特許 7403083 半導体装置、半導体装置の実装構造、及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】半導体装置、半導体装置の実装構造、及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20231215BHJP

【ＦＩ】

H01L21/92 602C

H01L21/92 604S

H01L21/92 604A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019155128

(22)【出願日】2019-08-28

(65)【公開番号】P2021034628

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 大輔

(72)【発明者】

【氏名】糸井 清一

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２１４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０２７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２０４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０７９６４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０５Ｋ ３／３２－３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数個の電極パッドの上に位置するバンプと、
前記バンプを覆うレジストと、を備え、
前記レジストは、
前記レジストの主面に開口するとともに、前記バンプが内部に充填されるように配置された開口部と、
前記レジストの前記主面において前記開口部とは異なる位置で開口し、前記電極パッドに略垂直に延びて前記バンプと前記レジストの外部とを繋ぐ空気の抜け穴と、を有する、半導体装置。

【請求項2】

前記空気の抜け穴は、前記バンプの周囲に複数個設けられた、請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記空気の抜け穴の径は、０．５～２μｍである、請求項１又は２記載の半導体装置。

【請求項4】

複数個の電極パッドの上に位置するバンプと、
前記バンプを覆うレジストと、を備え、
前記レジストは、
前記レジストの主面に開口するととともに、前記バンプが内部に配置された第１開口部と、
前記レジストの前記主面において前記第１開口部とは異なる位置で開口し、前記第１開口部と同じ形状・大きさを有するとともに、前記バンプが内部に配置されていない第２開口部と、
前記第１開口部と前記第２開口部とを連通させる空気の抜け穴と、を有する、半導体装置。

【請求項5】

前記第２開口部は、複数の前記第１開口部と前記空気の抜け穴で接続される、請求項４記載の半導体装置。

【請求項6】

前記空気の抜け穴は、前記電極パッドに略平行である、請求項４又は５記載の半導体装置。

【請求項7】

複数個の電極パッド上を覆うように形成されたアンダーバンプメタル層上を覆うレジストを形成するレジスト形成工程と、
前記レジストの複数個の前記電極パッドが形成されている領域に対して、前記レジストの上面側からナノインプリント型を押し当て、前記レジストに前記電極パッドに未到達の複数個の第１開口部を形成するレジスト開口工程と、
前記レジストに対して、前記レジストの上面側から光エネルギーを与えた後、熱処理を施して、前記レジストを硬化させるレジスト硬化工程と、
前記レジストを現像液と反応させて、前記電極パッド側に向かうに連れて前記第１開口部の開口幅が拡がるように、前記第１開口部を前記電極パッドまで到達させて、金属を充填してバンプを形成するための前記第１開口部を拡張する現像工程と、を備え、
前記レジスト開口工程において、前記ナノインプリント型に前記第１開口部を形成するための突起部とは別に、空気の抜け穴用の微小突起部を形成して、前記第１開口部とは異なる位置に第２開口部を形成し、
前記現像工程において、拡張された前記第１開口部を前記第２開口部と接続して、前記第２開口部を空気の抜け穴として形成する、半導体装置の製造方法。

【請求項8】

複数個の電極パッド上を覆うように形成されたアンダーバンプメタル層上に経路形成用接着剤を供給する工程と、
前記経路形成用接着剤上を覆うレジストを形成するレジスト形成工程と、
前記レジストの複数個の前記電極パッドが形成されている領域に対して、前記レジストの上面側からナノインプリント型を押し当て、前記レジストに前記電極パッドに未到達の複数個の開口部を形成するレジスト開口工程と、
前記レジストに対して、前記レジストの上面側から光エネルギーを与えた後、熱処理を施して、前記レジストを硬化させるレジスト硬化工程と、
前記レジストを現像液と反応させて、前記電極パッド側に向かうに連れて前記開口部の開口幅が拡がるように、前記開口部を前記電極パッドまで到達させて、金属を充填してバンプを形成するための前記開口部を拡張する現像工程と、を備え、
前記レジスト硬化工程において、前記経路形成用接着剤が揮発し、前記アンダーバンプメタル層と前記レジストとの間に、隣接する前記開口部を接続する抜け穴を形成する、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置、半導体装置の実装構造、及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体装置の高密度化と電極端子の多ピン化との両立を進めるために、半導体装置の電極端子間の狭ピッチ化及び電極端子の面積縮小化が図られている。電極端子間が狭ピッチ化され電極端子が面積縮小化された半導体装置の実装基板への実装技術の１つとして、フリップチップ実装が知られている。 フリップチップ実装においては、突起電極が、システムＬＳＩ、メモリ、ＣＰＵなどの半導体装置の電極端子上に形成され、実装基板の電極パッドに対して圧接・加熱される。すると、電極端子が実装基板の電極パッドにバンプ接続され、半導体装置が実装基板にフリップチップ実装される。半導体装置内のトランジスタの微細化に伴い、脆弱な低誘電膜が用いられるようになり、低応力の実装が求められている。

【0003】

そこで、例えば金や銅などから成る先細りの微細金属バンプを用い、フェイスダウン実装工程において先端を塑性変形させ、固相拡散により接合する工法が提案されている。この方法によれば、先細りの微細金属バンプが変形することにより応力を緩和でき、脆弱な低誘電膜を有する半導体装置に対応できる。

【0004】

先細りの微細金属バンプを形成する方法としては、微粒子とキャリアガスとを噴射して金属微粒子を堆積するガスデポジション法がある。（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この実施の形態では、円錐状の金属バンプを形成するためには、１個ずつのバンプに対し、金属微粒子とキャリアガスをノズルから電極部に噴射しなければならない。多ピンかつ大口径のウエハへ多数のバンプを形成するには、ウエハ全面を走査させ噴射する必要があるため、長い生産時間を要する問題があった。さらに、堆積した金属膜はマスク層と同時に剥離されるため、金や白金などの高価な金属から成る金属膜を廃棄したり、回収しなければならず、生産コストが上がるといった問題もあった。

【0005】

そこで、生産性が良好かつ低コストで、さらに歩留まりや信頼性を向上させるバンプ形成方法として、ネガ型レジストをオーバー露光して逆テーパ状のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして電解めっき法によりバンプを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【0006】

図７（ａ）～図７（ｃ）は、従来の実施の形態の半導体装置の製造方法を概念的に示す断面図である。まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上に絶縁膜１０２、アルミパッド１０３、保護膜１０４を形成した後、バリアメタル１０５を形成する。次に、ネガ型のレジスト１０７を塗布する。そして、レジスト１０７に露光マスクを押し当て、露光する。ネガ型レジストでは、光が照射された部分は現像液に溶解せず、光が照射されていない部分は現像液に溶解する。ここで、露光時間を通常より長く、すなわちオーバー露光すると、現像後に断面形状が図７（ｂ）のように逆テーパ形状の開口部を有するレジスト１０７になる。次にレジスト１０７をマスクとして、電解めっき液により電解めっきによりレジスト１０７の開口部を充填し、バンプ１０６の形状は、図７（ｃ）に示すように、順テーパになる。

【0007】

レジスト開口部を金属で充填する方法としては、めっき以外に流体を噴出しレジスト開口部に金属流体を充填する方法が提案されている。（例えば、特許文献３）。例えば溶融はんだなどの流体を収容可能なタンクと吐出ヘッドを含むヘッド部を有し、吐出ヘッドをレジスト開口部に近付け、圧力供給手段により流体に正圧を加え、開口部に注入する。溶融はんだの凝固点まで冷却することでバンプが形成できるとされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】国際公開第２００７／１１４３１４号

【文献】特開平４－２１７３２４号公報

【文献】国際公開２０１６／１１４２７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、狭ピッチ化が進み、レジスト開口部がますます小さくなると、微小開口部への金属充填は困難である。特に、レジスト厚が厚く開口部が微細な場合、例えば、溶融はんだを吐出し微細開口部に充填する工程において粘性流体であるはんだの押し込み抵抗や表面張力が流体の吐出圧力を上回り、開口部底部の隅々まで充填することができない問題がある。

【0010】

本発明は、上記の課題に鑑み、脆弱膜を有する半導体及び回路基板側に与える応力を緩和し得る半導体装置を安定して生産することが可能な製造方法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】

【0011】

上記課題を解決するため、複数個の上記電極パッドの上に位置するバンプと、上記バンプを覆うレジストと、上記レジストの内部に、上記バンプと上記レジストの外部とを繋ぐ空気の抜け穴と、を有する半導体装置を用いる。

【0012】

また、複数個の上記電極パッドの上にバンプと、上記バンプを覆うレジストと、上記バンプと空気の抜け穴で連結されたダミーバンプと、を有する半導体装置を用いる。

【0013】

また、複数個の電極パッド上を覆うようにアンダーバンプメタル層を形成するアンダーバンプメタル層形成工程と、
上記アンダーバンプメタル層上を覆うレジストを形成するレジスト形成工程と、
上記レジストの複数個の上記電極パッドが形成されている領域に対して、上記レジストの上面側からナノインプリント型を押し当て、上記レジストに上記電極パッドに未到達の複数個の開口部を形成するレジスト開口工程と、
上記レジストに対して、上記レジストの上面側から光エネルギーを与えた後、熱処理を施して、上記レジストを硬化させるレジスト硬化工程と、
上記レジストを現像液と反応させて、上記電極パッド側に向かうに連れて上記開口部の開口幅が拡がるように、上記開口部を上記電極パッドまで到達させる現像工程と、
上記開口部の内に金属を充填して、バンプを形成する金属充填工程と、
上記レジストを剥離する剥離工程と、を備える半導体装置の製造方法であって、
上記レジスト開口において、ナノインプリント型にレジスト開口用の突起部とは別に、空気の抜け穴用の微小突起部を形成し、バンプと接続された空気の抜け穴を形成する半導体装置の製造方法を用いる。

【0014】

また、複数個の電極パッド上に経路形成用接着剤を供給する工程と
複数個の上記電極パッド上を覆うようにアンダーバンプメタル層を形成するアンダーバンプメタル層形成工程と、
上記アンダーバンプメタル層上を覆うレジストを形成するレジスト形成工程と、
上記レジストの複数個の上記電極パッドが形成されている領域に対して、上記レジストの上面側からナノインプリント型を押し当て、上記レジストに上記電極パッドに未到達の複数個の開口部を形成するレジスト開口工程と、
上記レジストに対して、上記レジストの上面側から光エネルギーを与えた後、熱処理を施して、上記レジストを硬化させるレジスト硬化工程と、
上記レジストを現像液と反応させて、上記電極パッド側に向かうに連れて上記開口部の開口幅が拡がるように、上記開口部を上記電極パッドまで到達させる現像工程と、
上記開口部内に金属を充填して、バンプを形成する金属充填工程と、
上記レジストを剥離する剥離工程と、を備える半導体装置の製造方法であって、
上記レジスト硬化工程において、上記経路形成用接着剤が揮発し、抜け穴を形成する半導体装置の製造方法を用いる。

【発明の効果】

【0015】

本開示に係る半導体装置によれば、実装工程において回路基板側に与える応力を緩和することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）実施の形態１に係る半導体装置の断面図、（ｂ）実施の形態１に係る半導体装置の平面図

【図2】（ａ）～（ｇ）実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図

【図3】（ａ）実施の形態２に係る半導体装置の断面図、（ｂ）実施の形態２に係る半導体装置の平面図

【図4】（ａ）～（ｇ）実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図

【図5】実施の形態２に係る半導体装置の変形例を説明する斜視図

【図6】（ａ）実施の形態２に係る半導体装置の変形例に係る断面図、（ｂ）実施の形態２の半導体装置の変形例に係る平面図

【図7】（ａ）～（ｃ）従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示は、上記の問題に鑑み、多ピン化・脆弱化が進む半導体装置において、実装時の応力を緩和する突起電極を備えた半導体装置の構造及び製造方法を提供する。以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0018】

本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
［実施の形態１］
＜半導体装置の構造＞
図１（ａ）～図１（ｂ）は、実施の形態１に係る半導体装置Ｕの構造を説明する断面図である。

【0019】

図１（ａ）は、実装前の半導体装置Ｕの構造を示す断面図である。尚、以下では、部材の位置関係を説明するため、半導体装置Ｕの電極パッド２が形成された面の法線方向を上方向と称して説明する。但し、当該方向は、半導体装置Ｕの使用時の姿勢を示すものではない。

【0020】

半導体装置Ｕは、装置本体１上に電極パッド２、絶縁膜３、アンダーバンプメタル層４、及びバンプ５がこの順に形成された構造を有する。電極パッド２の下層には脆弱な絶縁膜１１を備える。

【0021】

装置本体１は、例えば、トランジスタ、整流素子、センサ素子、発光素子又は受光素子等の半導体素子である。装置本体１は、例えば、シリコン、ガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、シリコンカーバイド、インジウムガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、又はインジウムリン等の半導体基板中に半導体素子が形成された構造を有する。尚、装置本体１は、ディスクリートデバイスであってでもよいし、モノリシックＩＣであってもよい。

【0022】

電極パッド２は、金属から成り、例えば金、銅、アルミニウム、アルミニウムシリコン、アルミニウム銅、タングステンなどから成る。尚、電極パッド２は、装置本体１上に複数個設けられている。

【0023】

電極パッド２の上には開口部を有する絶縁膜３が設けられ、絶縁膜３の上にはアンダーバンプメタル層４、アンダーバンプメタル層４の上にはバンプ５が形成され、バンプ５と電極パッド２は電気的に導通されている。尚、バンプ５は、複数個の電極パッド２それぞれの上に形成されている。さらにバンプ５と接するようにレジスト８が形成されている。レジスト８には空気の抜け穴１０が形成されており、空気の抜け穴１０はバンプ５と接続されている。

【0024】

アンダーバンプメタル層４は導電層であり、電極パッド２と電気的に接続されるように形成され、金属充填プロセスにおいて電極として使われる層である。例えば装置本体１全面にスパッタリング、蒸着法、めっき法により導電膜を形成した後、フォトリソグラフィーにより隣接した端子間が電極パッドごとに独立するように、端子間の導電膜を除去するとよい。金属充填プロセスが溶融はんだの充填プロセスである場合、アンダーバンプメタル層４は、はんだがぬれ、はんだがぬれた後拡散するような材料を用いると良い。アンダーバンプメタル層４は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ－Ｎｉ、Ａｕ－Ｃｕ－Ｎｉ、Ａｕなどから成る。電極パッド２は、例えば１５μｍのピッチで、直径１０μｍである。

【0025】

ここで、バンプ５は、アンダーバンプメタル層４上に、界面に隙間は無く、一体となり形成されている。バンプ５は、導電材料から成り、例えば、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｎＡｇＢｉＩｎ，ＳｎＳｂ、ＳｎＺｎ、ＳｎＺｎＢｉ、ＡｕＳｎ、ＳｎＩｎなどのはんだ材料から成る。

【0026】

レジスト８は、感光型の絶縁性接着剤であり、例えば、化学増幅型ネガ型感光レジストである。

【0027】

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す半導体装置Ｕの構造を示す平面図である。バンプ５が所定の間隔で配置され、レジスト８の表面からバンプ５の頭頂部が露出している。さらに、空気の抜け穴１０がバンプ５の頭頂部を取り囲むようにバンプの直径方向にバンプ中心との距離を等間隔に保ちながら複数個、例えば４個形成されている。バンプ５の頭頂部の径は、例えば５～８μｍ、空気の抜け穴１０の径は例えば０．５～２μｍである。なお、空気の抜け穴１０は、電極パッド２に垂直方向に略平行である。

【0028】

＜半導体装置の製造方法＞
図２（ａ）～図２（ｆ）は、実施の形態１に係る半導体装置Ｕの製造方法を説明する断面図である。

【0029】

まず、図２（ａ）に示されるアンダーバンプメタル層形成工程について述べる。

【0030】

装置本体１の上面には、複数個の電極パッド２が形成されている。また、電極パッド２の上には電極パッド２の一部が露出するような開口部を有する絶縁膜３が形成されている。絶縁膜３は、例えばプラズマＣＶＤ、又は溶液のスピンコートで膜形成されている。絶縁膜３は、その後、熱処理された後、フォトリソグラフィ工程により開口部が形成される。これにより、絶縁膜３に形成された開口部から、電極パッド２の上面が露出した状態となる。

【0031】

さらに、絶縁膜３及び電極パッド２の露出部を覆うようにアンダーバンプメタル層４を形成する。半導体装置Ｕは、例えばウエハの形態で供給される。例えば６インチ、８インチ、又は１２インチの円形である。

【0032】

アンダーバンプメタル層４は、薄い導電層であり、複数個の電極パッド２を覆うように装置本体１の上面全面に形成され、金属充填プロセスにおいて電極として使われる層である。金属充填プロセスが電気めっき形成プロセスである場合、アンダーバンプメタル層４は、電気めっきを形成するための下地層としても使われる。アンダーバンプメタル層４の材質は、例えば、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｕなどであってもよい。アンダーバンプメタル層４の厚みは、例えば、０．０２～２μｍであってもよい。

【0033】

図２（ｂ）に、示されるレジスト形成工程について述べる。

【0034】

アンダーバンプメタル層４が形成された後、アンダーバンプメタル層４の上にレジスト８が形成される。レジスト８は、例えば、スピンコート、バーコーター、スプレー、ジェットディスペンス等を用い、膜が均一になるように形成される。

【0035】

次に、図２（ｃ）に示されるレジスト開口工程について述べる。ナノインプリント型９に設けられた第１突起部９ａと第２突起部９ｂの位置と半導体装置Ｕに設けられた電極パッド２の位置が合うように位置合わせを行い、第１突起部９ａと第２突起部９ｂとを加熱・加圧手段によって軟化したレジスト８中に押し込む。さらに、ナノインプリント型９を、第１突起部９ａ、第２突起部９ｂと電極パッド２の間にレジスト８が残存する位置で止める。次に、ナノインプリント型９を引き上げ、レジスト８に第１開口部８ａ、第２開口部８ｂを形成させる（図２（ｄ）参照）。ナノインプリント型９によって形成された第１開口部８ａと第２開口部８ｂとは、垂直に開口している。尚、ナノインプリント型９は、複数個の電極パッド２それぞれに対応する位置に第１開口部８ａが形成されるように、複数個の第１突起部９ａを有している。そして、ナノインプリント型９によって形成された複数個の第１開口部８ａと第２開口部８ｂとは、それぞれ、同一形状に形成される。

【0036】

ここで、ナノインプリント型９は、レジスト８に形成される第１開口部８ａ、第２開口部８ｂと同等の寸法・形状の第１突起部９ａと第２突起部９ｂとが片面に所定の間隔で設けられている転写用の型である。ナノインプリント型９には、電極パッド２に対向する位置に、第１突起部９ａと第２突起部９ｂとが形成されている。第１突起部９ａと第２突起部９ｂの形状は、例えば、円、四角形、八角形であってもよい。

【0037】

ナノインプリント型９は、例えば、石英、ガラス、電鋳ニッケル、シリコン及びシリコーン樹脂の１つから形成されてもよく、また、複数を積層して形成されてもよい。例えば、ナノインプリント型９の上面に柔軟なシリコーン樹脂を用いると、半導体装置Ｕの反り・うねりを吸収することができ、好適である。ナノインプリント型９は、例えば、原版を作製した後、ナノインプリント型９の材料を流動させ硬化させることにより形成されてもよい。

【0038】

ここで、作製される原版は、レジスト８に形成される第３開口部８ｃの間隔と等しい間隔で、第３開口部８ｃの開口径と同等の寸法の、複数の凹部を有する。原版は、例えば、シリコン、石英、又はガラスを、エッチングないしは放電加工することにより形成されてもよい。ナノインプリント型９の外形寸法は、半導体装置Ｕの外形寸法よりも大きければよい。また、ナノインプリント型９の形状は、例えば、矩形である。

【0039】

次に、図２（ｄ）に示されるレジスト硬化工程について述べる。図２（ｄ）に示されるように、第３開口部８ｃが形成されたレジスト８全面に、レジスト８が反応する光エネルギーが与えられる。まず、レジスト８に光、例えば紫外線光を照射した後、レジスト８を加熱する。ここで、レジスト８において、レジスト８の上面に近い部分はアンダーバンプメタル層４に近い部分に比べて光エネルギー照射量が多いため、酸発生剤が多く反応し酸濃度が高くなる。次に、加熱手段により、架橋反応を発生させる。酸濃度に伴い、レジスト８の上面に近いほど架橋度は高くなり、アンダーバンプメタル層４に近いほど架橋度は低くなる。ここで、加熱手段としては、例えば、バッチ型オーブン、リフロー炉、誘導加熱、赤外線加熱、ホットプレートなどが用いられる。

【0040】

次に、図２（ｅ）に示される現像工程において、半導体装置Ｕが現像液に浸漬される。現像液が第１開口部８ａに入り込むことにより、レジスト８の第１開口部８ａの内壁の溶解が進み、底面方向に開口幅を拡大しながら逆テーパ状の第１開口部８ａを形成する。

【0041】

ここで、レジスト硬化工程において、光の到達量はレジスト８表面よりも第１開口部８ａ内部の方が低いため、レジスト８表面よりも第１開口部８ａの内部の方が酸の発生量が少なくなり、レジスト８の架橋度が低くなる。そのため、第１開口部８ａの内壁の方がレジスト８よりも溶解が促進される。

【0042】

現像工程による第１開口部８ａの形成工程については詳細を後述する。ここで、現像液は、レジスト８を溶解する作用を有する。現像液は、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチル－２－ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液であってもよい。さらに、第１開口部８ａ、８ｂ、８ｃに入り込んだ現像液の残渣が、洗浄液により除去される。洗浄液は、例えば、純水である。一方、第２開口部８ｂは第１開口部８ａよりも狭く現像液が入り込む量が少ないため、第１開口部８ａに比べ第２開口部８ｂの穴の拡がり径は小さい。

【0043】

次に、図２（ｆ）に示される金属充填工程において半導体装置Ｕのレジスト８と接するように金属充填ユニット２０を配置する。金属充填ユニット２０は、溶融金属２４が入ったタンク２１と圧力発生源２２と駆動制御装置２３とから成る。駆動制御装置２３によってタンク２１の開口部とレジスト８の第１開口部８ａの位置が合うようにタンク２１の位置を移動させた後、圧力発生源２２からタンク２１に圧力を加えると、タンク２１の先端から溶融金属２４が供給され第１開口部８ａは溶融金属２４で充填される。溶融金属２４は、例えば、はんだ、インジウム、金―スズなどの材料が用いられる。

【0044】

図２（ｇ）に示される冷却工程において、溶融金属２４が凝固点以下に冷却されると、先鋭形状のバンプ５が形成される。

【0045】

ここで、金属充填工程について説明する。溶融金属２４を第１開口部８ａに加圧注入する時に圧力の抜け穴である第２開口部８ｂから、圧縮された空気が通り抜ける。その後、溶融金属２４はアンダーバンプメタル層４に濡れ拡がり、第１開口部８ａの底面まで充填される。一方、溶融金属２４は粘性を持った流体のため微小な空気の抜け穴である第２開口部８ｂには充填されず、空気の抜け道として残る。

【0046】

＜効果＞
以上のように、本発明の実施の形態によれば、レジスト開口形状が微小なテーパ形状であっても、底部まで安定して充填することが可能になる。これによって、先端部が尖ったバンプを形成することができ、脆弱な半導体であっても、応力を緩和しながら接合することができる。

【0047】

［実施の形態２］
実施の形態２は、空気の抜け穴が平面方向（電極パッド２に略平行）に接続されている点で実施の形態１と異なる。説明しない事項は実施の形態１と同様である。

【0048】

＜半導体装置の構造＞
図３（ａ）～図３（ｂ）は、実施の形態２に係る半導体装置Ｕの構造を説明する概念図である。

【0049】

図３（ａ）は半導体装置Ｕの断面図、図３（ｂ）は半導体装置Ｕの平面図である。

【0050】

図３（ａ）に示されるように、半導体装置Ｕは、装置本体１上に電極パッド２、絶縁膜３、アンダーバンプメタル層４、及びバンプ５ないしはダミーバンプ１５がこの順に形成された構造を有する。電極パッド２の下層には脆弱な絶縁膜１１を備える。

【0051】

装置本体１は、例えば、半導体素子である。

【0052】

電極パッド２は、金属から成り、例えば金、銅、アルミニウム、アルミニウムシリコン、アルミニウム銅、タングステンなどから成る。尚、電極パッド２は、装置本体１上に複数個設けられている。

【0053】

電極パッド２の上にはアンダーバンプメタル層４、アンダーバンプメタル層４の上にはバンプ５が形成され、バンプ５と電極パッド２は電気的に導通されている。尚、バンプ５は、電極パッド２の上に複数個、例えば８個形成されている。さらにバンプ５を覆うにレジスト８が形成されている。レジスト８の内部には空気の抜け穴１０が形成されており、空気の抜け穴１０はバンプ５と接続されている。空気の抜け穴１０は、空洞であっても、バンプ５と同一材料の金属が充填されていてもよい。さらに、ダミーバンプ１５が同一の電極パッド２上に設けられている。ダミーバンプ１５とバンプ５とは、空気の抜け穴１０を通じて接続されている。

【0054】

＜半導体装置の製造方法＞
図４（ａ）～図４（ｆ）は、実施の形態２に係る半導体装置Ｕの製造方法を説明する断面図である。

【0055】

図４（ａ）に示されるように、経路形成用接着剤塗布工程において、経路形成用接着剤１３を材料供給手段によって供給する。例えば、材料供給手段としては、ディスペンサ、スクリーン印刷機、マスクを用いた蒸着などを用いるとよい。経路形成用接着剤１３を光または加熱手段により硬化または乾燥する。

【0056】

経路形成用接着剤１３は、レジスト８の硬化温度よりも沸点が低い成分を含んでいて、光または熱硬化型の接着剤ないしは親水材料である。光または熱硬化型の接着剤としては、例えば、エタノール、アルコール、グリコールエーテル、トルエン、キシレンなどの溶剤成分、アクリル、エポキシ、ウレタンなどの樹脂成分、無機フィラー、有機フィラーなどの絶縁フィラー成分などから成るとよい。親水材料は、例えば２，３－ジヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリミソキシオリゴエチレングリコールメタクリレート、カルボン酸塩、スルホン酸塩などを含む親水性ポリマーから成る。以下の工程を、光硬化型の接着剤を例に説明する。

【0057】

図４（ｂ）に示されるように、レジスト供給工程において、揮発性の経路形成用接着剤１３を覆うように、例えばスピンコート、スクリーン印刷、ディスペンスによりレジスト８を供給する。レジスト８に紫外線照射または加熱手段により、硬化させる。

【0058】

さらに、図４（ｃ）に示されるように、ナノインプリント工程において、第１突起部９ａが複数個設けられたナノインプリント型９をレジスト８に押し当てた後、剥離する。

【0059】

さらに、図４（ｄ）に示されるレジスト硬化工程において、光照射手段によりレジスト８に光を照射すると、レジスト８中に含まれた酸発生剤が反応し、酸が発生する。加熱手段によりレジスト８内で酸を拡散させ、レジスト８中に含まれた架橋剤と反応し架橋反応を促進する。ここで、加熱手段により、経路形成用接着剤１３は揮発し、空気の抜け穴１０が形成される。

【0060】

次に、図４（ｅ）に示される現像工程において、現像液によりレジスト開口孔は拡がり逆テーパ形状のレジスト開口部が形成される。

【0061】

さらに、図４（ｆ）に示される金属充填工程において、金属充填ユニット２０を用いて、第１開口部８ａに金属を充填しバンプ５を形成する。ここで、金属充填時に、空気は、空気の抜け穴１０を通った後、ダミーバンプ１５を通過し空気中に排出される。

【0062】

次に、経路形成用接着剤が親水性ポリマーを用いた場合の工程について説明する。経路形成用接着剤は、上記工程と同様に供給した後、乾燥させる。経路形成用接着剤が描画されたパターンのみ親水機能が生じる。さらに、現像工程において、現像液が親水機能が発現したパターン部に浸透していき、溶解することで、空気の抜け穴１０が形成される。

【0063】

本発明の実施の形態によれば、より微小な逆テーパ開口部への金属充填が可能になる。

【0064】

＜実施の形態２における変形例＞
図５は、実施の形態２に係る半導体装置Ｕの構造を説明する立体図である。

【0065】

半導体装置Ｕには、複数個の電極パッド２上にそれぞれバンプ５が形成されている。バンプ５に隣接し、ダミーパッド２５が形成されている。上記実施の形態２における製造方法と同様に空気の抜け穴１０を伴うバンプを形成した後、レジスト８を剥離することにより、上記構造が形成される。ここで、電極パッド２が独立されて設けられた点で上記実施の形態２と異なる。
図６は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置Ｕの製造方法におけるはんだ充填工程を説明する概念図である。図６（ａ）のように、図６（ａ）は半導体装置Ｕの断面図、図６（ｂ）は半導体装置Ｕの平面図である。

【0066】

図６（ａ）に示されるように、半導体装置Ｕは、装置本体１上に電極パッド２、絶縁膜３、アンダーバンプメタル層４、及びバンプ５ないしはダミーバンプ１５がこの順に形成された構造を有する。電極パッド２の下層には脆弱な絶縁膜１１を備える。

【0067】

装置本体１は、例えば、半導体素子である。

【0068】

電極パッド２は、金属から成り、例えば金、銅、アルミニウム、アルミニウムシリコン、アルミニウム銅、タングステンなどから成る。尚、電極パッド２は、装置本体１上に複数個設けられている。

【0069】

電極パッド２の上にはアンダーバンプメタル層４、アンダーバンプメタル層４の上にはバンプ５が形成され、バンプ５と電極パッド２は電気的に導通されている。尚、バンプ５は、電極パッド２の上に１個ずつ形成されている。さらにバンプ５を覆うにレジスト８が形成されている。レジスト８の内部には空気の抜け穴１０が形成されており、空気の抜け穴１０はバンプ５と接続されている。空気の抜け穴１０は、空洞であっても、バンプ５と同一材料の金属が充填されていてもよい。さらに、ダミーバンプ１５が同一平面のダミーパッド２５上に設けられている。ダミーバンプ１５とバンプ５とは、空気の抜け穴１０を通じて接続されている。

【0070】

図６（ｂ）のように、電極パッド２はダミーパッド２５を含め、一定の距離間隔で配置されており、隣接するパッド２間は直線形状の空気の抜け穴１０によって接合されており、さらにダミーパッド２５に繋がる経路が形成されている。最もダミーパッド２５から離れた位置から順に溶融はんだを充填すると、ダミーバンプ１５から空気を逃がすことができる。ダミーバンプ１５を配置することによってダミーバンプ１５は、第１開口部８ａと同じ形状・寸法で形成されるため、レジスト開口工程と同時にダミーバンプ１５を形成することができる。そのために、ダミーバンプを形成するための生産工程が不要になり、生産性を向上することができる。

【0071】

＜効果＞
以上のように、実施の形態２によれば、より微小な突起状バンプを形成することが可能となり、半導体装置Ｕを回路基板に実装する際、半導体装置Ｕ内の絶縁膜１１に対して作用する応力をより一層緩和することが可能である。これによって、製造歩留まりを向上することが可能になる。

【0072】

上記の説明において金属充填工程は、溶融はんだの充填としたが、これに限られない。ナノペースト、導電ペーストやめっきの充填であっても、同様の効果が得られる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本開示に係る半導体装置によれば、実装工程において半導体装置に与える応力を緩和することが可能である。

【符号の説明】

【0074】

１ 装置本体
２ 電極パッド
３ 絶縁膜
４ アンダーバンプメタル層
５ バンプ
８ レジスト
８ａ 第１開口部
８ｂ 第２開口部
８ｃ 第３開口部
９ ナノインプリント型
９ａ 第１突起部
９ｂ 第２突起部
Ｕ 半導体装置
１０ 空気の抜け穴
１１ 絶縁膜
１３ 経路形成用接着剤
１５ ダミーバンプ
２０ 金属充填ユニット
２１ タンク
２２ 圧力発生源
２３ 駆動制御装置
２４ 溶融金属
２５ ダミーパッド
ＩＣ モノリシック
１０１ シリコン基板
１０２ 絶縁膜
１０３ アルミパッド
１０４ 保護膜
１０５ バリアメタル
１０６ バンプ
１０７ レジスト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】