JP3700563B2 - バンプの形成方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

バンプの形成方法及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプの形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
半導体チップのパッドに、無電解メッキなどを適用して金属バンプを形成する方法がある。この半導体チップは、例えば、金属バンプ上にハンダを設け、そのハンダを溶融させることで、基板の配線パターン（リード）に電気的に接続する。これによれば、リードを加熱及び加圧してパッドとの接続を図る形態と異なり、ハンダの溶融で接続できるので、半導体チップの面に加える圧力を抑えることができる。これによって、例えば、半導体チップの端部だけでなく素子形成領域にもパッドを配置できるので、多くのパッドを広いピッチで配置できる。さらに、ハンダを使用することで、金バンプを形成するよりも低コストで半導体装置を製造できる。
【０００３】
しかしながら、この形態によれば、各パッドのハンダが、配線パターンとの接続時の溶融によって隣のパッドに流れてしまい、パッド同士のショートが起こる場合があった。これは、各パッドに設けるハンダを少量にするだけでは解決できなかった。
【０００４】
本発明はこの問題点を解決するためのものであり、その目的は、高い信頼性をもって、狭ピッチに適応したバンプの形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るバンプの形成方法は、
パッド上に貫通穴を有するようにレジスト層を形成し、前記貫通穴の形状に合わせて前記パッドと電気的に接続する第１の金属層を形成する工程を含み、
前記レジスト層を、前記貫通穴の内側面に突起するように形成し、
前記第１の金属層を前記貫通穴の高さ以下に形成して、前記第１の金属層の側面にロウ材を収容する凹部を形成し、
前記レジスト層を除去する。
【０００６】
本発明によれば、貫通穴の形状に合わせて、バンプを所定の形状に形成する。バンプはロウ材を収容する凹部を有する。これによって、ロウ材を、バンプの凹部に入り込ませて、バンプの外側に広がりにくくすることができる。すなわち、例えば、バンプ上の溶融したロウ材が隣のパッドに流れることを防止できる。したがって、パッド同士のショートをなくして、その後の製造時の歩留りを高めることができる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
（２）このバンプの形成方法において、前記貫通穴を、その中央部に前記レジスト層の一部が残るように形成してもよい。
【００１０】
これによれば、バンプの中央部にロウ材を収容する領域を形成することができる。これによって、バンプの中央部の領域にロウ材を入り込ませて、ロウ材を外側に広がりにくくすることができる。
【００１１】
（３）このバンプの形成方法において、前記レジスト層を、１つの前記パッドと少なくとも一部で平面的に重なる複数の前記貫通穴を有するように形成し、
前記第１の金属層をそれぞれの前記貫通穴に形成してもよい。
【００１２】
これによれば、１つのパッドにおける隣同士のバンプの間に設けた領域に、ロウ材を入り込ませることで外側に広がりにくくすることができる。
【００１３】
（４）このバンプの形成方法において、前記レジスト層が形成された状態で、前記第１の金属層を形成し、前記第１の金属層上にさらに第２の金属層を形成してもよい。
【００１４】
これによれば、例えば、第１の金属層よりもロウ材がつきやすい部材を第２の金属層として使用した場合に、バンプの上面のみにロウ材を設けることができる。すなわち、ロウ材がバンプの外側に広がることをより確実に妨げることができる。
【００１５】
（５）このバンプの形成方法において、前記第１の金属層を、前記レジスト層が形成された状態で形成し、
前記レジスト層を除去した後、前記第１の金属層の表面を覆って第２の金属層を形成してもよい。
【００１６】
これによれば、第１の金属層の表面が酸化することを防止できる。
【００１７】
（６）このバンプの形成方法において、前記パッドは絶縁膜によって覆われ、前記レジスト層を、前記絶縁膜上に形成し、
前記レジスト層に前記貫通穴を形成した後、前記絶縁膜に、前記パッドの少なくとも一部を露出する開口部を形成し、
前記レジスト層が形成された状態で、前記パッド上に前記第１の金属層を形成してもよい。
【００１８】
これによれば、一度形成したレジスト層の貫通穴を使用して、絶縁膜に開口部を形成し、パッドと電気的に接続するバンプを形成するので、簡単な工程でバンプを形成できる。
【００１９】
（７）このバンプの形成方法において、前記第１及び第２の金属層を、無電解メッキによって形成してもよい。
【００２０】
（８）このバンプの形成方法において、前記第１の金属層は、ニッケルを含む材料からなり、
前記パッド上に亜鉛層を形成し、
前記第１の金属層を前記亜鉛層上に形成してもよい。
【００２１】
（９）このバンプの形成方法において、前記第２の金属層は、金を含む材料から形成してもよい。
【００２２】
（１０）本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記方法によって半導体チップの複数のパッド上に形成されてなる複数のバンプと、複数のリードと、をロウ材を介して接合する工程を含み、
前記ロウ材を溶融させたときに、前記ロウ材を、隣のパッドに広がることを妨げるように前記凹部に入り込ませる。
【００２３】
本発明によれば、バンプとリードとの間に設けるロウ材を、バンプの凹部に入り込ませて外側に広がりにくくすることができる。すなわち、バンプ上の溶融したロウ材が隣のパッドに流れることを防止できる。したがって、パッド同士のショートをなくして、製造時の歩留りを高めることができる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１〜図６（Ｃ）は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。本実施の形態では、半導体チップにバンプを形成する例を説明するが、本発明に係るバンプの形成方法は、これに限定されるものではなく、リードにバンプを形成する方法として適用してもよい。リードは、基板に形成された配線パターンであってもよい。その場合、配線パターンのランドがパッドに相当する。また、本発明は、半導体ウェーハに形成されたパッドにバンプを形成するときに適用してもよい。
【００４０】
本実施の形態では、図１に示すように、半導体チップ１０を用意する。半導体チップ１０は、直方体（立方体を含む）であることが多いが、例えば球状に形成されてもよい。半導体チップ１０の厚みは限定されず、薄く研削されてなる半導体チップ１０を使用してもよい。
【００４１】
半導体チップ１０は、複数のパッド１２を有する。パッド１２は、内部に形成された集積回路の電極となる。パッド１２は、半導体チップ１０における集積回路が形成された面の側に形成されることが一般的である。この場合に、パッド１２は、集積回路の領域の外側に形成されてもよく、あるいは集積回路の領域の内側に形成されてもよい。パッド１２は、半導体チップ１０の端部又は中央部に、１列又は複数列に並んで形成される。あるいは、パッド１２は、半導体チップ１０の面で、マトリクス状に複数行複数列に並んで形成されてもよい。
【００４２】
パッド１２の平面形状は、矩形又は円形であってもよい。パッド１２は、アルミニウムを含む成分から形成されることが多いが、銅などを含む成分から形成されてもよい。
【００４３】
半導体チップ１０のパッド１２が形成された面には、絶縁膜１４が形成されている。本実施の形態では、図示するように、絶縁膜１４は、各パッド１２を覆って形成されている。すなわち、半導体チップ１０は、各パッド１２が絶縁膜１４から露出していない状態のものを使用してもよい。本実施の形態では、各パッド１２を絶縁膜１４から開口させるために形成するレジスト層を使用して、パッド１２上にバンプを形成する。
【００４４】
絶縁膜１４は、単一層又は複数層で形成される。また、絶縁膜１４の厚みは限定されない。絶縁膜１４は、パッシベーション膜と称してもよい。絶縁膜１４は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮ又はポリイミド樹脂などで形成される。
【００４５】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の半導体チップ１０を使用して以下の工程を行う。なお、以下に説明する内容は、半導体ウェーハ処理においても同様に適用することができる。
【００４６】
図２及び図３（Ａ）に示すように、半導体チップ１０にレジスト層２０を形成する。図２は半導体チップ１０の平面図であり、図３は半導体チップ１０の断面図である。半導体チップ１０のパッド１２の形成された面に、すなわち絶縁膜１４上に、レジスト層２０を形成する。レジスト層２０の厚みは、後に形成するバンプの高さに応じて自由に決めることができる。レジスト層２０を、例えば２０μｍ程度の厚さで設けてもよい。
【００４７】
レジスト層２０は、パッド１２の上方に、すなわち絶縁膜１４上に、貫通穴２２を有する。詳しくは、貫通穴２２は、少なくとも一部（一部又は全部）がパッド１２と平面的に重なるように形成する。貫通穴２２とパッド１２とが一部で重なれば、貫通穴２２で形成するバンプを、パッド１２と電気的に接続することができる。
【００４８】
本実施の形態では、図２に示すように、貫通穴２２を内側面に突起を有するように形成する。言い換えると、レジスト層２０の貫通穴２２に接する壁面に複数の突起を形成する。レジスト層２０の突起部２４は、１つ又は複数形成する。貫通穴２２の平面形状は、パッド１２の相似形状から、各辺ごとに内側に向かってレジスト層２０の一部が突起して形成されてもよい。あるいは、貫通穴２２の平面形状は、円形の平面形状から、内側に向かってレジスト層２０の一部が突起して形成されてもよい。レジスト層２０の突起部２４を形成することで、バンプの側面に凹部３６（図５参照）を形成することができる。貫通穴２２は、同じ平面形状で、レジスト層２０の厚さ方向に貫通して形成されてもよい。
【００４９】
レジスト層２０の形成方法として、フォトリソグラフィ技術を適用してもよい。すなわち、図示しないマスクを介して感光性のレジスト層２０にエネルギーを照射、現像して貫通穴２２を形成してもよい。マスクの形状を、レジスト層２０が貫通穴２２の内側に突起するように形成すれば、貫通穴２２を所定の形状に形成できる。レジスト層２０は、ポジ型又はネガ型レジストのいずれであってもよい。
【００５０】
あるいは、非感光性のレジスト層２０をエッチングすることで、所定の形状に貫通穴２２を形成してもよい。また、レジスト層２０は、所定の形状に貫通穴２２を形成できれば、スクリーン印刷又はインクジェット方式を適用して形成してもよい。
【００５１】
図示するように、貫通穴２２は、パッド１２の外周を超えずに形成してもよい。これによれば、各パッド１２間のピッチが極めて狭くても、隣接するパッド１２がショート（短絡）することなくバンプを形成できる。もしくは、貫通穴２２は、パッド１２の外周を超えて形成してもよい。あるいは、貫通穴２２は、その外周の一部においてパッド１２の外周と交差するように形成してもよい。
【００５２】
図３（Ｂ）に示すように、レジスト層２０の貫通穴２２を介して、絶縁膜１４の一部を除去する。すなわち、貫通穴２２内の絶縁膜１４の部分を除去して、パッド１２の少なくとも一部（一部又は全部）を露出させる開口部２６を形成する。開口部２６は、エッチングによって形成してもよい。エッチングの手段は、化学的又は物理的方法のいずれであってもよく、これらを組み合わせた方法であってもよい。また、エッチングの特性は、等方性又は異方性のいずれであってもよい。等方性のエッチングを適用した場合に、貫通穴２２の外周を超えて、絶縁膜１４の開口部２６が形成されてもよい。なお、絶縁膜１４の開口部２６は、パッド１２の外周を超えずに形成してもよく、あるいはパッド１２の外周を超えて形成してもよい。パッド１２における開口部２６からの露出部の大きさは限定されず、例えば一辺が２０μｍ程度の角形であってもよい。
【００５３】
図３（Ｃ）に示すように、貫通穴２２の形状に合わせて第１の金属層３０を形成する。
詳しくは、貫通穴２２の内面に沿って、第１の金属層３０を形成する。第１の金属層３０は、貫通穴２２を満たしてレジスト層２０の表面と面一となってもよい。あるいは、第１の金属層３０は、レジスト層２０の表面を超えても、その表面の高さ以下であってもよい。いずれにしても、第１の金属層３０を貫通穴２２の内面に沿って形成することで、第１の金属層３０を所定の形状に形成できる。
【００５４】
貫通穴２２は、絶縁膜１４の開口部２６に連通しているので、貫通穴２２に第１の金属層３０を形成することで、パッド１２に電気的に接続するバンプを形成することができる。第１の金属層３０は、図示するように単一層であってもよく、あるいは複数層で形成してもよい。第１の金属層３０は、ニッケルを含む材料であってもよい。第１の金属層３０としてニッケル層を使用すれば、比較的短時間で形成できて、かつ、低コストのバンプを形成できる。あるいは、第１の金属層３０は、金を含む材料で形成してもよい。
【００５５】
第１の金属層３０は、無電解メッキによって形成してもよい。以下に、アルミニウムからなるパッド１２に、ニッケル層（第１の金属層３０）を形成する方法を示す。
【００５６】
パッド１２の表面（アルミニウム）を、ジンケート処理によって亜鉛に置換してもよい。詳しくは、各パッド１２の表面にアルカリ性亜鉛溶液を設けて、アルミニウムを亜鉛に置換する。この場合に、半導体チップ１０を、アルカリ性亜鉛溶液に浸してもよい。このために、予めレジスト層２０を、１００〜２００℃程度で数分間、加熱しておくことが好ましい。これによって、レジスト層２０における強アルカリ性の溶液に対する耐性を高めることができる。すなわち、レジスト層２０を溶解しにくくすることができる。また、レジスト層２０の熱による変形を防止するために、レジスト層２０に紫外線を照射してもよい。紫外線は２５４ｎｍを主波長とするものが好ましく、照射量はレジスト層２０の厚みにより調整すればよい。また、紫外線の照射は、減圧下でレジスト層２０に含まれる溶剤を揮発させながら行うと効果的である。また、紫外線の照射時に、レジスト層２０等を１００〜２００℃程度で加熱することも効果的である。
【００５７】
パッド１２をアルカリ性亜鉛溶液に浸す前に、予め半導体チップ１０の絶縁膜１４の残さを溶解することが好ましい。半導体チップ１０を弱フッ酸溶液に浸すことで、絶縁膜１４の残さを溶解してもよい。さらに、絶縁膜１４の残さを溶解した後に、パッド１２をアルカリ性溶液に浸して、パッド１２の露出部の酸化膜を除去することが好ましい。こうすることで、確実にパッド１２の表面を露出させ、パッド１２の表面のアルミニウムを亜鉛に置換できる。
【００５８】
パッド１２の表面に亜鉛を析出させるときに、パッド１２をアルカリ性亜鉛溶液に浸した後に、置換した亜鉛を硝酸によって溶解させ、再びアルカリ性亜鉛溶液に浸してパッド１２に亜鉛を析出させてもよい。これによって、パッド１２の表面に確実に亜鉛を形成できる。
【００５９】
次に、パッド１２を無電解ニッケル溶液に浸して、貫通穴２２でニッケル層（第１の金属層３０）を形成する。この場合に、溶液を加熱してもよい。例えば、ｐＨ４．５の無電解ニッケル溶液を９０℃程度に加熱し、その溶液に半導体チップ１０を４５分間程度浸して、厚さ２０μｍ程度のニッケル層（第１の金属層３０）を形成してもよい。第１の金属層３０の厚さは、貫通穴２２の高さ以下であっても、その高さを越えて形成してもよい。
なお、第１の金属層３０の厚さは、パッド１２を溶液に浸す時間などによって自由に決めることができる。
【００６０】
なお、パッド１２と第１の金属層３０との間に他の金属層が介在してもよい。例えば、ジンケート処理で第１の金属層３０をパッド１２上に形成する場合に、アルミニウム（パッド１２）上の亜鉛層が一部残って、第１の金属層３０とパッド１２の間に亜鉛層が介在してもよい。
【００６１】
あるいは、上述とは別に、パッド１２に、パラジウムなどの還元剤を含む溶液を設けて、その後に無電解ニッケル溶液を設けることによって、パラジウムを核としてニッケル層（第１の金属層３０）を形成してもよい。
【００６２】
これまでの工程によれば、各パッド１２を露出させるために形成するレジスト層２０を残して、貫通穴２２に第１の金属層３０を形成する。すなわち、一度形成したレジスト層２０を使用して、絶縁膜１４に開口部２６を形成し、パッド１２と接続する第１の金属層３０を形成するので、簡単な工程でバンプを形成できる。
【００６３】
図４（Ａ）に示すように、第１の金属層３０を形成した後、レジスト層２０を除去する。第１の金属層３０は、上述の工程で貫通穴２２によって、その形状に合わせて形成される。
【００６４】
図４（Ｂ）に示すように、必要に応じて、第１の金属層３０の表面に第２の金属層３２を形成してもよい。第２の金属層３２は、図示するように単一層であってもよく、あるいは複数層であってもよい。第２の金属層３２は、第１の金属層３０の形状に合わせて形成されることが好ましい。すなわち、第１の金属層３０における凹部を埋めないように、第２の金属層３２は薄く形成することが好ましい。第２の金属層３２は、第１の金属層３０の表面を覆って形成してもよい。これによれば、第１の金属層３０の表面の酸化を防止できる。第２の金属層３２は、少なくとも表面が金を含む材料で形成することが好ましい。
【００６５】
第２の金属層３２は、無電解メッキによって形成してもよい。例えば、半導体チップ１０を無電解金メッキ液に浸して、ニッケル層（第１の金属層３０）の表面に金層（第２の金属層３２）を形成してもよい。金層（第２の金属層３２）は、第１の金属層３０の表面に形成できればよく、その厚みは問わない。例えば、金層（第２の金属層３２）は、０．１５μｍ程度の厚みで形成してもよい。
【００６６】
無電解メッキによって第１又は第２の金属層３０、３２を形成するときに、半導体チップ１０を所望の溶液に浸す場合には、半導体チップ１０の側面及び裏面を予め保護膜で覆うことが好ましい。保護膜として、レジスト層を使用してもよい。この場合のレジスト層は、非感光性レジストであってもよい。レジスト層は、半導体チップ１０の側面及び裏面に２μｍ程度の厚みで形成してもよい。このように保護膜を形成することで、溶液に浸したことで生じる半導体チップ１０の各パッド１２の電位変化を防止できる。すなわち、各パッド１２に対する無電解メッキによる金属の析出などの処理を均一化することができる。
【００６７】
さらに、半導体チップ１０を所望の溶液に浸す間は、光を遮断して行うことが好ましい。これによって、半導体チップ１０の各パッドの電位変化を防止できる。
【００６８】
こうして、図４（Ｃ）に示すように、第１及び第２の金属層３０、３２からなるバンプ３４を形成できる。図示するように、第２の金属層３２上に、さらにロウ材４０を設けてもよい。ロウ材４０は、それぞれの第２の金属層３２上に設ける。ロウ材４０は、ハンダであってもよい。例えば、バンプ３４の上面（第２の金属層３２の一部）をハンダ浴に浸すことで、バンプ３４上にハンダボール（ロウ材４０）を形成してもよい。ハンダは、金層（第２の金属層３２）に付着しやすいので、バンプ３４上に容易にハンダ（ロウ材４０）を設けることができる。ハンダは、例えば、スズ及び銀を含む材料から形成してもよい。ハンダボール（ロウ材４０）の高さは、限定されず、例えば１５μｍ程度であってもよい。なお、半導体チップ１０にロウ材４０を設ける場合には、第１及び第２の金属層３０、３２と、ロウ材４０と、を含んでバンプと称してもよい。
【００６９】
図５は、バンプ３４（第１及び第２の金属層３０、３２）における、半導体チップ１０の平面視と平行な横断面図である。図示するように、バンプ３４は少なくとも１つの凹部３６（ロウ材４０を収容する領域）を側面に有する。詳しくは、第１の金属層３０が貫通穴２２の形状に合わせて形成することで、レジスト層２０の突起部２４（図２参照）によって、第１の金属層３０を一部において窪んで形成する。第２の金属層３２は第１の金属層３０の形状に合わせて形成し、第１の金属層３０の窪んだ部分は、バンプ３４の凹部３６として形成される。
【００７０】
これによれば、バンプ３４上でロウ材４０を溶融させた場合に、ロウ材４０をバンプ３４の凹部３６に入り込ませることができる。凹部３６はバンプ３４の内側に向かって形成されるので、ロウ材４０をバンプ３４の内側に吸収することができる。これによって、バンプ３４に設けたロウ材４０のうち、溶融してバンプ３４からはみ出して流れる一部を、半導体チップ１０の面と平行な方向（横方向）に広がることを防いで、バンプ３４の高さ方向（縦方向）に吸収することができる。したがって、各パッド１２間が狭ピッチであっても、隣のパッド１２にロウ材４０が流れずに、すなわちショートさせずにロウ材４０を使用することができる。
【００７１】
図示するように、バンプ３４の凹部３６は、中央部に三角形の頂点が向くように窪んで形成してもよい。あるいは、バンプ３４の中央部に向かって、四角形もしくは半円形の形状で窪んで形成してもよく、その他の形状で形成してもよい。半導体チップ１０の平面視において、バンプ３４の一辺が２０μｍ程度であって、各パッド１２のピッチが４０μｍ程度である場合に、バンプ３４の凹部３６は、中央部に向かって、端部から５μｍ程度に窪んで形成してもよい。これによれば、ロウ材４０を効果的に吸収できる。
【００７２】
図示する例とは別に、バンプ３４における凹部３６は、隣のパッド１２（バンプ３４）を向く側のみに形成してもよい。例えば、パッド１２が半導体チップ１０の端部に１列に形成される場合には、１つのパッド１２上のバンプ３４において、両隣を向く側面のみに凹部３６を形成してもよい。これによれば、ロウ材４０がバンプ３４における隣のパッド１２の方向に広がることを防いで、各パッド１２のショートを防止することができる。なお、各パッド１２が例えばマトリクス状に形成される場合には、バンプ３４における凹部３６は、あらゆる側に形成されることが好ましい。
【００７３】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に本実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を示す。本変形例では、第２の金属層３３の形態が上述と異なる。
【００７４】
図６（Ａ）に示すように、第２の金属層３３を、レジスト層２０の貫通穴２２で形成する。すなわち、レジスト層２０を形成した状態で、第１の金属層３０の上面に第２の金属層３３を形成する。第２の金属層３３は、少なくとも表面が金を含む材料で形成してもよい。金層（第２の金属層３３）は、０．１μｍ程度に形成してもよい。第２の金属層３３は、無電解メッキで形成してもよく、その他の形成方法及び形態は上述の通りである。
【００７５】
図６（Ｂ）に示すように、第２の金属層３３を形成した後に、レジスト層２０を除去する。第１及び第２の金属層３０、３３は、貫通穴２２で、その形状に合わせて形成される。
【００７６】
図６（Ｃ）に示すように、第１の金属層３０の上面に第２の金属層３３が形成されてなるバンプ３５を形成できる。言い換えると、バンプ３５は、上面のみに、例えば金層（第２の金属層３３）を有する。これによって、例えば、バンプ３４をハンダ浴に浸すことで、バンプ３５の上面のみにハンダボール（ロウ材４０）を形成できる。すなわち、バンプ３５の側面に金層（第２の金属層３３）を形成しないことで、ハンダ（ロウ材４０）を溶融させたときに、ハンダがバンプ３５の側面から横方向に広がることをより確実に防ぐことができる。
【００７７】
上述した例では、各パッド１２を絶縁膜１４から開口するために使用するレジスト層２０をそのまま使用してバンプ３４を形成したが、これとは別に一旦、レジスト層を剥離した後に、改めてレジスト層を形成してバンプ３４を形成してもよい。この場合に、最初に形成する、絶縁膜１４を開口させるためのレジスト層の貫通穴は、単なる角形又は円形であってもよい。後に形成する、金属層（例えば第１の金属層３０）を形成するためのレジスト層を、上述の貫通穴２２を有するように形成することで、凹部３６を有するバンプ３４を形成できる。
【００７８】
本実施の形態に係るバンプの形成方法によれば、貫通穴２２の形状に合わせて、金属層（バンプ３４）を所定の形状に形成する。金属層（バンプ３４）は、ロウ材４０を収容する領域を有する。これによって、ロウ材４０を、金属層（バンプ３４）の領域に入り込ませて、金属層（バンプ３４）の外側に広がりにくくすることができる。すなわち、例えば、金属層（バンプ３４）上の溶融したロウ材４０が隣のパッド１２に流れることを防止できる。したがって、パッド１２同士のショートをなくして、その後の製造時の歩留りを高めることができる。
【００７９】
なお、パッド１２が銅を含む材料からなる場合には、例えば銅上にニッケル層（第１の金属層３０）を形成する場合に、パラジウムなどの還元剤を含む溶液をパッド１２に設けて、その後に無電解ニッケル溶液を設けることによって、パラジウムを核としてニッケル層（第１の金属層３０）を形成すればよい。
【００８０】
これまでに記載の金属及び溶液は、一例であって、これに限定されるものではなく、例えば無電解メッキで使用する金属として銅を使用してもよい。
【００８１】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図７に示すように、半導体チップ１０の複数のパッド１２と接続して設けられた金属層（第１及び第２の金属層３０、３２）と、複数のリード（配線パターン５２）と、をロウ材４０を介して接合する工程を含む。ここで金属層は、ロウ材４０を収容する領域を有する。金属層は、上述の形成方法によって、凹部３６が形成されたバンプ３４（第１及び第２の金属層３０、３２）であってもよい。
すなわち、ロウ材４０を収容する領域が、バンプ３４の凹部３６に相当する。
【００８２】
それぞれのバンプ３４は、いずれかのリードとロウ材４０を介して電気的に接続する。リードは、基板５０に形成された配線パターン５２であってもよい。この場合に、半導体チップ１０は、基板５０にフェースダウンボンディングしてもよい。バンプ３４は、配線パターン５２のランドと接合してもよい。
【００８３】
バンプ３４は、配線パターン５２との接合時に、凹部３６によって、溶融したロウ材４０を吸収する。詳しくは、ロウ材４０を、隣のパッド１２（バンプ３４）に広がることを妨げるように、バンプ３４の凹部３６に入り込ませる。言い換えると、ロウ材４０のうち、溶融してバンプ３４からはみ出して流れる一部を、半導体チップ１０の面と平行な方向（横方向）に広がることを防いで、バンプ３４の高さ方向（縦方向）に吸収する。これによって、各パッド１２同士のショートをなくして、半導体装置の製造時の歩留りを高めることができる。
【００８４】
なお、ロウ材４０は、半導体チップ１０のバンプ３４側に設けた後に、バンプ３４と配線パターン５２（ランド）とを接合してもよい。あるいは、予め基板５０の配線パターン５２（ランド）に塗布しておいて、溶融時のロウ材４０の表面張力によって、バンプ３４と配線パターン５２（ランド）とを接合してもよい。
【００８５】
また、リードは、上述の他にＴＡＢ技術が適用される場合のインナーリードであってもよく、ロウ材４０を介して接合する全ての導電部材であってもよい。
【００８６】
本実施の形態に係る半導体装置は、複数のパッド１２を有する半導体チップ１０と、それぞれのパッド１２に接続された金属層（バンプ３４）と、複数のリード（配線パターン５２）と、を含む。金属層は、ロウ材４０が内側に入り込む領域を有する。それぞれの金属層は、いずれかのリードとロウ材４０を介して接合される。この場合に、それぞれの金属層には、ロウ材４０を収容する領域を有する。ここで、金属層は、上述のバンプ３４であってもよい。ロウ材４０の一部は、バンプ３４の凹部３６に入り込む。その他の構成は、上述の通りである。なお、リードとは基板５０に形成された配線パターン５２であってもよい。
【００８７】
基板５０には、配線パターン５２と接続して外部端子５４が形成されてもよい。例えば、基板５０に形成された図示しないスルーホールを介して、配線パターン５２と接続する外部端子５４が形成されてもよい。外部端子５４は、ハンダボールで形成してもよい。あるいは、外部端子５４を積極的に形成せずに、回路基板の配線パターンにハンダクリームを塗布して、溶融時の表面張力によって半導体装置を回路基板に搭載する形態を適用してもよい。
【００８８】
本実施の形態によれば、ロウ材４０の一部が金属層（バンプ３４）の領域（凹部３６）に入り込むことで、ロウ材４０を金属層の外側に広がりにくくすることができる。すなわち、金属層上の溶融したロウ材４０が隣のパッド１２に流れることを防止できる。したがって、パッド１２同士のショートをなくして、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００８９】
（第２の実施の形態）
図８〜図１１は、本発明を適用した第２の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。本実施の形態では、金属層（バンプ７４）の形成方法及び形態が異なる。以下の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態で説明した内容を可能な限り適用することができる。
【００９０】
図８及び図９（Ａ）に示すように、半導体チップ１０にレジスト層６０を形成する。レジスト層６０は、１つのパッド１２と少なくとも一部（一部又は全部）で平面的に重なる複数の貫通穴６２を有する。複数の貫通穴６２は、パッド１２の内側に配置してもよく、あるいはパッド１２の外周からはみ出して配置してもよい。複数の貫通穴６２を形成するために、パッド１２の内側にレジスト層６０の一部６４を残して形成する。それぞれの貫通穴６２の形状は、図示するように矩形であってもよく、あるいは円形であってもよく限定されない。レジスト層６０の一部６４は、後に金属層（第１及び第２の金属層７０、７２）による領域７６を形成するためのものであり、ロウ材４０が入り込む程度の大きさで形成する。また、貫通穴６２の配置及び数は、ロウ材４０を入り込ませる大きさを考慮して自由に決めることができる。
【００９１】
図９（Ｂ）に示すように、レジスト層６０の複数の貫通穴６２を介して、絶縁膜１４の一部を除去する。詳しくは、それぞれの貫通穴６２によって、１つのパッド１２に対して、絶縁膜１４に複数の開口部６６を形成する。言い換えると、１つのパッド１２に対して、複数の露出する部分を形成する。これによって、１つのパッド１２に、それと接続する複数のバンプを形成できる。なお、パッド１２における複数の露出する部分の大きさは限定されないが、例えば１つの露出部を一辺が２０μｍ程度の角形で形成してもよい。
【００９２】
図９（Ｃ）に示すように、第１及び第２の金属層７０、７２を形成する。例えば、それぞれの貫通穴６２で第１の金属層７０を形成し、その後にレジスト層６０を除去して、第２の金属層７２を第１の金属層７０の表面を覆うように形成してもよい。こうして、第１及び第２の金属層７０、７２を含むバンプ７４を形成する。１つのパッド１２に複数の貫通穴６２が形成されることで、１つのパッド１２に複数のバンプ７４を形成できる。
【００９３】
こうして、図示するように、１つのパッド１２における隣同士のバンプ７４の間に領域７６を形成する。詳しくは、レジスト層６０の一部６４を残すことよって、バンプ７４の領域７６を形成する。なお、第２の金属層７２を、レジスト層６０を除去した後に形成する場合には、第２の金属層７２は、領域７６を埋めてしまわない程度に薄く形成することが好ましい。
【００９４】
第１及び第２の金属層７０、７２の形成方法及びその他の構成は、上述と同様であってもよい。また、本実施の形態においても、上述の実施の形態で示したように側面に少なくとも１つの凹部（図５参照）を有するように、第１の金属層７０を形成してもよい。
【００９５】
バンプ７４にロウ材８０を設けてもよい。ロウ材８０は、ハンダであってもよく上述の通りである。ハンダは、例えばハンダ浴に浸すことで、それぞれのバンプ７４に設けてもよい。これによれば、１つのパッド１２に複数のバンプ７４を形成することで、バンプ７４に設けるハンダを少量にして、リードとの接合時において、余分なハンダが流れ出ることを抑えることができきる。
【００９６】
図１０は、バンプ７４（第１及び第２の金属層７０、７２）における、半導体チップ１０の平面視と平行な横断面図である。１つのパッド１２における隣同士のバンプ７４の間によって形成される領域７６は、ロウ材８０が入り込む大きさを有する。領域７６は、レジスト層６０における貫通穴６２の数及び配置によって自由に決めることができる。
【００９７】
本実施の形態によれば、バンプ７４上でロウ材８０を溶融させた場合に、ロウ材８０をバンプ７４の外側に広がることを防ぐことができる。詳しくは、１つのパッド１２における隣同士のバンプ７４の間の領域７６によって、溶融してバンプ７４の外側にはみ出して流れるロウ材８０の一部を吸収することができる。すなわち、溶融したロウ材８０を、半導体チップ１０の面と平行な方向（横方向）に広がることを防いで、バンプ７４の高さ方向（縦方向）に吸収することができる。
【００９８】
図１１は、本実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を示す図である。図示するように、第２の金属層７３は、第１の金属層７０の上面に形成してもよい。第２の金属層７３は、レジスト層６０の複数の貫通穴６２で形成すればよい。これによって、バンプ７５の側面に金層（第２の金属層７３）を形成しないことで、ハンダ（ロウ材４０）を溶融させたときに、ハンダがバンプ７５の側面から横方向に広がることをより確実に防ぐことができる。
【００９９】
（第３の実施の形態）
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、本発明を適用した第３の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。本実施の形態では、金属層（バンプ１００）の形成方法及び形態が異なる。
【０１００】
図１２（Ａ）に示すように、半導体チップ１０にレジスト層９０を形成する。レジスト層９０は、パッド１２と少なくとも一部（一部又は全部）で平面的に重なる貫通穴９２を有する。半導体チップ１０の平面視において、レジスト層９０の貫通穴９２を、その中央部にレジスト層９０の一部が残るように形成する。例えば、貫通穴９２を、中央部（レジスト層９０の一部９４）を囲む環状（リング状）に形成する。
【０１０１】
貫通穴９２の形状は、角リング状であっても丸リング状であってもよい。レジスト層９０の一部９４は、後に形成するバンプ１００（第１及び第２の金属層を含む）の領域（凹部１０２）を形成するためのものである。レジスト層９０の一部９４は、バンプ１００がパッド１２と確実に接続する程度に小さく形成し、後にバンプ１００の凹部１０２として、ロウ材を入り込ませる程度に大きく形成することが好ましい。
【０１０２】
図１２（Ｂ）は、バンプ１００における、半導体チップ１０の平面視と平行な横断面図である。バンプ１００は、半導体チップ１０の平面視において、中央部に凹部１０２を有するように環状に形成されている。凹部１０２は、バンプ１００の高さ方向に窪んで形成されている。凹部１０２の底面として、パッド１２の一部が露出してもよい。なお、凹部１０２の形状は、円形であってもよく角形であってもよい。また、凹部１０２は、１つであってもよく、あるいは複数形成してもよい。
【０１０３】
本実施の形態によれば、バンプ１００の凹部１０２によって、溶融してバンプ１００の外側にはみ出して流れるロウ材の一部を吸収することができる。すなわち、溶融したロウ材を、半導体チップ１０の面と平行な方向（横方向）に広がることを防いで、バンプ７４の高さ方向（縦方向）に吸収することができる。また、バンプ１００の中央部に凹部１０２が形成されることで、溶融したロウ材を、いずれかの方向に偏って外側に流れ出すことを防止できる。すなわち、余分なロウ材をほぼ均一に吸収できる。
【０１０４】
なお、上述の実施の形態のいずれかを本実施の形態に適用してもよい。すなわち、本実施の形態においてもバンプ１００の側面に少なくとも１つの凹部を有してもよく、あるいはバンプ１００を１つのパッド１２に複数形成してもよく、あるいはこれらを組み合わせてバンプを形成してもよい。
【０１０５】
図１３には、本実施の形態に係る半導体装置１を実装した回路基板２００が示されている。回路基板２００には例えばガラスエポキシ基板やポリイミドフィルム等の有機系基板あるいは液晶表示体基板などのガラス基板を用いることが一般的である。回路基板２００には例えば銅などからなる配線パターンが所望の回路となるように形成されていて、それらの配線パターンと半導体装置１の外部端子５４とを機械的に接続することでそれらの電気的導通を図る。
【０１０６】
そして、本発明を適用した半導体装置１を有する電子機器として、図１４にはノート型パーソナルコンピュータ３００、図１５には携帯電話４００が示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図２】 図２は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図３】 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図４】 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図５】 図５は、本発明を適用した第１の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図６】 図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用した第１の実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図７】 図７は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図８】 図８は、本発明を適用した第２の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図９】 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、本発明を適用した第２の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明を適用した第２の実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図１２】 図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、本発明を適用した第３の実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図１３】 図１３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。
【図１４】 図１４は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図１５】 図１５は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体チップ
１２ パッド
１４ 絶縁膜
２０ レジスト層
２２ 貫通穴
２４ 突起部
２６ 開口部
３０ 第１の金属層
３２ 第２の金属層
３３ 第２の金属層
３４ バンプ
３５ バンプ
３６ 凹部
４０ ロウ材
５２ 配線パターン
６０ レジスト層
６２ 貫通穴
６６ 開口部
７０ 第１の金属層
７２ 第２の金属層
７３ 第２の金属層
７４ バンプ
７５ バンプ
７６ 領域
８０ ロウ材
９０ レジスト層
９２ 貫通穴
１００ バンプ
１０２ 凹部

Claims (11)

  1. パッド上に貫通穴を有するようにレジスト層を形成し、前記貫通穴の形状に合わせて前記パッドと電気的に接続する第１の金属層を形成する工程を含み、
    前記レジスト層を、前記貫通穴の内側面に突起するように形成し、
    前記第１の金属層を前記貫通穴の高さ以下に形成して、前記第１の金属層の側面にロウ材を収容する凹部を形成し、
    前記レジスト層を除去するバンプの形成方法。
  2. 請求項１記載のバンプの形成方法において、
    前記貫通穴を、その中央部に前記レジスト層の一部が残るように形成するバンプの形成方法。
  3. 請求項１又は請求項２記載のバンプの形成方法において、
    前記レジスト層を、１つの前記パッドと少なくとも一部で平面的に重なる複数の前記貫通穴を有するように形成し、
    前記第１の金属層をそれぞれの前記貫通穴に形成するバンプの形成方法。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
    前記レジスト層が形成された状態で、前記第１の金属層を形成し、前記第１の金属層上にさらに第２の金属層を形成するバンプの形成方法。
  5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
    前記第１の金属層を、前記レジスト層が形成された状態で形成し、
    前記レジスト層を除去した後、前記第１の金属層の表面を覆って第２の金属層を形成するバンプの形成方法。
  6. 請求項４又は請求項５記載のバンプの形成方法において、
    前記パッドは絶縁膜によって覆われ、前記レジスト層を、前記絶縁膜上に形成し、
    前記レジスト層に前記貫通穴を形成した後、前記絶縁膜に、前記パッドの少なくとも一部を露出する開口部を形成し、
    前記レジスト層が形成された状態で、前記パッド上に前記第１の金属層を形成するバンプの形成方法。
  7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
    前記第１及び第２の金属層を、無電解メッキによって形成するバンプの形成方法。
  8. 請求項７記載のバンプの形成方法において、
    前記第１の金属層は、ニッケルを含む材料からなり、
    前記パッド上に亜鉛層を形成し、
    前記第１の金属層を前記亜鉛層上に形成するバンプの形成方法。
  9. 請求項７記載のバンプの形成方法において、
    前記第１の金属層は、ニッケルを含む材料からなり、
    前記パッド上にパラジウム層を形成し、
    前記第１の金属層を前記パラジウム層上に形成するバンプの形成方法。
  10. 請求項４から請求項９のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
    前記第２の金属層は、金を含む材料から形成するバンプの形成方法。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法によって半導体チップの複数のパッド上に形成されてなる複数のバンプと、複数のリードと、をロウ材を介して接合する工程を含み、
    前記ロウ材を溶融させたときに、前記ロウ材を、隣のパッドに広がることを妨げるように前記凹部に入り込ませる半導体装置の製造方法。
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