JP2012028708A - 半導体装置 - Google Patents

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聡 松井
Takeshi Eda
剛 江田
Akira Matsumoto
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好孝 京極
Shinji Watanabe
真司 渡邉
Hirokazu Honda
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Abstract

【課題】フリップチップ用バンプを介して半導体チップに加わる応力を効果的に緩和する。
【解決手段】半導体装置２００は、半導体チップ２０２上に形成された配線２１０、その上に形成され、第１の開口部２１４ａが形成された第１の絶縁膜（２１４）と、配線２１０に接して形成されたパッド電極膜２１６と、その上に形成され、第２の開口部２１８ａが形成された第２の絶縁膜（２１８）と、パッド電極膜２１６に接して形成されたフリップチップ用バンプ２２０とを含む。ここで、平面視において、フリップチップ用バンプ２２０の外縁直下の領域には、パッド電極膜２１６との間に第２の絶縁膜が存在し、フリップチップ用バンプ２２０の外縁は、パッド電極膜２１６の外縁の内側の領域に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。
近年、半導体チップの多ピン化に対応するために、フリップチップ実装のバンプピッチが縮小している。従来用いられていた錫や鉛を主成分とする半田バンプは、基板との接続時の熱により球状になるため、半導体チップとそれを搭載するプリント基板等との間の隙間を保ちながら微細化することが困難だった。一方、バンプの材料として、従来の鉛半田から、融点・延性には劣るが、鉛フリー半田への変更がすすめられている。鉛フリー半田は２次実装時等の後工程での熱処理により再溶融するため、半導体チップと基板との間を充填するアンダーフィル材料にボイドがあると、融けた半田が隣接する半田に接触しショートするという問題がある。これらを解決するため、バンプ材料として銅を用いる銅ピラー技術の開発が進められている。しかし、銅は、従来の半田バンプに比べて硬く、導体チップと基板との間の熱膨張係数の差によって生じるバンプへの応力が直接半導体チップにかかるという問題があった。
特許文献１（特開２０００−２６９３７１号公報）には、半導体装置の外部端子接合部であるランド上に突起を形成し、突起の突出部と外部端子を接合し、また、ランドと半導体素子の間に樹脂材料からなる保護膜の介在部を形成した構成が記載されている。保護膜は、通常ランド形成材料や外部端子の形成材料より弾性係数が小さくなっており、このような保護膜を外部端子を接合するランドと半導体素子表面のパッシベーション膜との間に介在させることにより、半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子に発生する変形を、保護膜の変形によって緩和することができると記載されている。これによって、半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができるとされている。
特許文献２（特開２０００−２４３８７４号公報）には、以下の構成の半導体装置が記載されている。電極端子が形成された半導体チップ面に、半導体チップの電極端子を露出して絶縁被膜が形成されている。絶縁被膜上に一端側が半導体チップの電極端子に接続された配線パターンが形成され、かつ各配線パターンの他端側に形成されたランド部の表面に柱状電極が立設されている。各柱状電極の頂部端面を露出して半導体チップ面を封止する封止層が形成されている。そして、ランド部の表面に立設された柱状電極が、導電性金属からなる芯材と、芯材が埋没するように電解めっきにより形成された金属柱状体とからなる。これにより、柱状電極とランド部との接着性を向上させつつ、柱状電極の応力緩和作用も増加させることができ、また製造時間も短縮可能とすることができるとされている。
特許文献３（特開２００９−１２３８６２号公報）には、所定の電子回路と導通する電極パッドが形成された半導体基板と、この半導体基板上で前記電極パッドを覆い、且つ、当該電極パッドに電気的に接続される通電部を有する再配線層と、前記再配線層上の、その下層に前記電極パッドが形成された部位に設けられ、前記通電部と導通しつつ、当該再配線層と接触する下底面の一部が前記下層の電極パッドをすべて覆う柱状の導体ポストと、前記導体ポストの所定部位に形成された外部電極と、を備えて成る半導体装置が記載されている。
特許文献４（特開２００５−２６６７９号公報）にも、突起電極を有する半導体装置が記載されている。図１２に、当該文献に記載された半導体装置の断面構成を示す。
当該半導体装置は、半導体基板１０１と、電極パッド１０２と、電極パッド１０２の表面の一部を露出する第１の開口部を有するパッシベーション膜１０３と、電極パッド１０２の表面の一部を露出する第２の開口部を有する絶縁膜１０４と、外縁を有する突起電極１０６と、封止樹脂１０７とを有する。電極パッド１０２と突起電極１０６との間には配線１０５が設けられており、突起電極１０６表面には外部端子１０８が設けられている。突起電極１０６は、外縁が第２の開口部と重ならないように、電極パッド１０２上に配置されている。ここで、ＣＳＰ構造の半導体装置では、突起電極部分の応力はそのエッジ（周縁部もしくは外縁部）に集中するが、絶縁膜１０４の開口部を突起電極１０６の直下に、該突起電極の断面内に含まれるように小さく形成し、応力の集中する突起電極のエッジを、ポリイミド等の比較的弾性が高く応力緩和機能を併せ持つ絶縁膜１０４で支持することにより、その下部にあるパッシベーション膜１０３及び電極パッド１０２をクラックの発生から保護している。
特開２０００−２６９３７１号公報 特開２０００−２４３８７４号公報 特開２００９−１２３８６２号公報 特開２００５−２６６７９号公報
しかし、従来の構成では、半導体チップにかかる応力の緩和が充分ではなかった。このような応力が半導体チップにかかると、半導体チップ側の層間膜を破壊するという問題が発生する。
図１３は、図１２に示した特許文献４に記載された半導体装置の問題点を説明するための図である。
突起電極１０６（フリップチップ用バンプ）がプリント基板等に接続される際、プリント基板の収縮によって突起電極１０６が傾けられる。このとき、突起電極１０６端部には大きな変位が生じ、図中破線で示した角部に応力がかかる。突起電極１０６にかかる応力は、下方に伝わる。ここで、突起電極１０６のエッジがポリイミド等の絶縁膜１０４で覆われているので、絶縁膜１０４で応力をある程度吸収することが期待できる。しかし、絶縁膜１０４で吸収できなかった応力は、そのまま半導体基板１０１側に伝わってしまい、半導体基板１０１において、たとえば絶縁膜（とくに低誘電率絶縁膜）の破壊等が生じるおそれがある。また、突起電極１０６にかかった応力は、配線１０５にも伝えられ、配線１０５外縁にも応力がかかる。そのため、配線１０５外縁にかかった応力も、絶縁膜１０４で吸収できない場合、そのまま半導体基板１０１側に伝わってしまう。
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に形成された配線と、
前記配線上に形成され、当該配線の一部を露出する第１の開口部が形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成されるとともに、前記第１の絶縁膜の前記第１の開口部から露出した前記配線の全面に接して形成されたパッド電極膜と、
前記第１の絶縁膜および前記パッド電極膜上に形成され、当該パッド電極膜の一部を露出する第２の開口部が形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成されるとともに、前記第２の絶縁膜の前記第２の開口部から露出した前記パッド電極膜の全面に接して形成されたフリップチップ用バンプと、
を含み、
平面視において、前記フリップチップ用バンプの外縁直下の領域には、前記パッド電極膜との間に前記第２の絶縁膜が存在し、
平面視で、前記フリップチップ用バンプの外縁は、前記パッド電極膜の外縁の内側の領域に形成された半導体装置が提供される。
フリップチップ用バンプにかかる応力は、下方に伝わるが、この構成によれば、フリップチップ用バンプの外縁直下の領域には、パッド電極膜との間に第２の絶縁膜が存在している。そのため、第２の絶縁膜が、フリップチップ用バンプを介してパッド電極膜に加わる応力を吸収することができる。さらに、フリップチップ用バンプの外縁がパッド電極膜の外縁の内側の領域に形成されており、パッド電極膜がフリップチップ用バンプよりも広く外側に張り出した形状となっている。そのため、パッド電極膜により応力を遮ることができ、フリップチップ用バンプを介して基板側に伝わる応力をより効果的に緩和することができる。これにより、チップ側絶縁膜（とくに低誘電率絶縁膜）の破壊も抑えられる。また、フリップチップ用バンプが基板側から剥がれるのを抑制することもできる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、フリップチップ用バンプを介して半導体チップに加わる応力を効果的に緩和することができる。
本発明の実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成の他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成の他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の効果を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成の他の例を示す断面図である。 従来の半導体装置の構成を示す断面図である。 従来の半導体装置の問題点を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、本実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
半導体装置２００は、半導体チップ２０２と、半導体チップ２０２上に形成された配線２１０とを含む。半導体チップ２０２は、基板上にトランジスタ等の素子が形成され、さらにその上に多層配線構造が形成された構成とすることができる。つまり、基板と配線２１０との間には、多層配線構造が形成された構成とすることができる。基板は、たとえばシリコン基板等の半導体基板とすることができる。また、基板上に形成された多層配線構造は、層間絶縁膜等の絶縁膜が積層された構成中に、配線やビアが形成された構成とすることができる。また、本実施の形態において、多層配線構造中の絶縁膜は、少なくとも一部に低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を含む構成とすることができる。配線２１０は、チップ電極として機能し、たとえばＡｌや銅等により構成することができる。
さらに、半導体チップ２０２上の配線２１０上には、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４（第１の絶縁膜）がこの順で形成され、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４には、配線２１０の一部を露出する第１の開口部２１４ａが形成されている。カバー絶縁膜２１２は、たとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やＳｉＯＮ膜、またはこれらの積層膜等により構成することができる。
さらに、第１のポリイミド樹脂膜２１４上には、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａから露出した配線２１０の全面に接して形成されたパッド電極膜２１６（再配線層）が形成されている。パッド電極膜２１６は、たとえば銅等により構成することができる。
さらに、第１のポリイミド樹脂膜２１４およびパッド電極膜２１６上には、第２のポリイミド樹脂膜２１８（第２の絶縁膜）が形成され、第２のポリイミド樹脂膜２１８には、パッド電極膜２１６の一部を露出する第２の開口部２１８ａが形成されている。
第２のポリイミド樹脂膜２１８上には、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａから露出したパッド電極膜２１６の全面に接して形成されたフリップチップ用バンプ２２０が形成されている。本実施の形態において、フリップチップ用バンプ２２０は、銅により構成された銅ピラーとすることができる。フリップチップ用バンプ２２０は、第２のポリイミド樹脂膜２１８中に形成され、パッド電極膜２１６に接して設けられたビア部と、第２のポリイミド樹脂膜２１８上の第２の開口部２１８ａ外に露出して形成されたピラー部とを含む。本実施の形態において、ビア部の側壁周囲には、第２のポリイミド樹脂膜２１８が形成されている。
具体的には、パッド電極膜２１６も、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４中に形成され、配線２１０に接して設けられたビア部と、第１のポリイミド樹脂膜２１４上の第１の開口部２１４ａ外に露出して設けられた配線部とを含む。また、パッド電極膜２１６の中央部は窪んで形成され、かつ当該中央部の所定の領域は平坦に形成された構成とすることができる。フリップチップ用バンプ２２０は、パッド電極膜２１６の当該平坦な所定の領域に接して設けられ、フリップチップ用バンプ２２０とパッド電極膜２１６との接触領域の外縁は、パッド電極膜２１６の平坦な所定の領域の外縁よりも内側の領域に存在する。このような構成により、パッド電極膜２１６上に第２のポリイミド樹脂膜２１８を形成する際に、フリップチップ用バンプ２２０のビア部が第２のポリイミド樹脂膜２１８で埋め込まれ、ビア部の側壁周囲に、第２のポリイミド樹脂膜２１８が形成された構成とすることができる。
本実施の形態において、パッド電極膜２１６の外縁の直下の領域には、パッド電極膜２１６に接して第１のポリイミド樹脂膜２１４が形成された構成とすることができる。また、本実施の形態において、平面視において、フリップチップ用バンプ２２０の外縁直下の領域には、パッド電極膜２１６との間に第２のポリイミド樹脂膜２１８が存在している。そのため、第２のポリイミド樹脂膜２１８が、フリップチップ用バンプ２２０を介してパッド電極膜２１６に加わる応力を吸収することができる。
さらに、フリップチップ用バンプ２２０の表面には、フリップチップ用バンプ２２０と電気的に接続されたたとえば半田等の外部電極２２２が形成されている。以上の構成により、配線２１０がパッド電極膜２１６およびフリップチップ用バンプ２２０を介して、外部電極２２２と電気的に接続された構成となっている。
本実施の形態において、配線２１０、パッド電極膜２１６、およびフリップチップ用バンプ２２０は、それぞれ直上に積層した構造を有する。つまり、配線２１０、パッド電極膜２１６およびフリップチップ用バンプ２２０は、平面視で重なる領域を有する構成とすることができる。これにより、各メタル層の直下の接続がメタル層同士で行われるので、密着性を高めることができ、剥がれ防止の効果を高めることができる。
図２は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面図である。
ここでは、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４に形成された第１の開口部２１４ａ、パッド電極膜２１６のパッド外縁２１６ｂ、第２のポリイミド樹脂膜２１８に形成された第２の開口部２１８ａ、およびフリップチップ用バンプ２２０のバンプ外縁２２０ｂが、それぞれ八角形の平面形状を有する構成である例を示す。また、ここでは、説明のために、第１の開口部２１４ａおよびパッド外縁２１６ｂを破線、第２の開口部２１８ａおよびバンプ外縁２２０ｂを一点破線でそれぞれ示している。また、これらは全て中心が重なる配置とすることができる。つまり、パッド電極膜２１６およびフリップチップ用バンプ２２０は、それぞれの中心が平面視で重なる構成とすることができる。
ここで、第１の開口部２１４ａの外縁は、配線２１０とパッド電極膜２１６との接触領域の外縁に対応する。また、第２の開口部２１８ａの外縁は、フリップチップ用バンプ２２０とパッド電極膜２１６との接触領域の外縁に対応する。
さらに、ここでは図示していないが、配線２１０も八角形の平面形状を有する構成とすることができ、パッド電極膜２１６等と中心が重なる構成とすることができる。また、配線２１０は、たとえば長方形等、他の形状とすることもできる。
本実施の形態において、平面視で、フリップチップ用バンプ２２０の外縁（以下、バンプ外縁２２０ｂともいう。）は、パッド電極膜２１６の外縁（以下、パッド外縁２１６ｂともいう。）の内側の領域に形成されている。つまり、本実施の形態において、フリップチップ用バンプ２２０の最大径Ｃは、パッド電極膜２１６の最大径Ｄよりも小さい構成となっている。ここで、フリップチップ用バンプ２２０の最大径Ｃは、たとえば５０〜１２０μｍ程度、一例としてたとえば８５μｍ程度とすることができる。また、パッド電極膜２１６の最大径Ｄは、たとえば５５〜２００μｍ程度、一例としてたとえば１５０μｍ程度とすることができる。
このように、フリップチップ用バンプ２２０の外縁がパッド電極膜２１６の外縁の内側の領域に形成されており、パッド電極膜２１６がフリップチップ用バンプ２２０よりも広く外側に張り出した形状とすることにより、パッド電極膜２１６により応力を遮ることができ、フリップチップ用バンプ２２０を介して半導体チップ２０２側に伝わる応力をより効果的に緩和することができる。このような観点からは、たとえば、パッド電極膜２１６とフリップチップ用バンプ２２０との中心が重なっている場合、パッド電極膜２１６の最大径Ｄが、フリップチップ用バンプ２２０の最大径Ｃの約１．１倍以上とすることができる。
さらに、本実施の形態において、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの外縁と、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの外縁とが平面視で重ならないように形成することができる。つまり、フリップチップ用バンプ２２０のビア部のビア径と、パッド電極膜２１６のビア部のビア径が異なる。このような構成により、応力のかかりやすい配線２１０とパッド電極膜２１６との接触領域の外縁とパッド電極膜２１６とフリップチップ用バンプ２２０との接触領域の外縁とが平面視で重ならない構成とすることができ、応力を緩和することができる。
本例では、平面視で、パッド電極膜２１６とフリップチップ用バンプ２２０との接触領域の外縁（第２の開口部２１８ａの外縁）が、配線２１０とパッド電極膜２１６との接触領域の外縁（第１の開口部２１４ａの外縁）よりも内側の領域に形成されている。つまり、本例において、パッド電極膜２１６が配線２１０と接する部分の第１の開口部２１４ａの最大径Ａが、フリップチップ用バンプ２２０がパッド電極膜２１６と接する部分の第２の開口部２１８ａの最大径Ｂより大きい構成となっている。
ここで、第１の開口部２１４ａの最大径Ａは、たとえば２０〜１００μｍ程度、一例としてたとえば５５μｍ程度とすることができる。また、第２の開口部２１８ａの最大径Ｂは、たとえば１０〜８０μｍ程度、一例としてたとえば４０μｍ程度とすることができる。各開口部の開口径の下限は、ポリイミドの解像度に基づき適宜設定することができる。また、各開口部の開口径の上限は、フリップチップ用バンプ２２０の最大径Ｃに基づき適宜設定することができる。
図３は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の他の例を示す平面図である。
ここでは、カバー絶縁膜２１２および第１のポリイミド樹脂膜２１４に形成された第１の開口部２１４ａ、および第２のポリイミド樹脂膜２１８に形成された第２の開口部２１８ａの平面形状が図２に示した例と異なり、矩形形状を有する例を示す。パッド電極膜２１６のパッド外縁２１６ｂおよびフリップチップ用バンプ２２０のバンプ外縁２２０ｂの平面形状は、図２に示したのと同様に、それぞれ、八角形の平面形状を有する構成とすることができる。なお、本例でも、これらは全て中心が重なる配置とすることができる。
本例においても、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの外縁と、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの外縁とが平面視で重ならないように形成することができる。本例では、平面視で、第２の開口部２１８ａの外縁が、第１の開口部２１４ａの外縁よりも内側の領域に形成されている。本例において、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの長軸方向の幅Ａが、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの長軸方向の幅Ｂより大きい構成となっている。また、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの短軸方向の幅Ａ'が、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの短軸方向の幅Ｂ'より大きい構成となっている。ここで、第１の開口部２１４ａの長軸方向の幅Ａは、たとえば２５〜１００μｍ程度、一例としてたとえば４５μｍ程度、短軸方向の幅Ａ'は、たとえば２０〜６０μｍ程度、一例としてたとえば３０μｍ程度とすることができる。また、第２の開口部２１８ａの長軸方向の幅Ｂは、たとえば１５〜９０μｍ程度、一例としてたとえば３５μｍ程度、短軸方向の幅Ｂ'は、たとえば１０〜５０μｍ程度、一例としてたとえば２０μｍ程度とすることができる。
次に、本実施の形態における半導体装置２００の製造手順を説明する。
図４から図８は、本実施の形態における半導体装置２００の製造手順の一例を示す工程断面図である。
まず、半導体チップ２０２上に配線２１０が形成された半導体装置２００上の全面にカバー絶縁膜２１２を形成する（図４（ａ））。つづいて、カバー絶縁膜２１２上にレジストパターンを形成し、当該レジストをマスクとしてカバー絶縁膜２１２をエッチングしてカバー絶縁膜２１２に開口部２１４ａを形成する（図４（ｂ））。つづいて、カバー絶縁膜２１２上に感光性の第１のポリイミド樹脂膜２１４を形成し、露光および現像を行い、第１のポリイミド樹脂膜２１４にも開口部２１４ａを形成する（図５（ａ））。
この後、第１のポリイミド樹脂膜２１４上にパッド電極膜２１６を形成する（図５（ｂ））。パッド電極膜２１６は、たとえば以下の手順で形成することができる。まず、Ｔｉ、ＴｉＮ等のバリア膜および銅のシード膜をこの順にスパッタリングで全面に成膜する。つづいて、シード膜上にレジストをパターニングし、パッド電極膜２１６を形成する部分を開口する。次いで、電解めっき（銅めっき）により、パッド電極膜２１６を形成する。この後、レジストを除去して、銅めっき膜が形成された部分以外のシード膜およびバリア膜をエッチングで除去する。このとき、パッド電極膜２１６の外縁の最大径をＤ、さらに、パッド電極膜２１６の中央部の平坦な所定の領域の最大径をＤ'とする。
次いで、パッド電極膜２１６および第１のポリイミド樹脂膜２１４上に感光性の第２のポリイミド樹脂膜２１８を形成する（図６）。
この後、露光および現像を行い、第２のポリイミド樹脂膜２１８に第２の開口部２１８ａを形成する（図７）。本実施の形態において、第２の開口部２１８ａの外縁が、第１の開口部２１４ａの外縁よりも内側の領域に形成するようにする。つまり、ここでは、第１の開口部２１４ａの最大径Ａ＞第２の開口部２１８ａの最大径Ｂとなるようにすることができる。
さらに、本実施の形態において、第２の開口部２１８ａの外縁が、パッド電極膜２１６の中央部の平坦部の外縁の内側の領域に位置するように第２の開口部２１８ａを形成することができる。つまり、パッド電極膜２１６の中央部の平坦部の最大径Ｄ'＞第２の開口部２１８ａの最大径Ｂとなるようにすることができる。これにより、後にパッド電極膜２１６および第２のポリイミド樹脂膜２１８上にフリップチップ用バンプ２２０を形成する際に、パッド電極膜２１６のビア部とフリップチップ用バンプ２２０との間に第２のポリイミド樹脂膜２１８が介在するようにすることができ、より応力を緩和することができる。
つづいて、第２のポリイミド樹脂膜２１８上の全面にフリップチップ用バンプ２２０を形成する（図８）。フリップチップ用バンプ２２０は、たとえば以下の手順で形成することができる。まず、Ｔｉ、ＴｉＮ等のバリア膜および銅のシード膜をこの順にスパッタリングで全面に成膜する。つづいて、シード膜上にレジストをパターニングし、フリップチップ用バンプ２２０を形成する部分を開口する。次いで、電解めっき（銅めっき、はんだめっきを連続して行う）により、フリップチップ用バンプ２２０を形成する。この後、レジストを除去して、めっき膜が形成された部分以外のシード膜およびバリア膜をエッチングで除去する。つづいて、リフローを行い、はんだを一度溶かして平滑なバンプ表面を形成する。これにより、フリップチップ用バンプ２２０と電気的に接続された外部電極２２２が形成される。外部電極２２２は、たとえば半田等により構成することができる。本実施の形態において、パッド電極膜２１６の外縁がフリップチップ用バンプ２２０の外縁の内側の領域に位置するようにフリップチップ用バンプ２２０を形成することができる。つまり、ここでは、パッド電極膜２１６の外縁の最大径Ｄ＞フリップチップ用バンプ２２０の外縁の最大径Ｃとなるようにすることができる。
以上により、図１に示した構成の半導体装置２００が形成される。
また、本実施の形態において、半導体装置２００は、たとえば図９に示したように、カバー絶縁膜２１２を有しない構成とすることもできる。
次に、本実施の形態における半導体装置２００の構成の効果を説明する。
図１０は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の効果を示す断面図である。
フリップチップ用バンプ２２０がプリント基板等に接続される際、プリント基板の収縮によってフリップチップ用バンプ２２０が傾けられる。このとき、フリップチップ用バンプ２２０端部（外縁）には大きな変位が生じ、図中破線で示した角部に応力がかかる。フリップチップ用バンプ２２０にかかる応力は、下方に伝わる。本実施の形態における半導体装置１００の構成によれば、フリップチップ用バンプ２２０の外縁直下の領域には、パッド電極膜２１６との間に第２のポリイミド樹脂膜２１８が存在している。そのため、第２のポリイミド樹脂膜２１８が、フリップチップ用バンプ２２０を介してパッド電極膜２１６に加わる応力を吸収することができる。
さらに、フリップチップ用バンプ２２０の外縁がパッド電極膜２１６の外縁の内側の領域に形成されており、パッド電極膜２１６がフリップチップ用バンプ２２０よりも広く外側に張り出した形状となっている。そのため、パッド電極膜２１６により応力を遮ることができ、フリップチップ用バンプ２２０を介して半導体チップ２０２側に伝わる応力をより効果的に緩和することができる。これにより、半導体チップ２０２中の絶縁膜（とくに低誘電率絶縁膜）の破壊も抑えられる。また、フリップチップ用バンプ２２０が半導体チップ２０２側から剥がれるのを抑制することもできる。
さらに、パッド電極膜２１６が、第２のポリイミド樹脂膜２１８と第１のポリイミド樹脂膜２１４とで挟まれている。また、フリップチップ用バンプ２２０とパッド電極膜２１６との間には、第２のポリイミド樹脂膜２１８が設けられている。さらに、フリップチップ用バンプ２２０には径の細いビア部が設けられており、ビア部の側壁周囲には、第２のポリイミド樹脂膜２１８が形成されている。そのため、フリップチップ用バンプ２２０のビア部でも応力を第２のポリイミド樹脂膜２１８中に拡散させることができ、応力を緩和することができる。
さらに、本実施の形態において、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの外縁と、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの外縁とが平面視で重ならない構成となっている。第１のポリイミド樹脂膜２１４および第２のポリイミド樹脂膜２１８の２層のポリイミド樹脂膜が設けられた場合、フリップチップ用バンプ２２０がプリント基板の収縮によって傾けられることにより、図中破線で囲んだように、フリップチップ用バンプ２２０のビア底部にも変位が生じる。さらに、フリップチップ用バンプ２２０の変位によって、図中破線で囲んだように、フリップチップ用バンプ２２０が接続するパッド電極膜２１６のビア底部付近にも変位が生じる。本実施の形態において、これらのビア径が異なるので、応力のかかる位置が平面視で重ならない構成とすることができ、応力を緩和することができる。これにより、半導体チップ２０２中の絶縁膜（とくに低誘電率絶縁膜）の破壊も抑えられる。
さらに、本実施の形態において、配線２１０、パッド電極膜２１６、およびフリップチップ用バンプ２２０は、それぞれ直上に積層した構造を有する。これにより、各メタル層の直下の接続がメタル層同士で行われるので、密着性を高めることができ、剥がれ防止の効果を高めることができる。
また、フリップチップ用バンプ２２０と第１のポリイミド樹脂膜２１４との間に、広く外側に張り出した形状のパッド電極膜２１６を設けているので、メタル層と絶縁層との密着強度を増すこともでき、半導体チップ２０２にかかる応力に対する耐久性が向上する。
以上の結果、半田バンプシア強度、半田バンププル強度を向上でき、基板実装後の半導体装置とプリント基板等との熱膨張率の相違に基づく応力に対する信頼性を向上することができる。
図１１は、本実施の形態における半導体装置の構成の他の例を示す断面図である。
本例でも、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの外縁と、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの外縁とが平面視で重ならないように形成されている。ただし、本例では、平面視で、第１の開口部２１４ａの外縁が、第２の開口部２１８ａの外縁よりも内側の領域に形成されている。つまり、本例において、第２のポリイミド樹脂膜２１８の第２の開口部２１８ａの最大径Ｂが、第１のポリイミド樹脂膜２１４の第１の開口部２１４ａの最大径Ａより大きい構成となっている。このような構成としても、フリップチップ用バンプ２２０のビア部とパッド電極膜２１６のビア部のビア径が異なるので、応力のかかる位置が平面視で重ならない構成とすることができ、応力を緩和することができる。これにより、半導体チップ２０２中の絶縁膜（とくに低誘電率絶縁膜）の破壊も抑えられる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以上の実施の形態において、第１のポリイミド樹脂膜２１４および第２のポリイミド樹脂膜２１８がポリイミド樹脂膜である場合を例として説明したが、これらは、たとえばポリエーテルイミド樹脂、アクリル変成エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＢＯ樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等、他の有機樹脂膜により構成することもできる。
２００ 半導体装置
２０２ 半導体チップ
２１０ 配線
２１２ カバー絶縁膜
２１４ 第１のポリイミド樹脂膜
２１４ａ 第１の開口部
２１６ パッド電極膜
２１６ｂ パッド外縁
２１８ 第２のポリイミド樹脂膜
２１８ａ 第２の開口部
２２０ フリップチップ用バンプ
２２０ｂ バンプ外縁
２２２ 外部電極

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された配線と、
    前記配線上に形成され、当該配線の一部を露出する第１の開口部が形成された第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜上に形成されるとともに、前記第１の絶縁膜の前記第１の開口部から露出した前記配線の全面に接して形成されたパッド電極膜と、
    前記第１の絶縁膜および前記パッド電極膜上に形成され、当該パッド電極膜の一部を露出する第２の開口部が形成された第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上に形成されるとともに、前記第２の絶縁膜の前記第２の開口部から露出した前記パッド電極膜の全面に接して形成されたフリップチップ用バンプと、
    を含み、
    平面視において、前記フリップチップ用バンプの外縁直下の領域には、前記パッド電極膜との間に前記第２の絶縁膜が存在し、
    平面視で、前記フリップチップ用バンプの外縁は、前記パッド電極膜の外縁の内側の領域に形成された半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記パッド電極膜の外縁の直下の領域には、当該パッド電極膜に接して前記第１の絶縁膜が形成されている半導体装置。
  3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
    前記基板と前記配線との間には、多層配線構造が形成されている半導体装置。
  4. 請求項１から３いずれかに記載の半導体装置において、
    前記基板と前記配線との間には、低誘電率絶縁膜を含む多層配線構造が形成されている半導体装置。
  5. 請求項１から４いずれかに記載の半導体装置において、
    前記配線と前記パッド電極膜との接触領域の外縁と、前記パッド電極膜と前記フリップチップ用バンプとの接触領域の外縁とが平面視で重ならないように形成された半導体装置。
  6. 請求項１から５いずれかに記載の半導体装置において、
    前記配線、前記パッド電極膜、および前記フリップチップ用バンプは、平面視で重なる領域を有する半導体装置。
  7. 請求項１から６いずれかに記載の半導体装置において、
    前記配線、前記パッド電極膜、および前記フリップチップ用バンプは、それぞれの中心が平面視で重なる半導体装置。
  8. 請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
    前記フリップチップ用バンプは、前記第２の絶縁膜中に形成され、前記パッド電極膜に接して設けられたビア部と、前記第２の絶縁膜上の前記第２の開口部外に露出して形成されたピラー部とを含み、前記ビア部の側壁周囲には、前記第２の絶縁膜が形成されている半導体装置。
  9. 請求項１から８いずれかに記載の半導体装置において、
    前記パッド電極膜の中央部は窪んで形成され、かつ当該中央部の所定の領域は平坦に形成され、前記フリップチップ用バンプは、前記パッド電極膜の当該所定の領域に接して設けられ、前記フリップチップ用バンプと前記パッド電極膜との接触領域の外縁は、前記パッド電極膜の前記所定の領域の外縁よりも内側の領域に存在する半導体装置。
  10. 請求項１から９いずれかに記載の半導体装置において、
    前記第２の絶縁膜は、有機樹脂膜である半導体装置。
  11. 請求項１から１０いずれかに記載の半導体装置において、
    前記第２の絶縁膜は、ポリイミド樹脂膜である半導体装置。
  12. 請求項１から１１いずれかに記載の半導体装置において、
    前記第１の絶縁膜は、ポリイミド樹脂膜である半導体装置。
  13. 請求項１から１２いずれかに記載の半導体装置において、
    平面視で、前記パッド電極膜と前記フリップチップ用バンプとの接触領域の外縁が、前記配線と前記パッド電極膜との接触領域の外縁よりも内側の領域に形成された半導体装置。
  14. 請求項１から１２いずれかに記載の半導体装置において、
    平面視で、前記配線と前記パッド電極膜との接触領域の外縁が、前記パッド電極膜と前記フリップチップ用バンプとの接触領域の外縁よりも内側の領域に形成された半導体装置。
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