JP2008016514A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術および半導体装置に関し、特に、半田バンプ電極を備えた表面実装素子の製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique and a semiconductor device, and more particularly to a technique that is effective when applied to the manufacture of a surface mount element having solder bump electrodes.
例えば金属の接着/バリア/電解メッキのバス層を少なくとも接合パッド上に形成した後、レジスト層を接合パッドの上に開口を規定する所定パターンに形成し、半田濡れ性の層を開口の中に形成し、開口領域からレジストの一部を除去して半田濡れ性の金属層のエッジとレジストとの間に隙間を形成し、その隙間を含めて半田濡れ性の金属層の上に半田濡れ性の金属層を封止するバリア金属層を形成する技術が開示されている(特許文献1参照)。 For example, after forming a metal adhesion / barrier / electrolytic plating bath layer on at least the bonding pad, a resist layer is formed on the bonding pad in a predetermined pattern defining an opening, and a solder wettable layer is formed in the opening. Forming and removing a part of the resist from the opening area to form a gap between the edge of the solder wettable metal layer and the resist, and the solder wettability on the solder wettable metal layer including the gap A technique for forming a barrier metal layer for sealing the metal layer is disclosed (see Patent Document 1).
また、ボールを半田付けするための端子部と、端子部の外周部の近傍に配設された支持部と、端子部と支持部とを繋ぐ連結部とを有し、端子部全体が露出した状態で支持部を覆うように絶縁層を設け、半田が端子部の表面とエッジ部に跨った状態で、ボールを端子部に半田付けする技術が開示されている(特許文献2参照)。 Also, it has a terminal part for soldering the ball, a support part disposed in the vicinity of the outer peripheral part of the terminal part, and a connecting part that connects the terminal part and the support part, and the entire terminal part is exposed. A technique is disclosed in which an insulating layer is provided so as to cover the support portion in a state, and solder is soldered to the terminal portion in a state where the solder straddles the surface of the terminal portion and the edge portion (see Patent Document 2).
また、パッシベーション膜に形成された開孔を介してパッドに電気的に接続される再配線層と、再配線層を完全に被覆するとともにパッシベーション膜上に張り出した張出部位を有するバリアメタル層と、バリアメタル層に達する開孔を有する有機膜と、開孔およびバリアメタル層を介して再配線層に電気的に接続されるバンプ電極とを具備する半導体装置が開示されている(特許文献3参照)。 A rewiring layer electrically connected to the pad through an opening formed in the passivation film; and a barrier metal layer that completely covers the rewiring layer and has an overhanging portion projecting on the passivation film; Discloses a semiconductor device including an organic film having an opening reaching the barrier metal layer and a bump electrode electrically connected to the rewiring layer through the opening and the barrier metal layer (Patent Document 3). reference).
また、半田バンプ電極が形成された複数の電極パッドのうちの少なくとも1個以上に、半田バンプ電極群の分布に関しての重心位置方向もしくはこれと反対の方向へ延長された形状の張り出し部を形成する表面実装素子の電極構造が開示されている(特許文献4参照)。 Further, an extended portion having a shape extending in the direction of the center of gravity with respect to the distribution of the solder bump electrode group or in the opposite direction is formed on at least one of the plurality of electrode pads on which the solder bump electrodes are formed. An electrode structure of a surface mount device is disclosed (see Patent Document 4).
また、ボンディングパッドを覆う絶縁膜と、この絶縁膜に形成されボンディングパッドを露出させる開口部と、この開口部内においてボンディングパッドと接続されるバンプ電極とを備え、開口部において、その下方部の開口面積が上方部の開口面積よりも小さい部分を有する電子部品が開示されている(特許文献5参照)。 In addition, an insulating film covering the bonding pad, an opening formed in the insulating film to expose the bonding pad, and a bump electrode connected to the bonding pad in the opening are provided. An electronic component having a portion whose area is smaller than the opening area of the upper portion is disclosed (see Patent Document 5).
また、保護膜が2層以上からなり、下層の保護膜の開口部が上層の保護膜の開口部よりも大きく形成され、突起電極の底部が上層の保護膜の下に入り込んでいる接続端子が開示されている(特許文献6参照)。 In addition, the protective film is formed of two or more layers, the opening of the lower protective film is formed larger than the opening of the upper protective film, and the connection terminal in which the bottom of the protruding electrode enters under the upper protective film It is disclosed (see Patent Document 6).
また、電極パッド上に形成された第1の突起電極部と、第1の突起電極部の先端に形成された第2の突起電極部とによって構成し、第2の突起電極部の先端と電極パッド側の端部との間にくびれ部を有する略鼓状の突起電極が開示されている(特許文献7参照)。
半導体製品の高速化、高密度実装の要求から1990年代半ばにはボール格子端子(Ball Grid Array:BGA)を採用した表面実装技術が開発され、現在では、ウエハ状態のまま作られる半導体チップと同じサイズのパッケージ、すなわちウエハレベルCSP(Chip Size Package)の開発が各社各様の構造で進められている。ウエハレベルCSPは、ウエハプロセス(前工程)とパッケージプロセス(後工程)とを一体化した技術であり、半導体チップのサイズが縮小するに従いパッケージのサイズも縮小することから、半導体ウエハから取得できる半導体チップの個数が増えて、半導体製品の低コスト化を図ることができる。 Surface mount technology using ball grid array (BGA) was developed in the mid-1990s due to demands for high-speed and high-density mounting of semiconductor products. Currently, it is the same as a semiconductor chip manufactured in a wafer state. Development of a size package, that is, a wafer level CSP (Chip Size Package) is being carried out by various companies. The wafer level CSP is a technology in which a wafer process (pre-process) and a package process (post-process) are integrated, and the size of the package is reduced as the size of the semiconductor chip is reduced. As the number of chips increases, the cost of semiconductor products can be reduced.
ところで、ウエハレベルCSPにおけるFC(Flip Chip)−BGA接続では、半導体装置の最上層配線である引き出し電極上にバンプ電極が電気的に接続されるが、引き出し電極とバンプ電極との間には、相互拡散を防止するためのUBM(Under Bump Metal)が形成される。バンプ電極には、一般に半田が用いられ、UBMには、相互拡散を防止する機能、汎用性またはコスト等を考慮して、一般にはNi膜が用いられる。なお、Ni膜のみでは低い電気抵抗が得られないため、例えばNi膜の下にCu膜、Cr膜、TiN膜等を形成した積層膜を用いることもある。 By the way, in the FC (Flip Chip) -BGA connection in the wafer level CSP, the bump electrode is electrically connected to the lead electrode which is the uppermost layer wiring of the semiconductor device, but between the lead electrode and the bump electrode, A UBM (Under Bump Metal) for preventing mutual diffusion is formed. Solder is generally used for the bump electrode, and Ni film is generally used for the UBM in consideration of the function of preventing mutual diffusion, versatility, cost, and the like. In addition, since a low electrical resistance cannot be obtained only with the Ni film, for example, a laminated film in which a Cu film, a Cr film, a TiN film or the like is formed under the Ni film may be used.
しかしながら、UBMの上面に半田濡れ性を良好とするAuシード層を形成しても、半田バンプ電極とUBMとの強い接続強度が得られず、半田バンプ電極が剥がれる場合がある。このため、半田バンプ電極およびUBMをアンダーフィルにより封止して半田バンプ電極の剥がれを防いでいるが、コストが高くなるという課題を有する。 However, even if an Au seed layer having good solder wettability is formed on the upper surface of the UBM, a strong connection strength between the solder bump electrode and the UBM cannot be obtained, and the solder bump electrode may be peeled off. For this reason, the solder bump electrode and the UBM are sealed with an underfill to prevent the solder bump electrode from being peeled off, but there is a problem that the cost is increased.
本発明の目的は、半田バンプ電極とUBMとの接続強度を向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the connection strength between a solder bump electrode and a UBM.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体装置の製造方法は、第1の金属膜の上に第2の金属膜を積層してなる電極層をボンディングパッド部の上面に接続して形成し、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成し、電極層の上面の金属シード層に接続する半田パターンを形成した後、熱処理を施して半田パターンと金属シード層とを反応させて、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極を形成するものである。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an electrode layer formed by laminating a second metal film on a first metal film is formed by being connected to the upper surface of the bonding pad portion to constitute an upper layer of the electrode layer. A metal seed layer is selectively formed on the upper surface and side surfaces of the second metal film, a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer is formed, and then heat treatment is performed to form the solder pattern and the metal seed layer. It is made to react and the solder bump electrode connected with the upper surface and side surface of the 2nd metal film which comprises the upper layer of an electrode layer is formed.
また、本発明による半導体装置の製造方法は、第1の金属膜の上に第2の金属膜を積層してなる再配線層をボンディングパッド部の上面に接続して形成し、再配線層のボンディングパッド部から離れた端部近傍において第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成し、再配線層の上面の金属シード層に接続する半田パターンを形成した後、熱処理を施して半田パターンと金属シード層とを反応させて、再配線層のボンディングパッド部から離れた端部近傍に再配線層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極を形成するものである。 Also, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a rewiring layer formed by laminating a second metal film on a first metal film is formed by connecting to the upper surface of the bonding pad portion. A metal seed layer is selectively formed on the upper surface and side surface of the second metal film in the vicinity of the end away from the bonding pad portion, and a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the redistribution layer is formed, followed by heat treatment And reacting the solder pattern with the metal seed layer to connect the upper surface and the side surface of the second metal film constituting the upper layer of the rewiring layer in the vicinity of the end away from the bonding pad portion of the rewiring layer A bump electrode is formed.
また、本発明による半導体装置の製造方法は、第1の金属膜の上に第2の金属膜を積層してなる電極層をボンディングパッド部の上面に接続して形成し、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成し、電極層の上面の金属シード層に接続する半田パターンを形成した後、熱処理を施して半田パターンと金属シード層とを反応させて、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面と接続する予備半田バンプ電極を形成し、さらに予備半田バンプに接続する半田バンプ電極を形成するものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an electrode layer formed by laminating a second metal film on a first metal film; connecting the upper surface of the bonding pad portion; A metal seed layer is selectively formed on the upper surface and side surfaces of the second metal film to be formed, and a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer is formed, and then heat treatment is performed, so that the solder pattern and the metal seed layer are formed. To form a preliminary solder bump electrode connected to the upper surface and the side surface of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer, and further to form a solder bump electrode connected to the preliminary solder bump.
また、本発明による半導体装置の製造方法は、第1の金属膜の上に第2の金属膜を積層してなる電極層をボンディングパッド部の上面に接続して形成し、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成し、電極層の上層を構成する第2の金属膜の周囲に下部の開口面積が上部の開口面積よりも小さいテーパ形状の開口部を有する絶縁膜を形成し、電極層の上面の金属シード層に接続する半田パターンを形成した後、熱処理を施して半田パターンと金属シード層とを反応させて、電極層の上層を構成する第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極を形成するものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an electrode layer formed by laminating a second metal film on a first metal film; connecting the upper surface of the bonding pad portion; A metal seed layer is selectively formed on the upper and side surfaces of the second metal film constituting the taper, and the lower opening area is smaller than the upper opening area around the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer. After forming an insulating film having a shape-shaped opening and forming a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer, heat treatment is performed to cause the solder pattern and the metal seed layer to react to form an upper layer of the electrode layer The solder bump electrode connected to the upper surface and the side surface of the second metal film that constitutes is formed.
本発明による半導体装置は、ボンディングパッド部を覆う絶縁膜と、絶縁膜に形成されたボンディングパッド部の上面を露出させる第1の開口部と、第1の開口部を介してボンディングパッド部に接続し、第1の金属膜の上に第2の金属膜が形成された積層膜からなる電極層と、第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極とを有するものである。 The semiconductor device according to the present invention is connected to the bonding pad portion through the insulating film covering the bonding pad portion, the first opening portion exposing the upper surface of the bonding pad portion formed in the insulating film, and the first opening portion. And it has the electrode layer which consists of a laminated film in which the 2nd metal film was formed on the 1st metal film, and the solder bump electrode connected to the upper surface and side surface of the 2nd metal film.
また、本発明による半導体装置は、ボンディングパッド部を覆う絶縁膜と、絶縁膜に形成されたボンディングパッド部の上面を露出させる第1の開口部と、第1の開口部を介してボンディングパッド部に接続し、第1の金属膜の上に第2の金属膜が形成された積層膜からなり、絶縁膜上に引き出された再配線層と、ボンディングパッド部から離れた再配線層の端部近傍に第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極とを有するものである。 The semiconductor device according to the present invention includes an insulating film that covers the bonding pad portion, a first opening that exposes the upper surface of the bonding pad portion formed in the insulating film, and the bonding pad portion through the first opening. And a redistribution layer drawn on the insulating film, and an end portion of the redistribution layer remote from the bonding pad portion, and a laminated film in which a second metal film is formed on the first metal film. A solder bump electrode connected to the upper surface and side surface of the second metal film is provided in the vicinity.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
半田バンプ電極のUBMと接続する部分をアンカ形状とすることにより、半田バンプ電極とUBMとの接続強度を向上させることができる。 By making the portion of the solder bump electrode connected to the UBM an anchor shape, the connection strength between the solder bump electrode and the UBM can be improved.
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In this embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.
また、本実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in this embodiment, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless otherwise specified, or in principle limited to a specific number in principle. The number is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. Further, in the present embodiment, it is needless to say that the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable, unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Yes. Similarly, in this embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, etc. substantially, unless otherwise specified, or otherwise considered in principle. It shall include those that are approximate or similar to. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、本実施の形態において、ウエハと言うときは、Si(Silicon)単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、SOI(Silicon On Insulator)ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。 In this embodiment, the term “wafer” mainly refers to a Si (Silicon) single crystal wafer, but not only to this, but also to form an SOI (Silicon On Insulator) wafer and an integrated circuit thereon. It refers to an insulating film substrate or the like. The shape includes not only a circle or a substantially circle but also a square, a rectangle and the like.
また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In all the drawings for explaining the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1による電極層に接続する半田バンプ電極を有する半導体装置の製造方法を図1〜図5を用いて工程順に説明する。図1はCMOSデバイスおよび多層配線を含む半田バンプ電極の要部断面図、図2〜図5はCMOSデバイスを省略した半田バンプ電極のみの要部断面図である。
(Embodiment 1)
A method of manufacturing a semiconductor device having a solder bump electrode connected to an electrode layer according to the first embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of main parts of a solder bump electrode including a CMOS device and a multilayer wiring, and FIGS. 2 to 5 are cross-sectional views of main parts of only the solder bump electrode in which the CMOS device is omitted.
まず、図1に示すように、シリコン単結晶からなる半導体基板(円形の薄い板状に加工した半導体ウエハ)1の主面に所望する半導体素子を形成する。半導体素子としては、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)デバイス、抵抗素子、容量素子等が形成されるが、本実施の形態1ではCMOSデバイスを例示する。なお、CMOSデバイスを構成するpチャネル型のMIS・FET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をpMISと略し、nチャネル型のMIS・FETをnMISと略す。 First, as shown in FIG. 1, a desired semiconductor element is formed on the main surface of a semiconductor substrate (a semiconductor wafer processed into a circular thin plate) 1 made of silicon single crystal. As the semiconductor element, for example, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device, a resistor element, a capacitor element, and the like are formed. In the first embodiment, a CMOS device is exemplified. A p-channel type MIS • FET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) constituting the CMOS device is abbreviated as pMIS, and an n-channel type MIS • FET is abbreviated as nMIS.
半導体基板1の素子分離領域に絶縁膜からなる分離部2を形成した後、半導体基板1にp型の導電性を示す不純物をイオン注入してpウェル3を形成し、同様に、n型の導電性を示す不純物をイオン注入してnウェル4を形成する。続いてnMISおよびpMISを構成するゲート絶縁膜5およびゲート電極6n,6pを形成し、さらにゲート電極6n,6pの側壁にサイドウォール7を形成する。続いてゲート電極6nの両側のpウェル3にn型の導電性を示す不純物をイオン注入し、nMISのソース・ドレインとして機能するn型半導体領域8をゲート電極6nおよびサイドウォール7に対して自己整合的に形成する。同様に、ゲート電極6pの両側のnウェル4にp型の導電性を示す不純物をイオン注入し、pMISのソース・ドレインとして機能するp型半導体領域9をゲート電極6pおよびサイドウォール7に対して自己整合的に形成する。
After the isolation portion 2 made of an insulating film is formed in the element isolation region of the
次に、半導体基板1上に絶縁膜10を形成した後、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより絶縁膜10を加工して接続孔11を形成する。この接続孔11はn型半導体領域8またはp型半導体領域9上などの必要部分に形成する。続いて接続孔11の内部に、例えばW(タングステン)を主導体とするプラグ12を形成した後、プラグ12に接続する第1層目の配線M1を形成する。配線M1は、例えばCuを主導体とし、シングルダマシン法により形成される。さらに上層の第2層目の配線M2から第6層目の配線M6を形成する。配線M2〜M5は、例えばCuを主導体とし、デュエルダマシン法により形成される。配線M6は、例えばAlを主導体とし、半導体基板1上に堆積されたAl膜をレジストパターンをマスクとしたエッチングにより加工することにより形成される。配線M6の厚さは、例えば1μmである。なお、本実施の形態1では、第6層目の配線M6はAlを主導体とするとしたが、Cuを主導体とすることもできる。また配線層を6層としたが、層数はこれに限定されるものではない。
Next, after forming the insulating
次に、第6層目の配線M6上に窒化シリコン膜13aを形成し、窒化シリコン膜13a上に酸化シリコン膜13bを形成する。これら窒化シリコン膜13aおよび酸化シリコン膜13bは、外部からの水分や不純物の侵入防止およびα線の透過の抑制を行うパッシベーション膜14として機能する。続いてレジストパターンをマスクとしたエッチングにより酸化シリコン膜13bおよび窒化シリコン膜13aを順次加工して、第6層目の配線M6の一部であるボンディングパッド部M6aを露出させる第1の開口部C1を形成する。
Next, a
次に、パッシベーション膜14上に開口部C1より大きめの開口を有するレジストパターンを形成し、第1の開口部C1を介してボンディングパッド部M6aに接続する第1の金属膜15を半導体基板1上に形成した後、第1の金属膜15上に第2の金属膜16を形成する。第2の金属膜16としては、半田の拡散を抑制するバリアメタルとして機能する他に、Auとの密着性が良い、半田の拡散が早い、半田の濡れ性が良い等の性質を有する金属膜、例えばNi膜が用いられる。第1の金属膜15としては、半田の拡散を抑制するバリアメタルとして機能する他に、接触電気抵抗が低く、シート抵抗が低い等の性質を有し、さらに上記第2の金属膜16と比較してAuとの密着性が悪い、半田の拡散が遅い、半田の濡れ性が悪い等の性質を有する金属膜、例えばCu膜、Ti膜、TiN膜、TiW膜、Ta膜、W膜、Cr膜等が用いられる。第1の金属膜15の厚さは、例えば3μm、第2の金属膜16の厚さは、例えば3μmである。続いてレジストパターンを除去し、図2に示すように、第1の開口部C1を介してボンディングパッド部M6aに電気的に接続する第1の金属膜15および第2の金属膜16の積層膜からなるUBM(電極層)17を形成する。
Next, a resist pattern having an opening larger than the opening C1 is formed on the
次に、図3に示すように、無電解メッキ法により、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に選択的にAuシード層18を形成する。Auは、第2の金属膜(代表的な材料としては、例えばNi膜)16上には成長しやすいが、第1の金属膜(代表的な材料としては、例えばCu膜)15上には成長しにくいことから、第2の金属膜16の表面に選択的にAuシード層18を形成することができる。Auシード層18の厚さは、例えば0.08μmである。
Next, as shown in FIG. 3, an
次に、図4に示すように、半導体基板1上に樹脂膜19、例えばポリイミド樹脂膜を塗布した後、リソグラフィ法により加工して、UBM17の上面であって、半田バンプ電極が形成される領域のAuシード層18を露出させる第2の開口部C2を形成する。樹脂膜19の厚さは、例えば5μmである。
Next, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、UBM17の上面に第2の開口部C2を介して半田バンプ電極20を形成する。この半田バンプ電極20は外部接続用電極であり、例えば鉛フリー半田が用いられる。また、半田バンプ電極20は、例えば印刷法、メッキ法またはボール法により形成することができる。印刷法では、UBM17上にAuシード層18を介して半田ペーストをマスク印刷した後、リフロー処理により半田ペーストを球形に成形して、UBM17と接続させる。メッキ法では、UBM17上にAuシード層18を介してメッキにより半田層を形成した後、フラックスを塗布し、続いてリフロー処理およびフラックス残渣の除去洗浄により半田層を球形に成形して、UBM17と接続させる。ボール法では、UBM17上にフラックスをマスク印刷した後、フラックス上に半田ボールを搭載し、続いてリフロー処理およびフラックス残渣の除去洗浄により半田ボールをUBM17と接続させる。
Next, as shown in FIG. 5, the
半田バンプ電極20の各形成方法において行われるリフロー処理の条件は、形成方法には関係なく、例えば温度220〜265℃、時間30〜50秒である。このリフロー処理の際、半田パターン(例えば印刷法に用いる半田ペースト、メッキ法に用いる半田層、ボール法に用いる半田ボール)は、第2の金属膜16の上面に形成されたAuシード層18と反応し、さらに樹脂膜19に覆われた第2の金属膜16の側面に形成されたAuシード層18とも反応するので、半田バンプ電極20はUBM17の上層を構成する第2の金属膜16の上面および側面と接続する。従って、UBM17上に半田バンプ電極20が形成されると同時に、半田バンプ電極20のUBM17と接続する部分はアンカ形状となり、例えばアンダーフィルのような補強手段を用いることなく、半田バンプ電極20とUBM17との接続強度を向上させることができる。
The conditions for the reflow process performed in each method for forming the
その後、半導体ウエハから半導体チップに個々に切り分けられ、半導体装置が完成するが、それらの説明は省略する。 Thereafter, the semiconductor wafer is cut into individual semiconductor chips to complete the semiconductor device, but the description thereof is omitted.
このように、本実施の形態1によれば、半田バンプ電極20のUBM(半導体装置のボンディングパッド部M6aに接続する電極層)17と接続する部分をアンカ形状とすることにより、半田バンプ電極20とUBM17との接合界面が補強できて接続強度を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, the portion of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2による再配線層に接続する半田バンプ電極を有する半導体装置の製造方法を図6〜図11に示す半田バンプ電極の要部断面図を用いて工程順に説明する。
(Embodiment 2)
A method for manufacturing a semiconductor device having a solder bump electrode connected to a rewiring layer according to the second embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to cross-sectional views of main parts of the solder bump electrode shown in FIGS.
まず、前述した実施の形態1と同様にして、半導体基板1の主面上に所望する半導体素子を形成する。次に、パッシベーション膜14上に開口部C1より大きめの開口を有するレジストパターンを形成し、半導体基板1上に第1の金属膜15および第2の金属膜16を順次堆積した後、レジストパターンを除去し、図6に示すように、第1の開口部C1を介してボンディングパッド部M6aに電気的に接続し、パッシベーション膜14上に引き出された第1の金属膜15および第2の金属膜16の積層膜からなるUBM(再配線層)21を形成する。
First, in the same manner as in the first embodiment described above, a desired semiconductor element is formed on the main surface of the
次に、図7に示すように、半導体基板1上に樹脂膜22を塗布した後、リソグラフィ法により加工して、半田バンプ電極が形成される領域のUBM21を露出させる第2の開口部C2を形成する。このとき、半田バンプ電極が形成される領域は、ボンディングパッド部M6aから離れたUBM21の端部近傍とし、その領域のUBM21の側面が露出するように第2の開口部C2を形成する。UBM21と樹脂膜22との隙間(図中のL)は、例えば5μmである。
Next, as shown in FIG. 7, after the
次に、図8に示すように、無電解メッキ法により、露出したUBM21の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に選択的にAuシード層18を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, an
次に、図9に示すように、樹脂膜22を除去する。続いて図10に示すように、半導体基板1上に樹脂膜19、例えばポリイミド樹脂膜を塗布した後、リソグラフィ法により加工して、UBM21の上面であって、半田バンプ電極が形成される領域のAuシード層18を露出させる第3の開口部C3を形成する。樹脂膜19の厚さは、例えば5μmである。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図11に示すように、UBM17の上面に、前述した実施の形態1と同様にして、例えば印刷法、メッキ法またはボール法により第3の開口部C3を介して半田バンプ電極23を形成する。半田バンプ電極23の形成過程において行われるリフロー処理の際、半田パターン(例えば印刷法に用いる半田ペースト、メッキ法に用いる半田層、ボール法に用いる半田ボール)は、第2の金属膜16の上面に形成されたAuシード層18と反応し、さらに樹脂膜19に覆われた第2の金属膜16の側面に形成されたAuシード層18とも反応するので、半田バンプ電極23は、第3の開口部C3を介してUBM21の上層を構成する第2の金属膜16の上面および側面と接続する。従って、UBM21上に半田バンプ電極23が形成されると同時に、半田バンプ電極23のUBM21と接続する部分はアンカ形状となり、例えばアンダーフィルのような補強手段を用いることなく、半田バンプ電極23とUBM21との接続強度を向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 11, the
このように、本実施の形態2によれば、半田バンプ電極23のUBM(半導体装置のボンディングパッド部M6aに接続する再配線層)21と接続する部分をアンカ形状とすることにより、半田バンプ電極23とUBM21との接合界面が補強できて接続強度を向上させることができる。
As described above, according to the second embodiment, the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3による電極層に接続する半田バンプ電極を有する半導体装置の製造方法を図12〜図15に示す半田バンプ電極の要部断面図を用いて工程順に説明する。
(Embodiment 3)
A method of manufacturing a semiconductor device having a solder bump electrode connected to the electrode layer according to the third embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to cross-sectional views of the main part of the solder bump electrode shown in FIGS.
まず、前述した実施の形態1と同様にして、半導体基板1の主面上に所望する半導体素子を形成した後、第1の開口部C1を介してボンディングパッド部M6aに電気的に接続する第1の金属膜15および第2の金属膜16の積層膜からなるUBM(電極層)17を形成する。さらに、図12に示すように、無電解メッキ法により、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に選択的にAuシード層18を形成する。
First, in the same manner as in the first embodiment described above, a desired semiconductor element is formed on the main surface of the
次に、図13に示すように、例えば印刷法またはメッキ法により、UBM17の上面に半田パターンを形成し、この半田パターンと、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に形成されたAuシード層18とを反応させて、第2の金属膜16を覆う予備半田バンプ電極(第1の半田バンプ電極)24を形成する。予備半田バンプ電極24のUBM17と接続する部分はアンカ形状となる。
Next, as shown in FIG. 13, a solder pattern is formed on the upper surface of the
次に、図14に示すように、半導体基板1上に樹脂膜19、例えばポリイミド樹脂膜を塗布した後、リソグラフィ法により加工して、予備半田バンプ電極24の上面を露出させる。続いて図15に示すように、予備半田バンプ電極24の上面に、例えば印刷法、メッキ法またはボール法により半田バンプ電極(第2の半田バンプ電極)25を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, a
このように、本実施の形態3によれば、前述した実施の形態1と同様に、半田バンプ電極25のUBM17と接続する部分をアンカ形状とすることにより、半田バンプ電極25とUBM17との接合界面が補強できて接続強度を向上させることができる。
As described above, according to the third embodiment, similarly to the first embodiment described above, the portion of the
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4による電極層に接続する半田バンプ電極を有する半導体装置の製造方法を図16〜図19に示す半田バンプ電極の要部断面図を用いて工程順に説明する。
(Embodiment 4)
A method of manufacturing a semiconductor device having a solder bump electrode connected to the electrode layer according to the fourth embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to cross-sectional views of the main part of the solder bump electrode shown in FIGS.
まず、前述した実施の形態1と同様にして、半導体基板1の主面上に所望する半導体素子を形成した後、第1の開口部C1を介してボンディングパッド部M6aに電気的に接続する第1の金属膜15および第2の金属膜16の積層膜からなるUBM(電極層)17を形成する。さらに、図16に示すように、半導体基板1上に第1の樹脂膜26、例えばポリイミド樹脂膜を塗布した後、リソグラフィ法により加工して、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)を露出させる。
First, in the same manner as in the first embodiment described above, a desired semiconductor element is formed on the main surface of the
次に、図17に示すように、無電解メッキ法により、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に選択的にAuシード層18を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, an
次に、図18に示すように、半導体基板1上に第2の樹脂膜27、例えばポリイミド樹脂膜を塗布する。続いて第2の樹脂膜27をリソグラフィ法により加工して、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の周囲に空間(例えばNSDM(Non Solder Mask Defined)に類似した構造)を有する第2の開口部C2を形成し、UBM17の上層を構成する第2の金属膜16の表面(上面および側面)に形成されたAuシード層18を露出させる。このとき、第2の開口部C2の形状を下部から上部に従ってしだいに開口面積が小さくなるテーパ状とする。
Next, as shown in FIG. 18, a
次に、図19に示すように、UBM17の上面に、例えば印刷法、メッキ法またはボール法により第2の開口部C2を介して半田バンプ電極28を形成する。半田バンプ電極28はUBM17の上層を構成する第2の金属膜16の周囲のテーパ状の空間にも形成されて、半田バンプ電極28のUBM17と接続する部分はアンカ形状となる。
Next, as shown in FIG. 19, a
このように、本実施の形態4によれば、前述した実施の形態1と同様に、半田バンプ電極28のUBM17と接続する部分をアンカ形状とすることにより、半田バンプ電極28とUBM17との接合界面が補強できて接続強度を向上させることができる。
Thus, according to the fourth embodiment, as in the first embodiment described above, the portion of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、前記実施の形態では、ウエハ状態のまま作られるウエハレベルCSPに適用した半田バンプ電極について説明したが、半導体装置が実装されるインターポーザまたはパッケージ基板等に形成される半田バンプ電極にも適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the solder bump electrode applied to the wafer level CSP produced in the wafer state has been described. However, the present invention also applies to the solder bump electrode formed on the interposer or the package substrate on which the semiconductor device is mounted. be able to.
本発明は、半導体装置の製造過程における端子接続用の半田バンプ電極の形成に適用することができる。 The present invention can be applied to the formation of solder bump electrodes for terminal connection in the manufacturing process of a semiconductor device.
1 半導体基板
2 分離部
3 pウェル
4 nウェル
5 ゲート絶縁膜
6n,6p ゲート電極
7 サイドウォール
8 n型半導体領域
9 p型半導体領域
10 絶縁膜
11 接続孔
12 プラグ
13a 窒化シリコン膜
13b 酸化シリコン膜
14 パッシベーション膜
15 第1の金属膜
16 第2の金属膜
17 UBM(電極層)
18 Auシード層
19 樹脂膜
20 半田バンプ電極
21 UBM(再配線層)
22 樹脂膜
23 半田バンプ電極
24 予備半田バンプ電極(第1の半田バンプ電極)
25 半田バンプ電極(第2の半田バンプ電極)
26 第1の樹脂膜
27 第2の樹脂膜
28 半田バンプ電極
C1〜C3 開口部
M1〜M6 配線
M6a ボンディングパッド部
DESCRIPTION OF
18
22
25 Solder bump electrode (second solder bump electrode)
26
Claims (16)
(b)前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する第1の金属膜を前記半導体基板上に形成した後、前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
(c)前記第2の金属膜および前記第1の金属膜を順次加工して、前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する前記第1および第2の金属膜からなる電極層を形成する工程と、
(d)前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成する工程と、
(e)前記金属シード層を覆う樹脂膜を前記半導体基板上に形成した後、前記電極層の上面の前記金属シード層を露出させる第2の開口部を前記樹脂膜に形成する工程と、
(f)前記第2の開口部を介して前記電極層の上面の前記金属シード層に接続する半田パターンを形成する工程と、
(g)前記半導体基板に熱処理を施して前記半田パターンと前記金属シード層とを反応させて、前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極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。 (A) forming an insulating film covering the bonding pad portion on the semiconductor substrate, and then forming a first opening in the insulating film to expose the bonding pad portion;
(B) A first metal film connected to the bonding pad portion via the first opening is formed on the semiconductor substrate, and then a second metal film is formed on the first metal film. Process,
(C) An electrode composed of the first and second metal films which is sequentially processed through the second metal film and the first metal film and is connected to the bonding pad portion through the first opening. Forming a layer;
(D) a step of selectively forming a metal seed layer on the upper and side surfaces of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer;
(E) after forming a resin film covering the metal seed layer on the semiconductor substrate, forming a second opening in the resin film to expose the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer;
(F) forming a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer through the second opening;
(G) heat treating the semiconductor substrate to cause the solder pattern and the metal seed layer to react with each other to form solder bump electrodes connected to the upper surface and side surfaces of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer; A method of manufacturing a semiconductor device.
(b)前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する第1の金属膜を前記半導体基板上に形成した後、前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
(c)前記第2の金属膜および前記第1の金属膜を順次加工して、前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続するとともに前記絶縁膜上に引き出された前記第1および第2の金属膜からなる再配線層を形成する工程と、
(d)前記再配線層を覆う第1の樹脂膜を前記半導体基板上に形成した後、前記再配線層の前記ボンディングパッド部から離れた端部近傍に、前記再配線層を露出させる第2の開口部を前記第1の樹脂膜に形成する工程と、
(e)前記第2の開口部から露出する前記再配線層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成する工程と、
(f)前記第1の樹脂膜を除去する工程と、
(g)前記金属シード層を覆う第2の樹脂膜を前記半導体基板上に形成した後、前記再配線層の上面の前記金属シード層を露出させる第3の開口部を前記第2の樹脂膜に形成する工程と、
(h)前記第3の開口部を介して前記再配線層の上面の前記金属シード層に接続する半田パターンを形成する工程と、
(i)前記半導体基板に熱処理を施して前記半田パターンと前記金属シード層とを反応させて、前記再配線層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極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。 (A) forming an insulating film covering the bonding pad portion on the semiconductor substrate, and then forming a first opening in the insulating film to expose the bonding pad portion;
(B) A first metal film connected to the bonding pad portion via the first opening is formed on the semiconductor substrate, and then a second metal film is formed on the first metal film. Process,
(C) The second metal film and the first metal film are sequentially processed to be connected to the bonding pad portion through the first opening and to be drawn on the insulating film. And a step of forming a rewiring layer made of the second metal film,
(D) After forming a first resin film covering the redistribution layer on the semiconductor substrate, the second redistribution layer is exposed in the vicinity of the end of the redistribution layer away from the bonding pad portion. Forming the opening of the first resin film,
(E) forming a metal seed layer selectively on the top and side surfaces of the second metal film constituting the upper layer of the redistribution layer exposed from the second opening;
(F) removing the first resin film;
(G) After forming a second resin film covering the metal seed layer on the semiconductor substrate, a third opening exposing the metal seed layer on the upper surface of the redistribution layer is formed in the second resin film. Forming the step,
(H) forming a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the redistribution layer through the third opening;
(I) A solder bump electrode which is connected to the upper surface and the side surface of the second metal film constituting the upper layer of the redistribution layer by applying heat treatment to the semiconductor substrate to react the solder pattern with the metal seed layer Forming a semiconductor device. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する第1の金属膜を前記半導体基板上に形成した後、前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
(c)前記第2の金属膜および前記第1の金属膜を順次加工して、前記開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する前記第1および第2の金属膜からなる電極層を形成する工程と、
(d)前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成する工程と、
(e)前記電極層の上面の前記金属シード層に接続する半田パターンを形成する工程と、
(f)前記半導体基板に熱処理を施して前記半田パターンと前記金属シード層とを反応させて、前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する第1の半田バンプ電極を形成する工程と、
(g)前記半導体基板上に樹脂膜を形成した後、前記第1の半田バンプ電極の上面を露出する工程と、
(h)前記第1の半田バンプ電極の上面に接続する第2の半田バンプ電極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。 (A) after forming an insulating film covering the bonding pad portion on the semiconductor substrate, forming an opening in the insulating film to expose the bonding pad portion;
(B) forming a second metal film on the first metal film after forming a first metal film connected to the bonding pad portion through the opening on the semiconductor substrate;
(C) The second metal film and the first metal film are sequentially processed to form an electrode layer composed of the first and second metal films connected to the bonding pad portion through the opening. And a process of
(D) a step of selectively forming a metal seed layer on the upper and side surfaces of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer;
(E) forming a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer;
(F) a first solder that heat-treats the semiconductor substrate to cause the solder pattern and the metal seed layer to react with each other and to connect with an upper surface and a side surface of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer; Forming bump electrodes;
(G) exposing a top surface of the first solder bump electrode after forming a resin film on the semiconductor substrate;
(H) forming a second solder bump electrode connected to the upper surface of the first solder bump electrode.
(b)前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する第1の金属膜を前記半導体基板上に形成した後、前記第1の金属膜上に第2の金属膜を形成する工程と、
(c)前記第2の金属膜および前記第1の金属膜を順次加工して、前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続する前記第1および第2の金属膜からなる電極層を形成する工程と、
(d)前記電極層を覆う第1の樹脂膜を前記半導体基板上に形成した後、前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面を露出させる工程と、
(e)前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面に選択的に金属シード層を形成する工程と、
(f)前記金属シード層を覆う第2の樹脂膜を前記半導体基板上に形成した後、前記金属シード層を露出させ、下部の開口面積が上部の開口面積よりも小さいテーパ形状の第2の開口部を前記第2の樹脂膜に形成する工程と、
(g)前記第2の開口部を介して前記電極層の上面の前記金属シード層に接続する半田パターンを形成する工程と、
(h)前記半導体基板に熱処理を施して前記半田パターンと前記金属シード層とを反応させて、前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極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。 (A) forming an insulating film covering the bonding pad portion on the semiconductor substrate, and then forming a first opening in the insulating film to expose the bonding pad portion;
(B) A first metal film connected to the bonding pad portion via the first opening is formed on the semiconductor substrate, and then a second metal film is formed on the first metal film. Process,
(C) An electrode composed of the first and second metal films which is sequentially processed through the second metal film and the first metal film and is connected to the bonding pad portion through the first opening. Forming a layer;
(D) after forming a first resin film covering the electrode layer on the semiconductor substrate, exposing the upper surface and side surfaces of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer;
(E) a step of selectively forming a metal seed layer on an upper surface and a side surface of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer;
(F) forming a second resin film covering the metal seed layer on the semiconductor substrate, exposing the metal seed layer, and forming a second tapered shape in which a lower opening area is smaller than an upper opening area; Forming an opening in the second resin film;
(G) forming a solder pattern connected to the metal seed layer on the upper surface of the electrode layer through the second opening;
(H) A solder bump electrode connected to an upper surface and a side surface of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer by reacting the solder pattern with the metal seed layer by performing a heat treatment on the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記絶縁膜に形成された前記ボンディングパッド部の上面を露出させる第1の開口部と、
前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続し、第1の金属膜の上に第2の金属膜が形成された積層膜からなる電極層と、
前記電極層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極とを有することを特徴とする半導体装置。 An insulating film covering the bonding pad,
A first opening exposing an upper surface of the bonding pad portion formed in the insulating film;
An electrode layer comprising a laminated film in which a second metal film is formed on the first metal film, connected to the bonding pad part via the first opening;
A semiconductor device comprising: a solder bump electrode connected to an upper surface and a side surface of the second metal film constituting the upper layer of the electrode layer.
前記絶縁膜に形成された前記ボンディングパッド部の上面を露出させる第1の開口部と、
前記第1の開口部を介して前記ボンディングパッド部に接続し、第1の金属膜の上に第2の金属膜が形成された積層膜からなり、前記絶縁膜上に引き出された再配線層と、
前記ボンディングパッド部から離れた前記再配線層の端部近傍に、前記再配線層の上層を構成する前記第2の金属膜の上面および側面と接続する半田バンプ電極とを有することを特徴とする半導体装置。 An insulating film covering the bonding pad,
A first opening exposing an upper surface of the bonding pad portion formed in the insulating film;
A rewiring layer that is connected to the bonding pad portion through the first opening, is a laminated film in which a second metal film is formed on the first metal film, and is drawn out on the insulating film When,
A solder bump electrode connected to an upper surface and a side surface of the second metal film constituting the upper layer of the redistribution layer is provided in the vicinity of the end of the redistribution layer away from the bonding pad portion. Semiconductor device.
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