半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】基板を実装する際の温度負荷によって絶縁層と下地金属層の側面との接点領域に加わる応力を緩和させ、応力に起因した絶縁層のクラックの発生を抑えるように構成された半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１の一面１０１ａに、絶縁層１０２、下地金属層１０３、金属端子が設けられるためのランド部１０４を順に積層してなる半導体装置１０９であって、ランド部１０４は、絶縁層１０２と対向する面の中央部において、下地金属層１０３と接合する接合領域と、絶縁層１０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域と、を有し、下地金属層１０３は、ランド部１０４側から絶縁層１０２側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする半導体装置１０９。
【解決手段】半導体基板１０１の一面１０１ａに、絶縁層１０２、下地金属層１０３、金属端子が設けられるためのランド部１０４を順に積層してなる半導体装置１０９であって、ランド部１０４は、絶縁層１０２と対向する面の中央部において、下地金属層１０３と接合する接合領域と、絶縁層１０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域と、を有し、下地金属層１０３は、ランド部１０４側から絶縁層１０２側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする半導体装置１０９。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係り、より詳細には、半導体基板の主面に積層された、絶縁層と下地金属層との間に加わる応力を低減させる、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の構成による、半導体装置５０９の断面図である。半導体装置５０９は、半導体基板５０１の一方の主面５０１ａに、絶縁層５０２と、下地金属層５０３と、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部５０４と、を順に積層し、絶縁層５０２、下地金属層５０３、ランド部５０４を覆い、かつランド部５０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層５０８を配し、開口部に金属端子（半田バンプ）５０７を載置してなる（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の構成によれば、下地金属層５０３はランド部５０４の中央域直下に設けられ、外周域直下には設けられない。すなわち、ランド部５０４の外周域は、下地金属層５０３により固定されていない。したがって、ランド部５０４は、半田バンプ５０７に加わる応力に追従して変形することにより、下層（下地金属層、絶縁層）に及ぶ応力の一部を緩和させる機能を有し、半導体パッケージ５００としての接続信頼性を向上させる構成を備えている。
【０００４】
ところで、従来の構成による半導体装置５０９は、半導体装置５０９をプリント基板に実装する際、または半導体装置５０９に半田バンプ５０７を形成する際の温度負荷により、ランド部５０４やランド部５０４の下層に応力が加わることが知られている。詳細には、図１４の断面図において、半田バンプ５０７の側面とランド部５０４の表面との接点近傍と、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２の接点近傍とに応力が集中することが知られている。特に、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２との接点近傍に集中する応力は、半導体基板５０１の一方の主面５０１ａに設けられるデバイス素子の直上を覆う絶縁層５０２に、クラックを発生させる。そして、このクラックが、半導体基板５０１の内部に形成されたデバイス素子領域に達して、デバイス素子が露出してしまうことが問題となっている。従来の構成では、下地金属層５０３の側面は、絶縁層５０２と直角をなしているため、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２の接点近傍に応力が最も強く加わり、この接点近傍を起点とした絶縁層５０２のクラックが発生しやすくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような点を考慮してなされたものであり、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に加わる応力を緩和させ、応力に起因した絶縁層のクラックの発生を抑えることが可能な構成を備える半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る半導体装置は、半導体基板の一面に、絶縁層、下地金属層、金属端子が設けられるためのランド部を順に積層してなる半導体装置であって、前記ランド部は、前記絶縁層と対向する面の中央部において、前記下地金属層と接合する接合領域と、前記絶縁層と対向する面において、前記接合領域を除いた非接合領域と、を有し、前記下地金属層は、前記ランド部側から前記絶縁層側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする。
【０００８】
請求項１の構成によれば、下地金属層の側面が、ランド部から絶縁層にかけて外向きに傾斜している。そのため、ランド部に加わった応力が、絶縁層とランド部との間で分散され、前記下地金属層の側面と絶縁層との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。したがって、前記下地金属層の側面近傍において、絶縁層のクラックの発生を抑えることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係る半導体装置は、請求項１において、前記下地金属層の側面は、傾斜方向において平坦な形状であり、前記下地金属層の側面と前記絶縁層とがなす前記第一傾斜角度は３０．０［°］以上６６．９［°］以下である、ことを特徴とする。
【００１０】
第一傾斜角度を３０．０［°］以上とすることにより、下地金属層の側面が傾斜した形状は、薬液を用いたウェットエッチングを行って、実現することが可能な形状となる。また、第一傾斜角度を６６．９［°］以下とすることにより、絶縁層とランド部との間における、ランド部に加わった応力の分散効果を高めることができ、下地金属層の側面近傍において、絶縁層のクラックの発生を確実に抑えることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項１または２において、前記ランド部は、第一金属層と第二金属層を順に積層した２層からなり、前記第二金属層の端部においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていないことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の構成によれば、前記第二金属層の外周域においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていない。すなわち、第二金属層の外周域は、第一金属層によって固定されていない。したがって、第二金属層は、加わる応力に追従して変形することにより、下地金属層に及ぶ応力の一部を緩和させることができる。したがって、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域において、絶縁層にクラックが発生するのを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体装置の構成によれば、下地金属層の端部の形状が、ランド部側から絶縁層側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部から下地金属層へ伝わる応力が、絶縁層とランド部との間で分散され、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に加わる応力に起因する絶縁層のクラックを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）第一実施形態に係る半導体装置の断面図である。（ｂ）第一実施形態に係る、配線保護層を備えた半導体装置の断面図である。
【図２】第一実施形態に係る半導体装置を備えた、半導体パッケージの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）半導体装置を構成する下地金属層の端部近傍の領域を拡大した図である。（ｄ）〜（ｆ）下地金属層の側面と絶縁層とのなす角について、説明する図である。
【図４】下地金属層側面のテーパー角と、絶縁層に加わる応力との関係を示すグラフである。
【図５】下地金属層側面のテーパー角と、絶縁層の耐久温度との関係を示した図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）第一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）第一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図８】（ａ）第二実施形態に係る半導体装置の断面図である。（ｂ）第二実施形態に係る、配線保護層を備えた半導体装置の断面図である。
【図９】（ａ）第二実施形態に係る半導体装置を備えた、半導体パッケージの断面図である。（ｂ）半導体装置を構成する下地金属層の端部近傍を拡大した図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第三実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
【００１６】
＜第一実施形態＞
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置１０９の断面図である。半導体装置１０９は、半導体基板１０１の一方の主面（一面）１０１ａに、絶縁層１０２と、下地金属層１０３と、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部１０４と、を順に積層し、ランド部１０４に金属端子（半田バンプ）１０７を載置してなる。
【００１８】
なお、図１（ｂ）示すように、半導体装置１０９は、絶縁層１０２、下地金属層１０３、ランド部１０４を覆い、かつランド部１０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層１０８を配し、その開口部に半田バンプ１０７を載置してもよい。配線保護層１０８を配することにより、配線層が外部に露出しない構造となる。そのため、配線層が外部から電気的、機械的なダメージを受けるのを防ぐことができる。したがって、半導体装置としての動作の信頼性を高めることができる。
【００１９】
半導体基板１０１は、シリコン等で構成される半導体ウェハでもよく、半導体ウェハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。
【００２０】
絶縁層１０２は、パッシベーション膜からなる単層膜、またはパッシベーション膜と樹脂層を積層してなる複層膜である。パッシベーション膜としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等により形成したものが用いられる。樹脂層としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＯ、ＢＣＢ、ポリイミド樹脂等により形成したものが用いられる。
【００２１】
下地金属層１０３は、ランド部１０４に含まれる金属元素が絶縁層１０２に拡散するのを防ぐバリア膜であり、スパッタ、ＣＶＤ等により形成される。下地金属層１０３の厚さは、０．１〜２［μｍ］程度であることが望ましい。下地金属層１０３を構成する材料としては、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＷ等が挙げられる。
【００２２】
ランド部１０４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｉ等の導電性を有する金属により構成され、半導体基板１０１が備えた半導体素子や集積回路を、半田バンプ１０７を介して外部端子（回路）と電気的に接続する端子をなす。ランド部１０４は、電解めっき、無電解めっき等により形成され、厚さは、５〜２０［μｍ］程度であることが望ましい。
【００２３】
半田バンプ１０７を構成する材料としては、電気抵抗が低く、配線層との接合が容易であり、機械的特性に優れていることが望ましく、例えば、錫、銀、銅、金、鉛、ビスマス、亜鉛、アルミニウムのうち、少なくとも２種類を含むはんだが好適である。
【００２４】
図２は、図１（ａ）の半導体装置１０９を実装した、半導体パッケージ１００の断面図である。半導体装置１０９とプリント基板１０５とは、半田バンプ１０７およびプリント基板の一方の主面１０５ａに配された配線部１０６を介して、電気的に接続されている。
【００２５】
図３（ａ）は、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｄ）は、図３（ａ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。ランド部１０４は、絶縁層１０２と対向する面の中央部において、下地金属層１０３と接合する接合領域と、絶縁層１０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、下地金属層１０３の側面の断面に相当する直線Ｓ１ａは、ランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜している。下地金属層１０３の側面は、絶縁層１０２と第一傾斜角度（テーパー角度）θ１ａをなし、θ１ａの角度で絶縁層１０２と接している。ランド部１０４と絶縁層１０２とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ１の下地金属層１０３が配されている。そして、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄａには、下地金属層１０３は配されていない。
【００２６】
なお、下地金属層１０３の側面は、図３（ａ）に示すように、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、下地金属層１０３の側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００２７】
図３（ｂ）は、下地金属層１０３の側面が、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っている場合について、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｅ）は、図３（ｂ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。図３（ｄ）と同様に、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄｂには、下地金属層１０３は配されていない。下地金属層１０３の側面の断面に相当する曲線Ｓ１ｂは、図３（ａ）に示した直線Ｓ１ａに対して、内向きに凹む形状となっている。この場合の第一傾斜角度θ１ｂは、絶縁層１０２の表面と、曲線Ｓ１ｂの絶縁層１０２側の端部における接線Ｔ１ｂとのなす角度として定義される。
【００２８】
図３（ｃ）は、下地金属層１０３の側面が、その傾斜方向において、外向きに凸となるように反っている場合について、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｆ）は、図３（ｃ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。図３（ｄ）と同様に、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄｃには、下地金属層１０３は配されていない。下地金属層１０３の側面の断面に相当する曲線Ｓ１ｃは、図３（ａ）に示した直線Ｓ１ａに対して、外向きに膨らむ形状となっている。この場合の第一傾斜角度θ１ｃは、絶縁層１０２の表面と、曲線Ｓ１ｃの絶縁層１０２側の端部における接線とのなす角度として定義される。
【００２９】
図４は、シミュレーションにより得られた実験結果であり、本願発明の半導体装置を半田リフロー等のように熱処理を加えた場合において、図３（ａ）に示した第一傾斜角度θ１ａに対応して、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力の変化を示すグラフである。横軸は、第一傾斜角度（テーパー角度）θ１ａ［°］を示している。縦軸は、θ１ａ＝９０とした場合（従来構造）を基準とした、θ１ａ＜９０とした場合における、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力の比を示している。
【００３０】
図４のグラフに示されるように、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力は、第一傾斜角度θ１ａと比例関係にあり、第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、減少する傾向にある。そして、第一傾斜角度θ１ａは、少なくとも２０〜９０［°］の場合においては、応力と一次の比例関係にあることが分かる。第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍との間に生じる応力を小さくでき、応力に起因した絶縁層１０２のクラックの発生を抑える効果が高められる。
【００３１】
表１は、本発明の半導体装置１０９に半田リフローによる加熱処理（２６０［℃］）を行い、様々な第一傾斜角度θ１ａのサンプルを作製し、作製したサンプルにおいて、下地金属層１０３の側面が傾斜した形状の実現可否、および絶縁層１０２におけるクラック発生の有無について、調べた結果をまとめたものである。
サンプルとして用いた半導体装置１０９では、絶縁層１０２に厚さ１［μｍ］のＳｉＯ２膜を、下地金属層１０３に厚さ０．３［μｍ］のＴｉ膜を、ランド部１０４に厚さ１０［μｍ］のＣｕを、それぞれ採用した。そして、ランド部１０４の上には半田バンプ１０７を形成した。下地金属層１０３の側面が傾斜した形状は、薬液を用いたウェットエッチングを行って形成した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示されているように、第一傾斜角度θ１ａが３０．０［°］以上であるサンプルにおいて、下地金属層１０３の側面が傾斜した形状を実現することができている。
また、第一傾斜角度θ１ａが６６．９［°］以下であるサンプルにおいては、絶縁層１０２のクラック不良が発生していない。
第一傾斜角度を６６．９［°］以下とした場合、絶縁層１０２とランド部１０４との間における、ランド部１０４に加わった応力の分散効果が高まり、下地金属層１０３の側面近傍において、絶縁層１０２のクラックの発生が確実に抑えられている。
したがって、本発明に係る半導体装置１０９を構成する第一傾斜角度θ１ａとしては、３０．０［°］以上６６．９［°］以下の範囲にあることが望ましい。
【００３４】
図５は、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍において、絶縁層１０２のクラック発生を抑えて熱処理できる最大の温度（以下、耐久温度という）と、第一傾斜角度θ１ａとの関係を示す３つのグラフからなる。横軸は第一傾斜角度θ１ａ［°］を示し、縦軸は、耐久温度［℃］を示している。
【００３５】
図５の３つのグラフは、下地金属層１０３の厚さｔ１を、それぞれ０．１２［μｍ］、０．３４［μｍ］、０．５８［μｍ］とした場合に対応する。３つのグラフがそれぞれ示すように、耐久温度は、第一傾斜角度θ１ａと比例関係にあり、第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、上昇する傾向にある。そして、下地金属層１０３が厚いほど、グラフの傾きが急峻になり、第一傾斜角度θ１ａを小さくすることによる耐久温度を上昇させる効果が高まる。
【００３６】
なお、下地金属層１０３の厚さｔ１を０．１［μｍ］以上とすると、ランド部１０４を構成する金属原子が拡散する距離を上回る。したがって、ランド部１０４から拡散した金属原子が、下地金属層１０３を通り抜けて絶縁層１０２に到達するのを防ぎ、絶縁層１０２が金属原子によって汚染されることを防止できる。そして、下地金属層１０３を厚くするほど、第一傾斜角度θ１ａを小さく形成しやすくなる。また、下地金属層１０３の厚さｔ１を２［μｍ］以下とすると、下地金属層１０３自身がもつ内部応力を小さくすることができる。そして、下地金属層１０３の内部応力により絶縁層１０２がダメージをうけることを防ぐことができる。したがって、下地金属層の厚さｔ１としては、０．１［μｍ］以上２［μｍ］以下の範囲にあることが望ましい。
【００３７】
基板を実装する際には、半田バンプ１０７の形成および半田バンプ１０７の根元を補強する樹脂形成にともなって、高温の熱処理が必要となる。鉛を含まない半田バンプを形成する場合、一般に２６０［℃］以下の熱処理が行われるため、図４のグラフから、少なくとも、第一傾斜角度θ１ａを５０［°］以下とし、下地金属層の厚さｔ１は０．３４［μｍ］以上とすればよい。また、鉛を含む半田バンプを形成する場合、一般に２２０［℃］以下の熱処理が行われるため、図５のグラフから、少なくとも、下地金属層の厚さｔ１は０．３４［μｍ］以上とすればよい。また、半田バンプの根元に樹脂を形成する場合、１７０［℃］以下の熱処理が行われるため、図５のグラフから、少なくとも、下地金属層の厚さｔ１は０．１２［μｍ］以上とすればよい。
【００３８】
第一実施形態に係る半導体装置１０９の構成によれば、下地金属層１０３の端部の形状が、ランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部から下地金属層へ伝わる応力が、絶縁層１０２とランド部１０４との間で分散され、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に加わる応力に起因する絶縁層１０２のクラックを抑えることができる。
【００３９】
［製造方法１−１］
第一実施形態に係る半導体装置１０９の製造方法１−１について、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｃ）に示す工程図を用いて説明する。
【００４０】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１０１の一方の主面１０１ａに、ＣＶＤ、熱酸化等により、パッシベーション膜１０２ａと樹脂層１０２ｂからなる絶縁層１０２を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層１０２上に、スパッタ、ＣＶＤ等により、下地金属層１０３を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、下地金属層１０３上に、スパッタ、ＣＶＤ等により、ランド部１０４を形成する。
【００４１】
次に、図７（ａ）に示すように、下地金属層１０３の外周域の一部を、ランド部１０４をマスクとしてエッチングする。下地金属層１０３のエッチング液としては、例えばアンモニア過水を用いることができる。このエッチング処理の条件を制御することによって、側面が傾斜した下地金属層１０３を形成することができる。例えば、エッチングの時間を長くするほど下地金属層１０３の側面の傾斜角は大きくなり、エッチング時間を短くするほど下地金属層１０３の側面の傾斜角は小さくなる傾向がある。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁層１０２、下地金属層１０３、ランド部１０４を覆い、かつランド部１０４の一部が露出するように開口部１０８ａを有する配線保護層１０８を形成する。配線保護層１０８は、樹脂（シリコーン樹脂，エポキシ樹脂、ＰＢＯ、ＢＣＢ、ポリイミド樹脂等）で構成され、スピンコート、印刷法等により形成することができる。
【００４３】
そして、図７（ｃ）に示すように、開口部１０８ａに半田バンプ１０７を形成することにより、第一実施形態に係る半導体装置１０９が得られる。
【００４４】
第一実施形態に係る半導体装置１０９の製造方法１−１では、下地金属層１０３の端部の除去を、ランド部１０４を積層した後に行う。これにより、ランド部１０４の外周域が、下地金属層１０３に支持されていない構造、すなわちランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜した構造を実現することができる。そして、基板を実装する際に、温度負荷によって絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に加わる応力を緩和させ、応力に起因したクラックの発生を抑えることが可能な、半導体装置１０９の製造方法を提供することができる。
【００４５】
なお、製造方法１−１によれば、図１（ｂ）に示した半導体装置１０９を製造することができるが、配線保護層１０８の形成（図７（ｂ））を行わない場合には、図１（ａ）に示した半導体装置１０９を製造することができる。
【００４６】
＜第二実施形態＞
図８（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置２０９の断面図である。半導体装置２０９は、半導体基板２０１の一方の主面２０１ａに、絶縁層２０２と、下地金属層２０３と、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部２０４と、を順に積層し、ランド部２０４に金属端子（半田バンプ）２０７を載置してなる。
【００４７】
なお、図８（ｂ）示すように、半導体装置２０９は、絶縁層２０２、下地金属層２０３、ランド部２０４を覆い、かつランド部２０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層２０８を配し、その開口部に半田バンプ２０７を載置してもよい。配線保護層２０８を配することにより、配線層が外部に露出しない構造となる。そのため、配線層が外部から電気的、機械的なダメージを受けるのを防ぐことができる。したがって、半導体装置としての動作の信頼性を高めることができる。
【００４８】
第二実施形態では、ランド部２０４は、めっき給電用のシード層をなす第一金属層２０４ａと、めっき層をなす第二金属層２０４ｂとを順に積層した２層からなり、第一金属層２０４ａのみが下地金属層２０３と接触している。そして、第二金属層２０４ｂの端部においては、直下に第一金属層２０４ａが形成されていない。ランド部２０４以外の構成は、第一実施形態の構成と同様である。
【００４９】
第一金属層２０４ａは、スパッタ、ＣＶＤ等により形成され、その厚さｔ２は、０．１〜２［μｍ］程度であることが望ましい。第一金属層２０４ａを構成する材料としては、例えば、Ｃｕが挙げられる。
【００５０】
第二金属層２０４ｂは、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｉ等の導電性を有する金属により構成され、半導体基板２０１が備えた半導体素子や集積回路を、半田バンプ２０７を介して外部端子（回路）と電気的に接続する端子をなす。第二金属層２０４ｂは、電解めっき、無電解めっき等により形成され、厚さは、５〜２０［μｍ］程度であることが望ましい。
【００５１】
図９（ａ）は、図８（ａ）の半導体装置２０９を実装した、半導体パッケージ２００の断面図である。半導体装置２０９とプリント基板２０５とは、半田バンプ２０７およびプリント基板の一方の主面２０５ａに配された配線部２０６を介して、電気的に接続されている。
【００５２】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した第一金属層２０４ａおよび第二金属層２０４ｂの端部近傍の領域Ｃを、拡大した図である。
【００５３】
第一金属層２０４ａは、絶縁層２０２と対向する面の中央部において、下地金属層２０３と接合する接合領域と、絶縁層２０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、下地金属層２０３の側面の断面に相当する直線Ｓ２は、第一金属層２０４ａ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。直線Ｓ２は、絶縁層２０２と第一傾斜角度（テーパー角度）θ２をなしている。第一金属層２０４ａと絶縁層２０２とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ３の下地金属層２０３が配されている。そして、第一金属層２０４ａと下地金属層２０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域には、下地金属層２０３は配されていない。なお、下地金属層２０３の側面は、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、下地金属層２０３の側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００５４】
第二金属層２０４ｂは、絶縁層２０２と対向する面の中央部において、第一金属層２０４ａと接合する接合領域と、絶縁層２０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、第一金属層２０４ａの側面の断面に相当する直線は、第二金属層２０４ｂ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。第二金属層２０４ｂと下地金属層２０３とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ４の第一金属層２０４ａが配されている。そして、第二金属層２０４ｂと下地金属層２０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域には、下地金属層２０３は配されていない。なお、第一金属層２０４ａの側面は、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、第一金属層２０４ａの側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００５５】
第二実施形態に係る半導体装置２０９の構成によれば、下地金属層２０３の端部の形状が、ランド部２０４側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部２０４から下地金属層２０３へ伝わる応力が、絶縁層２０２とランド部２０４との間で分散され、絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に加わる応力に起因する絶縁層２０２のクラックを抑えることができる。
【００５６】
また、第二実施形態の構成では、ランド部２０４が２つの層２０４ａ、２０４ｂからなる。したがって、基板を実装した際に、ランド部２０４が１つの層からなる場合に比べて、プリント基板２０５側から絶縁層２０２に向けて生じる応力が緩和される。これにより、基板を実装する際の温度負荷による、絶縁層２０２とランド部２０４との間でのクラックの発生を抑えることができる。
【００５７】
［製造方法２−１］
第二実施形態に係る半導体装置２０９の製造方法２−１について、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す工程図を用いて説明する。
【００５８】
まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板２０１の一方の主面２０１ａに、パッシベーション膜２０２ａと樹脂層２０２ｂからなる絶縁層２０２を形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層２０２上に、スパッタまたはＣＶＤにより、下地金属層２０３を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、下地金属層２０３の上に、スパッタまたはＣＶＤにより、第一金属層２０４ａを形成する。
【００５９】
次に、図１１（ａ）に示すように、第一金属層２０４ａ上にレジストＲを載置する。そして、載置されたレジストＲのうち、第二金属層２０４ｂが形成される領域にある部分を露光して除去する。露光は、露光された部分を除去した後に、レジストＲの側面のうち、第一金属層２０４ａと接する部位Ｒａが裾状をなすように行う。
【００６０】
ここでの露光方法について説明する。使用するレジストがネガ型である場合には、露光して除去する領域をマスクで覆い、光源から平行に照射する光の一部を、マスクの下に回り込ませる。これにより、マスク直下の領域のうち、回り込んだ光が通過する領域が露光されるため、図１１（ａ）に示すような、第一金属層２０４ａと接する部位が裾状をなすようなレジストＲを形成することができる。
【００６１】
一方、使用するレジストがポジ型である場合には、露光して除去しない領域をマスクで覆い、光源から光を平行に照射する。このとき、光源の位置をレジストＲから遠ざけることにより第一金属層２０４ａ近傍に光が届きにくくする。これにより、マスクの近傍を通過する光の一部は散乱により失われるため、マスクに覆われていない領域のうち、端部が露光されない。したがって、図１１（ａ）に示すような、第一金属層２０４ａと接する部位が裾状をなすようなレジストＲを形成することができる。
【００６２】
次に、図１１（ｂ）に示すように、露光された領域のレジストＲを除去した領域に、第二金属層２０４ｂを形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、載置されたレジストを全て除去する。
【００６３】
次に、図１２（ａ）に示すように、レジストＲと、第一金属層２０４ａおよび第二金属層２０４ｂの側面のうち両者が接して重なる部位と、下地金属層２０３のうち第一金属層２０４ａを支持していない部位と、を順に除去する。第一金属層２０４ａの除去は、ジャストエッチングにより行うことが望ましい。
【００６４】
次に、図１２（ｂ）に示すように、絶縁層２０２、下地金属層２０３、第一金属層２０４ａ、第二金属層２０４ｂを覆い、かつ第二金属層２０４ｂの一部が露出するように開口部２０８ａを有する配線保護層２０８を形成する。
【００６５】
次に、図１２（ｃ）に示すように、開口部２０８ａに半田バンプ２０７を形成することにより、第二実施形態に係る半導体装置２０９が得られる。
【００６６】
また、第二実施形態に係る半導体装置２０９の製造方法２−１により形成される第二金属層２０４ｂは、その端部が、実装面側から第一金属層２０４ａ側に向けて内向きに傾斜した形状となり、第一金属層２０４ａの外周域において、第二金属層２０４ｂ側の表面が露出した状態となる。これにより、第一金属層２０４ａの外周域の一部を除去する際のエッチング処理を、第一金属層２０４ａの側面からだけでなく、第二金属層２０４ｂ側の表面からも行うことができる。したがって、エッチングの進行を制御しやすくなり、第一金属層２０４ａの側面を、第二金属層２０４ｂ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜した形状に加工するのが容易になる。そして、配線層をめっきにて形成し、基板を実装した際に、温度負荷によって絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に加わる応力を緩和させ、応力に起因した絶縁層２０２のクラックの発生を抑えることが可能な、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００６７】
なお、製造方法２−１によれば、図８（ｂ）に示した半導体装置２０９を製造することができるが、配線保護層２０８の形成（図１２（ｂ））を行わない場合には、図８（ａ）に示した半導体装置２０９を製造することができる。
【００６８】
＜第三実施形態＞
図１３は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置３０９の断面図である。半導体装置３０９は、少なくとも、半導体基板３０１の一方の主面３０１ａに、絶縁層３０２、下地金属層３０３ａ、下地金属層３０３ｂ、下地金属層３０３ｃ、下地金属層３０３ｄ、下地金属層３０３ｅ、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部３０４を順に積層し、ランド部３０４に金属端子（半田バンプ）３０７を載置してなる。
【００６９】
そして、図１３に示すように、半導体装置３０９は、絶縁層３０２、下地金属層３０３ａ、下地金属層３０３ｂ、下地金属層３０３ｃ、下地金属層３０３ｄ、下地金属層３０３ｅ、ランド部３０４を覆い、かつランド部３０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層３０８を配し、その開口部に半田バンプ３０７を載置してもよい。
【００７０】
第三実施形態に係る半導体装置は、五つの下地金属層３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、３０３ｅを備えており、各下地金属層の端部が、ランド部３０４側から絶縁層３０２側に向けて外向きに傾斜した形状をなしている。その他の構成は、第一実施形態の構成と同様である。
【００７１】
第三実施形態の構成によれば、基板を実装する際の温度負荷による応力は、絶縁層とランド部との間で複数層に分散され、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域に集中するのを防ぐことができる。したがって、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域に加わる応力に起因する絶縁層のクラックを抑えることができる。
【００７２】
また、第三実施形態においては、五つの下地金属層が備えられた例を示したが、下地金属層の総数が限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、例えば携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン等、小型で高密度な電子部品を必要とする電子装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０１・・・半導体基板、１０１ａ・・・一面、１０２・・・絶縁層、
１０３・・・下地金属層、１０４・・・ランド部、２０４ａ・・・第一金属層、
２０４ｂ・・・第二金属層、１０９、２０９・・・半導体装置、
２０４ａ・・・第一金属層、２０４ｂ・・・第二金属層、Ｄａ・・・領域、
Ｓ１ａ・・・直線、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ・・・曲線、
θ１ａ、θ１ｂ、θ１ｃ・・・第一傾斜角度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係り、より詳細には、半導体基板の主面に積層された、絶縁層と下地金属層との間に加わる応力を低減させる、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の構成による、半導体装置５０９の断面図である。半導体装置５０９は、半導体基板５０１の一方の主面５０１ａに、絶縁層５０２と、下地金属層５０３と、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部５０４と、を順に積層し、絶縁層５０２、下地金属層５０３、ランド部５０４を覆い、かつランド部５０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層５０８を配し、開口部に金属端子（半田バンプ）５０７を載置してなる（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の構成によれば、下地金属層５０３はランド部５０４の中央域直下に設けられ、外周域直下には設けられない。すなわち、ランド部５０４の外周域は、下地金属層５０３により固定されていない。したがって、ランド部５０４は、半田バンプ５０７に加わる応力に追従して変形することにより、下層（下地金属層、絶縁層）に及ぶ応力の一部を緩和させる機能を有し、半導体パッケージ５００としての接続信頼性を向上させる構成を備えている。
【０００４】
ところで、従来の構成による半導体装置５０９は、半導体装置５０９をプリント基板に実装する際、または半導体装置５０９に半田バンプ５０７を形成する際の温度負荷により、ランド部５０４やランド部５０４の下層に応力が加わることが知られている。詳細には、図１４の断面図において、半田バンプ５０７の側面とランド部５０４の表面との接点近傍と、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２の接点近傍とに応力が集中することが知られている。特に、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２との接点近傍に集中する応力は、半導体基板５０１の一方の主面５０１ａに設けられるデバイス素子の直上を覆う絶縁層５０２に、クラックを発生させる。そして、このクラックが、半導体基板５０１の内部に形成されたデバイス素子領域に達して、デバイス素子が露出してしまうことが問題となっている。従来の構成では、下地金属層５０３の側面は、絶縁層５０２と直角をなしているため、下地金属層５０３の側面と絶縁層５０２の接点近傍に応力が最も強く加わり、この接点近傍を起点とした絶縁層５０２のクラックが発生しやすくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような点を考慮してなされたものであり、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に加わる応力を緩和させ、応力に起因した絶縁層のクラックの発生を抑えることが可能な構成を備える半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る半導体装置は、半導体基板の一面に、絶縁層、下地金属層、金属端子が設けられるためのランド部を順に積層してなる半導体装置であって、前記ランド部は、前記絶縁層と対向する面の中央部において、前記下地金属層と接合する接合領域と、前記絶縁層と対向する面において、前記接合領域を除いた非接合領域と、を有し、前記下地金属層は、前記ランド部側から前記絶縁層側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする。
【０００８】
請求項１の構成によれば、下地金属層の側面が、ランド部から絶縁層にかけて外向きに傾斜している。そのため、ランド部に加わった応力が、絶縁層とランド部との間で分散され、前記下地金属層の側面と絶縁層との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。したがって、前記下地金属層の側面近傍において、絶縁層のクラックの発生を抑えることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係る半導体装置は、請求項１において、前記下地金属層の側面は、傾斜方向において平坦な形状であり、前記下地金属層の側面と前記絶縁層とがなす前記第一傾斜角度は３０．０［°］以上６６．９［°］以下である、ことを特徴とする。
【００１０】
第一傾斜角度を３０．０［°］以上とすることにより、下地金属層の側面が傾斜した形状は、薬液を用いたウェットエッチングを行って、実現することが可能な形状となる。また、第一傾斜角度を６６．９［°］以下とすることにより、絶縁層とランド部との間における、ランド部に加わった応力の分散効果を高めることができ、下地金属層の側面近傍において、絶縁層のクラックの発生を確実に抑えることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項１または２において、前記ランド部は、第一金属層と第二金属層を順に積層した２層からなり、前記第二金属層の端部においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていないことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の構成によれば、前記第二金属層の外周域においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていない。すなわち、第二金属層の外周域は、第一金属層によって固定されていない。したがって、第二金属層は、加わる応力に追従して変形することにより、下地金属層に及ぶ応力の一部を緩和させることができる。したがって、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域において、絶縁層にクラックが発生するのを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体装置の構成によれば、下地金属層の端部の形状が、ランド部側から絶縁層側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部から下地金属層へ伝わる応力が、絶縁層とランド部との間で分散され、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層と下地金属層の側面との接点近傍に加わる応力に起因する絶縁層のクラックを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）第一実施形態に係る半導体装置の断面図である。（ｂ）第一実施形態に係る、配線保護層を備えた半導体装置の断面図である。
【図２】第一実施形態に係る半導体装置を備えた、半導体パッケージの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）半導体装置を構成する下地金属層の端部近傍の領域を拡大した図である。（ｄ）〜（ｆ）下地金属層の側面と絶縁層とのなす角について、説明する図である。
【図４】下地金属層側面のテーパー角と、絶縁層に加わる応力との関係を示すグラフである。
【図５】下地金属層側面のテーパー角と、絶縁層の耐久温度との関係を示した図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）第一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）第一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図８】（ａ）第二実施形態に係る半導体装置の断面図である。（ｂ）第二実施形態に係る、配線保護層を備えた半導体装置の断面図である。
【図９】（ａ）第二実施形態に係る半導体装置を備えた、半導体パッケージの断面図である。（ｂ）半導体装置を構成する下地金属層の端部近傍を拡大した図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）第二実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第三実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
【００１６】
＜第一実施形態＞
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置１０９の断面図である。半導体装置１０９は、半導体基板１０１の一方の主面（一面）１０１ａに、絶縁層１０２と、下地金属層１０３と、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部１０４と、を順に積層し、ランド部１０４に金属端子（半田バンプ）１０７を載置してなる。
【００１８】
なお、図１（ｂ）示すように、半導体装置１０９は、絶縁層１０２、下地金属層１０３、ランド部１０４を覆い、かつランド部１０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層１０８を配し、その開口部に半田バンプ１０７を載置してもよい。配線保護層１０８を配することにより、配線層が外部に露出しない構造となる。そのため、配線層が外部から電気的、機械的なダメージを受けるのを防ぐことができる。したがって、半導体装置としての動作の信頼性を高めることができる。
【００１９】
半導体基板１０１は、シリコン等で構成される半導体ウェハでもよく、半導体ウェハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。
【００２０】
絶縁層１０２は、パッシベーション膜からなる単層膜、またはパッシベーション膜と樹脂層を積層してなる複層膜である。パッシベーション膜としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等により形成したものが用いられる。樹脂層としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＢＯ、ＢＣＢ、ポリイミド樹脂等により形成したものが用いられる。
【００２１】
下地金属層１０３は、ランド部１０４に含まれる金属元素が絶縁層１０２に拡散するのを防ぐバリア膜であり、スパッタ、ＣＶＤ等により形成される。下地金属層１０３の厚さは、０．１〜２［μｍ］程度であることが望ましい。下地金属層１０３を構成する材料としては、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＷ等が挙げられる。
【００２２】
ランド部１０４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｉ等の導電性を有する金属により構成され、半導体基板１０１が備えた半導体素子や集積回路を、半田バンプ１０７を介して外部端子（回路）と電気的に接続する端子をなす。ランド部１０４は、電解めっき、無電解めっき等により形成され、厚さは、５〜２０［μｍ］程度であることが望ましい。
【００２３】
半田バンプ１０７を構成する材料としては、電気抵抗が低く、配線層との接合が容易であり、機械的特性に優れていることが望ましく、例えば、錫、銀、銅、金、鉛、ビスマス、亜鉛、アルミニウムのうち、少なくとも２種類を含むはんだが好適である。
【００２４】
図２は、図１（ａ）の半導体装置１０９を実装した、半導体パッケージ１００の断面図である。半導体装置１０９とプリント基板１０５とは、半田バンプ１０７およびプリント基板の一方の主面１０５ａに配された配線部１０６を介して、電気的に接続されている。
【００２５】
図３（ａ）は、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｄ）は、図３（ａ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。ランド部１０４は、絶縁層１０２と対向する面の中央部において、下地金属層１０３と接合する接合領域と、絶縁層１０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、下地金属層１０３の側面の断面に相当する直線Ｓ１ａは、ランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜している。下地金属層１０３の側面は、絶縁層１０２と第一傾斜角度（テーパー角度）θ１ａをなし、θ１ａの角度で絶縁層１０２と接している。ランド部１０４と絶縁層１０２とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ１の下地金属層１０３が配されている。そして、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄａには、下地金属層１０３は配されていない。
【００２６】
なお、下地金属層１０３の側面は、図３（ａ）に示すように、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、下地金属層１０３の側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００２７】
図３（ｂ）は、下地金属層１０３の側面が、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っている場合について、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｅ）は、図３（ｂ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。図３（ｄ）と同様に、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄｂには、下地金属層１０３は配されていない。下地金属層１０３の側面の断面に相当する曲線Ｓ１ｂは、図３（ａ）に示した直線Ｓ１ａに対して、内向きに凹む形状となっている。この場合の第一傾斜角度θ１ｂは、絶縁層１０２の表面と、曲線Ｓ１ｂの絶縁層１０２側の端部における接線Ｔ１ｂとのなす角度として定義される。
【００２８】
図３（ｃ）は、下地金属層１０３の側面が、その傾斜方向において、外向きに凸となるように反っている場合について、図２に示した下地金属層１０３およびランド部１０４の端部近傍の領域Ａを、拡大した図である。図３（ｆ）は、図３（ｃ）に示した領域Ａのうち、下地金属層１０３の端部Ｂのみを拡大した図である。図３（ｄ）と同様に、ランド部１０４と下地金属層１０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域Ｄｃには、下地金属層１０３は配されていない。下地金属層１０３の側面の断面に相当する曲線Ｓ１ｃは、図３（ａ）に示した直線Ｓ１ａに対して、外向きに膨らむ形状となっている。この場合の第一傾斜角度θ１ｃは、絶縁層１０２の表面と、曲線Ｓ１ｃの絶縁層１０２側の端部における接線とのなす角度として定義される。
【００２９】
図４は、シミュレーションにより得られた実験結果であり、本願発明の半導体装置を半田リフロー等のように熱処理を加えた場合において、図３（ａ）に示した第一傾斜角度θ１ａに対応して、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力の変化を示すグラフである。横軸は、第一傾斜角度（テーパー角度）θ１ａ［°］を示している。縦軸は、θ１ａ＝９０とした場合（従来構造）を基準とした、θ１ａ＜９０とした場合における、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力の比を示している。
【００３０】
図４のグラフに示されるように、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に生じる応力は、第一傾斜角度θ１ａと比例関係にあり、第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、減少する傾向にある。そして、第一傾斜角度θ１ａは、少なくとも２０〜９０［°］の場合においては、応力と一次の比例関係にあることが分かる。第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍との間に生じる応力を小さくでき、応力に起因した絶縁層１０２のクラックの発生を抑える効果が高められる。
【００３１】
表１は、本発明の半導体装置１０９に半田リフローによる加熱処理（２６０［℃］）を行い、様々な第一傾斜角度θ１ａのサンプルを作製し、作製したサンプルにおいて、下地金属層１０３の側面が傾斜した形状の実現可否、および絶縁層１０２におけるクラック発生の有無について、調べた結果をまとめたものである。
サンプルとして用いた半導体装置１０９では、絶縁層１０２に厚さ１［μｍ］のＳｉＯ２膜を、下地金属層１０３に厚さ０．３［μｍ］のＴｉ膜を、ランド部１０４に厚さ１０［μｍ］のＣｕを、それぞれ採用した。そして、ランド部１０４の上には半田バンプ１０７を形成した。下地金属層１０３の側面が傾斜した形状は、薬液を用いたウェットエッチングを行って形成した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示されているように、第一傾斜角度θ１ａが３０．０［°］以上であるサンプルにおいて、下地金属層１０３の側面が傾斜した形状を実現することができている。
また、第一傾斜角度θ１ａが６６．９［°］以下であるサンプルにおいては、絶縁層１０２のクラック不良が発生していない。
第一傾斜角度を６６．９［°］以下とした場合、絶縁層１０２とランド部１０４との間における、ランド部１０４に加わった応力の分散効果が高まり、下地金属層１０３の側面近傍において、絶縁層１０２のクラックの発生が確実に抑えられている。
したがって、本発明に係る半導体装置１０９を構成する第一傾斜角度θ１ａとしては、３０．０［°］以上６６．９［°］以下の範囲にあることが望ましい。
【００３４】
図５は、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍において、絶縁層１０２のクラック発生を抑えて熱処理できる最大の温度（以下、耐久温度という）と、第一傾斜角度θ１ａとの関係を示す３つのグラフからなる。横軸は第一傾斜角度θ１ａ［°］を示し、縦軸は、耐久温度［℃］を示している。
【００３５】
図５の３つのグラフは、下地金属層１０３の厚さｔ１を、それぞれ０．１２［μｍ］、０．３４［μｍ］、０．５８［μｍ］とした場合に対応する。３つのグラフがそれぞれ示すように、耐久温度は、第一傾斜角度θ１ａと比例関係にあり、第一傾斜角度θ１ａを小さくするほど、上昇する傾向にある。そして、下地金属層１０３が厚いほど、グラフの傾きが急峻になり、第一傾斜角度θ１ａを小さくすることによる耐久温度を上昇させる効果が高まる。
【００３６】
なお、下地金属層１０３の厚さｔ１を０．１［μｍ］以上とすると、ランド部１０４を構成する金属原子が拡散する距離を上回る。したがって、ランド部１０４から拡散した金属原子が、下地金属層１０３を通り抜けて絶縁層１０２に到達するのを防ぎ、絶縁層１０２が金属原子によって汚染されることを防止できる。そして、下地金属層１０３を厚くするほど、第一傾斜角度θ１ａを小さく形成しやすくなる。また、下地金属層１０３の厚さｔ１を２［μｍ］以下とすると、下地金属層１０３自身がもつ内部応力を小さくすることができる。そして、下地金属層１０３の内部応力により絶縁層１０２がダメージをうけることを防ぐことができる。したがって、下地金属層の厚さｔ１としては、０．１［μｍ］以上２［μｍ］以下の範囲にあることが望ましい。
【００３７】
基板を実装する際には、半田バンプ１０７の形成および半田バンプ１０７の根元を補強する樹脂形成にともなって、高温の熱処理が必要となる。鉛を含まない半田バンプを形成する場合、一般に２６０［℃］以下の熱処理が行われるため、図４のグラフから、少なくとも、第一傾斜角度θ１ａを５０［°］以下とし、下地金属層の厚さｔ１は０．３４［μｍ］以上とすればよい。また、鉛を含む半田バンプを形成する場合、一般に２２０［℃］以下の熱処理が行われるため、図５のグラフから、少なくとも、下地金属層の厚さｔ１は０．３４［μｍ］以上とすればよい。また、半田バンプの根元に樹脂を形成する場合、１７０［℃］以下の熱処理が行われるため、図５のグラフから、少なくとも、下地金属層の厚さｔ１は０．１２［μｍ］以上とすればよい。
【００３８】
第一実施形態に係る半導体装置１０９の構成によれば、下地金属層１０３の端部の形状が、ランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部から下地金属層へ伝わる応力が、絶縁層１０２とランド部１０４との間で分散され、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に加わる応力に起因する絶縁層１０２のクラックを抑えることができる。
【００３９】
［製造方法１−１］
第一実施形態に係る半導体装置１０９の製造方法１−１について、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｃ）に示す工程図を用いて説明する。
【００４０】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１０１の一方の主面１０１ａに、ＣＶＤ、熱酸化等により、パッシベーション膜１０２ａと樹脂層１０２ｂからなる絶縁層１０２を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層１０２上に、スパッタ、ＣＶＤ等により、下地金属層１０３を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、下地金属層１０３上に、スパッタ、ＣＶＤ等により、ランド部１０４を形成する。
【００４１】
次に、図７（ａ）に示すように、下地金属層１０３の外周域の一部を、ランド部１０４をマスクとしてエッチングする。下地金属層１０３のエッチング液としては、例えばアンモニア過水を用いることができる。このエッチング処理の条件を制御することによって、側面が傾斜した下地金属層１０３を形成することができる。例えば、エッチングの時間を長くするほど下地金属層１０３の側面の傾斜角は大きくなり、エッチング時間を短くするほど下地金属層１０３の側面の傾斜角は小さくなる傾向がある。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁層１０２、下地金属層１０３、ランド部１０４を覆い、かつランド部１０４の一部が露出するように開口部１０８ａを有する配線保護層１０８を形成する。配線保護層１０８は、樹脂（シリコーン樹脂，エポキシ樹脂、ＰＢＯ、ＢＣＢ、ポリイミド樹脂等）で構成され、スピンコート、印刷法等により形成することができる。
【００４３】
そして、図７（ｃ）に示すように、開口部１０８ａに半田バンプ１０７を形成することにより、第一実施形態に係る半導体装置１０９が得られる。
【００４４】
第一実施形態に係る半導体装置１０９の製造方法１−１では、下地金属層１０３の端部の除去を、ランド部１０４を積層した後に行う。これにより、ランド部１０４の外周域が、下地金属層１０３に支持されていない構造、すなわちランド部１０４側から絶縁層１０２側に向けて、外向きに傾斜した構造を実現することができる。そして、基板を実装する際に、温度負荷によって絶縁層１０２と下地金属層１０３の側面との接点近傍に加わる応力を緩和させ、応力に起因したクラックの発生を抑えることが可能な、半導体装置１０９の製造方法を提供することができる。
【００４５】
なお、製造方法１−１によれば、図１（ｂ）に示した半導体装置１０９を製造することができるが、配線保護層１０８の形成（図７（ｂ））を行わない場合には、図１（ａ）に示した半導体装置１０９を製造することができる。
【００４６】
＜第二実施形態＞
図８（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置２０９の断面図である。半導体装置２０９は、半導体基板２０１の一方の主面２０１ａに、絶縁層２０２と、下地金属層２０３と、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部２０４と、を順に積層し、ランド部２０４に金属端子（半田バンプ）２０７を載置してなる。
【００４７】
なお、図８（ｂ）示すように、半導体装置２０９は、絶縁層２０２、下地金属層２０３、ランド部２０４を覆い、かつランド部２０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層２０８を配し、その開口部に半田バンプ２０７を載置してもよい。配線保護層２０８を配することにより、配線層が外部に露出しない構造となる。そのため、配線層が外部から電気的、機械的なダメージを受けるのを防ぐことができる。したがって、半導体装置としての動作の信頼性を高めることができる。
【００４８】
第二実施形態では、ランド部２０４は、めっき給電用のシード層をなす第一金属層２０４ａと、めっき層をなす第二金属層２０４ｂとを順に積層した２層からなり、第一金属層２０４ａのみが下地金属層２０３と接触している。そして、第二金属層２０４ｂの端部においては、直下に第一金属層２０４ａが形成されていない。ランド部２０４以外の構成は、第一実施形態の構成と同様である。
【００４９】
第一金属層２０４ａは、スパッタ、ＣＶＤ等により形成され、その厚さｔ２は、０．１〜２［μｍ］程度であることが望ましい。第一金属層２０４ａを構成する材料としては、例えば、Ｃｕが挙げられる。
【００５０】
第二金属層２０４ｂは、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｉ等の導電性を有する金属により構成され、半導体基板２０１が備えた半導体素子や集積回路を、半田バンプ２０７を介して外部端子（回路）と電気的に接続する端子をなす。第二金属層２０４ｂは、電解めっき、無電解めっき等により形成され、厚さは、５〜２０［μｍ］程度であることが望ましい。
【００５１】
図９（ａ）は、図８（ａ）の半導体装置２０９を実装した、半導体パッケージ２００の断面図である。半導体装置２０９とプリント基板２０５とは、半田バンプ２０７およびプリント基板の一方の主面２０５ａに配された配線部２０６を介して、電気的に接続されている。
【００５２】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した第一金属層２０４ａおよび第二金属層２０４ｂの端部近傍の領域Ｃを、拡大した図である。
【００５３】
第一金属層２０４ａは、絶縁層２０２と対向する面の中央部において、下地金属層２０３と接合する接合領域と、絶縁層２０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、下地金属層２０３の側面の断面に相当する直線Ｓ２は、第一金属層２０４ａ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。直線Ｓ２は、絶縁層２０２と第一傾斜角度（テーパー角度）θ２をなしている。第一金属層２０４ａと絶縁層２０２とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ３の下地金属層２０３が配されている。そして、第一金属層２０４ａと下地金属層２０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域には、下地金属層２０３は配されていない。なお、下地金属層２０３の側面は、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、下地金属層２０３の側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００５４】
第二金属層２０４ｂは、絶縁層２０２と対向する面の中央部において、第一金属層２０４ａと接合する接合領域と、絶縁層２０２と対向する面において、接合領域を除いた非接合領域とを有する。この非接合領域の直下において、第一金属層２０４ａの側面の断面に相当する直線は、第二金属層２０４ｂ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。第二金属層２０４ｂと下地金属層２０３とで挟まれた、接合領域の直下の領域には、厚さｔ４の第一金属層２０４ａが配されている。そして、第二金属層２０４ｂと下地金属層２０３の側面とで挟まれた、非接合領域直下の領域には、下地金属層２０３は配されていない。なお、第一金属層２０４ａの側面は、その傾斜方向において平坦な形状でなくてもよい。すなわち、第一金属層２０４ａの側面は、その傾斜方向において、内向きに凸となるように反っていてもよいし、外向きに凸となるように反っていてもよい。
【００５５】
第二実施形態に係る半導体装置２０９の構成によれば、下地金属層２０３の端部の形状が、ランド部２０４側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜している。そのため、ランド部２０４から下地金属層２０３へ伝わる応力が、絶縁層２０２とランド部２０４との間で分散され、絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に集中するのを防ぐことができる。これにより、絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に加わる応力に起因する絶縁層２０２のクラックを抑えることができる。
【００５６】
また、第二実施形態の構成では、ランド部２０４が２つの層２０４ａ、２０４ｂからなる。したがって、基板を実装した際に、ランド部２０４が１つの層からなる場合に比べて、プリント基板２０５側から絶縁層２０２に向けて生じる応力が緩和される。これにより、基板を実装する際の温度負荷による、絶縁層２０２とランド部２０４との間でのクラックの発生を抑えることができる。
【００５７】
［製造方法２−１］
第二実施形態に係る半導体装置２０９の製造方法２−１について、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す工程図を用いて説明する。
【００５８】
まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板２０１の一方の主面２０１ａに、パッシベーション膜２０２ａと樹脂層２０２ｂからなる絶縁層２０２を形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層２０２上に、スパッタまたはＣＶＤにより、下地金属層２０３を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、下地金属層２０３の上に、スパッタまたはＣＶＤにより、第一金属層２０４ａを形成する。
【００５９】
次に、図１１（ａ）に示すように、第一金属層２０４ａ上にレジストＲを載置する。そして、載置されたレジストＲのうち、第二金属層２０４ｂが形成される領域にある部分を露光して除去する。露光は、露光された部分を除去した後に、レジストＲの側面のうち、第一金属層２０４ａと接する部位Ｒａが裾状をなすように行う。
【００６０】
ここでの露光方法について説明する。使用するレジストがネガ型である場合には、露光して除去する領域をマスクで覆い、光源から平行に照射する光の一部を、マスクの下に回り込ませる。これにより、マスク直下の領域のうち、回り込んだ光が通過する領域が露光されるため、図１１（ａ）に示すような、第一金属層２０４ａと接する部位が裾状をなすようなレジストＲを形成することができる。
【００６１】
一方、使用するレジストがポジ型である場合には、露光して除去しない領域をマスクで覆い、光源から光を平行に照射する。このとき、光源の位置をレジストＲから遠ざけることにより第一金属層２０４ａ近傍に光が届きにくくする。これにより、マスクの近傍を通過する光の一部は散乱により失われるため、マスクに覆われていない領域のうち、端部が露光されない。したがって、図１１（ａ）に示すような、第一金属層２０４ａと接する部位が裾状をなすようなレジストＲを形成することができる。
【００６２】
次に、図１１（ｂ）に示すように、露光された領域のレジストＲを除去した領域に、第二金属層２０４ｂを形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、載置されたレジストを全て除去する。
【００６３】
次に、図１２（ａ）に示すように、レジストＲと、第一金属層２０４ａおよび第二金属層２０４ｂの側面のうち両者が接して重なる部位と、下地金属層２０３のうち第一金属層２０４ａを支持していない部位と、を順に除去する。第一金属層２０４ａの除去は、ジャストエッチングにより行うことが望ましい。
【００６４】
次に、図１２（ｂ）に示すように、絶縁層２０２、下地金属層２０３、第一金属層２０４ａ、第二金属層２０４ｂを覆い、かつ第二金属層２０４ｂの一部が露出するように開口部２０８ａを有する配線保護層２０８を形成する。
【００６５】
次に、図１２（ｃ）に示すように、開口部２０８ａに半田バンプ２０７を形成することにより、第二実施形態に係る半導体装置２０９が得られる。
【００６６】
また、第二実施形態に係る半導体装置２０９の製造方法２−１により形成される第二金属層２０４ｂは、その端部が、実装面側から第一金属層２０４ａ側に向けて内向きに傾斜した形状となり、第一金属層２０４ａの外周域において、第二金属層２０４ｂ側の表面が露出した状態となる。これにより、第一金属層２０４ａの外周域の一部を除去する際のエッチング処理を、第一金属層２０４ａの側面からだけでなく、第二金属層２０４ｂ側の表面からも行うことができる。したがって、エッチングの進行を制御しやすくなり、第一金属層２０４ａの側面を、第二金属層２０４ｂ側から絶縁層２０２側に向けて、外向きに傾斜した形状に加工するのが容易になる。そして、配線層をめっきにて形成し、基板を実装した際に、温度負荷によって絶縁層２０２と下地金属層２０３の側面との接点領域に加わる応力を緩和させ、応力に起因した絶縁層２０２のクラックの発生を抑えることが可能な、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００６７】
なお、製造方法２−１によれば、図８（ｂ）に示した半導体装置２０９を製造することができるが、配線保護層２０８の形成（図１２（ｂ））を行わない場合には、図８（ａ）に示した半導体装置２０９を製造することができる。
【００６８】
＜第三実施形態＞
図１３は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置３０９の断面図である。半導体装置３０９は、少なくとも、半導体基板３０１の一方の主面３０１ａに、絶縁層３０２、下地金属層３０３ａ、下地金属層３０３ｂ、下地金属層３０３ｃ、下地金属層３０３ｄ、下地金属層３０３ｅ、配線層の一部であって、外部との電気的接続部をなす金属端子が設けられるためのランド部３０４を順に積層し、ランド部３０４に金属端子（半田バンプ）３０７を載置してなる。
【００６９】
そして、図１３に示すように、半導体装置３０９は、絶縁層３０２、下地金属層３０３ａ、下地金属層３０３ｂ、下地金属層３０３ｃ、下地金属層３０３ｄ、下地金属層３０３ｅ、ランド部３０４を覆い、かつランド部３０４の一部が露出するように開口部を有する配線保護層３０８を配し、その開口部に半田バンプ３０７を載置してもよい。
【００７０】
第三実施形態に係る半導体装置は、五つの下地金属層３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、３０３ｅを備えており、各下地金属層の端部が、ランド部３０４側から絶縁層３０２側に向けて外向きに傾斜した形状をなしている。その他の構成は、第一実施形態の構成と同様である。
【００７１】
第三実施形態の構成によれば、基板を実装する際の温度負荷による応力は、絶縁層とランド部との間で複数層に分散され、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域に集中するのを防ぐことができる。したがって、絶縁層と下地金属層の側面との接点領域に加わる応力に起因する絶縁層のクラックを抑えることができる。
【００７２】
また、第三実施形態においては、五つの下地金属層が備えられた例を示したが、下地金属層の総数が限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、例えば携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン等、小型で高密度な電子部品を必要とする電子装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０１・・・半導体基板、１０１ａ・・・一面、１０２・・・絶縁層、
１０３・・・下地金属層、１０４・・・ランド部、２０４ａ・・・第一金属層、
２０４ｂ・・・第二金属層、１０９、２０９・・・半導体装置、
２０４ａ・・・第一金属層、２０４ｂ・・・第二金属層、Ｄａ・・・領域、
Ｓ１ａ・・・直線、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ・・・曲線、
θ１ａ、θ１ｂ、θ１ｃ・・・第一傾斜角度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一面に、絶縁層、下地金属層、金属端子が設けられるためのランド部を順に積層してなる半導体装置であって、
前記ランド部は、
前記絶縁層と対向する面の中央部において、前記下地金属層と接合する接合領域と、
前記絶縁層と対向する面において、前記接合領域を除いた非接合領域と、
を有し、
前記下地金属層は、前記ランド部側から前記絶縁層側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記下地金属層の側面は、傾斜方向において平坦な形状であり、
前記下地金属層の側面と前記絶縁層とがなす第一傾斜角度は、３０．０［°］以上６６．９［°］以下であること、を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ランド部は、第一金属層と第二金属層を順に積層した２層からなり、前記第二金属層の端部においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていないこと、を特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体基板の一面に、絶縁層、下地金属層、金属端子が設けられるためのランド部を順に積層してなる半導体装置であって、
前記ランド部は、
前記絶縁層と対向する面の中央部において、前記下地金属層と接合する接合領域と、
前記絶縁層と対向する面において、前記接合領域を除いた非接合領域と、
を有し、
前記下地金属層は、前記ランド部側から前記絶縁層側にかけて外向きに傾斜した側面を有していること、を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記下地金属層の側面は、傾斜方向において平坦な形状であり、
前記下地金属層の側面と前記絶縁層とがなす第一傾斜角度は、３０．０［°］以上６６．９［°］以下であること、を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ランド部は、第一金属層と第二金属層を順に積層した２層からなり、前記第二金属層の端部においては、前記第二金属層の直下に第一金属層が形成されていないこと、を特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２４３９８４（Ｐ２０１２−２４３９８４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３３８９（Ｐ２０１１−１１３３８９）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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