WO2018168316A1

WO2018168316A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: WO2018168316A1
Application number: PCT/JP2018/005406
Authority: WO
Inventors: 貴郁岡; 浩平西口
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP2020074352A; TW201904005A

Abstract

はんだバンプの接続強度を改善しつつ、はんだの濡れ拡がりを抑制することができる半導体装置を提供する。アンダーバンプメタル１０２は、第１開口部１０４ａの内面および上縁を覆い、第１開口部１０４ａから露出する配線電極１０７に接続される。パシベーション膜１０３は、アンダーバンプメタル１０２の一部が露出する第２開口部１０３ａを有し、第２樹脂層間膜１０４上に位置するアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の少なくとも一部を覆い、第２樹脂層間膜１０４上に形成される。はんだバンプ１０１は、第２開口部１０３ａから露出するアンダーバンプメタル１０２に接続される。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法

　本発明は、樹脂層間膜を用いた多層配線構造を有し、はんだバンプが形成される半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

　半導体装置には、ポリイミド等の樹脂層間膜を用いた多層配線構造を有し、内部の配線電極にアンダーバンプメタルを介してはんだバンプが接続される構造のものがある。このような半導体装置では、アンダーバンプメタルと樹脂層間膜との密着性の悪さからこれらの間に隙間が生じ、はんだバンプから配線電極にはんだが濡れ拡がることが課題となっている。

　特許文献１には、アンダーバンプメタルで誘電体層上を十分な長さをもって覆うことによって、またアンダーバンプメタルを、はんだの濡れ広がりを抑制する組成の金属を用いて多層化することによって、内部へのはんだの濡れ拡がりを抑制することができる半導体装置の構造が開示されている。

　上記課題に加え、はんだバンプを有する半導体装置においては、はんだバンプの接続強度が課題となっている。例えば半導体装置を外部基板に実装するときなどにかかる応力によって、はんだバンプとアンダーバンプメタルとが剥離することがある。また、メタル膜と樹脂膜とが本質的に密着性が悪いことに起因して、アンダーバンプメタルと配線電極と樹脂層間膜とが剥離することがある。

　特許文献２および特許文献３には、はんだバンプとアンダーバンプメタルとの剥離を抑制することができる半導体装置の構造が開示されている。

　特許文献２に記載の半導体装置では、多層電極構造としたアンダーバンプメタルの一番上の電極の上面および側面に選択的にＡｕシールド層を形成し、熱処理を施してはんだバンプとＡｕシールド層とを反応させてはんだバンプを形成している。これにより、はんだバンプとアンダーバンプメタルとの接続部分がアンカー形状となり、この部分の接続強度を向上している。

　また特許文献３に記載の半導体装置では、電極パッドが半導体基板上に形成され、電極パッド上にアンダーバンプメタルが形成され、アンダーバンプメタルの端部をパシベーション膜で覆い、パシベーション膜から露出するアンダーバンプメタル上にはんだバンプが形成される。これにより、熱サイクルなどによる応力がはんだバンプに集中することを抑制し、はんだバンプとアンダーバンプメタルとの剥離を抑制している。

特開２００８－１７２２３２号公報特開２００８－１６５１４号公報特開２００６－２９４７６１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置では、電極を多層化して構成したアンダーバンプメタルが必要となり、半導体装置の構成が複雑になるという問題があった。また樹脂膜とアンダーバンプメタルの電極材料とは本質的に密着性が低いことから、アンダーバンプメタルと樹脂膜とが剥離しやすいという問題があった。また樹脂膜とアンダーバンプメタルとの剥離により生じた隙間から、はんだの濡れ広がりが起こりやすいという問題があった。

　また、特許文献２に記載の半導体装置では、アンダーバンプメタルの側面にまではんだの合金層が形成されることとなり、アンダーバンプメタルの下の配線電極までの距離が近づき、はんだの濡れ拡がりが起きやすくなるという問題があった。

　また、特許文献３に記載の半導体装置は、はんだバンプと電極パッド上に形成されるアンダーバンプメタルとの剥離を抑制するためのものであって、配線電極と樹脂層間膜との剥離を抑制するためのものではない。

　そこで本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、はんだバンプの接続強度を改善しつつ、はんだの濡れ拡がりを抑制す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。

　本発明の一の実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板、第１樹脂層間膜、配線電極、第２樹脂層間膜、アンダーバンプメタル、パシベーション膜、およびはんだバンプを備える。第１樹脂層間膜は半導体基板上に形成される。配線電極は第１樹脂層間膜上に形成される。第２樹脂層間膜は、配線電極の一部が露出する第１開口部を有し、配線電極を覆う。アンダーバンプメタルは、第１開口部の内面および上縁を覆い、第１開口部から露出する配線電極に接続される。パシベーション膜は、アンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有し、第２樹脂層間膜上に位置するアンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部を覆い、第２樹脂層間膜上に形成される。はんだバンプは、第２開口部から露出するアンダーバンプメタルに接続される。

　また、本発明の一の実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板、第１樹脂層間膜、配線極、複数の第２樹脂層間膜、複数のアンダーバンプメタル、パシベーション膜、およびはんだバンプを備える。第１樹脂層間膜は半導体基板上に形成される。配線電極は第１樹脂層間膜上に形成される。複数の第２樹脂層間膜は積層されており、複数の第１開口部をそれぞれ有し、最下層の第１開口部から配線電極の一部が露出するように配線電極を覆う。複数のアンダーバンプメタルは、複数の第１開口部の内面および上縁をそれぞれ覆うように積層され、最下層の第１開口部から露出する配線電極に接続される。パシベーション膜は、最上層のアンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有し、複数の第２樹脂層間膜上に形成される。はんだバンプは、第２開口部から露出する最上層のアンダーバンプメタルに接続される。最下層以外の第２樹脂層間膜およびパシベーション膜は、複数の第２樹脂層間膜上にそれぞれ位置する複数のアンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部をそれぞれ覆う。

　本発明によれば、アンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部をパシベーション膜で覆うという比較的簡単な構成によって、アンダーバンプメタルおよび配線電極のそれぞれと樹脂層間膜との剥離を抑制することができ、はんだバンプの接続強度を改善することができる。またアンダーバンプメタルと樹脂層間膜との間に隙間が生じにくくなることから、配線電極へのはんだの濡れ拡がりを抑制することができる。また、はんだバンプから配線電極までの距離を長くすることができ、はんだの濡れ拡がりを抑制することができる。

　本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図および平面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置におけるはんだの濡れ拡がりについて説明するための図である。ボールシェア試験を説明するための図である。本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。関連技術に係る半導体装置の構成を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

　＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す断面図である。図１では、半導体装置１０Ａにおけるはんだバンプ１０１が形成される部分の厚さ方向の断面構造を示している。図１に示されるように、半導体装置１０Ａは、半導体基板１０６、第１配線電極１０７、第２配線電極１０８、第１樹脂層間膜１０５、第２樹脂層間膜１０４、アンダーバンプメタル１０２、およびはんだバンプ１０１を備える。

　第２配線電極１０８は、半導体基板１０６の上面に接するように配置されており、半導体基板１０６が有する半導体素子などに電気的に接続されている。第２配線電極１０８は「電極パッド」とも呼ばれる。第１樹脂層間膜１０５は開口部１０５ａを有し、開口部１０５ａから第２配線電極１０８の一部が露出するように半導体基板１０６上に形成されている。第１配線電極１０７は、第１樹脂層間膜１０５上および開口部１０５ａ内に形成されており、開口部１０５ａから露出する第２配線電極１０８に電気的に接続されている。第１配線電極１０７は、第２配線電極１０８とはんだバンプ１０１とを電気的に接続するための配線であって、第１樹脂層間膜１０５上に任意の形状に形成されている。

　第２樹脂層間膜１０４は、第１樹脂層間膜１０５および第１配線電極１０７上に形成されている。第２樹脂層間膜１０４は開口部１０４ａを有し、開口部１０４ａから第１配線電極１０７の一部が露出するように第１配線電極１０７を覆っている。

　開口部１０４ａには、開口部１０４ａ内へのはんだの濡れ拡がりを抑制するためのアンダーバンプメタル１０２が形成されている。アンダーバンプメタル１０２は、開口部１０４ａから露出する第１配線電極１０７に電気的に接続されている。アンダーバンプメタル１０２は、開口部１０４ａの内面（内周および底面）と、上縁（開口部１０４ａの上側開口の周縁部）とを覆っており、平面視においてアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を含む端部は第２樹脂層間膜１０４上にまで形成されている。

　パシベーション膜１０３は開口部１０３ａを有し、開口部１０３ａからアンダーバンプメタル１０２の一部が露出するように、また第２樹脂層間膜１０４上にまで形成されたアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を覆うように第２樹脂層間膜１０４上に形成されている。はんだバンプ１０１は、開口部１０３ａから露出するアンダーバンプメタル１０２上に形成されている。開口部１０４ａ付近の層構造は、半導体装置１０Ａの上面側からアンダーバンプメタル１０２、第２樹脂層間膜１０４、第１配線電極１０７が順に配設された３層構造となっている。つまり、第１配線電極１０７の端部が第２樹脂層間膜１０４で覆われ、第１配線電極１０７と、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の少なくとも一部との間には第２樹脂層間膜１０４が挟まれる。これにより、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との密着性が低くて、それらの剥がれを抑制することができる。なお、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との間に、複数層または単層の層間膜があったとしても、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との剥がれ抑制効果は得られる。

　図２は、本実施の形態１に係る半導体装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す断面図である。図２では、半導体装置１０Ａおけるはんだバンプ１０１が形成される部分の厚さ方向の断面構造を示している。図２に示すように、半導体装置１０Ａは、半導体基板１０６、第１配線電極１０７、第２配線電極１０８、第１樹脂層間膜１０５、第２樹脂層間膜１０４、アンダーバンプメタル１０２、およびはんだバンプ１０１を備える。

　第１樹脂層間膜１０５の開口部１０５ａが有する端部、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａが有する端部、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａが有する端部、のそれぞれは、断面視においてテーパー形状を有している。また、アンダーバンプメタル１０２の上面のうちはんだバンプ１０１が形成された部分は平坦となっている。一方、アンダーバンプメタル１０２の端部、および、パシベーション膜１０３のそれぞれは、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａを臨む端部などを覆う構造となっており、第２樹脂層間膜１０４と第１配線電極１０７との段差に応じた形状を有している。これによりアンダーバンプメタル１０２の上面のうち、はんだバンプ１０１が形成された部分と端部との間には段差が設けられている。このような構成によれば、アンダーバンプメタル１０２の上面全体が平坦である場合に比べて、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離を稼ぐことができ、はんだの濡れ拡がりを抑制する効果が得られる。

　図３は、本実施の形態１に係る半導体装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す断面図である。図３では、半導体装置１０Ａおけるはんだバンプ１０１が形成される部分の厚さ方向の断面構造を示している。図３に示すように、半導体装置１０Ａは、半導体基板１０６、第１配線電極１０７、第２配線電極１０８、第１樹脂層間膜１０５、第２樹脂層間膜１０４、アンダーバンプメタル１０２、およびはんだバンプ１０１を備える。

　第１樹脂層間膜１０５の開口部１０５ａが有する端部、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａが有する端部、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａが有する端部、のそれぞれは、断面視においてテーパー形状を有している。また、アンダーバンプメタル１０２の上面は開口部１０４ａの形状を反映せずに平坦となっている。アンダーバンプメタル１０２の端部は、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａを臨む端部などを覆う構造となっており、アンダーバンプメタル１０２の端部は逆テーパー形状を有している。

　図４は、本実施の形態１に係る半導体装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す断面図である。図４では、半導体装置１０Ａおけるはんだバンプ１０１が形成される部分の厚さ方向の断面構造を示している。図４に示すように、半導体装置１０Ａは、半導体基板１０６、第１配線電極１０７、第２配線電極１０８、第１樹脂層間膜１０５、第２樹脂層間膜１０４、アンダーバンプメタル１０２、およびはんだバンプ１０１を備える。

　第１樹脂層間膜１０５の開口部１０５ａが有する端部、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａが有する端部、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａが有する端部、のそれぞれは、断面視においてテーパー形状を有している。また、アンダーバンプメタル１０２の上面は開口部１０４ａの形状を反映せずに凸形状となっている。アンダーバンプメタル１０２の端部は、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａを臨む端部などを覆う構造となっており、アンダーバンプメタル１０２の端部はなだらかな逆テーパー形状を有している。

　図２～図４の構成において、第１樹脂層間膜１０５の開口部１０５ａ、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａ、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａのそれぞれのテーパー形状は、感光性ポリイミドを用いたフォトリソグラフィーとポリイミド樹脂の熱処理による収縮とにより形成される。一方、図１に示す構成では、第１樹脂層間膜１０５の開口部１０５ａ、第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａ、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａのそれぞれは、下層の面に対して垂直な形状となっている。このような形状はドライエッチングにより形成される。なお、ドライエッチングの条件によっては、これら開口部の形状をテーパー形状にすることもできる。

　ここで、図１に示される半導体装置１０Ａの製造方法を示す。半導体基板１０６上に第２配線電極１０８を形成する。例えば蒸着、スパッタ、めっきなどにより導電膜を形成し、その後フォトリソグラフィーによって導電膜上のレジストをパターニングし、それをマスクにしてウエットまたはドライエッチング加工により導電膜に配線パターンを形成することによって、第２配線電極１０８が形成される。なお、レジストのパターニングを先に施して、蒸着により導電膜を形成し、レジストごと導電膜を選択的に除去するリフトオフ法を用いて、第２配線電極１０８の配線パターンを形成してもよい。

　次に樹脂膜を形成し、第２配線電極１０８上の樹脂膜に開口パターンを形成することによって第１樹脂層間膜１０５を形成する。第１樹脂層間膜１０５の材質は、例えばポリイミドであり、開口パターンを形成する方法は、当該材質が感光性ポリイミドである場合は例えばフォトリソグラフィーであり、当該材質が非感光性ポリイミドである場合は例えばドライエッチングである。

　次に、第１樹脂層間膜１０５上に第１配線電極１０７を第１配線電極１０８と同様に形成する。それから、第１配線電極１０７の一部が露出する開口部１０４ａを有し、第１配線電極１０７を覆う第２樹脂層間膜１０４を第１樹脂層間膜１０５と同様に形成する。

　次に、開口部１０４ａの内面および上縁を覆い、第１配線電極１０７に接続されたアンダーバンプメタル１０２を無電解めっき方により形成する。このとき、めっき時間などについて調整を行い、第２樹脂層間膜１０４上のアンダーバンプメタル１０２の長さをコントロールする。

　次に、アンダーバンプメタル１０２の一部が露出する開口部１０３ａを有するパシベーション膜１０３を第２樹脂層間膜１０４上に形成する。パシベーション膜１０３は、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を覆うように形成する。パシベーション１０３の材質は、例えばポリイミドであり、アンダーバンプメタル１０２が露出する開口パターンを形成する方法は、当該材質が感光性ポリイミドである場合は例えばフォトリソグラフィーであり、当該材質が非感光性ポリイミドである場合は例えばドライエッチングである。

　次にアンダーバンプメタル１０２が露出した部分にはんだボール１０１が形成される。

　なお、半導体基板１０６は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、またはＳｉＣなどからなる。第１樹脂層間膜１０５および第２樹脂層間膜１０４のそれぞれは、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、またはＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）などからなる。第１配線電極１０７および第２配線電極１０８は、Ａｕ、Ｃｕ、またはＡｌなどからなる。アンダーバンプメタル１０２は、ＮｉとＡｕとの多層膜、あるいはＮｉ、Ｐｄ、およびＡｕの多層膜などからなる。はんだバンプ１０１の径はφ５０μｍ～１５０μｍであるが、これ以外の範囲の径でも構わない。

　また膜の応力不均一による剥がれ等の不具合が考えられるため、第１樹脂層間膜１０５、第２樹脂層間膜１０４、およびパシベーション膜１０３は同一の材料であることが望ましい。一方で、パシベーション膜１０３は、耐湿性など半導体素子の用途に応じて必要な特性を考慮して、第１樹脂層間膜１０５および第２樹脂層間膜１０４とは別材料にしてもよい。

　図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す断面図および平面図である。図５の平面図では、はんだバンプ１０１の図示を省略している。また図５は、アンダーバンプメタル１０２の周辺を拡大して、半導体装置１０Ａをパシベーション膜１０３側から見た平面図を示している。

　図１，５に示されるように、アンダーバンプメタル１０２は開口部１０４ａ内から第２樹脂層間膜１０４上にまで形成されており、平面視においてアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２は、開口部１０４ａの外側まで延びている。パシベーション膜１０３は、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の全周囲を覆うように形成されており、平面視においてパシベーション膜１０３の開口部１０３ａは、全周囲にわたってアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２より内側に位置する。アンダーバンプメタルの外縁２０２からパシベーション膜１０３の開口部１０３ａまでの距離が、パシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル１０２を覆う距離となる。

　第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａ、アンダーバンプメタル１０２の周縁２０２、および、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａの位置関係は、図６のような位置関係であってもよい。つまり、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａが、開口部１０４ａよりも小さくてもよい。このような構成によれば、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離を長くすることができる。また、はんだバンプ１０１であるはんだボールの大きさを、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａの寸法で自由に規定することができる。なお、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａは、はんだバンプ１０１の径や、アンダーバンプメタル１０２の径に合わせて任意の位置に設定することができる。また、開口部１０３ａの平面での形状は円でもよいし、多角形でもよい。

　＜はんだの濡れ広がり＞
　以下では、はんだの濡れ拡がりについて説明する。まず、関連技術におけるはんだの濡れ拡がりについて説明する。図１１は関連技術に係る半導体装置１０の構成の一例を概略的に示す断面図である。図１１では、はんだバンプ１０１の周辺を拡大して示している。図１１に示されるように、半導体装置１０は、図１に示される本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０Ａと比較して、パシベーション膜１０３を有していない。なお、図１１において既出の図において説明したもと同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。また以下の図においても同様である。

　はんだバンプ１０１を形成する際には、アンダーバンプメタル１０２上のはんだを熱処理するリフローによって丸い形状のはんだバンプ１０１を形成している。その際に、図１１においてはんだ侵入経路３０１に示すように、はんだバンプ１０１のはんだがアンダーバンプメタル１０２と第２樹脂層間膜１０４との間に侵入し、第１配線電極１０７にまで到達するようにはんだが濡れ拡がるという問題が起こっていた。

　次に、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａにおけるはんだの濡れ拡がりについて説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０Ａにおけるはんだの濡れ拡がりについて説明するための図である。図７に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２をパシベーション膜１０３が覆っており、その部分には、はんだバンプ１０１が形成されない。よって、図１１に示した関連技術に係る半導体装置１０と比較して、はんだ侵入経路３０１を長くすることができ、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離を稼ぐことができる。また図１１に示した関連技術に係る半導体装置１０と比較して、はんだ侵入経路３０１をより複雑な形状にすることができる。これらの効果により、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７へのはんだの濡れ拡がりを抑制することができる。

　ここで第２樹脂層間膜１０４上にまで延びたアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２をさらに外側に延ばすことによって、はんだ侵入経路３０１の距離をさらに延ばすことが可能になり、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離をさらに稼ぐことが可能になる。その際、関連技術に係る半導体装置１０のように、アンダーバンプメタル１０２の上面全体がパシベーション膜で覆われていない場合には、リフローによってはんだバンプ１０１がアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２にまで形成される。よって、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の位置によってはんだバンプ１０１の径および高さが変わってしまう。したがって、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を外側に延ばすことは困難であった。

　一方、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、パシベーション膜１０３の開口部１０３ａの開口パターンを任意の径に設定することによって、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を延ばしてはんだ侵入経路３０１の距離を延ばしつつ、はんだバンプ１０１の大きさおよび高さを制御することが可能になる。

　また第２樹脂層間膜１０４の膜厚を厚くすることによっても、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離を稼ぐことが可能である。第２樹脂層間膜１０４の層厚は０．１μｍ～１０μｍである。第２樹脂層間膜１０４が厚すぎると膜ストレスによる層間膜どうしの剥離などの不具合が発生する。また半導体装置の動作周波数が高い場合には樹脂層間膜厚が電気特性に影響するため、第２樹脂層間膜１０４の層厚は好ましくは０．５μｍ～３μｍ程度である。

　また樹脂膜とメタル膜とは本質的に密着性が悪いことから、第２樹脂層間膜１０４とアンダーバンプメタル１０２とが接する部分には隙間が生じやすい。したがって関連技術においては、この隙間からはんだの濡れ拡がりが起きやすいという問題があった。

　本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、アンダーバンプメタル１０２の外縁２０２がパシベーション膜１０３で覆われていることから、第２樹脂層間膜１０４とアンダーバンプメタル１０２とが接する部分における隙間の発生を抑制することができ（「アンカー効果」とも呼ばれる）、はんだの濡れ拡がりを抑制することができる。

　＜はんだバンプの接続強度＞
　以下では、はんだバンプの接続強度について説明する。図１１に示される関連技術に係る半導体装置１０では、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との接合界面３０２において、第１配線電極１０７と第１樹脂層間膜１０５とが剥離する問題があった。これは半導体装置を外部基板に実装するときなどにかかる応力、またはそれを模擬した信頼性評価としてのボールシェア試験などでかかる応力によって、第１配線電極１０７と第１樹脂層間膜１０５とが剥離する問題である。

　図８はボールシェア試験を説明するための図である。図８では、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０Ａを用いて説明している。図８に示されるように、ボールシェア試験は、はんだバンプ１０１にボールシェアツール４０１で応力を加えて行う破壊試験である。図８の例では、ボールシェアツール４０１によって、はんだバンプ１０１には側面方向からの力が加えられる。ボールシェアツール４０１ではんだバンプ１０１に応力が加えられると、メタル膜と樹脂膜とは本質的に密着性が悪いことから、接合界面３０２の部分で第１配線電極１０７と第１樹脂層間膜１０５とが剥離する方向に力が作用する。

　ここで、上記説明のように本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、パシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２を覆っていることから、接合界面３０２での剥離の起点となるアンダーバンプメタル１０２と第２樹脂層間膜１０４との剥離を抑制することができ、接合界面３０２での剥離を抑制することができる。

　以上のように、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでは、はんだバンプ１０１の接続強度を確保しつつ、はんだの濡れ拡がりを抑制することが可能になる。特に第１配線電極１０７がＡｕ配線の場合には、樹脂層間膜との密着性が顕著に悪いことが課題となっているため本発明の実施の形態１による効果がより期待できる。

　なお、本実施の形態では、パシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の全周囲を覆っている場合を例に説明したが、パシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の少なくとも一部を覆っていれば、その覆う範囲の広さに応じて、パシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル１０２の外縁２０２の全周囲を覆っている場合と同様の効果が得られる。

　＜実施の形態２＞
　図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置１０Ｂの構成の一例を概略的に示す断面図である。本実施の形態に係る半導体装置１０Ｂは、第２樹脂層間膜とアンダーバンプメタルとが複数層に積層された構成となっている。

　図９に示されるように、半導体装置１０Ｂは、図１に示される実施の形態１に係る半導体装置１０Ａと比較して、第２樹脂層間膜１０４，５０５，５０４およびアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１が積層されている。

　半導体基板１０６上に接するように第２配線電極１０８が配置されており、第１樹脂層間膜１０５を介して第２配線電極１０８と電気的に接続される第１配線電極１０７が形成されている。さらに第１配線電極１０７および第１樹脂層間膜１０５上に第２樹脂層間膜１０４が形成されている。第２樹脂層間膜１０４は開口部１０４ａを有し、開口部１０４ａから第１配線電極１０７が露出するように、第１配線電極１０７を覆っている。

　第２樹脂層間膜１０４の開口部１０４ａには、アンダーバンプメタル５０３が形成されている。アンダーバンプメタル５０３は、開口部１０４ａから露出する第１配線電極１０７に接続されている。アンダーバンプメタル５０３は、開口部１０４ａの内面および上縁を覆っており、平面視においてアンダーバンプメタル５０３の外縁を含む端部は第２樹脂層間膜１０４上にまで形成されている。

　第２樹脂層間膜５０５は開口部５０５ａを有し、開口部５０５ａからアンダーバンプメタル５０３の一部が露出するように、また第２樹脂層間膜１０４上にまで形成されたアンダーバンプメタル５０３の外縁を覆うように第２樹脂層間膜１０４上に形成されている。

　第２樹脂層間膜５０５の開口部５０５ａにはアンダーバンプメタル５０２が形成されている。アンダーバンプメタル５０２は、開口部５０５ａから露出するアンダーバンプメタル５０３と開口部５０５ａの上縁とを覆っており、平面視においてアンダーバンプメタル５０２の外縁を含む端部は第２樹脂層間膜５０５上にまで形成されている。

　第２樹脂層間膜５０４は開口部５０４ａを有し、開口部５０４ａからアンダーバンプメタル５０２の一部が露出するように、また第２樹脂層間膜５０５上にまで形成されたアンダーバンプメタル５０２の外縁を覆うように第２樹脂層間膜５０５上に形成されている。

　第２樹脂層間膜５０４の開口部５０４ａにはアンダーバンプメタル５０１が形成されている。アンダーバンプメタル５０１は、開口部５０４ａから露出するアンダーバンプメタル５０２と開口部５０４ａの上縁とを覆っており、平面視においてアンダーバンプメタル５０１の外縁を含む端部は第２樹脂層間膜５０４にまで形成されている。

　パシベーション膜１０３は開口部１０３ａを有し、開口部１０３ａからアンダーバンプメタル５０１の一部が露出するように、また第２樹脂層間膜５０４上にまで形成されたアンダーバンプメタル５０１の外縁を覆うように第２樹脂層間膜５０４上に形成されている。はんだバンプ１０１は、開口部１０３ａから露出するアンダーバンプメタル５０１上に形成されている。

　以上のように、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｂでは、第２樹脂層間膜１０４，５０５，５０４およびアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１が積層されていることから、実施の形態１に係る半導体装置１０Ａと比較して、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７までの距離をより長く確保することができる。またアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１の外縁を、それぞれ、第２樹脂層間膜５０５，５０４およびパシベーション膜１０３で覆うことによって、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７へのはんだの侵入経路をふさぐ効果があり、はんだの濡れ拡がりを抑制する効果が高まる。

　一方、もう一つの課題である第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との剥離に対しても、第２樹脂層間膜１０４，５０５，５０４およびパシベーション膜１０３のそれぞれと、アンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１のそれぞれとが交互に重ねて形成され、各アンダーバンプメタルの外縁が覆われる構造となっていることからアンカー効果が得られる。そのため剥がれの起点となるアンダーバンプメタル端部の剥離を防止でき、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との剥離を抑制することができる。

　なお、図９に示されるように、アンダーバンプメタルと樹脂層間膜とが交互に３層重なる構造を例にして説明しているが、これに限らず何層に重なっていてもよい。なお、これらの複数の層は、実施の形態１で説明した製造方法と同様にして形成することができる。

　また、本実施の形態では、第２樹脂層間膜５０５，５０４およびパシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１の外縁の全周囲をそれぞれ覆っている場合を例に説明したが、第２樹脂層間膜５０５，５０４およびパシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１の外縁の少なくとも一部をそれぞれ覆っていれば、その覆う範囲の広さに応じて、第２樹脂層間膜５０５，５０４およびパシベーション膜１０３がアンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１の外縁の全周囲をそれぞれ覆っている場合と同様の効果が得られる。

　＜実施の形態３＞
　図１０は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置１０Ｃの構成の一例を概略的に示す断面図である。図１０に示されるように、実施の形態３に係る半導体装置１０Ｃは、図９に示される実施の形態２に係る半導体装置１０Ｂと比較して、アンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１の形成範囲が異なっている。

　平面視において、最下層にあるアンダーバンプメタル５０３の形成範囲が一番大きく、次いで中間層にあるアンダーバンプメタル５０２の形成範囲が大きく、一番形成範囲が小さいのが最上層にあるアンダーバンプメタル５０１である。このように本実施の形態に係る半導体装置１０Ｃは、下層に向かうに従って、平面視におけるアンダーバンプメタルの形成範囲が大きくなる構造となっている。

　この構造にすることで、はんだバンプ１０１から第１配線電極１０７への距離をさらに長く確保することができる。またアンダーバンプメタル５０３，５０２の上面の一部だけでなく、内周を第２樹脂層間膜５０５，５０４でそれぞれ覆うことではんだの侵入経路をふさぐ効果があり、はんだの濡れ拡がりを防止する効果が高まる。

　一方、もう一つの課題である第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との剥離に対しても、実施の形態２と同様、第２樹脂層間膜１０４，５０５，５０４およびパシベーション膜１０３のそれぞれと、アンダーバンプメタル５０３，５０２，５０１のそれぞれとが交互に重ねて形成され、各アンダーバンプメタルの外縁が覆われる構造となっていることからアンカー効果が得られる。さらに下層に向かうほどアンダーバンプメタルの形成範囲が大きくなることから、より大きなアンカー効果が得られる。そのため剥離の起点となるアンダーバンプメタル端部の剥離を抑制でき、第１樹脂層間膜１０５と第１配線電極１０７との剥離を抑制することができる。

　なお、図１０に示されるように、アンダーバンプメタルと樹脂層間膜とが交互に３層重なる構造を例にして説明しているが、これに限らず何層に重なっていてもよい。

　なお、本発明は、その発明の範囲において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

　本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

　１０，１０Ａ～１０Ｃ　半導体装置、１０１　はんだバンプ、１０２，５０１，５０２，５０３　アンダーバンプメタル、１０３　パシベーション膜、１０３ａ，１０４ａ，１０５ａ，５０４ａ，５０５ａ　開口部、１０４，５０４，５０５　第２樹脂層間膜、１０５　第１樹脂層間膜、１０６　半導体基板、１０７　第１配線電極、１０８　第２配線電極、２０２　外縁、３０１　はんだ侵入経路、３０２　接合界面、４０１　ボールシェアツール。

Claims

　半導体基板と、
　前記半導体基板上に形成された第１樹脂層間膜と、
　前記第１樹脂層間膜上に形成された配線電極と、
　前記配線電極の一部が露出する第１開口部を有し、前記配線電極を覆う第２樹脂層間膜と、
　前記第１開口部の内面および上縁を覆い、前記第１開口部から露出する前記配線電極に接続されたアンダーバンプメタルと、
　前記アンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有し、前記第２樹脂層間膜上に位置する前記アンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部を覆い、前記第２樹脂層間膜上に形成されたパシベーション膜と、
　前記第２開口部から露出する前記アンダーバンプメタルに接続されたはんだバンプと
を備える、半導体装置。
　請求項１に記載の半導体装置であって、
　前記パシベーション膜は、前記アンダーバンプメタルの外縁の全周囲を覆う、半導体装置。
　請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
　前記配線電極と、前記アンダーバンプメタルの前記外縁の少なくとも一部との間に前記第２樹脂層間膜が挟まれている、半導体装置。
　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
　前記第１樹脂層間膜の開口部が有する端部と、前記第２樹脂層間膜の前記第１開口部が有する端部と、前記パシベーション膜の前記第２開口部が有する端部と、の少なくともいずれか１つが断面視においてテーパー形状を有する、半導体装置。
　半導体基板と、
　前記半導体基板上に形成された第１樹脂層間膜と、
　前記第１樹脂層間膜上に形成された配線電極と、
　複数の第１開口部をそれぞれ有し、最下層の前記第１開口部から前記配線電極の一部が露出するように前記配線電極を覆う、積層された複数の第２樹脂層間膜と、
　前記複数の第１開口部の内面および上縁をそれぞれ覆うように積層され、最下層の前記第１開口部から露出する前記配線電極に接続された複数のアンダーバンプメタルと、
　最上層の前記アンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有し、前記複数の第２樹脂層間膜上に形成されたパシベーション膜と、
　前記第２開口部から露出する最上層の前記アンダーバンプメタルに接続されたはんだバンプと、を備え、
　最下層以外の前記第２樹脂層間膜および前記パシベーション膜は、前記複数の第２樹脂層間膜上にそれぞれ位置する前記複数のアンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部をそれぞれ覆う、半導体装置。
　請求項５に記載の半導体装置であって、
　最下層以外の前記第２樹脂層間膜および前記パシベーション膜は、前記複数のアンダーバンプメタルの外縁の全周囲をそれぞれ覆う、半導体装置。
　請求項５または請求項６に記載の半導体装置であって、
　平面視において、前記複数のアンダーバンプメタルそれぞれの形成範囲は、下層に向かうほど広くなる、半導体装置。
　（ａ）半導体基板を準備する工程と、
　（ｂ）前記半導体基板上に第１樹脂層間膜を形成する工程と、
　（ｃ）前記第１樹脂層間膜上に配線電極を形成する工程と、
　（ｄ）前記配線電極の一部が露出する第１開口部を有し、前記配線電極を覆う第２樹脂層間膜を形成する工程と、
　（ｅ）前記第１開口部の内面および上縁を覆い、前記第１開口部から露出する前記配線電極に接続されたアンダーバンプメタルを形成する工程と、
　（ｆ）前記アンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有し、前記第２樹脂層間膜上に位置する前記アンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部を覆うパシベーション膜を前記第２樹脂層間膜上に形成する工程と、
　（ｇ）前記第２開口部から露出する前記アンダーバンプメタルに接続されたはんだバンプを形成する工程と
を備える、半導体装置の製造方法。
　（ａ）半導体基板を準備する工程と、
　（ｂ）前記半導体基板上に第１樹脂層間膜を形成する工程と、
　（ｃ）前記第１樹脂層間膜上に配線電極を形成する工程と、
　（ｄ）複数の第１開口部をそれぞれ有し、最下層の前記第１開口部から前記配線電極の一部が露出するように前記配線電極を覆う複数の第２樹脂層間膜を積層する工程と、
　（ｅ）前記複数の第１開口部の内面および上縁をそれぞれ覆い、最下層の前記第１開口部から露出する前記配線電極に接続された複数のアンダーバンプメタルを積層する工程と、
　（ｆ）最上層の前記アンダーバンプメタルの一部が露出する第２開口部を有するパシベーション膜を前記複数の第２樹脂層間膜上に形成する工程と、
　（ｇ）前記第２開口部から露出する最上層の前記アンダーバンプメタルに接続されたはんだバンプを形成する工程と、を備え、
　最下層以外の前記第２樹脂層間膜および前記パシベーション膜は、前記複数の第２樹脂層間膜上にそれぞれ位置する前記複数のアンダーバンプメタルの外縁の少なくとも一部をそれぞれ覆う、半導体装置の製造方法。