JP2009124099A - 半導体チップの電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する電極パッドの半田バンプが電気的にショートすることを防止しつつ、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上する半導体チップの電極構造を提供する。
【解決手段】電極パッド１００は、シリコン１０１の最上層部において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間にバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９にエッジ部分が一致しないようにダミーメタル１１１を配置する。ダミーメタル１１１と層間膜１４０とで多くの界面を構成することで、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に掛かるバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの電極構造に関し、より特定的には、クラックの進行を抑制するフリップチップ接続を構成する半導体チップの電極構造に関する。

従来の半導体装置のフリップチップ接続における電極パッド構造について、図面を見ながら説明する。図１１Ａは、一般的なフリップチップ接続構成を示す図である。図１１Ａにおいて、半導体チップ１１０１とインターポーザ基板１１０２とは半田バンプを介して接続されている。図１１Ｂは、図１１Ａに示すフリップチップ接続構成をＡ−Ａ’面から見た断面図である。図１１Ｂにおいて、半導体チップ１１０１とインターポーザ基板１１０２とは、半田バンプ１１０３を介して接続されており、半田バンプ１１０３の接続部周辺は、アンダーフィル樹脂１１０４で覆われている。このように、半導体チップ１１０１の内部に形成された回路は、半田バンプ１１０３を介してインターポーザ基板１１０２の裏面に接続されることで、実装面積が小さく、また、配線が短いために電気的特性が良い。また、半田バンプ１１０３の接続部周辺をアンダーフィル樹脂１１０４で固めることにより、半田バンプ１１０３の接続部の接続信頼性を向上させている。

半導体チップ１１０１の内部に形成されるフリップチップ接続パッドには、例えば、エリアパッドやペリフェラルパッド等がある。図１２Ａは、電極パッド１２０１を半導体チップ１１０１の全面に配置したエリアパッドのレイアウトパターンを示す図である。図１２Ｂは、電極パッド１２０２を半導体チップ１１０１の周辺部に配置したペリフェラルパッドのレイアウトパターンを示す図である。なお、フリップチップ接続パッドは、電極パッドを半導体チップ１１０１の面内に一様なパターンで形成されることが多い。

図１３は、図１１Ａ〜図１２Ｂに示した半導体チップ１１０１に形成されている従来技術における電極パッド構造の断面図である。図１３において、従来技術における電極パッド１３００は、シリコン１３０１の最上層部にパッド配線メタル１３０２が配置され、パッド配線メタル１３０２と同一層に配線メタル１３０３が配置されている。パッド配線メタル１３０２の上部にはパッド接続メタル１３０４が配置されている。シリコン１３０１およびパッド接続メタル１３０４の上面は、パッド接続メタル１３０４を保護するように主に窒化膜で構成された窒化保護膜１３０５、さらにポリイミド等の樹脂材で構成された樹脂材保護膜１３０６で覆われている。ただし、パッド接続メタル１３０４の上面の一部は、窒化保護膜１３０５と樹脂材保護膜１３０６とのいずれによっても覆われていない開口部１３０８が存在する。パッド接続メタル１３０４は、開口部１３０８がバリアメタル１３０７と接することによって、バリアメタル１３０７の上部に形成される半田バンプ１１０３と電気的に接続される。

従来技術における電極パッド１３００では、パッド接続メタル１３０４の上面であって窒化保護膜１３０５と樹脂材保護膜１３０６とのいずれによっても覆われない部分、つまり、パッド接続メタル１３０４がバリアメタル１３０７と接する開口部１３０８の位置は、樹脂材保護膜１３０６の形成する範囲によって決められていた。さらに、樹脂材保護膜１３０６は、バリアメタル１３０７のエッジ位置下部１３０９にも存在するため、バリアメタル１３０７のエッジ位置下部１３０９に集中するバンプ応力を緩和することができる。バリアメタル１３０７のエッジ位置下部１３０９に掛かるバンプ応力とは、半田バンプを形成する時にバリアメタルに掛かる応力、および半導体チップをインターポーザ基板へ実装する時に半田バンプに掛かる応力等をいう。

しかしながら、図１３に示す従来技術における電極パッド１３００の構成では、半田バンプを形成する主流技術であるメッキ法を用いる場合、互いに隣接する電極パッドの半田バンプが電気的にショートする不具合が発生しやすいという問題があった。図１４は、互いに隣接する図１３に示した電極パッド１３００の半田バンプ１１０３が、電気的にショートしている状態を示す図である。図１４において、樹脂材保護膜１３０６に導電成分αが付着し、互いに隣接する半田バンプ１１０３は、バリアメタル１３０７を介して電気的にショートしている。これは、メッキ法を用いて半田バンプ１１０３を形成する際、メッキ工程中に導電成分αが樹脂材保護膜１３０６に付着することが多いためである。

このような従来技術における電極パッド１３００の不具合を解消するために、さらに以下に示す他の従来技術における電極パッドがある。図１５は、従来技術における電極パッド１３００の不具合を解消するための他の従来技術における電極パッド１５００の断面図である。図１５において、他の従来技術における電極パッド１５００は、樹脂材保護膜１５０６が窒化保護膜１３０５の上面であって、バリアメタル１５０７と接しない範囲に積層される構成である。従って、パッド接続メタル１３０４の上面であって窒化保護膜１３０５に覆われていない部分、つまり、パッド接続メタル１３０４がバリアメタル１５０７と接する開口部１５０８の位置は、窒化保護膜１３０５の形成する範囲によって決められる。

このように他の従来技術における電極パッド１５００の構成によれば、半田バンプを形成する主流技術であるメッキ法を用いる場合、互いに隣接する電極パッドの半田バンプが電気的にショートする不具合は発生しにくくなる。図１６は、互いに隣接する図１５に示した電極パッド１５００の樹脂材保護膜１５０６に導電成分αが付着した場合を示す図である。図１６において、導電成分αが樹脂材保護膜１５０６に付着していても、樹脂材保護膜１５０６とバリアメタル１５０７とが接していないため、互いに隣接する電極パッド１５００の半田バンプ１１０３は電気的にショートしない。
特開平１−１１４０５５号公報 特開２００６−１９５５０号公報

しかしながら、図１５に示す他の従来技術における電極パッド１５００は、後述するような課題が存在する。図１７は、図１５に示した他の従来技術における電極パッド１５００のパッド配線メタル１３０２および配線メタル１３０３を配置したシリコン１３０１の最上層部を示す図である。バリアメタル１５０７のエッジは、パッド配線メタル１３０２と配線メタル１３０３との間のエリア１７００の上部に位置する（図１７の破線１５０７ａで示す）。図１５に示す他の従来技術における電極パッド１５００は、バリアメタル１５０７のエッジ位置下部１５０９には、樹脂材保護膜１５０６は存在していないため、図１３に示した電極パッド１３００のようにバリアメタル１５０７のエッジ位置下部１５０９に集中するバンプ応力を緩和することができない。

従って、バリアメタル１５０７のエッジ位置下部１５０９に集中するバンプ応力によって、窒化保護膜１３０５にクラックが発生するという問題がある。図１８は、図１５に示す電極パッド１５００におけるＢ１部の拡大図である。図１８において、バリアメタル１５０７のエッジ位置下部１５０９に集中するバンプ応力によって、窒化保護膜１３０５にクラック１８００が発生している。

それ故に、本発明の目的は、隣接する電極パッドの半田バンプが電気的にショートすることを防止しつつ、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上する半導体チップの電極構造を提供することである。

上記目的を達成させるために、本発明の第１の半導体チップの電極構造は、最上層部にパッドメタルと当該パッドメタルと異電位となる配線メタルとを有する半導体基板と、半導体基板上に形成された電極パッドと、半導体基板上を覆い、かつ電極パッドを露出するように開口部を有する樹脂保護膜と、樹脂保護膜の開口部内であって、電極パッド上に形成されたバリアメタルと、バリアメタル上に形成されたバンプとからなる半導体チップの電極構造であって、パッドメタルと配線メタルとの間に電位を有さないダミーパターンを備え、ダミーパターンは、バリアメタルのエッジ位置を鉛直方向に延ばした部分を含む領域に形成されることを特徴とする。
好ましいダミーパターンが形成される領域の上面は、樹脂保護膜で覆われない領域を有することを特徴とする。

さらに、上記目的を達成させるために、本発明の第２の半導体チップの電極構造は、最上層部に電極パッドを形成するパッドメタルと配線メタルとを有する半導体基板と、電極パッド上に形成されたバリアメタルと、バリアメタル上に形成されたバンプとからなる半導体チップの電極構造であって、電極パッドと配線メタルとの間にメタルパターンを備え、メタルパターンは、バリアメタルのエッジ位置を鉛直方向に延ばした部分を含む領域に形成されることを特徴とする。
好ましくは、半導体基板上においてバリアメタルが形成されない領域を覆う樹脂保護膜を、さらに備え、メタルパターンが形成される領域の上面は、樹脂保護膜で覆われない領域を有することを特徴とする。

さらに、好ましいメタルパターンは、１つのメタルで構成され、メタルのエッジは、バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とするか、またはメタルパターンは、複数のメタルで構成され、複数のメタルのうち、特定のメタルは、バリアメタルのエッジ位置の鉛直方向に配置され、特定のメタルのエッジは、バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とする。
さらに、好ましいメタルパターンは、等間隔に配置された複数のメタルと、隣接するメタル間に形成された層間膜とで形成されることを特徴とする。

また、他の好ましいメタルパターンは、複数のメタルにより一連続の面で形成されることを特徴とする。
さらに、好ましい一連続の面は、複数の正六角形のメタルで形成されることを特徴とする。

また、他の好ましいメタルパターンは、半導体チップの中心から放射線状方向に配置されたメタルで形成されることを特徴とする。

また、他の好ましいメタルパターンは、クラック発生を抑制するためのパターンを含むことを特徴とする。
また、他の好ましいメタルパターンは、発生したクラックを進行させないためのパターンを含むことを特徴とする。
さらに、他の好ましいクラックを進行させないためのパターンは、不連続な複数のメタルによって成ることを特徴とする。

また、好ましいメタルパターンは、電位を有さないダミーパターンであるか、または電極パッドと同電位であることを特徴とする。

また、上記目的を達成させるために、本発明の半導体チップは、上面に複数の電極を有する半導体チップであって、半導体チップの中心から最も離れた半導体チップの四隅周辺のみに上述した電極構造を有することを特徴とする。

上述のように、本発明の半導体チップの電極構造によれば、隣接する電極パッドの半田バンプが電気的にショートすることを防止しつつ、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上する半導体チップの電極構造を実現することができる。また、本発明の半導体チップの電極構造によれば、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発しにくく、クラックの発生を抑制する効果もある。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の電極パッド１００を示す図である。図１において、電極パッド１００は、シリコン１０１の最上層部にパッド配線メタル１０２が配置され、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３が配置されている。パッド配線メタル１０２の上部にはパッド接続メタル１０４が配置されている。シリコン１０１およびパッド接続メタル１０４の上面は、パッド接続メタル１０４を保護するように主に窒化膜で構成された窒化保護膜１０５で覆われている。ただし、パッド接続メタル１０４の上面の一部は、窒化保護膜１０５で覆われていない開口部１０８が存在する。パッド接続メタル１０４は、開口部１０８がバリアメタル１０７と接することによって、バリアメタル１０７の上部に形成される半田バンプ１１０と電気的に接続されている。樹脂材保護膜１０６は、窒化保護膜１０５の上面であって、バリアメタル１０７と接しない範囲に積層されている。パッド接続メタル１０４の上面であって窒化保護膜１０５に覆われていない部分、つまり、パッド接続メタル１０４がバリアメタル１０７と接する開口部１０８の位置は、窒化保護膜１０５の形成する範囲によって決められる。ここまで説明した電極パッド１００の構造は、図１５に示した従来技術における電極パッド１５００の構造と変わらない。

なお、本実施形態では、シリコン表面保護層として窒化保護膜１０５を用いているが、この保護膜は窒化物に限らず、例えば、酸化膜等を用いても構わない。また、バリアメタル１０７は、ヤング率の比較的大きい物質である、例えば、チタン、タングステン、ニッケル等で構成される。

次に、本発明の第１の実施形態に係る電極パッド１００が従来技術における電極パッド１５００と異なる点について説明する。電極パッド１００は、ダミーメタル１１１を備えている点で従来技術における電極パッド１５００と異なる。さらに、ダミーメタル１１１は、シリコン１０１の最上層部において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に配置されていることが特徴である。図２は、図１に示す電極パッド１００におけるＢ２部の拡大図である。ダミーメタル１１１は、第１のダミーメタル１１１ａと第２のダミーメタル１１１ｂとで構成されている。

第１のダミーメタル１１１ａおよび第２のダミーメタル１１１ｂの配置について、さらに詳しく説明する。第１のダミーメタル１１１ａは、第１のダミーメタル１１１ａのエッジがバリアメタル１０７のエッジと一致しないように配置される。バリアメタル１０７のエッジに第１のダミーメタル１１１ａのエッジを一致させるような構成の場合、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発することになるためである。このように、バリアメタル１０７のエッジ位置を鉛直方向に延ばした部分を含む領域に第１のダミーメタル１１１ａを配置することにより、最もバンプ応力が集中するバリアメタル１０７のエッジ位置から鉛直方向に発生するクラック１２０の進行を抑制することができる。

第２のダミーメタル１１１ｂは、上述したように第１のダミーメタル１１１ａが配置された以外の領域に、第１のダミーメタル１１１ａと一定の間隔で配置される。上述したように第１のダミーメタル１１１ａが配置されることにより、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９において、バリアメタル１０７のエッジ位置から第１のダミーメタル１１１ａのエッジ位置に向かう斜め方向のクラックが発生することが考えられる。図３は、窒化保護膜１０５に斜め方向のクラック１３０が発生した電極パッド１００のＢ２部の拡大図である。第２のダミーメタル１１１ｂは、バリアメタル１０７のエッジ位置から鉛直方向に延ばした部分に配置されていないが、窒化保護膜１０５に発生した斜め方向のクラック１３０の進行を抑制するために、ダミーメタル１１１ａと一定の間隔で配置されている。このように、ダミーメタル１１１ｂを配置することにより、窒化保護膜１０５の広範囲にわたって発生するクラックの進行を抑制することができる。

次に、ダミーメタル１１１で構成されるダミーパターンについて、詳しく説明する。図４は、第１の実施形態に係る電極パッド１００のパッド配線メタル１０２および配線メタル１０３を配置したシリコン１０１の最上層部を示す図である。図４において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間には、複数のダミーメタル１１１が等間隔に配置されることによりドットパターンが構成されている。各ダミーメタル１１１間には、テトラエトキシシラン等で構成された層間膜１４０が存在する。なお、バリアメタル１０７のエッジは、当該ドットパターンが形成された領域の上部に位置する（図４の破線１０７ａで示す）。

このように、複数のダミーメタル１１１と層間膜１４０とで多くの界面を構成することで、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックが当該界面に接触し、クラックの進行を抑制することができる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体チップの電極構造によれば、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力よって発生するクラックに関して、バリアメタルのエッジ位置から鉛直下方に発生するクラックの進行を抑制するだけでなく、広範囲にわたって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上することができる。

なお、本実施形態では、ダミーパターンとして、図４に示すようにパッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に２つのダミーメタル１１１が配置されるドットパターンを示したが、これに限られるものではない。例えば、ダミーメタル１１１より小さいダミーメタルを３つ以上、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に配置し、図４に示すドットパターンより細かいドットパターンを形成しても構わない。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体チップの電極構造は、上述した第１の実施形態に係る半導体チップの電極構造と、ダミーメタルで構成されるダミーパターンが異なる。図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の電極パッド５００を示す図である。図５において、図１に示した同様の構成要素については、同様の参照符号を付して説明を省略する。電極パッド５００は、シリコン１０１の最上層部において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間にダミーメタル１５０を構成している。

以下に第２の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンについて詳しく説明する。図６は、第２の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図である。図６において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間には、一連続の面であるダミーメタル１５０が広範囲にわたって配置されることによりラインパターンが構成されている。

このように、ダミーメタル１５０で一連続の面を広範囲にわたって構成することで、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に掛かるバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制することができる。なお、一般的にメタルの界面がないと、バンプ応力は集中しにくい。従って、第２の実施形態に係るラインパターンの構成は、上述した第１の実施形態に係るドットパターンの構成に比べて、さらに、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発しにくく、クラックの発生を抑制する効果が期待できる。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体チップの電極構造によれば、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって広範囲にわたって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上することができる。さらには、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発しにくく、クラックの発生を抑制することもできる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る半導体チップの電極構造は、上述した第２の実施形態に係る半導体チップの電極構造と、ダミーメタルで構成されるダミーパターンが異なる。以下に第３の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンについて説明する。図７は、第３の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図である。第２の実施形態における図６に示したダミーパターンは、ダミーメタル１５０によって一連続の面が構成されていたが、図７に示すダミーパターンは、正六角形を一単位とする複数のダミーメタル１７０が連続して配置されることによりハニカムパターンが構成されている。

このように、正六角形を一単位とする複数のダミーメタル１７０によって一連続の面を構成することで、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に掛かるバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制することができる。なお、第３の実施形態に係るハニカムパターンの構成は、上述した第２の実施形態と同様に一連続の面で構成されているため、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発しにくい構成と言える。

以上のように、本発明の第３の実施形態に係る半導体チップの電極構造によれば、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって広範囲にわたって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上することができる。

なお、第３の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンは、正六角形を一単位とする複数のダミーメタル１７０によってハニカムパターンを構成したが、これに限定されるものではない。均一性を有する多角形を一単位とする複数のダミーメタルによって、一連続の面を構成するパターン等であれば、同様の効果が得られる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る半導体チップの電極構造は、上述した第１〜３の実施形態に係る半導体チップの電極構造と、ダミーメタルで構成されるダミーパターンが異なる。以下に第４の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンについて説明する。図８において、図４〜図７に示した同様の構成要素については、同様の参照符号を付して説明を省略する。図８は、第４の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図である。図８において、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間には、複数のダミーメタル１８０が斜め状に配置されることにより、斜めラインパターンが構成されている。

次に、斜めラインパターンを構成する複数のダミーメタル１８０を配置する方向について、詳しく説明する。半田バンプを形成する時、および半導体チップをインターポーザ基板へ実装する時等は、半導体チップに配置されたそれぞれの電極パッドの配置される位置によって、電極パッドに掛かるバンプ応力の方向が異なる。一般的に、各電極パッドに掛かるバンプ応力の方向は、半導体チップの中心から放射線状方向である。従って、斜めラインパターンを構成する複数のダミーメタル１８０を配置する方向は、当該電極パッドが、半導体チップのどの位置に配置されるかによって決定される。

図９は、電極パッドが半導体チップの全面に配置された半導体チップ９００を示す図である。図８に示した斜めラインパターンを有する電極パッドは、半導体チップ９００の中心点Ｏから半導体チップ９００の左上隅の点Ｐに向かう方向に配置されている電極パッド９０１〜９０４、および半導体チップ９００の中心点Ｏから半導体チップ９００の右下隅の点Ｑに向かう方向に配置されている電極パッド９０５〜９０８に適用されるものとする。この場合、当該電極パッドの斜めラインパターンを構成する複数のダミーメタル１８０は、半導体チップの中心から当該電極パッドに向かう方向に沿った方向で配置する。その他の位置に配置される電極パッドも同様に、当該電極パッドに配置するダミーメタルは、半導体チップの中心点から当該電極パッドに向かう方向に沿った方向で配置する必要がある。

このように、半導体チップの中心から当該電極パッドに向かう方向にダミーメタルを構成することで、上述した第１の実施形態と同様に、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に掛かるバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制することができる。なお、各電極パッドに掛かるバンプ応力の方向に応じた斜めラインパターンの構成は、バリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によるクラックの発生を誘発しにくい構成と言える。

以上のように、本発明の第４の実施形態に係る半導体チップの電極構造によれば、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力よって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上することができる。

なお、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドにおいて、半導体基板の最上層部にパッド配線メタルと配線メタルとを構成していたが、配線メタルは、パッド配線メタルと異電位であっても構わない。

また、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドにおいて、半導体基板上のバリアメタルが形成されていない領域を樹脂保護膜で覆う構成であったが、これに限定されるものではない。

また、本発明の半導体チップの電極構造におけるダミーパターンは、上述した第１〜４の実施形態において述べたものに限定されるものではなく、クラック発生を抑制するパターンまたは、発生したクラックを進行させないパターンであればよい。さらに、当該パターンを構成するダミーメタルは、１つであっても複数であっても構わない。

さらに、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドにおいて、半導体基板の最上層部にパッド配線メタルと配線メタルとの間に電位を有さないダミーパターンを構成していたが、これに限定されるものではない。電位を有さないダミーパターンの代わりに、電極パッドと同電位を有するメタルパターンを備える構成であっても良い。例えば、メタルパターンは配線されたメタルで構成されつつ、さらに、上述した第１〜４の実施形態におけるダミーパターンと同様の効果を奏することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態では、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドの半導体チップ内の配置について説明する。図１０Ａは、電極パッドを半導体チップ１０１０の全面に配置したエリアパッドのレイアウトパターンを示す図である。図１０Ｂは、電極パッドを半導体チップ１０２０の周辺部に配置したペリフェラルパッドのレイアウトパターンを示す図である。

図１０Ａに示した半導体チップ１０１０において、半導体チップ１０１０の中心点Ｏから最も離れた位置（半導体チップの四隅位置）の電極パッド１０１１〜１０１４のみに、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドを適用する。図１０Ｂに示した半導体チップ１０２０においても、同様に半導体チップ１０２０の中心点Ｏから最も離れた位置の電極パッド１０２１〜１０２８のみに、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドを適用する。

一般的に、フリップチップ接続構成において、最も大きいバンプ応力が掛かりやすい位置は、半導体チップの中心から最も離れた位置に形成された電極パッドのバリアメタルエッジ位置下部である。これは、半導体チップがシリコン、インターポーザ基板が樹脂から構成されており、熱膨張係数のミスマッチから最もバンプひずみが発生するためである。

このように、半導体チップの中心から最も離れた位置の電極パッドのみに上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドを適用することで、最もバンプ応力の掛かりやすい電極パッドにおいて、パッド配線メタル１０２と配線メタル１０３との間に掛かるバリアメタル１０７のエッジ位置下部１０９に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制することができる。

以上のように、本発明の第５の実施形態に係る半導体チップの電極構造によれば、半導体チップ中心から離れて配置されている半導体チップ四隅付近の電極パッドに関して、バリアメタルのエッジ位置下部に集中するバンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制し、電極パッドにおけるバンプ接続の信頼性を向上することができる。

なお、半導体チップの中心から最も離れた位置の電極パッドに上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドを適用する際、その他に配置された電極パッドは、上述した第１〜４の実施形態に係る電極パッドを配置しても構わない。

本発明の半導体チップの電極構造を適用した半導体装置は、バンプ応力によって発生するクラックの進行を抑制し、半田バンプの接続信頼性を向上させることをもたらすことにより、フリップチップ接続のより小径バンプによる狭パッドピッチ化が可能となり、半導体装置の高密度化等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の電極パッドを示す図 鉛直方向のクラック発生時における図１のＢ２部の拡大図 斜め方向のクラック発生時における図１のＢ２部の拡大図 本発明の第１の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の電極パッドを示す図 本発明の第２の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図 本発明の第３の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図 本発明の第４の実施形態に係る電極パッドのダミーパターンを示す図 本発明の第４の実施形態に係る半導体チップを示す図 本発明の第５の実施形態に係る半導体チップのエリアパッドを示す図 本発明の第５の実施形態に係る半導体チップのペリフェラルパッドを示す図 従来技術における半導体装置のフリップチップ接続構成を示す図 従来技術における半導体装置のフリップチップ接続構成を示す断面図 従来技術における半導体チップのエリアパッドを示す図 従来技術における半導体チップのペリフェラルパッドを示す図 従来技術における半導体装置の電極パッドを示す図 従来技術における半導体装置の隣接する電極パッドを示す図 他の従来技術における半導体装置の電極パッドを示す図 他の従来技術における半導体装置の隣接する電極パッドを示す図 従来技術における半導体チップの電極構造の最上層部を示す図 図１５のＢ１部の拡大図

符号の説明

１００，５００，９０１〜９０８，１０１１〜１０１４，１０２１〜１０２８，１２０１，１２０２，１３００，１５００ 電極パッド
１０１，１３０１ シリコン
１０２，１３０２ パッド配線メタル
１０３，１３０３ 配線メタル
１０４，１３０４ パッド接続メタル
１０５，１３０５ 窒化保護膜
１０６，１３０６，１５０６ 樹脂材保護膜
１０７，１３０７，１５０７ バリアメタル
１０７ａ，１５０７ａ バリアメタルのエッジ
１０８，１３０８，１５０８ 開口部
１０９，１３０９，１５０９ エッジ位置下部
１１０，１１０３ 半田バンプ
１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１６０，１７０，１８０ ダミーメタル
１２０，１３０，１８００ クラック
１４０ 層間膜
９００，１０１０，１０２０，１１０１ 半導体チップ
１１０２ インターポーザ基板
１１０４ アンダーフィル樹脂
１７００ パッド配線メタルと配線メタルとの間のエリア
Ａ−Ａ’ 断面
Ｂ１，Ｂ２ 電極パッドの一部
Ｏ 半導体チップの中心点
Ｐ，Ｑ 半導体チップの隅点
α 導電成分

Claims (23)

1. 最上層部にパッドメタルと前記パッドメタルと異電位となる配線メタルとを有する半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された電極パッドと、
   前記半導体基板上を覆い、かつ前記電極パッドを露出するように開口部を有する樹脂保護膜と、
   前記樹脂保護膜の前記開口部内であって、前記電極パッド上に形成されたバリアメタルと、
   前記バリアメタル上に形成されたバンプとからなる半導体チップの電極構造であって、
   前記パッドメタルと前記配線メタルとの間に電位を有さないダミーパターンを備え、
   前記ダミーパターンは、前記バリアメタルのエッジ位置を鉛直方向に延ばした部分を含む領域に形成されることを特徴とする、半導体チップの電極構造。
2. 前記ダミーパターンが形成される領域の上面は、前記樹脂保護膜で覆われない領域を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体チップの電極構造。
3. 前記ダミーパターンは、１つのダミーメタルで構成され、
   前記ダミーメタルのエッジは、前記バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の半導体チップの電極構造。
4. 前記ダミーパターンは、複数のダミーメタルで構成され、
   前記複数のダミーメタルのうち、特定のダミーメタルは、前記バリアメタルのエッジ位置の鉛直方向に配置され、
   前記特定のダミーメタルのエッジは、前記バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の半導体チップの電極構造。
5. 前記ダミーパターンは、等間隔に配置された複数のダミーメタルと、隣接するダミーメタル間に形成された層間膜とで形成されることを特徴とする、請求項４に記載の半導体チップの電極構造。
6. 前記ダミーパターンは、複数のダミーメタルにより一連続の面で形成されることを特徴とする、請求項４に記載の半導体チップの電極構造。
7. 前記一連続の面は、複数の正六角形のダミーメタルで形成されることを特徴とする、請求項６に記載の半導体チップの電極構造。
8. 前記ダミーパターンは、前記半導体チップの中心から放射線状方向に配置された前記ダミーメタルで形成されることを特徴とする、請求項４に記載の半導体チップの電極構造。
9. 上面に複数の電極を有する半導体チップであって、
   前記半導体チップの中心から最も離れた前記半導体チップの四隅周辺のみに請求項１に記載の電極構造を有することを特徴とする、半導体チップ。
10. 最上層部に電極パッドを形成するパッドメタルと配線メタルとを有する半導体基板と、
    前記電極パッド上に形成されたバリアメタルと、
    前記バリアメタル上に形成されたバンプとからなる半導体チップの電極構造であって、
    前記電極パッドと前記配線メタルとの間にメタルパターンを備え、
    前記メタルパターンは、前記バリアメタルのエッジ位置を鉛直方向に延ばした部分を含む領域に形成されることを特徴とする、半導体チップの電極構造。
11. 前記半導体基板上において前記バリアメタルが形成されない領域を覆う樹脂保護膜を、さらに備え、
    前記メタルパターンが形成される領域の上面は、前記樹脂保護膜で覆われない領域を有することを特徴とする、請求項１０に記載の半導体チップの電極構造。
12. 前記メタルパターンは、１つのメタルで構成され、
    前記メタルのエッジは、前記バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とする、請求項１０〜１１のいずれかに記載の半導体チップの電極構造。
13. 前記メタルパターンは、複数のメタルで構成され、
    前記複数のメタルのうち、特定のメタルは、前記バリアメタルのエッジ位置の鉛直方向に配置され、
    前記特定のメタルのエッジは、前記バリアメタルのエッジと鉛直方向に一致しないことを特徴とする、請求項１０〜１１のいずれかに記載の半導体チップの電極構造。
14. 前記メタルパターンは、等間隔に配置された複数のメタルと、隣接するメタル間に形成された層間膜とで形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体チップの電極構造。
15. 前記メタルパターンは、複数のメタルにより一連続の面で形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体チップの電極構造。
16. 前記一連続の面は、複数の正六角形のメタルで形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の半導体チップの電極構造。
17. 前記メタルパターンは、前記半導体チップの中心から放射線状方向に配置された前記メタルで形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体チップの電極構造。
18. 上面に複数の電極を有する半導体チップであって、
    前記半導体チップの中心から最も離れた前記半導体チップの四隅周辺のみに請求項１０に記載の電極構造を有することを特徴とする、半導体チップ。
19. 前記メタルパターンは、クラック発生を抑制するためのパターンを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の半導体チップの電極構造。
20. 前記メタルパターンは、発生したクラックを進行させないためのパターンを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の半導体チップの電極構造。
21. 前記クラックを進行させないためのパターンは、不連続な複数のメタルによって成ることを特徴とする、請求項２０に記載の半導体チップの電極構造。
22. 前記メタルパターンは、電位を有さないダミーパターンであることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体チップの電極構造。
23. 前記メタルパターンは、前記電極パッドと同電位であることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体チップの電極構造。

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