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JP2006294837A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法 Download PDF

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JP2006294837A
JP2006294837A JP2005113153A JP2005113153A JP2006294837A JP 2006294837 A JP2006294837 A JP 2006294837A JP 2005113153 A JP2005113153 A JP 2005113153A JP 2005113153 A JP2005113153 A JP 2005113153A JP 2006294837 A JP2006294837 A JP 2006294837A
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Soichi Sugawara
宗一 菅原
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    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】 パッシベーション膜にさらに保護膜を有する製品でも電解めっきのためのシード層のカバレッジを良好にし、一様なバンプ電極の形成が実現できる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 パッシベーション膜14は、少なくとも電極パッド12周縁及びガードリング13の形状を反映させた隆起部141,142を伴う。パッシベーション膜14上において、樹脂系の保護膜15が電極パッド12周縁による隆起部141の外側からガードリング13による隆起部142の内側の領域にわたって形成されている。パッシベーション膜14による周囲領域143及び144は、保護膜15を伸ばさない領域である。周囲領域143及び144は、後述する電解めっき用シード層のカバレッジを改善するために設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電解めっき法によって形成されるバンプ電極を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
ICチップ製品の外部接続端子としてバンプ電極が知られている。定評のあるバンプ電極として例えばAuバンプある。Auバンプは電解めっき法による形成が一般化されている。バンプ電極による外部接続は、応力に変形し難く信頼性の高いものとするために、バンプ電極周囲のパッシベーション膜の構成も重要である。パッシベーション膜の最上層にポリイミド膜を設けるのも有効な手段である(例えば特許文献1参照)。
図7は、従来の一例で、半導体チップ製品におけるバンプ領域周辺の断面図である。ICチップ30は、集積回路側とスクライブの領域側を隔てるように、ガードリング(防湿リング)33が設けられている。図示のガードリング(防湿リング)33は、その最上部が示されており、ICチップ30の最上層配線と同じ層を用いている。従って、電極パッド32もメタル配線の最上層で形成される。パッシベーション膜34は、電極パッド32を除いてICチップ全面に被覆されている。さらに、パッシベーション膜34上にポリイミド膜35が形成されており、保護形態を構成している。ポリイミド膜35は、電極パッド32及びその周辺を除き、ガードリング33の内側に形成されている。ポリイミド膜35は、製品をチップに切り分けるときに塵埃を増大させる懸念からスクライブの領域側には設けない。
破線に示すバンプ電極37形成時、電極パッド32上にバリアや密着性を考慮したアンダーバンプメタルと電解めっきのためのシード層(Au)を含む金属積層36をウェハ構成上全面に形成する。図示しないが、フォトリソグラフィ技術により電極パッド32の電気的接続領域及びその周囲部を露出させたバンプ形成用のレジストパターンを形成する。レジストパターンに従って電解めっき法によりAuをめっき成長させる。レジストパターン剥離後、めっき成長したバンプ電極37をマスクにして不要な金属積層36を除去し、アニールなどを経る。
特開2003−332341号公報(図7、図8、段落番号[0021]〜[0023])
上記図7に示すように、ポリイミド膜35は、パッシベーション膜34上においてガードリング33の内側上方に形成されている。これにより、ガードリング33の段差とポリイミド膜35の縁部の段差とで起伏が激しく、V字形溝38ができ易い。これにより、金属積層36の段差被覆性の劣化(カバレッジ不足)が懸念される。金属積層36は、その上面に電解めっき用のシード層(Au)を含む。シード層のカバレッジ不足は、電解めっきにおける導電性異常を招き、めっき成長のばらつき、バンプ形成不良の原因となる。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、パッシベーション膜にさらに保護膜を有する製品でも電解めっきのためのシード層のカバレッジを良好にし、一様なバンプ電極の形成が実現できる半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部の外側から前記ガードリングによる隆起部の内側の領域にわたって形成された第2保護膜と、前記電極パッド周縁による前記隆起部と前記第2保護膜の間、及び前記ガードリングによる隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、前記電極パッド上に形成された金属積層と、前記金属積層上に設けられた電極部材と、を含む。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部の外側から前記ガードリングによる隆起部上にわたる領域に形成された第2保護膜と、前記電極パッド周縁による前記隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、前記電極パッド上に形成された金属積層と、前記金属積層上に設けられた電極部材と、を含む。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部上から前記ガードリングによる隆起部の内側の領域にわたって形成された第2保護膜と、前記ガードリングによる隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、前記電極パッド上に形成された金属積層と、前記金属積層上に設けられた電極部材と、を含む。
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、第1保護膜に対して第2の保護膜の配置が制御された構成を有する。これにより、第1保護膜の隆起部と第2保護膜が激しい起伏を持たない位置関係になる。これにより、電極部材を形成する電解めっき時に必要なシード層のカバレッジが改善される。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置において、好ましくは、前記第1保護膜による周囲領域は、その幅が1μm以上設けられていることを特徴とする。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部上から前記ガードリングによる隆起部上にわたる領域に形成された第2保護膜と、前記電極パッド上に形成された金属積層と、前記金属積層上に設けられた電極部材と、を含む。
上記本発明に係る半導体装置によれば、第2の保護膜が各隆起部上にかかるよう制御されることによって、第1保護膜の隆起部と第2保護膜が激しい起伏を持たない位置関係になる。これにより、電解めっき時に必要なシード層のカバレッジが改善される。
上記各々の本発明に係る半導体装置において、好ましくは次のようないずれかの特徴を有し、保護形態の安定化に寄与する。
前記第2保護膜は、樹脂系で構成されることを特徴とする。
前記第2保護膜は、ポリイミドで構成されることを特徴とする。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の集積回路に関係する所定の配線層と共に電極パッド及びガードリングを形成する工程と、前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって第1保護膜を被覆する工程と、前記第1保護膜上において第2保護膜を形成し、前記電極パッド周縁の形状を反映する隆起部上またはこの隆起部より所定間隔空けた外側から、前記ガードリングの形状を反映する隆起部上またはこの隆起部より所定間隔空けた内側の領域にわたるいずれかの被覆形態をとるように前記第2保護膜をパターニングする工程と、前記電極パッド、前記第1保護膜及び前記第2保護膜の構成上全域に拡散防止用の金属層、密着用及びめっき用の金属層を含む金属積層を被覆する工程と、前記めっき用の金属層を利用した電解めっき法により前記電極パッド上に電極部材を形成する工程と、前記電極部材をマスクに前記金属積層の不要部分を選択的に除去する工程と、を含む。
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第2の保護膜の、第1保護膜上への被覆形態が制御される。これにより、第1保護膜の隆起部に対し第2保護膜が激しい起伏をもたらさないよう配置される。これにより、電解めっき法で用いられる金属層の段差被覆性が改善され、電極部材のめっき成長の安定性向上に寄与する。
なお、上記本発明に係る半導体装置において、前記電極部材は、レジストパターンを形成し、前記レジストパターンに従って前記電極部材を前記第2保護膜上方にかかるようにめっき成長させることを特徴とする。第2の保護膜の、第1保護膜上への被覆形態によっては電極部材の配置形態は変化し得る。
発明を実施するための形態
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。図2(a),(b)は、それぞれ図1中の一部の構成を示す断面図である。
半導体基板10は、ICチップ製品の基材である。電極パッド12は、半導体基板10の集積回路に関係する配線層11の一部、例えば配線層11の最上層で形成されている。電極パッド12は、例えば図2(a)に示すように、第n層の配線層11nで最上部が形成され、ビアVIAを介して接続される第n−1層の配線層11(n−1)で二重パッド構造となっており、ビアVIA及び第n−2層の配線層11(n−2)などを介して図示しない回路素子に接続されている。
ガードリング13は、防湿リングとも呼ばれ、集積回路周辺に設けられ、電極パッド12と同様に配線層11の一部で図示の最上部が構成されている。ガードリング13は、例えば図2(b)に示すように、第n層の配線層11nで最上部が形成され、第n−1層の配線層11(n−1)、第n−2層の配線層11(n−2)、図示しない最下層まで各々スリットビアSVIAを介して接続されている。これにより、ガードリング13は、集積回路側とスクライブ側を隔てる防護壁を構成している。
パッシベーション膜14は、電極パッド12周縁からガードリング13上及びその外側のスクライブ領域にわたって全域に被覆されている。パッシベーション膜14は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜、酸化シリコン膜/窒化シリコン膜の積層形態など多層でもよく、様々考えられる。パッシベーション膜14は、少なくとも電極パッド12周縁及びガードリング13の形状を反映させた隆起部141,142を伴う。
パッシベーション膜14上において、樹脂系の保護膜15が電極パッド12周縁による隆起部141の外側からガードリング13による隆起部142の内側の領域にわたって形成されている。保護膜15は例えば耐熱性に優れたポリイミド膜である。
上記保護膜15は、パッシベーション膜14上における縁部配置位置が重要である。電極パッド12周縁による隆起部141と保護膜15の間に、パッシベーション膜14による周囲領域143が設けられている。さらに、ガードリング13による隆起部142と保護膜15の間に、パッシベーション膜14による周囲領域144が設けられている。すなわち、パッシベーション膜14による周囲領域143及び144は、保護膜15を伸ばさない領域である。周囲領域143及び144は、後述する電解めっき用シード層のカバレッジを改善するために設けられるものであり、それぞれ幅W1,W2は少なくとも1μm以上ある方がよい。
電極パッド12上に金属積層16が形成されている。金属積層16上に電極部材17が形成されている。電極部材17は、ここではAuバンプとしている。金属積層16は、パッド12のアルミニウムとAuの相互拡散防止用のバリア層(例えばTiWやTi等)と、バリア層と電極部材17の密着性を考慮しためっき用シード層(Au)を含む。金属積層16は、いわゆるアンダーバンプメタルと同様の構成である。
破線で示す金属積層16は、電極部材17完成時には除去されるものである。破線で示す金属積層16は、めっき用シード層(Au)を含む。パッシベーション膜14による周囲領域143及び144が設けられているため、めっき用シード層を含む金属積層16のカバレッジは良好となる。これにより、電解めっき法を利用し、図示しないレジストパターンに従って、電極部材17がめっき成長される。
上記実施形態の構成によれば、パッシベーション膜14に対して保護膜15の配置が制御された構成を有する。これにより、パッシベーション膜14の隆起部(141,142)と保護膜15が、前記図7におけるV字形溝38のような激しい起伏を持たない位置関係になる。これにより、電極部材17を形成する電解めっき時に必要なシード層のカバレッジが改善される。よって、電解めっきにおける導電性異常は回避され、めっき成長のばらつきは大幅に低減される。これにより、バンプ形成不良のない、高信頼性のバンプ電極(電極部材17)の形成が可能となる。
図3は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。前記第1実施形態と同様の箇所には図1と同一の符号を付す。
この実施形態は、前記第1実施形態に比べて次のような構成が異なっている。樹脂系の保護膜15の配置が若干異なる。図示のように、パッシベーション膜14上において、保護膜15が、電極パッド12周縁による隆起部141の外側からガードリング13による隆起部142上の領域にわたって形成されている。その他の構成は、前記第1実施形態で説明した構成と同様である。
上記のような構成においても前記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、破線で示す金属積層16は、めっき用シード層(Au)を含む。パッシベーション膜14による周囲領域143が設けられ、かつ保護膜15が隆起部142上に載る形態となる。このため、前記図7におけるV字形溝38のような激しい起伏を持たず、めっき用シード層を含む金属積層16のカバレッジは良好となる。この結果、電解めっきにおける導電性異常は回避され、めっき成長のばらつきは大幅に低減される。これにより、バンプ形成不良のない、高信頼性のバンプ電極(電極部材17)の形成が可能となる。
図4は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。前記第1実施形態と同様の箇所には図1と同一の符号を付す。
この実施形態は、前記第1実施形態に比べて次のような構成が異なっている。樹脂系の保護膜15の配置が若干異なる。図示のように、パッシベーション膜14上において、保護膜15が、電極パッド12周縁による隆起部141上からガードリング13による隆起部142の内側の領域にわたって形成されている。その他の構成は、前記第1実施形態で説明した構成と同様である。
上記のような構成においても前記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、破線で示す金属積層16は、めっき用シード層(Au)を含む。保護膜15が隆起部141上に載り、かつパッシベーション膜14による周囲領域144が設けられる形態となる。このため、前記図7におけるV字形溝38のような激しい起伏を持たず、めっき用シード層を含む金属積層16のカバレッジは良好となる。この結果、電解めっきにおける導電性異常は回避され、めっき成長のばらつきは大幅に低減される。これにより、バンプ形成不良のない、高信頼性のバンプ電極(電極部材17)の形成が可能となる。
なお、電極部材17は、レジストパターン(図示せず)によっては破線171に示すように、保護膜15上方にかかるようにめっき成長させることも考えられる。
図5は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。前記第1実施形態と同様の箇所には図1と同一の符号を付す。
この実施形態は、前記第1実施形態に比べて次のような構成が異なっている。樹脂系の保護膜15の配置が若干異なる。図示のように、パッシベーション膜14上において、保護膜15が、電極パッド12周縁による隆起部141上からガードリング13による隆起部142上にわたる領域に形成されている。その他の構成は、前記第1実施形態で説明した構成と同様である。
上記のような構成においても前記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、破線で示す金属積層16は、めっき用シード層(Au)を含む。保護膜15が隆起部141及び142それぞれの上に載る形態となる。このため、前記図7におけるV字形溝38のような激しい起伏を持たず、めっき用シード層を含む金属積層16のカバレッジは良好となる。この結果、電解めっきにおける導電性異常は回避され、めっき成長のばらつきは大幅に低減される。これにより、バンプ形成不良のない、高信頼性のバンプ電極(電極部材17)の形成が可能となる。
なお、電極部材17は、レジストパターン(図示せず)によっては破線171に示すように、保護膜15上方にかかるようにめっき成長させることも考えられる。
図6は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す断面図である。前記第1実施形態と同様の箇所には図1と同一の符号を付す。上述してきたように、保護膜15に関する、パッシベーション膜14上における縁部配置位置が重要である。保護膜15として、感光性ポリイミドまたは非感光性ポリイミドが用いられる。保護膜15はフォトリソグラフィ工程を経てパターニングされるようにすればよい。
図6において、領域F1は、図1の保護膜15の構成を実現するためのパターニング領域を示す。領域F3は、図3の保護膜15の構成を実現するためのパターニング領域を示す。領域F4は、図4の保護膜15の構成を実現するためのパターニング領域を示す。領域F5は、図5の保護膜15の構成を実現するためのパターニング領域を示す。
保護膜15のパターニング後、上記各図1、図3〜図5に示されるように、破線図示を含むめっき用シード層付きの金属積層16の形成、図示しないレジストパターンに従ったて電解めっき法による電極部材17の形成が達成される。
上記実施形態方法によれば、保護膜15の、パッシベーション膜14上への被覆形態が制御される。これにより、パッシベーション膜14の隆起部(141,142)に対し保護膜15が激しい起伏をもたらさないよう配置される。これにより、電解めっき法で用いられる金属積層16の段差被覆性が改善され、電極部材17のめっき成長の安定性向上に寄与する。
以上説明したように本発明によれば、パッシベーション膜に対してさらに積層される保護膜の配置が制御された構成を有する。これにより、パッシベーション膜の隆起部と上層の保護膜が激しい起伏を持たない位置関係を構成する。これにより、電極部材を形成する電解めっき時に必要なシード層のカバレッジが改善される。この結果、パッシベーション膜にさらに保護膜を有する製品でも電解めっきのためのシード層のカバレッジを良好にし、一様なバンプ電極の形成が実現できる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態及び方法に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、応用を実施することが可能である。
第1実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図。 図1中の一部の構成を示す各断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図。 第3実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図。 第4実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図。 第5実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す断面図。 従来の一例で、半導体チップ製品におけるバンプ領域周辺の断面図。
符号の説明
10…半導体基板、11…配線層、12,32…電極パッド、13,33…ガードリング、14,34…パッシベーション膜、141,142…隆起部、143,144…周囲領域、15…保護膜、16,36…金属積層、17,171…電極部材、30…ICチップ製品、35…ポリイミド膜、37…バンプ電極、38…V字形溝。

Claims (9)

  1. 半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、
    前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、
    前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、
    前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部の外側から前記ガードリングによる隆起部の内側の領域にわたって形成された第2保護膜と、
    前記電極パッド周縁による前記隆起部と前記第2保護膜の間、及び前記ガードリングによる隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、
    前記電極パッド上に形成された金属積層と、
    前記金属積層上に設けられた電極部材と、
    を含む半導体装置。
  2. 半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、
    前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、
    前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、
    前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部の外側から前記ガードリングによる隆起部上にわたる領域に形成された第2保護膜と、
    前記電極パッド周縁による前記隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、
    前記電極パッド上に形成された金属積層と、
    前記金属積層上に設けられた電極部材と、
    を含む半導体装置。
  3. 半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、
    前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、
    前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、
    前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部上から前記ガードリングによる隆起部の内側の領域にわたって形成された第2保護膜と、
    前記ガードリングによる隆起部と前記第2保護膜の間に設けられた前記第1保護膜による周囲領域と、
    前記電極パッド上に形成された金属積層と、
    前記金属積層上に設けられた電極部材と、
    を含む半導体装置。
  4. 前記第1保護膜による周囲領域は、その幅が1μm以上設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。
  5. 半導体基板の集積回路に関係する配線層の一部で形成された電極パッドと、
    前記集積回路周辺に設けられ前記配線層の一部で最上部が構成されたガードリングと、
    前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって被覆され、少なくとも前記電極パッド周縁及び前記ガードリングの形状を反映させた隆起部を伴う第1保護膜と、
    前記第1保護膜上において、前記電極パッド周縁による前記隆起部上から前記ガードリングによる隆起部上にわたる領域に形成された第2保護膜と、
    前記電極パッド上に形成された金属積層と、
    前記金属積層上に設けられた電極部材と、
    を含む半導体装置。
  6. 前記第2保護膜は、樹脂系で構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
  7. 前記第2保護膜は、ポリイミドで構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体装置。
  8. 半導体基板の集積回路に関係する所定の配線層と共に電極パッド及びガードリングを形成する工程と、
    前記電極パッド周縁から前記ガードリング上及びその外側にわたって第1保護膜を被覆する工程と、
    前記第1保護膜上において第2保護膜を形成し、前記電極パッド周縁の形状を反映する隆起部上またはこの隆起部より所定間隔空けた外側から、前記ガードリングの形状を反映する隆起部上またはこの隆起部より所定間隔空けた内側の領域にわたるいずれかの被覆形態をとるように前記第2保護膜をパターニングする工程と、
    前記電極パッド、前記第1保護膜及び前記第2保護膜の構成上全域に拡散防止用の金属層、密着用及びめっき用の金属層を含む金属積層を被覆する工程と、
    前記めっき用の金属層を利用した電解めっき法により前記電極パッド上に電極部材を形成する工程と、
    前記電極部材をマスクに前記金属積層の不要部分を選択的に除去する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  9. 前記電極部材は、レジストパターンを形成し、前記レジストパターンに従って前記電極部材を前記第2保護膜上方にかかるようにめっき成長させることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
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