JP3446021B2 - 半導体装置のバンプ電極構造およびその形成方法 - Google Patents

半導体装置のバンプ電極構造およびその形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は半導体装置のバンプ電
極構造およびその形成方法に関する。 【0002】 【従来の技術】TAB方式と呼ばれる半導体装置(IC
チップ)の実装技術では、半導体装置をTABテープ上
に搭載している。この場合、半導体装置に金バンプを有
するバンプ電極を設け、このバンプ電極をTABテープ
のインナリードに金すず共晶法や金金熱圧着法等による
ボンディングによって接続している。 【0003】ところで、従来の金バンプの硬度は50H
v(ビッカース硬さ)以上と比較的高くなるようにして
いる。この理由は、硬度が50Hv未満の場合には、金
バンプが軟らかくてボンディング時につぶれることがあ
り、この結果半導体装置のエッジ(シリコン等の半導体
が露出している部分)がTABテープのインナリードに
接近して接触し、このエッジを介してインナリード同士
が短絡してしまうことがあり、したがってこのような不
都合を回避するためである。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような半導体装置のバンプ電極構造では、金バンプ
の硬度が50Hv以上と比較的高いので、ボンディング
時における金バンプの変形量が少なく、このためボンデ
ィング時の加圧力を金バンプで十分に吸収することがで
きず、この結果半導体装置の表面に大きな圧力が加わ
り、半導体装置表面の絶縁膜や電極引き回し線にクラッ
クが生じることがあるという問題があった。また、金バ
ンプがあまり変形しないので、TABテープのインナリ
ードとの密着性が十分に良いとはいえないという問題も
あった。この発明の目的は、ボンディング時に金バンプ
が不要につぶれることがなく、かつボンディング時の加
圧力を金バンプで十分に吸収することができ、さらにT
ABテープのインナリードとの密着性を十分に良くする
ことのできる半導体装置のバンプ電極構造を提供するこ
とにある。この発明の他の目的は、金バンプを簡易な処
理工程で能率良く形成することのできる半導体装置のバ
ンプ電極形成方法を提供することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】請求項記載の発明は、
半導体基板上の接続用電極上に形成された下層金バンプ
と該下層金バンプ上面に形成された上層金バンプとから
なる金バンプを備えた半導体装置のバンプ電極の形成方
法において、ある電流密度で前記下層金バンプを電解メ
ッキにより形成し、次いで電流密度を下げて前記上層金
バンプを電解メッキにより形成した後、加熱処理を行っ
て、前記下層金バンプの硬度を50Hv以上とし、前記
上層金バンプの硬度を50Hv未満とするようにしたも
のである。 【0006】 【作用】請求項記載の発明によれば、下層金バンプと
この下層金バンプよりも硬度の低い上層金バンプとをメ
ッキ電流密度を変えて形成した後、熱処理を行うことに
よって、下層金バンプの硬度を50Hv以上、上層金バ
ンプの硬度を50Hv未満としているので、下層金バン
プと上層金バンプとからなる金バンプを簡易な処理工程
で能率良く形成することができる。 【0007】 【実施例】図1はこの発明の一実施例における半導体装
置のバンプ電極構造を示したものである。このバンプ電
極構造では、シリコンウエハ1の上面にゲート電極等の
内部電極2および酸化シリコンからなる絶縁膜3が形成
されている。絶縁膜3の上面には、内部電極2と接続さ
れた接続用電極4が形成されている。接続用電極4はア
ルミニウム(Al)またはアルミニウム−けい素(Al
−Si)、アルミニウム−銅−けい素(Al−Cu−S
i)等のアルミニウム合金からなっている。接続用電極
4の周辺部および絶縁膜3の上面には窒化シリコンから
なる絶縁膜5が形成されている。したがって、接続用電
極4の中央部は絶縁膜5に形成された開口部6を介して
露出されている。この露出された接続用電極4およびそ
の周囲の絶縁膜5の上面には中間接続膜7が形成されて
いる。中間接続膜7はチタン−タングステン(Ti−
W)、白金−チタン(Pt−Ti)、パラジウム−チタ
ン(Pd−Ti)等の合金、すなわちバリアメタルと接
着メタルとの合金からなっている。中間接続膜7の上面
には金薄膜8が形成され、金薄膜8の上面には硬度が5
0Hv以上の下層金バンプ9が形成され、下層金バンプ
9の上面には硬度が50Hv未満の上層金バンプ10が
形成されている。 【0008】次に、このようなバンプ電極構造を形成す
る場合について図2を参照しながら説明する。まず、図
2(A)に示すように、シリコンウエハ1の上面に内部
電極2および酸化シリコンからなる絶縁膜3を形成し、
絶縁膜3の上面にアルミニウムまたはアルミニウム合金
からなる接続用電極4を形成する。次に、接続用電極4
を含む絶縁膜3の上面全体に窒化シリコンからなる絶縁
膜5を形成した後、絶縁膜5の所定の個所にエッチング
により開口部6を形成することにより、接続用電極4の
周辺部および絶縁膜3の上面に絶縁膜5を残存させると
ともに、絶縁膜5の開口部6を介して接続用電極4の中
央部を露出させる。次に、チタン−タングステン等の合
金および金をこの順で蒸着またはスパッタリングするこ
とにより、上面全体に中間接続膜形成用膜7aおよび金
薄膜形成用薄膜8aをそれぞれ数千Å程度の厚さに形成
する。 【0009】次に、図2(B)に示すように、金薄膜形
成用薄膜8aの上面に、フォトレジスト液を滴下してス
ピンコーティングすることにより、フォトレジスト膜1
1を膜厚が20〜30μm程度となるように比較的厚く
形成する。この場合、フォトレジスト膜11の膜厚を2
0〜30μm程度と比較的厚くするために、フォトレジ
スト液として粘度が数百〜千数百CPS(センチポイ
ズ)で通常のスピンコーティングのものよりも数倍ない
し数十倍高いもの(例えば東京応化工業(株)製のBM
R1000)を使用し、スピンコーティング時の回転速
度を数百rpmとする。 【0010】次に、フォトレジスト膜11を所定のマス
クを介して露光して現像することにより、図2(C)に
示すように、フォトレジスト膜11の所定の個所つまり
図1に示す下層金バンプ9および上層金バンプ10を形
成すべき領域に対応する部分に開口部12を形成する。
この場合、現像液としてはキシレンを主成分とする有機
溶剤(例えば東京応化工業(株)製のC−3)を用い
る。次に、開口部12内に金を電解メッキすることによ
り、開口部12内の金薄膜形成用薄膜8aの上面に下層
金バンプ9を形成し、次いで図2(D)に示すように、
下層金バンプ9の上面に上層金バンプ10を形成する。
この場合、下層金バンプ9を形成する時のメッキ電流密
度を8mA/cm2程度とし、上層金バンプ10を形成
する時のメッキ電流密度を2mA/cm2程度とする。
すると、図3に示す金メッキにおける電流密度に対する
硬度の関係から明らかなように、この時点における硬度
が下層金バンプ9で95Hv程度となり、上層金バンプ
10で70Hv程度となる。なお、上層金バンプ10の
上面を平坦とするために、下層金バンプ9と上層金バン
プ10と金薄膜形成用薄膜8aの合計膜厚を20〜30
μm程度とし、上層金バンプ10の上面がフォトレジス
ト膜11の上面から突出しないようにする。また、上層
金バンプ10の膜厚は、下層金バンプ9と上層金バンプ
10の合計膜厚の1/4〜1/2とする。次に、200
〜300℃程度の温度下で30分〜1時間程度の加熱処
理を行ない、これにより下層金バンプ9の硬度を95H
v以下で50Hv以上望ましくは50Hv以上で80H
v以下とし、上層金バンプ10の硬度を50Hv未満望
ましくは30Hv以上で50Hv未満とする。 【0011】次に、フォトレジスト膜11をエチルセル
ソルブ、ジクロルベンゼンを主成分とする有機溶剤(例
えば東京応化工業(株)製の剥離液SP)を用いて剥離
すると、図2(E)に示すようになる。次に、下層金バ
ンプ9および上層金バンプ10をマスクとして金薄膜形
成用薄膜8aの不要な部分をヨウ素系のエッチング液で
エッチングして除去し、次いで同様に下層金バンプ9お
よび上層金バンプ10をマスクとして中間接続膜形成用
膜7aの不要な部分をドライエッチングして除去する
と、図1に示すバンプ電極構造が得られる。なお、チタ
ン−タングステン合金からなる中間接続膜形成用膜7a
のエッチングは、フロン系ガスを用いた反応性イオンエ
ッチングが好ましい。その理由は、絶縁膜4の残り量が
少ない場合の高精度のエッチングに適するとともに、ア
ンダーカットを防止することができるからである。 【0012】次に、図4および図5を参照して、上記の
ように構成された半導体装置のバンプ電極をTABテー
プのインナーリードに接続する場合について説明する。
まず、上述した処理工程を経た後シリコンウエハ1はダ
イシングにより切断され、複数の半導体装置21に分割
される。ここで、1つの半導体装置21には上述した下
層金バンプ9および上層金バンプ10からなる金バンプ
が複数配列されている。一方、TABテープ22の複数
のインナーリード23は、表面に半田23aがメッキさ
れた銅箔23bをベーステープ24上にラミネートした
後エッチングして所定の形状にパターン形成したものか
らなり、ベーステープ24に形成されたデバイスホール
25内に突出されている。この場合、銅箔23bの表面
にメッキされた半田23aは、すず(Sn)と鉛(P
b)との混合比が80:20の合金からなり、その厚さ
が0.2〜0.6μm程度となっている。 【0013】さて、半導体装置21のバンプ電極をTA
Bテープ22のインナーリード23に接続する場合に
は、半導体装置21をデバイスホール25内に配置し、
各バンプ電極の上層金バンプ10をそれぞれ対応するイ
ンナーリード23に、温度200〜400℃、加圧力3
0〜360g/mm2、時間1〜5secの条件でボン
ディングする。この場合、下層金バンプ9の硬度が50
Hv以上と比較的高いので、ボンディング時における下
層金バンプ9の変形量が少なく、したがってボンディン
グ時に下層金バンプ9が不要につぶれることがなく、ひ
いては全体としての金バンプが不要につぶれないように
することができる。この結果、半導体装置21のエッジ
とインナリード23との間隔を保つことができ、したが
って半導体装置21のエッジがインナリード23に接触
しないようにすることができる。また、上層金バンプ1
0の硬度が50Hv未満と比較的低いので、ボンディン
グ時における上層金バンプ10の変形量が大きく、した
がってボンディング時の加圧力を上層金バンプ10で十
分に吸収することができ、ひいては半導体装置21の表
面に大きな圧力が加わることがなく、半導体装置21の
表面の絶縁膜3、5や接続用電極4の引き回し線にクラ
ックが生じないようにすることができる。また、ボンデ
ィング時における上層金バンプ10の変形量が大きいの
で、TABテープ22のインナリード23との密着性を
十分に良くすることができる。さらに、下層金バンプ9
とこの下層金バンプ9よりも硬度の低い上層金バンプ1
0とをメッキ電流密度を変えて形成しているので、下層
金バンプ9と上層金バンプ10とからなる金バンプを簡
易な処理工程で能率良く形成することができる。 【0014】なお、半導体装置21のバンプ電極をTA
Bテープ22のインナーリード23に接続した後は、半
導体装置21上に図示しない保護用レジンをポッティン
グして、このポッティングした保護用レジンによって半
導体装置21を覆って保護し、この後図4において二点
鎖線で示す部分で切断することになる。 【0015】 【発明の効果】以上説明したように、請求項記載の発
明によれば、下層金バンプとこの下層金バンプよりも硬
度の低い上層金バンプとをメッキ電流密度を変えて形成
した後、熱処理を行うことによって、下層金バンプの硬
度を50Hv以上、上層金バンプの硬度を50Hv未満
としているので、下層金バンプと上層金バンプとからな
る金バンプを簡易な処理工程で能率良く形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の一実施例における半導体装置のバン
プ電極構造の断面図。 【図2】(A)〜(E)はそれぞれこの半導体装置のバ
ンプ電極構造の各形成工程の断面図。 【図3】金メッキにおける電流密度に対する硬度の関係
を示す図。 【図4】この半導体装置のバンプ電極をTABテープの
インナーリードに接続した状態の平面図。 【図5】図4の一部の断面図。 【符号の説明】 9 下層金バンプ 10 上層金バンプ 23 インナーリード

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板上の接続用電極上に形成され
    た下層金バンプと該下層金バンプ上面に形成された上層
    金バンプとからなる金バンプを備えた半導体装置のバン
    プ電極の形成方法において、ある電流密度で前記下層金
    バンプを電解メッキにより形成し、次いで電流密度を下
    げて前記上層金バンプを電解メッキにより形成した後、
    加熱処理を行って、前記下層金バンプの硬度を50Hv
    以上とし、前記上層金バンプの硬度を50Hv未満とす
    ることを特徴とする半導体装置のバンプ電極の形成方
    法。
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