JPH0513418A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0513418A
JPH0513418A JP3164161A JP16416191A JPH0513418A JP H0513418 A JPH0513418 A JP H0513418A JP 3164161 A JP3164161 A JP 3164161A JP 16416191 A JP16416191 A JP 16416191A JP H0513418 A JPH0513418 A JP H0513418A
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浩二 福田
Mitsuyoshi Takeda
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バンプを構成するCuメッキ層と最終絶縁膜
とのオ−バラップ部分で、最終絶縁膜に内部応力が加わ
ることによりクラックが発生するのを防止する。 【構成】 半導体基板1上に第1絶縁膜2を介して設け
られたボンディングパッド3上の最終絶縁膜4の開口部
に、第2絶縁膜5を形成することによって所定の大きさ
の複数のバンプ形成部分に分割し、これらの分割部分の
それぞれにCr層6,Cu層7を介してCuメッキ層8
を形成し、これらのCuメッキ層8の全体を覆うように
半田層9を形成したことを特徴としている。 【効果】 バンプ内部を分割したことにより、個々のC
uメッキ層と最終絶縁膜とのオ−バラップ部分に加わる
応力が極めて小さくなるので、最終絶縁膜へのクラック
の発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に半導体素子のバンプ部の構造を改良した半導体装置お
よびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の電極と外部へのリ−ド線と
の間を電気的に接続する方法として、細い導線を使用し
て相互に接続すべき点に接着する従来のワイヤボンディ
ング方式と、半導体装置の電極端子に突起電極(バン
プ)を設け直接接着するに充分な接着端を形成し、この
バンプに同時に接続するワイヤレスボンディング方式
は、例えば特公昭47−3206号公報に記載されてい
る。
【0003】図8(a),(b)は従来のこの種の半導
体装置の電極部分を示す平面図およびそのE−E線に相
当する半導体装置の断面図である。この図において、1
はシリコン基板、2はこのシリコン基板1上に形成され
た第1絶縁膜、3はバンプを形成するための下地金属と
なるAlボンディングパッド、4は前記Alボンディン
グパッド3とAl配線(図示せず)を保護する最終絶縁
膜(ガラスコ−ト膜)、6は前記Alボンディングパッ
ド3上に形成されたCr層、7はこのCr層6上に形成
されたCu層、8はこのCu層7上に電気メッキにより
形成されたCuメッキ層、9はこのCuメッキ層8上に
形成された半田層であり、これら各層でバンプが形成さ
れている。
【0004】従来の半導体装置は上記のように構成され
ており、第1絶縁膜2は、シリコン基板1上に減圧CV
Dにより数mol%のリンを含むSiO2膜で約0.7
μm堆積したものであり、Alボンディングパッド3は
スパッタ装置で膜厚約1μmを堆積したもので、バンプ
を形成するための下地金属であり、最終絶縁膜4は前記
Al配線とAlボンディングパッド3を保護するための
もので、リンを含むSiO2 膜とリンを含まないSiO
2 膜の2層構造のCVDによるSiO2 膜が一般的に使
われている。Cr層6とCu層7はCr−Cu界面の不
純物(O2 など)を少なくするため、同一のスパッタ装
置で連続して堆積しており、Cr層6は膜厚約0.1μ
m堆積したもので、Alボンディングパッド3とCu層
7との密着性を強くするためであり、Cu層7は膜厚数
μm堆積したもので、Cuメッキ層8を電解メッキ法で
形成する際の電極(カソ−ド)となるものであり、Cu
メッキ層8は半田層9との濡れ性が良いために用いられ
ており、膜厚数十μmであり、半田層9はプリント基板
とフェ−スダウンボンディングにより接着する。バンプ
径は約200μmであり、バンプの高さは数μmであ
る。
【0005】次に、従来のバンプ形成工程を図9,図1
0について説明する。図9(a)では、第1絶縁膜2と
して減圧CVDにより膜厚約0.7μmのSiO2 膜を
デポした後、スパッタ装置でAlボンディングパッド3
を約1μmの膜厚に形成し、さらにその上にCVD法に
より最終絶縁膜4を形成したものを示し、図9(b)で
は写真製版でバンプを形成する部分の穴開け後を示し、
図9(c)では、膜厚約0.1μmのCr層6と膜厚約
1.0μmのCu層7をスパッタ装置でウエハ全面に堆
積した後を示し、図10(a)では、バンプ形成部以外
はレジスト10で覆い、バンプ形成部に電解メッキによ
り膜厚約15μmのCuメッキ層8の形成後を示し、図
10(b)では、レジスト10を除去後、Cr層6とC
u層7のエッチング後を示し、図10(c)では、Cu
メッキ層8上に半田層9を形成し、バンプ形成完了後を
示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように形成され
た従来のバンプ構造をもつ半導体装置では、Cuメッキ
層8を形成する際に、Cuメッキ層8と最終絶縁膜4と
オ−バラップする部分で、最終絶縁膜4に内部応力が加
わり、図11のようにクラック11が発生するという問
題点があった。
【0007】上記のように、Cuメッキ層8と最終絶縁
膜4とオ−バラップする部分で、最終絶縁膜4にクラッ
ク11が入るメカニズムを解決するため、発明者らは、
クラック11が入る発生原因について、バンプ径と最終
絶縁膜4のクラック発生率との関係を調査した。このバ
ンプ径と最終絶縁膜4のクラック発生率との関係を図1
2に示す。
【0008】図12からわかるように、バンプ径を大き
くすると、クラック11の発生率が高くなり、バンプ径
がφ100μm以下ではクラック発生率が極めて小さく
なることがわかった。
【0009】半導体装置において、最終絶縁膜4にクラ
ック11が入るメカニズムは次のように考えられる。す
なわち、電解メッキ法によりCuメッキ層8を形成する
場合、硫酸銅液中のCu原子がバンプ形成部分に移動
し、Cuメッキ層8が形成される。この際、Cuメッキ
層8の形成部周辺の最終絶縁膜4にCu原子の移動に伴
うCuメッキ層8の収縮力が加わるためであり、その収
縮率がバンプ径に比例しているものと考えられる。
【0010】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、最終絶縁膜にクラックが入らな
い半導体装置およびその製造方法を得ることを目的とし
ている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1に
記載の半導体装置は、ボンディングパッド上のバンプ内
部を所定以下の大きさの所要形状に分割したものであ
る。
【0012】また、請求項2に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、その上にボン
ディングパッドを形成し、このボンディングパッド上に
バンプを分割するための絶縁膜を形成し、この上にCr
層,Cu層を連続して形成し、さらにその上にCuメッ
キ層,半田層を形成し、バンプを形成するものである。
【0013】
【作用】本発明の請求項1においては、バンプ内部を分
割したことにより、最終絶縁膜に加わる内部応力を緩和
し、クラックの発生を抑制する。
【0014】また、請求項2においては、半導体基板上
のボンディングパッド上に最終絶縁膜を形成し、その開
口部上にバンプが分割されるように第2絶縁膜を形成
し、その分割部分のそれぞれにCuメッキ層を形成して
バンプを形成することから、バンプ内部ではボンディン
グパッド上に形成されるCuメッキ層が分割された状態
で形成される。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1(a),(b)は本発明の半導体装置の電
極部分の半田層を除いた平面図およびそのA−A線に相
当する半導体装置の断面図である。図1に示すように、
1〜4は上記従来装置と全く同一のものである。5はバ
ンプを形成するための下地金属であるAlボンディング
パッド3上にバンプ内部を4分割にし、それぞれの分割
部分の大きさを100μm程度以下とするための幅約4
0μmの第2絶縁膜、6は前記Alボンディングパッド
3上および約5μm程度のオ−バラップ部分をもって第
2絶縁膜5および最終絶縁膜4上に形成されたCr層、
7はこのCr層6上に形成されたCu層であり、8(8
a〜8d)は4分割部分でそれぞれが成長したCuメッ
キ層であり、9はこのCuメッキ層8上に形成された半
田層である。
【0016】次に、図1のバンプ形成工程を図2,図
3,図4について説明する。図2(a)は、図9(a)
と同様にして第1絶縁膜2として膜厚約0.7μmのS
iO2 膜をデポした後、Alボンディングパッド3,最
終絶縁膜4を形成した状態を示し、図2(b)は最終絶
縁膜4をパタ−ニングして、その開口部に写真製版でバ
ンプを形成する部分を幅約35μmの第2絶縁膜5を形
成することによって内部分割し、それぞれの分割部分の
大きさを100μm程度以下とした状態を示し、図2
(c)は、膜厚約0.1μmのCr層6と膜厚約1.0
μmのCu層7をスパッタ装置で連続して堆積した後を
示し、図3(a)はバンプを形成する内部の4分割され
た部分にCr層6,Cu層7が露出するようにレジスト
108で覆った後を示す。また、図3(b)は、電解メ
ッキにより膜厚約15μmのCuメッキ層8(8a〜8
d)を形成した後を示し、図3(c)はレジスト除去後
の、図4(a)はさらにCuメッキ層8をマスクにスパ
ッタで形成されたCu層7をエッチングで除去した状態
を示し、さらに図4(b)ははんだ槽にウエハを浸漬
し、Cuメッキ層8上に半田層9を形成してバンプを形
成した状態を示す。
【0017】上記のように構成された半導体装置におい
ては、第2絶縁膜5でバンプ内部を4分割し、それぞれ
の分割部分の大きさを100μm程度以下とすることに
より、Cuメッキ層8が成長する際に、4分割された部
分のCuメッキ層8が互いに接触せずに成長するため最
終絶縁膜4に加わるストレスを従来の構造に比べ、極め
て低く抑えることができ、したがって、最終絶縁膜4の
クラック11の発生を防止することができる。
【0018】なお、上記図1の実施例では、バンプ内部
を4分割し、それぞれの分割部分の大きさを100μm
程度以下としているが、本実施例では、バンプ内部の分
割部分の大きさを100μm程度以下とするように小分
割(例えば8分割,16分割など)にしても同様の効果
が期待できる。
【0019】図5(a),(b)は、バンプ内部を8分
割にした実施例を示す図で、図1(a),(b)と同様
な図であり、また、図6(a),(b)は六角形などの
多角形を粗密に配列分割した構造を示す実施例であり、
図7(a),(b)はド−ナツ状に配列分割した構造を
示す図であり、いずれも図1の実施例と同様な効果が期
待できる。なお、図5(b),図6(b),図7(b)
はそれぞれ図5(a),図6(a),図7(a)のB−
B線,C−C線,D−D線に相当する半導体装置の断面
図である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による請求
項1に記載の半導体装置は、Cuメッキ層を分割してそ
の分割部分をそれぞれ100μm程度以下に形成してい
るので、Cuメッキ層による最終絶縁膜への内部応力を
緩和し、クラックの発生を抑制する効果がある。
【0021】また、請求項2に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上のボンディングパッド上に開口さ
れた最終絶縁膜の開口部に第2絶縁膜を形成して所定の
大きさのバンプが形成されるように所要形状に、かつ所
要数に分割し、これらの分割部分のそれぞれにCuメッ
キ層を形成し、その分割されて形成されたCuメッキ層
の全体を覆うように半田層を形成してバンプを形成する
ので、各Cuメッキ層による最終絶縁膜への内部応力は
極めて小さくなり最終絶縁膜へのクラックの発生を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体装置の要部を示
す図である。
【図2】本発明のバンプの形成工程を示す断面図であ
る。
【図3】図2に引き続く工程を示す断面図である。
【図4】図3に引き続く工程を示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施例の要部を示す図である。
【図6】本発明のさらに他の実施例の要部を示す図であ
る。
【図7】本発明のさらに他の実施例の要部を示す図であ
る。
【図8】従来の半導体装置の要部を示す図である。
【図9】従来の製造工程を示す断面図である。
【図10】図8に引き続く工程を示す断面図である。
【図11】従来の半導体装置の問題点を示す断面図であ
る。
【図12】バンプ径と最終絶縁膜へのクラック発生率と
の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 第1絶縁膜 3 Alボンディングパッド 4 最終絶縁膜 5 第2絶縁膜 6 Cr層 7 Cu層 8 Cuメッキ層 9 半田層 10 レジスト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に第1絶縁膜を介して設けら
    れたボンディングパッド上の最終絶縁膜の開口部に、バ
    ンプが形成された半導体装置において、前記バンプ内部
    を所定以下の大きさの所要形状に分割したことを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板の第1絶縁膜上にボンディング
    パッドを形成し、このボンディングパッド上に形成され
    た最終絶縁膜の開口部にバンプを分割するための第2絶
    縁膜を形成する工程と、前記ボンディングパッド上にバ
    ンプを形成するためのCr層とCu層を連続スパッタに
    より形成する工程と、バンプ形成部の分割部分にCr層
    とCu層を露出するレジスト工程と、分割部分にCuメ
    ッキ層を形成する工程と、このCuメッキ層をマスクに
    スパッタCr層とスパッタCu層を除去するエッシング
    工程と、前記Cuメッキ層上に半田層を形成する工程を
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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