[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

2011年3月28日提交的日本专利申请No.2011-70645的公开，包括说明书、附图和摘要，其全部作为参考并入于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

存在一种通过倒装芯片接合将电极上具有焊球的半导体器件安装到印刷电路板的技术。通常，在焊球和电极之间形成凸块下金属(UBM)。凸块下金属抑制电极和焊球之间的金属扩散。

安装这种半导体器件时，在焊球与印刷电路板侧上的电极相对的状态下，通过加热使焊球熔化然后冷却。也就是，安装时会产生热循环。

日本未审查专利公布No.2009-212332描述了一种半导体器件结构，在其结构中：多个聚酰亚胺层插入在凸块下金属和电极之间(在该专利文献中金属在最上层)，并且越朝向上层使聚酰亚胺层越软。

日本未审查专利公布No.2000-299343描述了一种半导体器件，其中：Cu布线焊垫掩埋在第一绝缘膜中，第二绝缘膜形成在第一绝缘膜和Cu布线焊垫上，多个开口形成在第二绝缘膜中，凸块下金属(UBM)形成在第二绝缘膜上和Cu布线焊垫上，焊料凸块形成在UBM上，并且多个开口存在于一个焊料凸块下面。

发明内容

附带地，近年来逐渐要求作为用于焊球的材料的无铅焊料与含铅焊料相比具有更低的延展性。因此，当由无铅焊料形成焊球时，与利用含铅焊料的情况相比，安装半导体器件时造成的应力变得更严重。

根据日本未审查专利公布No.2009-212332和2000-299343的结构，当焊球由无铅焊料形成时，虽然可以提供能够缓解绝缘膜破裂(例如，聚酰亚胺龟裂)进程的效果，但是仍然有空间来提高抑制破裂的产生。

如上所述，有空间来提高抑制由安装半导体器件时的应力造成的在绝缘膜中产生破裂。

本发明提供一种半导体器件，包括：电极，形成在电极上且具有用于暴露电极的开口的绝缘膜，形成在绝缘膜上且经由开口与电极连接的凸块下金属，和形成在凸块下金属上的焊球；其中位于电极上的开口中的第一部分的厚度A和位于绝缘膜上的开口周围的第二部分的厚度B满足条件：A/B≥1.5，并且开口和焊球是一一对应的。

根据该半导体器件，由于在凸块下金属中，位于电极上的开口中的第一部分的厚度相对厚，所以可以很容易确保例如针对在电极和焊球之间的金属扩散(电迁移)的可靠性。具体地，由于在凸块下金属中，位于电极上的开口中的第一部分的厚度A是位于绝缘膜上的开口周围的第二部分的厚度的1.5倍或更大，所以可以确保高可靠性。此外，在凸块下金属中，由于位于绝缘膜上的开口周围(位于开口的外部)的第二部分的厚度B相对薄，所以第二部分比第一部分更容易变形。具体地，由于厚度B是厚度A的2/3或更小，所以第二部分容易变形。因此，第二部分可以吸收、缓解和分散传播到其下面的绝缘膜的应力。即使焊球由无铅焊料形成，这也可以抑制在安装半导体器件时由应力造成在绝缘膜中产生破裂。

此外，由于开口和焊球是一一对应的(也就是说，焊球形成为每一个焊球对应于每一个开口)，所以可以抑制凸块下金属从电极剥离。在电极和凸块下金属之间的接合部分中的周围，绝缘膜的材料侵入到电极和凸块下金属之间的界面，并且在这部分上，电极和凸块下金属之间的接合强度有时降低。绝缘膜材料侵入接合部分的周围的距离基本是相同的，而与接合部分的面积无关。因此，假设接合部分的总面积是相同的，则当接合部分分成多个以增加接合部分的数目时，接合强度进一步降低，倾向于将凸块下金属从电极剥离。因此，通过采用焊球形成为每一个焊球对应开口中的每一个的结构，可以最大限度水平地确保电极和凸块下金属之间的接合强度，且可以抑制它们的剥离。然后，结果，可以进一步抑制在安装半导体器件时由应力造成在绝缘膜中的破裂。

换句话说，根据半导体器件，即使焊球由无铅焊料形成时，也能够抑制在安装半导体器件时由应力造成在绝缘膜中的破裂，并且还可以很容易确保针对在电极和焊球之间的金属扩散的可靠性。

此外，根据本发明的一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，包括：在电极上形成具有用于暴露电极的开口的绝缘膜；在该绝缘膜上形成凸块下金属，使得凸块下金属通过开口与电极连接；和在该凸块下金属上形成焊球，使得开口和焊球一一对应，其中在形成凸块下金属的步骤中形成凸块下金属，使得凸块下金属中，位于电极上的开口中的第一部分的厚度A和位于绝缘膜上的开口周围的第二部分的厚度B满足条件：A/B≥1.5。