專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重新對金屬布線進(jìn)行布線以便與半導(dǎo)體元件的電極連接、并且將該金屬布線的一部分用作外部電極的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及金屬布線與裝在其外部電極上的球形電極的連接可靠性高的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
特別是，在CSP(Chip Size Package)型的半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體元件的電極在擴(kuò)散工序中利用干蝕刻形成，而裝有半導(dǎo)體元件的基板上的布線電極是在組裝工序中利用濕蝕刻形成的，其加工方法不同。這樣，裝有半導(dǎo)體元件的基板上的布線電極之間的間距，與半導(dǎo)體元件的電極之間的間距相比，必然要大一些。這樣為了解決半導(dǎo)體元件的電極間距和基板上的布線電極間距之間的間隙問題，目前有通過對與半導(dǎo)體元件的電極電連接的金屬布線重新進(jìn)行布線的同時，將該金屬布線的一部分作為外部電極使用，從而擴(kuò)大了外部電極之間的間距的半導(dǎo)體裝置。
以下，采用


現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置。
圖15(a)表示現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的平面透視圖，圖15(b)表示圖15(a)的XV-XV線中的截面構(gòu)成的一例，圖15(c)表示圖15(a)的XV-XV線中的截面構(gòu)成的另一例。
如圖15(a)及(b)所示，在半導(dǎo)體元件1的表面上形成有電極2的同時，在半導(dǎo)體元件1的表面上、形成有在電極2之上具有開口部并由SiN等構(gòu)成的鈍化膜3。在該鈍化膜3上形成有與電極2電連接的由銅(Cu)構(gòu)成的金屬布線4。在該金屬布線4及鈍化膜3的上面，形成有在起金屬布線4中的外部電極作用的部分(以下稱為外部電極部)上具有開口部的阻焊膜5。在將半導(dǎo)體元件1的表面上形成的電極2和裝有半導(dǎo)體元件1的基板(圖中未畫出)的布線電極進(jìn)行電連接時，將由焊錫構(gòu)成的球形電極6以熔融狀態(tài)連接在阻焊膜5的開口部，即金屬布線4的外部電極部上。
在此，如圖15(c)所示，也可以在形成有鈍化膜3的半導(dǎo)體元件1與金屬布線4之間形成絕緣性樹脂層7。
在以上說明的現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的任一形式中，裝有半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極與形成在半導(dǎo)體元件1的表面上的由Cu構(gòu)成的金屬布線4，是通過由焊錫構(gòu)成的球形電極6連接的。也就是說，作為金屬布線4的材料采用一般的Cu時，在金屬布線4和球形電極6的交界部上，構(gòu)成金屬布線4的Cu與構(gòu)成球形電極6的焊錫為金屬連接。
但是，在上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置中，構(gòu)成球形電極6的焊錫中所含的錫(Sn)會擴(kuò)散到金屬布線4的Cu中，而形成Cu和Sn的合金層。其結(jié)果，在金屬布線4中裝球形電極6的部分(外部電極部)及其附近部分上，在金屬布線4的大部分會生長出Cu和Sn的合金。另一方面，由于Cu和Sn的合金脆而且硬，所以在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時為將球形電極熔融的溫度變化狀態(tài)中，因半導(dǎo)體元件1、覆蓋半導(dǎo)體元件1的表面的樹脂膜、以及基板的各自的熱膨脹系數(shù)不同而會產(chǎn)生應(yīng)力。因此，存在因在金屬布線4中裝球形電極6的部分上所形成的Cu-Sn合金層而容易引起斷裂的問題。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，包括在表面上設(shè)置了電極的半導(dǎo)體元件、和在半導(dǎo)體元件的表面上形成的并且與電極成電連接的金屬布線，金屬布線具有起外部電極作用的部分即外部電極部，外部電極部的厚度比金屬布線中的外部電極部之外的非電極部的厚度要大。
依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，與半導(dǎo)體元件的電極電連接的金屬布線中的外部電極部的厚度，大于金屬布線的非電極部的厚度。因此，在將金屬布線的外部電極部與裝有半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極，通過由焊錫構(gòu)成的球形電極連接時，作為金屬材料例如即使采用一般的Cu，也可以使因球形電極的焊錫中所含的Sn會擴(kuò)散到金屬布線中所含的Cu中而形成的低強度的合金層的生長，阻止在外部電極部的厚度方向的途中。也就是說，由于可以使外部電極部中的低強度合金層的厚度小于外部電極部整體的厚度，所以在外部電極部中存在沒有變化成低強度合金層的部分，因而可以保持金屬布線所具有的強度。因此，在覆蓋半導(dǎo)體元件的表面的樹脂膜硬化時或者在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體元件、覆蓋半導(dǎo)體元件表面的樹脂膜、以及基板各自的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以防止金屬布線產(chǎn)生斷線的不良情況。
另外，依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，金屬布線的非電極部的厚度比裝球形電極的外部電極部的厚度要小。當(dāng)金屬布線較薄時，使采用蝕刻而進(jìn)行的微小化布線變得容易，因而可以減少金屬布線的寬度以及金屬布線之間的間距，從而可以實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，進(jìn)一步包括在金屬布線上以及在半導(dǎo)體元件的表面上形成的并且具有使外部電極部露出的開口部的絕緣膜，最好使外部電極部的露出面和絕緣膜的表面成同一平面，或者比絕緣膜的表面要高。
這樣，可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線的非電極部之間不必要的接觸。并且，由于外部電極部的露出面和絕緣膜的表面處于同一平面或者比絕緣膜15的表面高，所以在外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。進(jìn)一步，外部電極部的露出面比絕緣膜的表面要高時，通過更加增大構(gòu)成外部電極部的金屬部的實際厚度，可以獲得以下效果。也就是說，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。因此，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線斷線的不良情況的發(fā)生。另外，外部電極部的露出面比絕緣膜的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，金屬布線優(yōu)選由包含銅的金屬構(gòu)成。
這樣，可以使金屬布線低電阻化。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選進(jìn)一步包括在半導(dǎo)體元件的表面和金屬布線之間形成的絕緣性樹脂層，金屬布線沿絕緣性樹脂層的表面形成。
這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極連接的金屬布線的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，外部電極的厚度優(yōu)選在10μm以上并且在20μm以下。
這樣，可以確保防止金屬布線的外部電極中的斷線，同時可以抑制采用蝕刻形成厚膜化的外部電極部時的圖形變形。
本發(fā)明的第1半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在設(shè)置了電極的半導(dǎo)體元件表面上形成與電極成電連接的金屬布線的第1工序、在半導(dǎo)體元件的表面上以及在金屬布線上形成具有使金屬布線中的外部電極形成區(qū)域露出的開口部的絕緣膜的第2工序、在開口部上形成使其表面與絕緣膜的表面成同一平面或者比絕緣膜的表面高的金屬材料填充部的第3工序。
依據(jù)第1半導(dǎo)體裝置的制造方法，在形成與電極成電連接的金屬布線之后，使金屬布線中的外部電極形成區(qū)域露出形成具有開口部的絕緣膜，然后在開口部上形成使其表面與絕緣膜的表面成同一平面或者比絕緣膜的表面高的金屬材料填充部。因此，在該開口部中填埋的金屬材料填充部和其下側(cè)金屬布線部分所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。因此，可以獲得和本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置相同的效果。
另外，依據(jù)第1半導(dǎo)體裝置的制造方法，由于在金屬布線中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線的非電極部之間不必要的接觸。另外，由于金屬材料填充部的表面即外部電極部的露出面和絕緣膜的表面處于同一平面，或者比絕緣膜的表面高，所以在外部電極部上裝球形電極時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。進(jìn)一步，外部電極部的露出面比絕緣膜的表面要高時，通過更加增大構(gòu)成外部電極部的金屬部的實際厚度，可以獲得以下效果。也就是說，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。因此，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線斷線的不良情況的發(fā)生。另外，外部電極部的露出面(即金屬材料填充部的表面)比絕緣膜的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
在第1半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在第1工序之前優(yōu)選進(jìn)一步包括除電極上面以外的半導(dǎo)體元件的表面上形成絕緣性樹脂層的工序，第1工序包含沿絕緣性樹脂層的表面形成金屬布線的工序。
這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極連接的金屬布線的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
在第1半導(dǎo)體裝置的制造方法中，第3工序也可以包含在絕緣膜上形成完全填埋開口部的金屬膜之后，形成覆蓋開口部上側(cè)的掩膜圖形，然后除去金屬膜中的掩膜圖形的外側(cè)部分之后，除去掩膜圖形的工序。
在第1半導(dǎo)體裝置的制造方法中，第3工序也可以包含在絕緣膜的表面上形成部分填埋開口部的第1金屬膜之后，形成覆蓋開口部上側(cè)的掩膜圖形，然后在開口部中第1金屬膜之上形成第2金屬膜，然后除去掩膜圖形、以及第1金屬膜中的開口部的外側(cè)部分的工序。
在第1半導(dǎo)體裝置的制造方法中，半導(dǎo)體元件設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓中由切割線區(qū)分的多個芯片區(qū)域的每一個中，在第3工序之后也可以進(jìn)一步包括通過沿切割線采用旋轉(zhuǎn)刀片分割半導(dǎo)體晶圓，按芯片單位切出半導(dǎo)體元件的工序。
有關(guān)本發(fā)明的第2半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在設(shè)置了電極的半導(dǎo)體元件表面上形成與電極成電連接的金屬布線的第1工序、在金屬布線中在外部電極形成區(qū)域上形成突起形電極的第2工序、在半導(dǎo)體元件的表面上以及在金屬布線上形成使突起形電極中的至少頭頂部露出的絕緣膜的第3工序。
依據(jù)第2半導(dǎo)體裝置的制造方法，在形成與電極成電連接的金屬布線之后，使金屬布線中的外部電極形成區(qū)域露出形成突起形電極，然后使突起形電極中的至少頭頂部露出形成絕緣膜。因此，突起形電極和其下側(cè)金屬布線部分所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。因此，可以獲得和本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置相同的效果。
另外，依據(jù)第2半導(dǎo)體裝置的制造方法，由于在金屬布線中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線的非電極部之間不必要的接觸。另外，由于突起形電極的頭頂部即外部電極部的露出面和絕緣膜的表面比絕緣膜的表面高，所以在外部電極部上裝球形電極時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。進(jìn)一步，外部電極部的露出面比絕緣膜的表面要高時，通過更加增大構(gòu)成外部電極部的金屬部的實際厚度，可以獲得以下效果。也就是說，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。因此，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使由于所以半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線斷線的不良情況的發(fā)生。另外，外部電極部的露出面(突起形電極的頭頂部)比絕緣膜的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
在第2半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在第1工序之前優(yōu)選進(jìn)一步包括除電極上面以外的半導(dǎo)體元件的表面上形成絕緣性樹脂層的工序，第1工序包含沿絕緣性樹脂層的表面形成金屬布線的工序。
這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極連接的金屬布線的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
在第2半導(dǎo)體裝置的制造方法中，半導(dǎo)體元件設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓中由切割線區(qū)分的多個芯片區(qū)域的每一個中，在第3工序之后，也可以進(jìn)一步包括通過沿切割線采用旋轉(zhuǎn)刀片分割半導(dǎo)體晶圓，按芯片單位切出半導(dǎo)體元件的工序。
圖2是有關(guān)本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖3是有關(guān)本發(fā)明的實施例1的變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖4是有關(guān)本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖5是有關(guān)本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖6是有關(guān)本發(fā)明的實施例2的變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖7(a)～(e)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖8(a)及(b)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖9(a)～(d)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖10(a)～(c)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖11(a)～(e)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖12(a)～(c)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖13(a)～(d)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例6的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖14(a)及(b)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施例6的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序的圖。
圖15(a)是現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的平面透視圖，(b)是圖15(a)的XV-XV線中的截面構(gòu)成的一例，(c)是圖15(a)的XV-XV線中的截面構(gòu)成的另一例。符號說明10—半導(dǎo)體晶圓；10a—切割線；11—半導(dǎo)體元件；12—電極；13—鈍化膜；14—金屬布線；14a—外部電極部；14b—外部電極部；15—絕緣膜；16—球形電極；17—絕緣性樹脂層；18—金屬膜；18A—金屬材料填充部；19—抗蝕掩膜；20—旋轉(zhuǎn)刀片；21—金屬材料填充部；22—第1金屬膜；23—抗蝕掩膜；24—第2金屬膜；25—金屬材料填充部；26—突起形電極；Rchip—芯片區(qū)域。
圖1及圖2表示有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
如圖1所示，在半導(dǎo)體元件11的表面上形成電極12，同時在半導(dǎo)體元件11的表面上形成在電極12之上具有開口部的由例如SiN等構(gòu)成的鈍化膜13。鈍化膜13保護(hù)半導(dǎo)體元件11的表面。在鈍化膜13上形成與電極12電連接的包含例如Cu的金屬布線14。在金屬布線14上以及在鈍化膜13上，形成使在金屬布線14中起外部電極作用的部分(以下稱為外部電極部14a)露出的具有開口部的絕緣膜15。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的樹脂膜。在將半導(dǎo)體元件11的表面上形成的電極12和裝半導(dǎo)體元件11的基板(圖中未畫出)的布線電極進(jìn)行電連接時，如圖2所示，在絕緣膜15的開口部，即金屬布線4的外部電極部14a上在熔融狀態(tài)下連接由焊錫構(gòu)成的球形電極6。也就是說，半導(dǎo)體元件11的電極12和基板的布線電極之間通過金屬布線14以及球形電極16連接。
本實施方案的特點是，外部電極部14a的厚度(例如14μm)比金屬布線14中外部電極部之外的部分(以下稱為非電極部)的厚度要厚。作為厚膜化的外部電極部14a形成方法的一例按以下方法形成。首先，形成在包含Cu的金屬布線14中裝球形電極16的部分上具有開口部的絕緣膜15，然后，在該開口部中填充金屬材料(具體講為Cu)，形成厚膜化的外部電極部14a。這時，外部電極部14a的厚度，等于金屬布線14主體的厚度與金屬材料填充部的厚度之和。
依據(jù)實施例1，與半導(dǎo)體元件11的電極12電連接的金屬布線14中的外部電極部14a的厚度，比金屬布線14的非電極部的厚度大。因此，外部電極部14a和裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極通過球形電極16連接時，作為金屬材料例如即使采用一般的Cu，包含在球形電極16的焊錫中的Sn在包含在金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散所形成的低強度的Sn-Cu合金層的生長，將在外部電極部14a的厚度方向的途中被止住。也就是說，由于外部電極部14a中的Sn-Cu合金層的厚度比外部電極部14a整體的厚度要小，所以在外部電極部14a中存在沒有變化成Sn-Cu合金層的部分，在這部分依然保持金屬布線14所具有的強度。因此，在使覆蓋半導(dǎo)體元件11的表面的樹脂膜硬化時或者在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體元件11、覆蓋半導(dǎo)體元件11表面的樹脂膜、以及基板各自的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以防止強度小的Sn-Cu合金層斷裂而引起金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。
具體地說，在實施例1中，金屬布線14的非電極部的厚度優(yōu)選在0.01μm以上并且在8μm以下，更優(yōu)選在0.01μm以上并且在4μm以下。這是因為金屬布線14的厚度如果在0.01μm以下，金屬布線14的強度降低而會發(fā)生斷線等的問題。另外，如果金屬布線14的厚度大于8μm，對成為金屬布線14的金屬膜進(jìn)行蝕刻很困難，因而金屬布線14的布線圖形的微小化很困難。
另一方面，在實施例1中，金屬布線14的外部電極部14a的厚度(例如是金屬布線14的非電極部的厚度和金屬材料填充部的厚度之和)優(yōu)選在10μm以上并且在20μm以下。這是由于以下的原因。本發(fā)明人等采用通過在絕緣膜15的開口部(外部電極形成區(qū)域)上形成金屬材料填充部形成厚膜化的外部電極部14a的方法，制作了外部電極部14a的厚度分別為5μm、7μm、9μm、11μm的多個半導(dǎo)體裝置樣品。然后，將各半導(dǎo)體裝置樣品裝在基板上之后，將裝厚的半導(dǎo)體裝置樣品分別置于-40℃以及80℃的溫度狀態(tài)下進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(環(huán)境試驗)，然后檢查在各半導(dǎo)體裝置樣品中有無金屬布線14的斷線情況。溫度循環(huán)試驗以從-40℃到80℃后再次回到-40℃為一周期，進(jìn)行1000個周期試驗。其結(jié)果，外部電極部14a的厚度(金屬布線14主體的厚度和金屬材料填充部的厚度之和)在5μm時在實驗進(jìn)行到50周期發(fā)生斷線，在7μm時在實驗進(jìn)行到200周期發(fā)生斷線，在9μm時在實驗進(jìn)行到700周期發(fā)生斷線，而在11μm時沒有發(fā)生斷線。這些結(jié)果表明，外部電極部14a的厚度越大，具體地說，當(dāng)外部電極部14a的厚度在10μm以上時，金屬布線14不容易發(fā)生斷線情況。另外，在采用金屬材料填充部形成厚膜化的外部電極部14a的方法中，如果外部電極部14a的厚度大于20μm，會出現(xiàn)在采用濕蝕刻形成金屬材料填充部時的圖形變形增大的問題。
另外，依據(jù)實施例1，由于在金屬布線14中外部電極部14a之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，優(yōu)選外部電極部14a的露出面和絕緣膜15的表面處于同一平面(在本說明書中包括大致為同一平面)，或者比絕緣膜15的表面高。換言之，外部電極部14a的厚度與絕緣膜15的厚度相同(在本說明書中包括大致為相同)，或者比絕緣膜15的厚度要大。這是因為，外部電極部14a的厚度如果比絕緣膜15的厚度小，在外部電極部14a(即絕緣膜15的開口部)上裝球形電極16時，外部電極部14a和球形電極之間產(chǎn)生間隙，其結(jié)果不能確保兩者充分連接。
另外，在實施例1中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)或者鋁(Al)等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
(實施例1的變形例)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例1的變形例的半導(dǎo)體裝置。
圖3表示有關(guān)實施例1的變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本變形例中，和圖1所示有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置相同的構(gòu)成要素采用相同的符號，在此省略其說明。
如圖3所示，在半導(dǎo)體元件11的表面上形成電極12，同時在半導(dǎo)體元件11的表面上形成在電極12之上具有開口部的鈍化膜13。在鈍化膜13上形成與電極12電連接的金屬布線14。在金屬布線14上以及在鈍化膜13上，形成使在金屬布線14中作為外部電極作用的部分(以下稱為外部電極部14b)露出的具有開口部的絕緣膜15。
本變形例和實施例1的不同點在于，外部電極部14b，在絕緣膜15的開口部上側(cè)，具有比該開口部大的菌形的凸部。換言之，外部電極部14b的露出面比絕緣膜15的表面要高。這樣，構(gòu)成外部電極部14b金屬部的實際厚度，與圖1所示的實施例1的外部電極部14a相比要大，這樣可以獲得以下效果。也就是說，外部電極部14b、和裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極通過焊錫構(gòu)成的球形電極連接時，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部14b的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。
另外，在本變形例中，外部電極部14b和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，可以獲得上述同樣的效果。
(實施例2)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體裝置。
圖4以及圖5表示有關(guān)實施例2的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本實施方案中，和圖1所示有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置相同的構(gòu)成要素采用相同的符號，在此省略其說明。
如圖4所示，在半導(dǎo)體元件11的表面上形成電極12，同時在半導(dǎo)體元件11的表面上形成在電極12之上具有開口部的鈍化膜13。在鈍化膜13上除電極12附近以外的區(qū)域上，形成例如低彈性的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的絕緣性樹脂層17。沿絕緣性樹脂層17的表面，形成與與電極12電連接的金屬布線14。在金屬布線14上，在絕緣性樹脂層17上以及鈍化膜13上，形成使在金屬布線14中作為外部電極作用的部分(以下稱為外部電極部14a)露出的具有開口部的絕緣膜15。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的樹脂膜。在將半導(dǎo)體元件11的表面上形成的電極12和裝半導(dǎo)體元件11的基板(圖中未畫出)的布線電極進(jìn)行電連接時，如圖5所示，在絕緣膜15的開口部，即金屬布線4的外部電極部14a上在熔融狀態(tài)下連接焊錫構(gòu)成的球形電極6。也就是說，半導(dǎo)體元件11的電極12和基板的布線電極之間通過金屬布線14以及球形電極16連接。
本實施方案的第1特點，和實施例1相同，是外部電極部14a的厚度，比金屬布線14中的外部電極部之外的非電極部的厚度要大。
另外，本實施方案的第2特點是，如上所述，在與半導(dǎo)體元件11的電極12電連接的金屬布線14、和在半導(dǎo)體元件11的表面上形成的鈍化膜13之間，形成了低彈性的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的絕緣性樹脂層17。
依據(jù)實施例2，在獲得實施例1的效果(由第1特點產(chǎn)生)的基礎(chǔ)上還可以獲得以下效果。也就是說，將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極16熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層17所吸收。這樣，可以緩和上述應(yīng)力，可以防止金屬布線14中與球形電極16連接的外部電極部14a斷裂的情況發(fā)生。
另外，依據(jù)實施例2，由于在金屬布線14中外部電極部14a之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，優(yōu)選外部電極部14a的露出面和絕緣膜15的表面處于同一平面，或者比絕緣膜15的表面高。換言之，外部電極部14a的厚度與絕緣性樹脂層17上的絕緣膜15的厚度相同，或者比絕緣性樹脂層17上的絕緣膜15的厚度要大。這是因為，外部電極部14a的厚度如果比絕緣性樹脂層17上的絕緣膜15的厚度小，在外部電極部14a(即絕緣膜15的開口部)上裝球形電極16時，外部電極部14a和球形電極之間產(chǎn)生間隙，其結(jié)果不能確保兩者充分連接。
另外，在實施例2中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
(實施例2的變形例)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例2的變形例的半導(dǎo)體裝置。
圖6表示有關(guān)實施例2的變形例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。在本變形例中，和圖1所示有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置以及圖4所示有關(guān)實施例2的半導(dǎo)體裝置相同的構(gòu)成要素采用相同的符號，在此省略其說明。
如圖6所示，在半導(dǎo)體元件11的表面上形成電極12，同時在半導(dǎo)體元件11的表面上形成在電極12之上具有開口部的鈍化膜13。在鈍化膜13上除電極12附近以外的區(qū)域上，形成例如低彈性的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的絕緣性樹脂層17。沿絕緣性樹脂層17的表面，形成與與電極12電連接的金屬布線14。在金屬布線14上，在絕緣性樹脂層17上以及鈍化膜13上，形成使在金屬布線14中作為外部電極作用的部分(以下稱為外部電極部14b)露出的具有開口部的絕緣膜15。
本變形例和實施例2的不同點在于，外部電極部14b，在絕緣膜15的開口部上側(cè)，具有比該開口部大的菌形的凸部。換言之，外部電極部14b的露出面比絕緣膜15的表面要高。這樣，構(gòu)成外部電極部14b金屬部的實際厚度，與圖4所示實施例2的外部電極部14a相比要大，這樣可以獲得以下效果。也就是說，外部電極部14b、和裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極通過焊錫構(gòu)成的球形電極連接時，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部14b的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。
另外，在本變形例中，外部電極部14b和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，可以獲得上述同樣的效果。
(實施例3)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法。另外，有關(guān)實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法，用于制造有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置。
圖7(a)～(e)以及圖8(a)、(b)表示有關(guān)實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序。圖7(a)以及圖8(a)為立體圖，圖7(b)～(e)以及圖8(b)為剖面圖。另外，在實施例3中，和圖1以及圖2所示有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置相同的構(gòu)成要素采用相同的符號。
首先，如圖7(a)所示，準(zhǔn)備形成有多個半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10。在此，各半導(dǎo)體元件11，被設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓10由切割線10a所區(qū)分的多個芯片區(qū)域Rchip中。以下針對設(shè)置在1個芯片區(qū)域Rchip中的半導(dǎo)體元件11進(jìn)行說明。
然后，如圖7(b)所示，在形成了電極12的半導(dǎo)體元件11的表面上，形成由例如SiN等構(gòu)成的鈍化膜13。鈍化膜13在電極12上具有開口部。然后，在鈍化膜13上形成包含例如Cu的金屬布線14，并與電極12電連接的。具體地說，在鈍化膜13上，采用濺射法依次形成鈦鎢(TiW)層以及Cu層，之后，利用覆蓋金屬布線形成區(qū)域的并且由光刻膠材料構(gòu)成的掩膜，在TiW層以及Cu層上進(jìn)行蝕刻，形成所需要圖形的金屬布線14。然后，除去抗蝕掩膜。
然后，通過采用抗蝕膜材料(圖中未表示)的蝕刻法，如圖7(c)所示，在鈍化膜13上以及在金屬布線14上，形成使在金屬布線14的給定區(qū)域(外部電極形成區(qū)域)露出的具有開口部的絕緣膜15。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的厚度為12μm的樹脂膜。在本實施方案中，絕緣膜15的材料采用感光性材料，利用可形成微細(xì)圖形的光刻法形成絕緣膜15的開口部圖形。
然后，如圖7(d)所示，在絕緣膜15上，例如采用電解電鍍法形成由Ti以及Cu構(gòu)成的金屬膜18，并完全填埋絕緣膜15的開口部，之后形成覆蓋該開口部上側(cè)的抗蝕掩膜19。
另外，在圖7(d)所示的工序中，進(jìn)行電解電鍍時的供電點，利用圖7(a)所示的在半導(dǎo)體晶圓10的切割線10中形成的布線(圖中未畫出)。該布線，在用例如濺射法形成金屬布線14時，同時形成。
然后，如圖7(e)所示，在金屬膜18中抗蝕掩膜19的外側(cè)部分，采用例如濕蝕刻進(jìn)行除去，形成填埋絕緣膜15的金屬膜18所構(gòu)成金屬材料填充部18A，之后除去抗蝕掩膜19。另外，金屬材料填充部18A形成為，其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。這樣，金屬材料填充部18A和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。
然后，經(jīng)過圖7(b)～(e)所示工序后的在芯片區(qū)域Rchip中設(shè)置了半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10，如圖8(a)所示，沿切割線10a利用旋轉(zhuǎn)刀片20進(jìn)行切割，以芯片單位切出半導(dǎo)體元件11。這時，在圖7(d)所示的工序中通過切斷在進(jìn)行電解電鍍時作為供電點的布線，而關(guān)斷該布線中的通電。
然后，為了將在半導(dǎo)體元件11表面上形成的電極12、與裝半導(dǎo)體元件11的基板(圖中未畫出)的布線電極電連接，如圖8(b)所示，在金屬材料填充部18A(即金屬布線的外部電極部)上，裝例如由焊錫或者Cu構(gòu)成的球形電極16。這時，采用例如絲網(wǎng)印刷法在金屬材料填充部18A上印刷焊錫漿料，通過將該焊錫漿料回流，形成焊錫構(gòu)成的球形電極16。
如上所述，依據(jù)實施例3，形成金屬布線14，并與半導(dǎo)體元件11的電極12連接，然后形成具有露出金屬布線14的外部電極形成區(qū)域的開口部的絕緣膜15，然后，在該開口部中填埋金屬材料填充部18A，使其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。這樣，在該開口部中填埋的金屬材料填充部18A和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。因此，可以獲得和有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置相同的效果。具體地說，金屬材料填充部18A即外部電極部和裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極通過球形電極16連接時，作為金屬材料例如即使采用一般的Cu，包含在球形電極16的焊錫中的Sn在包含在金屬材料填充部18A和金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散所形成的低強度的Sn-Cu合金層的生長，將在外部電極部的厚度方向的途中被止住。也就是說，由于外部電極部中的Sn-Cu合金層的厚度比外部電極部整體的厚度要小，所以在外部電極部中存在沒有變化成Sn-Cu合金層的部分，在這部分依然保持金屬布線14所具有的強度。因此，在使覆蓋半導(dǎo)體元件11的表面的樹脂膜硬化時或者在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體元件11、覆蓋半導(dǎo)體元件11表面的樹脂膜、以及基板各自的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以防止強度小的Sn-Cu合金層斷裂而引起金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。
另外，依據(jù)實施例3，由于在金屬布線14中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，因金屬材料填充部18A的表面即外部電極部的露出面與絕緣膜15的表面成同一面或者比絕緣膜15的表面要高，換言之，因外部電極部的厚度(金屬材料填充部18A的厚度和其下側(cè)金屬布線14主體的厚度)與絕緣膜15的厚度相同或者比絕緣膜15的厚度要大，所以可以獲得以下效果。也就是說，外部電極部(金屬材料填充部18A)上裝球形電極16時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。
進(jìn)一步，依據(jù)實施例3，當(dāng)外部電極部的露出面(金屬材料填充部18A的表面)比絕緣膜的表面高時，通過更加增大構(gòu)成外部電極部的金屬部實際厚度，可以獲得以下的效果。也就是說，即使包含在球形電極16的焊錫中的Sn在包含在金屬材料填充部18A和金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。另外，在本實施方案中，外部電極部的露出面即金屬材料填充部18A的表面比絕緣膜15的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
另外，在實施例3中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
另外，在實施例3中，成為金屬布線14的TiW層和Cu層雖然是采用濺射法依次形成，也可以采用例如電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法等替代濺射法。
另外，在實施例3中，作為絕緣膜15的材料采用感光性材料，同時利用可形成微細(xì)圖形的光刻法形成絕緣膜15的開口部圖形。但是，也可以不采用該方法，作為絕緣膜15的材料采用非感光性材料，利用例如絲網(wǎng)印刷法等形成絕緣膜15的開口部圖形。
另外，在實施例3中，作為金屬膜18即金屬材料填充部18A的材料采用了Ti以及Cu。但是，也可以不采用該材料，而采用TiW、Cr、鎳(Ni)或者金(Au)等為主要成分的材料，當(dāng)用電解電鍍形成金屬膜18時，也可以采用Au、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉛(Pb)或者Ni等為主要成分的材料。
另外，在實施例3中，金屬材料填充部18A，其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。換言之，金屬材料填充部18A和其下側(cè)的金屬布線14構(gòu)成的外部電極部的厚度與絕緣膜15的厚度相同或者比絕緣膜15的厚度要大。具體地說，優(yōu)選外部電極部的厚度在10μm以上并且在20μm以下。在此，如果外部電極部的厚度大于20μm，會出現(xiàn)在采用濕蝕刻形成金屬材料填充部時的圖形變形增大的問題。
另外，在實施例3中，金屬膜18的形成，也可以采用無電解電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法替代電解電鍍法。
另外，在實施例3中，在形成金屬布線14之前，優(yōu)選在鈍化膜13中除電極12附近以外的區(qū)域上形成絕緣性樹脂層，沿該絕緣性樹脂層表面形成金屬布線14。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極16熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極16連接的金屬布線14的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
(實施例4)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法。另外，有關(guān)實施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法，用于制造有關(guān)實施例2的變形例的半導(dǎo)體裝置。
圖9(a)～(d)以及圖10(a)～(c)表示有關(guān)實施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序。圖9(a)以及圖10(b)為立體圖，圖9(b)～(d)以及圖10(a)、(c)為剖面圖。另外，在實施例4中，和圖7(a)～(e)以及圖8(a)、(b)所示實施例3相同的構(gòu)成要素采用相同的符號，在此省略一部分說明。
首先，如圖9(a)所示，準(zhǔn)備形成有多個半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10。在此，各半導(dǎo)體元件11，被設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓10由切割線10a所區(qū)分的多個芯片區(qū)域Rchip中。以下針對設(shè)置在1個芯片區(qū)域Rchip中的半導(dǎo)體元件11進(jìn)行說明。
然后，如圖9(b)所示，在形成了電極12的半導(dǎo)體元件11的表面上，形成由例如SiN等構(gòu)成的鈍化膜13。鈍化膜13在電極12上具有開口部。然后，在鈍化膜13上除電極12附近以外的區(qū)域上，形成例如低彈性的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的絕緣性樹脂層17。在本實施方案中，構(gòu)成絕緣性樹脂層17的低彈性樹脂材料是感光性材料，通過采用光刻法對該感光性材料所構(gòu)成的模進(jìn)行圖形化，可以形成具有所希望的圖形的絕緣性樹脂層17。
然后，如圖9(c)所示，沿絕緣性樹脂層17的表面，形成與與電極12電連接的例如由Cu構(gòu)成的厚度為5μm的金屬布線14。具體地說，采用濺射法在絕緣性樹脂層17上形成Cu層。
然后，如圖9(d)所示，在鈍化膜13上，在絕緣性樹脂層17上以及在金屬布線14上形成使金屬布線14的給定區(qū)域(外部電極形成區(qū)域)露出的具有開口部的絕緣膜15。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的樹脂膜。
然后，如圖10(a)所示，在絕緣膜15的開口部上，形成與金屬布線14連接的具有比絕緣膜15的厚度更大厚度的金屬材料填充部21。作為金屬材料填充部21的材料材Cu，并且采用無電解電鍍法形成金屬材料填充部21。這樣，在金屬材料填充部21中從絕緣膜15的表面凸出的頭頂部成為突起形電極。另外，金屬材料填充部21和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。
然后，經(jīng)過圖9(b)～(d)以及圖10(a)所示工序后的在芯片區(qū)域Rchip中設(shè)置了半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10，如圖10(b)所示，沿切割線10a利用旋轉(zhuǎn)刀片20進(jìn)行切割。這樣，如圖10(c)所示，以芯片單位切出半導(dǎo)體元件11。
如上所述，依據(jù)實施例4，可以獲得實施例3的效果之外，還可以獲得以下效果。也就是說，將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使裝在金屬布線14的外部電極部(金屬材料填充部21和其下側(cè)的金屬布線14所構(gòu)成)上的球形電極16熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層17所吸收。這樣，可以緩和上述應(yīng)力，可以防止金屬布線14中與球形電極16連接的外部電極部14a斷裂的情況發(fā)生。
另外，依據(jù)實施例4，由于在金屬布線14中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，由于金屬材料填充部21的表面即外部電極部的露出面比絕緣膜15的表面高，換言之，由于外部電極部的厚度比絕緣膜15的厚度要大，所以可以獲得以下效果。即。外部電極部(金屬材料填充部21)上裝球形電極16時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。另外，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬材料填充部21和金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散而形成低強度的Sn-Cu合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使由于所以半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。另外，外部電極部的露出面即金屬材料填充部21的表面比絕緣膜15的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
另外，在實施例4中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
另外，在實施例4中，成為金屬布線14的Cu層雖然是采用濺射法形成，也可以采用例如電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法等替代濺射法。
另外，在實施例4中，作為金屬材料填充部21的材料采用了Cu。但是，也可以不采用該材料，而采用其他金屬材料(例如其他實施方案中所使用的金屬材料)。
另外，在實施例4中，雖然采用了電解電鍍法形成金屬材料填充部21，也可以采用電解電鍍法替代無電解電鍍法。
另外，在實施例4中，金屬材料填充部18A形成為其表面比絕緣膜15的表面要高。但是，可以使金屬材料填充部18A形成為其表面與絕緣膜15的表面成同一面。這樣形成具有和有關(guān)實施例2的半導(dǎo)體裝置相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。另外，金屬材料填充部21和其下側(cè)的金屬布線14構(gòu)成的外部電極部的厚度，優(yōu)選外部電極部的厚度在10μm以上并且在20μm以下。
(實施例5)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法。另外，有關(guān)實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法，和實施例3相同，用于制造有關(guān)實施例1的半導(dǎo)體裝置。
圖11(a)～(e)以及圖12(a)～(c)表示有關(guān)實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序。圖11(a)以及圖12(b)為立體圖，圖11(b)～(e)以及圖12(a)、(c)為剖面圖。另外，在實施例5中，和圖7(a)～(e)以及圖8(a)、(b)所示實施例3相同的構(gòu)成要素采用相同的符號。
首先，如圖11(a)所示，準(zhǔn)備形成有多個半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10。在此，各半導(dǎo)體元件11，被設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓10由切割線10a所區(qū)分的多個芯片區(qū)域Rchip中。以下針對設(shè)置在1個芯片區(qū)域Rchip中的半導(dǎo)體元件11進(jìn)行說明。
然后，如圖11(b)所示，在形成了電極12的半導(dǎo)體元件11的表面上，形成由例如SiN等構(gòu)成的鈍化膜13。鈍化膜13在電極12上具有開口部。然后，在鈍化膜13上形成包含例如Cu的金屬布線14，并與電極12電連接的。具體地說，在鈍化膜13上，采用濺射法依次形成TiW層以及Cu層，之后，利用覆蓋金屬布線形成區(qū)域的并且由光刻膠材料構(gòu)成的掩膜，在TiW層以及Cu層上進(jìn)行蝕刻，形成所需要圖形的金屬布線14。然后，除去抗蝕掩膜。
然后，如圖11(c)所示，在鈍化膜13上以及在金屬布線14上，形成使在金屬布線14的給定區(qū)域(外部電極形成區(qū)域)露出的具有開口部的絕緣膜15。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的厚度為12μm的樹脂膜。在本實施方案中，絕緣膜15的材料采用感光性材料，利用可形成微細(xì)圖形的光刻法形成絕緣膜15的開口部圖形。
然后，如圖11(d)所示，在絕緣膜15上，形成例如由Cu構(gòu)成的金屬膜22，并部分填埋絕緣膜15的開口部。具體地說，在絕緣膜15上，例如通過采用濺射法依次形成Ti層以及Cu層形成第1金屬膜22。然后，在覆蓋絕緣膜15的開口部的外側(cè)形成抗蝕掩膜23。換言之，使絕緣膜15的開口部露出形成抗蝕掩膜23。
然后，如圖11(e)所示，在抗蝕掩膜23所包圍的絕緣膜15的開口部中的第1金屬膜22上，例如采用電解電鍍法形成由Cu構(gòu)成的第2金屬膜24，并完全填埋絕緣膜15的開口部。
然后，如圖12(a)所示，除去抗蝕掩膜23，同時利用蝕刻除去第1金屬膜22中絕緣膜15的開口部的外側(cè)部分，這樣，形成填埋絕緣膜15的開口部的由第1金屬膜22和第2金屬膜24所構(gòu)成的金屬材料填充部25。另外，金屬材料填充部25形成為，其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。換言之，金屬材料填充部25和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，和絕緣膜15的厚度相同或者比絕緣膜15的厚度要打。這樣，外部電極部的厚度比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。
然后，經(jīng)過圖11(b)～(e)以及圖12(a)所示工序后的在芯片區(qū)域Rchip中設(shè)置了半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10，如圖12(b)所示，沿切割線10a利用旋轉(zhuǎn)刀片20進(jìn)行切割。這樣，如圖12(c)所示，以芯片單位切出半導(dǎo)體元件11。
如上所述，依據(jù)實施例5，形成金屬布線14，并與半導(dǎo)體元件11的電極12連接，然后形成具有露出金屬布線14的外部電極形成區(qū)域的開口部的絕緣膜15，然后，在該開口部中填埋金屬材料填充部25，使其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。這樣，在該開口部中填埋的金屬材料填充部25和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。因此，可以獲得和有關(guān)實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法相同的效果。
另外，依據(jù)實施例5，由于在金屬布線14中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，由于金屬材料填充部25的表面即外部電極部的露出面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高，換言之，由于外部電極部的厚度(金屬材料填充部25的厚度和其下側(cè)金屬布線14主體的厚度)與絕緣膜15的厚度相同或者比絕緣膜15的厚度要大，所以可以獲得以下效果。也就是說，外部電極部(金屬材料填充部25)上裝球形電極16時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。
進(jìn)一步，依據(jù)實施例5，當(dāng)外部電極部的露出面(金屬材料填充部25的表面)比絕緣膜的表面高時，通過更加增大構(gòu)成外部電極部的金屬部實際厚度，可以獲得以下的效果。也就是說，即使包含在球形電極16的焊錫中的Sn在包含在金屬材料填充部25和金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。另外，在本實施方案中，外部電極部的露出面即金屬材料填充部25的表面比絕緣膜15的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
另外，在實施例5中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
另外，在實施例5中，成為金屬布線14的TiW層和Cu層雖然是采用濺射法依次形成，也可以采用例如電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法等替代濺射法。
另外，在實施例5中，作為絕緣膜15的材料采用感光性材料，同時利用可形成微細(xì)圖形的光刻法形成絕緣膜15的開口部圖形。但是，也可以不采用該方法，作為絕緣膜15的材料采用非感光性材料，利用例如絲網(wǎng)印刷法等形成絕緣膜15的開口部圖形。
另外，在實施例5中，第1金屬膜22的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。
另外，在實施例5中，成為第1金屬膜22的TiW層和Cu層雖然是采用濺射法依次形成，也可以采用例如電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法等替代濺射法。
另外，在實施例5中，作為第1金屬膜24的材料雖然采用了Cu，也可以采用Ni、Ag、Au、Sn或者Pd等為主要成分的材料替代。
另外，在實施例5中，通過采用絲網(wǎng)印刷法形成比絕緣膜15的開口部大的金屬材料填充部25的頭頂部，在絕緣膜15的開口部的上側(cè)，金屬材料填充部25的頭頂部作為菌形的突起形電極行橫。這樣，形成和有關(guān)實施例1的變形例的半導(dǎo)體裝置具有相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。另外，第2金屬膜24的形成，也可以采用無電解電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法替代電解電鍍法。
另外，在實施例5中，金屬材料填充部25，其表面與絕緣膜15的表面成同一面，或者比絕緣膜15的表面要高。換言之，金屬材料填充部25和其下側(cè)的金屬布線14構(gòu)成的外部電極部的厚度與絕緣膜15的厚度相同或者比絕緣膜15的厚度要大。具體地說，優(yōu)選外部電極部的厚度在10μm以上并且在20μm以下。在此，如果外部電極部的厚度大于20μm，在絕緣部15的開口部(即段差的部分)附近，要形成具有充分厚度的抗蝕掩膜23(圖11(d))是很困難的。
另外，在實施例5中，在形成金屬布線14之前，優(yōu)選在鈍化膜13中除電極12附近以外的區(qū)域上形成絕緣性樹脂層，沿該絕緣性樹脂層表面形成金屬布線14。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極16熔融的溫度變化狀態(tài)下，由于所以半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極連接的金屬布線14的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
(實施例6)以下參照

有關(guān)本發(fā)明實施例6的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
圖13(a)～(d)以及圖14(a)、(b)表示有關(guān)實施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各工序。圖13(a)以及圖14(a)為立體圖，圖13(b)～(d)以及圖14(b)為剖面圖。另外，在實施例6中，和圖7(a)～(e)以及圖8(a)、(b)所示實施例3相同的構(gòu)成要素采用相同的符號。
首先，如圖13(a)所示，準(zhǔn)備形成有多個半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10。在此，各半導(dǎo)體元件11，被設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓10由切割線10a所區(qū)分的多個芯片區(qū)域Rchip中。以下針對設(shè)置在1個芯片區(qū)域Rchip中的半導(dǎo)體元件11進(jìn)行說明。
然后，如圖13(b)所示，在形成了電極12的半導(dǎo)體元件11的表面上，形成由例如SiN等構(gòu)成的鈍化膜13。鈍化膜13在電極12上具有開口部。然后，在鈍化膜13上形成包含例如Cu的金屬布線14，并與電極12電連接的。具體地說，在鈍化膜13上，采用濺射法依次形成TiW層以及Cu層，之后，利用覆蓋金屬布線形成區(qū)域的并且由光刻膠材料構(gòu)成的掩膜，在TiW層以及Cu層上進(jìn)行蝕刻，形成所需要圖形的金屬布線14。然后，除去抗蝕掩膜。
然后，如圖13(c)所示，通過采用絲網(wǎng)印刷法，使在金屬布線14的給定區(qū)域(外部電極形成區(qū)域)上具有所希望的圖形形成具有導(dǎo)電性的數(shù)值漿料，形成厚度在20μm程度的突起形電極26。在此，作為樹脂漿料，可以采用在環(huán)氧樹脂系的熱硬化樹脂中添加了粉末狀的Ag后的材料。
然后，如圖13(d)所示，在鈍化膜13上以及金屬布線14上(即半導(dǎo)體晶圓10的整個表面上)，形成厚度為15μm程度的絕緣膜15。這樣突起形電極26的頭頂部從絕緣膜15的表面露出。絕緣膜15例如是由阻焊劑等構(gòu)成的厚度為12的樹脂膜，采用例如旋轉(zhuǎn)噴涂法等形成。
另外，在本實施方案中，在形成上述絕緣膜15之后，也可以對半導(dǎo)體晶圓10的表面進(jìn)行采用氧氣的干蝕刻，使突起形電極26的頭頂部清潔。這樣，在半導(dǎo)體裝置的突起形電極26與裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極連接時，可以提高導(dǎo)電性。
然后，經(jīng)過圖13(b)～(d)所示工序后的在芯片區(qū)域Rchip中設(shè)置了半導(dǎo)體元件11的半導(dǎo)體晶圓10，如圖14(a)所示，沿切割線10a利用旋轉(zhuǎn)刀片20進(jìn)行切割。如圖14(b)所示，以芯片單位切出半導(dǎo)體元件11。
如上所述，依據(jù)實施例6，形成金屬布線14，并與半導(dǎo)體元件11的電極12連接，然后在金屬布線14的外部電極形成區(qū)域形成突起形電極26，然后，使該突起形電極26露出形成絕緣膜15，因此，突起形電極26和其下側(cè)金屬布線14所構(gòu)成的外部電極部的厚度，比金屬布線14中外部電極部之外的非電極部的厚度要大。因此，可以獲得和有關(guān)實施例3的半導(dǎo)體裝置相同的效果。
另外，依據(jù)實施例6，由于在金屬布線14中外部電極部之外的非電極部被絕緣膜15所覆蓋，所以可以防止裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線和電極，與半導(dǎo)體裝置中金屬布線14的非電極部之間不必要的接觸。這時，由于突起形電極26的表面即外部電極部的露出面比絕緣膜15的表面要高，換言之，由于外部電極部的厚度比絕緣膜15的厚度要大，所以可以獲得以下效果。也就是說，外部電極部(突起形電極26)上裝球形電極時，外部電極部和球形電極之間不產(chǎn)生間隙，可以確保兩者充分連接。另外，即使包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在突起形電極26和金屬布線14中的Cu上擴(kuò)散形成低強度的合金層時，在外部電極部的厚度方向，可以確保沒有形成合金層的部分的厚度更大。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以確保防止金屬布線14斷線的不良情況的發(fā)生。另外，外部電極部的露出面即突起形電極26的表面比絕緣膜15的表面高時，外部電極部和基板上的布線電極也可以不采用球形電極而采用焊錫連接，這時，也可以獲得上述同樣的效果。
另外，在實施例6中，金屬布線14的材料并沒有特別限定，例如也可以采用Cu、Ti、W、Cr或者Al等為主要成分的材料，或者具有導(dǎo)電性的其他金屬材料。但是，當(dāng)金屬布線14由包含Cu的金屬構(gòu)成時，可以形成低電阻化的金屬布線14。
另外，在實施例6中，成為金屬布線14的TiW層和Cu層雖然是采用濺射法依次形成，也可以采用例如電鍍法或者絲網(wǎng)印刷法等替代濺射法。
另外，在實施例6中，成為突起形電極26的樹脂漿料的導(dǎo)電成分并沒有特別限定，作為該導(dǎo)電成分，可以采用例如Ni、Ag、Au、Sn或者Pd等另外，在實施例6中，雖然采用旋轉(zhuǎn)噴涂法形成絕緣膜15，也可以采用簾膜式涂敷法替代旋轉(zhuǎn)噴涂法。
另外，在實施例6中，在形成金屬布線14之前，優(yōu)選在鈍化膜13中除電極12附近以外的區(qū)域上形成絕緣性樹脂層，沿該絕緣性樹脂層表面形成金屬布線14。這樣，在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時，在使球形電極16熔融的溫度變化狀態(tài)下，因半導(dǎo)體裝置和基板之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，可以被絕緣性樹脂層所吸收。因此，可以緩和上述應(yīng)力，防止與球形電極連接的金屬布線14的外部電極部斷裂的情況發(fā)生。
依據(jù)本發(fā)明，與半導(dǎo)體元件的電極電連接的金屬布線中的外部電極部的厚度，比金屬布線的非電極部的厚度大。因此，金屬布線的外部電極部和裝半導(dǎo)體裝置的基板上的布線電極通過球形電極連接時，作為金屬材料例如即使采用一般的Cu，包含在球形電極的焊錫中的Sn在包含在金屬布線中的Cu上擴(kuò)散所形成的低強度的Sn-Cu合金層的生長，將在外部電極部的厚度方向的途中被止住。也就是說，由于外部電極部中的低強度合金層的厚度比外部電極部整體的厚度要小，所以在外部電極部中存在沒有變化成低強度合金層的部分，在這部分依然保持金屬布線所具有的強度。因此，在使覆蓋半導(dǎo)體元件的表面的樹脂膜硬化時或者在將半導(dǎo)體裝置裝在基板上時的溫度變化狀態(tài)下，即使因半導(dǎo)體元件、覆蓋半導(dǎo)體元件表面的樹脂膜、以及基板各自的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力時，也可以防止金屬布線斷線的不良情況發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括在表面上設(shè)置了電極的半導(dǎo)體元件、和形成在所述半導(dǎo)體元件的表面上并與所述電極電連接的金屬布線，所述金屬布線，具有起外部電極作用的部分即外部電極部，所述外部電極部的厚度，大于所述金屬布線中所述外部電極部之外的非電極部的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括形成在所述金屬布線上及在所述半導(dǎo)體元件的表面上并具有使所述外部電極部露出的開口部的絕緣膜，所述外部電極部的露出面，與所述絕緣膜的表面成同一平面或者比所述絕緣膜的表面要高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述金屬布線由包含銅的金屬構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括在所述半導(dǎo)體元件的表面和所述金屬布線之間形成的絕緣性樹脂層，所述金屬布線是沿所述絕緣性樹脂層的表面形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述外部電極的厚度在10μm以上并且在20μm以下。
6.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在設(shè)置有電極的半導(dǎo)體元件表面上形成與所述電極電連接的金屬布線的第1工序；在所述半導(dǎo)體元件的表面上以及在所述金屬布線上，形成具有使所述金屬布線中的外部電極形成區(qū)域露出的開口部的絕緣膜的第2工序；以及在所述開口部形成使其表面與所述絕緣膜的表面成同一平面或者比所述絕緣膜的表面高的金屬材料填充部的第3工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述第1工序之前，還包括在除了所述電極的上面以外的所述半導(dǎo)體元件的表面上形成絕緣性樹脂層的工序，所述第1工序，包括沿所述絕緣性樹脂層的表面形成所述金屬布線的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第3工序包括在所述絕緣膜上形成完全填埋所述開口部的金屬膜之后，形成覆蓋所述開口部上側(cè)的掩膜圖形，然后，在除去所述金屬膜中的所述掩膜圖形的外側(cè)部分之后，除去所述掩膜圖形的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第3工序包括在所述絕緣膜的表面上形成部分填埋所述開口部的第1金屬膜之后，形成覆蓋所述開口部外側(cè)的掩膜圖形，然后，在所述開口部中的所述第1金屬膜上形成第2金屬膜后，除去所述掩膜圖形以及所述第1金屬膜中的所述開口部的外側(cè)部分的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件，設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓中由切割線區(qū)分的多個芯片區(qū)域的每一個中，在所述第3工序之后，還包括采用旋轉(zhuǎn)刀片沿所述切割線分割所述半導(dǎo)體晶圓，從而將所述半導(dǎo)體元件切割成以芯片為單位的工序。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在設(shè)置了電極的半導(dǎo)體元件表面上，形成與所述電極電連接的金屬布線的第1工序；在所述金屬布線中的外部電極形成區(qū)域上，形成突起形電極的第2工序；以及在所述半導(dǎo)體元件的表面上及所述金屬布線上，形成至少使所述突起形電極中的頭頂部露出的絕緣膜的第3工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述第1工序之前，還包括在除了所述電極上面以外的所述半導(dǎo)體元件的表面上形成絕緣性樹脂層的工序，所述第1工序包括沿所述絕緣性樹脂層的表面形成所述金屬布線的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件，設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓中由切割線區(qū)分的多個芯片區(qū)域的每一個中，在所述第3工序之后，還包括采用旋轉(zhuǎn)刀片沿所述切割線分割所述半導(dǎo)體晶圓，從而將所述半導(dǎo)體元件切割成以芯片為單位的工序。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，使與半導(dǎo)體元件(11)的電極(12)電連接的金屬布線(14)中的外部電極部(14a)的厚度，比金屬布線(14)的非電極部的厚度要大。從而在對與半導(dǎo)體元件的電極電連接的金屬布線進(jìn)行重新布線的半導(dǎo)體裝置中，提高了金屬布線、與裝在其外部電極部上的球形電極之間的連接可靠性。
文檔編號H01L23/52GK1427472SQ0215595
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者中村嘉文, 佐原隆一, 下石坂望, 戒能憲幸, 三木啟司, 渡瀨和美, 矢口安武 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社