JP2013110338A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
Semiconductor integrated circuit device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013110338A JP2013110338A JP2011255867A JP2011255867A JP2013110338A JP 2013110338 A JP2013110338 A JP 2013110338A JP 2011255867 A JP2011255867 A JP 2011255867A JP 2011255867 A JP2011255867 A JP 2011255867A JP 2013110338 A JP2013110338 A JP 2013110338A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- film
- integrated circuit
- bump
- semiconductor integrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/0401—Bonding areas specifically adapted for bump connectors, e.g. under bump metallisation [UBM]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05147—Copper [Cu] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05155—Nickel [Ni] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/05166—Titanium [Ti] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/05171—Chromium [Cr] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/05176—Ruthenium [Ru] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/05184—Tungsten [W] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05099—Material
- H01L2224/05186—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/0555—Shape
- H01L2224/05556—Shape in side view
- H01L2224/05558—Shape in side view conformal layer on a patterned surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/0556—Disposition
- H01L2224/05571—Disposition the external layer being disposed in a recess of the surface
- H01L2224/05572—Disposition the external layer being disposed in a recess of the surface the external layer extending out of an opening
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05599—Material
- H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05617—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
- H01L2224/05624—Aluminium [Al] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05599—Material
- H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05644—Gold [Au] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05599—Material
- H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05647—Copper [Cu] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05599—Material
- H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05655—Nickel [Ni] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/1147—Manufacturing methods using a lift-off mask
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/118—Post-treatment of the bump connector
- H01L2224/11848—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
- H01L2224/11849—Reflowing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13005—Structure
- H01L2224/13006—Bump connector larger than the underlying bonding area, e.g. than the under bump metallisation [UBM]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13075—Plural core members
- H01L2224/1308—Plural core members being stacked
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13075—Plural core members
- H01L2224/1308—Plural core members being stacked
- H01L2224/13083—Three-layer arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/13111—Tin [Sn] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/13113—Bismuth [Bi] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/13116—Lead [Pb] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
- H01L2224/1312—Antimony [Sb] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/13139—Silver [Ag] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/13147—Copper [Cu] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/13155—Nickel [Ni] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/2919—Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/81455—Nickel [Ni] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L24/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置(または半導体装置)におけるバンプ電極技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique effective when applied to a bump electrode technique in a semiconductor integrated circuit device (or a semiconductor device).
日本特開2010−251741号公報(特許文献1)または、これに対応する米国特許公開2010−258335号公報(特許文献2)には、半田バンプ接続におけるUBM(Under Bump Metal)部への電流集中を回避するために、UBM部の付着層とバリア層の間に比較的厚い銅層を挿入する技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-251741 (Patent Document 1) or US Patent Publication No. 2010-258335 (Patent Document 2) corresponding thereto discloses a current concentration at an UBM (Under Bump Metal) portion in solder bump connection. In order to avoid this, a technique of inserting a relatively thick copper layer between the adhesion layer and the barrier layer of the UBM portion is disclosed.
日本特開2006−295109号公報(特許文献3)には、銅やニッケル等の金属を柱状に形成した非溶融型メタルバンプが有する応力を半導体基板等に伝えやすいという弱点を回避するために、非溶融型メタルバンプの周辺を半田バンプで覆う技術が開示されている。 In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-295109 (Patent Document 3), in order to avoid the weak point that the stress of the non-melting type metal bump formed by columnar metal such as copper or nickel is easily transmitted to a semiconductor substrate or the like. A technique for covering the periphery of a non-melting type metal bump with a solder bump is disclosed.
Chih−ming Chen外1名、”Electromigration effect upon the Sn−0.7wt% Cu/Ni and Sn−3.5w% Ag/Ni interfacial reactions”,Journal of Applied Physics,Vol.90,No.3,1 August 2001,pp1208−1214(非特許文献1)には、鉛フリー半田とニッケル層との界面における金属間化合物の形成とエレクトロマイグレーションの関係が論議されている。 Chih-ming Chen and one other, "Electromigration effect up the the Sn-0.7wt% Cu / Ni and Sn-3.5w% Ag / Ni interfacial reactions", Journal of Applied Physics, V. 90, no. 3,1 August 2001, pp1208-1214 (Non-Patent Document 1) discusses the relationship between the formation of an intermetallic compound and electromigration at the interface between a lead-free solder and a nickel layer.
J.Shen外2名、”Growth mechanism of Ni3Sn4 in a Sn/Ni liquid/solid interfacial reaction”,Acta Materialia 57(2009),pp5196−5206(非特許文献2)には、鉛フリー半田とニッケル層との界面における金属間化合物の成長について、種々の論議がなされている。 J. et al. Two names other than Shen, “Growth mechanism of Ni 3 Sn 4 in a Sn / Ni liquid / solid interface reaction”, Acta Materialia 57 (2009), pp5196-5206, lead layer (Non-Patent Document 2) Various discussions have been made on the growth of intermetallic compounds at the interface.
Minhua Lu外3名、”Blech effect in Pb−free flip chip solder joint”,Applied Physics Letters 94, 011912(2009)(非特許文献3)には、電子流方向とは逆方向に生じる応力勾配が駆動力となって生じるエレクトロマイグレーションの抑制効果に関する論議がなされている。 In Minhua Lu 3 names, “Blech effect in Pb-free flip chip solder joint”, Applied Physics Letters 94, 011912 (2009) (Non-patent Document 3), a stress gradient is generated in the direction opposite to the electron flow direction. Discussions have been made on the effect of suppressing electromigration that occurs as a force.
チップあたりの端子数の増大に伴って、フリップチップ実装が種々の形態で実施されている。しかし、バンプピッチの微細化およびバンプの鉛フリー化によって、エレクトロマイグレーション耐性の確保がますます重要となっている。 As the number of terminals per chip increases, flip chip mounting is implemented in various forms. However, it is increasingly important to ensure electromigration resistance by reducing the bump pitch and making the bump lead-free.
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。 The present invention has been made to solve these problems.
本発明の目的は、信頼性の高い半導体集積回路装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor integrated circuit device.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及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下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、本願の一つの発明は、フリップチップ型の半導体集積回路装置において、チップの第1の主面上に形成された多数のUBMパッド状の各々に設けられた半田バンプの中間部には、上下を分割する前記半田バンプとは異なる材質の金属隔壁が設けられているものである。 That is, according to one aspect of the present invention, in the flip-chip type semiconductor integrated circuit device, an intermediate portion of the solder bumps provided on each of a large number of UBM pad shapes formed on the first main surface of the chip includes: A metal partition made of a material different from the solder bumps that divide the upper and lower sides is provided.
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下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、フリップチップ型の半導体集積回路装置において、チップの第1の主面上に形成された多数のUBMパッド状の各々に設けられた半田バンプの中間部には、上下を分割する前記半田バンプとは異なる材質の金属隔壁が設けられているので、半田バンプ内におけるエレクトロマイグレーション等に起因するボイドの発生を低減することができる。 That is, in the flip-chip type semiconductor integrated circuit device, the solder bumps divided into upper and lower parts are arranged in the middle part of the solder bumps provided on each of a large number of UBM pads formed on the first main surface of the chip. Since the metal partition made of a material different from the above is provided, generation of voids due to electromigration or the like in the solder bumps can be reduced.
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.
1.以下を含む半導体集積回路装置:
(a)第1の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた多数のUBMパッド;
(c)前記多数のUBMパッドの各UBMパッド上に設けられ、主に半田部材から構成されたほぼ球状の半田バンプ;
(d)前記半田バンプの中間部において、前記半田バンプを上部と下部に区画する、前記半田バンプとは異なる材質の第1の金属隔壁。
1. Semiconductor integrated circuit devices including:
(A) a semiconductor substrate having a first main surface;
(B) a number of UBM pads provided on the first main surface of the semiconductor substrate;
(C) a substantially spherical solder bump provided on each UBM pad of the multiple UBM pads and mainly composed of a solder member;
(D) A first metal partition made of a material different from the solder bump, which divides the solder bump into an upper part and a lower part in an intermediate part of the solder bump.
2.前記項1の半導体集積回路装置において、前記第1の金属隔壁は、半田濡れ性を有する第1の隔壁金属膜および、この隔壁金属膜を構成する主要成分と錫を主要な構成要素とする第1の金属間化合物層から、基本的に構成されている。
2. In the semiconductor integrated circuit device according to
3.前記項2の半導体集積回路装置において、前記第1の隔壁金属膜の前記主要成分は、ニッケル又は銅である。
3. In the semiconductor integrated circuit device according to
4.前記項2の半導体集積回路装置において、前記第1の隔壁金属膜の前記主要成分は、ニッケルである。
4). In the semiconductor integrated circuit device according to
5.前記項1から4のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半田バンプの前記半田部材は、鉛フリー半田である。
5. In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
6.前記項5の半導体集積回路装置において、前記鉛フリー半田は、錫−銀系鉛フリー半田である。
6). In the semiconductor integrated circuit device according to
7.前記項1から6のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半導体基板は、半導体チップである。
7). In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
8.前記項1から6のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半導体基板は、半導体ウエハである。
8). In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
9.前記項1から7のいずれか一つの半導体集積回路装置において、前記半田バンプは、BGAの内部バンプである。
9. In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
10.前記項1から9のいずれか一つの半導体集積回路装置において、更に、以下を含む:
(e)前記半田バンプの前記上部の中間部に於いて、前記上部を更に上下に区画する、前記第1の金属隔壁と同一材料の第2の金属隔壁。
10. The semiconductor integrated circuit device according to any one of
(E) A second metal partition made of the same material as the first metal partition, which further divides the upper part in the middle part of the upper part of the solder bump.
〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary, but these are not independent from each other unless otherwise specified. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.
更に、本願において、「半導体装置」または「半導体集積回路装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、および、それらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップまたはウエハ上の複数のチップ領域等(たとえば単結晶シリコン基板)の上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。このとき、集積回路構成の代表的なものとしては、Nチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETを組み合わせたCMOS(Complemetary Metal Oxide Semiconductor)型集積回路に代表されるCMIS(Complemetary Metal Insulator Semiconductor)型集積回路を例示することができる。 Further, in the present application, the term “semiconductor device” or “semiconductor integrated circuit device” mainly refers to various transistors (active elements) alone, and a plurality of resistors, capacitors, etc. on a semiconductor chip or wafer, centering on them. That are integrated on a chip region or the like (for example, a single crystal silicon substrate). Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. At this time, as a typical integrated circuit configuration, a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) integrated circuit represented by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit combining an N-channel MISFET and a P-channel MISFET. Can be illustrated.
今日の半導体集積回路装置、すなわち、LSI(Large Scale Integration)のウエハ工程は、通常、原材料としてのシリコンウエハの搬入からプリメタル(Premetal)工程(M1配線層下端とゲート電極構造の間の層間絶縁膜等の形成、コンタクトホール形成、タングステンプラグ、埋め込み等からなる工程)あたりまでのFEOL(Front End of Line)工程と、M1配線層形成から始まり、パッド電極上のファイナルパッシベーション膜へのパッド開口の形成あたりまでのBEOL(Back End of Line)工程に大別できる。なお、フリップチップ製品やウエハレベルパッケージプロセスにおいては、UBM(Under Bump Metal)形成プロセス、バンプ形成プロセス等も含む。 A semiconductor process of today's semiconductor integrated circuit device, that is, a LSI (Large Scale Integration) wafer process, is usually performed by carrying a silicon wafer as a raw material to a premetal process (an interlayer insulating film between the lower end of the M1 wiring layer and the gate electrode structure). Etc., a contact hole formation, a tungsten plug, a process consisting of embedding, etc.) and an M1 wiring layer formation, and formation of a pad opening to the final passivation film on the pad electrode It can be roughly divided into a BEOL (Back End of Line) process. Note that flip chip products and wafer level package processes include UBM (Under Bump Metal) forming processes, bump forming processes, and the like.
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG(Fluorosilicate Glass)、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノクラスタリングシリカ(Nano-Clustering Silica:NCS)等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜)、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。 2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say. Similarly, “silicon oxide film”, “silicon oxide insulating film”, etc. are not only relatively pure undoped silicon oxide (FS), but also FSG (Fluorosilicate Glass), TEOS-based silicon oxide ( Thermal oxide films such as TEOS-based silicon oxide), SiOC (Silicon Oxicarbide) or Carbon-doped Silicon oxide or OSG (Organosilicate glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), BPSG (Borophosphosilicate Glass), CVD Oxide film, SOG (Spin ON Glass), nano-clustering silica (Nano-Clustering Silica: NCS) and other coating-type silicon oxide, silica-based low-k insulating film (porous insulating) Needless to say, a film) and a composite film with other silicon-based insulating films including these as main constituent elements are included.
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。 In addition to silicon oxide insulating films, silicon nitride insulating films that are commonly used in the semiconductor field include silicon nitride insulating films. Materials belonging to this system include SiN, SiCN, SiNH, SiCNH, and the like. Here, “silicon nitride” includes both SiN and SiNH unless otherwise specified. Similarly, “SiCN” includes both SiCN and SiCNH, unless otherwise specified.
なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多い。 Note that SiC has similar properties to SiN, but SiON is often rather classified as a silicon oxide insulating film.
窒化シリコン膜は、SAC(Self−Aligned Contact)技術におけるエッチストップ膜、すなわち、CESL(Contact Etch−Stop Layer)として、多用されるほか、SMT(Stress Memorization Technique)における応力付与膜としても使用される。 A silicon nitride film is frequently used as an etch stop film in SAC (Self-Aligned Contact) technology, that is, CESL (Contact Etch-Stop Layer), and also as a stress applying film in SMT (Stress Measurement Technique). .
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。 3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context.
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。 4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.
5.「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。 5. “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor integrated circuit device (same as a semiconductor device and an electronic device) is formed, but an insulating substrate such as an epitaxial wafer, an SOI substrate, an LCD glass substrate and the like. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included.
6.「フリップチップ型半導体素子」は、通常、略円形(円形、8角形、6角形等)のメタルパッドの上層(再配線を利用する場合は、水平にシフトする)にバンプ電極を形成するが、このメタルパッドとしては、主に「アルミニウム系メタルパッド」(アルミニウム系メタルパッド方式)または「非アルミニウム系メタルパッド」(非アルミニウム系メタルパッド方式)が使用される。「アルミニウム系メタルパッド方式」は、ワイヤボンディング製品とウエハを共用できる等のメリットがあるが、その分、工程は複雑となる。一方、「非アルミニウム系メタルパッド方式」は、銅系埋め込み配線上では構造を簡単にできるメリットが在り、特にUBM(UNder Bump Metal)自体をメタルパッドとする方式(「UBMパッド方式」という)では、構造が非常に簡単になる。以下の実施形態に於いては、主にUBMパッド方式について説明するが、本願発明は、アルミニウム系メタルパッド方式や、UBMパッド方式以外の非アルミニウム系メタルパッド方式にも適用できることは言うまでもない。 6). The “flip chip type semiconductor device” usually has bump electrodes formed on the upper layer of a substantially circular (circular, octagonal, hexagonal, etc.) metal pad (shifted horizontally when using rewiring). As this metal pad, an “aluminum metal pad” (aluminum metal pad method) or a “non-aluminum metal pad method” (non-aluminum metal pad method) is mainly used. The “aluminum-based metal pad method” has the merit that the wire bonding product and the wafer can be shared, but the process is complicated accordingly. On the other hand, the “non-aluminum-based metal pad method” has an advantage that the structure can be simplified on a copper-based embedded wiring, and in particular, a method using a UBM (Under Bump Metal) itself as a metal pad (referred to as “UBM pad method”). The structure becomes very simple. In the following embodiments, the UBM pad method will be mainly described. However, it goes without saying that the present invention can be applied to an aluminum metal pad method and a non-aluminum metal pad method other than the UBM pad method.
なお、フリップチップ型半導体素子には、WLP(Wafer Level Package)型と、以下で主に説明するベアチップ(Bare Chip)型があるが、本願発明は、WLP型にも適用できることは言うまでもない。 The flip chip type semiconductor element includes a WLP (Wafer Level Package) type and a bare chip type which will be mainly described below, but it goes without saying that the present invention can also be applied to the WLP type.
また、本願に於いて、FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array)とは、主に、BGA(Ball Grid Array)の主配線基板の上面に半導体チップを、バンプ電極を介してフリップチップボンディングしたものである。このとき、特に区別する必要のあるときは、半導体チップ上のバンプ電極を「内部バンプ」とよび、主配線基板の下面のバンプ電極を外部バンプと呼ぶ。 Further, in this application, FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array) is mainly a semiconductor chip on the upper surface of a main wiring board of BGA (Ball Grid Array) and flip chip bonded via a bump electrode. . At this time, when it is particularly necessary to distinguish, the bump electrodes on the semiconductor chip are called “internal bumps”, and the bump electrodes on the lower surface of the main wiring board are called external bumps.
7.「半田」は、一般に錫を主要成分の一つとする低融点(摂氏250度未満程度)の金属材料である。「半田」には、鉛を含む「鉛含有半田」と、鉛を含まない「鉛フリー半田」がある。本願では、錫を主要成分とする鉛フリー半田を特に「錫系鉛フリー半田」と呼ぶ。 7). "Solder" is a metal material having a low melting point (less than about 250 degrees Celsius) generally containing tin as one of main components. “Solder” includes “lead-containing solder” containing lead and “lead-free solder” not containing lead. In the present application, lead-free solder containing tin as a main component is particularly referred to as “tin-based lead-free solder”.
また、錫系鉛フリー半田には、銀添加錫系鉛フリー半田、ビスマス添加錫系鉛フリー半田、銀−銅添加錫系鉛フリー半田、銀−アンチモン−ビスマス添加錫系鉛フリー半田、ビスマス−銀−銅添加錫系鉛フリー半田等がある。以下の実施形態では、一例として、銀1.5重量%程度添加した銀添加錫系鉛フリー半田(融点:摂氏221度程度)を例に取り具体的に説明するが、他の銀添加錫系鉛フリー半田(銀3.5重量%程度添加)や、その他の2元系錫系鉛フリー半田、3元系錫系鉛フリー半田、または4元系錫系鉛フリー半田でもよいことはいうまでもない。なお、「鉛フリー」といっても、実際上は、微量の鉛を含有するのが普通である。 Tin-based lead-free solder includes silver-added tin-based lead-free solder, bismuth-added tin-based lead-free solder, silver-copper-added tin-based lead-free solder, silver-antimony-bismuth-added tin-based lead-free solder, bismuth- Silver-copper-added tin-based lead-free solder. In the following embodiments, as an example, a silver-added tin-based lead-free solder (melting point: about 221 degrees Celsius) added with about 1.5% by weight of silver will be specifically described as an example. Needless to say, lead-free solder (addition of about 3.5% by weight of silver), other binary tin-based lead-free solder, ternary tin-based lead-free solder, or quaternary tin-based lead-free solder may be used. Nor. It should be noted that even if “lead-free” is used, in practice, a small amount of lead is usually contained.
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。 In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.
1.本願の一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造の一例等の説明(主に図1)
このセクションでは、半導体集積回路チップとして、40nmテクノロジノードのMISFET等を多数集積したCMIS型集積回路を例にとり、具体的に説明するが、以下の実施の形態は、MIS型集積回路に限らず、バイポーラ型集積回路でも、単体デバイスでもよいことはいうまでもない。また、以下の例は、40nmテクノロジノードのデバイスに限定されるものではなく、これよりも微細なテクノロジノードのデバイスにも適用できるし、これよりも微細でないテクノロジノードのデバイスにも適用できることは言うまでもない。なお、これらの半導体集積回路チップは、回路システムとしては、たとえば、SOC(System on Chip)型のチップ、マイクロコンピュータおよびその周辺チップ等に対応する。
1. Description of an example of a device structure of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present application (mainly FIG. 1)
In this section, a CMIS type integrated circuit in which a large number of 40 nm technology node MISFETs and the like are integrated will be specifically described as an example of a semiconductor integrated circuit chip. However, the following embodiments are not limited to MIS type integrated circuits. Needless to say, it may be a bipolar integrated circuit or a single device. In addition, the following example is not limited to a device of a 40 nm technology node, but can be applied to a device of a technology node smaller than this, and can also be applied to a device of a technology node smaller than this. Yes. Note that these semiconductor integrated circuit chips correspond to, for example, SOC (System on Chip) type chips, microcomputers, and peripheral chips thereof as circuit systems.
また、このセクションでは、8層の銅系埋め込み配線を有する集積回路を例に取り具体的に説明するが、本願の実施の形態は、これと異なる層数の配線システムを有する集積回路にも適用できることは言うまでもない。 In this section, an integrated circuit having eight layers of copper-based embedded wiring will be described as an example, but the embodiment of the present application is also applicable to an integrated circuit having a wiring system having a different number of layers. Needless to say, you can.
図1は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造の一例を示す半導体ウエハまたはチップの模式断面図である。これに基づいて、本願の一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造の一例等を説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer or chip showing an example of a device structure of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present application. Based on this, an example of the device structure of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
図1に示すように、たとえば、STI(Shallow Trench Isolation)型の素子分離フィールド絶縁膜37で分離されたP型単結晶シリコン基板1s(ウエハ1または半導体チップ2)のデバイス面1a(裏面1bの反対側の面)上には、PチャネルMOSFETまたはNチャネルMOSFET(8)が形成されている。それらの上には、エッチストップ膜である窒化シリコンライナー膜4(たとえば約30nm)が形成されている。その上には、たとえば、窒化シリコンライナー膜4よりもずっと厚く、下層の熱CVD法によるオゾンTEOS酸化シリコン膜(たとえば約200nm)および上層のプラズマTEOS酸化シリコン膜(たとえば約270nm)等からなるプリメタル(Premetal)層間絶縁膜5が形成されている。また、これらのプリメタル絶縁膜を貫通して、タングステンプラグ3が形成されている。窒化シリコンライナー膜4とプリメタル層間絶縁膜5が存在する層がプリメタル領域PMである。
As shown in FIG. 1, for example, a
その上の第1配線層M1は、たとえば、下層のSiC膜(たとえば約50nm)等の絶縁性バリア膜14および主層間絶縁膜であるプラズマシリコン酸化膜15(たとえば約150nm)等およびそれらに形成された配線溝に埋め込まれた銅配線13等から構成されている。この層は、いわゆるシングルダマシン(Single Damascene)構造の銅系埋め込み配線である。
The first wiring layer M1 thereabove is formed on, for example, an insulating
その上の第2配線層から第6配線層M2,M3,M4,M5,M6は、相互にほぼ同様の構造をしており、いわゆるデュアルダマシン(Dual Damascene)構造の銅系埋め込み配線である。各層は、たとえば、下層のSiC膜(たとえば約50nm)等からなる絶縁性バリア膜(ライナー膜)24、34,44、54,64、および上層のほとんどの領域を占める主層間絶縁膜25,35,45,55,65等から構成されている。この主層間絶縁膜25,35,45,55,65は、たとえば、カーボンドープ酸化シリコン膜、すなわち、SiOC膜(たとえば約400nm)等からなる。これらの層間絶縁膜を貫通して、銅プラグおよび銅配線を含む銅埋め込み配線23,33,43,53,63が形成されている。なお、第1配線層から第6配線層M1,M2,M3,M4,M5,M6は、たとえば、この例ではローカル配線である。
The second to sixth wiring layers M2, M3, M4, M5, and M6 on the second wiring layer have substantially the same structure as each other, and are copper-based embedded wirings having a so-called dual damascene structure. Each layer is made of, for example, an insulating barrier film (liner film) 24, 34, 44, 54, 64 made of a lower SiC film (for example, about 50 nm) or the like, and main
その上の第7配線層から第8配線層M7,M8は、相互にほぼ同様の構造をしており、いわゆるデュアルダマシン構造の銅系埋め込み配線である。すなわち、グローバル下層配線層層間絶縁膜19は、たとえば、下層のSiC膜(たとえば約70nm)等の絶縁性バリア膜74、上層のプラズマTEOSシリコン酸化膜75a,85a(たとえば約850nm)等からなる。これらの層間絶縁膜を貫通して、銅プラグおよび銅配線を含む銅埋め込み配線73が形成されている。なお、ここでは、説明を省略したが、銅埋め込み配線73の側面および底面は、たとえば、TaN膜(Ta膜との積層膜を含む)等のバリアメタル膜で囲まれている(以下の銅埋め込み配線について同じ)。
The seventh wiring layer M8 to the eighth wiring layer M8 on the seventh wiring layer M7 and M8 have substantially the same structure as each other, and are copper-based embedded wirings having a so-called dual damascene structure. That is, the global lower wiring layer
一方、グローバル上層配線層層間絶縁膜18は、たとえば、下層のSiC膜(たとえば約70nm)等の絶縁性バリア膜84、上層のプラズマTEOSシリコン酸化膜85(たとえば約1200nm)等からなる。これらの層間絶縁膜を貫通して、銅プラグおよび銅配線を含む銅埋め込み配線83が形成されている。銅埋め込み配線83上をキャップしているのが、埋め込み型第8配線層上バリアメタル膜(たとえば、厚さ200nm程度のTiN膜)である。ここまでが、埋め込み型多層配線層DWである。なお、この例では、グローバル配線を2層としたが、グローバル配線の層数は、必要に応じて、3層以上とすることもできるし、1層とすることもできる。
On the other hand, global upper wiring layer
この上にあるのが、たとえば、下層の無機系ファイナルパッシベーション膜11(たとえば、厚さ300nm程度のSiON膜)および上層の有機系ファイナルパッシベーション膜9(たとえば、厚さ1.5マイクロメートル程度のポリイミド系膜)等から構成されたファイナルパッシベーション膜17である。なお、無機系ファイナルパッシベーション膜としては、SiON膜に限らず、他の酸化シリコン系絶縁膜、窒化シリコン系絶縁膜、これらの複合膜等が好適である。また、有機系ファイナルパッシベーション膜としては、ポリイミド系絶縁膜のほか、たとえば、BCB(Benzocyclobutene)絶縁膜等の耐熱性高分子樹脂膜等が好適である。
On top of this, for example, a lower inorganic final passivation film 11 (for example, a SiON film having a thickness of about 300 nm) and an upper organic final passivation film 9 (for example, a polyimide having a thickness of about 1.5 micrometers) This is a
これらのファイナルパッシベーション膜17の開口内および上面には、下部UBM膜16a(たとえば、厚さ200nm程度のTiW膜)が設けられており、この上には、下部銅膜16b(たとえば、厚さ200nm程度)が設けられている。なお、下部UBM膜としては、TiW膜のほか、クロム、チタン、タングステン又はこれらの複合膜等が好適である。
A
この下部銅膜16bの上には、半田に対するバリア膜として、ニッケル膜16c(たとえば、厚さ3マイクロメートル程度)が設けられている。なお、この上に、更に、半田との接続面として、上部銅膜(たとえば、厚さ400nm程度)を設けてもよい。これらの下部UBM膜16a、下部銅膜16bおよびニッケル膜16cより、UBM膜16が構成されており、これらの全体は、メタルパッド12でもある。
On the
更に、メタルパッド12上には、半田バンプ7が形成されている。なお、この例では、バンプ高さHは、たとえば、80マイクロメートル程度(バンプ径にほぼ等しい)である。この半田バンプ7は、ここでは、鉛フリー半田であり、たとえば、錫系鉛フリー半田の一例として、Sn−Ag系鉛フリー半田(その組成は、具体的には、たとえば、錫98.5重量%、銀1.5重量%;融点は、摂氏221度程度)を好適なものとして例示することができる。なお、錫系鉛フリー半田としては、Sn−Ag系,Sn−Bi系等の2元系に限らず、この例では、摂氏200度以上の融点を有するものであれば、Sn−Ag−Cu系等の3元系でも、Sn−Bi−Ag−Cu系,Sn−Ag−Bi−Sb系等の4元系等でもよい。ここでは、鉛フリー半田を主に説明するが、環境的に問題がないのであれば、鉛含有半田を使用してもよい。
Furthermore, solder bumps 7 are formed on the
半田バンプ7の中間部において、前記半田バンプを上部と下部に区画しているのは、エレクトロマイグレーションを抑制するための半田バンプとは異なる材質の金属隔壁38(第1の金属隔壁)である。この第1の金属隔壁は、半田濡れ性を有する第1の隔壁金属膜および、この隔壁金属膜を構成する主要成分と錫を主要な構成要素とし、この金属隔壁38の周辺を覆う第1の金属間化合物層(たとえば、Ni3Sn4層)から、基本的に構成されている。第1の隔壁金属膜の主要成分としては、ニッケルを好適なものとして例示することができる。これは、銅その他と比較して金属間化合物として消費される量が少ないからである。なお、第1の隔壁金属膜の主要成分としては、ニッケルのほか、銅等を上げることができる。
In the middle portion of the
第1の隔壁金属膜の厚さとしては、たとえば、3マイクロメートル程度(範囲としては、1.5マイクロメートルから7マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。なお、ここでいう厚さは、便宜上、リフロー前の厚さとする。第1の隔壁金属膜の厚さの下限は、複数回のリフロー後にもコアとなるニッケル膜が十分に残存する条件である。一方、上限は、金属間化合物層の生成による1割程度の体積減少を許容範囲にとどめる条件から決定される。この例では、金属隔壁38を単数としたが、複数としてもよいことはいうまでもない。ただし、単数の方が、構造的安定性は高い。まお、金属隔壁38は、区分されえる各半田層が相互に同等の厚さとなるように配置するのが好適である。
As a thickness of the first partition metal film, for example, about 3 micrometers (as a range, about 1.5 micrometers to 7 micrometers) can be exemplified as a preferable one. In addition, the thickness here is a thickness before reflow for convenience. The lower limit of the thickness of the first partition wall metal film is a condition that a nickel film as a core remains sufficiently even after a plurality of reflows. On the other hand, the upper limit is determined from the condition that the volume reduction of about 10% due to the formation of the intermetallic compound layer is kept within an allowable range. In this example, the number of the
以上説明したように、この例では、メタルパッド12は、非アルミニウム系メタルパッドであり、UBM膜16の中には、金膜がないのが特徴となっている。もちろん、非アルミニウム系メタルパッドに代えて、アルミニウム系メタルパッドを形成しても良い。また、UBM膜16の中に金膜を設けても良い。しかし、非アルミニウム系メタルパッドにすることで、デバイス構造は非常に簡単になるメリットがある。また、高価な金膜を使用しないことは、コスト上のメリットとなる。
As described above, in this example, the
2.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する製造プロセスのアウトライン並びにバンプ形成プロセス等の説明(主に図2から図12)
半田バンプの形成方式には、ポリイミド系ファイナルパッシベーション膜(有機系ファイナルパッシベーション膜)のエッジでバンプの両側を規定するいわゆるSMD(Solder Mask Defined)型と、ポリイミド系ファイナルパッシベーション膜のエッジでバンプの両側を規定しないnon−SMD(non−Solder Mask Defined)型がある。このセクションでは、一例として、non−SMD型を説明するが、本願の実施の形態は、SMD型にも適用できることは言うまでもない。
2. Description of manufacturing process outline and bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application (mainly FIGS. 2 to 12)
The solder bump formation method includes a so-called SMD (Solder Mask Defined) type in which both sides of the bump are defined by the edge of the polyimide final passivation film (organic final passivation film), and both sides of the bump at the edge of the polyimide final passivation film. There is a non-SMD (non-Solder Mask Defined) type. In this section, a non-SMD type will be described as an example, but it goes without saying that the embodiment of the present application can also be applied to an SMD type.
図2は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する製造プロセスのアウトラインを説明するためのプロセスブロックフロー図である。図3は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(半導体基板上の配線層WSの形成完了時点)である。図4は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(無機系ファイナルパッシベーション膜の開口形成完了時点)である。図5は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(有機系ファイナルパッシベーション膜の開口形成完了時点)である。図6は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(UBM膜成膜完了時点)である。図7は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(半田メッキ完了時点)である。図8は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(UBM膜最下層膜加工完了時点)である。図9は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関するバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(リフロー完了時点)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する製造プロセスのアウトライン並びにバンプ形成プロセス等を説明する。 FIG. 2 is a process block flow diagram for explaining the outline of the manufacturing process relating to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer (at the time when the formation of the wiring layer WS on the semiconductor substrate is completed) for explaining a bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer (at the time when the opening of the inorganic final passivation film is completed) for explaining a bump forming process and the like related to the semiconductor integrated circuit device of the one embodiment of the present application. FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer (at the time of completing the opening of the organic final passivation film) for explaining a bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a partial schematic cross-sectional view (at the time of completion of UBM film formation) of the semiconductor wafer for explaining a bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device of the one embodiment of the present application. FIG. 7 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer (at the time of completion of solder plating) for explaining a bump forming process and the like related to the semiconductor integrated circuit device of the one embodiment of the present application. FIG. 8 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer (at the time of completion of UBM film bottom layer film processing) for explaining a bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 9 is a partial schematic cross-sectional view (at the time of reflow completion) of a semiconductor wafer for explaining a bump formation process and the like related to the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application. Based on these drawings, an outline of a manufacturing process and a bump forming process regarding the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
たとえば、300ファイのP型単結晶シリコンウエハ1(図1参照)を準備する(ウエハの直径については、450ファイでも、220ファイでも、必要に応じて、その他もよい)。このウエハ1に対して、図2に示すように、多数のMISFET(8)等を形成する等のFEOLプロセス201を実行する。続いて、たとえば、8層からなる銅埋め込み配線(半導体基板1s上の配線層WS)を形成するBEOLプロセス202を実行する。
For example, a 300-phi P-type single crystal silicon wafer 1 (see FIG. 1) is prepared (the diameter of the wafer may be 450 phi, 220 phi, or other as required). As shown in FIG. 2, an
このようにして、埋め込み型第8配線層M8まで形成した時点の断面構造を図3に示す。図3に示すように、埋め込み型第7配線層M7上に埋め込み型第8配線層M8が形成されており、たとえばSiC系絶縁性バリア膜84およびプラズマTEOS系主層間絶縁膜85等から構成されたグローバル配線上層配線層間絶縁膜18中に、第8層銅埋め込み配線83が埋め込まれている。ここで、ウエハのデバイス面1a(第1の主面)側に於いて、第8層銅埋め込み配線83上を被覆しているのは、埋め込み型第8配線層上バリアメタル膜10(たとえばTiN膜)である。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure when the buried eighth wiring layer M8 is formed in this way. As shown in FIG. 3, an embedded eighth wiring layer M8 is formed on the embedded seventh wiring layer M7, and is composed of, for example, an SiC-based insulating
次に、図4に示すように、ウエハのデバイス面1a側のほぼ全面に、たとえば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により、無機系ファイナルパッシベーション膜11(たとえば、SiON膜)を成膜する。この無機系ファイナルパッシベーション膜11を、たとえば、通常のリソグラフィにより、パターニングすることにより、下部ファイナルパッシベーション開口30を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, an inorganic final passivation film 11 (for example, a SiON film) is formed on almost the entire surface on the
次に、図5に示すように、ウエハのデバイス面1a側のほぼ全面に、たとえば、感光性ポリイミド膜等を塗布し、パターニングすることにより、有機系ファイナルパッシベーション膜9(たとえばポリイミド系膜)および上部ファイナルパッシベーション開口31を形成する。これらの無機系ファイナルパッシベーション膜11および上部ファイナルパッシベーション開口31でファイナルパッシベーション膜17を構成する。なお、ファイナルパッシベーション膜17の構成は、このほかに各種の構成が可能であるが、有機系ファイナルパッシベーション膜は、リフロー処理等の際の応力の吸収等に有効である。
Next, as shown in FIG. 5, for example, a photosensitive polyimide film or the like is applied and patterned on almost the entire surface of the wafer on the
次に、半田バンプ形成工程203(図2)を説明する。図6に示すように、ウエハのデバイス面1a側のほぼ全面に、たとえば、スパッタリング成膜により、接着層(Adhesion Layer)として下部UBM膜16a(たとえばTiW膜)を成膜する。次に、下部UBM膜16a上のほぼ全面に、たとえば、スパッタリング成膜により、シード層として、下部銅膜16bを成膜する。次に、ウエハのデバイス面1a側に、たとえば、通常のリソグラフィにより、UBMめっき用レジスト膜36を形成する。次に、下部銅膜16b上に、たとえば電気メッキにより、バリア膜として、たとえばニッケル膜16cを選択的に成膜する。その後、不要になったレジスト膜36を、例えば、アッシング等により、全面除去する。次に、下部銅膜16bを、たとえば、ウエットエッチング(たとえば硫酸および過酸化水素水混合溶液等)等により、自己整合的に、パターニングする(図7参照)。
Next, the solder bump forming process 203 (FIG. 2) will be described. As shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、ウエハのデバイス面1a側に、たとえば、通常のリソグラフィにより、半田めっき用レジスト膜32を形成する。次に、たとえば電気メッキにより、半田バンプの下部7a(リフロー前)を形成する。次に、半田バンプの下部7a上に、たとえば電気メッキにより、第1の金属隔壁38となるニッケル膜(例えば、厚さ3マイクロメートル程度)を形成する。次に、たとえば電気メッキにより、半田バンプの上部7bを形成する。その後、不要になったレジスト膜32を、例えば、アッシング等により、全面除去する。なお、半田バンプの形成は、メッキ法のほか、各種の印刷法等でも可能である。しかし、バンプピッチの微細化に於いては、メッキ法が有利である。
Next, as shown in FIG. 7, a solder plating resist
次に、図8に示すように、下部UBM膜16aを、たとえば、ウエットエッチング(たとえばアンモニアおよび過酸化水素水混合溶液等の過酸化水素系のエッチング液)等により、自己整合的に、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、図9に示すように、第1リフロー処理(たとえば、摂氏240度から260度程度)することにより、半田バンプ7(たとえば、鉛フリー半田)を略球形(主に半田部材からなるほぼ球状の半田バンプ)に整形する。TiW膜16aは、半田に濡れず、銅膜16bおよびニッケル膜16c、38は、半田に濡れるので、整形は、自律的に行われる。
Next, as shown in FIG. 9, by performing a first reflow process (for example, about 240 to 260 degrees Celsius), the solder bumps 7 (for example, lead-free solder) are substantially spherical (mainly made of a solder member). (Spherical solder bump). Since the
3.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する製造プロセスのアウトラインにおけるウエハプローブテストプロセス以降の説明(主に図10から図12、および図2を参照)
このセクションでは、パッケージ工程として、標準的な個別樹脂封止方式を例に取り具体的に説明するが、本願発明は、これに限定されるものではなく、セラミック封止方式、キャン封止方式等や、全体を一括して樹脂封止した後、パッケージダイシングによって個々のデバイスに分離するMAP(Mold Array Package)方式にも適用できることは言うまでもない。
3. Description after the wafer probe test process in the outline of the manufacturing process relating to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application (mainly refer to FIGS. 10 to 12 and FIG. 2)
In this section, a standard individual resin sealing method will be specifically described as an example of the packaging process. However, the present invention is not limited to this, and the ceramic sealing method, the can sealing method, etc. Of course, the present invention can also be applied to a MAP (Mold Array Package) method in which the entire device is sealed with resin and then separated into individual devices by package dicing.
また、ここでは、フリップチップ方式で、直接、パッケージ配線基板の上面にダイボンディング(フリップチップボンディング)する例を具体的に説明したが、パッケージ配線基板の下面にダイボンディング(フリップチップボンディング)してもよい。更に、パッケージ配線基板の上面にダイボンディングされた他のチップのデバイス面等にダイボンディング(フリップチップボンディング)してもよい。 In addition, here, an example in which die bonding (flip chip bonding) is directly performed on the upper surface of the package wiring board by the flip chip method has been specifically described, but die bonding (flip chip bonding) is performed on the lower surface of the package wiring board. Also good. Further, die bonding (flip chip bonding) may be performed on a device surface or the like of another chip die bonded to the upper surface of the package wiring board.
図10は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に対応するチップ領域(バンプ形成プロセス完成時点)のウエハ上に置ける配置を示すウエハの上面全体図である。図11は図10の部分拡大上面図である。図12は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に対応する完成形態の一例であるFCBGA(Flip Chip Ball Grid Array)の模式断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する製造プロセスのアウトラインにおけるウエハプローブテストプロセス以降を説明する。 FIG. 10 is an overall top view of the wafer showing the arrangement of the chip region (at the time of completion of the bump formation process) corresponding to the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application that can be placed on the wafer. FIG. 11 is a partially enlarged top view of FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array) which is an example of a completed form corresponding to the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. Based on these, the wafer probe test process and subsequent steps in the outline of the manufacturing process relating to the semiconductor integrated circuit device of the one embodiment of the present application will be described.
図2の半田バンプ形成工程203が完了したウエハ1の全体上面図を図10に示す。図10に示すように、たとえば、ノッチ21を有するシリコン単結晶ウエハ1の上面1aまたはデバイス面(第1の主面)には、格子状に多数のチップ領域2が形成されている。なお、ここでは、ノッチ21を有するウエハを例示したが、オリエンテーションフラットを有するウエハでもよいことは言うまでもない。
FIG. 10 shows an overall top view of the
図11に図2の部分拡大図を示す。図11に示すように、各チップ領域2には、たとえばマトリクス状に半田バンプ7が配列されており、各チップ領域2間は、ダイシング領域20(スクライブ領域)によって相互に隔てられている。なお、この状態で製品として出荷される場合もある。次に、この状態で、たとえば、図2のウエハプローブテスト工程204、バンプ高さ検査工程205(必要に応じて省略する)およびウエハダイシング工程206が実行され、ウエハ1は、各チップ2に分割される。
FIG. 11 shows a partially enlarged view of FIG. As shown in FIG. 11, solder bumps 7 are arranged in each
次に、図12に示すように、図2のフリップチップボンディング工程211、アンダーフィル工程212、樹脂封止工程213および外部半田バンプ形成工程214が実行される。すなわち、図12に示すように、例えば、エポキシ系有機配線基板であって、上面に内部バンプ用メタルランド40(Niランド)を有し、下面に外部バンプ用メタルランド部27を有するBGA用主配線基板26を準備する。ここで、内部バンプ用メタルランド40としては、たとえば銅系メタルランド上にニッケル膜等を被覆したものを好適なものとして例示することができる。
Next, as shown in FIG. 12, the flip
次に、BGA用主配線基板26の上面に内部バンプ7を下に向けて、チップ2を搭載する。このとき、図12に示すように、各内部バンプ7の水平位置は、各内部バンプ用メタルランド40の水平位置とほぼ一致している。この状態で、例えば、摂氏240度から摂氏260度程度で、第2リフロー工程を実施する。これで、フリップチップボンディング工程211は完了する。
Next, the
次に、図12に示すように、チップ2とBGA用主配線基板26の上面との間に、アンダーフィル樹脂28を充填する(図2のアンダーフィル工程212)。
Next, as shown in FIG. 12, an
次に、図12に示すように、チップ2とBGA用主配線基板26の上面を、たとえば、エポキシ系封止樹脂体29で封止する(図2の樹脂封止工程213)。
Next, as shown in FIG. 12, the upper surfaces of the
次に、図12に示すように、外部半田バンプ22(図2の外部半田バンプ形成工程214)を形成する。半田バンプ22の材料としては、内部半田バンプ7と同一の材料を好適なものとして例示することができる。なお、異なる材料でもよいことはいうまでもない。なお、外部半田バンプ22の径は、内部半田バンプ7の径に比べてはるかに大きいので、金属隔壁の適用は一般的には不要である。ただし、必要があれば適用しても良い。
Next, as shown in FIG. 12, external solder bumps 22 (external solder
4.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する変形例の説明(主に図13から図16)
このセクションでは、セクション1のデバイス構造に対する変形例および、それに対応するセクション2の製造プロセスに関する変更を説明する。なお、基本的には、図1から図9と変わるところがないので、このセクションでは、原則として異なる部分のみを説明する。
4). Description of Modifications Related to Semiconductor Integrated Circuit Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIGS. 13 to 16)
In this section, variations on the device structure of
図13は図1に対応する本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造に関する変形例(多層積層半田バンプ)を示す半導体ウエハまたはチップの模式断面図である。図14は図7に対応する本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造に関する変形例(多層積層半田バンプ)のバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(半田メッキ完了時点)である。図15は図8に対応する本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造に関する変形例(多層積層半田バンプ)のバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(UBM膜最下層膜加工完了時点)である。図16は図9に対応する本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置のデバイス構造に関する変形例(多層積層半田バンプ)のバンプ形成プロセス等を説明するための半導体ウエハの部分模式断面図(リフロー完了時点)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置に関する変形例を説明する。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer or chip showing a modification (multilayer laminated solder bump) relating to the device structure of the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application corresponding to FIG. FIG. 14 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining a bump forming process and the like of a modified example (multilayer laminated solder bump) related to the device structure of the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application corresponding to FIG. (When solder plating is completed). FIG. 15 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining a bump forming process and the like of a modified example (multilayer laminated solder bump) relating to the device structure of the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application corresponding to FIG. (When the UBM film bottom layer film processing is completed). FIG. 16 is a partial schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining a bump forming process and the like of a modified example (multilayer laminated solder bump) related to the device structure of the semiconductor integrated circuit device of the embodiment of the present application corresponding to FIG. When reflow is completed). Based on these, a modification of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
変形例のバンプ構造は、基本的に図1に示すものと同じであるが、図13に示すように、半田バンプ7を上下方向に分割する金属隔壁(第1の金属隔壁38、第2の金属隔壁39)が複数になっている点が異なっている。これは、金属隔壁を挿入することによる半田内におけるエレクトロマイグレーション抑制効果が、半田層の厚さが薄くなるほど大きくなるからである。
The bump structure of the modified example is basically the same as that shown in FIG. 1, but as shown in FIG. 13, a metal partition (
次に、バンプ形成プロセスをセクション2の図2から図9を参照しながら、説明する。 Next, the bump formation process will be described with reference to FIGS.
図3から図6は、セクション2と同じであり、図6の状態のウエハに対して、図14(図7に対応)のように処理する。すなわち、ウエハのデバイス面1a側に、たとえば、通常のリソグラフィにより、半田めっき用レジスト膜32を形成する。次に、たとえば電気メッキにより、半田バンプの下部7aを形成する。次に、半田バンプの下部7a上に、たとえば電気メッキにより、第1の金属隔壁38となるニッケル膜(例えば、厚さ2.5マイクロメートル程度)を形成する。次に、たとえば電気メッキにより、半田バンプの中央部7bを形成する。次に、半田バンプの中央部7b上に、たとえば電気メッキにより、第2の金属隔壁39となるニッケル膜(例えば、厚さ2.5マイクロメートル程度)を形成する。次に、たとえば電気メッキにより、半田バンプの上部7cを形成する。その後、不要になったレジスト膜32を、例えば、アッシング等により、全面除去する。
3 to 6 are the same as those in
次に、図15に示すように、下部UBM膜16aを、たとえば、ウエットエッチング(たとえばアンモニアおよび過酸化水素水混合溶液等の過酸化水素系のエッチング液)等により、自己整合的に、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 15, the
次に、図16に示すように、第1リフロー処理(たとえば、摂氏240度から260度程度)することにより、半田バンプ7(たとえば、鉛フリー半田)を略球形に整形する。TiW膜16aは、半田に濡れず、銅膜16bおよびニッケル膜16c、38、39は、半田に濡れるので、整形は、自律的に行われる。
Next, as shown in FIG. 16, the first reflow process (for example, about 240 to 260 degrees Celsius) is performed to shape the solder bump 7 (for example, lead-free solder) into a substantially spherical shape. Since the
5.前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察(主に図17から図20)
図17は本願の各実施の形態(変形例を含む)の原理を説明するためのチップ上UBM(Under Bump Metal)側ニッケル層表面の金属間化合物層と半田界面のイオン等の流れを説明する半田バンプのチップ端部の模式断面図(バンプ中間部に金属隔壁を有さないものであって、金属間化合物層成長完了前)である。図18は本願の各実施の形態(変形例を含む)の原理を説明するためのチップ上UBM(Under Bump Metal)側ニッケル層表面の金属間化合物層と半田界面のイオン等の流れを説明する半田バンプのチップ端部の模式断面図(バンプ中間部に金属隔壁を有さないものであって、金属間化合物層成長完了後)である。図19は本願の各実施の形態(変形例を含む)の原理を説明するためのチップ上UBM(Under Bump Metal)側ニッケル層表面の金属間化合物層と半田界面のイオン等の流れを説明する半田バンプのチップ端部の模式断面図(バンプ中間部に金属隔壁を有するものであって、金属間化合物層成長完了後)である。図20はバンプ径と本願の各実施の形態(変形例を含む)のエレクトロマイグレーション抑制効果が著しくなるクリティカル半田厚さの関係を示す曲線グラフである。これらに基づいて、前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察を行う。
5. Supplementary explanation about the above-described embodiment (including modifications) and general consideration (mainly FIGS. 17 to 20)
FIG. 17 illustrates the flow of ions between the intermetallic compound layer on the surface of the nickel layer on the UBM (Under Bump Metal) side on the chip and the solder interface, for explaining the principle of each embodiment of the present application (including modifications). FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a chip end portion of a solder bump (having no metal partition wall in the bump middle portion and before completion of growth of an intermetallic compound layer). FIG. 18 illustrates the flow of ions, etc., between the intermetallic compound layer on the surface of the nickel layer on the UBM (Under Bump Metal) side on the chip and the solder interface for explaining the principle of each embodiment (including modifications) of the present application. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a chip end portion of a solder bump (after a growth of an intermetallic compound layer is completed without a metal partition wall at a bump intermediate portion). FIG. 19 illustrates the flow of ions, etc., between the intermetallic compound layer on the surface of the nickel layer on the UBM (Under Bump Metal) on the chip and the solder interface for explaining the principle of each embodiment (including modifications) of the present application. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a chip end portion of a solder bump (having a metal partition wall at the bump intermediate portion and after completion of growth of an intermetallic compound layer). FIG. 20 is a curve graph showing the relationship between the bump diameter and the critical solder thickness at which the electromigration suppression effect of each embodiment (including the modification) of the present application becomes significant. Based on these, a supplementary explanation regarding the above-described embodiment (including modifications) and a general consideration will be given.
車載用電子機器などでは、エンジンに近い部位へ半導体装置を設置し動作させる必要がある。この場合、高い温度において、十分な信頼性を満足することが必須となる。ところが、環境負荷低減のための鉛フリー半田を使用した場合には、目標とする接合信頼性を確保することが難しくなる。一方で、集積化の進行により製品の端子数は増加する傾向にある。同一のチップサイズで端子数を増加させるには、フリップチップ実装技術が広く用いられているが、信頼性上の課題も多い。その一つが、エレクトロマイグレーション耐性の確保である。チップと基板を接続する半田バンプが、端子数の確保のために小径化される傾向にあるため、電気信号を伝える際の電流密度が高くなる傾向にある。エレクトロマイグレーションは、金属中を伝導する電子が金属原子との衝突によって起こる運動量交換を駆動力とする原子輸送現象であるため、電流密度が高くなるとより加速されてしまう。さらに、融点の低い金属ほど原子輸送を起こしやすい傾向があるため、無鉛半田を用いた半田バンプのエレクトロマイグレーション耐性を確保する必要性は非常に高まっている。 In an in-vehicle electronic device or the like, it is necessary to install and operate a semiconductor device near the engine. In this case, it is essential to satisfy sufficient reliability at a high temperature. However, when lead-free solder for reducing the environmental load is used, it is difficult to ensure the target joint reliability. On the other hand, the number of product terminals tends to increase with the progress of integration. In order to increase the number of terminals with the same chip size, flip-chip mounting technology is widely used, but there are many reliability problems. One of them is securing electromigration resistance. Since the solder bumps connecting the chip and the substrate tend to be reduced in diameter to ensure the number of terminals, the current density when transmitting an electrical signal tends to increase. Electromigration is an atomic transport phenomenon whose driving force is momentum exchange caused by collision of electrons conducted in a metal with a metal atom, and therefore is accelerated as the current density increases. Furthermore, since a metal having a lower melting point tends to cause atomic transport, the necessity of ensuring electromigration resistance of solder bumps using lead-free solder is greatly increased.
一般的な構造でチップと基板を接続するような場合においても、ポリイミドの開口径や、半田バンプの直径が十分に大きい場合には、長期信頼性におけるリスクは低い。ところが、微細化のニーズにより回路規模や機能が増加するにつれて、単位チップ面積あたりに配置される信号、および電源の入出力端子、すなわち半田バンプによる基板との接続部位の数が増加する傾向にある。その際には、ポリイミド開口径や半田バンプの直径は縮小化されることとなるが、入出力端子に流れる信号、いいかえると電流値はさほど低下しない。したがって、単位面積あたりに流れる電流、すなわち電流密度が増加することとなる。 Even when the chip and the substrate are connected with a general structure, the risk of long-term reliability is low if the opening diameter of the polyimide and the diameter of the solder bump are sufficiently large. However, as the circuit scale and functions increase due to the need for miniaturization, the number of signals arranged per unit chip area and the number of input / output terminals of the power supply, that is, the number of connection parts to the substrate by solder bumps tend to increase. . At that time, the polyimide opening diameter and the solder bump diameter are reduced, but the signal flowing to the input / output terminal, in other words, the current value does not decrease so much. Therefore, the current flowing per unit area, that is, the current density is increased.
一般に、LSIに用いられる配線は電流経路に対する断面積が小さく、日常生活に用いられる配線と比べて過大な電流密度の状態で用いられる。たとえば、家庭に電力を供給されるために用いられている市販の電線は103A/cm2程度の電流密度を上限として、実際にはそれよりもかなり小さな電流密度で使われている。一方でLSIの配線は、バンプ接合部を配線と見なした場合で103〜104A/cm2、Siチップ内のCuやAlなどで形成される配線では105〜106A/cm2の電流密度で用いられることが多い。これは、LSIの配線が非常に微細で表面積比が高いことや、周囲を二酸化ケイ素などの放熱性の良い物質で覆われていることから、ジュール発熱などによる温度上昇が抑制され、それによる溶断が発生しにくいためである。
In general, wiring used in LSI has a small cross-sectional area with respect to a current path, and is used in a state of excessive current density as compared with wiring used in daily life. For example, a commercially available electric wire used for supplying electric power to a home is used with a current density of about 10 3 A / cm 2 as an upper limit, and actually a much lower current density. On the other hand, the wiring of the LSI is 10 3 to 10 4 A /
ところが、電流密度が高い状態では、エレクトロマイグレーションと呼ばれる原子輸送現象が発生することが知られている。一般的に金属に電流を流すという事象は、金属結合状態を形成している原子群の場に電位差が生じることにより、放出された最外殻の電子が自由電子となって陰極側から陽極側に移動する現象である。このとき、電界によって加速された電子は、金属原子(最外殻の電子を放出しているので、イオン状態にある)に衝突することによって加速が抑制され、移動速度が平均化される。このとき、衝突から衝突までの電子の移動距離の平均値は平均自由行程と呼ばれ、この距離が短いほど電気抵抗が高いことを示している。同時に、この電子と金属原子の衝突は、運動量交換を伴う。比較的早い速度で移動してきた電子と、ほぼ同じ場所で静止していると見なされる金属原子が衝突した場合には、電子の運動量が金属原子へ伝達する。電子と金属原子では、その大きさが数桁も異なるので、1回あたりの衝突による運動量交換はさほど大きいものではない。したがって、単位時間当たりの衝突回数が少ない場合、言い換えると電流密度が低い状態では、金属原子を移動させる運動量には成りえない。ところが、電流密度が増加することにより、単位時間当たりの衝突回数は増加し、それによって金属原子が受け取る運動量も増加し、原子輸送の駆動力となりうる。また、この運動量は電子流の方向に働くため、金属原子は陰極側から陽極側に向かって移動する。この力は電子風力と呼ばれる。 However, it is known that an atomic transport phenomenon called electromigration occurs when the current density is high. In general, the phenomenon of flowing a current through a metal is caused by a potential difference in the field of atomic groups forming a metal-bonded state, so that the emitted outermost electrons become free electrons and change from the cathode side to the anode side. It is a phenomenon that moves to. At this time, the electrons accelerated by the electric field collide with a metal atom (which is in an ionic state since the outermost electrons are emitted), thereby suppressing the acceleration and averaging the moving speed. At this time, the average value of the movement distance of electrons from collision to collision is called the mean free path, and the shorter the distance, the higher the electric resistance. At the same time, this collision between electrons and metal atoms involves momentum exchange. When an electron that has moved at a relatively high speed collides with a metal atom that is considered to be stationary at almost the same location, the momentum of the electron is transferred to the metal atom. Since the size of electrons and metal atoms differ by several orders of magnitude, the exchange of momentum per collision is not very large. Therefore, when the number of collisions per unit time is small, in other words, when the current density is low, the momentum for moving the metal atoms cannot be achieved. However, as the current density increases, the number of collisions per unit time increases, thereby increasing the momentum received by the metal atoms, which can be a driving force for atom transport. Moreover, since this momentum works in the direction of the electron flow, the metal atoms move from the cathode side toward the anode side. This force is called electronic wind.
前述のように、半田バンプ7はSnAgなどの半田とNiなどのUBM(16)によって形成されるが、SnとNi、もしくはSnとCuなどの組み合わせでは、熱拡散によって金属間化合物が形成される。たとえば、Cu3Sn,Cu6Sn5,Ni3Sn4などであり、それぞれ7.7%,5.1%,11.4%の体積収縮を伴う。前述のエレクトロマイグレーションによる原子輸送と金属間化合物の形成によって、原子が疎となる部分にはボイドとよばれる欠損が発生する。これが成長することによって接続部の抵抗が増加し、終には断線が生じてしまう。 As described above, the solder bumps 7 are formed by solder such as SnAg and UBM (16) such as Ni. However, in the combination of Sn and Ni, or Sn and Cu, an intermetallic compound is formed by thermal diffusion. . For example, Cu 3 Sn, Cu 6 Sn 5 , Ni 3 Sn 4, etc., with volume shrinkage of 7.7%, 5.1%, and 11.4%, respectively. Due to the above-described atomic transport by electromigration and the formation of an intermetallic compound, a defect called a void occurs in a portion where atoms are sparse. As this grows, the resistance of the connecting portion increases, and eventually disconnection occurs.
この原子の輸送を、図を用いて説明する。図17は基板への実装が完了し、電流が流れ始めた初期の状態と原子輸送を模したものである。UBM(16)はNi、半田はSnAgとした。NiとSnAg(半田層7)の接合部には金属間化合物(Intermetalic Compound)としてNi3Sn4が形成される。すなわち、金属間化合物層41の形成である。ボイドは金属間化合物層41とSnAg(7)の界面で発生、成長することが知られており、この界面に対していくつかの駆動力によって原子が移動する。なお、+記号は界面への原子の流入を、−記号は界面からの原子の流出を表現している。Niが陰極側、Snが陽極側の場合を示す。半田側では、体積が比較的大きいことから界面からのSn,Niの流出が主の原子輸送となる。このとき、移動した原子と交換に原子空孔(Vacancy)が逆方向に移動する。この輸送をJemとする。一方で、金属間化合物層41の内部では、濃度勾配による拡散を駆動力としてNiが界面に向けて移動する。この輸送をJchemとする。同時に、電子風力によるエレクトロマイグレーションでNiが界面に向けて移動する。この輸送をJ’emとする。このとき、金属間化合物層41内部では陽極側で原子が密となり、陰極側で原子が疎となる。これによって陰極側は引張応力、陽極側は圧縮応力の状態となるために、応力勾配が電子流方向とは逆方向への駆動力となって輸送が生じる。この輸送をJsとする。これらの原子輸送の収支Jimc/snは、図17に示すようなものとなる。
This transport of atoms will be described with reference to the drawings. FIG. 17 illustrates the initial state in which mounting on the substrate is completed and current starts to flow, and atom transport. UBM (16) was Ni and the solder was SnAg. Ni 3 Sn 4 is formed as an intermetallic compound at the joint between Ni and SnAg (solder layer 7). That is, formation of the
図17の状態から時間が経過すると、金属間化合物の生成がほぼ飽和状態となる。この状態における原子輸送を図18(たとえば、基板等への実装後の状態)にて説明する。濃度勾配による拡散が消失するため、原子輸送の収支Jimc/snは図18に示すようなものとなる。なお、金属間化合物は、1次リフロー、2次リフローおよび、その後の基板等への実装等の熱処理により、形成される。 When time elapses from the state of FIG. 17, the production of the intermetallic compound is almost saturated. Atom transport in this state will be described with reference to FIG. 18 (for example, a state after mounting on a substrate or the like). Since the diffusion due to the concentration gradient disappears, the atomic transport balance Jimc / sn is as shown in FIG. The intermetallic compound is formed by heat treatment such as primary reflow, secondary reflow, and subsequent mounting on a substrate or the like.
すなわち、濃度勾配による化学ポテンシャルを駆動力とした原子輸送が寄与しなくなるため、流出の寄与度が高まる。したがって、ボイドが成長し始める箇所が金属間化合物層41とSnAg(半田層7)の界面となることが説明される。
In other words, since the atomic transport using the chemical potential due to the concentration gradient as a driving force does not contribute, the contribution of outflow increases. Therefore, it is explained that the place where the void starts to grow becomes the interface between the
前記のような過程で、バンプの中に半田と金属間化合物層41が積層した構造が実現する。その結果、金属間化合物層41で積層化することによって、SnAg層7a内にも有意な応力勾配とそれによる逆流J’sが生じる。図19にその概念を示す。図17および図18に示した界面の原子流束と比較して、SnAg(半田層7a)中の逆流分だけ総流束が低下する。たとえば、UBM(16)と半田の界面の原子輸送の収支Jimc/snは図19(下部)に示すようなものとなる。図19図の時点は、図18と同じであり、金属間化合物層41は、1次リフロー、2次リフローおよび、その後の基板等への実装等の熱処理により、形成される。従って、少なくとも、1次リフロー後には、図1、図9、図12、および図16の第1の金属隔壁38、第2の金属隔壁39、内部バンプ用メタルランド40(Niランド)およびメタルパッド12と半田層の間には、図19に示すように、金属間化合物層41が形成されている。
Through the above-described process, a structure in which the solder and the
また、バンプ中の金属間化合物層41と陽極側の半田の界面における収支は、図19(上部)に示すようなものとなる。図18等と比較して、逆流分の原子輸送が生じることが分かる。すなわち、空孔の蓄積によるボイド発生、成長が抑制されると期待される。これは、エレクトロマイグレーションによって電子流方向に移動した原子によって、単一の膜内には濃度勾配、言い換えると応力勾配が生じることになり、その勾配を緩和するために電子流と逆方向に原子が移動する駆動力となることを応用したものである。これまで広く用いられてきた半田バンプでは、SnAg(半田層)などの半田部は大きな体積を有していたため、この応力勾配による逆流は無視できるほど小さかった。そこで、SnAg(半田層)などの半田層とNiなどの金属層を複数回積み重ねることにより、SnAg部(半田層7,7a,7b,7c)にもエレクトロマイグレーション起因の応力勾配を誘起することによって期待する抑制効果が得られる。積層の際の各層の膜厚は、逆流応力が有意になる膜厚に最適化すればよい。
Further, the balance at the interface between the
この逆流応力によるエレクトロマイグレーション発生のしきい値は、各種のデータから、30A/cm程度と考えられる。これは、電子風力による陰極から陽極に向けたエレクトロマイグレーション起因の原子輸送と、応力勾配による陽極から陰極に向けた逆流が均衡し、実効的な原子輸送が生じないと見なされる条件を示している。具体的には、配線長と電流密度の積がこの数値よりも小さければ、ボイドの発生、成長は起こらない。たとえば、500mAの電流が流れる場合を考える。バンプを直径80マイクロメートル程度の円柱と考えると、断面積は約5x10−5cm2となる。したがって、電流密度は10000A/cm2程度となる。30A/cmのしきい条件を満足するには、3x10−3cmの配線長、いいかえると半田長となる必要がある。したがって、半田層の厚さが30マイクロメートル以下となるように、複数回積層化すればよい。また、バンプ径が小さくなり、UBM(16)と半田界面の金属間化合物層41と基板と半田界面の金属間化合物層41で挟まれる半田が、前述のように求めた厚さを下回る場合には同様な効果が顕著になると考えられる。
The threshold value for the occurrence of electromigration due to the backflow stress is considered to be about 30 A / cm from various data. This shows the condition that the atom transport due to electromigration from the cathode to the anode by electron wind and the back flow from the anode to the cathode due to the stress gradient are balanced and that effective atom transport does not occur. . Specifically, when the product of the wiring length and the current density is smaller than this value, void generation and growth do not occur. For example, consider a case where a current of 500 mA flows. Considering the bump as a cylinder having a diameter of about 80 micrometers, the cross-sectional area is about 5 × 10 −5 cm 2 . Therefore, the current density is about 10,000 A / cm2. In order to satisfy the threshold condition of 30 A / cm, the wiring length needs to be 3 × 10 −3 cm, in other words, the solder length. Therefore, the solder layer may be laminated a plurality of times so that the thickness of the solder layer is 30 micrometers or less. Also, when the bump diameter is reduced and the solder sandwiched between the UBM (16) and the
なお、500mAの電流が流れることを前提とした場合、バンプ径と逆流効果が期待される半田層の厚さの関係は図20のようになる。バンプに流れる電流は、チップ側の入出力端子の能力によって決まるので、チップ側の製造プロセステクノロジーによって変わるものではないため、電流値は変わらないと考えて差し支えない。このとき、電流密度が増大するため、逆流応力が顕著となる半田厚も小さくなる。したがって、バンプの微細化が進むにつれて、UBM(16)と半田界面の金属間化合物層41と基板と半田界面の金属間化合物層41で挟まれる半田の厚さが図20に示した数値と同等か、または、これよりも小さくなるように、厚さを調整することが有効である。
If it is assumed that a current of 500 mA flows, the relationship between the bump diameter and the thickness of the solder layer expected to have a backflow effect is as shown in FIG. Since the current flowing through the bumps is determined by the ability of the input / output terminals on the chip side, it does not change depending on the manufacturing process technology on the chip side, so it can be considered that the current value does not change. At this time, since the current density increases, the solder thickness at which the backflow stress becomes significant is also reduced. Accordingly, as the bumps become finer, the thickness of the solder sandwiched between the UBM (16), the
6.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
6). Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施の形態では、主に銅系埋め込み配線を有するデバイスを対象に具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、アルミニウム系非埋め込み配線、銀系埋め込み配線その他のメタル系埋め込み配線を有するデバイスにも適用できることは言うまでもない。 For example, in the above-described embodiment, the description has been given specifically for the device mainly having the copper-based embedded wiring. However, the present invention is not limited thereto, and the aluminum-based non-embedded wiring, the silver-based embedded wiring, and the like. Needless to say, the present invention can also be applied to a device having a metal embedded wiring.
また、銅に対するバリアメタルとして、窒化タンタル系バリアメタルを例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、窒化チタン系バリアメタル(Ti/TiNの多層バリアを含む)、ルテニウム系バリアメタル等のその他のバリアメタルでも良いことは、言うまでもない。また、ここでは、TaN膜単層のバリアメタルの例をとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、Ta/TaNの多層バリアでも良いことは、言うまでもない。 Further, as a barrier metal against copper, a tantalum nitride-based barrier metal has been specifically described as an example, but the present invention is not limited thereto, and a titanium nitride-based barrier metal (including a Ti / TiN multilayer barrier), It goes without saying that other barrier metals such as ruthenium-based barrier metals may be used. In addition, although an example of a TaN film single-layer barrier metal has been specifically described here, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and may be a Ta / TaN multilayer barrier.
更に、絶縁性銅拡散バリア膜として、主にSiC等を用いた例を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、SiCN,SiN等、その他の膜であってもよいことは言うまでもない。 Furthermore, although the example which mainly used SiC etc. was specifically demonstrated as an insulating copper diffusion barrier film, this invention is not limited to it, Other films, such as SiCN and SiN, may be sufficient Needless to say.
前記実施の形態では、主に単結晶シリコンウエハをスターティングマテリアルとして、半導体集積回路装置を形成する例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、SOIウエハ、エピタキシウエハ等をスターティングマテリアルとして、半導体集積回路装置を形成する場合にも適用できることは言うまでもない。また、ウエハの母材としては、シリコン系半導体のほか、SiGe,GaAs,SiC,GaN,InP等の化合物半導体にも適用できることは言うまでもない。 In the above embodiment, an example in which a semiconductor integrated circuit device is formed mainly using a single crystal silicon wafer as a starting material has been described. However, the present invention is not limited thereto, and an SOI wafer, an epitaxy wafer, or the like is used as a star material. Needless to say, the present invention can also be applied to forming a semiconductor integrated circuit device as a ting material. Needless to say, the base material of the wafer can be applied to a compound semiconductor such as SiGe, GaAs, SiC, GaN, InP as well as a silicon-based semiconductor.
1 半導体ウエハ(半導体基板)
1a 基板又はウエハのデバイス面(第1の主面)
1b 基板又はウエハの裏面(第2の主面)
1s 基板又はウエハのP型単結晶シリコン基板部
2 半導体基板又は集積回路チップ(半導体チップ領域)
3 タングステンプラグ
4 窒化シリコンライナー膜(エッチストップ膜)
5 プリメタル層間絶縁膜
6 基板コンタクト領域
7 (チップ上の)半田バンプ
7a (チップ上の)半田バンプの下部
7b (チップ上の)半田バンプの上部(または中央部)
7c (チップ上の)半田バンプの上部
8 MISFET
9 有機系ファイナルパッシベーション膜(ポリイミド系膜)
10 埋め込み型第8配線層上バリアメタル膜(TiN膜)
11 無機系ファイナルパッシベーション膜(SiON膜)
12 メタルパッド
13 埋め込まれた銅配線
14 SiC系絶縁性バリア膜
15 プラズマTEOS系主層間絶縁膜
16 UBM膜(UBMパッド)
16a 下部UBM膜(TiW膜)
16b 下部銅膜
16c ニッケル膜
17 ファイナルパッシベーション膜
18 グローバル配線上層配線層間絶縁膜
19 グローバル配線下層配線層間絶縁膜
20 ダイシング領域(スクライブ領域)
21 ノッチ
22 外部の半田バンプ
23 銅埋め込み配線
24 SiC系絶縁性バリア膜
25 SiOC系主層間絶縁膜
26 パッケージ配線基板
27 外部バンプ用メタルランド部
28 アンダーフィル樹脂
29 封止樹脂体
30 下部ファイナルパッシベーション開口
31 上部ファイナルパッシベーション開口
32 半田めっき用レジスト膜
33 銅埋め込み配線
34 SiC系絶縁性バリア膜
35 SiOC系主層間絶縁膜
36 UBMめっき用レジスト膜
37 素子分離領域(STI絶縁膜領域)
38 第1の金属隔壁
39 第2の金属隔壁
40 配線基板上の内部バンプ用メタルランド(Niランド)
41 金属間化合物層
43 銅埋め込み配線
44 SiC系絶縁性バリア膜
45 SiOC系主層間絶縁膜
53 銅埋め込み配線
54 SiC系絶縁性バリア膜
55 SiOC系主層間絶縁膜
63 銅埋め込み配線
64 SiC系絶縁性バリア膜
65 SiOC系主層間絶縁膜
73 第7層銅埋め込み配線
74 SiC系絶縁性バリア膜
75 プラズマTEOS系主層間絶縁膜
83 第8層銅埋め込み配線
84 SiC系絶縁性バリア膜
85 プラズマTEOS系主層間絶縁膜
201 FEOL工程
202 BEOL工程
203 半田バンプ形成工程
204 ウエハプローブ検査工程
205 バンプ高さ検査工程
206 ウエハダイシング工程
211 フリップチップボンディング工程
212 アンダーフィル工程
213 樹脂封止工程
214 外部半田バンプ形成工程
H バンプ高さ
Jchem 金属間化合物層における濃度勾配による流れ
Jem 半田内におけるエレクトロマイグレーションによる流れ
Jimc/sn 金属間化合物層/半田界面の流量収支
Js 金属間化合物層における応力勾配による流れ
J’em 金属間化合物層におけるエレクトロマイグレーションによる流れ
J’s 半田内における応力勾配による流れ
M1 埋め込み型第1配線層
M2 埋め込み型第2配線層
M3 埋め込み型第3配線層
M4 埋め込み型第4配線層
M5 埋め込み型第5配線層
M6 埋め込み型第6配線層
M7 埋め込み型第7配線層
M8 埋め込み型第8配線層
PM プリメタル領域
WS 半導体基板上の配線層
1 Semiconductor wafer (semiconductor substrate)
1a Device surface of substrate or wafer (first main surface)
1b Back surface of substrate or wafer (second main surface)
1s P-type single crystal silicon substrate portion of substrate or
3
5 Premetal
7c Upper part of solder bump (on chip) 8 MISFET
9 Organic final passivation film (polyimide film)
10 Barrier metal film (TiN film) on embedded type 8th wiring layer
11 Inorganic final passivation film (SiON film)
12
16a Lower UBM film (TiW film)
16b
21
38 1st
41
Claims (10)
(a)第1の主面を有する半導体基板;
(b)前記半導体基板の前記第1の主面上に設けられた多数のUBMパッド;
(c)前記多数のUBMパッドの各UBMパッド上に設けられ、主に半田部材から構成されたほぼ球状の半田バンプ;
(d)前記半田バンプの中間部において、前記半田バンプを上部と下部に区画する、前記半田バンプとは異なる材質の第1の金属隔壁。 Semiconductor integrated circuit devices including:
(A) a semiconductor substrate having a first main surface;
(B) a number of UBM pads provided on the first main surface of the semiconductor substrate;
(C) a substantially spherical solder bump provided on each UBM pad of the multiple UBM pads and mainly composed of a solder member;
(D) A first metal partition made of a material different from the solder bump, which divides the solder bump into an upper part and a lower part in an intermediate part of the solder bump.
(e)前記半田バンプの前記上部の中間部に於いて、前記上部を更に上下に区画する、前記第1の金属隔壁と同一材料の第2の金属隔壁。 10. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, further comprising:
(E) A second metal partition made of the same material as the first metal partition, which further divides the upper part in the middle part of the upper part of the solder bump.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011255867A JP2013110338A (en) | 2011-11-24 | 2011-11-24 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011255867A JP2013110338A (en) | 2011-11-24 | 2011-11-24 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013110338A true JP2013110338A (en) | 2013-06-06 |
Family
ID=48706798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011255867A Pending JP2013110338A (en) | 2011-11-24 | 2011-11-24 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013110338A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015216350A (en) * | 2014-04-23 | 2015-12-03 | ソニー株式会社 | Semiconductor device, and manufacturing method |
-
2011
- 2011-11-24 JP JP2011255867A patent/JP2013110338A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015216350A (en) * | 2014-04-23 | 2015-12-03 | ソニー株式会社 | Semiconductor device, and manufacturing method |
CN105981160A (en) * | 2014-04-23 | 2016-09-28 | 索尼公司 | Semiconductor device and method of manufacturing thereof |
KR20160143640A (en) * | 2014-04-23 | 2016-12-14 | 소니 주식회사 | Semiconductor device and method of manufacturing thereof |
CN109637992A (en) * | 2014-04-23 | 2019-04-16 | 索尼公司 | Semiconductor device and its manufacturing method |
US10600838B2 (en) | 2014-04-23 | 2020-03-24 | Sony Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing thereof |
CN109637992B (en) * | 2014-04-23 | 2020-07-21 | 索尼公司 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR102370046B1 (en) * | 2014-04-23 | 2022-03-04 | 소니그룹주식회사 | Semiconductor device and method of manufacturing thereof |
US11476291B2 (en) | 2014-04-23 | 2022-10-18 | Sony Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10818620B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
CN102142418B (en) | Semiconductor structure and manufacturing method of semiconductor device | |
TWI502667B (en) | Joint structure of semiconductor device and method of forming semiconductor device | |
CN102332435B (en) | Electronic component and manufacturing method of same | |
US9230935B2 (en) | Package on package structure and method of manufacturing the same | |
CN109786315A (en) | Form the method and packaging part of semiconductor devices | |
US9997480B2 (en) | Method of forming a semiconductor device including strain reduced structure | |
TWI404183B (en) | Packaging assembly and interated circuit device using the same | |
CN103579114A (en) | Integrated semiconductor device and wafer level method of fabricating the same | |
KR20130129068A (en) | Three-dimensional chip stack and method of forming the same | |
JPWO2010125682A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR20160040928A (en) | Integrated circuit device and method of manufacturing the same | |
US11145613B2 (en) | Method for forming bump structure | |
CN112447684A (en) | Three-dimensional stacked structure and method for manufacturing the same | |
US20150262954A1 (en) | Solder stud structure and method of fabricating the same | |
JP5901719B2 (en) | Semiconductor device | |
TWI419285B (en) | Bump structure on a substrate and method for manufacturing the same | |
JP2013110338A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
CN113658932A (en) | Semiconductor device and method of forming the same | |
JP2010147051A (en) | Semiconductor integrated circuit device, and method of manufacturing the same | |
TWI812143B (en) | Package structure and method of forming the same | |
TWI559482B (en) | Package structure and manufacturing method thereof | |
CN103681595B (en) | Semiconductor device |