JP2001068495A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
により半導体装置と配線基板とを接続するとき、半導体
装置と配線基板との熱膨張係数の違いによる応力歪みが
作用しても、電極パッドとバリヤ膜との剥離を防止し、
製造留りを向上させ、半導体装置と配線基板との接続信
頼性の向上を図ることができる半導体装置及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置は、半導体基板11上に形成
されたバリヤ膜18及びCuを含む電極パッド19と、
電極パッド19上に形成されたSnを含むはんだボール
24とを備え、配線基板の電極と該電極に対応する半導
体基板11の電極パッド19とをはんだボール24を介
して接続する。この半導体装置は、バリヤ膜18と電極
パッド19との境界面の端面部分へのはんだボール24
のSn成分の拡散を規制するサイドウォール29を備え
ている。
Description
の製造方法に関し、特に、銅を含む電極パッド上に、錫
を含有するはんだボールを形成した半導体装置及びその
製造方法に関する。
ルコンピュータのように電子機器の小型化、低価格化が
進み、これら電子機器に内蔵される大規模半導体集積回
路等の半導体装置(以下、LSIとも呼ぶ)も一層の小
型化、低価格化が要求されている。
の複数の電極パッドにはんだボールを固着し、対応する
配線基板の電極にはんだボールを直接的に接続すること
によって、LSIを配線基板に電気的且つ機械的に結合
するフリップチップボールグリッドアレイ(FCBGA)
方式が出現している。この方式を採用したLSIでは、
電極パッドに対するはんだボールの親和性を向上させ、
接続を良好にするため、電極パッド表面を銅(Cu)で
形成する。
開平10−261642号公報に記載されている。図1
9は、この公報に記載の半導体装置のはんだボール形成
部を拡大して示す断面図である。
成されたボンディングパッド41と、ボンディングパッ
ド41の周囲に形成されたパッシベーション膜33と、
パッシベーション膜33及びボンディングパッド41上
に形成されたバリヤ膜38と、バリヤ膜38と同じ平面
形状でバリヤ膜38上に形成された電極パッド39と、
電極パッド39上に固着されたはんだボール34とを備
える。バリヤ膜38は、Ti、TiW、Cr、TiNで
構成され、電極パッド39は、上記理由からCuで形成
される。
の製造方法では、はんだボール34が、リフローされ表
面張力で電極パッド39上に略球形状に固着される際
に、電極パッド39の全体を覆いつつバリヤ膜38の外
縁部で止まるので、電極パッド39及びバリヤ膜38の
双方の外縁部にはんだボール34が接する。即ち、はん
だがCuとの濡れ性が良く、Ti(チタン)との濡れ性
が悪いため、Cu製の電極パッド39の側面まではんだ
が回り込み、Cu製の電極パッド39とTi製のバリヤ
膜38との境界部分ではんだの回り込みが止まる。
はんだボール34に含まれる錫(Sn)43が、図20
に示すように、はんだボール34と電極パッド39とが
接する面からSn原子43が熱拡散し、電極パッド39
内に移動する。このとき、電極パッド39とバリヤ膜3
8との境界面におけるSn原子43の移動量は、はんだ
ボール34と境界面における移動量より大きく、電極パ
ッド39の側面よりかなり内部までSn原子43が移動
していることを発明者は見いだした。
よりパターン形成するとき、外縁部が垂直ではなく、斜
めになることがある。図19の当接部分の拡大図である
図20の破線で示すように、電極パッド39の外縁部が
テーパ状に形成されていると、Sn成分が電極パッド3
9のテーパ部分からSn原子43が熱拡散し、電極パッ
ド39とバリヤ膜38との境界面にSn原子43が到達
しやすくなる。
とバリヤ膜38との境界面にSn原子43が存在する
と、電極パッド39及びバリヤ膜38との密着力を低下
させることも発明者は見いだした。
5℃で配線基板(図示せず)にリフローされて固着され
る。この際に、半導体基板を含む半導体チップと配線基
板との熱膨張係数の違いによって応力歪みが発生する。
このとき、前記密着力の低下があると、図20に示すよ
うに、電極パッド39とバリヤ膜38との境界面に剥離
42が発生する。剥離42が引き金となって、はんだボ
ール34が剥がれて導通不良となり、或いは、電気抵抗
が増加して、製造歩留り低下の原因になる。
基板との熱膨張係数の違いによる応力歪みがはんだボー
ルに作用しても、電極パッドとバリヤ膜との剥離を防止
し、製造歩留りを向上させ、半導体装置と配線基板との
接続信頼性の向上を図ることができ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。
に、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された
バリヤ膜及びCuを含む電極パッドと、該電極パッド上
に形成されたSnを含むはんだボールとを備えた半導体
装置において、前記バリヤ膜と電極パッドとの境界面の
端面部分へのSn成分の拡散を規制するサイドウォール
を備えることを特徴とする。
が、上記境界面の端面部分へのSn成分の拡散を規制す
るので、電極パッドとバリヤ膜との密着力の低下が防止
できる。これにより、半導体装置と配線基板との熱膨張
係数の違いによる応力歪みが作用しても、電極パッドと
バリヤ膜との剥離が防止でき、製造歩留りを向上させる
と共に、半導体装置と配線基板との接続信頼性を向上さ
せることができる。
は、前記半導体基板上に形成され前記バリヤ膜に導通す
る金属配線層と、該金属配線層上に順次に形成された層
間絶縁膜及びポリイミド膜と、前記層間絶縁膜及びポリ
イミド膜を貫通する開口部とを備え、前記バリヤ膜が、
前記開口部内から前記ポリイミド膜上にかけて形成さ
れ、前記サイドウォールが、前記ポリイミド膜上におい
て前記電極パッド及びバリヤ膜の側面を被覆するTiW
膜から構成される。
成する際に、バリヤ膜の端部とTiW膜との密着性が向
上する。
縁部表面を併せて被覆することも本発明の好ましい態様
である。これにより、電極パッドの側面に加え、外縁部
をも被覆できるので、電極パッドの外縁部がテーパ状に
形成された場合でも、そのテーパ状部分からSn成分が
拡散して上記境界面へ到達する現象を防止することがで
きる。
リヤ膜に導通する金属配線層と、該金属配線層上に形成
された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通する開口部
とを備え、前記バリヤ膜が、前記開口部内から前記層間
絶縁膜上にかけて形成され、前記サイドウォールが、前
記層間絶縁膜上において前記電極パッド及びバリヤ膜の
側面を被覆するポリイミド膜を備えることが好ましい。
ボールからのSnが電極パッドとバリヤ膜との境界面に
拡散する現象を効果的に防止することができる。
ミド膜と電極パッドとの間にTiW膜を備えることが好
ましい。この場合、ポリイミド膜と電極パッドとの密着
性を高めると共に、電極パッドとバリヤ膜との境界面へ
のSnの拡散がより効果的に抑止できる。
通する別の開口部を備え、前記はんだボールが前記別の
開口部内に形成されることも好ましい態様である。この
場合、はんだボールを極めて安定した状態で形成でき
る。
成することができる。また、前記はんだボールにより、
配線基板の電極と該電極に対応する半導体基板の前記電
極パッドとを接続することが好ましい。
基板上に金属配線層を形成する工程と、該金属配線層を
覆い該金属配線層の一部を露出させる開口部を有する層
間絶縁膜及びポリイミド膜を順次に形成する工程と、前
記開口部内と前記ポリイミド膜上の前記開口部の周囲と
にバリヤ膜及び電極パッドを順次に形成する工程と、前
記ポリイミド膜上に、前記電極パッド及びバリヤ膜の側
面を覆うサイドウォールを形成する工程と、前記電極パ
ッドにはんだボールを形成する工程とを順次に有するこ
とを特徴とする。
だボールからのSn成分の拡散を規制するサイドウォー
ルを備えた半導体装置を簡素な工程で得ることができ
る。本製造方法で得られた半導体装置では、半導体装置
と配線基板との熱膨張係数の違いによる応力歪みが作用
しても、電極パッドとバリヤ膜との剥離が防止でき、半
導体装置と配線基板との接続信頼性を向上させることが
できる。
造方法では、前記サイドウォールがTiW膜から構成さ
れる。これにより、例えばバリヤ膜がTiWで形成され
る際に、バリヤ膜の端部とTiW膜との密着性を向上さ
せることができる。
半導体基板上に金属配線層を形成する工程と、該金属配
線層を覆い該金属配線層の一部を露出させる第1開口部
を有する層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1開口部
内と前記層間絶縁膜上の前記第1開口部の周囲とにバリ
ヤ膜及び電極パッドを順次に形成する工程と、前記電極
パッド上に、該電極パッドの外縁部を覆い且つ該電極パ
ッドの中心部分を露出させる第2開口部を有するサイド
ウォールを形成する工程と、前記第2開口部内における
前記電極パッドにはんだボールを形成する工程とを有す
ることを特徴とする。
も、はんだボールからのSn成分の拡散を規制するサイ
ドウォールを備えた半導体装置を簡素な工程で得ること
ができるので、前述の半導体装置の製造方法と同様の作
用効果を得ることができる。
造方法では、前記サイドウォールがポリイミド膜を備え
る。この場合、ポリイミド膜によって、はんだボールか
らのSn成分の拡散をより効果的に防止できる。
ミド膜と電極パッドとの間にTiW膜を備えることが好
ましい。この場合、ポリイミド膜と電極パッドとの密着
性を高めると共に、電極パッドとバリヤ膜との境界面へ
のSn成分の拡散防止効果がより向上する。
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1
〜図5は、本発明の第1実施形態例におけるFCBGA
を有する半導体装置の製造過程を順に示す断面図であ
り、特に、はんだボール形成箇所を拡大図示したもので
ある。
成された絶縁膜11上にアルミニウム層を形成し、フォ
トリソグラフィを用いたエッチングで、アルミニウム
(Al)層に所定のパターンを形成した金属配線層15
を得た後、フォトレジスト膜(図示せず)を除去する。
金属配線層15は、Al以外に、銅(Cu)、或いは、
AlとCuとの合金から構成することができる。金属配
線層15は、従来の技術(図19)のボンディングパッ
ド41に相当し、半導体装置を構成するトランジスタな
どの素子(図示せず)と接続され、また、半導体装置外
部の回路(図示せず)と接続する中継端子となる。
いて、厚みが0.12μmのSiO 2膜12と、厚みが
1μmのSiON膜13とをこの順に形成する。ここ
で、SiO2膜12とSiON膜13とは、パッシベー
ション膜として機能する。特に、SiON膜13は、水
分の侵入を有効に阻止する。
3上に、ポリイミド膜16を10μmの厚みに形成し、
次いで、或る温度下でポリイミド膜16に30分間のベ
ーキングを施す。ここで、ベーキング温度は、はんだボ
ールの高融点はんだが融ける温度(365℃)以上であ
り、且つ、半導体装置にダメージを与える温度(400
℃)以下であることが望ましい。更に、ポリイミド膜1
6、SiON膜13、及びSiO2膜12を順次にエッ
チングして開口部17を形成し、金属配線層15の表面
を露出させる。ここで、ポリイミド膜16は、パッシベ
ーション膜、及び樹脂との緩衝材として機能する。
からポリイミド膜16上にかけて、厚みが0.2μmの
タングステンチタン(TiW)から成るバリヤ膜18を
スパッタリングで形成した後に、バリヤ膜18上に、C
uから成り3μmの厚みを有する電極パッド19をスパ
ッタリングで形成する。引き続き、バリヤ膜18及び電
極パッド19上に、マスクとしてフォトレジスト膜20
を2.3μmの厚みに形成する。
2:2の比率で含有するエッチング液を用いて、フォト
レジスト膜20の縁部から突出する電極パッド19の部
分をエッチング除去する。更に、H2O2、H2Oを1:
2の比率で含有するエッチング液を用いて、フォトレジ
スト膜20の縁部から突出するバリヤ膜18の部分をエ
ッチング除去した後、フォトレジスト膜20を除去す
る。
パッド19上に、TiW膜28を0.2μmの厚みにス
パッタリングで形成し、異方性エッチングにより、側壁
部分以外のTiW膜を除去する。これにより、電極パッ
ド19の上面が露出し、TiW膜28の残存部分が、電
極パッド19の外周面を囲むサイドウォール29(図
5)となる。この場合、サイドウォール29がTiW膜
から成るので、TiWから成るバリヤ膜18の端部とサ
イドウォール29との密着性が向上する。
の上記LSIの電気的特性を、IC試験装置を用いてダ
イソートテストし、テスト終了後に、ウエハから各LS
Iを切り出して半導体チップとする。
LSIの電極パッド19上に、Pb-Sn高融点はんだ
から成るはんだボール24を融着させ、340℃〜36
5℃の温度下で10〜20分間リフローさせる。このリ
フロー時に、Pb-Sn高融点はんだは、TiWと濡れ
性がないので、サイドウォール29で囲まれた電極パッ
ド19の外周面には回り込まない。従って、電極パッド
19とバリヤ膜18との境界面へのSnの拡散を規制さ
れつつ、はんだボール24が、電極パッド19上に表面
張力で直径150μmのサイズに形成される。図5中の
29aは、電極パッド19の外周面であり、18aは、
バリヤ膜18の内壁である。
ール24が固着されたLSIを配線基板(図示せず)に
実装する。更に、LSIと配線基板との間に樹脂材を注
入して硬化させた後に、必要に応じてヒートシンク(図
示せず)を取り付け、或いは、配線基板の裏面に外部端
子ボール(図示せず)を形成する。
示す平面図であり、特に、はんだボール形成箇所を拡大
図示したものである。金属配線層15は幅Aが140±
10μmに設定される。電極パッド19(バリヤ膜1
8)は正八角形状に形成され、対向する2辺(図5の2
9a)相互間の距離Bが135±10μmに設定され
る。開口部17(図3)は正八角形状に形成され、開口
部17内におけるバリヤ膜18の対向する内壁(図5の
18a)相互間の距離Dが90±10μmに設定されて
いる。
により適宜決定され、距離Dは、はんだボールの保持強
度により適宜決定される。また、距離Aは、LSI製造
工程における電極パッド19に対する開口部17の位置
合わせ精度を考慮して、距離Dより少なくとも位置合わ
せ精度以上に大きくなるように設定される。また、電極
パッド19と開口部17の形状は正八角形に限定される
ことなく、正多角形または円形のように、多角形の角部
に応力が集中してはんだが剥がれやすくなることを防止
できる形状であればよい。
存在により、Pb-Sn高融点はんだが電極パッド19
とバリヤ膜18との境界面の端面部分に回り込まなくな
り、はんだボール24からSn成分が電極パッド19と
バリヤ膜18との境界面の端面部分から拡散する現象が
抑止できるので、電極パッド19とバリヤ膜18との密
着力の低下が防止できる。このため、本半導体チップを
配線基板に実装するとき、半導体チップと配線基板との
熱膨張係数の違いによる応力歪みが作用した場合でも、
電極パッド19とバリヤ膜18との剥離を確実に防止す
ることができる。
導体装置と配線基板との接続信頼性を向上させることが
できる。また、電極パッド19の周囲にサイドウォール
29を形成する簡素な構成によってSn成分の拡散が抑
止できるので、配線基板、半導体チップ、及びはんだボ
ール電極の微細化にも十分に対応できる。更に、電極パ
ッド19の外縁部が図5の破線のようにテーパ状に形成
された場合でも、電極パッド19のテーパ状部分をサイ
ドウォール29が覆うことになるので、Sn成分がテー
パ部の上面から拡散して上記境界面に到達するような不
具合が防止できる。
おけるFCBGAを有する半導体装置の製造過程を順に
示す断面図であり、特に、はんだボール形成箇所を拡大
図示したものである。本実施形態例では、第1実施形態
例における図1及び図2の工程が同様であるので、これ
ら以降の工程から説明する。
に、開口部17内からポリイミド膜16上にかけて、T
iWから成るバリヤ膜18をスパッタリングで0.2μ
mの厚みに形成した後、バリヤ膜18上に、Cuから成
る電極パッド19をスパッタリングで3μmの厚みに形
成する。次いで、バリヤ膜18及び電極パッド19上に
フォトレジスト膜20を2.3μmの厚みに形成する。
2:2の比率で含有するエッチング液を用いて、フォト
レジスト膜20の縁部から突出する電極パッド19の部
分をエッチング除去する。この後、H2O2、H2Oを
1:2の比率で含有するエッチング液を用いて、フォト
レジスト膜20の縁部から突出するバリヤ膜18の部分
をエッチング除去し、その後、フォトレジスト膜20を
除去する。
ッド19及びフォトレジスト膜20は、第1実施形態例
の図3においての共通する各層の平面形状サイズよりも
大きく形成される。
パッド19上のウエハ全面に、TiW膜21をスパッタ
リングで0.2μmの厚みに形成し、TiW膜21上
に、マスクとしてフォトレジスト膜25を2.3μmの
厚みに形成し、更に、露光、現像を施した後に、開口部
22A内と電極パッド19の周辺領域22Bとをウエッ
トエッチングして、TiW膜21の上面部分を除去す
る。この後、フォトレジスト膜25を除去する。
が形成されて電極パッド19の上面が露出し、TiW膜
21の残存部分が、電極パッド19の外縁部及びその近
傍を覆うサイドウォールを構成する。TiW膜21は、
電極パッド19上の上部21A及び側部と、ポリイミド
膜16上の下部21Bとで段差を成している。
の上記LSIの電気的特性をダイソートテストし、テス
ト終了後に、ウエハから各LSIを切り出して半導体チ
ップとする。
LSIの開口部21a内の電極パッド19上に、Pb-
Sn高融点はんだから成るはんだボール24を融着さ
せ、340℃〜365℃の温度下で10分間リフローさ
せる。このリフロー時に、Pb-Sn高融点はんだは、
TiW膜21と濡れ性がないので、サイドウォール(2
1)で囲まれた電極パッド19の外周面には回り込まな
い。従って、電極パッド19の外縁部及びその近傍を覆
うサイドウォール(21)によって、電極パッド19と
バリヤ膜18との境界面の端面へのSn成分の拡散を規
制されつつ、電極パッド19上に表面張力で直径150
μmのサイズに形成される。
に示す平面図であり、特に、はんだボール形成箇所を拡
大図示したものである。このLSIは、最外周から順
に、正八角形状で段差形状のTiW膜21、金属配線層
15、及び、正八角形状の電極パッド19を有する。金
属配線層15の幅Aが140±10μm、上段部21A
の対向する2辺相互間の距離Bが155±10μm、開
口部21aの対向する2辺相互間の距離Cが135±1
0μm、開口部18aの対向する2辺相互間の距離Dが
90±10μm、下段部21Bの対向する2辺相互間の
距離Eが165±10μmに夫々設定されている。
により適宜決定され、距離Dは、はんだボールの保持強
度により適宜決定される。また、距離Aは、LSI製造
工程における電極パッド19に対する開口部17(図
9)の位置合わせ精度を考慮して、距離Dより少なくと
も位置合わせ精度以上に大きくなるように設定される。
同様に、距離BとEとは、LSI製造工程における電極
パッド19に対するフォトレジスト膜25の形成精度を
考慮して、電極パッド19の端面がバリヤ膜21で確実
に覆われるように、距離Dより少なくとも形成精度以上
大きくなるように設定される。また、電極パッド19、
開口部17、及びバリヤ膜21の形状は正八角形に限定
されることなく、正多角形または円形のように、多角形
の角部に応力が集中してはんだボールが剥がれやすくな
ることを防止できる形状であればよい。
サイドウォール(21)の存在により、Pb-Sn高融
点はんだが電極パッド19とバリヤ膜18との境界面の
端面部分に回り込まなくなり、はんだボール24からS
n成分が電極パッド19とバリヤ膜18との境界面の端
面部分に拡散することがなく、第1実施形態例と同様の
作用効果が得られる。
の外縁部の例えば5〜10(7)μmの範囲が、図9の
破線で示すようにテーパ状に形成された場合でも、電極
パッド19の外縁部及びその近傍をTiW膜21で完全
に被覆できるので、テーパ状部分からSn成分が拡散し
て上記境界面へ到達する現象を抑止することができる。
例におけるFCBGAを有する半導体装置の製造過程を
順に示す断面図であり、特に、はんだボール形成箇所を
拡大図示したものである。
形成された絶縁膜11上にアルミニウム層(15)を形
成し、フォトリソグラフィを用いたエッチングによって
金属配線層15を得た後に、フォトレジスト膜(図示せ
ず)を除去する。更に、CVD法を用いて、厚みが0.
12μmのSiO2膜12と、厚みが1μmのSiON
膜13とをこの順に形成する。
スト膜26を2.3μmの厚みに形成し、露光、現像を
行った後に、SiON膜13及びSiO2膜12をエッ
チングして金属配線層15を開口部17から露出させ、
更に、残存するフォトレジスト膜26を除去する。
内からSiON膜13上にかけて、TiWから成り0.
2μmの厚みを有するバリヤ膜18をスパッタリングで
形成し、このバリヤ膜18上に、Cu膜からなり厚みが
3μmの電極パッド19と、厚みが0.2μmのTiW
膜21とをスパッタリングでこの順に形成する。この際
に、バリヤ膜18、電極パッド19及びTiW膜21に
は、金属配線層15、SiO2膜12及びSiON膜1
3の形状に沿った段差が形成される。
フォトレジスト膜20を2.3μmの厚みに形成し、H
2O2、H2Oを1:2の比率で含有するエッチング液を
用いて、フォトレジスト膜20の縁部から突出するTi
W膜21の部分をエッチングする。更に、H2SO4、H
2O2、H2Oを1:1:2の比率で含有するエッチング
液を用いて、フォトレジスト膜20の縁部から突出する
電極パッド19の部分をエッチングする。引き続き、H
2O2、H2Oを1:2の比率で含有するエッチング液を
用いて、フォトレジスト膜20の縁部から突出するバリ
ヤ膜18の部分をエッチングする。この後、フォトレジ
スト膜20を除去する。
1の外縁部と、電極パッド19、バリヤ膜18及びSi
ON膜13の露出面とを覆うように、感光性を有するポ
リイミド膜23を1μmの厚みに形成し、このポリイミ
ド膜23に所定のパターンを露光して現像することで、
ポリイミド膜23の所定部分に所定サイズの開口部22
を形成し、この開口部22からTiW膜21の中央部分
を露出させる。更に、ポリイミド膜23に対し、380
℃の温度下で30分間のベーキングを施す。
有するエッチング液を用いて、開口22内のTiW膜2
1をウエットエッチングし、図15に示すように、開口
部22と同じ形状の開口部21aを形成し、この開口部
21aから電極パッド19を露出させる。これにより、
電極パッド19とバリヤ膜18との境界面の端面部分
に、開口部22周囲のポリイミド膜23と、開口部21
a周囲のTiW膜21とから成るサイドウォールが形成
される。
にTiW膜21が形成されることにより、ポリイミド膜
23と電極パッド19との密着性が高まり、電極パッド
19とバリヤ膜23との境界面へのSn成分の拡散が効
果的に防止できると共に、水分などの侵入も防止でき
る。
の上記LSIの電気的特性をダイソートテストし、テス
ト終了後に、ウエハから各LSIを切り出して半導体チ
ップとする。
21a内に露出した電極パッド19上に、Pb-Sn高
融点はんだから成るはんだボール24を融着させ、34
0℃〜365℃の温度下で10分間リフローさせる。こ
のリフロー時に、Pb-Sn高融点はんだは、電極パッ
ド19の周囲のサイドウォール(21、23)によって
Sn成分の拡散が規制されつつ、電極パッド19上に表
面張力で直径150μmのサイズに形成される。
式的に示す平面図であり、特に、はんだボール形成箇所
を拡大図示したものである。同図において、TiW膜2
1と電極パッド19(バリヤ膜18)とは夫々正八角形
状に形成される。金属配線層15の幅Aが140±10
μm、TiW膜21の対向する2辺相互間の距離Bが1
55±10μm、開口部21aの対向する2辺相互間の
距離Cが135±10μm、開口部18aの対向する2
辺相互間の距離Dが90±10μmに夫々設定されてい
る。
により適宜決定され、距離Dは、はんだボールの保持強
度により適宜決定される。また、距離Aは、LSI製造
工程における電極パッド19に対する開口部17(図1
2)の位置合わせ精度を考慮して、距離Dより少なくと
も位置合わせ精度以上に大きくなるように設定される。
同様に、距離Bは、LSI製造工程における電極パッド
19に対する感光性のポリイミド膜23の露光位置合わ
せ精度を考慮して、電極パッド19の端面がポリイミド
膜23で確実に覆われるように、距離Cより少なくとも
位置合わせ精度以上大きくなるように設定される。ま
た、電極パッド19、開口部17、及びバリヤ膜21の
形状は正八角形に限定されることなく、正多角形または
円形のように、多角形の角部に応力が集中してはんだボ
ールが剥がれやすくなることを防止できる形状であれば
よい。
が大きく形成できる場合には、図18に示すように、電
極パッド19の外縁部に段差を形成せず、SiON膜1
3の上段面に電極パッド19の端面が位置するように形
成することもできる。
1、23)の存在により、はんだボール24からSn成
分が電極パッド19とバリヤ膜18との境界面に端面部
分から拡散することがなく、第1実施形態例と同様の作
用効果が得られる。更に、電極パッド19の外縁部の例
えば5〜10μmの範囲が、図16の破線のようにテー
パ状に形成された場合でも、電極パッド19とバリヤ膜
18との境界面の外縁部(端面部分)をポリイミド膜2
3が完全に被覆するので、Sn成分の上記境界面への拡
散が一層確実に防止される。
は、金属配線層15をアルミニウム又は銅等から成る1
層構造としたが、これに限らず、金属配線層15を積層
構造にすることができる。この積層構造は、例えば、絶
縁膜11側から順次に形成する窒化チタン(TiN)、
AlCu、Ti、TiNで構成することができる。
の接触によるはんだの合金化や、Sn成分の拡散を阻止
するため、双方の層の間にニッケル層を介在させること
が考えられる。しかし、第1〜第3実施形態例では、バ
リヤ膜18上にニッケル層が存在せず、その分だけ銅製
の電極パッド19を厚く形成している。これにより、ニ
ッケルに要するスパッタリング、エッチング等の工程を
削減し、設備投資の削減を図っている。例えば、ニッケ
ル層を形成した場合、ニッケルがウエハ裏面やその他の
箇所に付着し、完成後のトランジスタの劣化を招く等の
おそれもあるが、本発明の各実施形態例では、ニッケル
層を設けないことでこれらの問題を解消している。
づいて説明したが、本発明の半導体装置及びその製造方
法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでは
なく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を
施した半導体装置及びその製造方法も、本発明の範囲に
含まれる。例えば、以上の実施形態では、電極パッド1
9の形成後、ダイソートテストして、半導体チップに分
離してから、はんだボールを融着する例を示したが、ウ
エハ状態ではんだボールを融着してダイソートテストを
実施した後、半導体チップに分離するようにしてもよ
い。
置及びその製造方法によると、半導体装置と配線基板と
の熱膨張係数の違いによる応力歪みが作用しても、電極
パッドとバリヤ膜との剥離を防止し、製造歩留りを向上
させ、半導体装置と配線基板との接続信頼性の向上を図
ることができる。
製造過程を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
製造過程を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
を順に示す断面図。
の製造過程を順に示す断面図。
程を順に示す断面図。
程を順に示す断面図。
程を順に示す断面図。
程を順に示す断面図。
程を順に示す断面図。
断面図。
す断面図。
る剥離を拡大して示す断面図。
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成されたバリヤ膜及び
Cuを含む電極パッドと、該電極パッド上に形成された
Snを含むはんだボールとを備えた半導体装置におい
て、 前記バリヤ膜と電極パッドとの境界面の端面部分へのS
n成分の拡散を規制するサイドウォールを備えることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記半導体基板上に形成され前記バリヤ
膜に導通する金属配線層と、該金属配線層上に順次に形
成された層間絶縁膜及びポリイミド膜と、前記層間絶縁
膜及びポリイミド膜を貫通する開口部とを備え、 前記バリヤ膜が、前記開口部内から前記ポリイミド膜上
にかけて形成され、前記サイドウォールが、前記ポリイ
ミド膜上において前記電極パッド及びバリヤ膜の側面を
被覆するTiW膜から構成され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TiW膜が前記電極パッドの外縁部
表面を併せて被覆する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】 前記半導体基板上に形成され前記バリヤ
膜に導通する金属配線層と、該金属配線層上に形成され
た層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通する開口部とを
備え、 前記バリヤ膜が、前記開口部内から前記層間絶縁膜上に
かけて形成され、前記サイドウォールが、前記層間絶縁
膜上において前記電極パッド及びバリヤ膜の側面を被覆
するポリイミド膜を備え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5】 前記サイドウォールが、前記ポリイミド
膜と電極パッドとの間にTiW膜を備えることを特徴と
する請求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記ポリイミド膜とTiW膜とを貫通す
る別の開口部を備え、前記はんだボールが前記別の開口
部内に形成されることを特徴とする請求項4又は5に記
載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記バリヤ膜がTiを含むことを特徴と
する請求項1〜6の何れかに記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記はんだボールにより、配線基板の電
極と該電極に対応する半導体基板の前記電極パッドとが
接続されることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記
載の半導体装置。 - 【請求項9】 半導体基板上に金属配線層を形成する工
程と、該金属配線層を覆い該金属配線層の一部を露出さ
せる開口部を有する層間絶縁膜及びポリイミド膜を順次
に形成する工程と、前記開口部内と前記ポリイミド膜上
の前記開口部の周囲とにバリヤ膜及び電極パッドを順次
に形成する工程と、前記ポリイミド膜上に、前記電極パ
ッド及びバリヤ膜の側面を覆うサイドウォールを形成す
る工程と、前記電極パッドにはんだボールを形成する工
程とを順次に有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項10】 前記サイドウォールがTiW膜から成
ることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項11】 半導体基板上に金属配線層を形成する
工程と、該金属配線層を覆い該金属配線層の一部を露出
させる第1開口部を有する層間絶縁膜を形成する工程
と、前記第1開口部内と前記層間絶縁膜上の前記第1開
口部の周囲とにバリヤ膜及び電極パッドを順次に形成す
る工程と、前記電極パッド上に、該電極パッドの外縁部
を覆い且つ該電極パッドの中心部分を露出させる第2開
口部を有するサイドウォールを形成する工程と、前記第
2開口部内における前記電極パッドにはんだボールを形
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。 - 【請求項12】 前記サイドウォールがポリイミド膜を
備えることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項13】 前記サイドウォールが、前記ポリイミ
ド膜と電極パッドとの間にTiW膜を備えることを特徴
とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
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