JP2011258714A - 半導体装置、電子機器、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置を実装する際の熱応力による半導体装置の損傷を抑制する。
【解決手段】半導体装置１００は、無機絶縁膜８上に形成された第１の有機絶縁膜２と、第１の有機絶縁膜２に形成され無機絶縁膜８に達する開口部（開口部１４）と、この開口部を介して無機絶縁膜８に接続された第１の金属パターン（シードメタル９及び配線メタル１０）を有する。更に、第１の金属パターン上に形成された第２の有機絶縁膜３と、第２の有機絶縁膜３に形成され第１の金属パターンに達する開口部（開口部１５）と、この開口部を介して第１の金属パターンに接続された第２の金属パターン（シードメタル１９及びバリアメタル５）を有する。第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、電子機器、及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体デバイスには常に小型化要求がある。

半導体パッケージの小型化技術として、ウェハレベルＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる技術がある。

ウェハレベルＣＳＰでは、半導体チップの周囲に微細なピッチで配列された電極が、実装基板（配線基板）に実装可能なピッチで配列された外部接続端子へと、再配線を用いて引き出されている。

特許文献１には、一般的なウェハレベルＣＳＰである半導体装置について記載されている。特許文献１の半導体装置は、電極と、この電極から離れた位置に配置されたバンプ電極と、電極とバンプ電極とを接続する再配線と、を有している。特許文献１の再配線は、半導体装置の表層に形成された保護膜（無機絶縁膜）と接していない。

一方、特許文献２の半導体装置では、電極と、この電極から離れた位置に配置されたバンプ電極と、このバンプ電極と電極とを接続する配線パターンと、を有し、配線パターンが保護膜に接している。

特開２００５−０７９４３１号公報 特開２０００−３４９１８９号公報

ところで、半導体装置の実装は、一般的に、半導体装置のバンプ電極のはんだをリフロー装置により加熱溶融させ、バンプ電極と実装基板側の電極とをはんだ接合させることによって行われる。このような実装の際には、半導体装置の基材を構成するシリコンと、実装基板と、の熱膨張係数の差に起因して、バンプ電極と実装基板側の電極との接続部に応力が作用する。

このような事情のもと、特許文献２の技術では、特に回路層の層間絶縁膜として密着性や機械的強度が弱いｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＯ_２よりも比誘電率が低い膜）を用いた場合、応力集中により当該層間絶縁膜において剥離等の不具合が生じる。

このように、半導体装置を実装する際の熱応力による、半導体装置の損傷を抑制することは困難だった。

本発明は、電極と、
前記電極を露出させる第１の開口部が形成された無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に形成された第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に形成され前記電極に達する第２の開口部と、
前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１及び第２の開口部から離れた位置に形成され前記無機絶縁膜に達する第３の開口部と、
前記第１の有機絶縁膜上に形成され、前記第２の開口部を介して前記電極に接続され、且つ、前記第３の開口部を介して前記無機絶縁膜に接続された第１の金属パターンと、
前記第１の金属パターン上に形成された第２の有機絶縁膜と、
前記第２の有機絶縁膜において平面視にて前記第３の開口部と重なる位置に形成され前記第１の金属パターンに達する第４の開口部と、
前記第４の開口部を介して前記第１の金属パターンに接続された第２の金属パターンと、
を有し、
前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの接続部の周囲において、前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの間に前記第２の有機絶縁膜が介在していることを特徴とする半導体装置を提供する。

この半導体装置によれば、第１の金属パターンが第３の開口部を介して無機絶縁膜に接続されている。金属パターン（第１の金属パターン）と無機絶縁膜との接合強度は、金属パターン（第１の金属パターン）と有機絶縁膜（第１の有機絶縁膜）との接合強度よりも大きい。このため、第１の金属パターンの下面が第１の有機絶縁膜にのみ接している場合と比べて、第１の金属パターンの剥離を抑制することができる。
しかも、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜が介在しているので、半導体装置を実装する際の熱応力を第２の有機絶縁膜によって緩和することができる。すなわち、この熱応力のうち、第２の金属パターンから第１の金属パターン側に伝わろうとする応力が、第２の金属パターンと第２の有機絶縁膜とが接する面の全域に分散され、該第２の有機絶縁膜により吸収（緩衝）される。これにより、無機絶縁膜及びその下層の構成を含む基材への応力集中が抑制され、基材の損傷（基材を構成する層間絶縁膜の剥離等）が抑制される。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

また、本発明は、本発明の半導体装置を含んで構成されていることを特徴とする電子機器を提供する。

また、本発明は、電極を形成する工程と、
前記電極を露出させる第１の開口部が形成された無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に前記電極に達する第２の開口部を形成し、前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１及び第２の開口部から離れた位置に前記無機絶縁膜に達する第３の開口部を形成する工程と、
前記第２の開口部を介して前記電極に接続され、且つ、前記第３の開口部を介して前記無機絶縁膜に接続されるように、前記第１の有機絶縁膜上に第１の金属パターンを形成する工程と、
前記第１の金属パターン上に第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に前記第１の金属パターンに達する第４の開口部を形成する工程と、
前記第４の開口部を介して前記第１の金属パターンに接続されるように、第２の金属パターンを形成する工程と、
を有し、
前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの接続部の周囲において、前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの間に前記第２の有機絶縁膜が介在するように、前記第４の開口部の形成と前記第２の金属パターンの形成とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、半導体装置を実装する際の熱応力による半導体装置の損傷を抑制することができる。

第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図及び平面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を実装基板上に実装した状態を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図及び平面図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置を実装基板上に実装した状態を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置を実装基板上に実装した状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。

本実施形態に係る半導体装置１００は、電極（パッドメタル１）と、電極を露出させる第１の開口部（開口部８ａ）が形成された無機絶縁膜８と、無機絶縁膜８上（図では下：以下、同様）に形成された第１の有機絶縁膜２と、第１の有機絶縁膜２において第１の開口部と重なる位置に形成され電極に達する第２の開口部（開口部２ａ）と、第１の有機絶縁膜２において平面視にて第１及び第２の開口部から離れた位置に形成され無機絶縁膜８に達する第３の開口部（開口部１４）と、第１の有機絶縁膜２上に形成され、第２の開口部を介して電極に接続され、且つ、第３の開口部を介して無機絶縁膜８に接続された第１の金属パターン（シードメタル９及び配線メタル１０）と、第１の金属パターン上に形成された第２の有機絶縁膜３と、第２の有機絶縁膜３に形成され第１の金属パターンに達する第４の開口部（開口部１５）と、第４の開口部を介して第１の金属パターンに接続された第２の金属パターン（シードメタル１９及びバリアメタル５）と、を有し、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在している。以下、詳細に説明する。

図１に示すように、半導体装置１００は、シリコン基板である半導体基板６を有している。半導体基板６上には図示しないトランジスタ等の素子が形成され、更にその上には回路層７（多層配線層）が形成されている。回路層７は、その最表層にパッドメタル１を有している。回路層７上には保護膜として無機絶縁膜８が形成され、無機絶縁膜８にはパッドメタル１を露出させる開口部８ａが形成されている。

無機絶縁膜８上及びパッドメタル１上には、第１の有機絶縁膜２が形成されている。第１の有機絶縁膜２において、平面視において開口部８ａと重なる位置には、パッドメタル１に達する開口部２ａが形成されている。また、第１の有機絶縁膜２において、平面視にて開口部８ａ、２ａから離れた位置には、無機絶縁膜８に達する開口部１４が形成されている。

第１の有機絶縁膜２上には、シードメタル９と配線メタル１０とを含む第１の金属パターンが形成されている。第１の金属パターンにおいては、シードメタル９と配線メタル１０とがこの順に積層されている。第１の金属パターンは、開口部２ａを介してパッドメタル１に接続され、且つ、開口部１４を介して無機絶縁膜８に接続され、開口部２ａの形成領域から開口部１４の形成領域に亘って延在している。

第１の金属パターン上及び第１の有機絶縁膜２上には、第２の有機絶縁膜３が形成されている。第２の有機絶縁膜３において、平面視にて開口部１４と重なる位置には、第１の金属パターンに達する開口部１５が形成されている。

更に、第２の有機絶縁膜３上には、シードメタル１９とバリアメタル５とを含む第２の金属パターンが形成されている。第２の金属パターンにおいては、シードメタル１９とバリアメタル５とがこの順に積層されている。第２の金属パターンは、開口部１５を介して第１の金属パターンに接続されている。第２の金属パターンを構成する金属の溶融温度は３００℃以上であることが好ましい。

更に、第２の金属パターン上には、例えば球状のはんだバンプ１１が形成されている。

このはんだバンプ１１及び第２の金属パターンは、半導体装置１００を外部（具体的には、例えば、後述する実装基板５０）に接続するための外部接続端子を構成する。また、第１の金属パターンは、はんだバンプ１１及び第２の金属パターンと、パッドメタル１とを接続する再配線である。

図２は半導体装置１００の開口部１４と開口部１５の開口径の関係と、バリアメタル５と配線メタル１０との寸法の関係と、を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。なお、図２（ａ）においてははんだバンプ１１の図示を省略している。

図２（ｂ）に示すように、開口部１４と開口部１５とは互いに同心円状に位置している。本実施形態の場合、開口部１４の開口径よりも開口部１５の開口径の方が小さい。また、はんだバンプ１１の形成領域における第１の金属パターン及び第２の金属パターンの形状は、互いに同心円状の円形となっている。そして、はんだバンプ１１の形成領域において、例えば、第１の金属パターンの配線メタル１０の平面寸法の方が、第２の金属パターンのバリアメタル５の平面寸法よりも大きい。なお、開口部１４、１５の形状、並びに、はんだバンプ１１の形成領域における第１の金属パターン及び第２の金属パターンの形状は、円形に限らず、例えば、八角形等の多角形状であっても良い。

また、図２（ａ）に示すように、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間には、第２の有機絶縁膜３が介在している。

次に、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、電極（パッドメタル１）を形成する工程と、電極を露出させる第１の開口部（開口部８ａ）が形成された無機絶縁膜８を形成する工程と、無機絶縁膜８上に第１の有機絶縁膜２を形成する工程と、第１の有機絶縁膜２において平面視にて第１の開口部と重なる位置に電極に達する第２の開口部（開口部２ａ）を形成し、第１の有機絶縁膜２において平面視にて第１及び第２の開口部から離れた位置に無機絶縁膜８に達する第３の開口部（開口部１４）を形成する工程と、第２の開口部を介して電極に接続され、且つ、第３の開口部を介して無機絶縁膜８に接続されるように、第１の有機絶縁膜２上に第１の金属パターン（シードメタル９及び配線メタル１０）を形成する工程と、第１の金属パターン上に第２の有機絶縁膜３を形成する工程と、第１の有機絶縁膜２において平面視にて第１の開口部と重なる位置に第１の金属パターンに達する第４の開口部（開口部１５）を形成する工程と、第４の開口部を介して第１の金属パターンに接続されるように、第２の金属パターン（シードメタル１９及びバリアメタル５）を形成する工程と、を有する。第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在するように、第４の開口部の形成と第２の金属パターンの形成とを行う。以下、詳細に説明する。

先ず、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板６上に回路層７を形成し、回路層７上に無機絶縁膜８を形成する。次に、回路層７の最表層のパッドメタル１を露出させる開口部８ａを無機絶縁膜８に形成する。

次に、無機絶縁膜８上及びパッドメタル１上に第１の有機絶縁膜２を形成し、第１の有機絶縁膜２に開口部２ａ及び開口部１４を形成する。

次に、第１の有機絶縁膜２上に第１の金属パターンを形成する。すなわち、第１の有機絶縁膜２上に、シードメタル９を形成し、このシードメタル９上に配線メタル１０を形成する。ここで、第１の金属パターンは、開口部２ａを介してパッドメタル１に接続し、且つ、開口部１４を介して無機絶縁膜８に接続する。

次に、第１の金属パターン上及び第１の有機絶縁膜２上に第２の有機絶縁膜３を形成し、第２の有機絶縁膜３に開口部１５を形成する。

次に、第２の有機絶縁膜３上に第２の金属パターンを形成する。すなわち、第２の有機絶縁膜３上に、シードメタル１９を形成し、このシードメタル１９上にバリアメタル５を形成する。ここで、第２の金属パターンは、開口部１５を介して第１の金属パターンに接続する。

次に、第１の金属パターン上にはんだバンプ１１を形成する。

ここで、各構成要素の材料の好ましい例について説明する。

先ず、第１及び第２の有機絶縁膜２、３としては、感光性及び非感光性のポリイミドあるいはエポキシ系材料など幅広い有機材料が好適に利用できる。ただし、応力によって有機絶縁膜にクラックが入ると応力集中が発生するため、じん性及び延性（伸び率）が高いポリイミド材料がより好ましい。

なお、より大きな応力が作用しクラック等の不具合が発生しやすいのは、（第１の有機絶縁膜２よりもむしろ）第２の有機絶縁膜３である。このため、第１の有機絶縁膜２の材料よりも第２の有機絶縁膜３の材料の方がじん性が高いことが好ましく、また、第１の有機絶縁膜２の材料よりも第２の有機絶縁膜３の材料の方が延性が高いことが好ましい。具体的には、例えば、少なくとも第２の有機絶縁膜３の材料は、じん性及び延性に優れる溶剤現像型感光性ポリイミドであることが好ましい。

一方、第１の有機絶縁膜２に関しては、これら物性が要求されないため、第２の有機絶縁膜３よりもじん性及び延性が劣る材料、例えばアルカリ現像型感光性ポリイミド又はポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）等の低材料コスト、低プロセスコストの材料を用いても良い。ただし、第１及び第２の有機絶縁膜２、３の材料が同一の材料であっても良く、具体的には、例えば、第１および第２の有機絶縁膜２、３の両方がじん性、延性等の機械特性に優れる溶剤現像型感光性ポリイミドであることが好ましい。

また、シードメタル９、１９の材料としては、有機材料との密着性に優れるＴｉ系材料、Ｔｉ、ＴｉＯ、及びＴｉＮが広く使われており、これらの何れの材料も好適に利用できる。

配線メタル１０の材料としては、電気特性がよく、価格とのバランス面でも優れるＣｕが最も好適であるが、回路層の破壊抑制に着目した場合には、配線メタル層が応力分散機能を果たすことから、より弾性率の高い材料、例えばＮｉ等の高弾性材料が、回路層の破壊抑制に対して有効に機能する。

バリアメタル５の材料としては、リフロー時やその後の温度サイクル試験や高温保管試験などの環境試験においてはんだとの拡散が進み難い材料、例えばＮｉ等の材料が好適に使用できる。

次に、本実施形態に係る電子機器について説明する。

本実施形態に係る電子機器は、本実施形態に係る半導体装置１００を含んで構成されている。

図３は半導体装置１００を実装基板５０上に実装した状態（第１の実施形態に係る電子機器）を示す断面図である。

実装基板５０は、基板本体５１と、この基板本体５１上に形成された電極パッド１２と、基板本体５１上に形成されたソルダーレジスト４と、を有している。ソルダーレジスト４には、電極パッド１２を露出させる開口部４ａが形成されている。

半導体装置１００を実装基板５０上に実装する際には、はんだバンプ１１をリフロー装置（図示略）により加熱溶融させて、はんだバンプ１１を介してパッドメタル１と電極パッド１２とをはんだ接合する。

このように半導体装置１００を実装基板５０上に実装することによって、実装基板５０と半導体装置１００とにより本実施形態に係る電子機器が構成される。

このような実装後、半導体装置１００及び実装基板５０が冷却する過程で、半導体装置１００と実装基板５０との接続部に応力が作用する。この応力は、半導体装置１００の半導体基板６を構成するシリコンと、実装基板５０の基板本体５１を構成する有機材料との熱膨張係数の差に起因する熱応力である。

実装時の応力についてより詳細に説明する。一般的な鉛フリーはんだの融点は２２０℃前後であり、リフロー装置によって半導体装置１００の温度が２６０℃程度まで加熱される。その際、半導体装置１００のシリコンは熱膨張係数が３ｐｐｍ／℃程度と非常に小さいため、ほとんど膨張しない。一方、実装基板５０はその基板本体５１の主原料が有機材料であるため熱膨張係数が１４ｐｐｍ／℃程度と大きい。よって、半導体装置１００に比して実装基板５０は大きく膨張する。そのため、はんだの融点である２２０℃程度で半導体装置１００のパッドメタル１と実装基板５０の電極パッド１２とがはんだ接合された後の常温への冷却過程において、実装基板５０の収縮起因で生じた応力が接続部に集中することになる。

ここで、特許文献２の技術では、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜が介在していない。特許文献２の構造では、応力が第１の有機絶縁膜に形成した開口の底部に集中する。この結果、例えば、保護膜の下層に位置する回路層が損傷（例えば、回路層の層間絶縁膜が損傷）する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、上述のように、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間には、第２の有機絶縁膜３が介在している。よって、半導体装置１００を実装する際の熱応力を第２の有機絶縁膜３によって緩和することができる。すなわち、この熱応力のうち、第２の金属パターンから第１の金属パターン側に伝わろうとする応力が、第２の金属パターンと第２の有機絶縁膜３とが接する面の全域に分散され、該第２の有機絶縁膜３により吸収（緩衝）される。これにより、無機絶縁膜８及びその下層の構成を含む、半導体装置１００の基材への応力集中が抑制され、半導体装置１００の基材の損傷（基材を構成する層間絶縁膜（図示略）の剥離等）が抑制される。

また、特許文献２の技術では、第２の有機絶縁膜に形成した開口の方が、第１の有機絶縁膜に形成した開口よりも大きい。この構造では、上述のように、応力が第１の有機絶縁膜に形成した開口の底部に集中する。

これに対し、本実施形態では、上述のように、第２の有機絶縁膜３に形成した開口部１５の方が、第１の有機絶縁膜２に形成した開口部１４よりも小さい。この構造では、応力の集中箇所が開口部１５の底部となる。これにより、集中した応力を配線メタル１０で分散させることができるので、回路層７に加わる応力を大幅に低減することができる。

加えて、本実施形態では、はんだバンプ１１の形成領域において、バリアメタル５よりも配線メタル１０の径（平面寸法）が大きいので、バリアメタル５の周縁部に加わる応力が第２の有機絶縁膜３に分散して伝わる際、その応力を配線メタル１０によって更に分散させることができる。なお、バリアメタル５の径に対して配線メタル１０の径が大きいほど、応力分散効果が大きくなるが、バリアメタル５と配線メタル１０とが同じ径でも応力分散効果を有するため、配線性の観点から配線メタル１０を小さくしたい場合は、バリアメタル５と配線メタル１０の径（平面寸法）を同じにしてもよい。

以上のような第１の実施形態によれば、第１の金属パターンが開口部１４を介して無機絶縁膜８に接続されている。金属パターン（第１の金属パターン）と無機絶縁膜８との接合強度は、金属パターン（第１の金属パターン）と有機絶縁膜（第１の有機絶縁膜２）との接合強度よりも大きい。このため、第１の金属パターンの下面が第１の有機絶縁膜にのみ接している場合（例えば特許文献１）と比べて、第１の金属パターンの剥離を抑制することができる。

また、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在しているので、半導体装置１００を実装する際の熱応力を第２の有機絶縁膜３によって緩和することができる。すなわち、この熱応力のうち、第２の金属パターンから第１の金属パターン側に伝わろうとする応力が、第２の金属パターンと第２の有機絶縁膜３とが接する面の全域に分散され、該第２の有機絶縁膜３により吸収される。よって、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。

また、第２の有機絶縁膜３に形成した開口部１５の方が、第１の有機絶縁膜２に形成した開口部１４よりも小さいため、応力の集中箇所が開口部１５の底部となるので、集中した応力を配線メタル１０で分散させ、回路層７に加わる応力を低減することができる。

また、はんだバンプ１１の形成領域において、バリアメタル５の平面寸法よりも配線メタル１０の平面寸法の方が大きいので、バリアメタル５の周縁部に加わる応力が第２の有機絶縁膜３に分散して伝わる際、その応力を配線メタル１０によって更に分散させることができる。よって、基材の損傷（回路層７を構成する層間絶縁膜の剥離等）を一層抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る半導体装置２００を示す図であり、このうち（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。なお、図４（ｂ）においてははんだバンプ１１の図示を省略している。また、図５は半導体装置２００を実装基板５０上に実装した状態（第２の実施形態に係る電子機器）を示す断面図である。

本実施形態に係る半導体装置２００は、以下に説明する点でのみ上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、図４に示すように、第１の実施形態とは逆に、開口部１５の開口径が開口部１４の開口径以上の大きさとなっている。

本実施形態では、第１の有機絶縁膜２に設けた開口部１４の底部に応力が集中するため、第１の実施形態に比べれば回路層７への応力低減効果は劣る可能性がある。しかしながら、第１の実施形態の構造では、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の範囲、すなわち開口部１５の底部の領域が小さいため、応力によってバリアメタル５の全体が動きやすい構造であり、第２の有機絶縁膜３への応力負荷が高くなる。それによりバリアメタル５の端部に応力が集中し、第２の有機絶縁膜３へのクラックが発生してしまうことを抑制するためには、第１の実施形態においては第２の有機絶縁膜３の材料として、伸び特性がよく、クラック耐性の高い材料を選択することが好ましい。一方、本実施形態では、開口部１５を大きくしたことによって、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の剛性（或いは接合強度）を高め、バリアメタル５の動きを低減できることから、第２の有機絶縁膜３への負荷を低減できるので、第２の有機絶縁膜３のクラック等の不具合を抑制することが容易となる。そのため、本実施形態では、第２の有機絶縁膜３の材料選択の幅が広がるという効果を有する。

なお、本実施形態の場合も、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在している。

以上のような第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる他に、開口部１５の開口径を開口部１４の開口径以上の大きさとしたことにより、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の剛性を高めることができる。よって、バリアメタル５の動きを低減できることから、第２の有機絶縁膜３への負荷を低減できるので、第２の有機絶縁膜３のクラック等の不具合を抑制することが容易となる。

〔第３の実施形態〕
図６は第３の実施の形態に係る半導体装置３００の断面図、図７は半導体装置３００を実装基板５０上に実装した状態（第３の実施形態に係る電子機器）を示す断面図である。

本実施形態に係る半導体装置３００は、以下に説明する点でのみ上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では半導体装置１００と同様に構成されている。

図６及び図７に示すように、本実施形態に係る半導体装置３００は、はんだバンプ１１の代わりにメタルバンプ１６及びはんだ１７を有している。

なお、本実施形態の場合、半導体装置３００は、例えば、シードメタル１９上にバリアメタル５を有しておらず、シードメタル１９上に直接メタルバンプ１６が設けられている。

メタルバンプ１６は、該メタルバンプ１６を構成する金属の溶融温度が３００℃以上であり、リフロー温度域では溶融しない。メタルバンプ１６は、例えば、平面形状が円形の柱状の形状であるが、例えば、平面形状が八角形などの矩形状であっても良い。

メタルバンプ１６を構成するメタル材料としては、一例として電気特性に優れるＣｕが好適に利用できる。また、図６及び図７に示した例では半導体装置３００はシードメタル１９上にバリアメタル５を有していないが、Ｃｕとはんだが拡散して発生するカーケンダルボイドを抑制する目的で、Ｃｕとはんだとの間にＮｉなどのバリアメタルを介在させてもよい。

はんだ１７は、メタルバンプ１６上に半球状に形成されている。

図７に示すように、半導体装置３００を実装基板５０上に実装することにより、メタルバンプ１６がはんだ１７を介して電極パッド１２とはんだ接合される。

一般に、リフロー温度域では溶融しないメタルバンプ１６を用いてバンプをかさ上げすることによって、はんだバンプ１１を用いる場合には困難となる狭バンプピッチに対応できるという利点を有する。しかし、リフロー温度域で溶融しないメタルははんだよりも弾性率が高いことから、回路層７への応力負荷が大きいため、一般的にはそのようなメタルバンプ１６は容易には適用することが困難であった。

このような事情に対し、第３の実施形態では、上記の各実施形態と同様に、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの接続部２０の周囲において、第１の金属パターンと第２の金属パターンとの間に第２の有機絶縁膜３が介在している。これにより、メタルバンプ１６を適用しても、回路層７への応力負荷を抑制することができるので、メタルバンプ１６を適用することによる狭バンプピッチ化を容易に実現することができる。

また、第１の有機絶縁膜２に形成した開口部１４の開口径よりも第２の有機絶縁膜３に形成した開口部１５の開口径を小さくすることによって、一層、回路層７への応力負荷を抑制し、メタルバンプ１６の適用並びに狭バンプピッチ化を一層容易に実現することができる。

更に、第１の金属パターン（配線メタル１０）の平面寸法を第２の金属パターン（シードメタル１９）及びメタルバンプ１６の平面寸法以上の寸法とすることにより、一層、回路層７への応力負荷を抑制し、メタルバンプ１６の適用並びに狭バンプピッチ化を一層容易に実現することができる。

なお、上記の第３の実施形態では、第１の実施形態の構造（図１）とメタルバンプ１６とを組み合わせた例を説明したが、第２の実施形態の構造（図４）とメタルバンプ１６とを組み合わせても良い。すなわち、第２の有機絶縁膜３に形成した開口部１５の開口径が第１の有機絶縁膜２に形成した開口部１４の開口径以上の大きさである場合にも、メタルバンプ１６を適用することができる。この場合、第２の実施形態で説明したメカニズムにより、上記の第３の実施形態よりも、第２の有機絶縁膜３への応力を低減することが可能となる。

１ パッドメタル
２ 有機絶縁膜
２ａ 開口部
３ 有機絶縁膜
４ ソルダーレジスト
４ａ 開口部
５ バリアメタル
６ 半導体基板
７ 回路層
８ 無機絶縁膜
８ａ 開口部
９ シードメタル
１０ 配線メタル
１１ はんだバンプ
１２ 電極パッド
１４ 開口部
１５ 開口部
１６ メタルバンプ
１７ はんだ
１９ シードメタル
２０ 接続部
５０ 実装基板
５１ 基板本体
６０ 実装基板
８１ はんだ
１００ 半導体装置
２００ 半導体装置
３００ 半導体装置

Claims (13)

1. 電極と、
   前記電極を露出させる第１の開口部が形成された無機絶縁膜と、
   前記無機絶縁膜上に形成された第１の有機絶縁膜と、
   前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に形成され前記電極に達する第２の開口部と、
   前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１及び第２の開口部から離れた位置に形成され前記無機絶縁膜に達する第３の開口部と、
   前記第１の有機絶縁膜上に形成され、前記第２の開口部を介して前記電極に接続され、且つ、前記第３の開口部を介して前記無機絶縁膜に接続された第１の金属パターンと、
   前記第１の金属パターン上に形成された第２の有機絶縁膜と、
   前記第２の有機絶縁膜において平面視にて前記第３の開口部と重なる位置に形成され前記第１の金属パターンに達する第４の開口部と、
   前記第４の開口部を介して前記第１の金属パターンに接続された第２の金属パターンと、
   を有し、
   前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの接続部の周囲において、前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの間に前記第２の有機絶縁膜が介在していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第３の開口部の開口径よりも前記第４の開口部の開口径が小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第４の開口部の開口径が前記第３の開口部の開口径以上の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第１の金属パターンの平面寸法が前記第２の金属パターンの平面寸法以上の大きさであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 前記第２の金属パターンを構成する金属の溶融温度が３００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置
6. 前記第２の金属パターン上に形成されたバンプを更に有し、前記バンプの溶融温度が３００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置。
7. 前記第１及び第２の有機絶縁膜の材料が同一の材料であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の半導体装置。
8. 前記第１及び第２の有機絶縁膜の材料が、溶剤現像型感光性ポリイミドであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記第１の有機絶縁膜の材料よりも前記第２の有機絶縁膜の材料の方がじん性が高いことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の半導体装置。
10. 前記第１の有機絶縁膜の材料よりも前記第２の有機絶縁膜の材料の方が延性が高いことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の半導体装置。
11. 前記第１の有機絶縁膜の材料がアルカリ現像型感光性ポリイミド又はポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）であり、前記第２の有機絶縁膜の材料が溶剤現像型感光性ポリイミドであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の半導体装置を含んで構成されていることを特徴とする電子機器。
13. 電極を形成する工程と、
    前記電極を露出させる第１の開口部が形成された無機絶縁膜を形成する工程と、
    前記無機絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に前記電極に達する第２の開口部を形成し、前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１及び第２の開口部から離れた位置に前記無機絶縁膜に達する第３の開口部を形成する工程と、
    前記第２の開口部を介して前記電極に接続され、且つ、前記第３の開口部を介して前記無機絶縁膜に接続されるように、前記第１の有機絶縁膜上に第１の金属パターンを形成する工程と、
    前記第１の金属パターン上に第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の有機絶縁膜において平面視にて前記第１の開口部と重なる位置に前記第１の金属パターンに達する第４の開口部を形成する工程と、
    前記第４の開口部を介して前記第１の金属パターンに接続されるように、第２の金属パターンを形成する工程と、
    を有し、
    前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの接続部の周囲において、前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとの間に前記第２の有機絶縁膜が介在するように、前記第４の開口部の形成と前記第２の金属パターンの形成とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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