JPH0282623A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH0282623A
JPH0282623A JP63235921A JP23592188A JPH0282623A JP H0282623 A JPH0282623 A JP H0282623A JP 63235921 A JP63235921 A JP 63235921A JP 23592188 A JP23592188 A JP 23592188A JP H0282623 A JPH0282623 A JP H0282623A
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JP
Japan
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layer
protective film
electrode
surface protective
blm
Prior art date
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Pending
Application number
JP63235921A
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English (en)
Inventor
Yuichiro Taguma
田熊 祐一郎
Kensuke Nakada
健介 中田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0282623A publication Critical patent/JPH0282623A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01Manufacture or treatment
    • H10W72/012Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に関し、特に金属突起電極
を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関
する。
〔従来技術〕
半導体ペレットを配m基板に実装する方法の一つにCC
B (Control  Co11apsed  Bo
nding)W造がある。これはペレット表面に形成し
た下地電極層の上に半田ボール等の金属突起電極を形成
し、この突起電極を用いてペレットを配線基板に電気的
に接続するものである。上記下地電極層C以下単にBL
M(BallL i m i t e d  M e 
t a l y y、 a t i o n )電極と
も記す)は、ペレットの表面絶縁膜に開孔したスルーホ
ールを介して下層の配線層に接続するよう上記表面絶縁
膜上に形成され、例えば上から金(A u) 、 I!
4’(C,u) 、クロム(Cr)の3層で構成されて
いる。上記Au層は当該電極表面の酸化を防止するよう
働くが、半田ボールを形成する時半田に含まれる鉛(p
b)に吸い込まれて拡散する。上記Cu層は半田に含ま
れるスズ(Sn)と金属間化合物を形成し、金属結合す
るよう働く。上記Cr層は、上記BLM電極上層の半田
と下層の金属の反応防止層と、下地表面保護膜との密着
層として働く。
尚、BI、M電極について記載された文献の例としては
、特開昭61−1.66049号公報に記載がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
BT、Mffi極はその一部を半導体ペレットの表面保
護膜上に形成されるが、従来は上記表面保護膜に接触す
るBLM電極最下層の材質すなわちCrと上記表面保護
膜である酸化シリコン(S i O2)との結合力がそ
れほど強固でなく、上記Br=[!極上に形成される半
田ボールの熱変形力等により上記BLMfM、極が当該
表面保護膜から剥離しやすいという問題点があった。ま
た配線層の微細化及び電極の多ピン化に伴い上記保護膜
に開孔されるスルーホールの径は微細になり、電極間ピ
ッチも小さくなり、CCB用スルーホールをドライエッ
チプロセスにより加工する必要がある。ドライエッチプ
ロセスにより加工したスルーホールは、その側壁がその
下の配線層に対してほぼ垂直になっているため、上記B
LM電極を形成した時にステップカバレージ不良により
、上記BLMffi極が上記配線層から剥離するという
問題点のあることが本発明者によって見い出された。
本発明の目的は、表面保護膜からの剥離のないBT、M
電極によるCCBI造を備えた、半導体集積回路装置を
提供することにある。
さらに別の目的は微細なスルーホールを介しても下層配
線層との接触不良のないBLMffi極によるOCR構
造を備えた半導体集積回路装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明xB書の記述及び添付図面から明らかになるであろう
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち表面保護膜に接触するBLM電極最下層の材質
と上記表面保護膜材質(酸化物)との組合せを、標準生
成自由エネルギ・温度図(ニリンガムのダイヤグラム)
を用いて、上記BLM電極最下層の材質のマイナスの自
由エネルギが上記表面保護膜を形成する材質のマイナス
の自由エネルギより太くなるよう、すなわち上記BT、
Mffi極最下層の材質が上記表面保護膜材質を還元し
得るように選択するものである。
さらに別の手段は上記BLMffi極の形成前に、上記
表面保護膜に形成されたスルーホール内に当該表面保護
膜とほぼ而−に金属を埋め込むものである。
〔作 用〕
上記した手段によれば、BT、M電極層のうち表面保護
膜と接触する導電層を形成する材質は、上記表面保護膜
を形成する材質よりもマイナスの標準生成自由エネルギ
が大きく、上記表面保護膜を還元することができるため
、両者の界面にて拡散を生じ互いに強い接着力にて結合
するように働き、表面保護膜からの剥離のないBLM電
極によるCCB構造を達成するものである。
さらに別の手段によれば、表面保護膜に開孔されたスル
ーホール内にほぼ而−に埋め込まれた金属は、BLM電
極と下層配線層とを電気的に接続するように働き、微細
なスルーホールをドライエッチプロセスにより加工して
も、下層配線層との接触不良のないBLM電極によるC
CB構造を達成するものである。
〔実施例1〕 第1図は本発明の一実施例を示すBI、M電極を持つC
CB構造の縦断面図である。
本図において、特に制限されないが、BLMffi極8
の下層には2層の配線層が形成されている。
半導体基板1上には絶縁膜2が堆積され、その上には第
1層目配線層3が形成されており、さらにその上には層
間絶縁膜4を介して第2層目配線層5が形成されている
。上記第2層目配線層5上にはSiO2にて成る絶縁層
としての表面保護膜6が堆積され、当該保護膜6の配線
層5上の所要部分にはスルーホール7が開孔され、上記
スルーホール7を介して配線M5に接続するようにBL
Mffl極8が形成されている。上記RLM電極8は4
層から成り、下からチタニウムシリサイド(Tisiz
)層9.チタニウムナイトライド(TiN)Wllo、
Cu層11.Au層12となっている。上記TiSi2
[9は表面保護膜6を形成する5in2を還元し得る金
属の一例である。この場合ある金属化合物もしくは金属
が特定の酸化物を還元する可能性については1例えばニ
リンガムのダイヤグラムにより示唆される。これによれ
ば。
TiSi、層9中のTiは表面保護膜6を形成するS 
i O,よりもマイナスの標準生成自由エネルギが大き
いため、上記T i S i7層9はS i O。
を還元し、この科学的反応により上記TiSi2層9と
5in2にて成る上記表面保護膜6の界面では夫々の構
成物質が相互に拡散し、このとき形成される反応層を介
して上記Ti5127M9と上記表面保護膜6とが強固
に結合する。
上記A u FJ 1.2の上には半田ボール13が形
成され、これによりCCB構造を構成する。尚、上記A
u層12は上記半田ボール13の形成時に半田のpbに
拡散してしまうため、本図では想像線にて表現した。ま
た上記TiN層10は、上記8丁、M電極8の上層に形
成される上記半田ボール13と下層に形成されている配
線層を成すアルミニウムが、反応しあって拡散をおこす
のを防止するバリヤメタルとして働く。
次に第1図に示されるCCB構造の製造工程を第3図(
a)〜(e)に基づいて説明する。
第3図(a)に示すように、所定の工程を経て半導体基
板1上にSin、にて成る絶縁膜2が形成され、その上
には第1層目アルミニウム配線層3が形成されている。
上記配線層3の上にはSiO,/ S OG/ S i
 02(1)積層の層間絶縁膜4を介して第2層目アル
ミニウム配線層5が形成され、さらにその上にはSin
、にて成る表面保護膜6が形成されている。上記表面保
護膜6の、上記第2層目アルミニウム配線層5の上に形
成された表面保護膜6の所定の位置にはスルーホール7
が開孔されている。
次に第3図(b)に示すように上記表面保護膜6上に、
上記スルーホール7を介して上記第2層目アルミニラ1
1配線層5に接続するようT i S i、層9が堆積
される。上記TiSi2層9は上記表面保護膜6を成す
S i O2を還元する働きがあるため1両者の界面に
て拡散が起こり互いに強い接着力にて結合する。次に上
記TiSi2層9の上に、上記BT、M1層8の上層に
形成される上記半田ボール13と、下層に形成されてい
る配線層を成すアルミニウムとの拡散を防止するバリヤ
メタルとして働<TiN層10が堆積される。さらに上
記TiN層10の上にCu層11及びAu層12を堆積
した後、エツチングにて所望の大きさ及び形状に成形し
、BLM電極を形成する。
次に第3図(c)に示すように上記表面保護膜6及びB
LM電極8上に、例えば感光性ポリイミド層15を全面
塗布し、BLM電極8上の所定の位置のみ露光した後に
現像をおこない、開孔部16を形成する。
さらに第3図(d)に示すようにSn層16及びPbM
17を、厚さの比が例えば5:95となるよう全面に堆
積させると、上記感光性ポリイミド層15がマスクとな
り上記開孔部16の中に露呈する上記BLM電極8上に
半田ボールの材料となる上記S n Ml 6及びpb
層17が形成される。
次に薬品にて上記感光性ポリイミド層15を溶解するこ
とにより、上記感光性ポリイミド15上の不要な上記S
n層16及びpb層17を除去し、上記BLM電極8上
の上記半田ボール材料となるSnM及びpb層のみを残
す。最後に熱を加えて上記BLMffi極8上の上記S
n層16及び上記Pb層17を溶融し、半田ボール13
を形成する。
尚、この時上記Au層12は半田に含まれるpbに吸い
込まれて拡散してしまう。
上記実施例によれば、以下の作用効果を得るものである
(1)BLM電極8の最下層に存在し表面保護膜6に接
触するTi5iJ59は、上記表面保護膜6を形成する
Sin、よりもマイナスの標準生成自由エネルギが大き
いため、上記5in2を還元し両者の界面にて拡散が起
こり互いに強い接着力にて結合するため、当該BLM電
極8のSin。
表面保護膜6よりの剥離発生を抑止することができる。
〔実施例2〕 第2図は本発明の他の実施例を示すBLMffi極をも
つCCB構造の縦断面図を示すが1本実施例と第1図及
び第2図に示した実施例との相違点はスルーホール7内
にタングステン電極20が埋め込まれていることである
上記タングステン電極20は表面保護膜6の所要部分に
スルーホール7が開孔された後、選択CVD法により当
該スルーホール内に表面保護膜6とほぼ面一になるよう
堆積されたものである。
尚、上記タングステン電極20が追加される以外は上記
実施例と製造工程は同一である。
上記実施例によれば、以下の作用効果を得るものである
(1)タングステン電極2oは表面保護膜6とほぼ面一
にスルーホール7内に堆積され、当該タングステン電極
20によって上記第2層目配線層と上記Ti層9が電気
的に接続されるため、上記表面保護膜6の上層に形成さ
れる上記TiSi、層9の上記スルーホール7内へのス
テップカバレージ不良による上記第2層目配線層と上記
TiSi2層9との接触不良を防止することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて
具体的に説明したが1本発明はそれに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。
例えば本実施例では表面保護膜の材質と上記表面保護膜
に接触するBLM電極最下層の材質をSiO2とTiS
i2としたが、必ずしもこの組合せに限定されるもので
はなく、電極最下層の材質にはチタニウムやチタニウム
とタングステンの合金或いはアルミニウム等、上記表面
保護膜を形成する酸化物のような絶縁可能な化合物より
もマイナスの標準生成自由エネルギが大きい材質を適宜
選択することができる。
また、上記実施例ではバリヤメタルとしてTiN層を用
いたが、BLM電極最下層にTiSi。
を用いるときにはTiN層を省略しても良く、この場合
はTiSi2がバリヤメタルとして機能する。
またBLM電極層のうち半田と金属結合する層の材質を
Cuとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく
、ニッケル等を採用することもできる。さらに、実施例
2ではスルーホール部に埋め込まれた電極の材質をタン
グステンとしたが。
金属等の上に選択的に堆積され得る材質を適宜採用する
ことができる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
を、その背景となった利用分野であるモノリシック型半
導体集積回路に適用する場合について説明したが、本発
明はそれに限定されるものではなく、ハイブリッド型半
導体集積回路等に広く利用することができる。本発明は
少なくともCCB構造を有する条件のものに適用するこ
とができる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである
すなわちBLMffi極のうち少なくとも表面保護膜と
接触する部分の材質は、上記表面保護膜を形成する材質
よりもマイナスの標準生成自由エネルギが大きいため上
記表面保護膜を還元し、両者の界面にて拡散が起こり互
いに強い接着力にて結合するため、当該B1、M電極の
表面保護膜よりの剥離発生を抑止することができるとい
う効果がある。
また、上記表面保護膜に設けられたスルーホール内に上
記保護膜とほぼ而−に金属を堆積させ電極を形成し、当
該電極によって下層配線層と上記I’(LM組電極電気
的に接続されるため、上記スルーホール内でのステップ
カバレージ不良による上記下層配線層と上記BLM電極
の間の接触不良発生を防止することができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるCCB構造を示す縦断
面図、 第2図は本発明の他の実施例であるCCB構造を示す縦
断面図、 第3図(a)〜(e)は上記CCB構造の製造工程の一
例を順次示す縦断面図である。 1・・・半導体基板、2・・・絶縁膜、3・・・第1層
目配線層、4・・・層間絶縁膜、5・・・第2層目配線
層、6・・・S i 02表面保護膜、7・・・スルー
ホール、8・・・BLM電極、9・・・TiSi2層、
10・・・TiN層、11・・・Cu層、12・・・A
u層、13・・・半田ボール、15・・・感光性ポリイ
ミド層、16・・・Sn層、17・・・pb層、20・
・タングステン電極。 二= \−一一7−一一一′

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、配線層の上に設けた表面保護膜の所要部分に開孔し
    たスルーホールを介して上記配線層と接続する金属突起
    電極形成用の下地電極層を上記表面保護膜上に設けて成
    り、上記下地電極層のうち少なくとも上記表面保護膜と
    接触する部分は上記表面保護膜を還元し得る導電層であ
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記表面保護膜と接触する導電層を形成する材質は
    、上記表面保護膜を形成する酸化物よりもマイナスの標
    準生成自由エネルギが大きいものであることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体集積回路装置。 3、上記スルーホール内には選択的に金属が堆積され、
    当該堆積金属によって上記配線層と上記下地電極層が電
    気的に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導
    体集積回路装置。
JP63235921A 1988-09-20 1988-09-20 半導体集積回路装置 Pending JPH0282623A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5376584A (en) * 1992-12-31 1994-12-27 International Business Machines Corporation Process of making pad structure for solder ball limiting metallurgy having reduced edge stress
CN104465426A (zh) * 2014-12-25 2015-03-25 颀中科技(苏州)有限公司 凸块的制作方法及凸块组件

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5376584A (en) * 1992-12-31 1994-12-27 International Business Machines Corporation Process of making pad structure for solder ball limiting metallurgy having reduced edge stress
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