JP2009044077A - Semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has a bump electrode whose surface is flat, and to provide a method of manufacturing the semiconductor device. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a semiconductor chip 11 where an electrode pad 13 is formed on the surface, an upper wiring layer 17 which is arranged on the electrode pad 13, with the upper surface facing the semiconductor chip 11, being flat, a passivation film 15 which is flush with the upper surface of the upper wiring layer 17 to contact the side surface of the upper wiring layer 17, for covering the surface of the semiconductor chip 11, a bump base material metal 21 which is arranged on the upper wiring layer 17 and the passivation film 15 around the upper wiring layer 17, being connected to the upper wiring layer 17, and a gold bump 25 having a specified film thickness which is arranged on the bump base material metal 21, being flat, to share the side surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、バンプ電極を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a bump electrode and a method for manufacturing the semiconductor device.

液晶表示装置(LCD)に使用されるLCDドライバ用半導体チップは、小型化及び/または高精細化等への対応が要求されている。LCDドライバのパッケージとしてTCP(Tape Carrier Package)等が採用され、COF(Chip on Film)等において、LCDドライバ用半導体チップに形成されたバンプ電極が、インナリードとILB(Inner Lead Bonding)法等で接続されることが多い。COFは、小型化・薄型化が可能で、微細ピッチ化に適しているとして知られている。   A semiconductor chip for an LCD driver used in a liquid crystal display (LCD) is required to cope with downsizing and / or high definition. TCP (Tape Carrier Package) etc. are adopted as the LCD driver package. In COF (Chip on Film) etc., bump electrodes formed on the LCD driver semiconductor chip are formed by inner lead and ILB (Inner Lead Bonding) method etc. Often connected. COF is known as being suitable for fine pitching because it can be reduced in size and thickness.

半導体チップのバンプ電極を微細ピッチに対応するために、従来技術で用いられているレジストではなく、シラノール化合物を用いて、バンプ電極の寸法精度を上げる製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   A manufacturing method is disclosed in which the dimensional accuracy of a bump electrode is increased by using a silanol compound instead of a resist used in the prior art in order to cope with a fine pitch of a bump electrode of a semiconductor chip (for example, Patent Documents). 1).

この開示された製造方法では、バンプ電極の寸法精度を上げることが可能と考えられるが、バンプ電極となる、例えば、金バンプは、チップ上部の電極パッド、その上のパシベーション膜、パシベーション膜の段差を有する開口で接続されて、その上に配置されたUBM(Under Bump Metal)膜の段差形状を反映して、周辺部で高く、中央部で低い表面形状を有している。この表面の凹凸は、例えば、インナリードと接続する場合、金バンプの中央部がインナリードと十分に接触できず、接続不良となる問題を有している。そして、金バンプの中央部をリードと十分に接触させるために、荷重をかけると、より多くのつぶれが発生し、隣接する金バンプと接触するという問題が起こる。
特開2005−322735号公報(第4頁、図2)
In this disclosed manufacturing method, it is considered possible to increase the dimensional accuracy of the bump electrode. For example, a gold bump is an electrode pad on the top of the chip, a passivation film on the chip, and a step of the passivation film. Reflecting the stepped shape of the UBM (Under Bump Metal) film disposed on the substrate, the surface shape is high at the peripheral portion and low at the central portion. For example, when the surface irregularities are connected to the inner lead, the central portion of the gold bump cannot sufficiently contact the inner lead, resulting in a connection failure. When a load is applied in order to bring the central portion of the gold bump into sufficient contact with the lead, more collapse occurs, causing a problem of contact with the adjacent gold bump.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-322735 (page 4, FIG. 2)

本発明は、表面が平坦なバンプ電極を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。   The present invention provides a semiconductor device having a bump electrode with a flat surface and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明の一態様の半導体装置は、表面に電極パッドが形成された半導体チップと、前記電極パッドの上に配置され、前記半導体チップと対向する上面が平面をなす上部配線層と、前記上部配線層の上面と同一面をなし、前記上部配線層の側面と接し、前記半導体チップの表面を被う絶縁膜と、前記上部配線層及び前記上部配線層の周囲の前記絶縁膜の上に配置され、前記上部配線層と接続された金属膜と、平面をなす前記金属膜の上に前記金属膜と側面を共有して配置され、所定の膜厚の金属バンプとを備えていることを特徴とする。   A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor chip having an electrode pad formed on a surface thereof, an upper wiring layer disposed on the electrode pad and having a flat upper surface facing the semiconductor chip, and the upper wiring An insulating film that is flush with an upper surface of the layer, is in contact with a side surface of the upper wiring layer, and covers the surface of the semiconductor chip; and is disposed on the insulating film around the upper wiring layer and the upper wiring layer. A metal film connected to the upper wiring layer; and a metal bump having a predetermined film thickness disposed on the metal film forming a plane, sharing the side surface with the metal film. To do.

また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、半導体チップが欠けることなく配列可能な半導体基板のチップ形成有効領域内の表面に電極パッドを形成し、前記電極パッド上に開口を有する絶縁膜を形成する工程と、前記電極パッド及び前記絶縁膜の上に導電膜を堆積し、前記導電膜の上面が前記絶縁膜の上面と同一平面となるように平坦化された上部配線層を形成する工程と、前記絶縁膜及び前記上部配線層の上に、金属膜を堆積する工程と、前記チップ形成有効領域内に、前記金属膜を介して前記上部配線層上に第1の金属バンプを形成し、同時に、前記半導体基板の前記チップ形成有効領域に隣接する領域に、前記金属膜上に第2の金属バンプを形成する工程と、前記第2の金属バンプの硬度を測定する工程とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which an electrode pad is formed on a surface in a chip formation effective region of a semiconductor substrate that can be arranged without chipping a semiconductor chip, and an opening is formed on the electrode pad. Forming a film, and depositing a conductive film on the electrode pad and the insulating film, and forming an upper wiring layer flattened so that an upper surface of the conductive film is flush with an upper surface of the insulating film A step of depositing a metal film on the insulating film and the upper wiring layer, and a first metal bump on the upper wiring layer via the metal film in the chip formation effective region. And simultaneously forming a second metal bump on the metal film in a region adjacent to the chip formation effective region of the semiconductor substrate and measuring a hardness of the second metal bump. To have And butterflies.

本発明によれば、表面が平坦なバンプ電極を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a semiconductor device which has a bump electrode with a flat surface, and a semiconductor device can be provided.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、図において、同一の構成要素には同一の符号を付す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施例に係る半導体装置について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は半導体装置の構成を模式的に示す図で、図1(a)は断面図、図1(b)は平面図である。図2は半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。図3は、図2に続く半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。図4は、半導体装置をインナリードと接続した構成を模式的に示す図で、図4(a)は断面図、図4(b)は平面図である。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating a configuration of a semiconductor device, in which FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method following FIG. 2 in the order of steps. 4A and 4B are diagrams schematically showing a configuration in which a semiconductor device is connected to an inner lead. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a plan view.

図1に示すように、半導体装置1は、表面に電極パッド13が形成された半導体チップ11と、電極パッド13の上に配置され、半導体チップ11と対向する上面が実質的に平面をなす上部配線層17と、上部配線層17の上面と実質的に同一面をなし、上部配線層17の側面と接し、半導体チップ11の表面を被うパシベーション膜15と、上部配線層17及び上部配線層17の周囲のパシベーション膜15の上に配置され、上部配線層17と接続された金属膜であるバンプ下地金属(UBM)21と、平面をなすバンプ下地金属21の上に側面を共有して配置され、膜厚がほぼ一定の金属バンプである金バンプ25とを備えている。なお、半導体チップ11表面に立てた垂線において、半導体チップ側を下または底、金バンプ25側を上とする。   As shown in FIG. 1, a semiconductor device 1 includes a semiconductor chip 11 having an electrode pad 13 formed on the surface thereof, and an upper portion disposed on the electrode pad 13 and having an upper surface that faces the semiconductor chip 11 being substantially flat. A passivation film 15 that is substantially flush with the upper surface of the wiring layer 17 and is in contact with the side surface of the upper wiring layer 17 and covers the surface of the semiconductor chip 11, the upper wiring layer 17, and the upper wiring layer A bump base metal (UBM) 21 which is a metal film connected to the upper wiring layer 17 and a bump base metal 21 having a flat surface is disposed on the passivation film 15 around the base plate 17. And a gold bump 25 which is a metal bump having a substantially constant film thickness. Note that, in the vertical line standing on the surface of the semiconductor chip 11, the semiconductor chip side is the bottom or bottom, and the gold bump 25 side is the top.

図1(a)に示す断面図は、図1(b)に示すA−A線に沿った断面図である。半導体チップ11の表面へ投影すると、すなわち、図1(b)の平面図に示すように、金バンプ25の平面的な大きさは、上部配線層17の平面的な大きさより大きく、電極パッド13の平面的な大きさより小さい関係にある。   The cross-sectional view shown in FIG. 1A is a cross-sectional view along the line AA shown in FIG. When projected onto the surface of the semiconductor chip 11, that is, as shown in the plan view of FIG. 1B, the planar size of the gold bump 25 is larger than the planar size of the upper wiring layer 17, and the electrode pad 13. It is smaller than the planar size.

次に、半導体装置1の製造方法について説明する。ここで、各構成要素の材料等についても説明する。図2(a)に示すように、半導体チップ11は、図示を省略するが、例えば、シリコンからなる半導体基板の表面に半導体素子等が形成され、半導体素子等を被うように層間絶縁膜及び配線層が形成され、最上部のAlまたはAl合金からなる配線層に電極パッド13が形成されている。半導体チップ11は、表面にシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が積層されたパシベーション膜15が形成され、電極パッド13を金バンプ25と接続するための開口14が、電極パッド13の上面の内側に、フォトリソグラフィ法により形成されている。なお、電極パッド13は、他に、Cu、または、Cu合金等であってもよいし、パシベーション膜15は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、または、ポリイミド樹脂等の有機絶縁膜等が可能である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described. Here, the material of each component will be described. As shown in FIG. 2A, the semiconductor chip 11 is not shown in the figure, but, for example, a semiconductor element or the like is formed on the surface of a semiconductor substrate made of silicon, and an interlayer insulating film and A wiring layer is formed, and electrode pads 13 are formed on the wiring layer made of Al or Al alloy at the top. The semiconductor chip 11 has a passivation film 15 formed by laminating a silicon oxide film and a silicon nitride film on the surface, and an opening 14 for connecting the electrode pad 13 to the gold bump 25 is formed inside the upper surface of the electrode pad 13. It is formed by a photolithography method. In addition, the electrode pad 13 may be Cu, Cu alloy, or the like, and the passivation film 15 may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or an organic insulating film such as polyimide resin. is there.

図2(b)に示すように、半導体チップ11の表面に電極パッド13と同様な材料、例えば、Al合金からなる上部配線層17となる層を、スパッタリング法にて堆積する。膜厚は、開口14の段差より厚くする。   As shown in FIG. 2B, a material similar to the electrode pad 13, for example, a layer to be the upper wiring layer 17 made of an Al alloy is deposited on the surface of the semiconductor chip 11 by a sputtering method. The film thickness is made thicker than the step of the opening 14.

図2(c)に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法にて、開口14を埋めた上部配線層17の上面と、パシベーション膜15の上面とが、実質的に同一平面をなすように加工する。つまり、上部配線層17は、開口14及び開口14周辺においては、開口14の中にしか残らないようにする。実質的に同一平面をなす領域は、後述の金バンプ25を配置する領域を含む領域である。なお、上部配線層17の上面が平坦に加工されるまで、パシベーション膜15の上面を研磨することが可能なら、上部配線層17の堆積時の膜厚は、必ずしも、開口14の段差より厚くなくてもよい。   As shown in FIG. 2C, the upper surface of the upper wiring layer 17 filling the opening 14 and the upper surface of the passivation film 15 are substantially flush with each other by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Process. That is, the upper wiring layer 17 is left only in the opening 14 around the opening 14 and the opening 14. The region that is substantially coplanar is a region that includes a region where a gold bump 25 described later is disposed. If the upper surface of the passivation film 15 can be polished until the upper surface of the upper wiring layer 17 is processed to be flat, the film thickness when the upper wiring layer 17 is deposited is not necessarily thicker than the step of the opening 14. May be.

図2(d)に示すように、パシベーション膜15及び上部配線層17の上面全面に、高融点金属であるTi及びPdの2層からなるバンプ下地金属21を、例えば、スパッタリング法にて堆積する。バンプ下地金属21は、電解めっき法において所定の電位を与えるためのもの、また、バリアメタルであって、他に、TiW及びAuの2層構造等とすることも可能である。少なくとも、金バンプ25を配置する領域のバンプ下地金属21の上面は平坦である。   As shown in FIG. 2D, a bump base metal 21 composed of two layers of Ti and Pd, which are refractory metals, is deposited on the entire upper surfaces of the passivation film 15 and the upper wiring layer 17 by, for example, a sputtering method. . The bump base metal 21 is used for applying a predetermined potential in the electrolytic plating method, and is a barrier metal. In addition, a two-layer structure of TiW and Au can be used. At least the upper surface of the bump base metal 21 in the region where the gold bump 25 is disposed is flat.

図3(a)に示すように、バンプ下地金属21の上面に、レジスト23を塗布し、フォトリソグラフィ法により、金バンプ25を形成する領域に、バンプ下地金属21に達するレジスト23の開口22を形成する。開口22の底面のバンプ下地金属21は実質的に平面をなしている。開口22の段差、つまり、開口22の周辺のレジスト23の上面は、後述の金バンプ25の上面より、高い位置となるように形成されている。   As shown in FIG. 3A, a resist 23 is applied to the upper surface of the bump base metal 21, and an opening 22 of the resist 23 reaching the bump base metal 21 is formed in a region where the gold bump 25 is formed by photolithography. Form. The bump base metal 21 on the bottom surface of the opening 22 is substantially flat. The step of the opening 22, that is, the upper surface of the resist 23 around the opening 22 is formed to be higher than the upper surface of a gold bump 25 described later.

図3(b)に示すように、底部にバンプ下地金属21が露出した開口22の内部に、金イオンや金錯イオンを含む電解質をめっき液として、電解(電気)めっき法により、金からなる析出層、すなわち、金バンプ25を形成する。金バンプ25は、膜厚、すなわち、バンプ下地金属21からの高さがほぼ一定となり、レジスト23の膜厚を越えることはない。   As shown in FIG. 3B, the inside of the opening 22 where the bump base metal 21 is exposed at the bottom is made of gold by an electrolytic (electric) plating method using an electrolyte containing gold ions or gold complex ions as a plating solution. A deposited layer, that is, a gold bump 25 is formed. The thickness of the gold bump 25, that is, the height from the bump base metal 21 is substantially constant, and does not exceed the thickness of the resist 23.

図1(a)に示すように、レジスト23が、例えば、アルカリ系の剥離液で除去され、その後、金バンプ25をマスクとして、バンプ下地金属21のPd及びTiが、例えば、王水および弗酸で、それぞれエッチングされ、バンプ下地金属21の上に、バンプ下地金属21の側面とほぼ同じ側面を有する金バンプ25が形成された半導体装置1が完成する。なお、Pdのエッチング液は、ヨウ素系、または、シアン系等であってもよいし、Tiのエッチングは、フッ化アンモニウム系液等の使用、または、ドライエッチングが可能である。また、Pdをエッチングする際に、金バンプ25もエッチングされるが、エッチングされる分だけ予め余分に形成することにより、所望の金バンプ25が得られる。   As shown in FIG. 1A, the resist 23 is removed with, for example, an alkaline stripping solution, and then, with the gold bumps 25 as a mask, the Pd and Ti of the bump base metal 21 are, for example, aqua regia and fluorine. The semiconductor device 1 in which the gold bumps 25 each having the same side surface as the side surface of the bump base metal 21 is formed on the bump base metal 21 by etching with an acid is completed. The Pd etching solution may be iodine-based or cyan-based, and Ti etching can be performed using an ammonium fluoride-based solution or dry etching. In addition, when the Pd is etched, the gold bumps 25 are also etched. However, the desired gold bumps 25 can be obtained by forming extra portions in advance for the etching.

金バンプ25の高さ(膜厚)は約15μm、図1の左右方向に示す幅は約18μm、金バンプ25間のピッチ(図示略)は約25μmである。電極パッド13の側面は、金バンプ25の側面の投影位置から、約2〜3μm外側にある。上部配線層17の側面は、金バンプ25の側面の投影位置から、約3〜5μm内側にある。なお、これらの寸法は、目的により、適宜、変更可能である。   The height (film thickness) of the gold bumps 25 is about 15 μm, the width shown in the left-right direction in FIG. 1 is about 18 μm, and the pitch (not shown) between the gold bumps 25 is about 25 μm. The side surface of the electrode pad 13 is about 2 to 3 μm outside from the projected position of the side surface of the gold bump 25. The side surface of the upper wiring layer 17 is about 3 to 5 μm inside from the projection position of the side surface of the gold bump 25. These dimensions can be changed as appropriate according to the purpose.

上述したように、半導体装置1は、表面に電極パッド13が形成された半導体チップ11、電極パッド13の上に配置され、半導体チップ11と対向する上面が実質的に平面をなす上部配線層17、上部配線層17の上面と実質的に同一面をなし、上部配線層17の側面と接し、半導体チップ11の表面を被うパシベーション膜15、上部配線層17及び上部配線層17の周囲のパシベーション膜15の上に配置され、上部配線層17と接続されたバンプ下地金属21、及び平面をなすバンプ下地金属21の上に側面を共有して配置され、膜厚がほぼ一定の金バンプ25とを備えている。   As described above, the semiconductor device 1 is disposed on the semiconductor chip 11 having the electrode pad 13 formed on the surface thereof and the electrode pad 13, and the upper wiring layer 17 whose upper surface facing the semiconductor chip 11 is substantially planar. The passivation film 15 that is substantially flush with the upper surface of the upper wiring layer 17, is in contact with the side surface of the upper wiring layer 17 and covers the surface of the semiconductor chip 11, and the passivation around the upper wiring layer 17 and the upper wiring layer 17. The bump base metal 21 disposed on the film 15 and connected to the upper wiring layer 17 and the bump base metal 21 having a flat surface and the gold bump 25 having a substantially constant film thickness are disposed on the side surface. It has.

つまり、半導体装置1は、上部配線層17とパシベーション膜15とがなす面が平坦なのでバンプ下地金属21が平坦、バンプ下地金属21が平坦なので金バンプ25の底面が平坦、金の膜厚がほぼ一定なので金バンプ25の露出した表面、すなわち上面が平坦となる。   That is, in the semiconductor device 1, since the surface formed by the upper wiring layer 17 and the passivation film 15 is flat, the bump base metal 21 is flat, and since the bump base metal 21 is flat, the bottom surface of the gold bump 25 is flat and the gold film thickness is almost equal. Since it is constant, the exposed surface, that is, the upper surface of the gold bump 25 becomes flat.

次に、半導体装置1をパッケージに実装した形態を説明する。図4(a)及び図4(b)は、図1(a)及び図1(b)にそれぞれ対応し、図4(a)に示す断面図は、図4(b)に示すB−B線に沿った断面図である。図4に示すように、半導体装置1の金バンプ25とCOFテープ(図示略)に形成されたインナリード31とは、1対1で接続される。図4(b)の左右方向に示すインナリード31の幅は金バンプ25の幅より小さく形成され、図4(b)の上下方向に示すインナリード31の長さは金バンプ25の長さを越えて配置されている。   Next, a form in which the semiconductor device 1 is mounted on a package will be described. 4 (a) and 4 (b) correspond to FIGS. 1 (a) and 1 (b), respectively, and the cross-sectional view shown in FIG. 4 (a) is BB shown in FIG. 4 (b). It is sectional drawing along a line. As shown in FIG. 4, the gold bumps 25 of the semiconductor device 1 and the inner leads 31 formed on the COF tape (not shown) are connected on a one-to-one basis. The width of the inner lead 31 shown in the left-right direction in FIG. 4B is formed smaller than the width of the gold bump 25, and the length of the inner lead 31 shown in the vertical direction in FIG. It is arranged beyond.

インナリード31は、例えば、CuまたはCu合金が使用され、表面にはSnがめっきされている。図示は省略するが、インナリードボンダ等を使用して、金バンプ25とインナリード31とは押圧され、同時に、接触部の温度をAu−Sn共晶を形成する温度に上げることにより、金バンプ25とインナリード31との間に共晶32が形成される。金バンプ25とインナリード31とは、この共晶32によって、電気的、機械的に接続される。   For example, the inner lead 31 is made of Cu or a Cu alloy, and the surface thereof is plated with Sn. Although illustration is omitted, by using an inner lead bonder or the like, the gold bump 25 and the inner lead 31 are pressed, and at the same time, the temperature of the contact portion is raised to a temperature at which an Au—Sn eutectic is formed. A eutectic 32 is formed between 25 and the inner lead 31. The gold bump 25 and the inner lead 31 are electrically and mechanically connected by this eutectic 32.

上述したように、金バンプ25の上面は平坦化されている。そのために、金バンプ25とインナリード31とは、比較的弱い力で押圧することにより、接触させるべき面を接触させることが可能となる。つまり、表面に凹凸を有する金バンプとインナリードとの接触に比較して、より小さな力で接触させることが可能となる。   As described above, the upper surface of the gold bump 25 is flattened. Therefore, the gold bump 25 and the inner lead 31 can be brought into contact with each other by pressing with a relatively weak force. That is, it is possible to make contact with a smaller force compared to the contact between the gold bumps having irregularities on the surface and the inner leads.

その結果、押圧によって生じる金バンプ25の変形を小さく抑えることが可能となる。また、金バンプ25の平面的な大きさは、電極パッド13の平面的な大きさより小さい関係にあることも加わり、押圧によって生じる応力によって、パシベーション膜15、上部配線層17、及び電極パッド13等が破壊されることを抑えることが可能となる。また、強い力で押圧することがないので、室温に戻したときの、残留応力が比較的小さい。   As a result, it is possible to suppress the deformation of the gold bump 25 caused by pressing. In addition, the planar size of the gold bump 25 is smaller than the planar size of the electrode pad 13, and the passivation film 15, the upper wiring layer 17, the electrode pad 13, etc. are caused by the stress generated by the pressing. Can be prevented from being destroyed. Moreover, since it does not press with a strong force, the residual stress when it returns to room temperature is comparatively small.

従って、半導体装置1は、金バンプ25とインナリード31との接続不良が抑制され、信頼性が高められる。また、半導体装置1は、金バンプ25の幅方向への変形が小さくできるので、隣接する金バンプとの接触の危険性が抑制され、微細ピッチが可能となって、小型化及び高精細化に対応可能となる。   Therefore, in the semiconductor device 1, the connection failure between the gold bump 25 and the inner lead 31 is suppressed, and the reliability is improved. In addition, since the deformation of the gold bump 25 in the width direction can be reduced in the semiconductor device 1, the risk of contact with the adjacent gold bump is suppressed, a fine pitch is possible, and miniaturization and high definition are achieved. It becomes possible to respond.

また、従来、金バンプの表面の凹凸を軽減する技術、すなわち、本実施例の開口14を、パシベーション膜に開けた径の小さな開口の集合とすることにより、その上のバンプ下地金属を小さな開口に沿って形成し、更にその上に金バンプを形成することによって、金バンプの表面の凹部を小さくしようとする技術が知られている。しかしながら、この従来技術は、小さな開口の集合により、電気的な接続は可能となるものの、バンプ下地金属と電極パッドとの接触面積が小さくなり、いわゆる、バンプ剥がれが起こり易くなる。   Conventionally, a technique for reducing the unevenness of the surface of the gold bump, that is, the opening 14 of this embodiment is a set of openings having a small diameter opened in the passivation film, so that the bump base metal on the opening 14 is a small opening. A technique is known in which a concave portion on the surface of a gold bump is made small by forming a gold bump thereon and further forming a gold bump thereon. However, although this conventional technique enables electrical connection due to a collection of small openings, the contact area between the bump base metal and the electrode pad is reduced, and so-called bump peeling is likely to occur.

これに比較して、半導体装置1は、大きな開口14を形成し、上部配線層17とバンプ下地金属21とが、大きな開口14に相等する面積で接触、接続されることになり、上部配線層17とバンプ下地金属21との間が、より強く接続されている。その結果、バンプ剥がれは抑制される。なお、電極パッド13と上部配線層17は、同一の材料で形成され、機械的な接続強度は、上部配線層17とバンプ下地金属21との間の接続強度より強くなっている。   Compared to this, the semiconductor device 1 forms a large opening 14, and the upper wiring layer 17 and the bump base metal 21 are contacted and connected in an area equivalent to the large opening 14. 17 and the bump base metal 21 are more strongly connected. As a result, bump peeling is suppressed. The electrode pad 13 and the upper wiring layer 17 are formed of the same material, and the mechanical connection strength is higher than the connection strength between the upper wiring layer 17 and the bump base metal 21.

また、上述した実施例の技術は、半導体装置1の金バンプ25の硬度をモニタする硬度測定用の金バンプに適用することが可能である。金バンプ25は、電解めっき法により形成されるが、めっきの条件等により硬度が変化することがあり、この硬度をモニタするために、半導体装置1には、電気的、機械的接続用途以外に、硬度測定用の金バンプが形成されることが多い。   Further, the technique of the above-described embodiment can be applied to a gold bump for hardness measurement for monitoring the hardness of the gold bump 25 of the semiconductor device 1. The gold bumps 25 are formed by an electrolytic plating method, but the hardness may change depending on plating conditions and the like. In order to monitor this hardness, the semiconductor device 1 is used for purposes other than electrical and mechanical connection. In many cases, gold bumps for hardness measurement are formed.

硬度測定用の金バンプは、例えば、金バンプ25とインナリード31との接続を妨げないような半導体チップ11の周辺部に配置される。ビッカース硬度測定用の金バンプは、本発明者の実験によれば、一辺が70μm乃至それ以上の正方形または矩形をなして形成されると安定して正確に測定可能である。つまり、硬度測定用の金バンプは、図1に示した金バンプ25と模式的には同様の形状を有し、高さが同様で、平面的な広がりが大きく形成される。硬度測定用の金バンプの上面は、金バンプ25の下地層と同様な層構造を有する下地層の上に形成されるので平坦となる。なお、硬度測定用の金バンプは、金バンプ25を形成する工程で同様に形成可能である。   The gold bumps for measuring the hardness are arranged, for example, on the periphery of the semiconductor chip 11 so as not to prevent the connection between the gold bumps 25 and the inner leads 31. According to the inventor's experiment, the gold bump for measuring the Vickers hardness can be stably and accurately measured when it is formed in a square or rectangle having a side of 70 μm or more. That is, the gold bump for hardness measurement has the same shape as the gold bump 25 shown in FIG. 1, has the same height, and has a large planar spread. The upper surface of the gold bump for hardness measurement is flat because it is formed on the base layer having the same layer structure as the base layer of the gold bump 25. In addition, the gold bump for hardness measurement can be similarly formed in the process of forming the gold bump 25.

その結果、本実施例の技術を適用した硬度測定用の金バンプは、ビッカース硬度測定装置で形成された圧痕(測定用のくぼみ)を平坦な上面にはっきりと残すことが可能となり、圧痕の対角線をより正確に読み取ることができ、ビッカース硬度をより正確に求めることが可能となる。そして、半導体装置1は、金バンプ25の硬度がバンプ接続に適するものとされる。   As a result, the gold bump for hardness measurement to which the technique of this embodiment is applied can leave the indentation (indentation for measurement) formed by the Vickers hardness measuring device clearly on the flat upper surface, and the diagonal line of the indentation Can be read more accurately, and the Vickers hardness can be obtained more accurately. In the semiconductor device 1, the hardness of the gold bump 25 is suitable for bump connection.

また、面積の大きな硬度測定用の金バンプが、半導体装置1の小型化を妨げる場合は、硬度測定用の金バンプを半導体装置1の外、つまり、半導体装置1(半導体チップ11)が配列された半導体基板(ウェーハ状)の外周部に配置することが可能である。半導体基板の外周部には、例えば、矩形の半導体チップ11を配置するに十分な面積はないが、硬度測定用の金バンプは配置できる領域を有しており、この領域にのみ硬度測定用の金バンプを形成することが可能である。ここで、半導体チップが欠けることなく配列可能な半導体基板の領域をチップ形成有効領域という。硬度測定用の金バンプはチップ形成有効領域に隣接する領域に配置される。   Further, in the case where the gold bumps for hardness measurement having a large area hinder the miniaturization of the semiconductor device 1, the gold bumps for hardness measurement are arranged outside the semiconductor device 1, that is, the semiconductor device 1 (semiconductor chip 11) is arranged. It can be arranged on the outer periphery of a semiconductor substrate (wafer shape). For example, the outer peripheral portion of the semiconductor substrate does not have an area sufficient for arranging the rectangular semiconductor chip 11, but has a region where the gold bump for hardness measurement can be arranged. Gold bumps can be formed. Here, the region of the semiconductor substrate that can be arranged without chipping the semiconductor chip is referred to as a chip formation effective region. The gold bumps for hardness measurement are arranged in an area adjacent to the chip formation effective area.

硬度測定用の金バンプを形成する工程は、例えば、金バンプ25を形成する工程において、バンプ下地金属21(図2(d)参照)までは、同様に進めることができる。そして、図3(a)に示した金バンプのための開口22を形成する工程及びそれ以降において、硬度測定用の金バンプを配置する領域にのみ、別マスクによりパターニングを行い、金バンプ25と同時に電解めっきを行って、硬度測定用の金バンプを形成することができる。   For example, in the step of forming the gold bump 25, the step of forming the gold bump for hardness measurement can proceed in the same manner up to the bump base metal 21 (see FIG. 2D). Then, in the step of forming the opening 22 for the gold bump shown in FIG. 3A and thereafter, patterning is performed with another mask only in the region where the gold bump for hardness measurement is arranged, Simultaneously, electrolytic plating can be performed to form gold bumps for hardness measurement.

その結果、例えば、図5に示すように、半導体チップ11の延長にある外周部に位置する半導体基板41、半導体基板41の上に配置された電極パッド13と同様な下部配線層43、半導体基板41の表面及び下部配線層43を被うパシベーション膜15、及び、パシベーション膜15の上に配置されたバンプ下地金属21と同様なバンプ下地金属51が積層され、硬度測定用金バンプ55は、バンプ下地金属51の上に金バンプ25と同様の硬度測定用金バンプ55が配置される。硬度測定用金バンプ55は、下地の各層が平坦であるので、表面は同様に平坦である。図1に示した半導体装置1の金バンプ25の下地の構成とは、上部配線層17を持たないことが異なる。硬度測定用金バンプ55は、接続用ではないので、必ずしも上部配線層17を持つ必要はない。   As a result, for example, as shown in FIG. 5, the semiconductor substrate 41 located on the outer periphery of the semiconductor chip 11, the lower wiring layer 43 similar to the electrode pad 13 disposed on the semiconductor substrate 41, the semiconductor substrate A passivation film 15 covering the surface of 41 and the lower wiring layer 43, and a bump base metal 51 similar to the bump base metal 21 disposed on the passivation film 15 are laminated, and a gold bump 55 for hardness measurement is a bump A hardness measuring gold bump 55 similar to the gold bump 25 is disposed on the base metal 51. The surface of the hardness measuring gold bump 55 is flat because the underlying layers are flat. 1 is different from the base structure of the gold bump 25 of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 in that the upper wiring layer 17 is not provided. Since the hardness measurement gold bump 55 is not for connection, it is not always necessary to have the upper wiring layer 17.

硬度測定用金バンプ55は、上述の半導体装置1内に配設された硬度測定用の金バンプと同様に、ビッカース硬度がより正確に測定されて、半導体装置1は、金バンプ25の硬度がバンプ接続に適するものとされる。半導体装置1の外、外周部の半導体基板41に硬度測定用金バンプ55を形成するための工程が追加されるものの、面積の比較的大きな硬度測定用の金バンプを配置することが必要ないので、半導体装置1のチップサイズの小型化が可能となる。   The hardness measurement gold bump 55 is measured more accurately in the Vickers hardness similarly to the hardness measurement gold bump disposed in the semiconductor device 1 described above, and the semiconductor device 1 has the hardness of the gold bump 25. It is suitable for bump connection. Although a process for forming the hardness measurement gold bump 55 is added to the semiconductor substrate 41 on the outer peripheral portion outside the semiconductor device 1, it is not necessary to arrange a hardness measurement gold bump having a relatively large area. The chip size of the semiconductor device 1 can be reduced.

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施例では、金バンプとインナリードがAu−Sn共晶を形成して接続される例を示したが、金バンプとインナリードに相当する実装テープまたは実装基板側電極とが、異方性導電樹脂の導電性粒子を介して接続されることは可能である。金バンプの表面が平坦であることにより、接触抵抗をより低く、且つより安定化させることが可能である。   For example, in the above embodiment, the gold bump and the inner lead are connected by forming an Au—Sn eutectic, but the gold bump and the mounting tape or the mounting substrate side electrode corresponding to the inner lead are different. It is possible to connect via conductive particles of an isotropic conductive resin. Since the surface of the gold bump is flat, the contact resistance can be further lowered and stabilized.

また、上記実施例では、金バンプとインナリードがAu−Sn共晶を形成して接続される例を示したが、金属バンプは、Auの他、Cu、Ag、及びこれらの金属の合金等であって、熱圧着、超音波熱圧着等により接続する方法、または、金属バンプは、Cu及びCu合金等であって、半田等により接続する方法が可能である。   Moreover, although the gold bump and the inner lead are connected by forming an Au—Sn eutectic in the above embodiment, the metal bump is not only Au but also Cu, Ag, alloys of these metals, etc. In addition, a method of connecting by thermocompression bonding, ultrasonic thermocompression bonding, or the like, or a method of connecting metal bumps by Cu or Cu alloy or the like using solder or the like is possible.

本発明の実施例に係る半導体装置の構成を模式的に示す図で、図1(a)は断面図、図1(b)は平面図。1A and 1B are diagrams schematically illustrating a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention in order of a process. 本発明の実施例に係る半導体装置の、図2に続く製造方法を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method following FIG. 2 of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention in process order. 本発明の実施例に係る半導体装置をインナリードと接続した構成を模式的に示す図で、図4(a)は断面図、図4(b)は平面図。4A and 4B are views schematically showing a configuration in which a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is connected to an inner lead, in which FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is a plan view. 本発明の実施例の変形例に係る金バンプ部の構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the gold bump part which concerns on the modification of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
11 半導体チップ
13 電極パッド
14、22 開口
15 パシベーション膜
17 上部配線層
21、51 バンプ下地金属
23 レジスト
25 金バンプ
31 インナリード
32 共晶
41 半導体基板
43 下部配線層
55 硬度測定用金バンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 11 Semiconductor chip 13 Electrode pad 14, 22 Opening 15 Passivation film 17 Upper wiring layer 21, 51 Bump base metal 23 Resist 25 Gold bump 31 Inner lead 32 Eutectic 41 Semiconductor substrate 43 Lower wiring layer 55 Hardness measurement gold bump

Claims (5)

表面に電極パッドが形成された半導体チップと、
前記電極パッドの上に配置され、前記半導体チップと対向する上面が平面をなす上部配線層と、
前記上部配線層の上面と同一面をなし、前記上部配線層の側面と接し、前記半導体チップの表面を被う絶縁膜と、
前記上部配線層及び前記上部配線層の周囲の前記絶縁膜の上に配置され、前記上部配線層と接続された金属膜と、
平面をなす前記金属膜の上に前記金属膜と側面を共有して配置され、所定の膜厚の金属バンプと、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor chip with electrode pads formed on the surface;
An upper wiring layer disposed on the electrode pad and having a flat upper surface facing the semiconductor chip;
An insulating film that is flush with the upper surface of the upper wiring layer, is in contact with the side surface of the upper wiring layer, and covers the surface of the semiconductor chip;
A metal film disposed on the insulating film around the upper wiring layer and the upper wiring layer and connected to the upper wiring layer;
On the metal film forming a plane, the metal film and the side surface are arranged in common, a metal bump having a predetermined film thickness,
A semiconductor device comprising:
前記電極パッドは、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode pad is made of aluminum or an aluminum alloy. 前記金属膜は、高融点金属を含む単層、または、高融点金属を含む層を有する複数層であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is a single layer including a refractory metal or a plurality of layers including a layer including a refractory metal. 前記金属バンプは、前記上部配線層より大きく、前記電極パッドより小さいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal bump is larger than the upper wiring layer and smaller than the electrode pad. 5. 半導体チップが欠けることなく配列可能な半導体基板のチップ形成有効領域内の表面に電極パッドを形成し、前記電極パッド上に開口を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記電極パッド及び前記絶縁膜の上に導電膜を堆積し、前記導電膜の上面が前記絶縁膜の上面と同一平面となるように平坦化された上部配線層を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記上部配線層の上に、金属膜を堆積する工程と、
前記チップ形成有効領域内に、前記金属膜を介して前記上部配線層上に第1の金属バンプを形成し、同時に、前記半導体基板の前記チップ形成有効領域に隣接する領域に、前記金属膜上に第2の金属バンプを形成する工程と、
前記第2の金属バンプの硬度を測定する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an electrode pad on a surface in a chip formation effective region of a semiconductor substrate that can be arranged without chipping the semiconductor chip, and forming an insulating film having an opening on the electrode pad;
Depositing a conductive film on the electrode pad and the insulating film, and forming an upper wiring layer flattened so that an upper surface of the conductive film is flush with an upper surface of the insulating film;
Depositing a metal film on the insulating film and the upper wiring layer;
A first metal bump is formed on the upper wiring layer through the metal film in the chip formation effective region, and at the same time, on the metal film in a region adjacent to the chip formation effective region of the semiconductor substrate. Forming a second metal bump on
Measuring the hardness of the second metal bump;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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