JPH10261642A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH10261642A
JPH10261642A JP6428997A JP6428997A JPH10261642A JP H10261642 A JPH10261642 A JP H10261642A JP 6428997 A JP6428997 A JP 6428997A JP 6428997 A JP6428997 A JP 6428997A JP H10261642 A JPH10261642 A JP H10261642A
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浩 山田
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和樹 舘山
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隆 栂嵜
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the destruction of bump electrodes and the peeling of barrier metal and enhance the reliability life of connection between a semiconductor chip and a circuit wiring board by forming the bump electrodes on bonding pads with a first metallic layer in-between which contains oxygen of higher concentration in the peripheral region than in the inner region. SOLUTION: A first metal layer 3 which contains oxygen of higher concentration at least in its peripheral region b than in its inner region a is formed on bonding pads 5, formed on a semiconductor chip 1. Then projected bump electrodes 2, composed of a second metal layer, are formed on the first metal layer 3. For example, a first metallic layer 3, composed of titanium which contains oxygen of higher concentration in its peripheral region b than in its inner region an and acts as barrier metal layer, is formed on bonding pads 5. Bump electrodes 2 composed of a second metal layer are formed thereon with a third metallic layer 4 which is highly wettable to solder metal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係り、
特に回路配線基板に半導体チップをフリップチップ実装
する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to a technique for flip-chip mounting a semiconductor chip on a circuit wiring board.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置は高集積化が進行し
て、半導体実装技術も高密度化が求められている。この
半導体装置の高密度実装技術には、ワイヤーボンディン
グ技術、TAB技術などが代表的には挙げられるが、最
も高密度の実装技術として、フリップチップ実装技術
が、コンピュータ機器などの半導体装置を高密度に実装
する技術として多く用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, there has been a demand for higher density semiconductor packaging technology. Typical examples of the high-density mounting technology of this semiconductor device include a wire bonding technology and a TAB technology. As the highest-density mounting technology, flip-chip mounting technology is used. It is often used as a technology for mounting on a computer.

【0003】フリップチップ実装技術は、米国特許第3
401126号公報、米国特許第3429040号公報
が開示されて以来、広く公知の技術になっている。その
基本的構造は、例えば図26に示す様に、半導体チップ
1、半導体チップ1上に設けられたボンディングパッド
5、ボンディングパッド5周縁部及び半導体チップ1表
面を被覆するパッシベーション膜6、ボンディングパッ
ド5上からボンディングパッド5周縁部上のパッシベー
ション膜6上にかけて設けられたバリアメタル層35及
びバリアメタル層35上に突出形成されたバンプ電極2
と、配線基板11、配線基板11上に設けられた端子電
極13、端子電極13周縁部及び配線基板11上に形成
されたソルダーレジスト膜12とが、バンプ電極2と端
子電極13とで接合された構成からなり、例えば半導体
チップ1と配線基板11の間の空間には、封止樹脂14
が設けられる。
[0003] Flip chip mounting technology is disclosed in US Pat.
Since the disclosure of Japanese Patent No. 401126 and US Pat. No. 3,429,040, the technique has been widely known. For example, as shown in FIG. 26, the basic structure of the semiconductor chip 1 is a bonding pad 5 provided on the semiconductor chip 1, a peripheral portion of the bonding pad 5, a passivation film 6 covering the surface of the semiconductor chip 1, and a bonding pad 5. A barrier metal layer 35 provided from above on the passivation film 6 on the periphery of the bonding pad 5 and the bump electrode 2 protrudingly formed on the barrier metal layer 35
And the wiring board 11, the terminal electrode 13 provided on the wiring board 11, the peripheral edge of the terminal electrode 13, and the solder resist film 12 formed on the wiring board 11, are joined by the bump electrode 2 and the terminal electrode 13. For example, a sealing resin 14 is provided in a space between the semiconductor chip 1 and the wiring board 11.
Is provided.

【0004】フリップチップ実装技術においては、半導
体チップの構成材料と半導体チップを実装する回路配線
基板の構成材料が異なるとき、熱膨張係数の相異に起因
する変位が半導体装置と回路配線基板にしばしば発生す
る。発生した変位は、半導体装置と回路配線基板とを接
続するバンプ電極に応力歪を発生させる。この応力歪
は、フリップチップ実装するバンプ電極を破壊させ、信
頼性寿命を低下させる。このため、従来より、例えばバ
ンプ電極配置を変更し、半導体装置中心点からバンプ電
極中心点までの距離を小さくすること、回路配線基板の
材料を考慮し、熱膨張係数を半導体装置の熱膨張係数と
類似または一致させること、特開昭58−23462号
公報の様に、フリップチップ実装した半導体装置の温度
変化を小さくすること、特開昭61−194732号公
報の様に、半導体装置と回路配線基板の隙間に樹脂を充
填することなどの改良が行われてきた。
In flip-chip mounting technology, when the constituent material of a semiconductor chip is different from the constituent material of a circuit wiring board on which the semiconductor chip is mounted, a displacement caused by a difference in thermal expansion coefficient often occurs in the semiconductor device and the circuit wiring board. Occur. The generated displacement causes stress distortion in a bump electrode connecting the semiconductor device and the circuit wiring board. This stress strain destroys the bump electrode to be flip-chip mounted and shortens the reliability life. For this reason, conventionally, for example, by changing the arrangement of the bump electrodes, reducing the distance from the center point of the semiconductor device to the center point of the bump electrodes, and considering the material of the circuit wiring board, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device is determined. To make the temperature change of a flip-chip mounted semiconductor device small as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-23462, and to make the semiconductor device and circuit wiring similar to Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-194732. Improvements have been made such as filling the gaps between the substrates with a resin.

【0005】また、バンプ電極自体を、応力歪に対して
強固な構造にする提案も行われている。従来のバンプ電
極周囲の構成の一例を表す該略図を図27に示す。図2
7に示すように、通常、ボンディングパッド5が設けら
れた半導体チップ1上及びボンディングパッド5の周縁
部にパッシベーション膜6を形成した後ボンディングパ
ッド5上にバリアメタル層35を設け、その上に例えば
はんだからなるバンプ電極2が形成される。
[0005] Proposals have also been made to make the bump electrode itself a structure that is robust against stress strain. FIG. 27 is a schematic diagram showing an example of a configuration around a conventional bump electrode. FIG.
As shown in FIG. 7, a passivation film 6 is usually formed on the semiconductor chip 1 on which the bonding pads 5 are provided and on the periphery of the bonding pads 5, and then a barrier metal layer 35 is provided on the bonding pads 5 and, for example, A bump electrode 2 made of solder is formed.

【0006】例えば、Microelectronics Packaging Han
dbook に記載されている様に、バンプ高さを高くする提
案も多く行われてきた。また、バンプ材料のはんだとボ
ンディングパッド材料のアルミニウムとの拡散を防止す
るために形成するバリアメタルに関しても、バリアメタ
ル構造とその材料構成を、応力歪に対して強固な構造に
限定化することにより、信頼性寿命を向上させる提案が
多く行われている。
For example, Microelectronics Packaging Han
As described in the dbook, many proposals have been made to increase the bump height. Also, regarding the barrier metal that is formed to prevent the diffusion of the solder of the bump material and the aluminum of the bonding pad material, the barrier metal structure and its material configuration are limited to a structure that is strong against stress strain. Many proposals have been made to improve the reliability life.

【0007】例えば、特開平1−128545号公報、
及び特開平1−120038号公報等の様に、形成する
バリアメタル寸法をボンディングパッドの開口寸法より
大きく形成したり、逆に、ボンディングパッド寸法より
小さく形成して、バンプに発生する応力歪を緩和させ、
信頼性を向上させる提案が行われている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-128545,
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-10038, etc., the barrier metal to be formed is formed to be larger than the opening size of the bonding pad, or conversely, formed to be smaller than the bonding pad size to reduce the stress distortion generated in the bump. Let
Proposals have been made to improve reliability.

【0008】また、特開昭56−5506号、特開昭5
6−37636号公報では、バンプ接続信頼性を向上さ
せるため、バンプ電極を高精度に形成するバリアメタル
製造方法が提案されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 56-5506 and
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-37636 proposes a method for manufacturing a barrier metal in which bump electrodes are formed with high precision in order to improve bump connection reliability.

【0009】さらに、米国特許4290079号公報の
様に、バリアメタル端部に傾斜を形成して応力歪を順次
緩和させる方法、特開平1−209746号公報の様に
バリアメタル下層に樹脂から形成される応力緩和層を設
ける方法なども提案され、バンプ電極自体に発生する応
力歪の緩和と共にバリアメタルに対する応力緩和も行わ
れてきた。
Further, as in US Pat. No. 4,299,079, a method of forming a slope at the edge of the barrier metal to gradually reduce stress strain is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-209746. A method of providing a stress relaxation layer has also been proposed, and stress relaxation to a barrier metal has been performed together with relaxation of stress distortion generated in the bump electrode itself.

【0010】これは、応力歪によるバンプ電極破壊が起
こると共に、バリアメタル端部にも応力歪が発生し、こ
れにより、バリアメタルも破壊されることが明らかにな
ったためであり、信頼性を向上するためには、バンプ電
極及びバリアメタルの応力緩和が重要である。
This is because it has been clarified that the bump electrode is destroyed due to the stress strain, and that the stress is also generated at the edge of the barrier metal, which also destroys the barrier metal. For this purpose, it is important to relieve the stress of the bump electrode and the barrier metal.

【0011】図28には、従来のバンプ電極周囲の構成
の他の例を表す該略図を示す。この様な問題に対して、
特開昭59−121955号公報では、図28に示す様
に、第1のバリアメタル金属層として酸素を分散させた
チタン層35を形成し、このチタン層35上にはんだ接
続可能な金属層45を形成し、その上にバンプ電極2を
設ける方法が提案されている。
FIG. 28 is a schematic diagram showing another example of the configuration around the conventional bump electrode. For such a problem,
In JP-A-59-121955, as shown in FIG. 28, a titanium layer 35 in which oxygen is dispersed is formed as a first barrier metal layer, and a solder-connectable metal layer 45 is formed on the titanium layer 35. And a method of providing a bump electrode 2 thereon is proposed.

【0012】チタンはバリアメタルを構成する接着層金
属としては公知の金属であり、例えば、特開昭58−1
61346号公報にもチタンを用いた構造は記載されて
いる。
Titanium is a well-known metal as an adhesive layer metal constituting a barrier metal.
JP 61346 A also discloses a structure using titanium.

【0013】また、このチタンに酸素を分散させた特開
昭59−121955号公報の提案では、本来的に引張
応力を有する材料の引張応力を緩和させるため、圧縮応
力を有する酸素を含むチタン層を用いることが開示され
ている。ここでは、チタンに含有される酸素濃度を、5
×10-5〜5×10-6Torr分圧酸素を含む雰囲気中
でチタンを蒸着したときに得られる酸素濃度としてい
る。この様な濃度にすることでバリアメタル端部に発生
する応力歪に起因してバリアメタルが剥離しないという
効果が得られる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-121955, in which oxygen is dispersed in titanium, proposes a titanium layer containing oxygen having compressive stress in order to alleviate the tensile stress of a material originally having tensile stress. Is disclosed. Here, the oxygen concentration contained in titanium is set to 5
× is the oxygen concentration obtained when depositing titanium in an atmosphere containing 10 -5 ~5 × 10 -6 Torr partial pressure oxygen. With such a concentration, an effect is obtained that the barrier metal does not peel off due to the stress strain generated at the edge of the barrier metal.

【0014】ところが、バンプ寸法が微細になってくる
と、特開昭59−121955号公報に記載されている
方法では、不十分となり、バリアメタル端部におけるバ
リアメタル剥離が発生するという問題があった。これ
は、バンプ寸法の微細化に伴い、バリアメタルも微細に
なり、これまでの様にバリアメタル全体の均一的な引張
応力を緩和するという方法では、バリアメタル剥離の問
題に対応できなくなっていたことが原因である。
However, as the bump dimensions become finer, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-121955 becomes inadequate, and there is a problem that the barrier metal peels off at the edge of the barrier metal. Was. This is because the barrier metal becomes finer as the bump size becomes finer, and the method of relaxing the uniform tensile stress of the entire barrier metal as before can no longer cope with the problem of barrier metal peeling. That is the cause.

【0015】これに対し、例えば特開昭59−1219
55号公報をもとに、チタン層に含有される酸素濃度を
増加させて、圧縮応力を増加させることも考えられる
が、チタン膜中の酸素濃度を増加すると、チタンが必要
以上に酸化され、バンプ電極の接続抵抗が増加されてし
まうため、電気特性上は有効ではない。
On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-1219
No. 55, it is conceivable to increase the oxygen concentration contained in the titanium layer to increase the compressive stress, but if the oxygen concentration in the titanium film is increased, titanium is oxidized more than necessary, Since the connection resistance of the bump electrode is increased, it is not effective in electrical characteristics.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】以上の様に、半導体チ
ップ上に形成されるバンプ電極と、回路配線基板の電極
パッドとを相互接続するフリップチップ実装技術では、
回路配線基板と半導体チップとの熱膨張係数の相異に起
因する応力歪がバンプ電極に集中し、このためにバンプ
電極の破壊及びバリアメタルの剥離が発生していた。こ
の問題は半導体装置の小型化に伴うバンプ電極の微細化
において、特に重要な問題となっていた。
As described above, the flip-chip mounting technique for interconnecting the bump electrodes formed on the semiconductor chip and the electrode pads of the circuit wiring board involves the following.
The stress strain resulting from the difference in the coefficient of thermal expansion between the circuit wiring board and the semiconductor chip is concentrated on the bump electrode, which has caused the destruction of the bump electrode and the separation of the barrier metal. This problem has been particularly important in miniaturization of bump electrodes accompanying miniaturization of semiconductor devices.

【0017】本発明は、上記の問題を鑑みてなされたも
のであり、回路配線基板に半導体チップをバンプ電極に
よりフリップチップ実装する技術を用いた半導体装置に
おいて、半導体チップと回路配線基板の熱膨脹係数の違
いにより発生する応力歪みを緩和し、バンプ電極の破壊
及びバリアメタルの剥離を防ぐことにより、半導体チッ
プと回路配線基板の接続信頼性寿命を向上し、かつ回路
配線基板、半導体チップ及びバンプ電極の微細化にも十
分対応し得る半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in consideration of a thermal expansion coefficient of a semiconductor chip and a circuit wiring board in a semiconductor device using a technique of flip-chip mounting a semiconductor chip on a circuit wiring board using bump electrodes. By reducing the stress distortion caused by the difference, preventing the destruction of the bump electrode and the separation of the barrier metal, the connection reliability life between the semiconductor chip and the circuit wiring board is improved, and the circuit wiring board, the semiconductor chip and the bump electrode are improved. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which can sufficiently cope with miniaturization of semiconductor devices.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1
に、半導体チップと、該半導体チップ上に設けられたボ
ンディングパッドと、及び該ボンディングパッド上に形
成され、少なくともその周縁領域にその内側の領域より
も高濃度の酸素が含まれる第1の金属層、及び該第1の
金属層上に突出形成された第2の金属層からなるバンプ
電極とを含むことを特徴とする半導体装置が提供され
る。
According to the present invention, there is provided:
A semiconductor chip, a bonding pad provided on the semiconductor chip, and a first metal layer formed on the bonding pad, wherein at least a peripheral region of the first metal layer contains a higher concentration of oxygen than an inner region thereof And a bump electrode made of a second metal layer protrudingly formed on the first metal layer.

【0019】本発明によれば、第2に、半導体チップ
と、該半導体チップ上に設けられたボンディングパッド
と、及び該ボンディングパッド上に形成され、少なくと
もその周縁領域にその内側の領域よりも高濃度の酸素が
含まれ、チタン、タングステン、及びクロムからなる群
から選択される少なくとも1種の金属を主成分とする第
1の金属層、及び該第1の金属層上に突出形成された第
2の金属層からなるバンプ電極とを含むことを特徴とす
る半導体装置が提供される。
According to the present invention, secondly, a semiconductor chip, a bonding pad provided on the semiconductor chip, and a bonding pad formed on the bonding pad and having at least a peripheral area higher than an inner area thereof. A first metal layer containing oxygen at a concentration and containing at least one metal selected from the group consisting of titanium, tungsten, and chromium as a main component, and a first metal layer protruding on the first metal layer. And a bump electrode made of two metal layers.

【0020】本発明においては、好ましくは、第1の金
属層と前記2の金属層との間に、はんだと濡れ性の良好
な第3の金属層をさらに設けることができる。本発明に
おいては、好ましくは、第3の金属層は、ニッケル、
銅、パラジウム、金、クロム、モリブデン、ルテニウ
ム、及びこれらの合金からなる群から選択される少なく
とも1種を含む。
In the present invention, preferably, a third metal layer having good wettability with solder can be further provided between the first metal layer and the second metal layer. In the present invention, preferably, the third metal layer is nickel,
It contains at least one selected from the group consisting of copper, palladium, gold, chromium, molybdenum, ruthenium, and alloys thereof.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明者らは、半導体チップのボ
ンディングパッド上に形成するバンプ電極のバリアメタ
ル構成の改良を行なった。本発明の第1の観点によれ
ば、ボンディングパッド上に薄膜金属群からなる第1金
属層と、第1金属層上に回路配線基板と電気的接続を行
う第2金属層とからなるバンプ電極を有する半導体チッ
プにおいて、第1金属層の内側よりも、周縁部に酸素が
高濃度に含まれている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present inventors have improved a barrier metal structure of a bump electrode formed on a bonding pad of a semiconductor chip. According to a first aspect of the present invention, a bump electrode including a first metal layer composed of a group of thin-film metals on a bonding pad and a second metal layer electrically connected to a circuit wiring board on the first metal layer In the semiconductor chip having the above, oxygen is contained at a higher concentration in the peripheral portion than in the first metal layer.

【0022】このため、第1の観点にかかる半導体装置
では、バリアメタル端部における応力歪が効果的に緩和
され剥離を防止することができる。また、本発明の半導
体装置では、バリアメタル周辺部のみの酸素濃度を高く
しており、バリアメタル全体の酸素濃度を高くしていな
いため、バンプ部分の接続抵抗はこれまでと比較して増
加することなく、低抵抗な値でフリップチップ実装する
ことが可能になる。
For this reason, in the semiconductor device according to the first aspect, the stress strain at the edge of the barrier metal can be effectively alleviated, and peeling can be prevented. Further, in the semiconductor device of the present invention, the oxygen concentration only in the peripheral portion of the barrier metal is increased, and the oxygen concentration in the entire barrier metal is not increased, so that the connection resistance of the bump portion is increased as compared with the past. Thus, flip-chip mounting can be performed with a low resistance value.

【0023】詳しく述べると、酸素が含有されない場合
は本来的には引張応力を有する薄膜金属に、圧縮応力を
有する酸素が含有された薄膜金属を用いることで、バリ
アメタル端部における応力歪が緩和される。特に、バリ
アメタル外周的のみに酸素が高濃度分散されている構造
となっていることにより、ボンディングパッド端部を被
覆するパッシベーション膜上のみに抵抗率の高い金属が
多く積層され、ボンディングパッド上には積層されない
構造となっているため、接続抵抗は増加することなく低
抵抗で接続可能となっている。
More specifically, when oxygen is not contained, the stress strain at the edge of the barrier metal is relaxed by using a thin film metal containing oxygen having a compressive stress as the thin film metal originally having a tensile stress. Is done. In particular, due to the structure in which oxygen is dispersed at a high concentration only on the outer periphery of the barrier metal, many metals having high resistivity are stacked only on the passivation film covering the bonding pad edge, and the bonding pad is formed on the bonding pad. Has a structure that is not laminated, so that connection can be made with a low resistance without increasing the connection resistance.

【0024】尚、本発明では、第1の金属層のボンディ
ングパッドと接する金属膜として、チタン、タングステ
ン、あるいクロムを主成分とした金属膜が好ましく用い
られる。これらの金属を用いた場合には、その効果が他
の金属と比較して著しく向上する。
In the present invention, a metal film containing titanium, tungsten, or chromium as a main component is preferably used as the metal film in contact with the bonding pad of the first metal layer. When these metals are used, the effect is significantly improved as compared with other metals.

【0025】更に、第1の金属層において、酸素が高濃
度に分散配置される面積領域は、形成する金属層の全体
の外形寸法から求められる面積領域に対して50%以下
の値を有することが好ましい。
Further, in the first metal layer, the area in which oxygen is dispersed and arranged at a high concentration has a value of 50% or less with respect to the area determined from the entire outer dimensions of the metal layer to be formed. Is preferred.

【0026】また、含有される酸素濃度は5×10-5
5×10-6Torrの真空度で形成されるときの濃度以
上の酸素濃度であることが好ましい。このとき、本発明
の効果は著しく向上して、これまでの問題を容易に解決
することが可能になる。
The concentration of oxygen contained is 5 × 10 -5 ~
It is preferable that the oxygen concentration is equal to or higher than the concentration when formed at a degree of vacuum of 5 × 10 −6 Torr. At this time, the effect of the present invention is remarkably improved, and the problems so far can be easily solved.

【0027】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明に係る半導体装置の一部を表す
概略断面図である。図1に示すように、本発明の半導体
装置は、半導体チップ1上に設けられたボンディングパ
ッド5と、ボンディングパッド5の接続部を除くボンデ
ィングパッド5の周縁部及び半導体チップ1表面上に被
覆形成されたパッシベーション膜6と、ボンディングパ
ッド5上に設けられ、バリアメタル層としての役割を果
たす例えばチタンからなる第1の金属層3、第1の金属
層3上に設けられ、はんだ金属とぬれ性のよい金属から
なる第3の金属層4、及び第3の金属層4上に突出形成
された第2の金属層からなるバンプ電極2を有する。こ
の半導体装置の第1の金属層3では、図中、符号aで表
される内側の領域よりも、符号bで表される周縁部の領
域の方が、高濃度の酸素を含む。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a part of a semiconductor device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present invention has a bonding pad 5 provided on a semiconductor chip 1 and a coating formed on a peripheral portion of the bonding pad 5 excluding a connection portion of the bonding pad 5 and on a surface of the semiconductor chip 1. A first metal layer 3 made of, for example, titanium, which is provided on the passivation film 6 and the bonding pad 5 and serves as a barrier metal layer, and is provided on the first metal layer 3, and has a wettability with solder metal. A third metal layer 4 made of a good metal, and a bump electrode 2 made of a second metal layer protruding from the third metal layer 4. In the first metal layer 3 of the semiconductor device, the peripheral region indicated by the reference numeral b contains oxygen at a higher concentration than the inner region indicated by the reference numeral a in the figure.

【0028】図2は、上述の内側の領域と周縁部の領域
とを説明するための図であって、図1を上から透視して
見た様子を示す。図2に示すように、第1の金属層3の
うち、一点鎖線で囲まれた領域aよりもその外側の領域
bは、高濃度の酸素を含む。
FIG. 2 is a diagram for explaining the inner region and the peripheral region described above, and shows a state in which FIG. 1 is seen through from above. As shown in FIG. 2, a region b of the first metal layer 3 outside the region a surrounded by a dashed line contains a high concentration of oxygen.

【0029】図3及び図4は、図1に示すバンプ電極を
有する半導体チップを配線基板に実装した様子を示す図
である。図3に示すように、半導体チップ1は、図1に
示すような構成により複数のボンディングパッド5上に
接続されたバンプ電極2を有し、このバンプ電極を介し
て、配線基板11上に形成された複数の端子電極13と
接続されている。配線基板11表面のうち、端子電極1
3を除く領域と、端子電極13の周縁部は、ソルダーレ
ジスト膜12で被覆されている。
FIGS. 3 and 4 are views showing a state in which the semiconductor chip having the bump electrodes shown in FIG. 1 is mounted on a wiring board. As shown in FIG. 3, the semiconductor chip 1 has bump electrodes 2 connected on a plurality of bonding pads 5 by the configuration shown in FIG. 1, and is formed on a wiring board 11 via the bump electrodes. Are connected to the plurality of terminal electrodes 13. The terminal electrode 1 on the surface of the wiring board 11
3 and the peripheral edge of the terminal electrode 13 are covered with the solder resist film 12.

【0030】図4に示すように、図3の半導体チップ1
と配線基板11との間隙には、封止樹脂14を封入する
ことができる。封止樹脂14を用いることにより、半導
体チップ1と配線基板11との熱膨張係数の相違に起因
する応力歪みがバンプ電極及びバリアメタルに集中する
現象を緩和することができる。
As shown in FIG. 4, the semiconductor chip 1 of FIG.
A sealing resin 14 can be sealed in the gap between the wiring board 11 and the wiring board 11. By using the sealing resin 14, it is possible to reduce a phenomenon in which stress distortion caused by a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip 1 and the wiring board 11 is concentrated on the bump electrode and the barrier metal.

【0031】本発明によるバンプ電極を備えた半導体装
置は下記図5ないし図11、図13ないし図15、及び
図20ないし図23に示す工程により実施される。図5
に示すように、先ず、半導体チップ1上にボンディング
パッド5が形成され、50μm×50μmのボンディン
グパッド5の1部分を除いて例えばPSG(リン・シリ
カ・ガラス)またはSiN(窒化シリコン)から構成さ
れるパッシベーション膜6が形成されている半導体装置
ウェハーを用意し、その表面に、バリアメタルとなる第
1の金属層3として例えばTiを1000オングストロ
ームの膜厚で全面に形成する。
A semiconductor device having a bump electrode according to the present invention is implemented by the steps shown in FIGS. 5 to 11, 13 to 15, and 20 to 23 described below. FIG.
As shown in FIG. 1, first, a bonding pad 5 is formed on a semiconductor chip 1 and is made of, for example, PSG (phosphorus silica glass) or SiN (silicon nitride) except for a part of the bonding pad 5 of 50 μm × 50 μm. A semiconductor device wafer on which a passivation film 6 is formed is prepared, and, for example, Ti is formed on the entire surface as a first metal layer 3 serving as a barrier metal to a thickness of 1000 Å.

【0032】チタン膜3は、5×10-5〜5×10-6
orr分圧よりも低い真空の酸素または水蒸気の存在で
形成される真空度よりも低い真空度で形成する。この真
空度でチタン膜を形成することにより、本来的には引張
応力を有するチタン膜は圧縮応力を有する特性を示す。
The titanium film 3 has a thickness of 5 × 10 −5 to 5 × 10 −6 T
The film is formed at a vacuum lower than the vacuum formed by the presence of oxygen or water vapor at a vacuum lower than the orr partial pressure. By forming a titanium film at this degree of vacuum, a titanium film that originally has a tensile stress exhibits a property of having a compressive stress.

【0033】尚、純粋な酸素、水蒸気、酸素+窒素、酸
素+ヘリウム、酸素+アルゴンなどの特に限定されない
混合ガス下でチタン膜を形成することも可能である。チ
タン膜3が上記の条件下で蒸着されたとき、チタン膜3
の表面には酸素分子が吸着する。チタン膜3中における
酸素の格子溶解度は他の金属に比較して比較的高いた
め、酸素はチタン膜3中に侵入してチタン膜3中に圧縮
応力を生じさせる。尚、チタン膜3中への酸素分子の拡
散を増加させるためには、約100〜300℃の温度範
囲でチタン膜3を堆積させることが好ましい。
It is also possible to form a titanium film under a mixed gas such as pure oxygen, water vapor, oxygen + nitrogen, oxygen + helium, oxygen + argon, etc. When the titanium film 3 is deposited under the above conditions, the titanium film 3
Oxygen molecules are adsorbed on the surface of. Since the lattice solubility of oxygen in the titanium film 3 is relatively high as compared with other metals, oxygen penetrates into the titanium film 3 to generate a compressive stress in the titanium film 3. In order to increase the diffusion of oxygen molecules into the titanium film 3, it is preferable to deposit the titanium film 3 in a temperature range of about 100 to 300 ° C.

【0034】また、第1の金属層としてチタンの他、タ
ングステン、あるいはクロム等を好ましく用いることが
できる。次いで、ポジ型レジストOFPR−800(東
京応化社製)をスピンコート法により全面に形成し、レ
ジスト層を得る。さらに、ボンディングパッド5を中心
に40μm×40μmの開口を有するパターンを有する
図示しないガラスマスクを用いて露光後、現像液NMD
−3(東京応化社製)を用いて、図6に示すように、チ
タン膜3上にボンディングパッド5を中心にした40μ
m×40μmの大きさの開口を有するレジストパターン
21を形成する。
As the first metal layer, tungsten, chromium or the like can be preferably used in addition to titanium. Next, a positive resist OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is formed on the entire surface by spin coating to obtain a resist layer. Further, after exposing using a glass mask (not shown) having a pattern having an opening of 40 μm × 40 μm around the bonding pad 5, the developing solution NMD
-3 (manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.), as shown in FIG.
A resist pattern 21 having an opening having a size of m × 40 μm is formed.

【0035】その後、図7に示すように、この様なパタ
ーンが形成されたウェハーを、例えばN2 /H2 =7/
3から構成される350℃のフォーミングガス雰囲気2
2中に配置して、レジストパターン21から露出してい
るチタン膜部分27を還元して、ボンディングパッド5
中央部に対応するチタン膜3中の酸素濃度を低下させ
る。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the wafer on which such a pattern is formed is, for example, N 2 / H 2 = 7 /
350 ° C. forming gas atmosphere 2 composed of 3
2, the titanium film portion 27 exposed from the resist pattern 21 is reduced, and the bonding pad 5
The oxygen concentration in the titanium film 3 corresponding to the center is reduced.

【0036】続いて、図8に示すように、ウェハー上の
レジスト膜を、例えばアセトンを用いて溶解除去させ
る。尚、このレジスト膜除去には、剥離−10(東京応
化社製)を用いることも可能である。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the resist film on the wafer is dissolved and removed using, for example, acetone. For removing the resist film, it is also possible to use Peeling-10 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.).

【0037】次いで、図9に示すように、レジスト膜が
除去されたウエハ表面に、第3の金属層として、例えば
Cu膜4を1μm全面形成する。この全面に形成するC
u膜4の膜厚は、特に限定されるものではないが、チタ
ン膜厚との比で、Cu膜厚/チタン膜厚=1〜10の値
を有する範囲であれば特に問題ない。ただし、このCu
薄膜は、後に第2金属層として突出形成されるべきはん
だを電気めっきに供する場合のカソードメタルとなるた
め、ウェハー系が8インチを超える大口径の場合は、チ
タン膜厚との比が5〜10の値を有する範囲であること
が好ましい。
Next, as shown in FIG. 9, on the wafer surface from which the resist film has been removed, for example, a Cu film 4 of 1 μm is formed as a third metal layer over the entire surface. C formed on the entire surface
The thickness of the u film 4 is not particularly limited, but there is no particular problem as long as the ratio with the thickness of the titanium has a value of Cu film thickness / titanium film thickness = 1 to 10. However, this Cu
Since the thin film serves as a cathode metal when the solder to be formed later as the second metal layer is subjected to electroplating, when the wafer system has a large diameter exceeding 8 inches, the ratio with the titanium film thickness is 5 to 5. Preferably, the range has a value of 10.

【0038】次いで、図10に示すように、厚膜レジス
トAZ4903(ヘキストジャパン社製)をスピンコー
ト法により、膜厚100μm厚のレジスト膜23を形成
し、露光/現像により、50μm平方のボンディングパ
ッド5よりも1辺が30μm大きい寸法を有する80μ
m×80μmの開口部24を、Cu/Ti上のレジスト
膜23に形成する。露光は、レジスト膜23の厚みが厚
くても、充分な量の露光エネルギーを照射して、現像は
AZ400Kデベロッパー(ヘキストジャパン社製)に
より行う。レジスト面の薄膜金属と接する部分の角度調
整は、例えば13th IEEE/IEMT Symp
osium pp288、1992に記載されているよ
うに、露光エネルギー及びレジスト面とガラスマスクと
の距離、及び現像液の濃度を調整することにより制御す
る。
Then, as shown in FIG. 10, a thick resist AZ4903 (manufactured by Hoechst Japan Co., Ltd.) is formed by spin coating to form a resist film 23 having a thickness of 100 μm. 80 μm having a size that is 30 μm larger on one side than 5 μm
An opening 24 of mx80 μm is formed in the resist film 23 on Cu / Ti. The exposure is performed by irradiating a sufficient amount of exposure energy even if the thickness of the resist film 23 is large, and the development is performed by an AZ400K developer (manufactured by Hoechst Japan). The angle adjustment of the portion of the resist surface in contact with the thin-film metal is performed, for example, by using the 13th IEEE / IEMT Symp.
As described in Osium pp 288, 1992, the control is performed by adjusting the exposure energy, the distance between the resist surface and the glass mask, and the concentration of the developing solution.

【0039】こうして、ボンディングパッドに対応する
部分に開口24が設けられたレジスト膜23を有するシ
リコンウェハーを、下記の溶液からなるスルホン酸はん
だメッキ液に浸漬し、Cu/Tiを陰極としてメッキ液
に対応する組成の例えば高純度共晶はんだ板を陽極とし
て電気メッキを行う。電流密度は1〜4(A/dm2
で行い、図11に示すように、浴温度25℃で緩やかに
攪拌しながら、第2の金属層としてはんだ組成(Pb/
Sn)が共晶組成にほぼ等しい、あるいはPb側または
Sn側にわずかに移行した組成のはんだ合金からなるメ
ッキ金属層をCu上に70μm析出させる。
Thus, the silicon wafer having the resist film 23 provided with the opening 24 at a portion corresponding to the bonding pad is immersed in a sulfonic acid solder plating solution comprising the following solution, and the Cu / Ti is used as a cathode to form a plating solution. Electroplating is performed using, for example, a high-purity eutectic solder plate having a corresponding composition as an anode. Current density is 1 to 4 (A / dm 2 )
As shown in FIG. 11, the solder composition (Pb / Pb /
A plating metal layer made of a solder alloy having a composition whose Sn) is substantially equal to the eutectic composition or slightly shifted to the Pb side or the Sn side is deposited on Cu by 70 μm.

【0040】図12に電気メッキ工程で使用する電気メ
ッキ装置の概略断面図を示す。図示するように、この装
置は、カップ型のメッキ処理槽を有するメッキ装置本体
50と、メッキ処理槽の周壁上部に設けられたアノード
電極55及びカソード電極54と、メッキ処理槽の下部
に設けられ、アノード電極55に接続された複数の開孔
をもつアノード板51とを有する。
FIG. 12 is a schematic sectional view of an electroplating apparatus used in the electroplating step. As shown in the figure, this apparatus is provided with a plating apparatus main body 50 having a cup-type plating tank, an anode electrode 55 and a cathode electrode 54 provided on the upper peripheral wall of the plating tank, and provided below the plating tank. And an anode plate 51 having a plurality of apertures connected to the anode electrode 55.

【0041】駆動電源に接続されたアノードピン52、
カソードピン53を、各々、アノード電極55、カソー
ド電極54に接触することにより、所定の電圧が印加さ
れる。メッキに供される基板100は、メッキ処理槽上
部に、アノード板51と対向して、その主面101を下
方にして配置され、カソード電極54と接続される。
An anode pin 52 connected to a driving power source,
A predetermined voltage is applied by bringing the cathode pin 53 into contact with the anode electrode 55 and the cathode electrode 54, respectively. The substrate 100 to be subjected to plating is disposed above the plating tank, facing the anode plate 51 with its main surface 101 downward, and connected to the cathode electrode 54.

【0042】メッキ液は、メッキ処理槽底部の導入口6
8から導入され、アノード板51の開孔70を通ってカ
ソード電極54と接続された基板100に向かって流
れ、基板100上でメッキ処理が行なわれ、メッキ金属
が析出される。その後、メッキ処理後の廃液は、メッキ
処理槽周壁上部に設けられた図示しない排出口から排出
される。
The plating solution is supplied to the inlet 6 at the bottom of the plating tank.
8, flows toward the substrate 100 connected to the cathode electrode 54 through the opening 70 of the anode plate 51, plating is performed on the substrate 100, and plating metal is deposited. Thereafter, the waste liquid after the plating treatment is discharged from a discharge port (not shown) provided at the upper part of the peripheral wall of the plating bath.

【0043】このような装置を用いることにより、膜厚
の均一な電気メッキ金属層が得られる。使用されるメッ
キ液の組成の一例を以下に示す。
By using such an apparatus, an electroplated metal layer having a uniform thickness can be obtained. An example of the composition of the plating solution used is shown below.

【0044】 スルホン酸はんだメッキ液の組成 錫イオン(Sn2+) 12 容量% 鉛イオン(Pb2+) 30 容量% 脂肪族スルホン酸 41 容量% ノニオン系界面活性剤 5 容量% カチオン系界面活性剤 5 容量% イソプロピルアルコール 7 容量% 以上の様にして、はんだ合金が半導体装置のボンディン
グパッド5上に電気メッキされた半導体ウェハーをアセ
トン溶液に浸漬して、ウェハー上のレジストAZ490
3を溶解除去する。
Composition of Sulfonic Acid Solder Plating Solution Tin ion (Sn 2+ ) 12 vol% Lead ion (Pb 2+ ) 30 vol% Aliphatic sulfonic acid 41 vol% Nonionic surfactant 5 vol% Cationic surfactant 5% by volume Isopropyl alcohol 7% by volume As described above, the semiconductor wafer on which the solder alloy has been electroplated on the bonding pad 5 of the semiconductor device is immersed in an acetone solution to form a resist AZ490 on the wafer.
3 is dissolved away.

【0045】次に、はんだ合金メッキ金属層が形成され
ている半導体ウェハー上に、例えば画像反転型レジスト
AZ5214E(ヘキストジャパン社製)の粘度調整を
行った溶液をスピンコートして、エッチングレジスト膜
26を形成する。粘度調整はメッキされる金属層の厚さ
が厚い場合でもエッチングを精度良く行うために高粘度
にする。このときのレジスト膜26は、メッキ金属層の
表面形状に対応して形成される。レジスト膜厚は、メッ
キ金属層上で10μm、バンプ金属が形成されていない
部分で55μmであった。
Next, on a semiconductor wafer on which a solder alloy plating metal layer is formed, for example, a solution of which image inversion type resist AZ5214E (manufactured by Hoechst Japan Co., Ltd.) is adjusted in viscosity is spin-coated, and an etching resist film 26 is formed. To form The viscosity is adjusted to be high in order to perform etching with high accuracy even when the thickness of the metal layer to be plated is large. At this time, the resist film 26 is formed corresponding to the surface shape of the plating metal layer. The resist film thickness was 10 μm on the plating metal layer, and 55 μm in the portion where no bump metal was formed.

【0046】次いで、バンプ電極寸法の80μmよりも
開口寸法が4μm大きい、1辺84μmの開口パターン
を有するガラスマスクを必要位置に位置合わせした後に
露光を行う。露光は露光エネルギー2000mJ/cm
2 で行い、露光後150℃でウェハーをホットプレート
上でベークする。次に、ベークしたウェハーを現像液に
浸漬して現像する。
Next, exposure is performed after a glass mask having an opening pattern of 84 μm on one side having an opening size of 4 μm larger than the bump electrode size of 80 μm is positioned at a required position. Exposure is 2000 mJ / cm of exposure energy
Carried out in 2, baking the wafer on a hot plate at 0.99 ° C. after exposure. Next, the baked wafer is immersed in a developer and developed.

【0047】以上の工程を行うことで、図13に示すよ
うに、エッチングレジスト26がバンプ金属上のみに選
択的に形成される。尚、本実施例では画像反転型レジス
トを用いたが、第1の金属層または第2金属層の側面部
分までレジスト形成が可能なアスペクト比形状では、ポ
ジ型レジストOFPR−800(東京応化社製)、また
はネガ型レジストOMR−85(東京応化社製)を用い
ることも可能である。
By performing the above steps, an etching resist 26 is selectively formed only on the bump metal as shown in FIG. Although the image inversion type resist is used in this embodiment, a positive type resist OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) having an aspect ratio shape capable of forming a resist up to the side surface of the first metal layer or the second metal layer is used. ) Or a negative resist OMR-85 (manufactured by Tokyo Ohkasha) can be used.

【0048】次いで、過硫酸アンモニウム、硫酸、エタ
ノールから構成される混合溶液、またはクエン酸、過酸
化水素水、界面活性剤から構成される混合溶液で銅の必
要部分をエッチング除去後、アンモニア、エチレンジア
ミン4酢酸、過酸化水素水から構成される混合溶液でチ
タンの必要部分をエッチング除去し、その後、被覆した
エッチングレジスト26をアセトンを用いて溶解除去、
図14に示すように、柱状のバンプ金属25が得られ
る。
Next, a necessary portion of copper is removed by etching with a mixed solution composed of ammonium persulfate, sulfuric acid, and ethanol, or a mixed solution composed of citric acid, hydrogen peroxide, and a surfactant. A necessary portion of titanium is removed by etching with a mixed solution composed of acetic acid and hydrogen peroxide, and then the coated etching resist 26 is dissolved and removed using acetone.
As shown in FIG. 14, a columnar bump metal 25 is obtained.

【0049】尚、エッチングレジストは必ずしも必要で
はなく、第2金属層として形成するバンプ金属材料との
選択エッチングが可能な場合は、第2金属自体をマスク
としてカソードメタルをエッチングすることも可能であ
る。
Note that an etching resist is not always necessary, and if selective etching with the bump metal material formed as the second metal layer is possible, the cathode metal can be etched using the second metal itself as a mask. .

【0050】例えば、本実施例において記載したCu/
Tiカソードメタルを上記のエッチング液でエッチング
する場合は、はんだとCu/Tiの選択比がNi/Ti
などと比較して高いため、エッチングレジストは必ずし
も必要ではない。
For example, Cu /
When etching the Ti cathode metal with the above-mentioned etching solution, the selectivity of solder and Cu / Ti is Ni / Ti.
However, the etching resist is not necessarily required because it is higher than the above.

【0051】Cu/Tiは、バンプ電極を電気メッキで
形成後、必要部分をエッチングすることで最終的にはバ
ンプ電極のバリアメタルとなっている。薄膜金属はCu
/Tiに限定する必要はないが、説明のためCu/Ti
とした。このチタン膜上に形成する金属は、例えばニッ
ケル、銅、パラジウム、モリブデン、ルテニウムから選
択される金属、またはこれらの合金から選択される少な
くとも1種であることが好ましい。更に、ウェハーはシ
リコンが好ましく用いられるが他の材料例えばガリウム
砒素、サファイア、ガラスエポキシ、アルミナセラミッ
ク、及び窒化アルミニウム等を用いることも可能であ
る。
Cu / Ti is finally formed as a barrier metal of the bump electrode by forming a bump electrode by electroplating and then etching a necessary portion. Thin film metal is Cu
It is not necessary to limit to Cu / Ti, but Cu / Ti
And The metal formed on the titanium film is preferably, for example, at least one selected from nickel, copper, palladium, molybdenum, ruthenium, or an alloy thereof. Further, silicon is preferably used for the wafer, but other materials such as gallium arsenide, sapphire, glass epoxy, alumina ceramic, and aluminum nitride can also be used.

【0052】次いで、はんだ合金が形成されたウェハー
を窒素雰囲気で250℃に加熱して、はんだを溶融す
る。この様に加熱処理することで、図15に示すよう
に、バンプ電極を球状にすると共に、バリアメタルとの
密着性を向上させ、信頼性の高いバンプ電極を形成す
る。
Next, the wafer on which the solder alloy has been formed is heated to 250 ° C. in a nitrogen atmosphere to melt the solder. By performing the heat treatment in this manner, as shown in FIG. 15, the bump electrode is made spherical, the adhesion to the barrier metal is improved, and a highly reliable bump electrode is formed.

【0053】以上の工程を行うことにより、ボンディン
グパッド上にバリアメタルの周辺部のみ選択的に含有酸
素濃度が高い構造を有する径100μmのバンプ電極が
形成された。
By performing the above steps, a bump electrode having a diameter of 100 μm and having a structure having a high oxygen concentration is selectively formed only on the peripheral portion of the barrier metal on the bonding pad.

【0054】尚、はんだ合金と濡れ性の高い金属は電気
メッキ法を用いて形成することも可能である。この場合
のカソードメタル材料は、酸素濃度が選択的に変化して
いるチタン膜を用いることが可能であるが、本実施例で
の記載の様にCu/Tiをカソードメタルとして形成す
ることが好ましい。
The solder alloy and the metal having high wettability can be formed by using an electroplating method. In this case, as the cathode metal material, a titanium film in which the oxygen concentration is selectively changed can be used, but it is preferable to form Cu / Ti as the cathode metal as described in the present embodiment. .

【0055】電気メッキ法を用いた場合のはんだと濡れ
性の高いCuは下記の様に形成する。ボンディングパッ
ドに対応する部分のレジスト膜が開口されているシリコ
ンウェハーを、下記の溶液からなる硫酸銅メッキ液に浸
漬して、浴温度25℃でCu/Tiを陰極として、リン
含有(0.03〜0.08重量%)高純度銅板を陽極と
して、電流密度1〜5(A/dm2 )で緩やかに攪拌し
ながら銅を30μm電気メッキで形成する。電気銅メッ
キ工程で使用する電気メッキ装置は図12の概略断面図
に示した通りである。
When the electroplating method is used, Cu having high wettability with solder is formed as follows. The silicon wafer in which the resist film at the portion corresponding to the bonding pad is opened is immersed in a copper sulfate plating solution comprising the following solution, and a phosphorous containing (0.03 Using a high-purity copper plate as an anode, copper is formed by electroplating of 30 μm with gentle stirring at a current density of 1 to 5 (A / dm 2 ). The electroplating apparatus used in the electrocopper plating step is as shown in the schematic sectional view of FIG.

【0056】 硫酸銅5水和物 2オンス/ガロン 硫酸 30オンス/ガロン 塩酸 10 ppm チオキサンテート−S−プロパンスルホン酸 (またはチオキサンテートスルホン酸) 20 ppm ポリエチレングリコール(分子量:400,000) 40 ppm ポリエチレンイミン(分子量:600)と 塩化ベンジルとの反応生成物 2 ppm また、例えばニッケルは下記の様に形成する。Copper sulfate pentahydrate 2 oz / gallon Sulfuric acid 30 oz / gallon Hydrochloric acid 10 ppm Thioxanthate-S-propanesulfonic acid (or thioxanthatesulfonic acid) 20 ppm Polyethylene glycol (molecular weight: 400,000) 40 ppm Reaction product of polyethyleneimine (molecular weight: 600) with benzyl chloride 2 ppm For example, nickel is formed as follows.

【0057】ニッケルメッキは図12に示したものと同
様の電気メッキ装置を用い、ウェハー上に形成されてい
るCu/Ti膜を電気メッキ装置の陰極に接続して、高
純度ニッケル板を陽極として使用することで形成するこ
とができる。電気メッキする条件は、液温55℃で、電
流密度1〜2(A/dm2 )とし、ポンプでニッケルメ
ッキ液を緩やかに攪拌しながら、膜厚30μm程度のニ
ッケルメッキ膜を形成する。
For nickel plating, an electroplating apparatus similar to that shown in FIG. 12 is used, a Cu / Ti film formed on a wafer is connected to a cathode of the electroplating apparatus, and a high-purity nickel plate is used as an anode. It can be formed by using. The electroplating is performed at a liquid temperature of 55 ° C., a current density of 1 to 2 (A / dm 2 ), and a nickel plating film having a thickness of about 30 μm is formed while gently stirring the nickel plating solution with a pump.

【0058】ニッケルメッキ液として下記の溶液を用い
ることができる。 硫酸ニッケル6水和物 300g/リットル 塩化ニッケル6水和物 60g/リットル ホウ酸 50g/リットル サッカリン 500ppm〜5000ppm ホルマリン 1000ppm〜2000ppm この様に、電気メッキ法を用いることにより、カソード
メタルエッチング除去工程を必要としないで、はんだと
濡れ性の良好な金属を堆積できる。
The following solutions can be used as the nickel plating solution. Nickel sulfate hexahydrate 300 g / l Nickel chloride hexahydrate 60 g / l boric acid 50 g / l saccharin 500 ppm-5000 ppm formalin 1000 ppm-2000 ppm Thus, the use of the electroplating method requires a cathode metal etching removal step. , A metal having good wettability with solder can be deposited.

【0059】以上の様にして形成した半導体チップ上の
バンプ電極の密着強度評価を実施したところ、以下の結
果を得た。すなわち、半導体装置の製造方法を説明する
ために用いた、10mm×10mmの半導体チップ上に
Pb/Sn=40/60で構成されるバンプ電極をCu
/Ti上に256個、100μm径で形成したバンプ電
極のシェア強度を測定したところ、本発明によるバンプ
電極では80kg/mm2 の強度を有していた。
When the adhesion strength of the bump electrodes on the semiconductor chip formed as described above was evaluated, the following results were obtained. That is, a bump electrode composed of Pb / Sn = 40/60 was formed on a 10 mm × 10 mm semiconductor chip used for explaining a method of manufacturing a semiconductor device.
When the shear strength of 256 bump electrodes formed with a diameter of 100 μm on / Ti was measured, the bump electrode according to the present invention had a strength of 80 kg / mm 2 .

【0060】従来までの酸素が分散されていない構造で
は40kg/mm2 、酸素濃度が均一に分散された構造
では60kg/mm2 の強度を有してしたことと比較す
ると、本発明による構造では明らかに半導体チップに対
するバンプの接続強度は向上しており、信頼性の高いこ
とが確認された。
Compared with the conventional structure in which oxygen is not dispersed, the structure according to the present invention has a strength of 40 kg / mm 2 , and the structure in which the oxygen concentration is uniformly dispersed has a strength of 60 kg / mm 2. Obviously, the connection strength of the bump to the semiconductor chip has been improved, and it has been confirmed that the reliability is high.

【0061】特に、第1金属層としてチタンを用いた場
合の密着強度はタングステンなどを用いて別途行った評
価結果と比較して約10%程度の高い値を示しており、
チタン膜をバリアメタルの接着金属とすることの有効性
が確認された。
In particular, the adhesion strength when titanium is used as the first metal layer is about 10% higher than the evaluation result separately performed using tungsten or the like.
The effectiveness of using the titanium film as the adhesion metal of the barrier metal was confirmed.

【0062】更に、第1金属層の外形寸法から求められ
る面積に対するチタン膜中の酸素が高濃度に含まれる面
積領域の割合と、圧縮応力との関係、及び面積との割合
と、接続抵抗との関係について測定を行った。その結果
を表すグラフをそれぞれ図16及び図17示す。
Furthermore, the ratio of the area of the titanium film containing oxygen at a high concentration to the area determined from the external dimensions of the first metal layer, the relationship with the compressive stress, the ratio of the area, the connection resistance, The relationship was measured. Graphs showing the results are shown in FIGS. 16 and 17, respectively.

【0063】図16に示すように、圧縮応力は、面積領
域の比の依存せず、約520kg/mm2 の一定値を示
す。また、図17に示すように、この割合が50%以下
のとき、バンプ接続抵抗は約10mΩの一定値を示す
が、面積領域が50%を超えるとき、接続抵抗は面積領
域の増加に伴って、急激に増加する傾向を示す。
As shown in FIG. 16, the compressive stress shows a constant value of about 520 kg / mm 2 irrespective of the area-region ratio. Further, as shown in FIG. 17, when this ratio is 50% or less, the bump connection resistance shows a constant value of about 10 mΩ, but when the area exceeds 50%, the connection resistance increases with the increase of the area. Shows a tendency to increase sharply.

【0064】このような結果から、チタン膜中の酸素が
高濃度に分散配置される領域は第1金属層の外形寸法か
ら求められる面積領域に対して50%以下が好ましいこ
とが確認された。
From these results, it was confirmed that the region where oxygen in the titanium film is dispersed at a high concentration is preferably 50% or less with respect to the area determined from the outer dimensions of the first metal layer.

【0065】また、チタン膜形成時の酸素雰囲気の圧力
と圧縮応力との関係、及び圧力と接続抵抗との関係につ
いて測定を行なった。その結果を表すグラフ図を図18
及び図19に示す。
Further, the relationship between the pressure of the oxygen atmosphere and the compressive stress during the formation of the titanium film and the relationship between the pressure and the connection resistance were measured. FIG. 18 is a graph showing the results.
And FIG.

【0066】これらの図から、5×10-5〜5×10-6
Torrの真空度で形成されるときの濃度以上の酸素濃
度であるとき、チタン膜に残留する圧縮応力は520k
g/mm2 となり、5×10-5〜5×10-6Torr以
下の真空度で形成される場合の350kg/mm2 と比
較して約1.5倍の値を示し、バンプシェア強度が約3
倍向上することが確認された。
From these figures, 5 × 10 −5 to 5 × 10 −6
When the oxygen concentration is equal to or higher than that when formed at a degree of vacuum of Torr, the compressive stress remaining in the titanium film is 520 k
g / mm 2 , which is about 1.5 times the value of 350 kg / mm 2 when formed at a degree of vacuum of 5 × 10 −5 to 5 × 10 −6 Torr or less. About 3
It was confirmed that it improved twice.

【0067】また、接続抵抗は、第1の金属層の外形寸
法から求められる面積に対するチタン膜中の酸素が高濃
度に含まれる面積割合に依存し、面積割合が75%の場
合、グラフ191に示すように、酸素雰囲気濃度の増加
に伴って増加するが、面積割合が50%以下である25
%の場合は、グラフ193に示すように、約10mΩの
一定値を示すことが確認された。これは、面積割合が5
0%以下の場合は、酸素雰囲気分圧に接続抵抗が依存し
ないことを示すものである。
The connection resistance depends on the area ratio of oxygen contained in the titanium film at a high concentration with respect to the area determined from the outer dimensions of the first metal layer. As shown in the figure, the area ratio increases with an increase in the oxygen atmosphere concentration, but the area ratio is 50% or less.
%, A constant value of about 10 mΩ was confirmed as shown in the graph 193. This means that the area ratio is 5
A value of 0% or less indicates that the connection resistance does not depend on the partial pressure of the oxygen atmosphere.

【0068】一方、半導体チップを搭載する回路配線基
板は、例えば米国特許第4811028号公報あるいは
通常のガラスエポキシ基板の様に公知の方法である技術
を用いて形成する。
On the other hand, a circuit wiring board on which a semiconductor chip is mounted is formed by using a known technique such as US Pat. No. 4,811,028 or a normal glass epoxy board.

【0069】例えば図20に示すような、ガラスエポキ
シ基板120上に絶縁層と導体層をビルドアップさせた
方式のプリント基板SLC(Surface Laminar Circuit
)基板11を用意する。回路配線基板11は半導体チ
ップ1のバンプ電極2に対応する接続端子部分13に1
00μm径の開孔が設けられて、Cuが露出している。
基板の端子部分13以外にはソルダーレジスト12が被
覆されている。
For example, as shown in FIG. 20, a printed circuit board SLC (Surface Laminar Circuit) of a system in which an insulating layer and a conductive layer are built up on a glass epoxy substrate 120
) A substrate 11 is prepared. The circuit wiring board 11 has one connection terminal portion 13 corresponding to the bump electrode 2 of the semiconductor chip 1.
A hole having a diameter of 00 μm is provided, and Cu is exposed.
A portion other than the terminal portion 13 of the substrate is covered with the solder resist 12.

【0070】次いで、図示しない公知の技術であるハー
フミラーを有する位置合わせを行うためのフリップチッ
プホルダー31を用いて、図21に示すように、半導体
チップ1と回路配線基板11の位置合わせを行い、バン
プ電極2と回路配線基板11との接続端子13を電気
的、機械的に接触させる。このとき、回路配線基板11
は、加熱機構を有するステージ32上に保持されて、P
b/Sn=40/60の融点よりも高い200℃に窒素
雰囲気中で予備加熱されている。
Next, as shown in FIG. 21, the semiconductor chip 1 and the circuit wiring board 11 are aligned using a flip chip holder 31 having a half mirror, which is a known technique (not shown). Then, the connection terminals 13 between the bump electrodes 2 and the circuit wiring board 11 are brought into electrical and mechanical contact. At this time, the circuit wiring board 11
Is held on a stage 32 having a heating mechanism, and P
It is preheated in a nitrogen atmosphere to 200 ° C. higher than the melting point of b / Sn = 40/60.

【0071】さらに、半導体チップ1と回路配線基板1
1が接触された状態で半導体チップ1を保持するコレッ
ト31を、基板11を搭載するステージ32と同じ温度
200℃に窒素雰囲気中で加熱して、バンプ電極2を溶
融することで、半導体チップ1と回路配線基板11の電
極13とを電気的、機械的に仮接続させる。
Further, the semiconductor chip 1 and the circuit wiring board 1
By heating the collet 31 holding the semiconductor chip 1 in a state where the semiconductor chip 1 is in contact with the stage 32 on which the substrate 11 is mounted, the bump electrode 2 is melted by heating the bump electrode 2 at the same temperature of 200 ° C. in a nitrogen atmosphere. And the electrode 13 of the circuit wiring board 11 are electrically and mechanically temporarily connected.

【0072】最後に窒素雰囲気を有する250℃に加熱
されたリフロー炉中に、半導体チップを搭載した回路配
線基板を通過させることで、電気的、機械的接続を実現
させる。図22に示すように、このとき、はんだ表面張
力によりセルフアライン効果が発生し、マウント時に発
生した多少の位置ずれは修正され、正確な位置にボンデ
ィングが可能になる。
Finally, electrical and mechanical connection is realized by passing the circuit wiring board on which the semiconductor chip is mounted in a reflow furnace heated to 250 ° C. in a nitrogen atmosphere. As shown in FIG. 22, at this time, a self-alignment effect occurs due to the solder surface tension, and a slight displacement generated at the time of mounting is corrected, so that bonding can be performed at an accurate position.

【0073】尚、図23に示すように、必要に応じてフ
リップチップ実装した半導体装置1と回路配線基板11
が作る隙間の部分に公知の技術である、封止樹脂14を
配置することも可能である。
As shown in FIG. 23, the semiconductor device 1 and the circuit wiring board 11 which are flip-chip mounted as required.
It is also possible to dispose a sealing resin 14, which is a known technique, in the gap created by the sealing resin.

【0074】封止する樹脂として、例えば、ビスフェノ
ール系エポキシとイミダゾール硬化触媒、酸無水物硬化
剤と球状の石英フィラを重量比で45重量%含有するエ
ポキシ樹脂を用いることができる。
As a resin to be sealed, for example, an epoxy resin containing a bisphenol-based epoxy, an imidazole curing catalyst, an acid anhydride curing agent and a spherical quartz filler in a weight ratio of 45% by weight can be used.

【0075】また、例えばクレゾールノボラックタイプ
のエポキシ樹脂(ECON−195XL;住友化学社
製)100重量部、硬化剤としてのフェノール樹脂54
重量部、充填剤として溶熔シリカ100重量部、触媒と
してベンジルメチルアミン0.5重量部、その他の添加
剤としてカーボンブラック3重量部、シランカップリン
グ剤3重量部を粉砕、混合、溶熔したエポキシ樹脂溶融
体を用いることも可能であり、その材質は特に限定され
ない。
Also, for example, 100 parts by weight of a cresol novolac type epoxy resin (ECON-195XL; manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), a phenol resin 54 as a curing agent
100 parts by weight of fused silica as a filler, 0.5 parts by weight of benzylmethylamine as a catalyst, 3 parts by weight of carbon black and 3 parts by weight of a silane coupling agent as other additives were pulverized, mixed and melted. It is also possible to use an epoxy resin melt, and its material is not particularly limited.

【0076】以上に示した工程を行うことにより、図4
に示す半導体装置を実現することができる。ここで、以
上の様にして形成した本発明による半導体装置の接続信
頼性を調べた。
By performing the steps described above, FIG.
Can be realized. Here, the connection reliability of the semiconductor device according to the present invention formed as described above was examined.

【0077】半導体装置の製造方法を説明するため用い
た10mm×10mmの半導体チップの主面にPb/S
n=40/60接続電極を256個、100μm径で形
成して、回路配線基板に実装した試料を用いて信頼性を
評価した。
A Pb / S is applied to the main surface of a 10 mm × 10 mm semiconductor chip used for explaining the method of manufacturing a semiconductor device.
The reliability was evaluated using a sample in which 256 n = 40/60 connection electrodes were formed with a diameter of 100 μm and mounted on a circuit wiring board.

【0078】256ピンの中で1箇所でも接続がオープ
ンになった場合を不良にして、縦軸に累積不良率、横軸
に温度サイクルを示した。サンプル数は1000個、温
度サイクル試験の条件は(−55℃(30min)〜2
5℃(5min)〜125℃(30min)〜25℃
(5min))で行った。試験結果を表すグラフを図2
4に示す。
A case where the connection was opened at even one of the 256 pins was regarded as defective, and the vertical axis shows the cumulative failure rate and the horizontal axis shows the temperature cycle. The number of samples is 1000, and the conditions of the temperature cycle test are (-55 ° C (30 min) to 2
5 ° C (5min)-125 ° C (30min)-25 ° C
(5 min)). Fig. 2 shows a graph showing the test results.
It is shown in FIG.

【0079】なお、図中、241は、酸素を含まないチ
タン層、242は、酸素を含ませたチタン層、243
は、本発明にかかるチタン層の結果を表すグラフであ
る。バリアメタルに酸素が分散されていない構造を有す
る半導体装置は、1500サイクルで接続不良が発生し
て、2000サイクルで不良は100%となった。ま
た、酸素を所定の濃度で均一分散させた半導体装置は、
2500サイクルまで信頼性は向上するが3000サイ
クルでは50%の不良となっている。これらの不良は、
バンプ電極を構成するバリアメタルとボンディングパッ
ドの界面で発生しており、何れもバリアメタル界面の応
力歪に起因するものである。
In the figure, reference numeral 241 denotes a titanium layer containing no oxygen, and 242 denotes a titanium layer containing oxygen.
Is a graph showing the results of the titanium layer according to the present invention. In the semiconductor device having a structure in which oxygen is not dispersed in the barrier metal, a connection failure occurred in 1500 cycles, and the failure became 100% in 2000 cycles. Further, a semiconductor device in which oxygen is uniformly dispersed at a predetermined concentration,
Although the reliability is improved up to 2500 cycles, 50% failure occurs at 3000 cycles. These defects are:
It occurs at the interface between the barrier metal forming the bump electrode and the bonding pad, and both are caused by the stress and strain at the barrier metal interface.

【0080】ところが、本発明による構造では3500
サイクルまで不良は発生せず、信頼性が極めて向上する
ことが確認された。さらに、本発明による試料を85
℃、85%RH、VDD=5Vで保存して同様の試験を行
なった。その試験結果を表すグラフを図25に示す。
However, in the structure according to the present invention, 3500
No failure occurred until the cycle, and it was confirmed that the reliability was extremely improved. In addition, 85 samples according to the invention
The same test was performed by storing at 85 ° C., 85% RH and V DD = 5 V. FIG. 25 shows a graph showing the test results.

【0081】なお、図中、251は、酸素を含まないチ
タン層、252は、酸素を含ませたチタン層、253
は、本発明にかかるチタン層の結果を表すグラフであ
る。図25から明らかなように、従来までのバリアメタ
ルに酸素が分散されていない構造を有する半導体装置で
は500Hで腐食不良が発生し1500Hで不良は10
0%となった。また、酸素が均一分散された構造の半導
体装置では、2500Hまで不良は発生せず信頼性は向
上するが、3000Hで不良は100%となる。これら
の不良は、何れもボンディングパッド上に形成するチタ
ン膜とボンディングパッド材料のアルミニウムの電気腐
食であった。
In the figure, 251 is a titanium layer containing no oxygen, 252 is a titanium layer containing oxygen, 253
Is a graph showing the results of the titanium layer according to the present invention. As is clear from FIG. 25, in a conventional semiconductor device having a structure in which oxygen is not dispersed in a barrier metal, a corrosion failure occurs at 500H, and the failure is 10 at 1500H.
It became 0%. In the case of a semiconductor device having a structure in which oxygen is uniformly dispersed, no defect occurs up to 2500H and the reliability is improved, but the defect becomes 100% at 3000H. These defects were all caused by the electrical corrosion of the titanium film formed on the bonding pad and the aluminum of the bonding pad material.

【0082】ところが、本発明による構造では3000
Hまで不良は発生せず、信頼性が極めて高いことが解っ
た。特に、バンプ応力歪に対して有効性を発揮するチタ
ン膜にははんだと濡れ性の良好な金属が配置され、その
金属がニッケル、銅、パラジウム、金、クロム、モリブ
デン、ルテニウムから選択される金属またはこれらの合
金であるとき接続信頼性は著しく向上することが確認さ
れた。更に、はんだと濡れ性の良好な金属はニッケル、
銅、パラジウム、金、クロム、モリブデン、ルテニウム
の順であることも確認された。
However, in the structure according to the present invention, 3000
No failure occurred up to H, indicating that the reliability was extremely high. In particular, a metal with good solderability and wettability is arranged on a titanium film that exhibits effectiveness against bump stress strain, and the metal is selected from nickel, copper, palladium, gold, chromium, molybdenum, ruthenium Alternatively, it was confirmed that when these alloys were used, the connection reliability was significantly improved. Furthermore, nickel with good wettability with solder is nickel,
The order of copper, palladium, gold, chromium, molybdenum, and ruthenium was also confirmed.

【0083】従って以上の評価結果から、本発明による
半導体装置は熱サイクル、高温高湿試験に対して優れた
耐性を有する信頼性の高い実装構造であることが解っ
た。尚、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であ
る。例えば回路配線基板構成はSLCに限定されるもの
ではなく、セラミック基板を用いることも可能であり、
バンプ材料もPb/Snに限定されるものではなく、種
々に変更可能である。
Therefore, it was understood from the above evaluation results that the semiconductor device according to the present invention was a highly reliable mounting structure having excellent resistance to a heat cycle and a high temperature and high humidity test. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, the circuit wiring board configuration is not limited to SLC, and a ceramic substrate can be used.
The material of the bump is not limited to Pb / Sn, but can be variously changed.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明によれば、ボンディングパッド上
にバリアメタル層として形成される第1の金属層のの周
縁部に、内周部に比較して酸素が高濃度に含まれている
ため、基本的に引張応力を有する第1金属層の応力を圧
縮応力に変換でき、バリアメタル端部における応力歪を
効果的に緩和することができる。従って、これまで微細
バンプ電極を形成した場合に問題となっていた応力歪に
起因するバリアメタル端部における剥離問題を信頼性高
く、容易に解決することができる。
According to the present invention, since the peripheral portion of the first metal layer formed as the barrier metal layer on the bonding pad contains oxygen at a higher concentration than the inner peripheral portion. Basically, the stress of the first metal layer having the tensile stress can be converted into the compressive stress, and the stress strain at the edge of the barrier metal can be effectively reduced. Therefore, the problem of peeling at the edge of the barrier metal due to stress and strain, which has been a problem when forming a fine bump electrode, can be easily and reliably solved.

【0085】特に、本発明ではバリアメタル周縁部のみ
の酸素濃度を高くしており、バリアメタル全体の酸素濃
度を高くしていないため、バンプ部分の接続抵抗は従来
と比較して増加することなく、低抵抗な値でフリップチ
ップ実装することが可能になる。これは、ボンディング
パッド端部を被覆するパッシベーション膜上のみに選択
的に抵抗率の高い金属層が多く積層され、電気的接続を
果たすボンディングパッド上には積層されない構造とな
っているためである。
In particular, in the present invention, the oxygen concentration only at the peripheral portion of the barrier metal is increased, and the oxygen concentration of the entire barrier metal is not increased, so that the connection resistance at the bump portion does not increase as compared with the prior art. Thus, flip-chip mounting can be performed with a low resistance value. This is because a metal layer having a high resistivity is selectively stacked only on the passivation film covering the bonding pad end portion, and is not stacked on the bonding pad that performs electrical connection.

【0086】更に、バリアメタル端部での膜密度が高く
なっているため、従来の構造に比較して耐湿性が向上す
る付加的な効果も発生する。従って、本発明の半導体装
置を用いることにより、従来の技術を用いた場合と比較
して微細なバンプ電極を信頼性高く、容易に高密度に実
装することが可能になる。
Further, since the film density at the edge of the barrier metal is high, an additional effect of improving the moisture resistance as compared with the conventional structure also occurs. Therefore, by using the semiconductor device of the present invention, fine bump electrodes can be mounted with high reliability and high density easily as compared with the case where the conventional technology is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る半導体装置の一例を示す構成断
面図
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an example of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】 図1を上から見た透視図FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1 as viewed from above.

【図3】 本発明の半導体チップを配線基板に実装した
様子を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the semiconductor chip of the present invention is mounted on a wiring board;

【図4】 本発明の半導体チップを配線基板に実装した
様子を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the semiconductor chip of the present invention is mounted on a wiring board;

【図5】 本発明の半導体装置の製造工程を説明するた
めの図
FIG. 5 is a view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図6】 本発明の半導体装置の製造工程を説明するた
めの図
FIG. 6 is a view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の半導体装置の製造工程を説明するた
めの図
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図8】 本発明の半導体装置の製造工程を説明するた
めの図
FIG. 8 is a diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図9】 本発明の半導体装置の製造工程を説明するた
めの図
FIG. 9 is a diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図10】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図11】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 11 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図12】 本発明の半導体装置の製造工程に使用され
る電気メッキ装置の一例を表す概略断面図
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an electroplating apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

【図13】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 13 is a view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図14】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図15】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図16】 酸素含有領域面積比と圧縮応力との関係を
表すグラフ図
FIG. 16 is a graph showing a relationship between an oxygen-containing region area ratio and a compressive stress.

【図17】 酸素含有領域面積比と接続抵抗との関係を
表すグラフ図
FIG. 17 is a graph showing a relationship between an oxygen-containing region area ratio and connection resistance.

【図18】 酸素雰囲気真空度と圧縮応力との関係を表
すグラフ図
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the degree of vacuum in an oxygen atmosphere and compressive stress.

【図19】 酸素雰囲気真空度と接続抵抗との関係を表
すグラフ図
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the degree of vacuum in an oxygen atmosphere and the connection resistance.

【図20】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 20 is a view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図21】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 21 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図22】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 22 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図23】 本発明の半導体装置の製造工程を説明する
ための図
FIG. 23 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention;

【図24】 累積不良率と温度サイクルとの関係を表す
グラフ図
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the cumulative failure rate and the temperature cycle.

【図25】 累積不良率と温度サイクルとの関係を表す
グラフ図
FIG. 25 is a graph showing the relationship between the cumulative failure rate and the temperature cycle.

【図26】 従来の半導体チップを配線基板に実装した
様子を示す図
FIG. 26 is a diagram showing a state where a conventional semiconductor chip is mounted on a wiring board;

【図27】 従来の半導体装置の一例を示す構成断面図FIG. 27 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor device.

【図28】 従来の半導体装置の他の一例を示す構成断
面図
FIG. 28 is a sectional view illustrating another example of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,100…半導体チップ 2…バンプ電極 3…第1金属層 4…第2金属層 5…ボンディングパッド 6…パッシベーション膜 7…高濃度酸素分散領域 8…低濃度酸素分散領域 11…回路配線基板 12…ソルダーレジスト 13…端子電極 14…封止樹脂 21…濃度制御レジスト 22…還元雰囲気 23…メッキレジスト 24…バンプ形成孔 25…はんだ金属 26…エッチングレジスト 31…コレット 32…ヒーター 50…メッキ槽 51…アノード板 52…アノードピン 53…カソードピン 54…カソード電極 55…アノード電極 68…導入口 110…メッキ液 1,100 semiconductor chip 2 ... bump electrode 3 ... first metal layer 4 ... second metal layer 5 ... bonding pad 6 ... passivation film 7 ... high concentration oxygen dispersion region 8 ... low concentration oxygen dispersion region 11 ... circuit wiring board 12 ... Solder resist 13 ... Terminal electrode 14 ... Sealing resin 21 ... Concentration control resist 22 ... Reducing atmosphere 23 ... Plating resist 24 ... Bump forming hole 25 ... Solder metal 26 ... Etching resist 31 ... Collet 32 ... Heater 50 ... Plating tank 51 ... Anode plate 52: Anode pin 53: Cathode pin 54: Cathode electrode 55: Anode electrode 68: Inlet 110: Plating solution

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 荘一 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Soichi Homma 33, Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体チップと、該半導体チップ上に設
けられたボンディングパッドと、及び該ボンディングパ
ッド上に形成され、少なくともその周縁領域にその内側
の領域よりも高濃度の酸素が含まれる第1の金属層、及
び該第1の金属層上に突出形成された第2の金属層から
なるバンプ電極とを含むことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor chip, a bonding pad provided on the semiconductor chip, and a first pad formed on the bonding pad, wherein at least a peripheral region of the semiconductor chip contains a higher concentration of oxygen than a region inside the semiconductor chip. And a bump electrode formed of a second metal layer protruding above the first metal layer.
【請求項2】 半導体チップと、該半導体チップ上に設
けられたボンディングパッドと、及び該ボンディングパ
ッド上に形成され、少なくともその周縁領域にその内側
の領域よりも高濃度の酸素が含まれ、チタン、タングス
テン、及びクロムからなる群から選択される少なくとも
1種の金属を主成分とする第1の金属層、及び該第1の
金属層上に突出形成された第2の金属層からなるバンプ
電極とを含むことを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor chip, a bonding pad provided on the semiconductor chip, and oxygen formed on the bonding pad, wherein at least a peripheral region of the semiconductor chip contains oxygen at a higher concentration than an inner region thereof, and titanium Electrode consisting of a first metal layer mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of tungsten, chromium and chromium, and a second metal layer protrudingly formed on the first metal layer And a semiconductor device comprising:
【請求項3】 前記第1の金属層と前記2の金属層との
間に、はんだと濡れ性の良好な第3の金属層がさらに設
けられた請求項1に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a third metal layer having good wettability with solder is further provided between said first metal layer and said second metal layer.
【請求項4】 前記第3の金属層は、ニッケル、銅、パ
ラジウム、金、クロム、モリブデン、ルテニウム、及び
これらの合金からなる群から選択される少なくとも1種
を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
4. The method according to claim 1, wherein the third metal layer contains at least one selected from the group consisting of nickel, copper, palladium, gold, chromium, molybdenum, ruthenium, and alloys thereof. 4. The semiconductor device according to 3.
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JP2007294984A (en) * 2000-12-15 2007-11-08 Ibiden Co Ltd Multilayer printed circuit board
WO2011074158A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 パナソニック株式会社 Semiconductor chip and semiconductor device provided with said semiconductor chip

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