JP2007258438A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田バンプ中の錫（Ｓｎ）と配線層を構成する銅（Ｃｕ）の相互の拡散を抑止して、配線基板への実装の信頼性及びパッケージ全体の信頼性の向上を図ることができる半導体装置及び当該半導体装置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と、前記半導体基板１１上に配設された配線層１５と、前記配線層１５を選択的に被覆する絶縁層１４と、前記絶縁層１４に設けられた開口部に於いて前記配線層１５上に配設された金属層１６と、前記絶縁層１４に設けられた開口部に於いて前記金属層１６上に配設された外部接続用電極１７とを具備し、前記金属層１６は、前記絶縁層１４に設けられた開口部に於いて、前記絶縁層１４と前記配線層１５との間に延在して配設されてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より具体的には、外部接続用突起電極として半田バンプを備えた半導体装置及びその製造方法に関する。

電子機器に於ける回路基板などへの半導体装置の高密度実装を可能とするため、当該半導体装置の一つの形態として、半導体基板に複数個形成された半導体素子を個々のチップ（個辺）に分割する前の段階に於いて、当該半導体素子上に外部接続用の突起電極（バンプ）を形成し、しかる後当該突起電極の周囲に於ける半導体素子表面に対し樹脂封止を施したパッケージ形態である、所謂ウエハレベルＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）構造が適用されている。

図１に、当該ウエハレベルＣＳＰ型の半導体装置の断面構造を示す。

図１を参照するに、当該半導体素子にあっては、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１の上面（回路素子形成面）に、アルミニウム（Ａｌ）等からなる電極パッド２が配設されている。

尚、此処では、当該半導体基板１の上面（回路素子形成面）に形成されている、能動素子、受動素子並びに多層配線構造については図示することを省略している。

前記電極パッド２上を除いて、半導体基板１上は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機絶縁膜からなるパッシベーション膜３、及びポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第１の有機絶縁膜４により被覆されている。

そして、電極パッド２上から第１の有機絶縁膜４上に、銅（Ｃｕ）からなる配線層５が配設されている。

当該配線層５には、外部接続用の突起電極６が配置され、当該突起電極６の周囲には配線層５及び第１の有機絶縁膜４を覆って、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第２の有機絶縁膜７が配設されている。

かかる外部接続用の突起電極６は、球状の半田バンプ（半田ボール）からなり、めっき法或いは印刷法等により形成される。

しかしながら、上述の構造にあっては、銅（Ｃｕ）からなる配線層５上に、突起電極６を構成する半田バンプが直接形成されているため、当該半田バンプ中の錫（Ｓｎ）と配線層５を構成する銅（Ｃｕ）との相互の拡散により、銅と錫の化合物層（ＳｎＣｕ合金層）が形成される。かかる化合物層は、半田の濡れ性を確保するために必要であるが、硬く脆い化合物からなる。この為、当該化合物層が厚く成長することにより、半田バンプに於ける接合強度の低下を招き、断線を生ずる恐れがある。

また、かかる半導体装置を、配線基板（図示せず）等に搭載する際に、半田バンプの近傍の第２の有機絶縁膜７に応力が集中し、当該箇所にクラックが発生して半導体装置の配線基板への実装後の接続の信頼性が損なわれる恐れがある。

更に、銅（Ｃｕ）原子は錫（Ｓｎ）原子よりも拡散速度が速いため、かかる拡散速度の差異に基づいて、銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）の化合物層の直下に位置する銅（Ｃｕ）配線層５の表面に、カーケンダルボイドが形成される。

かかるボイドが成長するとクラックに発展し、半田接合が破壊される恐れがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、半田バンプ中の錫（Ｓｎ）と配線層を構成する銅（Ｃｕ）の相互の拡散を抑止して、半導体装置の配線基板への実装の信頼性の向上を図ることができる半導体装置及び当該半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板上に配設された配線層と、前記配線層を選択的に被覆する絶縁層と、前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記配線層上に配設された金属層と、前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記金属層上に配設された外部接続用電極とを具備し、前記金属層は、前記絶縁層に設けられた開口部に於いて、前記絶縁層と前記配線層との間に延在して配設されてなることを特徴とする半導体装置が提供される。

本発明の別の観点によれば、半導体基板上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に絶縁層を形成する工程と、前記配線層上の絶縁層に開口を形成する工程と、前記開口に対応する配線層の表面に、当該開口内から当該配線層と絶縁層との界面に沿って金属層を形成する工程と、前記金属層上に外部接続用電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半田バンプ中の錫（Ｓｎ）と配線層を構成する銅（Ｃｕ）の相互の拡散を抑止して、半導体装置の配線基板への実装の信頼性の向上を図ることができる半導体装置及び当該半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

先ず本発明に係る半導体装置の実施の形態について説明し、次いで当該半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。

［半導体装置］
１．半導体装置の第１の実施の形態
本発明に係る半導体装置の第１の実施の形態について、図２乃至図４を参照して説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置に於ける半導体素子の断面構造を示す。

図２を参照するに、当該半導体素子にあっては、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１１の上面（回路素子形成面）に、アルミニウム（Ａｌ）等からなる電極パッド１２が配設されている。

尚、此処では、当該半導体基板１１の上面（回路素子形成面）に形成されている、能動素子、受動素子並びに多層配線構造については図示することを省略している。

前記電極パッド１２上を除いて、半導体基板１１上は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機絶縁膜からなるパッシベーション膜１３、及びポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第１の有機絶縁膜１４により被覆されている。

ここで、パッシベーション膜１３の厚さは、数μｍとすることができ、また第１の有機絶縁膜１４の厚さは、約５乃至１０μｍとすることができる。

そして、前記電極パッド１２上から第１の有機絶縁膜１４上に、銅（Ｃｕ）からなる配線層１５が配設されている。当該配線層１５の厚さは、約５乃至１０μｍに設定することができる。

本実施例あっては、当該配線層１５には、金属層１６を介して外部接続用の突起電極１７が配置され、当該突起電極１７の周囲には配線層１５及び第１の有機絶縁膜１４などを覆って、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第２の有機絶縁膜１８が配設されている。

当該第２の有機絶縁膜１８の、第１の有機絶縁膜１４上での厚さは、約１０乃至２０μｍとすることができ、また配線層１５上での厚さは、約５乃至１０μｍとすることができる。

かかる構成に於いて、前記配線層１５と外部接続用の突起電極１７との間に配設される金属層１６は、ニッケル（Ｎｉ）、 パラジウム（Ｐｄ）或いは銀（Ａｇ）から選択される。

また、外部接続用の突起電極１７は、球状の半田バンプ（半田ボール）からなり、めっき法或いは印刷法等により形成される。

前記第２の有機絶縁膜１８には、これらの金属層１６、突起電極１７の配設位置に対応して開口１８ａが設けられており、当該開口１８ａは配線層１５側からその表面側即ち当該配線層１５から遠ざかる方向に漸次開口寸法を大とするテーパー形状を有する。
そして、当該第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａ部に対応する、前記配線層１５には、その表面部に断面が円弧状の凹部１５ａが設けられ、当該凹部１５ａにその一部が受容されて金属層１６が配設されている。この時、第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａ部の開口寸法Ａ_１に比して、円弧状の凹部１５ａの上端部の寸法Ｂ_１は大きい。

従って、当該金属層１６は、第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａ部に於いて、当該第２の有機絶縁膜１８下に、当該第２の有機絶縁膜１８と配線層１５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。

即ち、金属層１６は、当該第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａに於ける配線層１５側の開口寸法Ａ_１よりも大なる寸法Ｂ_１をもって、当該第２の有機絶縁膜１８下に延在して配設されている。

また当該金属層１６は、当該第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａ内に於いてほぼ平坦な表面を有し、当該表面に於いて前記突起電極１７に接続されている。尚、当該金属層１６の表面は、第２の有機絶縁膜１８の上面を越える高さを有していない。

ここで、前記配線層１５の表面部に設けられ断面が円弧状の凹部１５ａは、その最大深さが２乃至３μｍとされ、その上端部の寸法Ｂ_１は、第２の有機絶縁膜１８に設けられた開口１８ａの開口寸法Ａ_１よりも５乃至１０μｍほど大きなものとされる。また、金属層１６の厚さは、３乃至５μｍとされる。

更に、突起電極１７を構成する半田バンプ（半田ボール）の径は、隣り合う突起電極（半田バンプ（ボール））との間の距離（ピッチ）が約０．５ｍｍの場合、２５０乃至３００μｍと設定することができる。

また、突起電極１７を構成する半田バンプ（半田ボール）の半田量を少なくする場合には、その径を配線層１５の凹部２０の開口径と略同一とすることにより対応することができ、一方、半田量を多くする場合には、半田バンプ（半田ボール）の径を、配線層１５の凹部１５ａの開口径よりも大きくすることにより対応することができる。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置に於ける半導体素子にあっては、配線層１５は、当該配線層１５を被覆している第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａ内に於いて、金属間相互の拡散を抑止する材料からなる金属層１６を介して突起電極１７を構成する半田バンプ（半田ボール）に接続されている。

従って、配線層１５を構成する銅（Ｃｕ）と突起電極１７を構成する半田バンプ中の錫（Ｓｎ）との相互の拡散に基づく硬く脆い化合物層（ＳｎＣｕ合金層）の形成を防止することができ、接合強度の劣化及び断線などの発生を防止することができる。よって、当該半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。

また、前記金属層１６は、第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａに於いて、当該第２の有機絶縁膜１８と配線層１５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。
（図２において点線Ｓにて囲んだ箇所）従って、突起電極１７に外力が加わった場合、当該金属層１６の第２の有機絶縁膜１８下への延在部には所謂アンカー効果が生じ、突起電極１７の剥離・脱落などを防止することができる。従って、当該半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。

また、半導体素子の表面は第２の有機絶縁膜１８により保護され、当該半導体装置が配線基板などに実装された場合に、突起電極１７の根元部分に集中する応力が緩和される。

ところで、図２に示す構成にあっては、金属層１６を介しての突起電極１７は、直下に電極パッド１２が配設されていない配線層１５上に形成されているが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図３に示す構造であってもよい。

図３は、図２に示す半田バンプの構造の第１の変形例の断面を示し、当該図３に於いて、図２を参照した箇所に対応する箇所には同じ符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、電極パッド１２−１に接続された配線層１５−１に於いて、当該電極パッド１２−１直上の配線層１５−１部に、金属層１６−１を介して突起電極１７−１が配設されている。

かかる構造にあっても、前記図２に示す例に於いて奏される効果と同様の効果を得ることができる。即ち、金属層１６を介しての突起電極１７は、配線層１５に於ける配設位置が特定されない。

また、図２に示す構成にあっては、前記金属層１６は、第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａに於いて、当該第２の有機絶縁膜１８と配線層１５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。しかしながら、本発明はかかる例に限定されず、例えば図４に示す構造であってもよい。

図４は、図２に示す半田バンプの構造の第２の変形例の断面を示し、当該図４に於いて、前記図２を参照した部位に対応する部位には同じ符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、電極パッド１２−１に接続された配線層１５−１に於いて、当該電極パッド１２−１直上の配線層１５−１に、金属層６６−１を介して突起電極１７−１が形成され、一方直下に電極パッド１２−２が配設されていない配線層１５−２上には金属層６６−２を介して突起電極１７−２が形成されている。

かかる構造に於いて、金属層６６−１及び６６―２は、その上面が略球面状（凸曲面形状）を有し、突起電極１７−１及び１７−２との接触面積がより大きい。従って、突起電極１７−１及び１７−２と金属層６６−１及び６６―２との接続強度を向上させることができ、半導体素子の配線基板に対する実装の信頼性を向上させることができる。

２．半導体装置の第２の実施の形態
次に、図５乃至図７を参照して、本発明に係る半導体装置の第２の実施の形態について説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の半導体素子に形成された半田バンプの断面構造を示す。

図５を参照するに、当該半導体素子にあっては、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板２１の上面（回路素子形成面）に、アルミニウム（Ａｌ）等からなる電極パッド２２が配設されている。

尚、此処では、当該半導体基板２１の上面（回路素子形成面）に形成されている、能動素子、受動素子並びに多層配線構造については図示することを省略している。

前記電極パッド２２上を除いて、半導体基板２１上は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機絶縁膜からなるパッシベーション膜２３、及びポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第１の有機絶縁膜２４により被覆されている。

ここで、パッシベーション膜２３の厚さは、数μｍとすることができ、また第１の有機絶縁膜２４の厚さは、約５乃至１０μｍとすることができる。

そして、前記電極パッド２２上から第１の有機絶縁膜２４上に、銅（Ｃｕ）からなる配線層２５が配設されている。当該配線層２５の厚さは、約５乃至１０μｍに設定することができる。

本実施例あっては、当該配線層２５には、金属層２６を介して外部接続用の突起電極２７が配置され、当該突起電極２７の周囲には配線層２５及び第１の有機絶縁膜２４などを覆って、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第２の有機絶縁膜２８が配設されている。

当該第２の有機絶縁膜２８の、第１の有機絶縁膜２４上での厚さは、約１０乃至２０μｍとすることができ、また配線層２５上での厚さは、約３乃至５μｍと、図２に示す例の場合に比し薄く設定する。

かかる構成に於いて、前記配線層２５と外部接続用の突起電極２７との間に配設される金属層２６は、ニッケル（Ｎｉ）、 パラジウム（Ｐｄ）或いは銀（Ａｇ）から選択される。

また、外部接続用の突起電極２７は、球状の半田バンプ（半田ボール）からなり、めっき法或いは印刷法等により形成される。

一方、第２の有機絶縁膜２８には、これらの金属層２６、突起電極２７の配設位置に対応して開口２８ａが設けられており、当該開口２８ａは配線層２５側からその表面側即ち当該配線層２５から遠ざかる方向に漸次開口寸法を大とするテーパー形状を有する。
そして、当該第２の有機絶縁膜２８に設けられた開口２８ａ部に対応する、前記配線層２５には、その表面部に断面が円弧状の凹部２５ａが設けられ、当該凹部２５ａにその一部が受容されて金属層２６が配設されている。この時、第２の有機絶縁膜２８に設けられた開口２８ａ部の開口寸法Ａ_２に比して、円弧状の凹部２５ａの上端部の寸法Ｂ_２は大きい。

従って、当該金属層２６は、第２の有機絶縁膜２８に設けられた開口２８ａ部に於いて、当該第２の有機絶縁膜２８下に、当該第２の有機絶縁膜２８と配線層２５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。

即ち、金属層２６は、当該第２の有機絶縁膜２８に設けられた開口２８ａに於ける配線層２５側の開口寸法Ａ_２よりも大なる寸法Ｂ_２をもって、当該第２の有機絶縁膜２８下に延在して配設されている。

当該金属層２６の表面は、第２の有機絶縁膜２８の上面を越えるように盛り上がって設けられ、ほぼ平坦である。当該表面に於いて前記突起電極２７に接続されている。

ここで、前記配線層２５の表面部に設けられ断面が円弧状の凹部２５ａは、その最大深さが２乃至３μｍとされ、その上端部の寸法Ｂ_２は、第２の有機絶縁膜２８に設けられた開口２８ａの開口寸法Ａ_２よりも５乃至１０μｍほど大きなものとされる。また、金属層２６の厚さは、７乃至１０μｍとされる。

更に、突起電極２７を構成する半田バンプ（半田ボール）の径は、隣り合う突起電極（半田バンプ（ボール））との間の距離（ピッチ）が約０．５ｍｍの場合、２５０乃至３００μｍと設定することができる。

また、金属層２６の径及び突起電極２７の径は、図２に示す例の場合と異なり、突起電極２７を構成する半田の量に拘わらず、配線層２５の凹部２５ａの開口径Ｂ_２よりも大きい。よって、突起電極２７と金属層２６との接合面積を大きくさせることができ、突起電極２７と金属層２６との接合強度を向上させることができる。従って、半導体素子の配線基板に対する実装の信頼性を向上させることができる。

このように、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置に於ける半導体素子にあっては、配線層２５は、当該配線層２５を被覆している第２の有機絶縁膜２８の開口部２８ａ内に於いて、金属間相互の拡散を抑止する材料からなる金属層２６を介して突起電極２７を構成する半田バンプ（半田ボール）に接続されている。

従って、配線層２５を構成する銅（Ｃｕ）と突起電極２７を構成する半田バンプ中の錫（Ｓｎ）との相互の拡散に基づく硬く脆い化合物層（ＳｎＣｕ合金層）の形成を防止することができ、接合強度の劣化及び断線などの発生を防止することができる。よって、当該半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。

また、前記金属層２６は、第２の有機絶縁膜２８の開口部２８ａに於いて、当該第２の有機絶縁膜２８と配線層２５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。
（図２において点線Ｓにて囲んだ箇所）従って、突起電極２７に外力が加わった場合、当該金属層２６の第２の有機絶縁膜２８下への延在部には所謂アンカー効果が生じ、突起電極２７の剥離・脱落などを防止することができる。従って、当該半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。

更に、金属層２６の径及び突起電極２７の径は、図２に示す例の場合と異なり、配線層２５の凹部２５ａの開口径Ｂ_２よりも大きい。また、金属層２６の表面は、第２の有機絶縁膜２８の上面を越えるように盛り上がって設けられ、当該平坦な表面に於いて前記突起電極２７に接続されている。従って、突起電極２７と金属層２６との接合面積を大きくとることができ、突起電極２７と金属層２６との接合強度を更に向上させることができる。従って、当該半導体素子の配線基板に対する実装の信頼性をより向上させることができる。

また、半導体素子の表面は第２の有機絶縁膜２８により保護され、当該半導体装置が配線基板などに実装された場合に、突起電極２７の根元部分に集中する応力が緩和される。

ところで、図５に示す構成にあっては、金属層１６を介しての突起電極１７は、直下に電極パッド１２が配設されていない配線層１５上に形成されているが、本発明はかかる例に限定されず、例えば図６に示す構造であってもよい。

ここで、図６は、図５に示す半田バンプの構造の第１の変形例の断面を示し、当該図６に於いて、図５を参照した部位に対応する部位には同じ符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、電極パッド２２−１に接続された配線層２５−１に於いて、当該電極パッド２２−１直上の配線層２５−１部に、金属層２６−１を介して突起電極２７−１が配設されている。

かかる構造にあっても、前記図５に示す例に於いて奏される効果と同じ効果を得ることができる。即ち、金属層２６を介しての突起電極２７は、配線層２５に於ける配設位置が特定されない。

また、図５に示す構成にあっては、前記金属層２６は、当該第２の有機絶縁膜２８と配線層２５とが対向する面に並行な方向に延在して配設されている。しかしながら、本発明はかかる例に限定されず、例えば図７に示す構造であってもよい。

ここで、図７は、図５に示す半田バンプの構造の第２の変形例の断面を示し、当該図７に於いて、図５を参照した部位に対応する部位には同じ符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、電極パッド２２−１に接続された配線層２５−１に於いて、当該電極パッド２２−１直上の配線層２５−１上に、金属層７６−１を介して突起電極２７−１が形成され、一方直下に電極パッド２２−２が配設されていない配線層２５−２上に金属層７６−２を介して突起電極２７−２が形成されている。

かかる構造に於いて、金属層７６−１及び７６―２は、その上面が略球面状（凸曲面形状）を有し、突起電極２７−１及び２７−２との接触面積がより大きい。従って、突起電極２７−１及び２７−２と、金属層７６−１及び７６―２との接続強度を向上させることができ、半導体素子の配線基板に対する実装の信頼性を向上させることができる。

［半導体装置の製造方法］
次に、上述の半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。

１．図２乃至図４に示す半導体装置の製造方法
まず、図８及び図９を参照して、図２乃至図４に示す半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。また、図１０を用いて、金属層１６を形成する方法を説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１１の上面（回路素子形成面）に、アルミニウム（Ａｌ）等からなる配線・電極層（電極パッド）１２を配設し、当該電極層１２上を含む半導体基板１上を窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる無機絶縁膜のパッシベーション膜１３により被覆する。

当該パッシベーション膜１３の厚さは、数μｍと設定される。

次いで、前記パッシベーション膜１２の上に、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第１の有機絶縁膜１４を形成する。

ここで、第１の有機絶縁膜１４の厚さを、約５乃至１０μｍと設定する。

次いで、所謂フォトプロセスを適用して、パッシベーション膜１２及び第１の有機絶縁膜１４に、前記電極層１２上に於いて開口を形成する。
次いで、前記開口内から前記第１の有機絶縁膜１４上に延在して、銅（Ｃｕ）からなる配線層１５を形成する。当該銅層はメッキ法などにより形成される。本例では、パッシベーション膜１２及び第１の有機絶縁膜１４の開口している箇所及びその近傍のみならず、隣に設けられた他の電極層１２側に延出するように、配線層１５を形成する。

ここで、配線層１５の厚さを、約５乃至１０μｍと設定する。

しかる後、前記第１の有機絶縁膜１４の表出部並びに配線層１５上を覆って、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）層からなる第２の有機絶縁膜１８により被覆する。

当該第２の有機絶縁膜１８の、第１の有機絶縁膜１４上での厚さは、約１０乃至２０μｍと設定し、また、配線層１５上での厚さは、約５乃至１０μｍと設定する。

そして、所謂フォトプロセスを適用して、当該第２の有機絶縁膜１８に於いて、突起電極１７を構成する半田バンプ（半田ボール）の形成予定箇所には開口１８ａを形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、突起電極１７の形成予定箇所である第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａ内に露出している配線層１５に対し選択エッチングを施し、深さが２乃至３μｍ程であり、且つ第２の有機絶縁膜１８との接触面に於ける径が開口部１８ａの径よりも約５乃至１０μｍ程大きい凹部１５ａを形成する。

当該選択エッチング法としては、例えば硫酸を主体とするエッチング液を用いたウエットエッチングが施される。エッチング液の濃度を変えることにより、エッチングレート及び処理時間を変えることができるが、エッチングレートは小さい方が、前記凹部１５ａの深さの管理がし易い。本例では、エッチング液の硫酸濃度は５０％よりも低いことが望ましい。

なお、かかるエッチング処理として、所謂ドライエッチング法を適用することも可能であるが、凹部１５ａを小さく形成するには、ウエットエッチングの方が望ましい。

このように、図８（ｂ）に示すエッチング処理により、半導体素子に設けられた配線層１５に、凹部１５ａを形成する。

次に、図９（ｃ）に示すように、第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａ内において、配線層１５に形成された凹部１５ａ内に、有機絶縁膜１８と配線層１５とが対向する面に並行な方向に延在して、金属層１６を配設する。当該金属層１６の形成手段としては、無電解めっき法を適用することができる。

即ち、当該金属層１６としてニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）或いは銀（Ａｇ）を適用することができ、その形成法として、無電解めっき法を採用することができる。

また、金属層１６の厚さは、約３乃至５μｍと設定することができる。

このように、本例では、第２の有機絶縁膜１８で封止されている配線層１５の開口している部分にハーフエッチングを施して凹部１５ａを形成した後に、当該凹部１５ａに金属層１６を形成する。

しかる後、図９（ｄ）に示すように、前記金属層１６上に、球状の半田バンプ（半田ボール）でからなる突起電極１７を形成する。その形成方法としては、めっき法或いは印刷法等を適用することができる。

ここで、突起電極１７を構成する半田の量を少なくする場合には、突起電極１７の径は、配線層１５の凹部１５ａの開口径と略同一にすることができる。一方、突起電極１７を構成する半田の量を多くする場合には、突起電極１７の径は、配線層１５の凹部１５ａの開口径よりも大きくすることができる。

上述の工程の後、ダイシングライン（図９（ｄ）参照）に沿って第２の有機絶縁膜１８及び半導体基板１１などを切断し、前記図２に示す構造を有する半導体素子を形成することでウェハーレベルパッケージを作製する。
なお、前記図９（ｃ）に示す金属層１６の形成は、図１０に示すように、印刷方式で行ってもよい。

この場合、まず、図８（ｂ）に示すエッチング処理の後に、第２の有機絶縁膜１８の表面に、金属マスク又は感光系フィルム状マスク等の印刷マスク５０を配設する。尚、かかる印刷マスク５０に於いては、前記第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａに対応する位置に開口が形成されている。

次いで、スキージ５１を用いて液状の金属層材料５６を、第２の有機絶縁膜１８及び印刷マスク５０の開口部内に導入し、第２の有機絶縁膜１８の開口部１８ａ内に於いて、配線層１５に形成された凹部１５ａに液状の金属層１６を被着形成する。

しかる後、硬化処理を施して、配線層１５と金属層１６を接続する。

なお、図８及び図９に示す例では、金属層１６を、配線層１５のうち、直下に電極層１２が配設されていない箇所の上部に形成する場合を説明したが、第２の有機絶縁膜１８の開口１８ａ内における凹部１５ａの形成箇所を、直下に電極層１２が配設されていない箇所の配線層１５の上面にすることにより、金属層１６を、配線層１５のうち直下に電極層１２が配設されている箇所の上部に形成することができ、図３に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。

また、金属層１６の上面を、略球面状（凸曲面形状）とすることにより、図４に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。

２．図５乃至図７に示す半導体装置の製造方法
まず、図１１及び図１２を参照して、図５乃至図７に示す半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。

まず、図１１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板２１の上面（回路素子形成面）に、アルミニウム（Ａｌ）等からなる配線・電極層（電極パッド）２２を配設し、当該電極層２２上を含む半導体基板１上を窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる無機絶縁膜のパッシベーション膜２３により被覆する。

なお、パッシベーション膜２３の厚さを数μｍと設定する。

次いで、パッシベーション膜２２の上に、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等からなる第１の有機絶縁膜２４を被覆する。

ここで、第１の有機絶縁膜２４の厚さは、約５乃至１０μｍと設定する。

次いで、所謂フォトプロセスを適用して、パッシベーション膜２３及び第１の有機絶縁膜２４に、前記電極層２２上に於いて開口を形成する。

次いで、前記開口内から前記第１の有機絶縁膜１４上に延在して、銅（Ｃｕ）からなる配線層２５を形成する。当該銅層はメッキ法などにより形成される。

本例では、パッシベーション膜１２及び第１の有機絶縁膜２４の開口している箇所及びその近傍のみならず、隣に設けられた他の電極層２２側に延出するように、配線層２５を形成する。

ここで、配線層２５の厚さは、約５乃至１０μｍと設定する。

しかる後、前記第１の有機絶縁膜２４の表出部並びに配線層２５上を覆って、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）層からなる第２の有機絶縁膜２８により被覆する。

当該第２の有機絶縁膜２８の、第１の有機絶縁膜２４上での厚さは、約１０乃至２０μｍと設定し、また配線層２５上での厚さは、約３乃至５μｍと設定する。

そして、所謂フォトプロセスを適用して、当該第２の有機絶縁膜２８に於いて、突起電極２７を構成する半田バンプ（半田ボール）の形成予定箇所には開口２８ａを形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、突起電極２７の形成予定箇所である第２の有機絶縁膜２８の開口部２８ａ内で露出している配線層２５に、深さ（図１１（ｂ）中の上下方向の長さ）が約２乃至３μｍであり、底面の径が上記開口部の径よりも約５乃至１０μｍ大きい、凹部２５ａをエッチングにより配線層２５に形成する。

このように、図１１（ｂ）に示す単一のエッチング処理により、半導体素子に形成された全ての配線層２５に、凹部２５ａを形成することができる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、突起電極２７の形成予定箇所である第２の有機絶縁膜２８の開口部２８ａ内に露出している配線層２５に対し選択エッチングを施し、深さが２乃至３μｍ程であり、且つ第２の有機絶縁膜１８との接触面に於ける径が開口部１８ａの径よりも約５乃至１０μｍ程大きい凹部２５ａを形成する。

当該選択エッチング法としては、前述の如く例えば硫酸を主体とするエッチング液を用いたウエットエッチングが施される。エッチング液の濃度を変えることにより、エッチングレート及び処理時間を変えることができるが、エッチングレートは小さい方が、前記凹部２５ａの深さの管理がし易い。本例では、エッチング液の硫酸濃度は５０％よりも低いことが望ましい。

なお、かかるエッチング処理として、所謂ドライエッチング法を適用することも可能であるが、凹部２５ａを小さく形成するには、ウエットエッチングの方が望ましい。

次に、図１２（ｃ）に示すように、第２の有機絶縁膜２８の開口部２８ａ内において、配線層２５に形成された凹部２５ａ内に、有機絶縁膜２８と配線層２５とが対向する面に並行な方向に延在し、且つ第２の有機絶縁膜２８の上面から盛り上がるように、即ち、第２の有機絶縁膜２８の厚さを越える高さに金属層２６を配設する。当該金属層２６の形成手段としては、前述の如く無電解めっき法を適用することができる。

即ち、当該金属層２６としてニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）或いは銀（Ａｇ）を適用することができ、その形成法として、無電解めっき法を採用することができる。また、金属層２６の厚さは、約７乃至１０μｍに設定する。

このように、本例では、第２の有機絶縁膜２８で封止されている配線層２５の開口している部分にハーフエッチングを施して凹部２５ａを形成した後に、当該凹部２５ａに第２の有機絶縁膜２８の上面から盛り上がるように厚く金属層２６を形成する。

しかる後、図１２（ｄ）に示すように、前記金属層２６上に、球状の半田バンプ（半田ボール）でからなる突起電極２７を形成する。その形成方法としては、めっき法或いは印刷法等を適用することができる。

ここで、金属層２６の径及び突起電極２７の径は、図８及び図９に示す例の場合と異なり、突起電極２７を構成する半田の量に拘わらず、配線層２５の凹部２５ａの開口径よりも大きい。

上述の工程の後、ダイシングライン（図９（ｄ）参照）に沿って第２の有機絶縁膜２８及び半導体基板２１などを切断し、前記図５に示す構造を有する半導体素子を形成することでウェハーレベルパッケージを作製する。
なお、図１１及び図１２に示す例では、金属層２６を、配線層２５のうち、直下に電極層２２が配設されていない箇所の上部に形成する場合を説明したが、第２の有機絶縁膜２８の開口２８ａ内における凹部２５ａの形成箇所を、直下に電極層２２が配設されていない箇所の配線層２５の上面にすることにより、金属層２６を、配線層２５のうち直下に電極層２２が配設されている箇所の上部に形成することができ、図６に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。

また、金属層２６を、略球面状（凸曲面形状）に形成することにより、図７に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１） 半導体基板と、
前記半導体基板上に配設された配線層と、
前記配線層を選択的に被覆する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記配線層上に配設された金属層と、
前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記金属層上に配設された外部接続用電極とを具備し、
前記金属層は、前記絶縁層に設けられた開口部に於いて、前記絶縁層と前記配線層との間に延在して配設されてなることを特徴とする半導体装置。
（付記２） 前記金属層は、前記配線層を構成する物質と前記外部接続用突起電極を構成する物質との相互の拡散を抑制するものであることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３） 前記配線層は、開口部を有する絶縁膜により封止され、
前記金属層は、前記開口部内に形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記４） 前記金属層は、前記開口部内から前記絶縁膜の上面の上方に、盛り上がるように形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記５） 付記１乃至４いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記金属層は、略平坦な表面を有していることを特徴する半導体装置。
（付記６） 付記１乃至４いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記金属層は、バンプ形状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
（付記７） 付記１乃至６いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記金属層は無電解金属めっきからなることを特徴とする半導体装置。
（付記８） 付記７記載の半導体装置であって、
前記無電解金属めっきは、ニッケル、鉛、及び銀から構成される群から選択される金属の無電解めっきであることを特徴とする半導体装置。
（付記９） 半導体基板上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に絶縁層を形成する工程と、
前記配線層上の絶縁層に開口を形成する工程と、
前記開口に対応する配線層の表面に、当該開口内から当該配線層と絶縁層との界面に沿って金属層を形成する工程と、
前記金属層上に外部接続用電極を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記開口を、エッチングにより形成することを特徴とする付記９記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 付記９又は１０記載の半導体装置の製造方法であって、
前記配線層は、前記絶縁膜により封止されており、
前記開口部により露出した前記配線層の上面に前記エッチングを施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２） 付記９乃至１１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記金属層を無電解金属めっきで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１３） 付記９乃至１１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記金属層を印刷形式で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

従来の半導体装置に形成された半田バンプの構造の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置に形成された半田バンプの構造の断面図である。 図２に示す半田バンプの構造の第１の変形例の断面図である。 図２に示す半田バンプの構造の第２の変形例の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置に形成された半田バンプの構造の断面図である。 図５に示す半田バンプの構造の第１の変形例の断面図である。 図５に示す半田バンプの構造の第２の変形例の断面図である。 図２乃至図４に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（その１）である。 図２乃至図４に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（その２）である。 金属層を印刷方式で形成する例を説明するための図である。 図５乃至図７に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（その１）である。 図５乃至図７に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（その２）である。

符号の説明

１１、２１ 半導体基板
１４、２４ 第１の有機絶縁膜
１５、２５ 配線層
１５ａ、２５ａ 凹部
１６、２６、６６、７６ 金属層
１７、２７ 突起電極
１８、２８ 第２の有機絶縁膜

Claims (5)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に配設された配線層と、
   前記配線層を選択的に被覆する絶縁層と、
   前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記配線層上に配設された金属層と、
   前記絶縁層に設けられた開口部に於いて前記金属層上に配設された外部接続用電極とを具備し、
   前記金属層は、前記絶縁層に設けられた開口部に於いて、前記絶縁層と前記配線層との間に延在して配設されてなることを特徴とする半導体装置。
2. 前記金属層は、前記配線層を構成する物質と前記外部接続用突起電極を構成する物質との相互の拡散を抑制するものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記配線層は、開口部を有する絶縁膜により封止され、
   前記金属層は、前記開口部内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記金属層は、前記開口部内から前記絶縁膜の上面の上方に、盛り上がるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 半導体基板上に配線層を形成する工程と、
   前記配線層上に絶縁層を形成する工程と、
   前記配線層上の絶縁層に開口を形成する工程と、
   前記開口に対応する配線層の表面に、当該開口内から当該配線層と絶縁層との界面に沿って金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に外部接続用電極を形成する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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