JPH06333929A

JPH06333929A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06333929A
Application number: JP14116793A
Authority: JP
Inventors: Norio Takatsu; 紀男高津
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】製造工程を増加することなく、しかも表面を
平坦化した金属突起（バンプ）を有する半導体装置を得
る。【構成】半導体基板１の表面上に金属電極３を形成
し、この金属電極３を覆う保護絶縁膜４を形成し、これ
に形成しようとするバンプの厚さ寸法よりも小さい平面
寸法の開口部５を開設して金属電極３を露呈させる。更
に、開口部５を含む保護絶縁膜４の表面上にバリアメタ
ル６を形成し、かつバンプ７を形成する領域以外にレジ
ストマスクを形成し、レジストマスクを利用してメッキ
法によりバリアメタル上に所要厚さのバンプ７を形成す
ることで、表面が平坦化されたバンプ７を得る。なお、
レジストマスクを除去し、露呈されたバリアメタル６を
バンプを利用して除去する。

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
ボンディング用の金属突起（以下、バンプと称する）を
備える半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体装置のバンプの一
例を図４に示す。半導体基板１１の表面に形成された絶
縁膜１２上に金属膜を所要パターンに形成した金属電極
１３が形成されており、この金属電極１３の表面は保護
絶縁膜１４で被覆されている。そして、前記金属電極１
３上のバンプ形成箇所では保護絶縁膜１４が除去されて
開口部１５が開設され、この開口部１５内の金属電極１
３の表面、及び開口部周辺の保護絶縁膜１４の表面にわ
たってバリアメタル１６が形成され、このバリアメタル
１６上に電解メッキ法により厚い金属膜を成長させ、こ
れをバンプ１７として構成している。

【０００３】このようなバンプ構造では、下地となるバ
リアメタル１６が金属電極１３及び保護絶縁膜１４の周
辺部にわたって形成されて表面に凹凸が生じているた
め、形成されるバンプ１７の表面もこれに倣って凹凸１
７ａが生じた状態となる。このような表面凹凸１７ａが
生じていると、例えば図５に示すように、バンプ１７に
ＴＡＢテープ２１の金属リード２２を接続する場合に両
者の接触面積が小さくなり、接触抵抗が大きくなる。ま
た、接続時には表面凹凸１７ａの凸部にボンディング圧
力が集中し、この部分に応力集中が生じてバンプ下側の
半導体基板１１にクラックが発生し、半導体装置が破損
されるおそれがある。また、図示は省略するが、バンプ
をガラス基板に設けた電極にボンディングする場合に
も、バンプの表面凸部に応力が集中し、ガラス基板に割
れが生じるという問題も生じる。

【０００４】このようなことから、従来では表面凹凸の
ないバンプを形成する試みがなされている。例えば、特
開平１−２７６７４７号公報に記載されているものは、
図６（ａ）に示すように、表面に凹凸が生じているバン
プ１７の凹部上にレジスト１８を選択的に形成し、この
レジスト１８をマスクにしてバンプ１７の表面凸部をエ
ッチングすることで、同図（ｂ）のように、バンプ１７
の表面を平坦化するものである。また、特開昭６２−９
４９６２号公報に記載されているものは、図７に示すよ
うに、予め半導体基板３１上の絶縁膜３２の表面に下地
膜として多結晶シリコン膜３３等を選択的に形成した上
で、この多結晶シリコン膜３３を絶縁膜３４で被覆す
る。そして、バンプ形成箇所の周辺部に沿って絶縁膜３
４に選択的に開口部３５を開設し、この開口部３５を含
むバンプ形成箇所の絶縁膜３４上に金属電極３６を形成
する。更に、この金属電極３６の周辺部に前記開口部３
５によって金属電極３６の表面に生じる凹部の深さと同
じ厚さの保護絶縁膜３７を形成して前記凹部を埋設する
ことで、その上側に略平坦なバリアメタル３８を形成可
能とし、このバリアメタル３８を利用してメッキ法によ
りバンプ３９を形成することにより、表面が平坦なバン
プを形成することが可能となる。更に、図示は省略する
が、特開昭６０−２１９７４１号公報に記載されている
ものは、バンプをメッキする際に、メッキ電流密度等の
条件を段階的に変化させることで、表面凹凸を緩和する
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示した第１のバンプの構成では、バンプを形成する際に
は、レジスト１８を高精度にバンプ１７の表面凹凸の凹
部に位置合わせした上でエッチング工程を行う必要があ
り、製造工程が増加するという問題がある。また、レジ
スト１８を選択的に形成する際の位置合わせ作業が極め
て難しいものになるとともに、位置ずれが生じたときに
は平坦化を実現することが困難になり、位置ずれの程度
によっては却って表面凹凸が顕著になってしまうおそれ
がある。また、図７に示した第２のバンプでは、下地に
多結晶シリコン膜３３を選択的に形成する必要があるた
め、そのための工程が増えて半導体装置の製造工程が複
雑化するという問題がある。また、多結晶シリコン膜３
３は配線層として形成されることになるが、配線層の抵
抗が大きく、半導体装置の特性に悪影響をおよぼすとい
う問題もある。更に、図示を省略した第３のバンプで
は、メッキ条件を制御することが極めて難しく、仕上が
りにバラツキが生じ、高精度に表面の平坦化を行うこと
が難しいという問題がある。本発明の目的は、製造工程
を増加することなく、しかも高精度に表面の平坦化を可
能にした半導体装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
電極を被覆する保護絶縁膜に開設される開口部の平面寸
法を、この開口部を通して電極に電気接続されるバンプ
の厚さ寸法よりも小さくした構成とする。この開口部
は、電極とバンプの対向面間の保護絶縁膜に複数個の開
口部を配列した構成とする。また、本発明の半導体装置
の製造方法は、半導体基板の表面上に電極を形成し、こ
の電極を覆う保護絶縁膜を形成し、形成しようとするバ
ンプの厚さ寸法よりも小さい平面寸法の開口部を保護絶
縁膜に開設して電極を露呈させ、その上で開口部を含む
保護絶縁膜の表面上にバリアメタルを形成し、かつバン
プを形成する領域以外にレジストマスクを形成し、レジ
ストマスクを利用してメッキ法によりバリアメタル上に
所要厚さのバンプを形成し、レジストマスクを除去し、
露呈されたバリアメタルをバンプを利用して除去する工
程とを含んでいる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の半導体装置の第１実施例の要部、即
ちバンプを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ
線に沿う断面図である。このバンプ構造を、その製造工
程と共に説明する。各種の半導体素子（図示せず）が形
成された半導体基板１の表面に熱酸化膜等の絶縁膜２を
形成し、この絶縁膜２上にアルミニウム等の金属膜を形
成し、かつこれを所要パターンに形成して半導体素子に
接続される金属配線を形成する。そして、この金属配線
の一部が金属電極３としてバンプ形成箇所に設けられ
る。この金属電極３を含む半導体基板の表面上には酸化
膜或いは窒化膜等の保護絶縁膜４を被着し、かつ前記金
属電極３上の保護絶縁膜４には微細な開口部５を開設す
る。この開口部５は、ここではバンプ形成箇所の中央位
置に１個だけ設けた矩形の穴として形成しており、その
対角線に沿う平面寸法は、詳細を後述するように、形成
しようとするバンプの厚さ寸法と同程度の寸法、或いは
それよりも小さい寸法とする。

【０００８】その上で、前記開口部５を含む半導体基板
１の全面にチタン・チタンタングステン、或いはチタン
・白金等の多層金属膜の薄いバリアメタル６を形成し、
更にこの上にはバンプ形成領域を除く領域に図外のレジ
ストを選択的に形成し、露呈されているバリアメタルの
表面上にはこのレジストをマスクにして電解メッキ法に
より金等の金属を成長させ、所要厚さのバンプ７を形成
する。その後、レジストを除去し、これにより露呈され
たバリアメタルを形成されたバンプをマスクとしてエッ
チング除去し、図１の構造が完成される。ここで、前記
保護絶縁膜４に開設した開口部５の対角線に沿う長さ寸
法は、バンプ７の厚さに基づいて決定されるが、開口部
５の深さ、即ち保護絶縁膜４の厚さ等をも考慮して決定
される。この例では、保護絶縁膜４の厚さを１μｍ、形
成するバンプ７の厚さ寸法を１００μｍとした場合、開
口部５の対角線に沿う平面寸法をバンプ厚さの略半分の
５０μｍとしている。

【０００９】したがって、このように寸法を設定した開
口部５を開設した状態で電解メッキ法によりバンプ７を
電解メッキ法により成長させると、図２に模式的に示す
ように、メッキの初期の段階では、開口部５の凹状に倣
ってバリアメタル６の表面に生じている凹凸によってメ
ッキ膜の表面にも凹凸が生じているが、開口部５の上縁
角部における電界集中等によってこの部分のメッキが他
の部分よりも進行されるため、メッキの進行に伴って次
第に開口部５の直上に生じている凹部が埋められ、バン
プ７が所定の膜厚にまで成長される際には凹部は目立た
なくなり、結果として表面が殆ど平坦な状態となる。

【００１０】このため、このような構成のバンプをリー
ドやガラス基板電極に接続する際には、バンプの表面が
平坦化されているため、その表面の全面がリードや電極
に接続されることになり、両者間での接触抵抗が低減さ
れ、かつボンディング圧力が一部に集中することが回避
されて半導体装置やガラス基板等の破損が防止される。
また、このバンプの製造に際しては、単に開口部の寸法
を規制しておけば、従来の一般的なバンプの製造工程を
そのまま利用することにより表面が平坦なバンプが形成
できることになり、製造工程を複雑化することがなく、
かつ精度の高い表面平坦化を実現することができる。

【００１１】ところで、開口部５の寸法は小さいほどバ
ンプ７の表面の平坦化には有利であるが、その反面でバ
ンプ７と金属電極３との接触面積が低減され、電気抵抗
が大きくなる。したがって、開口部の寸法はこれら両者
の兼ね合いで決定する必要がある。この問題を解消した
のが、次に説明する第２実施例の構造である。図３は本
発明の第２実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそ
のＢ−Ｂ線断面図である。この実施例では、金属電極と
バンプとの接触抵抗を下げるために、開口部５を多数個
配設した例である。即ち、金属電極３を覆うように形成
した保護絶縁膜４に、第１実施例と同様な開口部５を縦
横それぞれ３×３で配列し、これら開口部５を含むバン
プ形成箇所の保護絶縁膜４上にバリアメタル６を形成
し、その上で第１実施例と同様にバンプ７を成長してバ
ンプを形成している。

【００１２】この実施例においても、各開口部５の平面
寸法をバンプ７の厚さよりも小さく設定することによ
り、電解メッキ法でバンプを成長する際に、各開口部５
の直上に生じる凹部を埋設し、完成されるバンプの表面
を平坦にすることができる。また、これに加えて開口部
５の数を増大したことにより、開口部を通してバンプ７
と金属電極３との接触面積を大きくすることができるの
で、両者間での電気抵抗を低減することが可能となる。

【００１３】なお、前記各実施例では開口部の寸法をバ
ンプの厚さ寸法の略半分に設定した例を示しているが、
理論的にはバンプの厚さよりも小さい寸法であればよ
い。但し、表面平坦化の精度を高めるためにはなるべく
小さい方が好ましく、したがって金属電極とバンプとの
電気的な接触抵抗との関係から好ましい寸法に設定すれ
ばよい。また、開口部の形状は円形或いは他の形状でも
よく、いずれの場合でもその平面方向の最大の寸法がバ
ンプの膜厚寸法よりも小さくすること、好ましくは可及
的に小さくすればよい。更に、金属電極は多結晶シリコ
ン等、他の導電膜で形成されている場合でも本発明を同
様に適用することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、電極を被
覆する保護絶縁膜に開設される開口部の平面寸法をバン
プの高さ寸法よりも小さくしているので、メッキ法によ
りバンプを形成する際に、メッキ膜の成長に伴って開口
部による凹部が埋設されることになり、製造工程を増や
すことなく、しかも高精度にバンプの表面を平坦化する
ことができ、好適なボンディングが実現できる。また、
開口部を複数個配列することで、バンプと電極との電気
的な接触抵抗を増大させることなく表面が平坦なバンプ
を得ることができる。一方、本発明の製造方法は、単に
開口部の平面寸法をバンプの厚さ寸法よりも小さくし、
他の工程は従来のバンプ製造工程を利用するだけで、表
面が平坦化されたバンプを製造工程を増大することなく
容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿う断面図で
ある。

【図２】本発明におけるバンプのメッキの進行状態を模
式的に示す図である。

【図３】本発明の第２実施例の要部を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】従来の一般的なバンプの断面図である。

【図５】図４のバンプによる不具合を説明するための断
面図である。

【図６】従来のバンプにおける表面凹凸を解消するため
の一つの例を示す断面図である。

【図７】従来のバンプにおける表面凹凸を解消するため
の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板３金属電極４保護絶縁膜５開口部６バリアメタル７バンプ（金属突起）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された電極と、この
電極を被覆する保護絶縁膜と、この保護絶縁膜に開設さ
れて前記電極を露呈させる所要寸法の開口部と、この開
口部を含む前記保護絶縁膜の表面上に形成される金属突
起とを備え、前記開口部の平面寸法は前記金属突起の厚
さ寸法よりも小さくしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】電極と金属突起の対向面間の保護絶縁膜
に複数個の開口部を配列してなる請求項１の半導体装
置。
【請求項３】半導体基板の表面上に電極を形成する工
程と、この電極を覆う保護絶縁膜を形成する工程と、形
成しようとする金属突起の厚さ寸法よりも小さい平面寸
法の開口部を前記保護絶縁膜に開設して前記電極を露呈
させる工程と、この開口部を含む保護絶縁膜の表面上に
バリアメタルを形成する工程と、金属突起を形成する領
域以外にレジストマスクを形成する工程と、レジストマ
スクを利用してメッキ法により前記バリアメタル上に所
要厚さの金属突起を形成する工程と、前記レジストマス
クを除去し、露呈されたバリアメタルを前記金属突起を
利用して除去する工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。