JPH0377327A

JPH0377327A - バンプ電極形半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0377327A
Application number: JP1213265A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Omura; 昌良大村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-08-19
Filing date: 1989-08-19
Publication date: 1991-04-02

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〕金属バンプ電極の構造とその製造方法に関し、金属バン
プ電極の信頼性を高めることをｌ］的２し、その構造は、高融点遷移金属膜からなる第１のバリヤメ
タル膜がパッド部の金属膜を被覆し、川つ、該第１のバ
リヤメタル膜と接続した責金属膜からなる第２のバリヤ
メタル膜が金属バンプ電極のｆ層に該金属バンプ電極と
同一平面形状で構成されていることを特徴とする。

その製造方法は、パッド部の金属膜上に第１のバリヤメ
タル膜を被覆し、該第１のバリヤメタル膜上に絶縁膜を
被覆して、該第１のバリヤメタル膜部分を開口する工程
、次いで、該開口部分を含む絶縁膜上の全面に第２のバリ
ヤメタル膜を被着する工程、次いで、レジストを被着し、前記パッド部の金属膜の上
層部分を開口して前記第２のバリヤメタル膜を露出させ
、且つ、他部分を被覆したレジスト膜マスクを形成する
工程、次いで、前記第２のバリヤメタル膜を電極にして、前記
開口部の前記第２のバリヤメタル膜上に金属バンプ電極
をメッキ形成する工程、次いで、前記レジスト膜マスクを除去し、前記金属バン
プ電極をマスクとして露出した前記バリヤメタル膜をエ
ツチング除去する工程が含まれることを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明はバンプ電極形半導体装置とその製造方法のうち
、特にバンプ電極の構造とその製造方法に関する。

バンプ（ｂｕｍｐ）電極形半導体装置は、ワイヤーをボ
ンディングする必要がなく、ＴＡＢ　（Ｔａｐｅ　Ａｕ
ｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術によって実装で
きるために、半導体容器の厚みを薄くできて半導体容器
を偏平な形状にし、例えば、ＩＣカードに組み込んだり
、また、多ピンＩＣを高集積化できる利点のある構造で
ある。また、複数の半導体チップを回路基板に配置して
複合デバイスに作成できるために、電子回路を高密度実
装できる利点もある。

このようなバンプ電極形半導体装置は、最近、その高密
度化の面から丸面されて再検討されつつある。

〔従来の技術〕

第４図は従来の金属バンプ電極の断面図を示しており、
１は半導体基板、２は酸化シリコン（Ｓｉ０２）膜から
なる絶縁膜、３はパッド部のアルミニウム膜、４は燐シ
リケートガラス（ＰＳＧ）膜からなる絶縁膜、５はＴｉ
　（チタン）とＰｄ　（パラジウム）の複合膜からなる
複合バリヤメタル膜、６ハマノシユルーム型の金（＾Ｕ
）からなるバンプ電極（金バンプ電極）である。ここに
、複合バリヤメタル膜はアルミニウム［３と金バンプ電
極６との反応を抑制するために介在させる膜で、Ｔｉ膜
はアルごニウム膜との密着性が良＜、Ｐｄ膜は金膜との
密着性が良い膜である。

次に、このような金バンプ電極の従来の製造方法の工程
順断面図を第５図（ａ）〜（ｆｌに示している。

その概要を説明すると、第５図ｆａｌ参照；まず、半導体基板ｌの酸化シリコン
（ＳｉＯ２）膜２上に設けたパッド部のアルミニウム膜
３を含む基板全面に、化学気相成長（ＣＶＤ）法によっ
てＰＳＧＳ複膜成長する。

第５図（ｂ）参照；次いで、フォトプロセスを適用して
ＰＳＧＳ複膜ドライエツチングして、アルミニウム膜３
上に開口部７を形成する。この時、ドライエツチングの
反応ガスとしてはＣＦ４系のものを用いる。

第５図ｆｃ）参照；次いで、レジスト膜マスクを除去し
た後、開口部７を含むｐｓｃ）１１４上に複合バリヤメ
タル喝５をスパッタ法で被着する。この複合バリヤメタ
ル膜５とはＴｉとＰｄとからなる複合膜で、連続スパッ
タ法で被着する。

第５図（ｄ）参照；次いで、レジスト膜を塗布し、露光
・現像して前記開口部７の位置に開口部よりやや広めの
開口部８を有するレジスト膜マスク９を形成する。

第５図（ｅ）参照；次いで、レジスト膜マスク９を被覆
した状態で、複合バリヤメタル膜５をメッキ電極として
利用して開口部８に金バンプ電極６を鍍金法でメッキす
る。この時、レジスト膜マスク９で被覆した部分はメッ
キされない。

第５図（ｆｌ参照；次いで、レジスト膜マスク９を除去
し、次に、露出した複合バリヤメタル膜５をエツチング
除去する。このエツチングには、例えば、Ｐｄ膜を王水
液で工・ノチングし、Ｔｉ膜は弗硝酸系のエツチング液
でエツチングする、所謂、ウェットエソチング法が用い
られる。このようにして、アルミニウム膜３の上に複合
バリヤメタル膜５を介した金バンプ電極６が形成される
。

上記が従来の金属バンプ電極の製造方法の概要である。

〔発明が解決し２よ・うとする課題〕ところで、上記のような金属バンプ電極におけるバリヤ
メタル膜は、パッド部のアルミニウム膜３と金バンプ電
極６との反応を防く目的の他、金バンプ電極６を鍍金法
でメッキする際の導電電極として利用する目的があり、
そのため、ＴｉとＰｔ１の複合膜からなる複合バリヤメ
タル膜５が設けられている。

従って、金バンプ電極６を鍍金法でメッキした後、その
鍍金法の導電電極として利用した接続部分のバリヤメタ
ル１漠は露出させてエツチング除去し７ているが、その
ためには上記したように、Ｐｄ膜を王水液でエツチング
し、Ｔｉ膜は弗硝酸系のエツチング液で」二・ンチング
するウェットエツチング法が採られている。

しかし、このエツチング法はエツチング終点の検出が難
しく、しばしば過度な工・ノチング（オーハエンヂング
）のために金バンプ電極６の下にアンダーカントが入り
、また、ハンド部のアル砧二つノ、膜３がエツチングさ
れるという不具合が起こっている。また、Ｔｉ１１９１
を弗硝酸系の工・ンチング液でエツチングする際、被覆
した絶縁膜のＰ　Ｓ　Ｇ膜４がエツチングされるという
問題も起こる。

特に最近、［］径６〜８インチφ程度の犬［１””ｌ径
比ウェハーでは、全面を一様にエンチング″づ゛ること
か難し゛く、ウェハー全面でエツチングの不均一化が起
こって、上記の問題点を増加させている。

本発明はこのような問題点を解消させて、金属バンプ電
極の信頼性を高めることを目的とした金属バンプ電極形
」′導体装置の構造とその製造ツノ法を提案するもので
ある。

［課題を解決するためのｆ段］その課題は、第１図に示す実施例のように、高融点遷移
金属膜からなる第１のバリヤメタル膜１１がパッド部の
金属膜３を被覆し、且つ、該第１のバリヤメタル膜と接
続力た責金属膜からなる第２のバリヤメタル膜１２が金
属バンプ電極６の下層に該金属バンプ電極６と同一平面
形状に構成されているバンプ電極形半導体装置によって
解決される。

且−つ、その製造方法は、パッド部の金属膜」二に第１
のバリヤメタル膜を被覆し、該第１のバリヤメタル膜り
に絶縁膜を被覆して、該第１のバリヤメタル膜部分を開
口する工程、次いで、該開ｌ］部分を含む絶縁膜上の全面に第２のバ
リヤメタル膜を被着する工程、次いで、レジストを被着し、前記パッド部の金属ｌ漠の
上層部分を開目して前記第２のバリヤメタル膜を露出さ
せ、且つ、他部分を被覆したレジスト膜マスクを形成す
る工程、次いで、１ｉｉｆｆ記第２のバリヤメタル膜を電極にし
て、前記開口部の前記第２のバリヤメタル膜−ヒに金属
バンプ電極をメッキ形成する工程、次いで、前記レジスト膜マスクを除去し、前記金属バン
プ電極をマスクとして露出した前記バリヤメタル膜をエ
ツチング除去する工程が含まれることを特徴とする。

［作用］即ち、本発明は、複合バリヤメタル膜を第１第２のバリ
ヤメタル膜に分け、第１のバリヤメタル膜とパッド部の
金属膜とを同時にパターンニングし、第２のバリヤメタ
ル膜と金属バンプ電極とを同時にパターンニングしたバ
リヤメタル膜の分離構造にする。

そうすれば、第１．第２のバリヤメタル膜を相互にエツ
チングレートの異なるエツチング剤でドライまたはウェ
ットエツチングして、他方のバリヤメタル膜をオーハエ
ソチングしたり、また、カバー絶縁膜をエツチングした
りする問題が解消できて、安定した金属バンプ電極が形
成され、半導体装置の信頼性を向上させることができる
。

「実施例］以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明にかかる金属バンプ電極の断面図を示し
ており、１は半導体基板、２は５ｉＯｚｌｌｉ。

３はパッド部のアルミニウム膜、４はＰＳＧ膜。

６は金バンプ電極、１１はＴｉ　（チタン）膜からなる
第１のバリヤメタル膜、１２はＰｄ　（パラジウム）膜
からなる第２のバリヤメタル膜である。このように構成
すれば、Ｐｄ膜１２を鍍金法の導電電極として利用した
後、その露出部分をエツチング除去しても、ＰＳＧ膜（
カバー絶縁膜）をエツチングしたり、また、アルミニウ
ム膜をエツチングしたりする問題がなくなり、且つ、Ｔ
ｊ膜１１はアルミニウム１１％　３を被覆しているため
に、アルミニウム膜とＰＳＧ膜との接触面積が少なくな
って、アル箋ニウムのマイグレーションにも強い半導体
装置が得られる。

第２図（ａ）〜（ｅｌは本発明にかかる形成方法の工程
順断面図を示しており、順を追って説明する。

第２図（ａｌ参照；まず、半導体基板１のＳｔ○２膜２
上にアルミニウム膜３　（膜厚１μｍ前後）とＴｉ膜１
１　（膜厚３０００人）とをスパッタ法で被着し、レジ
スト膜マスク１３を被覆してドライエツチングし、パッ
ド部になるアルミニウム膜３とＴｉ膜１１とを同時にパ
ターンニングする。その際、エツチングガスには塩素系
ガスと弗素系ガスとの混合ガスを用いる。

第２図（ｂｌ参照；次いで、そのパッド部を含む基板全
面に、ＣＶＤ法によってＰＳＧＳ護膜膜厚１μｍ程度）
を戒長し、そのＰＳＧＳ護膜フォトプロセスを適用して
エツチングし、Ｔｉ膜１１上に開口部１４を設ける。こ
のＰＳＧＳ護膜ドライエツチングガスとしてはＣＦ、系
のものを用いる。

第２図ｆｃ）参照；次いで、露出した開口部１４のＴｉ
膜１１をアルゴンガスでイオンエツチングして表面をク
リーニングした後、その上面にＰｄ膜１２　（膜厚２０
００人）をスパッタ法で被着し、更に、その上の前記開
口部１４の位置にその開口部１４よりやや広い開口部１
５を有するレジスト膜マスク１６を形成する。

第２図（ｄ）参照；次いで、レジスト膜マスク１６を保
護膜とし、Ｐｄ膜１２をメッキ電極として開口部１５に
金バンプ６　（直径１００〜２００μｍφ、高さ２０〜
３０μｍ程度）を鍍金法でメッキ形成する。その時、レ
ジスト膜マスク１６で被覆された部分はメッキされない
。

第２図（ｅｌ参照；次いで、レジスト膜マスク１６を溶
解して除去し、更に、露出したＰｄ膜１２をエツチング
除去する。このＰｄ膜１２のエツチングには従来と同様
に王水液を用いる。かくして、パッド部のアルミニウム
電極３の上に第１．第２のバリヤメタル膜を介した金バ
ンプ電極６が形成される。

上記のような形成方法によれば、バンプ電極やカバー絶
縁膜のオーバエツチングが少なく、且つ、アルミニウム
のマイグレーションに強い半導体装置が形成できて、そ
の高信頼化を図ることができる。

次に、第３図ｆａ）〜（１３１は本発明にかかる他の金
属バンプ電極の断面図を例示しており、第１図と同一部
位には同一記号が付けであるが、他の２°は第２層目の
５ｉＯｚ膜、３′は第２Ｎ目のアルミニウム膜である。

そのうち、第３図ｆａ）はパッド部のアルミニウム膜と
第１のバリヤメタル膜（Ｔｉ膜）とを別々にパターンニ
ングした構造で、−層液力なマイグレーション耐性が得
られるものである。

第３図（ｂｌはアルミニウム膜と第１のバリヤメタル膜
（Ｔｉ膜）とを同時にパターンニングした構造、第３図
（Ｃ１はアルくニウム膜を２層にしてパッド部を平坦化
し、ワイヤーボンディングによる接続方式にも適用でき
る構造、第３図（ｄ）は第１のバリヤメタル膜（Ｔｉ膜
）が５ｊＯ１膜（絶縁膜）２“上をも被覆して、オーバ
エツチングによるアルミニウムのエツチング耐性を更に
十分にした構造である。

また、第３図（ｅｌはＰＳＧＳ護膜金バンプ電極６から
遊離させて、バンプ電極を加圧した場合にＰＳＧＳ護膜
クラックが入らないように工夫した構造であり、上記の
いずれも本発明にかかるバンプ電極の他の構造例を示し
ているものである。

なお、上記実施例は金属バンプ電極を金バンプとし、高
融点遷移金属膜からなる第１のバリヤメタル膜にＴｉ膜
、責金属膜からなる第２のバリャメタル膜にＰｄ膜を用
いているが、その他の材料、例えば、第１のバリヤメタ
ル膜にＴｉＷやＣｒ、第２のパリへ・メタル朕にＡｕや
Ｐｔを用いても良い。また、本発明は金バンプ゛；Ｌ極
の代わりに半ＢＥハング電極を設ける」′導体装置に適
用して問題はない。

［発明の効果１以」二の説明から明らかなように、本発明によれば金属
バンプ電極形半導体装置番ごおいて、金属バンプ電極を
形成する際に金属バンプやパッド部のオーバエツチング
を解消させて、且つ、アルミニウムのマイグレーション
耐性が強くなり、半導体装置の信頼性を向上させる大き
な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる金属バンプ電極の断面図、第２
図（ａ）〜（ｅ）は本発明にかかる製造方法の工程１頃
断面図、第３図（ａ）〜（０）は他の金属バンプ電極の断面図、
第４図は従来の金属バンプ電極の断ＩｆＪ１図、第５図
（ａ）〜（ｆ）は従来の製造方法の王程順断面図である
。図において、１は半央体基板、２２“はＳｉＯ□膜（絶縁膜）、３３゛はアルミニウム膜（パッド部）、４はｉ）　Ｓ　
Ｇ膜（絶縁膜）、５は複合バリヤメタルｌ模、６は金バンプ電極（金属バンプ電極）、？、　　８．１
．４．１．５は開口部、９、１３．１６はレジスト膜マ
スク、１１はＴｉ膜からなる第１のバリヤメタル膜、Ｉ２はＰ
ｄ膜からなる第２のバリヤメタル膜を示している。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高融点遷移金属膜からなる第１のバリヤメタル膜
がパッド部の金属膜を被覆し、且つ、該第１のバリヤメ
タル膜と接続した貴金属膜からなる第２のバリヤメタル
膜が金属バンプ電極の下層に該金属バンプ電極と同一平
面形状で構成されてなることを特徴とするバンプ電極形
半導体装置。
（２）パッド部の金属膜上に第１のバリヤメタル膜を被
覆し、該第１のバリヤメタル膜上に絶縁膜を被覆して、
該第１のバリヤメタル膜部分を開口する工程、次いで、該開口部分を含む絶縁膜上の全面に第２のバリ
ヤメタル膜を被着する工程、次いで、レジストを被着し、前記パッド部の金属膜の上
層部分を開口して前記第２のバリヤメタル膜を露出させ
、且つ、他部分を被覆したレジスト膜マスクを形成する
工程、次いで、前記第２のバリヤメタル膜を電極にして、前記
開口部の前記第２のバリヤメタル膜上に金属バンプ電極
をメッキ形成する工程、次いで、前記レジスト膜マスクを除去し、前記金属バン
プ電極をマスクとして露出した前記バリヤメタル膜をエ
ッチング除去する工程が含まれてなることを特徴とする
バンプ電極形半導体装置の製造方法。