5が除去された後、ウエットエッチングが行われて、
表面保護膜15上の不要な金属膜MF、シード膜19お
よびバリアメタル膜18が除去される。これにより、内
部配線14A,14B上に隆起したバンプBM1,BM
2が得られるとともに、表面保護膜15に埋め込まれた
表面配線17が得られる。
よっても、バンプBM1,BM2よりも低く形成された
表面配線17を得ることができる。なお、この図4に示
す製造方法では、平坦化された金属膜MF上にレジスト
パターンRP5が形成されるとしたが、CMP処理によ
って開口部16Aおよび凹部16D外の金属膜MFをす
べて除去し、これにより露出したシード膜19上にレジ
ストパターンRP5が形成されてもよい。
口部16Aおよび凹部16D外のシード膜19およびバ
リアメタル膜18を除去し、開口部16Aおよび凹部1
6D内に残された金属膜MF上に選択的にメッキを堆積
させることにより、バンプBM1,BM2が形成されて
もよい。なお、以上の説明では、表面配線17は内部配
線14B,14Cを電気接続するものであるとしたが、
表面配線17は、必ずしも内部配線14B,14Cを電
気接続するものでなくてもよい。たとえば、表面配線1
7は、半導体基板の表面に形成されたソース領域やドレ
イン領域などの拡散領域に接続されたものであってもよ
い。
く形成する方法は、上述した各製造方法に限定されず、
さらに他の製造方法が適用されてもよい。たとえば、図
5に示すように、内部配線51上に表面保護膜52を積
層した後、この表面保護膜52に、内部配線51の一部
を露出させるための開口部53、およびこの開口部53
に連続した凹部54を形成する。そして、開口部53お
よび凹部54外の表面保護膜52上にレジストパターン
を形成した後、このレジストパターンから露出した開口
部53および凹部54内に、バンプBMおよび表面配線
17の材料を用いた電解メッキを施すことにより、バン
プBMおよび表面配線17が形成されてもよい。この場
合、内部配線51の上面と凹部54の底面との段差分だ
け、内部配線51上のバンプBMよりも凹部54内の表
面配線17を低く形成することができる。
上の表面保護膜52を平坦化した後に、開口部53およ
び凹部54を形成してもよい。こうすれば、表面保護膜
52に開口部53および凹部54を形成するためのフォ
トリソグラフィ工程の露光時に焦点ずれなどを生じるお
それがなく、開口部53および凹部54を精密に形成す
ることができる。なお、表面保護膜52の平坦化は、た
とえば、表面保護膜52がHDP(High Density Plasm
a) 法またはSOG(Spin On Glass)法で形成されるこ
とにより達成されてもよいし、表面保護膜52がプラズ
マCVD(Chemical Vapor Deposition) 法により形成さ
れた後に、CMP処理が施されることにより達成されて
もよい。
ずれもシリコンからなるチップであるとしたが、シリコ
ンの他にも、化合物半導体(たとえばガリウム砒素半導
体など)やゲルマニウム半導体などの他の任意の半導体
材料を用いた半導体チップであってもよい。この場合
に、親チップ1の半導体材料と子チップ2の半導体材料
は、同じでもよいし異なっていてもよい。
ン・チップ構造を取り上げたが、この発明に係る半導体
チップは、半導体チップの表面をプリント配線基板に対
向させて接合するフリップ・チップ・ボンディング構造
にも適用できる。その他、特許請求の範囲に記載された
事項の範囲内で、種々の設計変更を施すことが可能であ
る。
用された半導体装置の概略構成を示す図解的な断面図で
ある。
工程を示す断面図である。
面図である。
示す断面図である。
ための断面図である。
説明するための断面図である。
を説明するための断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】固体表面に接合される半導体チップであっ
て、 上記固体表面に対向する表面に形成された表面保護膜
と、 この表面保護膜上に隆起して形成され、当該半導体チッ
プと上記固体とを電気的に接続するためのバンプと、 上記表面保護膜上に上記バンプよりも高さが低く形成さ
れた表面配線とを含むことを特徴とする半導体チップ。 - 【請求項2】固体表面に接合される半導体チップを製造
するための方法であって、 当該半導体チップの基体をなす半導体基板上に内部配線
を配設する工程と、 上記内部配線上に表面保護膜を積層する工程と、 上記表面保護膜に上記内部配線の一部を露出させるため
の開口部を形成する工程と、 上記開口部を介して露出した内部配線上に選択的にメッ
キを堆積させることにより、上記表面保護膜上に隆起し
たバンプを形成する工程と、 上記開口部外の表面保護膜上の予め定める領域に選択的
にメッキを堆積させることにより、上記バンプよりも高
さの低い表面配線を形成する工程とを含むことを特徴と
する半導体チップの製造方法。 - 【請求項3】半導体基板上に内部配線を配設する工程
と、 上記内部配線上に表面保護膜を積層する工程と、 上記表面保護膜に上記内部配線の一部を露出させるため
の開口部を形成する工程と、 上記開口部を介して露出した内部配線上および上記開口
部外の表面保護膜上の予め定める領域に選択的にメッキ
を堆積させることにより、バンプの一部および表面配線
を形成する工程と、 上記バンプの一部をなす部分上にメッキをさらに選択的
に堆積させることにより、上記表面保護膜上に隆起した
バンプを完成する工程とを含むことを特徴とする半導体
チップの製造方法。 - 【請求項4】半導体基板上に内部配線を配設する工程
と、 上記内部配線上に表面保護膜を積層する工程と、 上記表面保護膜に凹部および上記内部配線の一部を露出
させるための開口部を形成する工程と、 上記開口部および凹部内にそれぞれ上記バンプの一部お
よび表面配線を形成する工程と、 上記開口部内に形成されたバンプの一部をなす部分上に
選択的にメッキを堆積させることにより、上記表面保護
膜上に隆起したバンプを完成する工程とを含むことを特
徴とする半導体チップの製造方法。 - 【請求項5】半導体基板上に内部配線を配設する工程
と、 上記内部配線上に表面保護膜を積層する工程と、 上記表面保護膜に上記内部配線の一部を露出させるため
の開口部および上記内部配線の上面よりも低い底面を有
する凹部を形成する工程と、 上記開口部および凹部内に選択的にメッキを堆積させる
ことにより、それぞれ上記表面保護膜上に隆起したバン
プおよびこのバンプよりも高さが低い表面配線を形成す
る工程とを含むことを特徴とする半導体チップの製造方
法。 - 【請求項6】上記表面保護膜を積層する工程と上記開口
部および凹部を形成する工程との間に、上記表面保護膜
の表面を平坦化する工程をさらに含むことを特徴とする
請求項5記載の半導体チップの製造方法。
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