JP2016171242A

JP2016171242A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2016171242A
Application number: JP2015051080A
Authority: JP
Inventors: 暁土手; Akira Tsuchide
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: JP6451426B2

Abstract

【課題】電極パッドを分割した構造においてはんだと電極パッドの接続抵抗の低下を防止することができる半導体装置を提供する。【解決手段】記半導体基板１の第２面側で、第１面側電極パッド３ａと異なる広さに形成され、スリット１３ｅを介して分割された複数の分割電極１３ａ〜１３ｄを有する分割電極パッド１３と、半導体基板１の第２面１ｂ側に形成され、分割電極パッド１３を露出する開口部１５ａを有する絶縁膜１５と、分割電極パッド１３の複数の分割電極１３ａ〜１３ｄのうち前記絶縁膜１５の開口部１５ａから露出した部分と前記スリット１３ｅにより区画される側の縁部に形成され、複数の分割電極１３ａ〜１３ｄよりもはんだ１８との濡れ性の良い材料から形成された金属被膜１７と、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

電子デバイスの小型化、高機能化のために、チップ状の半導体装置を３次元に実装する３次元実装半導体技術の研究開発が進み、三次元実装に適したシリコン貫通ビア（ＴＳＶ：through-silicon via）を採用した構造が知られている。ＴＳＶは、シリコンチップを貫通するビアによりその表裏面の回路を導通させ、さらに、半導体装置間をマイクロバンプ等で接合させることにより、高集積化を積層により実現できる構造である。

また、半導体装置の表面に現れる電極パッドは高集積化とともに狭くなるので、互いに対向して接続される２つの半導体装置のそれぞれの電極同士を接続する部材として、径が８０μｍ〜１００μｍ前後のＣ４(Controlled Collapse Chip Connection)と呼ばれるはんだバンプを使用することが望まれている。

はんだバンプが接続される電極パッドは、はんだとの接続面積を広げるために、はんだに対して濡れ性の良好な材料から形成されることが好ましい。さらに、電極の体積が小さい一方ではんだ体積が大きい場合、それらの合金の発生を抑制するためにバリア層が介在されることが好ましい。また、配線とこれに接続される電極パッドは、低抵抗な金属材料から形成されることが好ましい。

低抵抗な金属材料としてアルミニウムがあるが、選択されるはんだ材料によっては濡れ性が良好でない場合があるので、電極パッドの構造として、金属被覆薄膜とアンダーバンプ金属被膜の二層構造を使用することが知られている。金属被覆膜は、その一部から基板の表面を露出させる形状に形成され、その上からアンダーバンプ金属被膜に覆われる。アンダーバンプ金属被覆は、金属被覆膜を覆うとともに金属被覆膜の一部を通して基板を覆う構造となっている。そのようなアンダーバンプ金属被覆の一例として、チタン接着層、プラチナ拡散バリア層及び金層を順に基板上に積層した構造がある。その構造において、金層は、はんだ材料と濡れ性が良好な材料から形成されている。

また、熱膨張係数が異なる配線基板同士を接合すると、それらの電極パッド間に接続されるはんだボールには温度変化によるクラックの発生、進展、断線が生じ易くなる。そのクラック発生等を防止するため、配線基板上の電極パッドを複数のパッド部分に分離し、それらのパッド部分をリング状に配置し、それらのパッド部分によってはんだボールを支持する構造が知られている。この場合、各パッド部分を隆起状に形成し、これらに包囲される領域を各パッド部分の上面より低くしている。

このような電極パッドの構造によれば、はんだボールは、複数のパッド部分の中央部の絶縁膜によりはじかれ、複数のパッド部分に跨がってはんだ付けされる。この場合、はんだボールの最下端部は、各パッド部分の上面より低位となるので各パッド部分に嵌め込まれた状態となり、横方向の耐力に強い。また、熱応力は各パッド部分に分散するのではんだボールにクラックが発生し難い。

特開２０１４−２３９１１８号公報特開２００４−１８８４９７号公報特開２００８−５３７６３６号公報特開平１０−３０３３３０号公報

上記のように、電極パッドを複数のパッド部分に分割し、リング状に分離、配置し、さらにバッド部分ではんだボールを持ち上げる構造では、はんだボールと電極パッドの接続面積が小さいので、電気的な接続抵抗が高くなる。さらに、はんだボールは自身の大きさ程度の電極としか接合できないので、はんだ量を少なくして広げ、接続抵抗を低減することができなくなる。

本発明の目的は、電極パッドを分割した構造においてはんだと電極パッドの接続抵抗の低下を防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

本実施形態の１つの観点によれば、半導体基板の第１面側に形成された第１面側電極パッドと、前記半導体基板の第２面側で、前記第１面側電極パッドと異なる広さに形成され、スリットを介して分割された複数の分割電極を有する分割電極パッドと、前記半導体基板の前記第２面側に形成され、前記分割電極パッドを露出する開口部を有する絶縁膜と、前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のうち前記絶縁膜の前記開口部から露出された部分と前記スリットにより区画される側の少なくとも縁部に形成され、前記複数の分割電極よりはんだとの濡れ性の良い材料から形成された金属被膜と、を有する半導体装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。

本実施形態によれば、電極パッドを分割した構造においてはんだと電極パッドの接続抵抗の低下を防止することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図５は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図６（ａ１）〜（ａ３）、（ｂ１）〜（ｂ３）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち分割電極パッドの形成工程を示す平面図と断面図である。図７（ａ１）〜（ａ３）、（ｂ１）〜（ｂ３）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち分割電極パッドの形成工程を示す平面図と断面図である。図８（ａ１）〜（ａ３）、（ｂ１）〜（ｂ３）は、実施形態に係る半導体装置の製造工程のうち分割電極パッドの形成工程とはんだバンプの接続工程を示す平面図と断面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図と断面図である。図１０は、比較例に係る半導体装置を示す平面図と断面図である。図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の分割電極パッドの変形例を示す平面図である。

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。

図１〜図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
次に、図１（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。

まず、半導体基板であるシリコンウエハ１の第１面１ａに、膜形成、フォトリソグラフィー、エッチング、イオン注入等の処理を施すことにより、第１面１ａ側に半導体集積回路（不図示）を面方向に繰り返し形成する。さらに、シリコンウエハ１の第１面１ａから第２面１ｂに向け、間隔をおいて複数のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）２を形成する。

複数のＴＳＶ２は、例えば、シリコンウエハ１の第１面１ａ側に半導体集積回路となるＭＯＳトランジスタ（不図示）を形成した後であって配線形成前或いは配線形成中に形成されるビアミドル（Via Middle）方式により形成される。なお、ＴＳＶ２は、半導体集積回路を形成した後のビアラスト方式等であってもよい。

ＴＳＶ２は、例えば、シリコンウエハ１の第１面１ａから第２面１ｂに向けてビアホール１ｈを形成した後に、その中に導電材、例えば銅（Ｃｕ）をめっき等により埋め込んで形成される。例えば、反応性イオンエッチング等により第２面１ｂに至る途中までビアホール１ｈを形成し、ビアホール１ｈの内周面及び底面をＣｕ拡散防止絶縁層（不図示）で覆った後に、その中にＣｕを埋め込む。シリコンウエハ１の厚さは、例えば初期状態でウエハ径が３００ｍｍの場合に約７７５μｍであり、その中に形成されるビアホール１ｈの直径を例えば約５μｍ、深さを約５５μｍとする。

シリコンウエハ１のビアホール１ｈ内と同時に第１面１ａ上に形成された導電材は化学機械研磨（ＣＭＰ）等により除去される。このように第１面１ａ上の導電材を除去する際には、シリコンウエハ１の第１面１ａからＴＳＶ２の第１端を僅かに露出させる条件とする。

この後、シリコンウエハ１の第１面１ａの上に多層配線構造４を形成し、その際、最上の絶縁膜から露出する複数の電極パッド３ａ、３ｂを形成する。複数の電極パッド３ａ、３ｂは、例えば一辺が約５０μｍの四角の平面形に形成され、そのうち一部の一群の電極パッド３ａは例えば約８０μｍのピッチで配置される。電極パッド３ａ、３ｂは、多層配線構造４の上に形成した保護絶縁膜５、例えばポリイミド膜の開口部５ａから露出される。

次に、図１（ｂ）に示すように、シリコンウエハ１の第１面１ａ側の電極パッド３ａ、３ｂの各々の上にマイクロバンプ６を形成する。それらのマイクロバンプ６は、平面の直径が例えば約４０μｍ、ピッチが例えば約８０μｍで形成される。

マイクロバンプ６は、例えば、レジストマスク（不図示）を使用し、電極パッド３ａ、３ｂ上でＴｉ膜（不図示）を介して例えば突起量が約２０μｍの柱状のＣｕ突起層６ａと厚さ１５μｍのはんだ層６ｂの二層構造で形成される。Ｃｕ突起層６ａは例えば電解めっき法により形成され、はんだ層６ｂは、例えば、電極パッド３ａ、３ｂの上にＳｎＡｇ（錫銀）、ＳｎＡｇＣｕ（錫銀銅）等からめっき法等により形成され、その後にリフローにより丸められる。なお、Ｃｕの電極パッド３ａ、３ｂとはんだ層６ｂの間にはニッケル（Ｎｉ）層が形成され、また、はんだ層６ｂの上に金（Ａｕ）層が形成されてもよい。

次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン、ガラス等により形成されたサポートウエハ５１に仮接着剤５２を介してシリコンウエハ１を貼り付ける。この場合、シリコンウエハ１の第１面１ａ側のマイクロバンプ６を仮接着剤５２に食い込ませるように貼り付け、シリコンウエハ１の第２面１ｂを露出させる。

次に、図２（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、シリコンウエハ１の第２面１ｂを例えばＣＭＰ法により研磨し、約７７５μｍの厚さを約５０μｍまで薄化する。その薄化は、ビアホール１ｈの底に形成されたＣｕ拡散防止絶縁層（不図示）が露出する直前まで行われ、その後にエッチングによりシリコンウエハ１の第２面１ｂをエッチングバックし、ＴＳＶ２の第２端部を僅かに突出させる。さらに、ＴＳＶ２からシリコンウエハ１へのＣｕの拡散を防止するため、Ｃｕ拡散防止用絶縁膜７として酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の無機絶縁膜、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の有機絶縁膜を形成する。その後、拡散防止用絶縁膜７のうちＴＳＶ２の上で突出した部分をＣＭＰ等により研磨してＴＳＶ２の第２端を露出させる。

次に、図２（ｂ）、図３（ａ）に示すように、ＴＳＶ２の第２端に接続される電極パッド１３、１４をＣｕ拡散防止用絶縁膜７の上に形成する。電極パッド１３、１４は、第１面１ａ側の電極パッド３ａ、３ｂより広く、例えば次のようなセミアディティブ（ＳＡＰ）法によって形成される。

まず、図２（ｂ）の断面に示すようにＣｕ拡散防止用絶縁膜７の上にスパッタ法によりチタン（Ｔｉ）密着層８を例えば約０．１μｍの厚さに形成し、さらにＣｕシード層９を例えば約０．２μｍの厚さに形成する。続いて、Ｃｕシード層９の上にフォトレジストを塗布し、これに露光、現像等を施すことにより、複数のＴＳＶ２の第２端及びその周辺を露出する複数の電極形成用開口部１１、１２を有するレジストパターン１０を形成する。

一部の複数の電極形成用開口部１１は、図６（ａ１）の平面と図６（ｂ１）の断面に例示するように、十字状のレジスト部分１０ａにより平面形状が４つに分割された分割開口部１１ａ〜１１ｄを有している。なお、図６と後述の図７、図８において、（ｂ１）〜（ｂ３）は、（ａ１）に示すＩ−Ｉ線に沿った断面を示している。

４つの分極開口部１１ａ〜１１ｄのそれぞれは、互いに異なるＴＳＶ２の上方位置に形成される。また、分割されない電極形成用開口部１２は、例えば複数のＴＳＶ２の第２端に重なる大きさに形成される。なお、分割開口部１１ａ〜１１ｄを有する電極形成用開口部１１は、電極パッド密度が高い領域に形成され、分割されない電極形成用開口部１２は電極パッド密度が低い領域に形成されるようにしてもよい。なお、分割開口部１１ａ〜１１ｄのそれぞれは異なる１つのＴＳＶ２の上に形成、接続されるが、それぞれが複数のＴＳＶ２の上に形成、接続されてもよい。

そのようなレジストパターン１０を形成した後に、図３（ａ）、図６（ｂ２）の断面図と図６（ａ２）の平面図に例示するように、レジストパターン１０の複数の電極用開口部１１、１２から露出したＣｕシード層９の上に電解めっき法によりＣｕ膜を約５μｍの厚さに形成する。この場合、図６（ａ２）に示すように、十字状のレジスト部分１０ａにより区画された４つの分割開口部１１ａ〜１１ｄには個別にＣｕ膜が形成される。

これにより、電極用開口部１１の４つの分割開口部１１ａ〜１１ｄ内に形成されたＣｕ膜をそれぞれ分割電極１３ａ〜１３ｄとして使用し、それらは十字状のスリットを介して隣接する。複数の分割電極１３ａ〜１３ｄのそれぞれは、異なるＴＳＶ２に接続され、これらにより分割電極パッド１３が形成される。また、分割されない電極用開口部１２内で形成されたＣｕ膜を非分割電極パッド１４として使用する。なお、シリコンウエハ１の第２面１ｂ上に形成される電極パッドを全て分割電極パッド１３としてもよい。この工程では、レジストパターン１０に配線用開口部（不図示）を形成し、Ｃｕ拡散防止用絶縁膜７の上に配線（不図示）が形成されてもよい。

次に、図６（ａ３）、（ｂ３）に示すように、レジストパターン１０を除去する。その後、図７（ａ１）、（ｂ１）にも示すように、分割電極パッド１３、非分割パッド１４、配線（不図示）等をマスクとして使用し、これによりＣｕシード層９とＴｉ密着層８をエッチングにより除去する。このエッチング時には電分割電極パッド１３及び非分割電極パッド１４、配線（不図示）等となるＣｕ膜は薄層化するので、これを見越した厚さに予め膜厚を定めることが好ましい。なお、分割電極パッド１３及び非分割電極パッド１４の下に残されるＣｕシード層９とＴｉ密着層８は、分割電極パッド１３、非分割パッド１４の一部となるので、以下の説明に関する図では省略して記載している。

これにより、分割電極パッド１３は、平面形状が十字状のスリット１３ｅを介して物理的に４つに分割された分割電極１３ａ〜１３ｄから形成され、分割電極１３ａ〜１３ｄのそれぞれは異なるＴＳＶ２に接続されている。そのスリット１３ｅからＣｕ拡散防止用絶縁膜７が露出する。

次に、図３（ｂ）に示す構造を形成するまでの工程について説明する。
まず、図７（ａ２）、（ｂ２）に示すように、シリコンウエハ１の第２面１ｂ側のＣｕ拡散防止用絶縁膜７、分割電極パッド１３及び非分割電極パッド１４の上にフォトレジストを塗布し、これに露光、現像等を施すことによりレジストパターン１６を形成する。レジストパターン１６は、分割電極パッド１３、非分割電極パッド１４のそれぞれの上に開口部１６ａを有する。

開口部１６ａは、分割電極パッド１３及び非分割電極パッド１４の外周縁部を露出させない位置と大きさに設計される。また、分割電極パッド１３上の開口部１６ａは、例えば、スリット１３ｅの中心及びその周辺で各分割パッド１３ａ〜１３ｄに重なる例えば円形の部分と、その部分からスリット１３ｅに沿って分割電極１３ａ〜１３ｄの一部を十字状に露出させる形状とする。

次に、分割電極パッド１３、非分割パッド１４のうち開口部１６ａからの露出面にアンダーバンプ金属被膜１７を形成する。アンダーバンプ金属被膜１７は、図７（ａ３）、（ｂ３）に示すように、複数の分割電極１３ａ〜１３ｄを備えた分割電極パッド１３では分割電極１３ａ〜１３ｄの相互のスリット１３ｅを完全に埋めず、しかも開口部１６ａから露出した分割電極１３ａ〜１３ｄの側面にも形成される。非分割電極パッド１４の上にも同様にアンダーバンプ金属膜１７が形成される。

アンダーバンプ金属被膜１７は、分割電極パッド１３、非分割パッド１４の材料より濡れ性の良い材料から形成され、後に接続するはんだバンプの濡れ性を改善するとともに、分割電極パッド１３、非分割電極パッド１４及びＴＳＶ２へのはんだ拡散を防止するために形成される。また、アンダーバンプ金属被膜１７は、レジストパターン１６の上とスリット１３ｅの中心部分に形成されない一方、開口部１６ａから露出した部分の分割電極パッド１３、非分割電極パッド１４の上面及び側面に選択的に形成される材料及び方法が用いられる。

アンダーバンプ金属被膜１７は、分割電極パッド１３、非分割パッド１４の露出部分に選択的に形成される例えば無電解めっき法により形成される。アンダーバンプ金属被膜１７として、例えば、厚さ約３μｍのＮｉＰ膜の上に厚さ約０．０５μｍのＡｕ膜を形成した構造や、それらの膜の間にパラジウム（Ｐｄ）を介在した構造がある。また、ＮｉＰ膜の上にＰｄ膜を形成した構造や、ＮｉＢ膜の上にＡｕ膜を形成した構造や、ＮｉＢ膜の単一構造がある。電解めっき法を使用する場合、Ｃｕ拡散防止用絶縁膜７、分割電極パッド１３及び非分割パッド１４の上にＮｉ密着膜（不図示）とＣｕシード膜（不図示）を形成した後、例えば図６に示したレジストパターン１０とほぼ同じ形状のレジストパターン（不図示）を使用するＳＡＰ法により形成する。

これにより、図７（ａ３）、（ｂ３）に示すように、分割電極パッド１３では、４つの分割電極１３ａ〜１３ｄのうちレジストパターン１６の開口部１６ａから露出した部分の上面と側縁にはアンダーバンプ金属被膜１７が形成される。また、開口部１６ａの中心部の円形の部分から４つの方向に伸びるスリット１３ｅから一部が露出する分極電極１３ａ〜１３ｄの側面にもアンダーバンプ金属被膜１７が形成され、その幅が狭くなるが、スリット１３ｅからＣｕ拡散防止用絶縁膜７が露出したままの状態となる。その後にレジストパターン１６を除去する。

次に、図８（ａ１）、（ｂ１）に示すように、Ｃｕ拡散防止用絶縁膜７、分割電極パッド１３及び非分割電極パッド１４の上に保護絶縁膜１５を例えば約１０μｍの厚さに形成する。保護絶縁膜１５として、ＰＢＯ、ポリイミド（ＰＩ）、フェノール樹脂（ＰＦ）等の有機系材料をシリコンウエハ１の第２面１ｂ側に塗布し、熱硬化させた材料を使用する。なお、保護絶縁膜１５として酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機材料膜を形成してもよい。

さらに、保護絶縁膜１５の上にフォトレジストを塗布し、これに露光、現像等を施すことにより、シリコンウエハ１の第２面１ｂ側の分割電極パッド１３と非分割電極パッド１４を露出させる開口部２０ａを有するレジストパターン２０を形成する。この場合の開口部２０ａは、図７（ａ２）、（ｂ２）に示したレジストパターン１６の開口部１６ａと同じ形状に形成される。

その後に、レジストパターン２０をマスクにして保護絶縁膜１５をエッチングし、開口部２０ａを通して分割電極パッド１３と非分割電極パッド１４の一部を露出させ、その後に、レジストパターン２０を除去する。これにより、図３（ｂ）、図８（ａ２）、（ｂ２）に示すように、分割電極パッド１３の上では、スリット１３ｅの中心部とその周囲に４つの分割電極１３ａ〜１３ｄの一部を露出する円形の部分と、その部分からスリット１３ｅに沿った十字状の延部を有する開口部１５ａが保護絶縁膜１５に形成される。また、非分割電極パッド１４ではその一部を露出させる開口部１５ｂが保護絶縁膜１５に形成される。なお、保護絶縁膜１５として感光性樹脂を使用してもよく、この場合、フォトレジスト２０と同じ露光、現像等を施すことにより保護絶縁膜１５に開口部１５ａ、１５ｂを形成する。

ところで、上記のレジストパターン１６の代わりに保護絶縁膜１５をマスクとして使用し、開口部１５ａ、１５ｂから露出する分割電極パッド１３、非分割パッド１４の上に、上記と同様に無電解メッキ等の方法によりアンダーバンプ金属被膜１７を形成してもよい。この場合にも、アンダーバンプ金属被膜１７は、複数の分割電極１３ａ〜１３ｄを備えた分割電極パッド１３では、隣接する分割電極１３ａ〜１３ｄの間のスリット１３ｅを完全に埋めずにＣｕ拡散防止用絶縁膜７を露出するように分割電極１３ａ〜１３ｄの側面に形成される。

次に、図４（ａ）に例示するように、シリコンウエハ１の第２面１ｂをダイシングテープ（不図示）に貼り付けた後に、シリコンウエハ１をサポートウエハ５１の仮接着剤５２から剥離する。その後に、シリコンウエハ１に形成された複数の半導体集積回路を仕切るダイシングライン（不図示）に沿ってダイシングソーを用いて個片化し、半導体集積回路が形成された半導体チップ１Ｃを形成する。その後、ピックアップ装置（不図示）を用いて半導体チップをダイシングテープ（不図示）から剥離する。

次に、半導体集積回路が形成され、第２のマイクロバンプ６４を有する第２の半導体チップ６１を用意する。第２のマイクロバンプ６４は、例えば、第１の半導体チップ１Ｃのマイクロバンプ６と同様に、電極パッド膜６２とはんだ膜６３の積層構造を有する。そして、ボンダー（不図示）により第１の半導体チップ１Ｃの第１のマイクロバンプ６と第２の半導体チップ６１の第２のマイクロバンプ６４を仮接合する。

次に、図５（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、リフロー炉（不図示）において例えば２５０℃で５分の条件で第１のマイクロバンプ１ｃと第２のマイクロバンプ６４を接合する。これにより、第１の半導体チップ１Ｃと第２の半導体チップ６１が電気的及び機械的に接続される。さらに、第１の半導体チップ１Ｃと第２の半導体チップ６１の間にアンダーフィル６５を供給し、例えば約１５０℃で３分間の条件で加熱することによりアンダーフィル６５を固化する。

次に、第１の半導体チップ１Ｃの分割電極パッド１３と非分割電極パッド１４をＣ４のはんだバンプ１８を介してパッケージ基板６７の電極パッド６８に接続する。この場合、Ｃ４のはんだバンプ１８の径Ｄ_１は、第１面１ａ側のマイクロバンプ６のはんだ層６ｂより大きく、かつ分割電極１３ａ〜１３ｄにそれぞれ接続される互いのＴＳＶ２の間隔のうち最も広い間隔Ｄ_２より小さい径、例えば約１００μｍとし、リフロー炉（不図示）において例えば２５０℃で５分の条件で分割電極パッド１３とはんだバンプ１８、非分割電極パッド１４とハンダバンプ１８を接合する。

溶融状態のはんだバンプ１８は、分割電極パッド１３と非分割電極パッド１４の上のアンダーバンプ金属被膜１７の面上で広がって接合される。特に、分割電極パッド１３では、図８（ａ３）、（ｂ３）に示すように、分割電極１３ａ〜１３ｄの縁部の上にアンダーバンプ金属被膜１７が中心部分から外方に伸びて形成されているので、はんだバンプ１８は、４つの分割電極１３ａ〜１３ｄのスリット１３ｅに沿って広がる。

また、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、４つの分割電極１３ａ〜１３ｄの上の保護絶縁膜１５の開口部１５ａを例えばほぼ円形にしてその周囲のスリット１３ｅを保護絶縁膜１５による覆う形状にしてもよい。これの構造によれば、はんだバンプ１８は溶融時に有機系絶縁膜１５とアンダーバンプ金属被膜１７の間に入り込み、４つの分割電極１３ａ〜１３ｄの外方向に広がる。これにより、はんだバンプ１８と分割電極パッド１３の電気的な接続面積が広くなり、電気的な接続抵抗を低減することができる。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）のIII-III線断面図である。

以上のように本実施形態によれば、複数のＴＳＶ２に接続される電極パッド１３、１４のうち少なくとも一部をスリット１３ｅにより複数の分割電極１３ａ〜１３ｄに分離し、これにより分割電極パッド１３を形成している。さらに、複数の分割電極１３ａ〜１３ｄのうちそれらの間でスリット１３ｅを挟んで対向する縁部には、選択的にアンダーバンプ金属被膜１７が形成されている。

このため、分割電極パッド１３に接合されるはんだバンプ１８は、溶融時に分割電極１３ａ〜１３ｄのスリット１３ｅに沿って広がり、はんだバンプ１８の広がりによるはみ出しや変形が小さくなり、はんだバンプ１８との接合が良好になる。しかも、分割電極１３ａ〜１３ｄのそれぞれにＴＳＶ２が接続されるのではんだバンプ１８での電流集中を回避することができる。

また、図９に示したように、分割電極パッド１３を形成する分割電極１３ａ〜１３ｄで互いに対向する縁部に沿ってアンダーバンプ金属被膜１７を形成した後に、分割電極パッド１３の外周縁部を有機系絶縁材からなる保護絶縁膜１５で覆っている。この構造では、保護絶縁膜１５とアンダーバンプ金属被膜１７の間に溶融したはんだバンプ１８が入り込むので、はんだバンプ１８が分割電極パッド１３の外側に漏れることを防止しながら分割電極１３ａ〜１３ｄとはんだバンプ１８の接続面積を広くすることができる。

ところで、図１０に示す比較例では、５０μｍ程度に薄くされたシリコンウエハ１の第２面１ｂ側の全てが非分割電極パッド１４となっている。このため、第２面１ｂ側の電極パッド１４の総面積は、本実施形態に比べ、第１面１ａ側の電極パッド３ａ、３ｂよりも広くなる。このため、シリコンウエハ１と非分割電極パッド１４との熱膨張係数の差によって薄いシリコンウエハ１がはんだバンプ１８の接合時に反り易くなる。そのような反りが生じると、マイクロバンプ６が形成される側の第１面１ａが例えば外側に湾曲するので、マイクロバンプ６と上記のような第２の半導体チップ６１のマイクロバンプ６４の位置にずれが生じ、それらの接合が困難になる。

これに対し、本実施形態では、第２面１ｂ側に分割電極パッド１３を形成したので、分割電極パッド１３とシリコンウエハ１の熱膨張の差が分割電極１３ａ〜１３ｄのスリット１３ｅにより吸収され、しかも、第１面１ａ側の電極パッド３ａ、３ｂとの電極形成面積の差が小さくなるので、反りが大幅に低減される。この結果、図４（ｂ）、図５に示したように、第１の半導体チップ１Ｃのマイクロバンプ６とこれに接合される第２の半導体チップ６１側のマイクロバンプ６４の位置が熱膨張によりずれることを防止することができる。

ところで、分割電極パッド１３として、上記の構造では、十字状のスリット１３ｅを介して４つに分割された分割電極１３ａ〜１３ｄを形成しているが、そのような構造に限られるものではない。例えば、図１１（ａ）に示すように、格子状に５以上に分割して複数の分割電極１３ｐを形成してもよい。この構造の複数の分割電極１３ｐでは、格子状のスリット１３ｅを介して互いに対向する少なくとも縁部と、保護絶縁膜１５の開口部１５ａの中央の略円形の部分にアンダーバンプ金属被膜１７を形成する。なお、複数の分割電極１３ｐにはそれぞれＴＳＶ２が接続される。

これにより、上記と同様に、はんだバンプ１８と分割電極パッド１３を接合する際に、溶融したはんだバンプ１８を格子状のスリット１３ｅに沿った道筋ではんだの流れを制御することができ、はんだバンプ１８と分割電極パッド１３の接合面積を広げることができ、それらの接続抵抗の増加を抑制することができる。しかも、上記と同様に、半導体チップ１Ｃの反りを防止できる。

分割電極パッド１３として、図１１（ｂ）に示すように、四角の領域に対角線状に十字状のスリット１３ｅにより分割された複数の三角形の分割電極１３ｑを形成し、スリット１３ｅを区画する少なくとも縁部にアンダーバンプ金属被膜１７を形成してもよい。また、図１１（ｃ）に示すように、分割電極パッド１３が形成される四角の領域の中心部から８方向に向けて放射状に形成したスリット１３ｅにより分離される８つの三角形の分離電極１３ｒを形成してもよい。これらの場合も、分離電極１３ｑ、１３ｒのうちスリット１３ｅで区画される少なくとも縁部にアンダーバンプ金属被膜１７を形成する。なお、複数の分割電極１３ｑ、１３ｒにはそれぞれＴＳＶ２が接続される。

これにより、上記と同様に、はんだバンプ１８と分割電極パッド１３を接合する際に、溶融したはんだバンプ１８を格子状のスリット１３ｅに沿った道筋ではんだの流れを制御し、はんだバンプ１８と分割電極パッド１３の接合面積を広げることができ、それらの接続抵抗の増加を抑制することができる。しかも、上記と同様に、半導体チップ１Ｃの反りを防止できる。

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈され、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。

次に、本発明の実施形態について特徴を付記する。
（付記１）半導体基板の第１面側に形成された第１面側電極パッドと、前記半導体基板の第２面側で、前記第１面側電極パッドと異なる広さに形成され、スリットを介して分割された複数の分割電極を有する分割電極パッドと、前記半導体基板の前記第２面側に形成され、前記分割電極パッドを露出する開口部を有する絶縁膜と、前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のうち前記絶縁膜の前記開口部から露出された部分と前記スリットにより区画される側の少なくとも縁部に形成され、前記複数の分割電極よりはんだとの濡れ性の良い材料から形成された金属被膜と、を有する半導体装置。
（付記２）前記前記分割電極パッドの外周部分において、前記複数の分割電極の前記縁部に形成された前記金属被膜は、有機絶縁膜に覆われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）前記第１面側電極パッドは前記半導体基板内に形成された第１の貫通ビアに接続され、前記分割電極パッドの前記複数の分割電極は前記半導体基板内に形成された第２の貫通ビアに個別に接続されることを特徴とする付記１又は付記２に記載の半導体装置。
（付記４）前記分割電極パッドの前記スリットは、中心部から複数の方向に広がる形状か十字状を有する形状であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記５）前前記分割電極パッドに接合される第１はんだは、記第１面側電極パッドに接合される第２はんだより大きいことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記６）前前記分割電極パッドに接合される前記第１はんだは、前記複数の分割電極の各々に接続される前記第２の貫通ビアの相互の間隔の最大の大きさより小さいことを特徴とする付記５に記載の半導体装置。
（付記７）前記金属被膜の少なくとも最上層はＡｕ、ＮｉＢ、Ｐｄから形成されることを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記８）半導体基板の第１面側に形成された第１面側電極パッドと、前記半導体基板の第２面側に前記第１面側電極パッドと異なる広さに形成され、スリットを介して分割された複数の分割電極を有する分割電極パッドと、前記半導体基板の前記第２面側に形成され、前記分割電極パッドを露出する開口部を有する絶縁膜と、前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のうち前記絶縁膜の前記開口部から露出された部分と前記スリットにより区画される側の少なくとも縁部に形成され、前記複数の分割電極よりはんだとの濡れ性の良い材料から形成された金属被膜と、を有する半導体装置のうち前記絶縁膜の前記開口部内で前記金属被膜上に前記はんだを合わせる工程と、前記金属被膜上で前記はんだを溶融し、前記はんだを前記分割電極パッドの中心部から前記複数の前記分割電極の前記縁部上の前記金属被膜に沿って広げる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記９）前記複数の分割電極の前記縁部上の前記金属被膜は、有機絶縁膜に覆われ、溶融した前記はんだを前記有機絶縁膜と前記縁部上の前記金属被膜の間に入り込ませて広がらせることを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。

１シリコンウエハ
１Ｃ半導体チップ
２ＴＳＶ
３ａ、３ｂ電極パッド
６マイクロバンプ
７Ｃｕ拡散防止用絶縁膜
８Ｔｉ密着層
９Ｃｕシード層
１０レジストパターン
１１、１２開口部
１３分割電極パッド
１３ａ〜１３ｄ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ分割電極
１３ｅスリット
１４非分割電極パッド
１５保護絶縁膜
１５ａ１５ｂ開口部
１６、２０レジストパターン
１７アンダーバンプ金属被膜
１８はんだバンプ
５１サポートウエハ
５２仮接着剤
６１半導体チップ
６４マイクロバンプ

Claims

半導体基板の第１面側に形成された第１面側電極パッドと、
前記半導体基板の第２面側で、前記第１面側電極パッドと異なる広さに形成され、スリットを介して分割された複数の分割電極を有する分割電極パッドと、
前記半導体基板の前記第２面側に形成され、前記分割電極パッドを露出する開口部を有する絶縁膜と、
前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のうち前記絶縁膜の前記開口部から露出された部分と前記スリットにより区画される側の少なくとも縁部に形成され、前記複数の分割電極よりはんだとの濡れ性の良い材料から形成された金属被膜と、
を有する半導体装置。
前記前記分割電極パッドの外周部分において、前記複数の分割電極の前記縁部に形成された前記金属被膜は、有機絶縁膜に覆われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記第１面側電極パッドは前記半導体基板内に形成された第１の貫通ビアに接続され、
前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のそれぞれは前記半導体基板内に形成された第２の貫通ビアに接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
半導体基板の第１面側に形成された第１面側電極パッドと、前記半導体基板の第２面側で、前記第１面側電極パッドと異なる広さに形成され、スリットを介して分割された複数の分割電極を有する分割電極パッドと、前記半導体基板の前記第２面側に形成され、前記分割電極パッドを露出する開口部を有する絶縁膜と、前記分割電極パッドの前記複数の分割電極のうち前記絶縁膜の前記開口部から露出された部分と前記スリットにより区画される側の少なくとも縁部に形成され、前記複数の分割電極よりはんだとの濡れ性の良い材料から形成された金属被膜と、を有する半導体装置のうち前記絶縁膜の前記開口部内で前記金属被膜上に前記はんだを合わせる工程と、
前記金属被膜上で前記はんだを溶融し、前記はんだを前記分割電極パッドの中心部から前記複数の前記分割電極の前記縁部上の前記金属被膜に沿って広げる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記複数の分割電極の前記縁部上の前記金属被膜は、有機絶縁膜に覆われ、溶融した前記はんだを前記有機絶縁膜と前記縁部上の前記金属被膜の間に入り込ませて広がらせることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。