JPH11135529A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH11135529A
JPH11135529A JP9297530A JP29753097A JPH11135529A JP H11135529 A JPH11135529 A JP H11135529A JP 9297530 A JP9297530 A JP 9297530A JP 29753097 A JP29753097 A JP 29753097A JP H11135529 A JPH11135529 A JP H11135529A
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JP
Japan
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semiconductor device
electrode
metal layer
solder
insulating layer
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JP9297530A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Baba
幹夫 馬場
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent bubbles from being taken between an electrode part and a bump electrode by setting at least a part of the periphery of a recessed part and the base of the recessed part to be on the almost same plane in a semiconductor device where the bump electrode is formed in the recessed part of the electrode part of a semiconductor element with a material having conductivity. SOLUTION: A insulating layer 31 being a passivation film is patterned on the electrode pad 2 of a Si substrate 1 of a semiconductor element so that a part of it opens in a deformed octagon. At that time, the insulating layer 31 is formed so that the partial area of a ring part 33b of a barrier metal layer 33 formed along the upper part of the pattern becomes the same plane as the base of a through hole part 33a and a barrier metal layer 33 is formed on the upper part so as to obtain a ring step part 33c. Thus, the bubbles taken into the step part of the through hole part 33a are easily discharged from the ring step part 33c at the time of melting a solder ball, and a solder bump 5 free from bubbles can be obtained.

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、半導体装置に関
し、特に、ハンダ等の導電性材料を用いたバンプによる
フリップチップ構造を半導体素子に適用した半導体装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a flip chip structure using bumps made of a conductive material such as solder is applied to a semiconductor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フリップチップ構造を半導体素子
に適用した半導体装置としては、ハンダバンプを用いた
ものが一般的に良く知られている。図7は、従来の半導
体装置の蒸着法によるハンダバンプの形成方法を示す過
程図であり、図において、1は半導体素子のシリコン
(Si)基板、2はSi基板1上に形成されたアルミニ
ウム(Al)からなる電極パッド、3は電極パッド2の
一部が開口するようにその上部及びSi基板1上に形成
されたパッシベーション膜である絶縁層、4は電極パッ
ド2の開口部及び周囲の絶縁層3上に形成されたバリア
メタル金属層、5はバリアメタル金属層4の上に形成さ
れた略半球状のハンダバンプ(突起電極)である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor device in which a flip chip structure is applied to a semiconductor element, a device using solder bumps is generally well known. FIG. 7 is a process diagram showing a method of forming a solder bump by a conventional vapor deposition method for a semiconductor device. In the figure, reference numeral 1 denotes a silicon (Si) substrate of a semiconductor element, and 2 denotes aluminum (Al) formed on a Si substrate 1. 3) is an insulating layer which is a passivation film formed on the upper part of the electrode pad 2 and the Si substrate 1 so that a part of the electrode pad 2 is opened, and 4 is an opening of the electrode pad 2 and a surrounding insulating layer. The barrier metal metal layer 5 formed on 3 is a substantially hemispherical solder bump (protruding electrode) formed on the barrier metal metal layer 4.

【0003】このフリップチップ構造を形成するには、
まず、Si基板1上に電極パッド2及び絶縁層3を順次
形成し、次いで、電極パッド2及び絶縁層3上にメタル
マスク6を載置し、蒸着7により電極パッド2の開口部
及び周囲の絶縁層3上に跨るようにバリアメタル金属層
4を形成し、さらに錫と鉛を主成分とする蒸着膜8を形
成し(図7(a))、その後、蒸着膜8を加熱溶融し略
半球状のハンダバンプ5とする(図7(b))。
In order to form the flip chip structure,
First, an electrode pad 2 and an insulating layer 3 are sequentially formed on a Si substrate 1, and then a metal mask 6 is placed on the electrode pad 2 and the insulating layer 3. A barrier metal layer 4 is formed so as to extend over the insulating layer 3, and a vapor deposition film 8 containing tin and lead as main components is formed (FIG. 7A). A hemispherical solder bump 5 is formed (FIG. 7B).

【0004】また、他の形成方法としては、図8に示す
ハンダメッキ法によるハンダバンプの形成方法がある。
まず、Si基板1上に電極パッド2及び絶縁層3を順次
形成し、スパッタリングにより電極パッド2及び絶縁層
3上にバリアメタル金属層11を形成し、さらにバリア
メタル金属層11上にフォトレジスト12を塗布し、電
極パッド2上のみ開口されるようにフォトレジスト12
をパターンニングする(図8(a))。
As another forming method, there is a forming method of a solder bump by a solder plating method shown in FIG.
First, an electrode pad 2 and an insulating layer 3 are sequentially formed on a Si substrate 1, a barrier metal layer 11 is formed on the electrode pad 2 and the insulating layer 3 by sputtering, and a photoresist 12 is further formed on the barrier metal layer 11. Is applied, and the photoresist 12 is opened only on the electrode pad 2.
Is patterned (FIG. 8A).

【0005】次いで、バリアメタル金属層11を電極と
して電解メッキ法により電極パッド2上の開口部分にハ
ンダをメッキで堆積させてハンダメッキ膜13を形成し
た後、フォトレジスト12を剥離する(図8(b))。
次いで、電極パッド2の周囲の不要なバリアメタル金属
層11をエッチングにより除去し、電極パッド2の開口
部及び周囲の絶縁層3上に跨るバリアメタル金属層4と
し、次いで、ハンダメッキ膜13を加熱溶融し略半球状
のハンダバンプ5とする(図8(c))。
[0005] Next, using the barrier metal layer 11 as an electrode, solder is deposited by plating on the opening on the electrode pad 2 by electrolytic plating to form a solder plating film 13, and then the photoresist 12 is peeled off (FIG. 8). (B)).
Next, the unnecessary barrier metal metal layer 11 around the electrode pad 2 is removed by etching to form the barrier metal metal layer 4 over the opening of the electrode pad 2 and the surrounding insulating layer 3, and then the solder plating film 13 is removed. It is heated and melted to form a substantially hemispherical solder bump 5 (FIG. 8C).

【0006】ところで、上述した蒸着法を用いた形成方
法では、メタルマスク6を半導体素子のSi基板1上に
設置してバリアメタル金属層4を蒸着7し、続いて錫と
鉛を連続して蒸着7することにより蒸着膜8を形成して
いるが、メタルマスク6とSi基板1間に隙間が発生す
るために、蒸着7の際にそこに蒸着膜8が回り込みやす
いという問題点があった。例えば、電極ピッチ間が10
0μ等の狭ピッチを有する半導体素子の場合、電極パッ
ド2間に回り込んだ蒸着膜8によってショートが発生し
やすく、狭パッドピッチを有する半導体素子にハンダバ
ンプ5を形成するには不向きな方法である。
In the above-described formation method using the vapor deposition method, a metal mask 6 is placed on a Si substrate 1 of a semiconductor element, a barrier metal layer 4 is vapor deposited 7, and then tin and lead are continuously formed. The vapor deposition film 8 is formed by vapor deposition 7. However, since a gap is generated between the metal mask 6 and the Si substrate 1, there is a problem that the vapor deposition film 8 easily goes around at the time of vapor deposition 7. . For example, if the electrode pitch is 10
In the case of a semiconductor element having a narrow pitch such as 0 μm, a short circuit is likely to occur due to the deposited film 8 wrapping around between the electrode pads 2, which is not suitable for forming the solder bumps 5 on the semiconductor element having a narrow pad pitch. .

【0007】また、ハンダメッキ法を用いた形成方法で
は、メッキ液の新旧及びメッキ液のロットによって、メ
ッキ液に含まれる鉛と錫の組成にばらつきが生じやす
く、半導体素子の電極パッド2上に形成したハンダメッ
キ膜13の組成も、当初予定した組成からずれてしま
い、所望のハンダ溶融温度が得られない場合があるとい
う問題点があり、ハンダの組成管埋が難しい。また、フ
ォトレジスト12の厚みによってハンダメツキ膜13の
高さを調整しているが、フォトレジスト12の厚みは、
そのパターンニング条件により塗布厚に限界があり、こ
の塗布厚の限界によりハンダバンプ5の高さが制限され
てしまうという問題点があった。
In the formation method using the solder plating method, the composition of lead and tin contained in the plating solution tends to vary depending on the new and old plating solutions and lots of the plating solution. The composition of the formed solder plating film 13 also deviates from the initially planned composition, so that there is a problem that a desired solder melting temperature may not be obtained, and it is difficult to fill the composition with solder. Further, the height of the solder plating film 13 is adjusted by the thickness of the photoresist 12, but the thickness of the photoresist 12 is
There is a problem that the coating thickness has a limit depending on the patterning conditions, and the height of the solder bump 5 is limited by the limit of the coating thickness.

【0008】そこで、上述した様々な問題点を解消した
半導体装置としては、ハンダボール搭載方法を用いた半
導体装置がある。このハンダボール搭載方法は、図9及
び図10に示すように、まず、半導体素子のSi基板1
上に電極パッド2を形成し、この電極パッド2の一部が
開口するようにその上部にパッシベーション膜である絶
縁層3を形成する。次いで、スパッタリングにより電極
パッド2及び絶縁層3上にバリアメタル金属層11を形
成し、該バリアメタル金属層11に一般的なエッチング
手法によりパターン形成し、バリアメタル金属層4とす
る。
Therefore, as a semiconductor device which has solved the above various problems, there is a semiconductor device using a solder ball mounting method. In this solder ball mounting method, first, as shown in FIGS.
An electrode pad 2 is formed thereon, and an insulating layer 3 serving as a passivation film is formed thereon so that a part of the electrode pad 2 is opened. Next, a barrier metal layer 11 is formed on the electrode pad 2 and the insulating layer 3 by sputtering, and a pattern is formed on the barrier metal layer 11 by a general etching method to form the barrier metal layer 4.

【0009】このバリアメタル金属層4は、上方に向か
って漸次広がるように形成された段差dの凹部からなる
スルーホール部4aと、スルーホール部4aの周囲に形
成されたリング部4bにより構成されている。次いで、
この絶縁層3及びバリアメタル金属層4上にフラックス
21を塗布した後、フラックス21上にハンダボール2
2を搭載する。その後、図11に示すように、リフロー
装置によってハンダボール22を溶融してハンダバンプ
5とした後、不要となったフラックス21を除去してハ
ンダハンプ5が形成された半導体素子とする。
The barrier metal layer 4 is composed of a through hole 4a formed of a concave portion of a step d formed so as to gradually expand upward, and a ring portion 4b formed around the through hole 4a. ing. Then
After applying the flux 21 on the insulating layer 3 and the barrier metal layer 4, the solder ball 2
2 is mounted. Thereafter, as shown in FIG. 11, the solder balls 22 are melted by a reflow apparatus to form the solder bumps 5, and the unnecessary flux 21 is removed to obtain a semiconductor element having the solder hump 5 formed thereon.

【0010】このハンダボール搭載方法は、あらかじめ
組成が一定のハンダボール22を使用するため、ハンダ
の組成ずれ等はない。また、目的のハンダハンプ5の大
きさに合わせて、φ40μmからφ600μm程度の微
小ハンダボール22を自由に選択・搭載することができ
るので、上述した蒸着膜8の回り込み等の虞がなく、ハ
ンダバンプ5の100μmピッチ以下の狭ビッチ搭載が
可能であるという利点がある。
In this solder ball mounting method, since the solder balls 22 having a predetermined composition are used in advance, there is no deviation in the solder composition. In addition, according to the size of the target solder hump 5, the minute solder balls 22 having a diameter of about φ40 μm to φ600 μm can be freely selected and mounted. There is an advantage that a narrow bite having a pitch of 100 μm or less can be mounted.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のハンダボール搭載方法を適用した半導体装置では、
半導体素子の電極パッド2上に該電極パッド2が開口す
るように絶縁層3をパターン形成し、その上部にスルー
ホール部4aとリング4bにより構成されたバリアメタ
ル金属層4をパターン形成しているため、図9に示すよ
うに、フラックス21をバリアメタル金属層4上に塗布
したときにスルーホール部4aの段差付近に気泡23を
取り込み易いという問題点があった。
By the way, in the semiconductor device to which the above-mentioned conventional solder ball mounting method is applied,
An insulating layer 3 is patterned on the electrode pad 2 of the semiconductor element so that the electrode pad 2 is opened, and a barrier metal layer 4 composed of a through-hole 4a and a ring 4b is patterned on the insulating layer 3. Therefore, as shown in FIG. 9, when the flux 21 is applied on the barrier metal layer 4, there is a problem that bubbles 23 are easily taken in near the step of the through-hole portion 4a.

【0012】この状態でリフロー装置によりハンダボー
ル22を溶融すると、ハンダボール22中に気泡23が
取り込まれた状態で溶融し、その後の冷却過程で固化す
ることにより、図11に示すように、中に気泡23が取
り込まれたハンダバンプ5が形成され、ハンダハンプ5
と電極パツド2の密着性が劣化することとなる。また、
この気泡23を取り込んだハンダバンプ5は、気泡23
を取り込まないハンダバンプに比べてハンダバンプ5の
径が大きくなることがあり、所望のハンダパンプの高さ
及ぴハンダバンプ径が得られないという不具合が生じる
虞があった。
In this state, when the solder ball 22 is melted by the reflow device, the solder ball 22 is melted in a state in which bubbles 23 are taken into the solder ball 22, and solidified in the subsequent cooling process. The solder bump 5 in which the air bubbles 23 are taken in is formed.
And the electrode pad 2 will have poor adhesion. Also,
The solder bumps 5 incorporating the bubbles 23 are
In some cases, the diameter of the solder bump 5 may be larger than that of a solder bump that does not take in the solder bump, and there may be a problem that a desired solder bump height and a desired solder bump diameter cannot be obtained.

【0013】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、半導体素子の電極部と突起電極との間に気
泡が取り込まれる虞が無く、該電極部と突起電極との密
着性が向上し、所望の高さ及び径の電極部を得ることが
でき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 circumstances, and there is no danger that air bubbles will be trapped between the electrode portion of the semiconductor element and the protruding electrode, and the adhesiveness between the electrode portion and the protruding electrode will be described. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the height and obtaining an electrode portion having a desired height and diameter.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体装置を提供する。すなわ
ち、半導体素子の電極部の凹部に、導電性を有する材料
により突起電極を形成してなる半導体装置において、前
記凹部の少なくとも周囲の一部を該凹部の底部と略同一
面としたものである。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following semiconductor device. That is, in a semiconductor device in which a protruding electrode is formed of a conductive material in a concave portion of an electrode portion of a semiconductor element, at least a part of the periphery of the concave portion is substantially flush with the bottom of the concave portion. .

【0015】前記電極部を、半導体素子上に形成された
パッドと、該パッド上に形成され開口部を有する絶縁層
と、該絶縁層上に形成された金属層とを備えたものとし
てもよい。また、前記金属層を、凹部を有するスルーホ
ール部と、該スルーホール部の周囲に設けられたリング
部とを備え、該リング部の少なくとも一部を前記凹部の
底部と略同一面としてもよい。
[0015] The electrode section may include a pad formed on the semiconductor element, an insulating layer formed on the pad and having an opening, and a metal layer formed on the insulating layer. . Further, the metal layer may include a through hole having a recess, and a ring provided around the through hole, and at least a part of the ring may be substantially flush with a bottom of the recess. .

【0016】また、前記導電性を有する材料をハンダを
主成分とする材料としてもよい。また、前記金属層をバ
リアメタル金属層としてもよい。さらに、前記電極部
を、前記半導体素子の内部またはその底部のいずれかに
設けられた第2の電極部と、スルーホールを介して電気
的に接続した構成としてもよい。
The conductive material may be a material containing solder as a main component. Further, the metal layer may be a barrier metal layer. Further, the electrode portion may be electrically connected to a second electrode portion provided inside or at the bottom of the semiconductor element via a through hole.

【0017】本発明の半導体装置では、半導体素子の電
極部の凹部の少なくとも周囲の一部を該凹部の底部と略
同一面としたことにより、該凹部上に導電性を有する材
料により突起電極を形成する際に、前記凹部と前記突起
電極との間に取り込まれた気泡が前記凹部の周囲の一部
から速やかに外方へ排出し、前記凹部と前記突起電極と
の間の気泡を取り除く。
In the semiconductor device of the present invention, at least part of the periphery of the concave portion of the electrode portion of the semiconductor element is made substantially flush with the bottom portion of the concave portion, so that the projecting electrode is formed on the concave portion with a conductive material. At the time of formation, bubbles taken in between the recess and the protruding electrode are quickly discharged outward from a part of the periphery of the recess to remove bubbles between the recess and the protruding electrode.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の各実施形態
について図面に基づき説明する。 [第1の実施形態]図1は本発明の第1の実施形態の半
導体装置のハンダバンブ取り付け前の状態を示す平面
図、図2及び図3は同半導体装置を示す断面図、図4は
同半導体装置の電極パッド部の分解平面図であり、図2
は図1のA−A線に沿う断面に、図3は図1のB−B線
に沿う断面に、それぞれ対応している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Each embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention before a solder bump is attached, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the semiconductor device, and FIGS. FIG. 2 is an exploded plan view of an electrode pad portion of the semiconductor device, and FIG.
3 corresponds to a cross section along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 corresponds to a cross section along the line BB in FIG.

【0019】この半導体装置は、半導体素子のSi基板
1上に設けられた正方形のAlからなる電極パッド2上
に、電極パッド2の一部が開口するようにパッシベーシ
ョン膜である絶縁層31がパターン形成されている。こ
の絶縁層31には、変形八角形、すなわち八角形の一辺
32aが外方に向かって矩形状に広げられた開口部32
が形成されている。そして、この絶縁層31のパターン
上には、例えば、チタン(Ti)金属と銅(Cu)金属
からなる八角形状のバリアメタル金層層33が形成され
ている。
In this semiconductor device, an insulating layer 31 serving as a passivation film is patterned on a square electrode pad 2 made of Al provided on a Si substrate 1 of a semiconductor element so that a part of the electrode pad 2 is opened. Is formed. In this insulating layer 31, a modified octagon, that is, an opening 32 in which one side 32a of the octagon is rectangularly expanded outward.
Are formed. An octagonal barrier metal layer 33 made of, for example, titanium (Ti) metal and copper (Cu) metal is formed on the pattern of the insulating layer 31.

【0020】このバリアメタル金属層33は、電極パッ
ド部の凹部を構成するスルーホール部33aと、スルー
ホール部33aの周囲に形成されたリング部33bと、
絶縁層31の八角形が変形した部分、すなわちリング部
33bの一部が低下したリング低段差部33cとにより
構成されている。このリング低段差部33cは、バリア
メタル金層層33の下に絶縁層31がないため、スルー
ホール部33aの底部分と同一平面とされている。
The barrier metal layer 33 includes a through hole 33a forming a concave portion of the electrode pad portion, a ring portion 33b formed around the through hole portion 33a,
The insulating layer 31 includes a portion in which the octagon is deformed, that is, a ring low step portion 33c in which a part of the ring portion 33b is lowered. The ring low step portion 33c is flush with the bottom of the through-hole portion 33a because the insulating layer 31 does not exist below the barrier metal layer 33.

【0021】次に、この半導体装置のハンダボール搭載
方法について説明する。まず、半導体素子のSi基板1
上に電極パッド2を形成し、この電極パッド2の一部が
変形八角形に開口するようにその上部にパッシベーショ
ン膜である絶縁層31を形成する(図1及び図4)。
Next, a method of mounting a solder ball on the semiconductor device will be described. First, the Si substrate 1 of the semiconductor element
An electrode pad 2 is formed thereon, and an insulating layer 31 serving as a passivation film is formed on the electrode pad 2 so that a part of the electrode pad 2 is opened in a deformed octagon (FIGS. 1 and 4).

【0022】次いで、電極パッド2及び絶縁層31上に
バリアメタル金属をスパッタリングにより薄膜形成し、
その後、一般的なエツチング法により八角形形状のバリ
アメタル金属層33とする(図1及び図4)。これによ
り、バリアメタル金属層33は、スルーホール部33a
とリング部33bとリング低段差部33cとから構成さ
れることとなる(図1)。
Next, a thin film of barrier metal is formed on the electrode pad 2 and the insulating layer 31 by sputtering.
Thereafter, an octagonal barrier metal layer 33 is formed by a general etching method (FIGS. 1 and 4). Thereby, the barrier metal layer 33 is formed in the through hole 33a.
And a ring portion 33b and a ring low step portion 33c (FIG. 1).

【0023】次いで、絶縁層31及びバリアメタル金属
層33上にフラックス21を塗布し、ハンダボール22
を搭載してリフロー装置によりハンダボール22を溶融
し、不要となったフラックス21を除去してバリアメタ
ル金属層33上にハンダバンプ5を得る(図5)。
Next, a flux 21 is applied on the insulating layer 31 and the barrier metal layer 33 to form a solder ball 22.
Is mounted, the solder ball 22 is melted by a reflow device, and the unnecessary flux 21 is removed to obtain the solder bump 5 on the barrier metal layer 33 (FIG. 5).

【0024】この半導体装置では、半導体素子のSi基
板1の電極パッド2上に、電極パッド2の一部が変形八
角形に開口するようにパッシベーション膜である絶縁層
31がパターン形成される。このとき、絶縁層31のパ
ターンは、絶縁層31のパターン上部に沿って形成され
るバリアメタル金属層33のリング部33bの一部領城
がスルーホール部33aの底部分と同一平面になるよう
に絶縁層31をパターン形成した後、その上部にバリア
メタル金属層33をパターン形成することによりリング
低段差部33cが得られる。
In this semiconductor device, an insulating layer 31 as a passivation film is formed on the electrode pad 2 of the Si substrate 1 of the semiconductor element so that a part of the electrode pad 2 is opened in a deformed octagon. At this time, the pattern of the insulating layer 31 is such that a part of the ring portion 33b of the barrier metal layer 33 formed along the upper portion of the pattern of the insulating layer 31 is flush with the bottom of the through-hole portion 33a. After the insulating layer 31 is patterned, a low-ring step portion 33c is obtained by patterning the barrier metal layer 33 on the insulating layer 31.

【0025】また、絶縁層31及びバリアメタル金属層
33上にフラックス21を塗布し、このフラックス21
上にハンダボール22を搭載し溶融接続してハンダバン
プ5を形成することにより、フラックス21塗布時にス
ルーホール部33aの段差部に取り込んだ気泡23を、
ハンダボール22溶融時にバリアメタル金属層33のリ
ング低段差部33cから外方へ排出させることが可能に
なり(図5中矢印Eの方向)、ハンダバンプ5中の気泡
を取り除くことができる。
A flux 21 is applied on the insulating layer 31 and the barrier metal layer 33, and the flux 21 is applied.
By mounting the solder ball 22 on the upper portion and melting and connecting to form the solder bump 5, the bubbles 23 taken into the step portion of the through-hole portion 33 a at the time of applying the flux 21 are removed.
When the solder balls 22 are melted, the solder balls 22 can be discharged outward from the ring low step portion 33c of the barrier metal layer 33 (in the direction of arrow E in FIG. 5), and the air bubbles in the solder bumps 5 can be removed.

【0026】また、リング低段差部33cとスルーホー
ル部33aの底部分とが同一平面を形成して実質的にス
ルーホール部33aの底部を広げることとなるので、フ
ラックス21塗布時にスルーホール部33aの段差部に
取り込まれた気抱23が、ハンダボール22溶融時にリ
ング低段差部33cから外方へ排出され易くなる。
Further, the ring low step portion 33c and the bottom portion of the through-hole portion 33a form the same plane and substantially widen the bottom portion of the through-hole portion 33a. Is easily discharged outward from the ring low step portion 33c when the solder ball 22 is melted.

【0027】本実施形態の半導体装置によれば、半導体
素子の電極パッド2上に形成されたスルーホール部33
aとリング部33bからなるバリアメタル金属層33の
リング部33bの少なくとも一部領域に、バリアメタル
金属層33の下に絶縁層31が形成されないリング低段
差部33cを形成したので、リング低段差部33cとス
ルーホール部33aの底部分とが同一平面となり、スル
ーホール部33aの段差部に取り込まれた気泡23がハ
ンダボール22溶融時にリング低段差部33cから排出
され易くなるため、ハンダバンプ5中の気泡23を取り
除き、気泡23の無いハンダバンプ5を得ることができ
る効果がある。
According to the semiconductor device of the present embodiment, the through-hole portion 33 formed on the electrode pad 2 of the semiconductor element
Since the ring low step portion 33c where the insulating layer 31 is not formed under the barrier metal layer 33 is formed in at least a part of the ring portion 33b of the barrier metal layer 33 including the ring portion 33a and the ring portion 33b, Since the portion 33c and the bottom portion of the through-hole portion 33a are flush with each other, and the bubbles 23 taken into the step portion of the through-hole portion 33a are easily discharged from the ring low step portion 33c when the solder ball 22 is melted. This has the effect of removing the air bubbles 23 and obtaining a solder bump 5 having no air bubbles 23.

【0028】[第2の実施形態]図6は本発明の第2の
実施形態の半導体装置を示す断面図であり、この第2の
実施形態の半導体装置が、上述した第1の実施形態の半
導体装置と異なる点は、電極パッド2が、Si基板41
内部に形成された下層のパッド(第2の電極部)42と
層間スルーホール43を介して電気的に接続されている
点である。
[Second Embodiment] FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment described above. The difference from the semiconductor device is that the electrode pad 2 is
It is electrically connected to a lower pad (second electrode portion) 42 formed inside via an interlayer through hole 43.

【0029】半導体素子のSi基板41は多層配線が形
成されたもので、下層のパッド42と最上層の電極パッ
ド2は層間スルーホール43で接続されている。層間ス
ルーホール43は、電極パッド2の端であるリング低段
差部33cに相当する領域に設けられている。そして、
上述じた第1の実施形態と同様に、電極パッド2の一部
が開口するようにその上部にパッシベーション膜である
絶縁層31がパターン形成され、この絶縁層31のパタ
ーン上に、例えばTi金属とCu金属からなるバリアメ
タル金属層33が形成されている。
The Si substrate 41 of the semiconductor element has a multilayer wiring formed thereon, and the lower pad 42 and the uppermost electrode pad 2 are connected by an interlayer through hole 43. The interlayer through hole 43 is provided in a region corresponding to the ring low step portion 33c which is the end of the electrode pad 2. And
As in the first embodiment described above, an insulating layer 31 serving as a passivation film is patterned on the electrode pad 2 so that a part of the electrode pad 2 is opened. And a barrier metal layer 33 made of Cu metal.

【0030】バリアメタル金属層33は、第1の実施形
態と同様に、スルーホール部33aとリング部33bと
リング低段差部33cから構成され、このリング低段差
部33cは、バリアメタル金属層33の下に絶縁層31
がないため、スルーホール部33aの底部分と同一平面
に形成されている。但し、リング低段差部33cには、
下層のパッド42と接続するための層間スルーホール4
3が形成され、リング低段差部33cの一部にはくぼみ
が形成され、この上部に、フラックス塗布、ハンダボー
ル搭載及び溶融によりハンダバンプ5が形成されてい
る。
As in the first embodiment, the barrier metal layer 33 includes a through-hole 33a, a ring 33b, and a low step portion 33c. Insulating layer 31 underneath
Therefore, it is formed on the same plane as the bottom of the through hole 33a. However, in the ring low step portion 33c,
Interlayer through hole 4 for connecting to lower layer pad 42
3, a recess is formed in a part of the ring low step portion 33c, and a solder bump 5 is formed on this upper portion by applying a flux, mounting a solder ball, and melting.

【0031】この第2の実施形態の半導体装置では、リ
ング低段差部33cに層間スルーホール43によるくぼ
みが発生するが、この層間スルーホール43は約1μm
径以下のサイズであるためにフラックス塗布時の気泡の
影響を受けず、また、フラックス塗布時にスルーホール
部33aの段差部に取り込まれた気泡もハンダボール溶
融時にリング低段差部33cから外方へ容易に排出され
る。したがって、この第2の実施形態では、第1の実施
形態に対して、このリング低段差部33cに相当する電
極パッド2の領域に層間スルーホール43を形成できる
利点がある。
In the semiconductor device according to the second embodiment, a recess due to the interlayer through hole 43 occurs in the ring low step portion 33c, and the interlayer through hole 43 has a thickness of about 1 μm.
Since the size is smaller than the diameter, it is not affected by bubbles at the time of flux application, and bubbles taken in the step portion of the through-hole portion 33a at the time of flux application are also outward from the ring low step portion 33c when the solder ball is melted. Easily discharged. Therefore, the second embodiment has an advantage over the first embodiment that the interlayer through hole 43 can be formed in the region of the electrode pad 2 corresponding to the ring low step portion 33c.

【0032】以上、2つの実施形態に基づき具体的に説
明したが、本発明は上述の第1及び第2の実施形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本発
明の各実施形態では、ハンダバンプ5を用いたが、導電
性を有する材料であればよく、ハンダ以外の材料組成で
あっても良い。また、電極パッド2、パッシベーション
である絶縁層31、バリアメタル金属層33の材料及び
その形成方法、さらに半導体素子材料及び各種半導体素
子の形態等々については、本発明で説明した以外の各種
方法、材料、形態を適用することが可能である。
Although the present invention has been specifically described based on the two embodiments, the present invention is not limited to the above-described first and second embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say, there is. For example, in each of the embodiments of the present invention, the solder bump 5 is used, but any material having conductivity may be used, and a material composition other than solder may be used. Further, regarding the material of the electrode pad 2, the insulating layer 31 which is a passivation, the barrier metal layer 33 and the method of forming the same, the semiconductor element material and the form of various semiconductor elements, etc., are not limited to those described in the present invention. , The form can be applied.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の半導体装置
によれば、半導体素子の電極部の凹部の少なくとも周囲
の一部を、該凹部の底部と略同一面としたので、該凹部
上に導電性を有する材料により突起電極を形成する際
に、前記凹部と前記突起電極との間に取り込まれた気泡
を前記凹部の周囲の一部から速やかに外方へ排出するこ
とにより、前記凹部と前記突起電極との間の気泡を取り
除くことができ、気泡に起因する突起電極の突出や大径
化を防止することができる。したがって、半導体素子の
電極部と突起電極との間の密着性を高めることができ、
所望の高さ及び径の電極部を得ることができる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, at least a part of the periphery of the concave portion of the electrode portion of the semiconductor element is substantially flush with the bottom of the concave portion. When the protruding electrode is formed from a material having conductivity, the air bubbles taken in between the concave portion and the protruding electrode are quickly discharged outward from a part of the periphery of the concave portion, whereby the concave portion is formed. It is possible to remove bubbles between the electrode and the protruding electrode, thereby preventing the protruding electrode from protruding or having a large diameter due to the bubble. Therefore, the adhesion between the electrode portion of the semiconductor element and the protruding electrode can be increased,
An electrode portion having a desired height and diameter can be obtained.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態の半導体装置のハン
ダバンブ取り付け前の状態を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a state before a solder bump is attached to a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施形態の半導体装置を示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施形態の半導体装置を示す
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施形態の半導体装置の電極
パッド部を示す分解平面図である。
FIG. 4 is an exploded plan view showing an electrode pad portion of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施形態の半導体装置のハン
ダボール搭載方法を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for mounting a solder ball on the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第2の実施形態の半導体装置を示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 従来の半導体装置の蒸着法によるハンダバン
プの形成方法を示す過程図である。
FIG. 7 is a process diagram showing a conventional method of forming a solder bump by a vapor deposition method for a semiconductor device.

【図8】 従来の半導体装置のハンダメッキ法によるハ
ンダバンプの形成方法を示す過程図である。
FIG. 8 is a process diagram showing a method for forming a solder bump by a solder plating method in a conventional semiconductor device.

【図9】 従来の半導体装置のフラックスを用いたハン
ダボール搭載方法を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a conventional method of mounting a solder ball using a flux of a semiconductor device.

【図10】 従来の半導体装置のフラックスを用いたハ
ンダボール搭載方法を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a conventional solder ball mounting method using a flux of a semiconductor device.

【図11】 従来のハンダボール搭載方法により得られ
た半導体装置を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a semiconductor device obtained by a conventional solder ball mounting method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン(Si)基板 2 電極パッド 3 絶縁層 4 バリアメタル金属層 4a スルーホール部 4b リング部 5 ハンダバンプ(突起電極) 6 メタルマスク 7 蒸着 8 蒸着膜 11 バリアメタル金属層 12 フォトレジスト 13 ハンダメッキ膜 21 フラックス 22 ハンダボール 31 絶縁層 32 開口部 32a 一辺 33 バリアメタル金層層 33a スルーホール部 33b リング部 33c リング低段差部 41 Si基板 42 下層のパッド(第2の電極部) 43 層間スルーホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon (Si) substrate 2 Electrode pad 3 Insulating layer 4 Barrier metal metal layer 4a Through hole part 4b Ring part 5 Solder bump (protruding electrode) 6 Metal mask 7 Deposition 8 Deposition film 11 Barrier metal metal layer 12 Photoresist 13 Solder plating film DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Flux 22 Solder ball 31 Insulating layer 32 Opening 32a One side 33 Barrier metal gold layer 33a Through hole part 33b Ring part 33c Ring low step part 41 Si substrate 42 Lower pad (second electrode part) 43 Interlayer through hole

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子の電極部の凹部に、導電性を
有する材料により突起電極を形成してなる半導体装置に
おいて、 前記凹部の少なくとも周囲の一部を該凹部の底部と略同
一面としたことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a projection electrode formed of a conductive material in a recess of an electrode portion of a semiconductor element, wherein at least a part of the periphery of the recess is substantially flush with a bottom of the recess. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記電極部は、半導体素子上に形成され
たパッドと、該パッド上に形成され開口部を有する絶縁
層と、該絶縁層上に形成された金属層とを備えたことを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode unit includes a pad formed on the semiconductor element, an insulating layer formed on the pad and having an opening, and a metal layer formed on the insulating layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記金属層は、凹部を有するスルーホー
ル部と、該スルーホール部の周囲に設けられたリング部
とを備え、該リング部の少なくとも一部を前記凹部の底
部と略同一面としたことを特徴とする請求項2記載の半
導体装置。
3. The metal layer includes a through hole having a recess, and a ring provided around the through hole, and at least a part of the ring is substantially flush with a bottom of the recess. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein:
【請求項4】 前記導電性を有する材料を、ハンダを主
成分とする材料としたことを特徴とする請求項1、2ま
たは3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the material having conductivity is a material containing solder as a main component.
【請求項5】 前記金属層を、バリアメタル金属層とし
たことを特徴とする請求項2または3記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein said metal layer is a barrier metal layer.
【請求項6】 前記電極部は、前記半導体素子の内部ま
たはその底部のいずれかに設けられた第2の電極部と、
スルーホールを介して電気的に接続されていることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 6, wherein the electrode portion includes a second electrode portion provided inside the semiconductor element or at a bottom thereof.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is electrically connected through a through hole.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225678A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Panasonic Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof

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