JPH0228932A

JPH0228932A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0228932A
Application number: JP63178240A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ito; 隆広伊藤; Masayuki Kikuchi; 正幸菊池; Kazutaka Miura; 一隆三浦; Yukio Fujiwara; 幸雄藤原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1988-07-19
Publication date: 1990-01-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　要〕ＬＳＩパンケージ接続等に利用されるＴＡＢ（Ｔａｐｅ
　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）プロセス用の
バンプを有する半導体装置に関し、バンプの強度を維持したままバンプ構成材であるＡｕの
使用量を減少することを目的とし、半導体素子チップの
電極部に、金属層の周囲を絶縁性の補強材で囲んでなる
ハンプを形成する半導体装置を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ＬＳＩパンケージ接続等に利用されるＴＡＢ
　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）
プロセス用のバンプを有する半導体装置に関する。

近年、ＬＳＩのピン数が増加する傾向にあることから、
従来のワンヤポンデイングに代わる新しいＬＳＩパンケ
ージ接続法が要求されている。このため、従来からある
ＴＡＢ等の接続法が多ピン化に対応して多用されるよう
になった。

〔従来の技術〕

上記ＴＡＢプロセス用の従来のバンプを備えた半導体装
置の要部構成を第４図に示す。

同図において、ＬＳＩ等の半導体素子チップ１はその上
面にＡＮパッド等の電極部２を備えており、この電極部
２の中央部上方（電極引き出し窓）を除く半導体素子チ
ップ１の上面が、ＰＳＧ膜等からなる絶縁層３で覆われ
ている。そして、上記電極部２上、及びその周辺の絶縁
層３上には、Ｔｉ等からなる薄いバリアメタル層４を介
し、Ａｕ等の金属からなるバンプ５がメツキ工程により
厚く形成されている。

ここで、バンプ５の高さは、以下の理由により、ある程
度の高さ以上（例えば２５μｍ以上）にしである。すな
わち、第１にはバンプ５に接続されるリードによる引っ
張り力に耐えうるだけの強度が必要とされるからであり
、第２にはバンプ５の高さがある程度保証されないとパ
ッケージ接続の際にインナーリード同士やリードとダイ
付は部がショートしてしまうからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した引っ張り強度やショート防止の観点からは、バ
ンプ５の高さが高い程良いと言える。ところがその反面
、一般にバンプ５の材料として多く使用されるのが、比
重が大きくかつ高価なＡｕであるため、バンプ５の高さ
を高くしようとすると以下のような問題が生じた。

すなわち、バンプ５の高さに応じてその重量も大きくな
るため、下地膜構造（絶縁層３及びバリアメタル層４）
に大きなストレスが生じ、例えば第４図に示したような
りラック６や破れ等の障害が発生した。また、バンプ５
の体積も大きくなるため、高価なＡｕの使用量が多くな
り、従ってコストアップとなった。

本発明は、上記問題点に鑑み、バンプの強度を維持した
ままバンプ構成材であるＡｕの使用量を減少できるよう
にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、半導体素子チップの電極部に、金属層の周
囲を絶縁性の補強材で囲んでなるバンプを形成する半導
体装置によって解決される。

又は、バンプを上記と同様に構成すると共に、このバン
プの周囲に絶縁性の柱材を設けることによっても、上記
課題は解決される。

〔作　　　用〕

本発明に係るバンプは、金属層の周囲を絶縁性の補強材
で囲んだ構成であるため、同じ体積のバンプを形成する
場合でも、金属の使用量が周囲の補強材の分だけ従来よ
りも少なくて済む。従って比重が大きくかつ高価なＡｕ
を金属層に使用した場合であっても、バンプの重量が従
来よりも遥かに軽くなることから下地膜構造へのストレ
スが低減され、更にコストダウンも図れる。また、金属
層の体積及び高さが減少したとしても、その周囲に補強
材が設けられていることから、従来と同等の強度が保証
される。

また、絶縁性の柱材を設けた構成においては、この柱材
がリードの支持用として作用するため、上記バンプの高
さを相当に低くした場合であっても、パッケージ接続の
際のインナーリードのショートが防止される。更にこの
場合は、インナーリードの重量が柱材へ分散されるので
、バンプの下地膜構造に対するストレスが一段と緩和さ
れる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の第１の実施例の製造工程図である。

同図（ａ）において、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子チッ
プ１１は、その上面にＡＩ！、パッド等の電極部１２が
形成されている。まず、この電極部１２上を含む半導体
素子チップ１１上の全面に、そのカバー膜として、ＣＶ
Ｄ法により、ＰＳＧ膜とＳｉＮ膜をそれぞれ１．０μｍ
、０．３μｍずつ積層してなる絶縁層１３を形成する。

ここで、絶縁層１３の表面層をＳｉＮ膜としたのは、耐
湿性を持たせるためである。続いて、この絶ａｔｔ１３
を選沢的にエツチングしてパターニングすることにより
、電極部１２上に電極引き出し用の窓１３ａを開ける。

その後、窓１３ａ内の電極部１２上を含む絶縁層１３上
に、蒸着法もしくはスパッタ法により、厚さ各３０００
〜５０００人のＴｉ膜１４ａ及びＰｄ膜１４ｂからなる
２層構造のバリアメタル層１４を形成する。

第１図（ｂ）においては、まず上記Ｐｄ膜１４ｂを王水
で選択的にエツチングしてパターニングすることにより
、電極部１２上及びその周辺にのみ残置させる。その後
、Ｐｄ膜１４ｂ上を含むＴｉ膜１４ａ上に、ＣＶＤ法に
より、厚さ１０〜１５μｍ程度のＰＳＧ膜からなる絶縁
層１５を形成する。続いて、この絶縁層１５上であって
Ｐｄ膜１４ｂの周辺部と対応する領域にのみレジスト１
６を形成した後、その上からフッ素系ガスを用いたＲＩ
Ｅ法でエツチングを施してパターニングすることにより
、絶縁層１５を上記レジスト１６下にのみ残す（破線で
示す部分）。ここで残った絶縁ＪｉＷ１５は、電極部１
２上の中央部分を取り囲むような中空状となっている。

なお、絶縁層１５としてＰＳＧ膜を用いる代わりに、例
えばポリイミド樹脂等の有機物を塗布、スピンして形成
してもよく、この場合のパターニングは現像法もしくは
ヒドラジン法によりエツチングして行う。

第１図（Ｃ）　ニおいて、Ｔｉ膜１４ａ及びＰｄ膜１４
ｂ上に、例えばＢＭＲＳ　ＦｌｏｏＯ（東京応化製）等
の高粘度レジスト１７を塗布して低速で回転させること
により、上記絶縁層１５と同じ厚さに形成する。その後
、高粘度レジスト１７を現像してパターニングすること
により、絶縁層１５によって取り囲まれていた部分を除
去する。なお、このパターニングの際、現像によって除
去しきれない部分がある時は０２アツシングを併用して
もよい。

第１図（ｄ）　ニおいて、Ｐｄ膜１４ｂ上にＡｕメツキ
を施すことにより、上記絶縁層１５によって囲まれた中
空領域内にこれと同じ高さの金属（Ａｕ）層１８を形成
する。その後、高粘度レジスト１７を剥離液によって除
去する。なお、絶縁層１５としてＰＳＧ膜を用いた場合
は、０□アツシングによって上記レジスト１７の除去を
行ってもよい。

最後に、絶縁層１３の全面に亘って形成されていたＴｉ
膜１４ａをフッ酸でエツチングして、Ｐｄ膜１４ｂと揃
える。

以上の工程により、第１図（ｄ）及びその平面図である
同図（ｅ）に示すように、金属（Ａｕ）層１８の周囲を
絶縁層１５で囲んだ構造のバンプ１９が得られる。

このようにして得られたバンプ１９は、これと同じ体積
の従来のバンプ（第４図参照）と比較した場合、Ａｕの
使用量が周囲の絶縁層１５の分だけ少なくて済む。この
ことから、バンプ１９の重量が従来よりも遥かに軽くな
り、よって下地膜構造（絶縁［１３及びバリアメタル層
１４）へのストレスを著しく低減できる。更に、Ａｕの
使用量が減少した分だけ、大幅なコストダウンを図るこ
とができる。

また、金属層１８の周囲の絶縁層１５が補強材として働
くため、金属Ｎ１８の体積及び高さを従来のバンプより
減少させたとしても、従来と同等の強度が保証される。

次に、第２図は本発明の第２の実施例の製造工程図であ
る。本実施例は、前述したバンプ１９の他に、リード支
持用の柱材を形成するようにしたものである。

まず第２図（ａ）において、第１図（ａ）に示したと同
様に、半導体素子チップ１１上に絶縁層１３及びバリア
メタル層１４（Ｔｉ膜１４ａ、Ｐｄ膜１４ｂ）を形成し
、その後Ｐｄ膜１４ｂを第１図（ｂ）と同様にパターニ
ングする。続いて第２図（ｂ）において、Ｐｄ膜１４ｂ
上を含むＴｉ膜１４ａ上に厚さ１０〜１５μｍ程度のＰ
ＳＧ膜もしくは有機膜からなる絶縁Ｎ３１を形成した後
、これをパターニングしてＰｄ膜１４ｂの周辺にのみ残
置させる。ここで残った絶縁層３１は、電極部１２上及
びその周辺部を取り囲むような中空状となっている。

次に第２図（Ｃ）に示すように、全面に絶縁層３１より
も厚くレジスト３２を塗布した後、これをパターニング
して、Ｐｄ膜１４ｂ上に窓３２ａを設ける。続いて、こ
の窓３２ａ内のＰｄ膜１４ｂ上にＡｕメツキを施すこと
により、絶縁層３１の高さよりも若干盛り上がった金属
（Ａｕ）層１８を形成する。その後、レジスト３２を、
金属層１８と絶縁層３１によって挟まれた領域のみを残
して除去する。

以上の工程により、第２図（ｄ）及びその平面図である
同図（ｅ）に示すように、金属（Ａｕ）Ｎ１８の周囲を
レジスト３２で囲んだ構造のバンプ３３が得られると共
に、このバンプ３３を更に取り囲むように絶縁層３１が
形成される。このような構成において、バンプ３３にリ
ード３４を接続した場合、上記絶縁層３１が、リード３
４を支持するための柱材となる。従って、本実施例によ
れば、バンプ３３の高さを相当に低く形成した場合であ
っても、リード３４とグイ付は部とのショートやリード
同士のショートを防止することができる。更に、リード
３４の重量がバンプ３３の他に絶縁層３１にも分散され
るので、バンプ３３がその下地膜構造へ与えるストレス
を一段と緩和することもできる。

次に、第３図は本発明の第３の実施例の製造工程図であ
る。

まず第３図（ａ）において、前述した第１図（ａ）や第
２図（ａ）に示したと同様に、半導体素子チップ１１上
に絶縁層１３及びバリアメタル層１４（Ｔｉ膜１４ａ及
びＰｄ膜１４ｂ）を形成する。続いて第３図（ｂ）に示
すように、上記Ｐｄ膜１４ｂを王水で選択的にエツチン
グしてパターニングすることにより、電極部１２上及び
その周辺にのみ残置させる。その後、Ｐｄ膜１４ｂ上を
含むＴｉ膜１４ａ上に、厚さ１０〜１５μｍ程度のＰＳ
Ｇ膜からなる絶縁層２１をＣＶＤ法により形成し、続い
てフッ素ガスを用いたＲＴＥ法でエツチングしてパター
ニングすることによりＰｄ膜１４ｂ上を除＜Ｔｉ膜１４
ａ上にのみ絶縁Ｎ２１を残す。更に、その上に例えばポ
リイミド樹脂等の有機物からなる絶縁層２２を１０〜１
５μｍ程度塗布、スピンして形成することにより、上記
絶縁層２１の除去されたＰｄ膜１４ｂ上を埋める。

第３図（Ｃ）において、フッ素系ガスを用いたＲ１Ｅ法
で上記絶縁層２２を全面エツチングすることにより、絶
縁層（ＰＳＧ膜）２１の側壁に絶縁層（有機膜）２２を
ヘパ状に残す。その後、絶縁層２１をフッ酸−フッ化ア
ンモニウム溶液でエツチングして除去する。ここで残っ
た絶縁層２２は、電極部１２上の中央部分を取り囲むよ
うな中空状となっている。

続いて第３図（ｄ）において、第１図（Ｃ）に示したと
同様にして、絶縁層２２の中空領域内を除いて高粘度レ
ジスト１７を形成する。そして、第３図（ｅ）において
、第１図（ｄ）に示したと同様にＡｕメツキにより金属
層１８を形成した後、高粘度レジスト１７を除去し、更
にＴｉ膜１４ａのエツチングを行う。

以上の工程により、金属（Ａｕ）層１８の周囲を、断面
かヘパ状の絶縁層２２で囲んだ構造のバンプ２３が得ら
れる。このような構成においては、ヘパ状の絶縁層２２
のすその部分が内側に広がっているので、第１図（ｄ）
に示した絶縁層１５よりも大きな体積を有し、その分だ
け金属層１８の体積が小さくて済む。よって、本実施例
に係るバンプ２３は、第１図（ｄ）に示したバンプ１９
よりもＡｕの使用量を少なくでき、従って一層のストレ
ス低減及び低コスト化を実現できる。

なおこの実施例においても、前記した柱材とじ℃の絶縁
層３１と同じ絶縁層を設けることができる。

なお、前述した各実施例における各層の材質や厚さ等は
ほんの一例であり、これらに限定されるとはない。

また、金属層１８は必ずしもＡｕである必要はなく、高
価な、あるいは比重の大きな各種材料を用いた場合であ
っても、本発明は極めて効果的である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、バンプの強度を
維持したまま金属（特にはＡｕ）の使用量を減少でき、
よってバンプの下地膜構造へのストレス緩和及び低コス
ト化を実現することができる。

また、リード支持用の柱材を設けることにより、リード
のショートを確実に防止でき、よってバンプの高さを一
段と低くできるので、−層のストレス緩和及び低コスト
化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施例の製造工
程図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施例の製造工
程図、第３図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施例の製造工
程図、第４図は従来のバンプを備えた半導体装置の要部構成図
である。図中、１１・・・半導体素子チップ、１２・・・電極部、１３・・・絶８ｉＮ、１４　・１５　・１８　・１９　・２２　・２３　・３１　・３２　・３３　・を示す。バリアメタル層、絶縁層（補強材）、金属層、バンプ、絶縁Ｎ（補強材）、バンプ、絶縁Ｎ（柱材）、レジスト（補強材）、バンプ。

Claims

【特許請求の範囲】１）半導体素子チップ（１１）の電極部（１２）に、金
属層（１８）の周囲を絶縁性の補強材（１５、２２、３
２）で囲んでなるバンプ（１９、２３、３３）を形成し
たことを特徴とする半導体装置。２）半導体素子チップ（１１）の電極部（１２）に、金
属層（１８）の周囲を絶縁性の補強材（１５、２２、３
２）で囲んでなるバンプ（１９、２３、３３）を形成す
ると共に、絶縁性の柱材（３１）を前記バンプの周囲に
設けたことを特徴とする半導体装置。