JP2009266998A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、拡散防止層にクラックが生じても、その上下の金属層の金属拡散の発生を防止することを目的とする。
【解決手段】第２の金属層３２は、第１の金属層１６及び突起電極３４の間の金属拡散防止層である。第１の金属層１６は第１の領域１８及び第２の領域２０を有する。第２の絶縁層２４は、第１の金属層１６の第１の領域１８の上に位置する第１の部分２６と、第１の金属層１６の第２の領域２０の上に位置する開口３０と、第１の絶縁層１４の上に位置する第２の部分２８と、を有する。第２の金属層３２は、開口３０を介して第１の金属層１６の第２の領域２０と接触する部分と、第２の絶縁層２４の第１の部分２６の上に位置する部分と、を含む。突起電極３４は、第２の金属層３２の上であって、第２の絶縁層２４の第１の部分２６とオーバーラップする位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体チップのアルミニウム電極に金バンプを形成する際に、これらの金属拡散による接合強度の低下や電気抵抗の上昇を防ぐため、両者間に拡散防止層を介在させることが知られている（特許文献１）。しかし、金バンプに加えられた力によって拡散防止層にクラックが生じ、クラックを通じて金属拡散が生じてしまう。
特開２００４−３６３４４９号公報

本発明は、拡散防止層にクラックが生じても、その上下の金属層の金属拡散の発生を防止することを目的とする。

（１）本発明に係る半導体装置は、
集積回路が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上に設けられ、前記集積回路と電気的に接続された、第１の領域及び第２の領域を有する第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記第１の領域の上に位置する第１の部分と、前記第１の金属層の前記第２の領域の上に位置する開口と、前記第１の絶縁層の上に位置する第２の部分と、を有する第２の絶縁層と、
前記開口を介して前記第１の金属層の前記第２の領域と接触する部分と、前記第２の絶縁層の前記第１の部分の上に位置する部分と、を含む第２の金属層と、
前記第２の金属層の上であって、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に設けられた突起電極と、
を有し、
前記第２の金属層は、前記第１の金属層及び前記突起電極の間の金属拡散防止層である。本発明によれば、突起電極の下において、第１及び第２の金属層の間に第２の絶縁層が介在している。したがって、第２の金属層にクラックが生じても、第２の絶縁層によって、突起電極と第１の金属層の金属拡散を防止することができる。

（２）半導体装置において、
前記突起電極は、前記第２の絶縁層の前記第１の部分及び前記開口にオーバーラップする第１のバンプと、前記第２の絶縁層の前記開口とオーバーラップする位置を避けて前記第１のバンプ上の前記第１の部分とオーバーラップする位置に設けられた第２のバンプと、を含んでもよい。

（３）半導体装置において、
前記第１の金属層の前記第２の領域は、前記第１の領域を囲む形状であり、
前記開口は、前記第１の金属層の前記第１の領域を囲むように形成されていてもよい。

（４）半導体装置において、
前記突起電極の中心は、前記第１の金属層の前記第１の領域の中心とオーバーラップしてもよい。

（５）半導体装置において、
前記第１の金属層は、長方形の平面形状を有し、
前記第２の領域は、前記長方形の中心からいずれかの短辺に近い位置にあってもよい。

（６）半導体装置において、
前記集積回路の一部が、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に形成されていてもよい。

（７）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）集積回路が形成された半導体基板であって、
前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上に設けられ、前記集積回路と電気的に接続された、第１の領域及び第２の領域を有する第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記第１の領域の上に位置する第１の部分と、前記第１の金属層の前記第２の領域の上に位置する開口と、前記第１の絶縁層の上に位置する第２の部分と、を有する第２の絶縁層と、
前記開口を介して前記第１の金属層の前記第２の領域と接触する部分と、前記第２の絶縁層の前記第１の部分の上に位置する部分と、を含む第２の金属層と、
を有する半導体基板を用意する工程と、
（ｂ）前記第２の金属層の上であって、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に突起電極を設ける工程と、
を含み、
前記第２の金属層は、前記第１の金属層及び前記突起電極の間の金属拡散防止層である。本発明によれば、突起電極の下において、第１及び第２の金属層の間に第２の絶縁層が介在している。したがって、第２の金属層にクラックが生じても、第２の絶縁層によって、突起電極と第１の金属層の金属拡散を防止することができる。

（８）半導体装置の製造方法において、
前記突起電極を設ける工程は、
前記第２の絶縁層の前記第１の部分及び前記開口にオーバーラップする第１のバンプを設ける工程と、
前記第２の絶縁層の前記開口とオーバーラップする位置を避けて前記第１のバンプ上の前記第１の部分とオーバーラップする位置に第２のバンプを設ける工程と、
を含んでもよい。

（９）半導体装置の製造方法において、
前記第２のバンプを設ける工程は、
先端に金属球を有するワイヤを用意し、キャピラリを用いて、前記金属球を前記第１のバンプにボンディングする工程と、
前記金属球を、前記第１のバンプ上に残るように前記ワイヤから切り離す工程と、
を含んでもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１に示す半導体装置の第２の絶縁層及びそれよりも下層を示す平面図である。

半導体装置は、半導体基板１０を有する。半導体基板１０は、最終製品としての半導体装置においては半導体チップであり、製造途中の中間製品においては半導体ウエハである。半導体基板１０は、集積回路１２（半導体チップには１つの集積回路１２・半導体ウエハには複数の集積回路１２）が形成されている。集積回路１２の一部が、第２の絶縁層２４の第１の部分２６とオーバーラップする位置に形成されている。

半導体基板１０の上には第１の絶縁層１４が設けられている。第１の絶縁層１４は、集積回路１２の全体を覆うように形成されており、図示しないビアを介して集積回路１２との電気的な接続を図るようになっている。したがって、図示しないビアを除いて、第１の絶縁層１４によって、集積回路１２は、第１の絶縁層１４よりも上方に対して電気的に絶縁されている。第１の絶縁層１４は、無機材料（例えばＳｉＯ_２又はＳｉＮなどの無機酸化物）によって構成されている。

第１の絶縁層１４の上には、例えばアルミニウムからなる第１の金属層１６（パッド又は電極）が設けられている。第１の金属層１６は、第１の絶縁層１４に設けられた図示しないビアを介して集積回路１２と電気的に接続されている。第１の金属層１６は、第１の領域１８及び第２の領域２０を有する。第１の領域１８は第１の金属層１６の表面の中央部であり、第２の領域２０は第１の領域１８を囲む形状になっている。さらに、第２の領域２０は第３の領域２２によって囲まれている。

第１の絶縁層１４の上には第２の絶縁層２４（パッシベーション膜）が設けられている。第２の絶縁層２４は、無機材料（例えばＳｉＯ_２はＳｉＮなどの無機酸化物）によって構成されている。第２の絶縁層２４は、第１の金属層１６の第１の領域１８の上に位置する第１の部分２６と、第１の絶縁層１４の上に位置する第２の部分２８と、を有する。第２の絶縁層２４は、第１の金属層１６の第２の領域２０の上に位置する開口３０を有する。開口３０は、第１の金属層１６の第１の領域１８を囲むように形成されている。

第２の絶縁層２４上に、例えばチタンタングステンからなる第２の金属層３２が設けられている。なお、第２の金属層３２はチタンなどで形成してもよい。第２の金属層３２は、第２の絶縁層２４の開口３０を介して第１の金属層１６の第２の領域２０と接触する部分と、第２の絶縁層２４の第１の部分２６の上に位置する部分と、を含む。第２の金属層３２の表面は、開口３０上で窪むようになる。第２の金属層３２は、第１の金属層１６及び突起電極３４の間の金属拡散防止層である。つまり、第２の金属層３２は、第１の金属層１６と突起電極３４との間での金属拡散を防止できる材料で形成されている層である。

第２の金属層３２の上であって、第２の絶縁層２４の第１の部分２６とオーバーラップする位置に、突起電極３４が設けられている。突起電極３４の中心は、第１の金属層１６の第１の領域１８の中心とオーバーラップしている。突起電極３４は、第２の絶縁層２４の第１の部分２６及び開口３０にオーバーラップする第１のバンプ３６を含む。第１のバンプ３６は、例えば金から形成される。突起電極３４は、第２の絶縁層２４の開口３０とオーバーラップする位置を避けて第１のバンプ３６上の第１の部分２６とオーバーラップする位置に設けられた第２のバンプ３８を含む。第２のバンプ３８は、例えば金から形成される。

本実施の形態によれば、突起電極３４の下において、第１及び第２の金属層１６，３２の間に第２の絶縁層２４が介在している。したがって、第２の金属層３２にクラックが生じても、第２の絶縁層２４によって、突起電極３４と第１の金属層１６の金属拡散を防止することができる。なお、半導体装置を有する電子機器として、ノート型パーソナルコンピュータ又は携帯電話などが挙げられる。

図３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、集積回路１２が形成され、第１の絶縁層１４、第１の金属層１６、第２の絶縁層２４及び第２の金属層３２を有する半導体基板１０を用意する。半導体基板１０の詳細は上述した通りである。

本実施の形態では、第２の金属層３２の上であって、第２の絶縁層２４の第１の部分２６とオーバーラップする位置に突起電極３４を設ける。詳しくは、第２の絶縁層２４の第１の部分２６及び開口３０にオーバーラップする第１のバンプ３６を設ける。第１のバンプ３６は、メッキ（無電解メッキ又は電解メッキ）によって設けることができる。そして、第２の絶縁層２４の開口３０とオーバーラップする位置を避けて第１のバンプ３６上の第１の部分２６とオーバーラップする位置に第２のバンプ３８を設ける。第２のバンプ３８を設ける工程では、例えば金からなる金属球４０を先端に有するワイヤ４２を用意し、キャピラリ４４を用いて、金属球４０を第１のバンプ３６にボンディングする。そして、金属球４０を、第１のバンプ３６上に残るようにワイヤ４２から切り離す。さらに、金属球４０を押しつぶしてもよい。その他のプロセスには、上述した半導体装置の構造から自明な内容が適用される。

図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の変形例を説明する平面図である。図５（Ａ）は、図４に示す半導体装置のＶＡ−ＶＡ線断面図である。図５（Ｂ）は、図４に示す半導体装置のＶＢ−ＶＢ線断面図である。

本実施の形態では、第１の金属層１１６は、長方形の平面形状を有している。第１の金属層１１６の第２の領域１２０（開口１３０を介して第２の金属層１３２と接触する領域）は、長方形の中心からいずれかの短辺に近い位置にある。第１の領域１１８（第２の絶縁層１２４が載っている領域）は、長方形の中心から、第２の領域１２０とは反対の短辺方向に至る領域である。第１の領域１１８と第２の領域１２０の間に長方形の中心が位置するように、第１の領域１１８と第２の領域１２０が位置している。第２の絶縁層１２４の第１の部分１２６は、第１の金属層１１６の第１の領域１１８上に位置し、第１の金属層１１６の外形である長方形の中心とオーバーラップする。第２の絶縁層１２４の開口１３０は、第１の金属層１１６の第２の領域１２０上に位置する。第２の金属層１３２の表面は、開口１３０上で窪む。

突起電極１３４は、第２の金属層１３２の上であって、第２の絶縁層１２４の第１の部分１２６とオーバーラップする位置に設けられている。突起電極１３４の第２のバンプ１３８は、図４に示すように第２の絶縁層１２４の開口１３０とオーバーラップしない位置に配置してもよいし、変形例として開口１３０とオーバーラップするように配置してもよい。本変形例のその他の内容は、上記実施の形態で説明した内容が該当する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図２は、図１に示す半導体装置の第２の絶縁層及びそれよりも下層を示す平面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の変形例を説明する平面図である。 図５（Ａ）は、図４に示す半導体装置のＶＡ−ＶＡ線断面図であり、図５（Ｂ）は、図４に示す半導体装置のＶＢ−ＶＢ線断面図である。

符号の説明

１０…半導体基板、 １２…集積回路、 １４…第１の絶縁層、 １６…第１の金属層、 １８…第１の領域、 ２０…第２の領域、 ２２…第３の領域、 ２４…第２の絶縁層、 ２６…第１の部分、 ２８…第２の部分、 ３０…開口、 ３２…第２の金属層、 ３４…突起電極、 ３６…第１のバンプ、 ３８…第２のバンプ、 ４０…金属球、 ４２…ワイヤ、 ４４…キャピラリ、 １１６…第１の金属層、 １１８…第１の領域、 １２０…第２の領域、 １２４…第２の絶縁層、 １２６…第１の部分、 １３０…開口、 １３２…第２の金属層、 １３４…突起電極、 １３８…第２のバンプ

Claims (9)

1. 集積回路が形成された半導体基板と、
   前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層の上に設けられ、前記集積回路と電気的に接続された、第１の領域及び第２の領域を有する第１の金属層と、
   前記第１の金属層の前記第１の領域の上に位置する第１の部分と、前記第１の金属層の前記第２の領域の上に位置する開口と、前記第１の絶縁層の上に位置する第２の部分と、を有する第２の絶縁層と、
   前記開口を介して前記第１の金属層の前記第２の領域と接触する部分と、前記第２の絶縁層の前記第１の部分の上に位置する部分と、を含む第２の金属層と、
   前記第２の金属層の上であって、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に設けられた突起電極と、
   を有し、
   前記第２の金属層は、前記第１の金属層及び前記突起電極の間の金属拡散防止層である半導体装置。
2. 請求項１に記載された半導体装置において、
   前記突起電極は、前記第２の絶縁層の前記第１の部分及び前記開口にオーバーラップする第１のバンプと、前記第２の絶縁層の前記開口とオーバーラップする位置を避けて前記第１のバンプ上の前記第１の部分とオーバーラップする位置に設けられた第２のバンプと、を含む半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載された半導体装置において、
   前記第１の金属層の前記第２の領域は、前記第１の領域を囲む形状であり、
   前記開口は、前記第１の金属層の前記第１の領域を囲むように形成されている半導体装置。
4. 請求項３に記載された半導体装置において、
   前記突起電極の中心は、前記第１の金属層の前記第１の領域の中心とオーバーラップする半導体装置。
5. 請求項１又は２に記載された半導体装置において、
   前記第１の金属層は、長方形の平面形状を有し、
   前記第２の領域は、前記長方形の中心からいずれかの短辺に近い位置にある半導体装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された半導体装置において、
   前記集積回路の一部が、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に形成されている半導体装置。
7. （ａ）集積回路が形成された半導体基板であって、
   前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層の上に設けられ、前記集積回路と電気的に接続された、第１の領域及び第２の領域を有する第１の金属層と、
   前記第１の金属層の前記第１の領域の上に位置する第１の部分と、前記第１の金属層の前記第２の領域の上に位置する開口と、前記第１の絶縁層の上に位置する第２の部分と、を有する第２の絶縁層と、
   前記開口を介して前記第１の金属層の前記第２の領域と接触する部分と、前記第２の絶縁層の前記第１の部分の上に位置する部分と、を含む第２の金属層と、
   を有する半導体基板を用意する工程と、
   （ｂ）前記第２の金属層の上であって、前記第２の絶縁層の前記第１の部分とオーバーラップする位置に突起電極を設ける工程と、
   を含み、
   前記第２の金属層は、前記第１の金属層及び前記突起電極の間の金属拡散防止層である半導体装置の製造方法。
8. 請求項７に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記突起電極を設ける工程は、
   前記第２の絶縁層の前記第１の部分及び前記開口にオーバーラップする第１のバンプを設ける工程と、
   前記第２の絶縁層の前記開口とオーバーラップする位置を避けて前記第１のバンプ上の前記第１の部分とオーバーラップする位置に第２のバンプを設ける工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記第２のバンプを設ける工程は、
   先端に金属球を有するワイヤを用意し、キャピラリを用いて、前記金属球を前記第１のバンプにボンディングする工程と、
   前記金属球を、前記第１のバンプ上に残るように前記ワイヤから切り離す工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。

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