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JP2009231681A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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JP2009231681A
JP2009231681A JP2008077347A JP2008077347A JP2009231681A JP 2009231681 A JP2009231681 A JP 2009231681A JP 2008077347 A JP2008077347 A JP 2008077347A JP 2008077347 A JP2008077347 A JP 2008077347A JP 2009231681 A JP2009231681 A JP 2009231681A
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Hideaki Okajima
秀章 岡島
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Abstract

【課題】 半導体基板のストリートに合金層を形成すること無く、しかもバリア層の横方向エッチングであるサイドエッチング量が少ない半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体装置の入出力端子となる電極パッド2と、電極パッド2上に順次設けるバリア層および共通電極層6と、この共通電極層6上に設ける突起電極11を有する半導体装置において、バリア層は、2層からなるとともに、突起電極11材料または共通電極層6材料と電極パッド2材料とが相互に拡散することを抑制する材料からなり、共通電極層6側の第2のバリア層5は、電極パッド2側の第1のバリア層4より膜厚が薄い半導体装置およびその製造方法により、第2のバリア層5のサイドエッチング量を少なくすることが可能となり、さらに半導体基板のストリートに合金層が形成されることはない。
【選択図】 図15

Description

本発明は突起電極を備える半導体装置およびその製造方法に関し、より詳しくは突起電極下部に形成するバリア層のサイドエッチング量を少なくする技術に関する。
突起電極下部に形成するバリア層の横方向のエッチング量(サイドエッチング量)を少なくする先行技術文献として、たとえば特許文献1と特許文献2がある。
はじめに、特許文献1に記載されている半導体装置の製造方法を、図16の断面図を用いて説明する。
半導体基板101に形成された電極パッド102を露出させるように、絶縁膜103に開口を形成する。この電極パッド102は、半導体装置の入出力端子である。その後、クロム(Cr)からなるバリア層104を、のちほど形成する突起電極110の平面パターン大きさと同じ大きさになるように形成する。
その後、銅(Cu)からなる共通電極層106を、半導体基板101の全面にスパッタリング法にて形成する。その後、共通電極層106上に感光性レジスト108をスピンコート法により形成する。さらにその後、フォトリソグラフィー技術を用いて、感光性レジスト108を突起電極110の形成予定領域が開口するようにパターニングする。その後、共通電極層106をメッキ電極として用いる電解メッキ処理により、半田からなる突起電極110を感光性レジスト108の開口内に形成する。
その後、図16には図示しないが、感光性レジスト108を除去し、共通電極層106を突起電極110と整合する領域に残すようにエッチングして、突起電極110を備える半導体装置を得る。
つぎに、特許文献2に記載されている半導体装置の製造方法を、図18と図19の断面図を用いて説明する。
図18に示すように、半導体基板201の電極パッド202を露出させるように、絶縁膜203に開口を形成する。その後、半導体基板201の全面に、クロムからなるバリア層204と、金(Au)からなる共通電極層206とを順次形成する。
その後、図18には図示しないが、スピンコート法とフォトリソグラフィー技術によって、突起電極211の形成予定領域が開口する感光性レジストを形成する。その後、共通電極層206をメッキ電極とする電解メッキ処理によって、感光性レジストの開口内に金(Au)からなる突起電極211を形成する。その後、感光性レジストを除去する。さらにその後、突起電極211から露出する共通電極層206をエッチングして、突起電極211と整合するように形成する。
その後、図19に図示するように、半導体基板201の全面にポジ型レジスト208を形成し、全面露光処理と現像処理を行ない突起電極211が横方向に張り出した庇の下にポジ型レジスト208を形成する。
その後、ポジ型レジスト208をエッチングマスクに用いて、バリア層204をウェットエッチングする。さらにその後、ポジ型レジスト208を除去して、突起電極211を備える半導体装置を得る。
特開昭59−32154号公報(第2頁左上欄第5行から同頁右上欄第19行目、および第2図) 特開昭56−100450号公報(第2頁左上欄第2行から同頁同欄第18行目、および第3図)
特許文献1に記載されている半導体装置の製造方法においては、図16に示すように、電解メッキ処理のメッキ電極として使用する共通電極層106を形成する前に、バリア層104をパターニングしている。このため、バリア層104はサイドエッチングされず、平面パターン大きさが小さくなることは発生しない。
しかし、特許文献1では、図17の断面図を用いて説明するような課題を有する。なお、図17においては、図16と同一構成要素には同一符号を付している。半導体基板101をダイシング処理して半導体チップに分離するため領域として、半導体チップの境界領域はストリート111となっている。このストリート111には、アライメントマークを形成している。アライメントマークは、露光工程において、フォトマスクの位置合わせ(アライメント)を行なうために使用する。アライメント誤差を小さくするために、ストリート111では、半導体基板101のシリコン(Si)を露出させている。このためバリア層104のパターニング工程後には、ストリート111からクロムが除去されて、半導体基板101のシリコンが露出する。
シリコンが露出しているストリート111に、銅からなる共通電極層106を形成すると、銅とシリコンは300℃程度の温度で相互拡散する。その結果、シリコンと銅が合金化して、銅シリサイドからなる合金層112がストリート111に形成される。スパッタリング処理においては、銅ターゲットから飛び出した銅イオンは半導体基板101に衝突する。イオン衝突によって半導体基板101は、300℃以上の温度に上昇する。銅シリサイドからなる合金層112は、銅のエッチング液であるたとえば硫酸セリウム水溶液では、エッチングすることができない。よって、合金層112はアライメントマーク上に残存して、アライメント誤差が大きくなるという課題が発生する。
さらに、半導体基板101にクロムシリコン(CrSi)からなる薄膜抵抗体を形成し、レーザートリミングにて抵抗値を調整する場合、薄膜抵抗体は露出している。このため、薄膜抵抗体を構成するシリコンと共通電極層106の銅が相互拡散して、薄膜抵抗体の抵抗値が大幅に変化してしまうという課題もある。
特許文献2に記載されている半導体装置の製造方法においては、図19に示すように、突起電極211の庇下部にポジ型レジスト208を形成し、バリア層204のエッチングを行なっていることから、バリア層204のサイドエッチング量をある程度抑制することができる。
しかし、ポジ型レジスト208は、バリア層204の上面のみに形成されている。ウェットエッチング処理においては、ジャストエッチング時間にオーバーエッチング時間を加算して行ない、半導体基板201内および半導体基板201間のエッチングばらつきを吸収して残膜が生じないようにしている。このため、バリア層204の膜厚方向のエッチングが完了するジャストエッチング後のオーバーエッチング時間においては、バリア層204のエッチングされた側面部は、エッチャントに接触している。すなわち、オーバーエッチング時間においては、バリア層204は横方向のエッチング(サイドエッチング)が進行する。また、ウェットエッチングにおいては、一般的に、厚さ方向に比べて横方向のエッチング速度が数倍から数十倍速い。このことから、図19に示すように、バリア層204はサイドエッチングされて、バリア層204の平面パターン大きさは、突起電極211に比べて小さくなる。このため特許文献2においては、突起電極211と電極パッド202の接触面積が減少して、突起電極211の機械的強度、とくに剪断強度が下するという課題を有する。
本発明の目的は、上記の課題を解決して、半導体基板のストリートに合金層を形成することが無く、かつバリア層のサイドエッチング量が少ない半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明における半導体装置およびその製造方法では、下記記載の手段を採用する。
本発明の半導体装置は、半導体装置の入出力端子となる電極パッドと、該電極パッド上に順次設けるバリア層および共通電極層と、該共通電極層上に設ける突起電極を有する半導体装置において、前記バリア層は、2層からなるとともに、前記突起電極材料または前記共通電極層材料と前記電極パッド材料とが相互に拡散することを抑制する材料からなり、
前記共通電極層側の第2のバリア層は、前記電極パッド側の第1のバリア層より膜厚が薄いことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記共通電極層と前記突起電極との間にポストを設けることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記ポストと前記共通電極層は同じ材料であることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、電極パッド露出する絶縁膜を形成する工程と、第1のバリア層を前記電極パッド上にパターニングする第1のバリア層パターニング工程と、前記第1のバリア層より膜厚の薄い第2のバリア層を形成す工程と、前記第2のバリア層上に共通電極層を形成する工程と、前記共通電極層上に突起電極を形成する工程と、前記共通電極層を前記突起電極と整合するようにエッチングする工程と、前記第2のバリア層を前記突起電極と整合するようにウェットエッチングする工程を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法における前記第1のバリア層パターニング工程では、前記第1のバリア層をストリートから除去することを特徴とする。
本発明ではバリア層を2層で構成するとともに、共通電極層側の第2のバリア層は電極パッド側の第1のバリア層より膜厚を薄くする。
このため本発明では、バリア層のサイドエッチング量を少なくすることが可能となり、さらに半導体基板のストリートに合金層が形成されることはない。よって、バリア層の平面パターン大きさは、突起電極とほぼ同じになり、突起電極の機械的強度が大きくなり、長期信頼性が高い半導体装置が得られる。さらに本発明では、アライメント誤差が小さくなり、薄膜抵抗体の抵抗値の変動は生じない。
以下、本発明を実施するための最良の形態における半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を、図1から図15の断面図を用いて説明する。
実施形態を説明する図面においては、各構成部材の大きさや膜厚は理解しやすい大きさや膜厚に適宜拡大または縮小しており、実際の構成部材の大きさや膜厚と相違する。なお、図1から図15では、半導体基板1の内部に形成するトランジスタやダイオードなどの能動素子や、抵抗や容量など受動素子や、コンタクトホールや、複数のメタル層などの図示は省略している。
はじめに、図15を用いて本発明の半導体装置の構造を説明する。
半導体装置の入出力端子である電極パッド2を半導体基板1に設ける。さらに、電極パッド2の中央部が開口する絶縁膜3を設ける。電極パッド2の上面に、順次、第1のバリア層4と、第2のバリア層5と、共通電極層6を設ける。第2のバリア層5と共通電極層6は、第1のバリア層4のパターニング工程後に成膜する。さらに、共通電極層6の上面にポスト9を介して突起電極11を設ける。
このように、本発明のバリア層は、第1のバリア層4と第2のバリア層5との2層から
なる。また、共通電極層6側の第2のバリア層5膜厚は、電極パッド2側の第1のバリア層4膜厚より薄くする。これらの第1のバリア層4と第2のバリア層5は、共通電極層6材料やこの共通電極層6上に形成するポスト9材料や突起電極11材料と、電極パッド2材料との相互拡散を抑制する材料からなる。具体的には、第1のバリア層4と第2のバリア層5は、高融点金属材料、たとえばチタン(Ti)や、チタン・タングステン合金などのチタン合金や、クロム(Cr)や、ニクロム(NiCr)などのニッケル合金や、モリブデン(Mo)などから形成する。
第1のバリア層4のパターニング工程後に形成される第2のバリア層5は、10nmから60nmの膜厚範囲とすることが好ましい。第2のバリア層5の膜厚下限値を10nmとした理由は、スパッタリングによる被膜形成時に、第2のバリア層5にピンホールが発生しない膜厚が10nm以上であるためである。第2のバリア層5を10nm以上とすることによりピンホールが発生せず、ストリートにおいて半導体基板1と共通電極層6との間の全域に第2のバリア層5を介在させることができる。このため、半導体基板1と共通電極層6が相互拡散することはなく、突起電極11と整合するように、第2のバリア層5をウェットエッチングする工程で除去できる。なお、上記した高融点金属被膜からなる第2のバリア層5と半導体基板1との相互拡散は、アルミニウムやアルミニウム合金からなるメタル層の溶融温度に近い、温度600℃以上である。よって、図17に図示されたような合金層112はストリート111に形成されず、アライメント誤差が大きくなるということは発生しない。さらに、薄膜抵抗体も第2のバリア層5を介して共通電極層6を設けている。このことから、薄膜抵抗体を構成するシリコンと共通電極層6の銅が相互拡散することはなく、薄膜抵抗体の抵抗値が変化してしまうということは発生しない。
第2のバリア層5の膜厚上限値を60nmとした理由は、ウェットエッチング処理にて第2のバリア層5をエッチングするとき、サイドエッチングの進行を抑制することが可能な膜厚が60nm以下であるためである。これは以下に記載する理由による。すなわち、60nm以下の微小間隙部に存在するエッチャントのイオン濃度(第2のバリア層5のイオン濃度)は急速に上昇してエッチングが進行せず、しかも微小間隙部のエッチャントは停留して、微小間隙部以外の領域のエッチャントとエッチング液の交換が行なわれない。この結果、第2のバリア層5を60nm以下(10nm以上)の膜厚に設定することにより、第2のバリア層5のサイドエッチングは、ほとんど発生しない。よって、第2のバリア層5の平面パターン大きさは、ポスト9(突起電極11下面部)の平面パターン大きさとほぼ同じとなり、突起電極11の機械的強度が大きくなり、長期信頼性が高い半導体装置が得られる。
ここで、第1のバリア層4と第2のバリア層5と共通電極層6は、アンダーバンプメタル(under bump metal:バンプ下地金属膜)を構成する。
突起電極11は、軟質材料である半田や金(Au)から構成し、半田はスズ(Sn)・銀(Ag)合金などの鉛(Pb)を含まないものを使用する。突起電極11を半田から構成するときは球形状の断面形状を有し、金(Au)からなるときはストレートウォール形状を有する。そして、突起電極11は、半導体装置と回路基板とを電気的および機械的に接続し、回路基板の反りや突起電極11高さばらつきを軟質材料である半田や金(Au)で吸収して、実装信頼性を確保する役割をもつ。
ポスト9は、半導体装置と回路基板との間隙寸法を大きくして、半導体装置と回路基板との熱膨張係数の違いに起因して発生する応力を低減する役割を具備する。ポスト9は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、またはニッケル合金などからなる。
つぎに、本発明の半導体装置の製造方法を説明する。
図1に示すように、入出力端子となる電極パッド2を形成した半導体基板1を用意する。この電極パッド2は、半導体基板1に形成されたトランジスタやダイオードなどの能動素子や抵抗や容量などの受動素子とメタル層によって接続している。電極パッド2は、半導体基板1の周縁部で、かつ素子間分離絶縁膜(図示せず)上に形成している。電極パッド2はメタル層と同じ材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。
この電極パッド2を含む半導体基板1上の全面に絶縁膜3を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、電極パッド2の中央領域が開口するように、絶縁膜3をパターニングする。絶縁膜3の開口の断面形状は、開口底面より開口上面を大きく、かつ開口側壁はテーパ形状にすることが好ましい。絶縁膜3の開口の断面形状をテーパ状にすると、アンダーバンプメタルの段差被覆性が良好となり、開口側壁にも平坦部と同じ膜厚で形成することができ、開口近傍の段差における断線や抵抗増加の発生を防止できる。また、電極パッド2の周辺部から水分の侵入を防ぐために、電極パッド2周辺部は絶縁膜3にて被覆することが望ましい。絶縁膜3はパッシベーション膜とも呼ばれ、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの無機絶縁膜、またはポリイミド樹脂やポリベンゾオキサゾール樹脂などの有機絶縁膜からなる。有機絶縁膜を用いる場合、感光性を具備するものを適用すれば、フォトリソグラフィー処理だけで絶縁膜3に開口を形成することができる。そして、半導体基板1に形成した前記の能動素子や受動素子やメタル層なども、絶縁膜3にて被覆される。なお、薄膜抵抗体上の絶縁膜3は、レーザートリミングを行なうための開口を形成する。
その後、図2に示すように、半導体基板1の全面に第1のバリア層4を形成する。第1のバリア層4は、チタン・タングステン合金(TiW)からなり、スパッタリング法にて形成する。第1のバリア層4であるチタン・タングステン合金は、チタンが5重量%から20重量%を含み、残りがタングステンの合金膜を使用する。第1のバリア層4の膜厚は、200nmから500nmであることが好ましい。
ここで、第1のバリア層4を成膜する前に、スパッタリング装置にアルゴン(Ar)ガスを導入し、半導体基板1を陰極として、電極パッド2表面に形成された自然酸化膜をスパッタエッチング(逆スパッタリング)により除去することが好ましい。スパッタエッチングにおいては、イオン化されたアルゴンを電極パッド2に衝突させ、電極パッド2表面から自然酸化膜(Al)の原子を弾き飛ばしながらエッチングしている。この結果、電極パッド2と第1のバリア層4との接着性が良好となるとともに、両被膜間の接触抵抗を小さくできる。
その後、半導体基板1の全面に、感光性材料であるフォトレジスト4aをスピンコート法にて形成する。
その後、図3に示すように、所定のフォトマスクを用いて露光処理と現像処理を行なうフォソリソグラフィー技術を用いて、フォトレジスト4aをパターニングする。その後、パターン形成したフォトレジスト4aをエッチングマスクに用いて、第1のバリア層4をエッチングする。第1のバリア層4のエッチング処理は、湿式エッチングまたは乾式エッチングのどちらでも良い。なお、半導体基板1をダイシングして半導体チップに分離するための領域であるストリートでは、第1のバリア層4をエッチング除去する。
フォトレジスト4aの平面パターン大きさは、電極パッド2の平面パターン大きさと同じか、あるいは電極パッド2より大きくする。好ましくは、フォトレジスト4aの平面パターン大きさは、電極パッド2の平面パターン大きさより大きくする。フォトレジスト4aを電極パッド2の平面パターン大きさより大きくした場合は、隣接する電極パッド2上のフォトレジスト4aとの間に所定の間隙を設ける大きさで形成する。第1のバリア層4の平面パターン大きさを大きくすると、第1のバリア層4と第2のバリア層5を同一材料で形成したとき、第2のバリア層5のエッチング処理工程時に第1のバリア層4のパターン細りが発生しても、第1のバリア層4の平面パターン大きさを突起電極の平面パターン大きさより大きな状態で維持できる。
ここからが、本発明のポイントとなる半導体装置の製造方法である。
図4に示すように、第1のバリア層4上のフォトレジスト4aを剥離液にて除去する。この結果、電極パッド2と同じか、あるいは電極パッド2より大きな平面パターン大きさを有する第1のバリア層4が得られる。
その後、図5に示すように、半導体基板1の全面に第2のバリア層5と共通電極層6と
をスパッタリング法で成膜する。このスパッタリング装置を用いて第2のバリア層5と共通電極層6を形成するときは、スパッタリング装置の減圧状態を解除することなく、半導体基板1に連続的に形成する。このように成膜すれば、第2のバリア層5と共通電極層6との間に接着性を阻害する酸化膜や不純物層が形成されない。
第2のバリア層5は、第1のバリア層4と異なる材料であるクロム(Cr)を用いる。クロムからなる第2のバリア層5の膜厚は、前記したように、成膜時にピンホールがなく、しかもサイドエッチングが発生しない膜厚である10nmから60nmの範囲とすることが好ましい。なお、第2のバリア層5は、第1のバリア層4と同じ材料とすることも可能であり、このときは第2のバリア層5のエッチング時におけるパターン細りを考慮して、前記したように、第1のバリア層4の平面パターン大きさはできるだけ大きくすることが望ましい。
共通電極層6は、銅(Cu)を用いる。銅からなる共通電極層6の膜厚は、0.2μmから1.0μmとする。この共通電極層6は、後工程で形成するポストと突起電極を電解メッキ法にて形成するとき、メッキ電極としての役割を具備する。なお、第2のバリア層5もメッキ電極として機能する。
その後、図6に示すように、半導体基板1上の全面に感光性レジスト8をスピンコート法により形成する。感光性レジスト8は、5μmから20μmの厚さで形成する。感光性レジスト8は、剥離性が良好なポジ型レジストを使用することが好ましい。ネガ型レジストも感光性レジスト8として適用可能であるが、剥離性が若干良くないので、剥離処理では剥離液温度を高温にし、長時間浸漬する必要である。
さらにその後、図7に示すように、所定のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィー処理である露光処理と現像処理とを行ない、電極パッド2の上の共通電極層6が開口するように、感光性レジスト8をパターニングする。
この感光性レジスト8は、開口部である電極パッド2上の領域に、選択的にポストと突起電極を形成する役割をもつメッキマスクとして機能する。
その後、図8に示すように、感光性レジスト8開口内の共通電極層6上にポスト9を形成する。このポスト9は、銅からなり、電解メッキ法により形成する。この電解メッキ処理のとき、第2のバリア層5と共通電極層6とをメッキの電極として使用する。ポスト9は、5μmから25μmの厚さで形成する。ポスト9の断面形状は、感光性レジスト8の膜厚以下に形成して側壁部が半導体基板1表面に対して垂直なストレートウォール形状、あるいは感光性レジスト8の膜厚を超えて形成して基部より頂部が張り出したマッシュルーム形状のどちらでもよい。ストレートウォール形状のポスト9とすると、電極パッド2間のピッチ寸法が微細化に対応できる。また、マッシュルーム形状のポスト9とすると、半田との接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。
ポスト9は、半導体装置と回路基板との間隙寸法を大きくして、半導体装置と回路基板との熱膨張係数の違いに起因して発生する応力を低減する役割をもつとともに、後述の工程で形成する半田層10と共通電極層6との相互拡散を防ぐバリア層としての役割をもつ。ポスト9材料としては、銅以外に、ニッケルや、ニッケル合金も適用可能である。
その後、図9に示すように、半田層10を形成する。この半田層10は、第2のバリア層5と共通電極層6をメッキ電極とする電解メッキ法により、感光性レジスト8開口内のポスト9上に形成する。図9において半田層10は、感光性レジスト8の膜厚を超える厚さで形成している。感光性レジスト8の厚さを超えて形成した半田層10は、等方的にメッキ膜が形成されることから、断面形状がマッシュルーム形状となる。半田層10は、無鉛半田である、たとえばスズ(Sn)・銀(Ag)合金からなる。環境汚染を発生させる鉛を含まない半田を半田層10として使用する。
この半田層10は、半田をメッキ法で形成する以外に、感光性レジスト8開口内のポスト9上に半田ボールを搭載する方法や、半田ペーストを感光性レジスト8開口内のポスト
9上にスキージにて充填する方法を用いて形成してもよい。
その後、図10に示すように、メッキマスクとして用いた感光性レジスト8を、剥離液を用いて除去する。
その後、共通電極層6のエッチング処理を行なう。共通電極層6のエッチングは、ポスト9をエッチングのマスクとして用いて、硫酸セリウム水溶液(液温度は室温)からなるエッチャントへ浸漬して、銅からなる共通電極層6をエッチングする。この結果、ポスト9に整合する領域に、共通電極層6をパターニングすることができる。ポスト9と共通電極層6とを同じ金属材料とした場合は、共通電極層6と同時にポスト9もエッチングされる。そこで、共通電極層6の厚さを1000nm程度以下と薄く設定すれば、共通電極層6のエッチング時間を短くすることが可能となって、ポスト9のエッチング量を少なくすることができる。
その後、第11図に示すように、硫酸セリウムアンモニウムからなるエッチャントに浸漬して、クロムからなる第2のバリア層5のエッチング処理を行なう。第2のバリア層5のエッチングは、ポスト9下層の共通電極層6をエッチングマスクとしたウェットエッチングにて、共通電極層6(ポスト9)から露出する領域の第2のバリア層5をエッチング除去する。なお、この第2のバリア層5のエッチングの際、チタン・タングステン合金からなる第1のバリア層4、銅からなる共通電極層6とポスト9、および半田層10は、いずれもエッチングされない。
第2のバリア層5は、前述のように、10nmから60nmの膜厚に設定している。このため、本発明では、第2のバリア層5のサイドエッチング量を少なくすることができる。以下この理由を、図11における破線部12を拡大して図示する図12を用いて説明する。
第2のバリア層5の厚さ方向におけるエッチングが終了(ジャストエッチング)した後、エッチングされて露出した第2のバリア層5側面部がエッチャントに接触するオーバーエッチング時間においては、第2のバリア層5は横方向のエッチング、すなわちサイドエッチングが進行する。さらに一般的に、ウェットエッチングにおけるサイドエッチングは、厚さ方向エッチングに比べて、横方向のエッチング速度が数倍から数十倍速い。
図12は、オーバーエッチング時間において、第2のバリア層5のサイドエッチングがわずかに進行した状態を示す。このように、第2のバリア層5がわずかにサイドエッチングされた領域は、第1のバリア層4上面と共通電極層6下面と第2のバリア層5側面とに囲まれ、第2のバリア層5側面と対向する面に開口を有する空間となる。該開口から該空間に流入して、該空間に存在するエッチャントを、以下、微小間隙部エッチャント7bと称する。
前記したように、第2のバリア層5は、10nmから60nmの極薄の膜厚に設定している。よって、該空間に存在する微小間隙部エッチャント7bの体積は、当然、極めて小さい。このため、微小間隙部エッチャント7bは、第2のバリア層5をエッチングしたエッチャントのイオン濃度(第2のバリア層5のイオン濃度)が急速に高くなり、エッチング能力が急激に低下して、エッチングがほとんど進行しない状態となる。
さらに、該空間の開口部寸法、すなわち第2のバリア層5膜厚寸法が極めて小さいことから、微小間隙部エッチャント7bと、この微小間隙部エッチャント7b以外の領域のエッチャント7aとは、エッチング液の交換が行なわれない。したがって、エッチャントは該空間に停留して、該空間に存在する微小間隙部エッチャント7bのイオン濃度は変化せず、イオン濃度が高い状態が維持される。したがって、エッチングがほとんど進行しない状態がオーバーエッチング時間のあいだ持続して、第2のバリア層5はサイドエッチングされない。このことから、本発明では、第2のバリア層5のサイドエッチング量を極めて小さくすることができる。
また、半導体基板1をダイシング処理時に半導体チップに分離するため境界領域であるストリート1aを、図13を用いて説明する。
このストリート1aには、フォトマスクの位置合わせ(アライメント)のためのアライメントマーク(図示せず)を形成している。このことから、露光装置の光学系によるアライメントマークの検出精度を向上させて、アライメント誤差を小さくするために、ストリート1aでは、半導体基板1のシリコン(Si)を露出させている。すなわち、第1のバリア層4は、前記したように、ストリート1aではエッチング除去している。
本発明におけるストリート1aでは、半導体基板1に第2のバリア層5を介して共通電極層6が形成される。第2のバリア層5は、前記したように、チタンや、チタン・タングステン合金などのチタン合金や、クロムや、ニクロムなどのニッケル合金や、モリブデンなどの高融点金属材料から形成している。これらの高融点金属からなる第2のバリア層5と、半導体基板1のシリコンとの相互拡散は、温度600℃以上で発生する。このため、共通電極層6をスパッタリング法にて形成するとき、銅ターゲットから飛び出した銅イオンが半導体基板1に衝突することに起因して温度300℃程度に上昇しても、半導体基板1と共通電極層6との間に第2のバリア層5が介在することから、銅シリサイドは形成されない。
さらに、第2のバリア層5は膜厚を10nm以上で形成すれば、成膜された膜にピンホールはほとんど観察されない。よって、ピンホールを介して、半導体基板1と共通電極層6とが、相互拡散を生じることはない。
さらに、図示しないが、半導体基板1にクロムシリコン(CrSi)からなる薄膜抵抗体においても、薄膜抵抗体上に第2のバリア層5を介して共通電極層6が形成される。よって、第2のバリア層5が介在することから、薄膜抵抗体を構成するシリコンと共通電極層6の銅が相互拡散することはなく、薄膜抵抗体の抵抗値が変化することはない。
第2のバリア層5のエッチングが終了した状態を示す図14のように、第2のバリア層5のサイドエッチング量は少なく、ポスト9や共通電極層6の外形パターン大きさとほぼ同じパターン大きさとなる。
ストリート1aでは、従来技術のように、銅シリサイドは形成されず、共通電極層6と第2のバリア層5とのエッチャントにより、それぞれエッチングされ、半導体基板1が露出する。したがって、アライメントマーク上に銅シリサイドは形成されず、アライメント誤差は小さくなる。さらに、薄膜抵抗体でも、この薄膜抵抗体上の共通電極層6と第2のバリア層5とは、それらのエッチャントによりエッチングされて、薄膜抵抗体が露出してレーザートリミングが可能となる。
つぎに、図15に示すように、リフロー処理(ウエットバック処理)を行なうことにより、半田層10を溶融させて突起電極11を形成する。このリフロー処理では、半導体基板1の半田層10を形成した面にフラックスをスピンコート法によって10μmから50μmの厚さで形成したのち、半田層10の融点を越える230℃から260℃の温度で加熱処理を行なう。リフロー処理により半田層10は溶融して、表面張力で丸くなり、球形状の突起電極11が得られる。このリフロー処理により形成される球形状の突起電極11は、高さ100μm程度に形成される。その後、洗浄処理を行ないフラックスを除去する。
このリフロー処理は、フラックス塗布を行なわないで、水素還元雰囲気中の加熱処理を行なって半田層10を溶融させてもよい。還元雰囲気中のリフロー処理においては、フラックスの塗布、および洗浄工程を省略できる利点を有する。
このように、本発明では、第2のバリア層5は、膜厚を10nmから60nmとしているため、サイドエッチング量を小さくすることが可能である。さらに、第1のバリア層4の平面パターン大きさを電極パッド2と同等以上の大きさとしている。さらにまた、電極パッド2材料と、突起電極11材料または共通電極層6材料とは、相互拡散することはない。
よって、突起電極11またはポスト9と電極パッド2との接触面積を大きくできること
から、突起電極11の機械的強度および回路基板に接合したときの接合強度が高くなる。
以上の説明では、第1のバリア層4としてチタン・タングステン合金、第2のバリア層5としてクロムを用いた実施形態で説明したが、第1のバリア層4と第2のバリア層5とを同じ材料で形成してもよい。このときは、第2のバリア層5のエッチング時に第1のバリア層4もエッチングされるが、第1のバリア層4は第2のバリア層5より平面パターン大きさを大きくしているとともに膜厚も厚いことから、多少サイドエッチングされてもパターン大きさが第2のバリア層5より小さくなることはない。
第1のバリア層4と第2のバリア層5の材料としては、チタン・タングステン合金やクロムのほかに、チタン、ニクロム、またはモリブデンなどの相互拡散を抑制する材料を用いることができる。
また、以上の説明では、共通電極層6と突起電極11との間にポスト9を設ける実施形態で説明したが、ポスト9の形成は省略することができる。ポスト9を形成しないときは、共通電極層6を3μm〜5μm程度と厚く形成すればよい。
本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図11の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置およびその製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
符号の説明
1 半導体基板
2 電極パッド
3 絶縁膜
4 第1のバリア層
4a フォトレジスト
5 第2のバリア層
6 共通電極層
7a エッチャント
7b 微小間隙部エッチャント
8 感光性レジスト
9 ポスト
10 半田層
11 突起電極
12 破線部

Claims (5)

  1. 半導体装置の入出力端子となる電極パッドと、該電極パッド上に順次設けるバリア層および共通電極層と、該共通電極層上に設ける突起電極を有する半導体装置において、
    前記バリア層は、2層からなるとともに、前記突起電極材料または前記共通電極層材料と前記電極パッド材料とが相互に拡散することを抑制する材料からなり、
    前記共通電極層側の第2のバリア層は、前記電極パッド側の第1のバリア層より膜厚が薄い
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記共通電極層と前記突起電極との間にポストを設ける
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記ポストと前記共通電極層は同じ材料である
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 電極パッドが露出する絶縁膜を形成する工程と、
    第1のバリア層を前記電極パッド上にパターニングする第1のバリア層パターニング工程と、
    前記第1のバリア層より膜厚の薄い第2のバリア層を形成す工程と、
    前記第2のバリア層上に共通電極層を形成する工程と、
    前記共通電極層上に突起電極を形成する工程と、
    前記共通電極層を前記突起電極と整合するようにエッチングする工程と、
    前記第2のバリア層を前記突起電極と整合するようにウェットエッチングする工程を有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記第1のバリア層パターニング工程では、前記第1のバリア層をストリートから除去する
    ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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