JP3851607B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体基板上に狭ピッチで配された電極を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の実装技術として、半導体チップをパッケージングしないで直接他の配線基板に接合する、いわゆるフリップチップ接続がある。フリップチップ接続のための半導体チップには、機能素子や配線を含む活性層が形成された面に突起電極が形成されており、この突起電極と配線基板に形成された電極パッド等とが接合されてフリップチップ接続が達成される。この場合、半導体チップそのものが半導体装置である。
【０００３】
図２６は、突起電極が形成された従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
半導体ウエハなどの半導体基板１０１の予め平坦化された一方表面に、機能素子や配線を含む活性層１０２が形成され、活性層１０２上の所定の位置に、活性層の機能素子等を外部と電気的に接続するための電極パッド１０３が形成される。
【０００４】
次に、電極パッド１０３を露出させるように、半導体基板１０１の上にパッシベーション膜１０７が形成される。そして、以上の工程を経た半導体基板１０１の活性層１０２側の面に、電極パッド１０３や活性層１０２を保護するためのバリアメタル層(UBM ; Under Bump Metal)１０４が全面に形成される。この状態が、図２６（ａ）に示されている。
さらに、バリアメタル層１０４の上に、電極パッド１０３に対応する部分に開口１０５ａを有するレジスト膜（フォトレジスト）１０５が形成される（図２６（ｂ）参照）。開口１０５ａは、半導体基板１０１にほぼ垂直な内壁面を有している。
【０００５】
その後、電解メッキにより、レジスト膜１０５の開口１０５ａ内に突起電極１０６が形成される。この際、バリアメタル層１０４を介してメッキ液との間に電流が流される。これにより、バリアメタル層１０４がシード層となって、バリアメタル層１０４上に銅などの金属が被着されて突起電極１０６が形成される（図２６（ｃ）参照）。
続いて、レジスト膜１０５が除去され、さらに、バリアメタル層１０４が、電極パッド１０３と突起電極１０６との間に存在する部分を除いて除去される。これにより、半導体基板から突出した突起電極１０６が得られる。この状態が図２６（ｄ）に示されている。
【０００６】
さらに、必要により、突起電極１０６の先端を含む領域に低融点金属層１０８が形成される。たとえば、レジスト膜１０５を除去した後、無電解メッキにより低融点金属層１０８を形成した場合、図２７（ｅ）に示すように、低融点金属層１０８は、突起電極１０６の露出表面全面に形成される。すなわち、低融点金属層１０８は、突起電極１０６の側面にも形成される。
また、電解メッキによる突起電極１０６の形成が開口１０５ａを残して終了した後、レジスト膜１０５やバリアメタル層１０４の除去前に電解メッキにより低融点金属層１０８を形成されることもある。この場合、低融点金属層１０８は、図２８（ｆ）に示すように開口１０５ａ内にのみ形成される。その後、レジスト膜１０５を除去し、バリアメタル層１０４を電極パッド１０３と突起電極１０６との間に存在する部分を除いて除去すると、図２８（ｇ）に示すように、先端にのみ低融点金属層１０８が形成された突起電極１０６が得られる。
【０００７】
その後、半導体基板１０１が切断されて、突起電極１０６を有する半導体チップの個片（半導体装置）にされる。突起電極１０６に低融点金属層１０８が形成されている場合、このような半導体装置は、低融点金属金属層を溶融および固化させることにより、容易に配線基板の電極パッド等に接合できる。このような半導体装置の製造方法は、たとえば、下記非特許文献１に開示されている。
【０００８】
【非特許文献１】
山本好明、「チッソのウエハバンピングサービス」、電子材料、１９９５年５月、ｐ．１０１−１０４
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、メッキにより突起電極１０６を形成すると、複数の突起電極１０６の長さ（バリアメタル層１０４からの高さ）が均一にならないことがある。これは、メッキの際、突起電極１０６の成長速度はバリアメタル層１０４とメッキ液との間に流れる電流の大きさにほぼ比例するが、バリアメタル層１０４とメッキ液との間に流れる電流の大きさは半導体基板１０１の面内（たとえば、半導体基板１０１の中心部と周縁部との間）で均一にならないからである。
【００１０】
複数の突起電極１０６の長さがばらついていると、それらの先端は同一平面上にのらなくなる。このような突起電極１０６が形成された半導体チップは、配線基板に形成された電極パッド等に接合する際、短い突起電極１０６は配線基板の電極パッド等に良好に接触できず、機械的な接合不良および電気的な接続不良を生じる。
また、メッキの下地となるバリアメタル層１０４には、パッシベーション膜１０７による段差が形成されている。このため、突起電極１０６の先端面は、図２６（ｃ）（ｄ）、図２７（ｅ）、および図２８（ｆ）（ｇ）に示すように、中央部が窪んだ形状を有するようになる。このような場合も、突起電極１０６は、配線基板の電極パッド等に良好に接続できず、機械的な接合不良および電気的な接続不良を生じる。
【００１１】
さらに、メッキの際、突起電極１０６は、開口１０５ａを押し広げるようにレジスト膜１０５を変形させながら成長し、成長するにしたがってその先端の幅が大きくなる。その結果、図２６（ｄ）に示されているように逆台形の断面形状を有するようになる。これにより、隣接した電極パッド１０３の間隔（ピッチ）が狭い場合、これらの上に形成された突起電極１０６同士が、それらの先端で互いに近接した状態となる。このため、接合時などに隣接した突起電極１０６が、容易に接触し、電気的に短絡されてしまう。このため、複数の突起電極１０６（電極パッド１０３）同士を、互いに近接して配置すること、すなわち狭ピッチ化ができなかった。
【００１２】
さらに、メッキにより成膜可能な金属の種類は限られているので、突起電極１０６を構成する材料に関して選択の幅が狭かった。
さらに、レジスト膜１０５除去後、低融点金属層１０８を無電解メッキにより形成する場合、低融点金属層１０８は突起電極１０６の先端だけでなく側面にも形成されてしまう。フリップチップ接続のための半導体装置は、突起電極１０６の先端で外部接続されるので、突起電極１０６の先端以外の部分に形成された低融点金属層１６に相当する層は、ほとんど接合に寄与しないばかりか、隣接した突起電極１０６間の短絡の原因となることがある。
【００１３】
また、低融点金属層１０８を電解メッキにより形成する場合、突起電極１０６と同様、低融点金属層１０８の厚さも半導体基板１０１の面内で均一にならない。したがって、低融点金属層１０８を含めた突起電極１０６の先端は、同一平面上にのらなくなるので、接合不良の原因となる。
さらに、突起電極１０６を電解メッキにより形成した後、バリアメタル層１０４はウェットエッチングにより除去されるが、この際、エッチング量のコントロールが難しく、突起電極１０６とパッシベーション膜１０７および電極パッド１０３との間のバリアメタル層１０４まで除去（オーバーエッチング）されることがある。この場合、突起電極１０６の電極パッド１０３に対する接合強度が低下してしまう。また、バリアメタル層１０４のエッチングが、電極パッド１０３と突起電極１０６との間にまで至った場合、電極パッド１０３には露出した（被覆されていない）領域が生じる。これは、電極パッド１０３の腐食等による信頼性の低下につながる。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、先端がほぼ同一平面上にのる複数の突起電極を備えた半導体装置の製造方法を提供することである。
この発明の他の目的は、突起電極の狭ピッチ化が可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、突起電極を構成する金属材料の選択の幅が広い半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
この発明のさらに他の目的は、低融点金属層を突起電極の先端にのみ、ほぼ均一な膜厚で形成できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、半導体基板（Ｗ）上に金属からなり所定の位置に開口（４ａ，４４ａ，６４ａ，９４ａ）を有するストッパマスク層（４，４４，６４，９４）を形成する工程と、上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極（７，４７，６７，９７）を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後に、上記ストッパマスク層を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置（１０，１５，４０，５５，６０，９０）の製造方法である。
【００１７】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、金属からなるストッパマスク層は、従来の製造方法で用いられていたレジスト膜（フォトレジスト）と比べて、力が加えられた場合に変形しにくい。このため、金属材料供給工程において、金属材料がストッパマスク層の開口内に供給される際、ストッパマスク層はほとんど変形することがない。したがって、ストッパマスク層の開口内に供給された金属材料、すなわち、突起電極の形状は、開口の初期形状に従う。
【００１８】
また、突起電極を形成する工程が、研磨工程等を伴う場合、このような工程において力が加えられても、ストッパマスク層は変形しにくい。したがって、突起電極の形状は、開口の初期形状に従う。
このため、たとえば、開口の内壁面が半導体基板にほぼ垂直である場合、突起電極の側面は半導体基板にほぼ垂直になり、突起電極の幅はほぼ一定になる。すなわち、従来の製造方法のように、突起電極が成長するにしたがって突起電極先端の幅が大きくなることはない。したがって、この場合、隣接した突起電極同士が、それらの先端で接触し電気的に短絡することはないから、突起電極を近接して配することができる。すなわち、突起電極の狭ピッチ化が可能である。
【００１９】
突起電極が形成された後、ストッパマスク層は除去されるので、得られた半導体装置において、ストッパマスク層を介して突起電極同士が電気的に短絡することもない。
以上のようにストッパマスク層は変形しにくいことが好ましく、たとえば、請求項２記載のように、突起電極より硬い金属からなるものとすることができる。たとえば、突起電極が銅からなる場合、ストッパマスク層はクロム（Ｃｒ）からなるものとすることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、半導体基板（Ｗ）上に、絶縁体からなり所定の位置に開口（２４ａ，８４ａ）を有し、単一の材料からなるストッパマスク層（２４，８４）を形成する工程と、上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極（２７，８７）を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層の一部を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、かつ、感光性を有する材料からなり、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層を所定のパターンのマスクを介して露光した後現像することにより上記開口を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置（２０，３５，８０）の製造方法である。
【００２１】
この発明によれば、ストッパマスク層は突起電極形成時に変形しにくい。したがって、請求項１記載の半導体装置の製造方法と同様、ストッパマスク層の開口の初期形状に従う形状を有する突起電極を形成できるから、隣接した突起電極が接触して電気的に短絡することはない。したがって、突起電極の狭ピッチ化が可能である。
金属材料供給工程の後、ストッパマスク層は、表面から所定の厚さだけ除去してもよく、これにより、突起電極はストッパマスク層の残部から突出した状態となる。
【００２２】
ストッパマスク層は絶縁体であるから、ストッパマスク層の残部は突起電極を相互に電気的に短絡せず、むしろ、半導体基板（たとえば、半導体基板の表面に形成された活性層や電極）を保護する保護膜として機能する。
ストッパマスク層（保護膜）や半導体基板から突出した突起電極を介して、この半導体装置を他の配線基板等に容易に接合できる。
【００２３】
ストッパマスク層は、たとえば、弾性率が１．５ＧＰａ以上のものとすることができる。従来の製造方法で用いられていたレジスト膜（フォトレジスト）の弾性率は、１ＧＰａ程度である。したがって、１．５ＧＰａ以上の弾性率を有するストッパマスク層は、従来の製造方法で用いられていたレジスト膜と比べて、力が加えられた場合に変形しにくい。
ストッパマスク層は、たとえば、酸化珪素または窒化珪素からなるものであってもよい。酸化珪素または窒化珪素からなるストッパマスク層の一部が除去された場合、半導体基板上に残ったストッパマスク層は、保護膜として良好に機能する。
【００２４】
ストッパマスク層は、従来の方法で用いられていたレジスト膜と比べて、突起電極の形成時に変形しにくいものである限り、樹脂からなるものであってもよい。
金属材料供給工程において、ストッパマスク層の開口内への金属材料の供給は、請求項４記載のように化学蒸着法またはスパッタ法によるものであってもよく、請求項５記載のように電解メッキ法によるものであってもよく、請求項６記載のように無電解メッキ法によるものであってもよい。
【００２５】
化学蒸着法で成膜可能な金属材料は、メッキで成膜可能な金属材料より種類が多い。したがって、この発明によれば、金属材料供給工程によりストッパマスク層の開口内に供給可能な金属材料の種類は多い。すなわち、この製造方法によれば、突起電極を構成する金属材料の選択の幅が広い。
薄いストッパマスク層を形成する場合は、金属材料供給工程は、スパッタ法により上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給するものであってもよい。スパッタ法で成膜可能な金属材料も、メッキで成膜可能な金属材料より種類が多い。したがって、突起電極を構成する金属材料の選択の幅が広い。
【００２６】
電解メッキや無電解メッキにより金属材料を供給する場合は、生産性を高くすることができる。
ストッパマスク層や金属材料の種類等により、以上の方法の中から適当な方法を選択することができる。
請求項７記載の発明は、上記ストッパマスク層を形成する工程の前に、上記半導体基板上に金属薄膜（４１，６１）を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００２７】
この発明によれば、金属薄膜をメッキ液に接触させ、金属薄膜をメッキ液との間で電流を流すためのシード層として電解メッキすることにより、金属薄膜の上に金属膜を形成できる。したがって、たとえば、ストッパマスク層が金属からなる場合、ストッパマスク層を電解メッキにより形成できる。
また、ストッパマスク層を形成する工程は、開口内に金属薄膜が露出するようにストッパマスク層を形成するものとすることができる。この場合、金属材料供給工程は、開口内に露出した金属薄膜にメッキ液を接触させて、金属薄膜をシード層とした電解メッキにより行うことができる。
【００２８】
金属薄膜は各種原子の拡散を防止して、半導体基板の表面に形成された活性層や電極を保護するバリアメタル層（ＵＢＭ ； Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ）として機能するものであってもよい。したがって、ストッパマスク層や突起電極を化学蒸着法など電解メッキ以外の方法により形成する場合であっても、金属薄膜を形成するものとすることができる。
請求項８記載の発明は、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層の上にエッチング用開口（５ａ，２５ａ，４５ａ，６５ａ）を有するレジスト膜（５，２５，４５，６５）を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００２９】
この発明によれば、たとえば、開口を一切有しないストッパマスク層が形成された後、レジスト膜を利用したエッチングにより開口が形成される。エッチング用開口は、たとえば、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィにより形成することが可能である。このようにして、所定の位置に開口を有するストッパマスク層を容易に形成することができる。
エッチング用開口を介したストッパマスク層のエッチングは、ウェットエッチングにより行うことも可能であるが、ドライエッチングにより行うことが好ましい。ドライエッチング（特に、異方性ドライエッチング）では、エッチング媒体が半導体基板にほぼ垂直にストッパマスク層に衝突させられてエッチングされるので、開口の内壁面は、半導体基板にほぼ垂直になる。この場合、金属材料供給工程により、半導体基板にほぼ垂直な側面を有する突起電極を得ることができる。
【００３０】
上記ストッパマスク層が感光性を有する材料からなり、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層を所定のパターンのマスクを介して露光した後現像することにより上記開口を形成する工程を含む場合、半導体基板上にストッパマスク層またはその前駆体層を形成した後、所定のパターンを有するマスクを介してストッパマスク層またはその前駆体層を露光することにより、露光された部分のエッチング耐性を変化させることができる。その後、適当なエッチング液によりストッパマスク層をエッチング（現像）することにより、ストッパマスク層に開口を形成できる。
【００３１】
したがって、請求項８記載の発明のようにストッパマスク層に開口を形成するために、別途レジスト膜を形成する必要がない。この場合、ストッパマスク層の材料としては、フォトレジスト材料（ポジ型またはネガ型）のうち弾性率が高いものや感光性のポリイミドなどを用いることができる。
請求項９記載の発明は、上記ストッパマスク層を形成する工程の後、上記金属材料供給工程の前に、上記ストッパマスク層の露出表面に、原子の拡散を防止するための拡散防止膜（６９）を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００３２】
ストッパマスク層の材質および突起電極を形成するための金属材料の種類によっては、ストッパマスク層とこの金属材料とが接触した場合、反応することがある。特に、ストッパマスク層が金属からなり、メッキによりストッパマスク層を形成する場合は、このような反応が生じやすい。
この発明によれば、ストッパマスク層の露出表面に拡散防止膜を形成することにより、このような反応を防止することができる。これにより、突起電極の形成後、ストッパマスク層を除去する際、ストッパマスク層のみを選択的に除去しやすくなる。
【００３３】
拡散防止膜は、たとえば、酸化物や窒化物からなるものとすることができる。また、拡散防止膜は、バリアメタル層と同様の金属材料からなるものとすることができる。この場合でも、拡散防止膜として適当な金属を選択することにより、ストッパマスク層と突起電極を形成するための金属材料とが反応することを回避できる。金属からなる拡散防止膜は、ストッパマスク層を除去した後、ウェットプロセスにより容易に除去できる。したがって、最終的に拡散防止膜を含まない半導体装置を得たい場合は、拡散防止膜を金属からなるものとすることができる。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、上記金属材料供給工程の前に、上記開口内に金属薄膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
この製造方法によっても、請求項７記載の発明と同様、金属薄膜をシード層として電解メッキにより金属材料を形成できる。金属薄膜は各種原子の拡散を防止して、半導体基板の表面に形成された活性層や電極を保護するバリアメタル層として機能するものであってもよい。
【００３５】
たとえば、ストッパマスク層が絶縁体からなる場合、この発明に係る製造方法により、必要な部分にのみバリアメタル層を形成できる。すなわち、バリアメタル層が活性層および電極パッドの上に全面に形成されることはないので、絶縁体からなるストッパマスク層を残して半導体装置を形成する場合でも、電極パッド同士が短絡されることはない。
請求項１１記載の発明は、上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００３６】
金属材料供給工程が、たとえば、化学蒸着法により金属材料を供給するものである場合、ストッパマスク層の上など開口外にも金属材料が供給され堆積する。この発明によれば、平坦化工程により、このような開口外に堆積した金属材料は除去される。
また、ストッパマスク層に複数の開口が形成されていた場合、平坦化工程により、これらの開口内に供給された金属材料、すなわち、突起電極の先端は、ほぼ同一平面上にのるようになる。半導体基板の突起電極が形成された面が平坦でありストッパマスク層の厚さが均一である場合は、突起電極の高さは均一になる。したがって、得られた半導体装置を、配線基板に形成された電極パッド等に接合する際、すべての突起電極が配線基板の電極パッド等に良好に接触でき、機械的な接合および電気的な接続が良好になされる。
【００３７】
平坦化工程は、たとえば、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により実施できる。ストッパマスク層が金属からなる場合、ＣＭＰにおいてストッパマスク層と突起電極との化学的なエッチング性の差は少ない。この場合、請求項２記載のようにストッパマスク層が突起電極より硬い金属材料からなるものとすることにより、ＣＭＰ時に突起電極がストッパマスクから突出して研磨だれする事態を回避できる。突起電極が銅からなる場合、ストッパマスク層は銅より硬い金属材料としてクロムからなるものとすることができる。
【００３８】
金属材料供給工程を実施する前に、ストッパマスク層の表面を予め平坦化しておいてもよい。この場合、平坦化工程により、容易に突起電極の先端をほぼ同一平面上にのるようにできる。また、この場合、ストッパマスク層を突起電極を形成するための金属材料よりも硬い（耐摩耗性を有する）ものとすることにより、研磨により、実質的にストッパマスク層の開口外に存在する金属材料のみを選択的に除去することができる。
【００３９】
請求項１２記載の発明は、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層の上にエッチング用開口（４５ａ）を有するレジスト膜（４５）を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含み、上記金属材料供給工程が、上記レジスト膜のエッチング用開口を介して、上記ストッパマスク層の開口内に上記金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法である。
【００４０】
この発明によれば、レジスト膜を利用してストッパマスク層に開口が形成された後、レジスト膜を残したまま金属材料が供給される。ストッパマスク層が形成される前に金属薄膜が形成されており、金属材料供給工程が、開口底部に露出した金属薄膜を利用したメッキにより金属材料が供給されるものである場合、金属材料は、開口内およびエッチング用開口内を金属薄膜側から満たしていく。
したがって、開口内が金属材料で満たされた後、エッチング用開口が金属材料で満たされる前に、金属材料の供給を終了すれば、金属材料はストッパマスク層の開口およびエッチング用開口外には存在しない状態となる。
【００４１】
その後、レジスト膜を除去すると、金属材料は開口が存在する部分でストッパマスク層の表面から突出し、ストッパマスク層の表面には存在しない状態となる。したがって、このような半導体基板に対して平坦化工程を実施すると、ストッパマスク層の表面に金属材料が存在している場合と比べて、除去される金属材料の量は少なくなる。このため、金属材料が、たとえば、金のような高価な材料を含む場合、コストを低減できる。
【００４２】
請求項１３記載の発明は、上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所（６ａ，２６ａ，４６ａ，８７ａ）を形成する工程と、この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属（１６，３６，５６，８６）からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置の製造方法である。
【００４３】
凹所は、たとえば、エッチングにより金属材料を所定の厚さだけ除去することにより形成してもよい。低融点金属層は凹所外にも形成されてもよく、この場合、低融点金属層を形成する工程の後、凹所外の低融点金属層を、たとえば、研磨により除去する工程を実施するものとすることができる。また、低融点金属層は、たとえば、メッキにより凹所内にのみ形成するようにしてもよい。
これにより、低融点金属層は凹所内のみ存在する状態とされる。その後、ストッパマスク層の一部または全部を除去することにより、先端のみに低融点金属層が形成された突起電極が得られる。このように凹所を利用することにより、突起電極の先端にのみ低融点金属層が形成された半導体装置を、容易に製造することができる。得られた半導体装置は、配線基板に形成された電極パッド等に接合する際、この低融点金属層を溶融および固化させて、突起電極と配線基板の電極パッドとを接合できる。
【００４４】
低融点金属は、たとえば、錫、インジウム、それらの合金などとすることができる。
請求項１４記載の発明は、上記金属材料供給工程が、上記ストッパマスク層の開口が上記金属材料により完全に満たされる前に上記金属材料の供給を終了することにより、上記金属材料の上に凹所を確保するものであり、この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００４５】
この発明によれば、凹所は、請求項１３記載の製造方法のように、一旦開口内を金属材料で満たしてから、金属材料の一部を除去して得るのではなく、開口内が金属材料で満たされないように金属材料の供給量を制限することにより得られる。これにより、開口内に供給された金属材料の一部を除去する工程が不要となるので、工程を簡略化できる
このような方法によっても、先端のみに低融点金属層が形成された突起電極を得ることができ、請求項１３記載の製造方法と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
請求項１５記載の発明は、半導体基板（Ｗ）上に、金属からなり表面が平坦なストッパマスク層（７４）を形成する工程と、このストッパマスク層の表面の所定の位置に凹所（７４ａ）を形成する工程と、この凹所内に、低融点金属からなる低融点金属層（７６）を形成する工程と、この凹所内に形成された上記低融点金属層をマスクとして上記ストッパマスク層をエッチングして、上記ストッパマスク層の残部から構成される突起電極（７７）を形成する工程とを含み、上記低融点金属層を構成する低融点金属の固相線温度が、上記突起電極を構成する金属の固相線温度より低いことを特徴とする半導体装置（７０）の製造方法である。
【００４７】
この発明によれば、ストッパマスク層の一部が突起電極となるので、請求項１ないし１４記載の製造方法のように、開口を有するストッパマスク層を用いて、別途突起電極を形成する場合と比べて、工程を簡略化できる。
ストッパマスク層の凹所は、たとえば、エッチング用開口を有するレジスト膜を用いて、エッチング用開口を介したエッチングにより形成することができる。この場合、低融点金属層の形成はレジスト膜を残したまま行ってもよく、凹所外に低融点金属層が形成されている場合は、たとえば、研磨によりレジスト膜ごと凹所外の低融点金属層を除去してもよい。これにより、低融点金属層は、凹所内にのみ存在する状態となる。
【００４８】
複数の凹所が形成されることに対応して、複数の低融点金属のマスクが得られ、これらのマスクを用いたストッパマスク層のエッチングにより、複数の突起電極が得られる。凹所が形成される前のストッパマスク層の表面は平坦であるので、凹所の深さや低融点金属層の厚さがほぼ一定とみなせる場合は、得られた突起電極の先端は、ほぼ同一平面上にのるようになる。半導体基板の突起電極が形成された面が平坦であり、ストッパマスク層の厚さが均一である場合は、突起電極の高さは均一になる。したがって、得られた半導体装置は、突起電極を介して良好に外部接続できる。
【００４９】
請求項１６記載の発明は、半導体基板（Ｗ）上に、絶縁体からなり所定の位置に開口（８４ａ）を有するストッパマスク層（８４）を形成する工程と、上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極（８７）を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置（８０）の製造方法。
【００５０】
この発明によれば、ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給することにより、半導体基板上の所定の位置に突起電極を形成することができる。ストッパマスク層に複数の開口を形成する場合は、複数の突起電極が得られ、平坦化工程により、これらの突起電極の先端は、ほぼ同一平面上にのるようになる。半導体基板の突起電極が形成された面が平坦であり、ストッパマスク層の厚さが均一である場合は、突起電極の高さは均一になる。したがって、得られた半導体装置は、突起電極を介して良好に外部接続できる。
【００５１】
ストッパマスク層は、突起電極の形成後、除去せずに残すものとすることができる。この半導体基板を切断して得られた半導体チップを、たとえば、フリップチップ接続用の半導体装置として使用することができる。この半導体装置を配線基板の電極パッド等に接続する際、ストッパマスク層を構成する絶縁体のガラス転移温度以上の温度に加熱すると、ストッパマスク層は軟化して、半導体基板と配線基板等との間を埋めるように流動する。
【００５２】
これにより、半導体装置の配線基板等に対向する面（たとえば、機能素子や配線を含む活性層が形成された面）は、ストッパマスク層により保護される。すなわち、ストッパマスク層はアンダーフィル材として機能する。このため、半導体装置（半導体チップ）をフリップチップ接続した後、別途、半導体装置と配線基板等との間にアンダーフィル材を充填する工程を省略できる。
ストッパマスク層は、たとえば、熱可塑性樹脂やガラスからなるものとすることができる。ストッパマスク層のガラス転移温度は、突起電極を介した接合の際の温度（接合温度）以下であることが好ましい。
【００５３】
たとえば、突起電極に錫やインジウムなどの低融点金属からなる層が形成されている場合、突起電極を介した接合は、これらの低融点金属の融点（たとえば、錫の場合は２３７℃、インジウムの場合は１５０℃）以上の温度で行われる。この場合、ストッパマスクのガラス転移温度は、たとえば、低融点金属の融点（固相線温度）以下であれば接合温度以下となる。
突起電極が金や銅などの融点が高い金属からなり、低融点金属層を有していない場合、接合温度は、接合プロセスにより室温〜３５０℃程度とされる。この場合、ストッパマスク層のガラス転移温度は、それらの接合温度以下とすることができる。
【００５４】
また、突起電極の先端とストッパマスク層の表面とは連続した平坦面になるので、得られた半導体装置をフリップチップ接合する際、ストッパマスク層が軟化する前の段階で、半導体装置と配線基板等との間の空間は、ストッパマスク層でほぼ埋められた状態となる。この状態のストッパマスク層を加熱して軟化させることにより、半導体装置と配線基板等との間の空間を、より空隙を少なくしてストッパマスク層で満たすことができる。
【００５５】
また、このような半導体装置は、同様の構造を有する他の半導体装置と活性層が形成された側の面を対向させ、突起電極の先端同士を接合し、いわゆるチップ・オン・チップ接続することができる。この場合も、フリップチップ接合の場合と同様、対向して接合された半導体装置（チップ）同士の空隙をストッパマスク層で埋めることができる。
上記平坦化工程の後、上記凹所を形成する工程の代わりに、上記ストッパマスク層の一部を除去して、上記金属材料を突出させる工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、先端がストッパマスク層から突出した突起電極を有する半導体装置が得られる。
【００５６】
突起電極の先端がストッパマスク層から突出していることにより、チップ・オン・チップ接続を容易に行うことができる。この場合、突起電極はストッパマスク層からわずかに突出するようにすることが好ましい。これにより、両半導体装置（チップ）間の空隙がストッパマスク層によりほぼ満たされた状態とすることができる。
また、チップ・オン・チップ接続に用いる半導体装置（チップ）は、一方のみ、突起電極の先端がストッパマスク層から突出したものとし、他方を、突起電極の先端とストッパマスク層の表面とがほぼ同一平面上にのるものとしてもよい。
【００５７】
請求項１６に係る製造方法により得られる半導体装置は、上記先端がストッパマスク層から突出した突起電極を有する半導体装置とチップ・オン・チップ接続できる。この場合、上記先端がストッパマスク層から突出した突起電極を有する半導体装置の突出した突起電極を、請求項１６記載の発明に係る半導体装置の凹所に嵌めて接合することができる。これにより、双方の半導体装置の突起電極同士を容易に接合し、かつ、ストッパマスク層により、双方の半導体装置の間の空隙をほぼ満たすことができる。
【００５８】
請求項１７記載の発明は、上記凹所を含む領域に上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法である。
得られた半導体装置は、加熱することにより低融点金属層を溶融および固化させて、突起電極を配線基板の電極パッド等に接合できる。加熱温度は、低融点金属の融点（固相線温度）以上で、かつ、ストッパマスク層のガラス転移温度以上とすることができる。これにより、突起電極と配線基板の電極パッド等との接合し、同時にストッパマスク層で半導体基板と配線基板等との間を埋めることができる。
【００５９】
また、同様の構造を有する２つの半導体装置を、突起電極同士を対向させて接合することもできる。この場合、一方の半導体装置は突起電極の先端（低融点金属層）がストッパマスク層の表面に対してほぼ面一またはわずかに窪んだ形状となるようにし、他方の半導体装置は、ストッパマスク層の表面から突起電極の先端がわずかに突出するようにすることが好ましい。これにより、２つの半導体装置を良好に接合し、かつ、加熱によりストッパマスク層を軟化させて、２つの半導体装置の間の空間を、ストッパマスク層で良好に満たすことができる。
【００６０】
低融点金属層を形成する工程により、凹所外にも低融点金属層が形成される場合は、研磨等により凹所外の低融点金属層を除去することとしてもよい。凹所を利用することにより、先端にのみ低融点金属層が形成された突起電極を容易に得ることができる。
請求項１８記載の発明は、上記金属材料供給工程により得られた突起電極の先端に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属（８６）からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法である。
【００６１】
この発明によれば、低融点金属層を溶融および固化させることにより、この半導体装置を配線基板上の電極パッドにフリップ接合したり、同様の構造を有する他の半導体装置（チップ）とチップ・オン・チップ接続できる。接合（接続）の際、適当な温度に加熱することにより、ストッパマスク層を流動させて、この半導体装置（チップ）と配線基板上の電極パッドや他の半導体装置（チップ）との間をストッパマスク層で満たすことができる。
【００６２】
請求項１９記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程が、上記凹所を含む領域に上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法である。
この発明によれば、請求項１３記載の発明と同様、凹所を利用して突起電極の先端に低融点金属層を形成できる。
【００６３】
請求項２０記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程の後、上記ストッパマスク層の一部を除去して、上記低融点金属層および上記突起電極を表面から突出させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法である。
この発明によれば、突起電極は低融点金属層が形成された後ストッパマスク層から突出される。したがって、低融点金属層は凹所を利用して容易に突起電極の先端にのみ形成できる。
請求項２１記載の発明は、半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、上記平坦化工程の後、上記ストッパマスク層の一部を除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程と、上記金属材料供給工程により得られた突起電極の先端に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程と、上記平坦化工程の後、上記低融点金属層を形成する工程の前に、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程とをさらに含み、上記低融点金属層を形成する工程が、上記凹所を含む領域に上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００６４】
請求項２２記載の発明は、半導体基板（Ｗ）上に、所定の位置に開口（９４ａ）を有し表面のうち上記開口以外の部分がほぼ同一平面上にのるストッパマスク層（９４）を形成する工程と、上記開口内に熱硬化型の導電性ペースト（９１）を、表面が上記ストッパマスク層とほぼ面一になるように充填するペースト充填工程と、このペースト充填工程の後、上記導電性ペーストを加熱することにより硬化させる硬化工程と、上記硬化工程による導電性ペーストの収縮に伴って生じた凹所（９１ａ）内を含む領域に低融点金属からなる低融点金属層（９６）を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置（９０）の製造方法である。
【００６５】
この発明によれば、ストッパマスク層の表面は、開口が存在する部分を除いてほぼ平坦であり、また、導電性ペーストはストッパマスク層の表面とほぼ面一になるように充填される。したがって、複数の開口が形成されている場合は、各開口内に充填された導電性ペーストの表面は、ほぼ同一表面上にのる。同一種類の導電性ペーストの収縮率は、ほぼ一定であるので、硬化後の導電性ペーストの表面、すなわち、突起電極の先端もほぼ同一表面上にのるようになる。したがって、得られた半導体装置は、突起電極を介して良好に外部接続できる。
【００６６】
また、請求項１３、１７または１９記載の発明と同様、ストッパマスク層の凹所を利用して、突起電極の先端に低融点金属層を形成できる。
さらに、凹所は、導電性ペーストが硬化収縮する際に形成されるので、エッチング等による場合と比べて、容易に凹所を形成できる。
請求項２３記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程が、化学蒸着法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１８、１９、２０および２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【００６７】
請求項２４記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程が、スパッタ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１８、１９、２０および２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
化学蒸着法やスパッタ法により、均一な膜厚および良好な膜質を有する低融点金属層を形成できる。
【００６８】
請求項２５記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程が、無電解メッキ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法である。
この発明によれば、無電解メッキにより凹所内にのみ金属材料を供給できる。したがって、金属材料供給工程の後、凹所外に供給された金属材料を除去する必要はない。
請求項２６記載の発明は、半導体基板上に、感光性を有する絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層を所定のパターンのマスクを介して露光した後現像することにより上記開口を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項２７記載の発明は、半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程と、上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程と、この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項２８記載の発明は、半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程と、上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、上記凹所を含む領域に上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項２９記載の発明は、上記低融点金属層を形成する工程が、無電解メッキ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２８記載の半導体装置の製造方法である。
請求項３０記載の発明は、半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有し、単一の材料からなるストッパマスク層を形成する工程と、上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層の一部を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程をさらに含み、上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程と、この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項３１記載の発明は、上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマス ク層の上にエッチング用開口を有するレジスト膜を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含み、上記金属材料供給工程が、上記レジスト膜のエッチング用開口を介して、上記ストッパマスク層の開口内に上記金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項３０記載の半導体装置の製造方法である。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置１０は、パッケージングされていない半導体基板８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）２が形成されており、活性層２上の所定の位置には、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、それらの合金、金（Ａｕ）からなり、活性層２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）３が形成されている。活性層２の上には、活性層２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド３を露出させるように形成されている。
【００７０】
電極パッド３からは、柱状の突起電極７が突出している。突起電極７は、電極パッド３とは異なる材料からなるものであってもよく、同じ材料からなるものであってもよい。この半導体装置１０は、突起電極７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続可能である。これにより、活性層２の機能素子を、電極パッド３および突起電極７を介して外部接続できる。
図２および図３は、図１に示す半導体装置１０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【００７１】
先ず、半導体基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの予め平坦にされた一方表面に、機能素子や配線を含む活性層２が形成され、活性層２上の所定の位置に電極パッド３が形成される。この状態が図２（ａ）に示されている。その後、電極パッド３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。
続いて、電解メッキ、無電解メッキ、化学蒸着法(CVD ; Chemical Vapor Deposition)、スパッタ法などの方法により、以上の工程を経たウエハＷの活性層２側の面に、全面に金属からなるストッパマスク層４が形成される。ストッパマスク層４は突起電極７より硬い材料からなり、たとえば、突起電極７が金（ビッカース硬度２４）や銅（ビッカース硬度７８）からなる場合、ストッパマスク層４はクロム（Ｃｒ；ビッカース硬度１３０）からなるものとすることができる。
【００７２】
電解メッキにより、ストッパマスク層４を形成する場合は、ウエハＷの活性層２側の面に、予めスパッタなどの方法により導電性を有するシード層が形成される。このシード層を介してメッキ液との間に電流が流されることにより、シード層の上に金属原子が被着されてストッパマスク層４が形成される。
得られたストッパマスク層４の厚さが均一でない場合や表面の平坦性が悪い場合は、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)によって、厚さが均一にされ表面が平坦化される（図２（ｂ）参照）。
【００７３】
次に、ストッパマスク層４の上に、全面にレジスト膜（フォトレジスト）５が形成され、フォトリソグラフィによりレジスト膜５の電極パッド３上方にある部分が除去されてエッチング用開口５ａが形成される。エッチング用開口５ａの幅は、たとえば、電極パッド３の幅より狭く、パッシベーション膜（図示せず）からの電極パッド３の露出幅より広くなるようにされる（図２（ｃ）参照）が、これに限定されるものではない。
【００７４】
その後、レジスト膜５のエッチング用開口５ａを介して、ストッパマスク層４がエッチングされる。これにより、ストッパマスク層４には、レジスト膜５のエッチング用開口５ａと連続した開口４ａが形成される。開口４ａの底には電極パッド３が露出する。
この工程は、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことも可能であるが、異方性ドライエッチングにより行うことが好ましい。ドライエッチングでは、エッチング媒体がウエハＷにほぼ垂直にストッパマスク層４に衝突させられてエッチングされるので、図３（ｄ）に示すように、開口４ａの内壁面は、ウエハＷにほぼ垂直になる。また、電極パッド３をストッパマスク層４よりエッチング耐性を有するものとすることにより、電極パッド３がエッチングされないようにストッパマスク層４をエッチングできる。
【００７５】
次に、レジスト膜５が除去された後、化学蒸着法、スパッタ法などにより、以上の工程を経たウエハＷの活性層２側の面に、開口４ａを完全に埋めるように、たとえば金が供給され、金からなる金属膜６が形成される。金属膜６は、図３（ｅ）に示すように、ストッパマスク層４の上にも堆積する。
続いて、ウエハＷの金属膜６が形成された面が、たとえば、ＣＭＰにより研磨（研削）されて、開口４ａ外に形成された金属膜６が除去される。この工程は、化学的な研磨を伴わない機械的な研磨によって行ってもよい。この際、ストッパマスク層４により、金属膜６の研磨くずが活性層２に至るのを防止できる。
【００７６】
これにより、ストッパマスク層４の表面と金属膜６の表面とは、連続した平坦面となる（図３（ｆ）参照）。
ストッパマスク層４が、たとえば、クロムからなる場合、金からなる金属膜６よりストッパマスク層４の方が硬い。このため、機械的な研磨により、ストッパマスク層４上の金属膜６が除去された後、ストッパマスク層４がほとんど除去されないようにすることが可能である。
【００７７】
金属膜６の残部は電極パッド３に接合された突起電極７となる。突起電極７の先端面は、従来の方法による突起電極１０６の先端面（図２６（ｃ）（ｄ）、図２７（ｅ）、および図２８（ｆ）（ｇ）参照））のように、パッシベーション膜（図示せず）による段差の影響により中央部で窪んだ形状になることはない。
続いて、ウェットエッチングによりストッパマスク層４が除去されて、突起電極７は電極パッド３から突出した状態となる。この工程は、金属膜６（たとえば、金）よりストッパマスク層４（たとえば、クロム）に対する腐食性が強いエッチング液を用いて、ストッパマスク層４をエッチングすることにより実施できる。また、この工程はドライエッチングにより実施してもよい。
【００７８】
その後、ウエハＷが半導体基板８の個片に切断されて、図１に示す半導体装置１０が得られる。
以上の半導体装置の製造方法において、クロムからなるストッパマスク層４は、従来の製造方法で使用されているレジスト膜（フォトレジスト）１０５（図２６参照）と比べて弾性率や剛性率が高く、力が加えられた場合に変形しにくい。このため、金属膜６が形成される際、金属膜６のうち開口４ａの側壁に沿う面は、開口４ａの初期的な形状を反映して、ウエハＷにほぼ垂直になる。したがって、突起電極７の側面はウエハＷにほぼ垂直（ストレート）になる。すなわち、従来の製造方法による突起電極１０６のように、成長するにしたがってその先端の幅が大きくなったりすることがなく、逆台形の断面形状（図２６（ｄ）参照）を有することはない。
【００７９】
特に、隣接した突起電極７の間隔（ピッチ）が狭く設計されていた場合、ストッパマスク層４も薄くされるが、ストッパマスク層４はこのような場合でも変形しにくい。このため、隣接した突起電極７の間隔（ピッチ）が狭く設計されていた場合でも、これらの突起電極７の先端が互いに容易に接触し、電気的に短絡されることはない。すなわち、この製造方法により、突起電極７を狭ピッチ化した半導体装置１０を製造可能である。
【００８０】
また、ストッパマスク層４の表面は、金属膜６の形成前にすでに平坦にされているので、金属膜６が研磨されることにより、高さの均一性が高い突起電極７が得られる。また、仮にウエハＷ表面の平坦性が悪い場合でも、突起電極７の先端は、高い精度でほぼ同一平面上にのるようになる。したがって、このような突起電極７を備えた半導体装置１０は、配線基板にフリップチップ接続する際、いずれの突起電極７も配線基板に形成された電極パッド等に接触でき、良好に接合できる。突起電極７の先端面に窪みがなく平坦であることによっても、良好な接合が確保される。
【００８１】
従来のレジスト膜１０５を用いた製造方法では、突起電極１０６はレジスト膜１０５の表面から突出しないように形成されていたので、レジスト膜１０５を除去した後でなければ突起電極１０６の先端を研磨できなかった。この場合、研削圧は突起電極１０６の先端でのみ受けることになるので、容易に研磨できなかった。
これに対して、以上の実施形態においては、金属膜６を研磨（研削）する際、研削圧はストッパマスク層４全面で受けることになる。したがって、通常の機械的な研削プロセス（ＣＭＰを含む。）が適用でき、特殊な研削プロセスは不要である。
【００８２】
さらに、化学蒸着法やスパッタ法では、メッキによる成膜が困難な場合でも成膜できることがある。たとえば、電解メッキによる成膜の場合、メッキ液に曝されるパターン開口部がある程度大きくなければメッキできず、無電解メッキの場合、メッキが施される下地を構成する金属の種類によりメッキ可能な金属の種類が決まってしまう。化学蒸着法やスパッタ法ではこのような制約がなく、突起電極７を容易に形成できる。
【００８３】
さらに、化学蒸着法やスパッタ法で金属膜６を形成する場合、シード層となるバリアメタル層(UBM ; Under Bump Metal)を形成する必要はない。したがって、突起電極７形成後不要な部分のバリアメタル層を除去する際に、バリアメタル層がオーバーエッチングされることによる問題は生じ得ない。
図４は、第１の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。図１に示す半導体装置１０と同一構成である部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
この半導体装置１５の突起電極７の先端には、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、それらの合金などの低融点金属からなる薄い低融点金属層１６が形成されている。半導体装置１５は、低融点金属層１６を溶融および固化させて、配線基板に形成された電極パッドなどにフリップチップ接続可能である。
図５は、図４に示す半導体装置１５の製造方法を説明するための図解的な断面図である。図３に示すウエハＷと同一構成である部分は、図５中に図３の場合と同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第１の実施形態に係る製造方法により、ＣＭＰ等による金属膜６の研磨までが終了したウエハＷ（図３（ｆ）参照）上の突起電極７が、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、一定の厚さ（以下、「エッチバック厚」という。）Ｔｅだけ除去される。これにより、突起電極７の上には凹所６ａが形成される。この状態が、図５（ｇ）に示されている。
次に、以上の工程を経たウエハＷの活性層２側の面に、化学蒸着法またはスパッタ法により、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層１６が形成される。低融点金属層１６は、凹所６ａによる段差を有するストッパマスク層４および突起電極７の表面に沿って形成される。低融点金属層１６の厚さは、たとえば、エッチバック厚Ｔｅより薄くされる（図５（ｈ）参照）が、エッチバック厚Ｔｅより厚くてもよい。低融点金属層１６の厚さがエッチバック厚Ｔｅより厚い場合は、低融点金属層１６はディップ法により形成してもよい。
【００８６】
続いて、ストッパマスク層４が露出するまで、低融点金属層１６が研磨（研削）される。これにより、低融点金属層１６は、凹所６ａ内にのみ存在する状態となる（図５（ｉ）参照）。その後、ウェットエッチングによりストッパマスク層４が除去されて、突起電極７は電極パッド３から突出した状態となる。化学蒸着法により形成された場合、低融点金属層１６は、凹所６ａの内壁面に形成されていた部分が、突起電極７先端周縁部で他の部分からわずかに突出する。
【００８７】
スパッタ法により形成された場合、低融点金属層１６は凹所６ａの内壁面にはほとんど形成されないので、化学蒸着法で形成された低融点金属層１６が有するような突出した部分はできない。また、凹所６ａを完全に埋めて低融点金属層１６が形成され場合は、低融点金属層１６がどのような方法により形成されたかによらず、低融点金属層１６には突出した部分はできない。
この工程は、金属膜６（金）および低融点金属層１６（錫、インジウムなど）よりストッパマスク層４（クロム）に対する腐食性が強いエッチング液を用いて実施することができる。
【００８８】
その後、ウエハＷが半導体基板８の個片に切断されて、図４に示す半導体装置１５が得られる。
以上の半導体装置１５の製造方法において、低融点金属層１６は化学蒸着法やスパッタ法により形成されるが、これらの方法では、薄い膜を膜厚の精度を高くして良好な膜質で形成できる。たとえば、低融点金属層１６を無電解メッキにより形成すると、低融点金属層１６の膜厚のばらつきは数μｍ程度になる。これに対して、化学蒸着法やスパッタ法では、膜厚のばらつきを数Å程度にすることができる。
【００８９】
また、無電解メッキにより成膜可能な金属材料の種類は、電解メッキの場合よりさらに限られるが、化学蒸着法やスパッタ法ではこのような制約はほとんどなく、様々な種類の低融点金属からなる低融点金属層１６を形成できる。
さらに、この実施形態の製造方法によれば、低融点金属層１６は突起電極７の先端にのみ形成されるので、半導体装置１５は、上述の不都合を生じることなく良好に外部接続できる。
【００９０】
金属膜６をドライエッチングまたはウェットエッチングして凹所６ａを形成（図５（ｇ）参照）する代わりに、金属膜６を形成する工程（図３（ｅ）参照）において、開口４ａ内が完全に金属膜６で満たされるまでに、金属膜６のもととなる金属材料の供給を止めるようにしてもよい。この場合、開口４ａ外の金属膜６をＣＭＰにより除去することにより、図５（ｇ）に示すものと同様の凹所が得られる。
【００９１】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置２０は、パッケージングされていない半導体基板２８を含んでおり、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板２８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）２２が形成されており、活性層２２上の所定の位置には、活性層２２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）２３が形成されている。活性層２２の上には、活性層２２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず）が、電極パッド２３を露出させるように形成されている。電極パッド２３の上には、柱状の突起電極２７が電極パッド２３にほぼ垂直に接合されている。
【００９２】
活性層２２の上には、電極パッド２３全体および突起電極２７のおよそ半分を埋没させるように、保護膜２１が形成されている。突起電極２７の先端側のおよそ半分は、保護膜２１から突出している。保護膜２１は、酸化珪素（ＳｉＯ₂）などの絶縁体からなる。
この半導体装置２０は、突起電極２７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続できる。パッシベーション膜に加えて、保護膜２１が形成されていることにより、活性層２２に形成されたデバイスは、より損傷を受けにくくなっている。
【００９３】
図７および図８は、図６に示す半導体装置２０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、ウエハＷの一方表面に、機能素子や配線を含む活性層２２が形成され、活性層２２上の所定の位置に電極パッド２３が形成される。この状態が図７（ａ）に示されている。その後、電極パッド２３を露出させるようにパッシベーション膜が形成される（図示せず。）。
【００９４】
続いて、化学蒸着法などにより、以上の工程を経たウエハＷの活性層２２側の面に、全面にたとえば酸化珪素や窒化珪素などの絶縁体（単一の材料）からなるストッパマスク層２４が形成される。ストッパマスク層２４は、１．５ＧＰａ以上の弾性率を有している。得られたストッパマスク層２４の表面は、平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって平坦化される。この状態が図７（ｂ）に示されている。
次に、ストッパマスク層２４の上に、全面にレジスト膜（フォトレジスト）２５が形成され、フォトリソグラフィによりレジスト膜２５の電極パッド２３上方にある部分が除去されて、エッチング用開口２５ａが形成される。エッチング用開口２５ａの幅は、たとえば、電極パッド２３の幅より狭く、電極パッド２３のパッシベーション膜（図示せず）からの露出幅より広くなるようにされる（図７（ｃ）参照）が、これに限定されるものではない。
【００９５】
その後、レジスト膜２５のエッチング用開口２５ａを介して、ストッパマスク層２４がエッチングされる。これにより、ストッパマスク層２４には、レジスト膜２５のエッチング用開口２５ａと連続した開口２４ａが形成される。開口２４ａの底には、電極パッド２３が露出する。この工程は、ドライエッチングにより行うことが好ましく、この場合、図８（ｄ）に示すように、開口２４ａの内壁面は、ウエハＷにほぼ垂直になる。
【００９６】
次に、レジスト膜２５が除去された後、化学蒸着法や電解メッキなどにより、以上の工程を経たウエハＷの活性層２２側の面に、開口２４ａを完全に埋めるように金属（たとえば、金）からなる金属膜２６が形成される。メッキにより、金属膜２６を形成する場合は、以上の工程を経たウエハＷの活性層２２側の面に、導電性を有するシード層が予め形成される。金属膜２６は、特に化学蒸着法により形成された場合は、図８（ｅ）に示すように、ストッパマスク層２４の上にも堆積する。
【００９７】
続いて、ウエハＷの金属膜２６が形成された面が、ＣＭＰにより研磨されて、開口２４ａ外に形成された金属膜２６が除去される。これにより、図８（ｆ）に示すように、ストッパマスク層２４の表面と金属膜２６の表面とは連続した平坦面となる。金属膜２６がメッキにより形成された場合、開口２４ａ内で金属膜２６は下地となるシード層の断面形状を反映して成長し、金属膜２６の表面は中央部が窪んだ形状を有することがある。このような場合でも、研磨により金属膜２６の表面は平坦にされる。金属膜２６の残部は、電極パッド２３に接合された突起電極２７となる。
【００９８】
ストッパマスク層２４が、たとえば、酸化珪素からなる場合、金属膜２６よりストッパマスク層２４の方が硬い。このため、ＣＭＰにより、ストッパマスク層２４上の金属膜２６が除去された後、ストッパマスク層２４がほとんど除去されないようにすることが可能である。すなわち、ストッパマスク層２４と金属膜２６との硬度差により、実質的にストッパマスク層２４上の金属膜２６のみを選択的に除去できる。
【００９９】
続いて、ウェットエッチングによりストッパマスク層２４が、所定の厚さ（たとえば、突起電極２７の厚さのおよそ半分に相当する厚さ）だけ除去される。ストッパマスク層２４の残部は、保護膜２１となる。この工程は、突起電極２７よりストッパマスク層２４に対する腐食性が強いエッチング液を用いて行われ、突起電極２７がほとんどエッチングされないようにされる。これにより、突起電極２７は、先端側が保護膜２１から突出する。
【０１００】
その後、ウエハＷが半導体基板２８の個片に切断されて、図６に示す半導体装置２０が得られる。
以上の半導体装置の製造方法において、たとえば、酸化珪素からなるストッパマスク層２４は、従来の製造方法で使用されているレジスト膜（フォトレジスト）１０５（図２６参照）と比べて硬い。従来の製造方法において使用されていたレジスト膜１０５の弾性率は、およそ１ＧＰａ程度である。したがって、１．５ＧＰａ以上の弾性率を有するストッパマスク層２４は、同じ大きさの力が加えられた場合に、レジスト膜１０５より変形しにくい。
【０１０１】
このため、金属膜２６が形成される際、金属膜２６のうち開口２４ａの側壁に沿う面は、開口２４ａの初期形状を反映して、ウエハＷにほぼ垂直になる。したがって、突起電極２７の側面はウエハＷにほぼ垂直（ストレート）になる。すなわち、従来の製造方法の突起電極１０６のように、成長するにしたがってその先端の幅が大きくなり、逆台形の断面形状（図２６（ｄ）参照）を有することはない。
【０１０２】
このため、隣接した突起電極２７の間隔（ピッチ）が狭く設計されていた場合でも、これらの突起電極２７の先端が互いに接触し、電気的に短絡されることはない。すなわち、この製造方法により、突起電極２７を狭ピッチで配した半導体装置２０を製造可能である。
また、ＣＭＰによる金属膜２６の研磨により、研磨後の金属膜２６の表面、すなわち、突起電極２７の先端は、一つの平坦な面（同一平面）上にのるようになる。これは、ウエハＷ表面の平坦性が悪い場合でも同様である。したがって、このような突起電極２７を備えた半導体装置２０は、配線基板に形成された電極パッド等に良好に接合できる。
【０１０３】
さらに、金属膜２６が化学蒸着法やスパッタ法により形成される場合は、第１の実施形態と同様、突起電極２７を構成する金属材料の選択の幅が広い。
ストッパマスク層２４は、感光性樹脂からなるものであってもよい。この場合、ストッパマスク層２４の開口２４ａは以下のようにして形成することができる。先ず、電極パッド２３までが形成されたウエハＷ（図７（ａ）参照）の電極パッド２３側の面に、全面に感光性を有するストッパマスク層２４またはその前駆体層が形成される。
【０１０４】
ストッパマスク層２４は、たとえば、ポジ型のフォトレジスト材料からなるものとすることができる。この場合、図７（ｃ）に示すレジスト膜２５と同様の位置（電極パッド２３の上方）に開口を有するマスクを介して、ストッパマスク層２４を露光する。その後、適当なエッチング液でストッパマスク層２４をエッチング（現像）することにより、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すような開口２４ａが形成されたストッパマスク層２４が得られる。
【０１０５】
ストッパマスク層２４は、たとえば、ネガ型のフォトレジスト材料からなるものであってもよい。この場合、ストッパマスク層２４の前駆体層を、図７（ｃ）に示すレジスト膜２５とは開口部と非開口部とが反転したマスクを用いて露光した後現像することにより、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すような開口２４ａが形成されたストッパマスク層２４が得られる。ストッパマスク層２４は、感光性のポリイミドからなるものであってもよい。
【０１０６】
図９は、第２の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。図６に示す半導体装置２０と同一構成である部分は同一符号を付して説明を省略する。
この半導体装置３５の突起電極２７の先端には、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる薄い低融点金属層３６が形成されている。低融点金属層３６や突起電極２７の先端は、ストッパマスク層２４から突出していない。半導体装置３５は、低融点金属層３６を溶融および固化させて、たとえば、突起電極２７に対応する突出した突起電極を有する他の半導体装置（チップ）と、チップ・オン・チップ接合できる。
【０１０７】
図１０は、図９に示す半導体装置３５の製造方法を説明するための図解的な断面図である。図８に示すウエハＷと同一構成である部分は、図１０中に図８の場合と同一符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係る製造方法により、ＣＭＰによる金属膜２６の研磨までが終了したウエハＷ（図８（ｆ）参照）上の突起電極２７が、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、一定のエッチバック厚Ｔｅだけ除去される。これにより、ストッパマスク層２４および突起電極２７の表面で、突起電極２７の上には凹所２６ａが形成される。この状態が、図１０（ｇ）に示されている。
【０１０８】
次に、以上の工程を経たウエハＷの活性層２２側の面に、化学蒸着法、スパッタ法などにより、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層３６が形成される。低融点金属層３６は、凹所２６ａによる段差を有するストッパマスク層２４および突起電極２７の表面に沿って形成される。低融点金属層３６の厚さは、たとえば、エッチバック厚Ｔｅより薄くされる（図１０（ｈ）参照）が、エッチバック厚Ｔｅより厚くてもよい。低融点金属層３６の厚さがエッチバック厚Ｔｅより厚い場合は、低融点金属層３６はディップ法により形成してもよい。
【０１０９】
続いて、ストッパマスク層２４が露出するまで、低融点金属層３６が研磨（研削）される。これにより、低融点金属層３６は、凹所２６ａ内にのみ存在する状態となる（図１０（ｉ）参照）。
その後、ウエハＷが半導体基板２８の個片に切断されて、図９に示す半導体装置３５が得られる。
以上のように、金属からなるストッパマスク層４を用いた場合（図５参照）と同様に、絶縁体からなるストッパマスク層２４を用いた場合でも、適当なエッチング媒体およびエッチング方法を選択することにより、凹所２６ａを形成することができる。そして、この凹所２６ａを利用することにより、先端にのみ低融点金属層３６が形成された突起電極２７を得ることができる。
【０１１０】
突起電極２７をドライエッチングまたはウェットエッチングして凹所２６ａを形成（図１０（ｇ）参照）する代わりに、金属膜２６を形成する工程（図８（ｅ）参照）において、開口２４ａ内が完全に金属膜２６で満たされるまでに、もとになる金属材料の供給を止めるようにしてもよい。この場合、開口２４ａ外の金属膜２６をＣＭＰにより除去することにより、図１０（ｇ）に示すものと同様の凹所が得られる。
【０１１１】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置４０は、パッケージングされていない半導体基板４８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板４８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）４２が形成されており、活性層４２上の所定の位置には、活性層４２の機能素子と電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）４３が形成されている。活性層４２の上には、活性層４２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド４３を露出させるように形成されている。
【０１１２】
電極パッド４３からは、柱状の突起電極４７が突出している。突起電極４７は、電極パッド４３と同じ材料からなるものであってもよく、異なる材料からなるものであってもよい。突起電極４７は、たとえば、金からなる。電極パッド４３と突起電極４７との間には、薄いバリアメタル層４１が設けられている。これにより、バリアメタル層４１をまたいだ金属元素の拡散が防止されて、電極パッド４３や活性層４２が保護される。この半導体装置４０は、突起電極４７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続できる。
【０１１３】
図１２および図１３は、図１１に示す半導体装置４０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、ウエハＷの予め平坦化された一方表面に、機能素子や配線を含む活性層４２が形成され、活性層４２上の所定の位置に電極パッド４３が形成される。その後、電極パッド４３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。さらに、以上の工程を経たウエハＷの活性層４２側の面に、全面にバリアメタル層４１が薄く形成される。この状態が図１２（ａ）に示されている。
【０１１４】
バリアメタル層４１は、電極パッド４３や突起電極４７との密着性が高い金属からなることが好ましく、たとえば、金（Ａｕ）からなる突起電極４７を形成する場合は、バリアメタル層４１はチタンタングステン（ＴｉＷ）からなるものとすることができる。
続いて、電解メッキ、化学蒸着法などにより、以上の工程を経たウエハＷの活性層４２側の面に、全面にたとえばクロムなどの金属からなるストッパマスク層４４が形成される。電解メッキにより、ストッパマスク層４４が形成される場合は、バリアメタル層４１がシード層となって、バリアメタル層４１の上に金属原子が被着されてストッパマスク層４４が形成される。
【０１１５】
得られたストッパマスク層４４の表面は、平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって平坦化される。この状態が、図１２（ｂ）に示されている。
次に、ストッパマスク層４４の上に、全面にレジスト膜（フォトレジスト）４５が形成され、フォトリソグラフィによりレジスト膜４５の電極パッド４３上方にある部分が除去されてエッチング用開口４５ａが形成される。エッチング用開口４５ａの幅は、たとえば、電極パッド４３の幅より狭く、パッシベーション膜（図示せず）からの電極パッド４３の露出幅よりも広くされる（図１２（ｃ）参照）が、これに限定されるものではない。
【０１１６】
その後、レジスト膜４５のエッチング用開口４５ａを介して、ストッパマスク層４４がエッチングされる。これにより、ストッパマスク層４４には、レジスト膜４５のエッチング用開口４５ａと連続した開口４４ａが形成される。開口４４ａの底には、バリアメタル層４１が露出する。この工程は、異方性ドライエッチングにより行うことが好ましく、この場合、図１３（ｄ）に示すように、開口４４ａの内壁面は、ウエハＷにほぼ垂直になる。
【０１１７】
次に、開口４４ａおよびエッチング用開口４５ａ内に、電解メッキにより、たとえば、金からなる金属膜４６が形成される。この際、バリアメタル層４１を介してメッキ液との間で電流が流され、金属膜４６はバリアメタル層４１の上に成長していく。すなわち、開口４４ａ，４５ａは、バリアメタル層４１側から金属膜４６により埋められていく。金属膜４６の形成は、金属膜４６により、開口４４ａが完全に満たされた後、エッチング用開口４５ａが完全に満たされる前に終了される。これにより、図１３（ｅ）に示すように、金属膜４６は開口４４ａ内およびエッチング用開口４５ａ内にのみ存在する状態となる。
【０１１８】
その後、ウエハＷの金属膜４６が形成された側の面が、ＣＭＰにより研磨（研削）されて、金属膜４６のうちストッパマスク層４４の表面から突出した部分が除去される。金属膜４６の研磨は、レジスト膜４５を予め除去してから行ってもよく、レジスト膜４５が存在する状態で行い、金属膜４６とレジスト膜４５とを同時に除去してもよい。
これにより、ストッパマスク層４４の表面と金属膜４６の表面とは、連続した平坦面となる（図１３（ｆ）参照）。ストッパマスク層４４の硬度が、金属膜４６の硬度より大きい場合は、実質的にストッパマスク層４４の表面から突出した金属膜４６のみを選択的に除去できる。金属膜４６の残部は、突起電極４７となる。
【０１１９】
続いて、突起電極４７とのエッチングレートの差を利用したエッチングなどにより、ストッパマスク層４４が除去され、さらに、ストッパマスク層４４が除去された後に露出しているバリアメタル層４１が除去される。これにより、バリアメタル層４１は、電極パッド４３と金属膜４６との間に挟まれた部分のみが残る。突起電極４７は、ウエハＷ（電極パッド４３）の表面から突出した状態となる。その後、ウエハＷが半導体基板４８の個片に切断されて、図１１に示す半導体装置４０が得られる。
【０１２０】
以上の半導体装置の製造方法では、金属膜４６を形成する工程が、第１および第２の実施形態における場合と大きく異なる。すなわち、第１および第２の実施形態では、金属膜６，２６の形成はレジスト膜５，２５を除去した後に行われる（図３（ｅ）および図８（ｅ）参照）のに対し、本実施形態では、レジスト膜４５を残したまま金属膜４６が形成される（図１３（ｅ）参照）。
そして、第１および第２の実施形態では、金属膜６，２６は開口４ａ，２４ａ外の広い領域（ストッパマスク層４，２４の上）にも形成されるのに対して、本実施形態では、金属膜４６は開口４４ａ外ではエッチング用開口４５ａ内にのみ形成される。すなわち、開口４ａ，２４ａ，４４ａ外に形成される金属膜６，２６，４６の量は、第１および第２の実施形態と比べて、本実施形態では格段に少ない。
【０１２１】
このため、研磨（研削）により除去される金属膜６，２６，４６の量は、本実施形態では、第１および第２の実施形態の場合と比べて少なくなる。したがって、本実施形態のように金属膜４６が高価な金からなる場合、研磨により失われる金の量を少なくできるので、コストを低減できる。
また、研磨により金属膜４６の表面がほぼ同一平面上にのることは、第１および第２の実施形態の場合と同様であり、突起電極４７の高さは揃い、それらの先端はほぼ同一平面上にのる。
【０１２２】
本実施形態では、金属膜４６は電解メッキで形成されるが、無電解メッキで形成されてもよい。
本実施形態では、バリアメタル層４１はストッパマスク層４４が形成される前に、活性層４２および電極パッド４３の上に全面に形成されるが、バリアメタル層４１は、ストッパマスク層４４に開口４４ａが形成された後、開口４４ａ内に露出した電極パッド４３上にのみ形成されるようにしてもよい。この場合、ストッパマスク層４４は、ＣＶＤなどの方法により形成することができ、バリアメタル層４１はメッキにより形成することができる。
【０１２３】
このような製造方法によれば、バリアメタル層４１は最初から電極パッド４３上にのみ形成される。したがって、ストッパマスク層４４が絶縁体材料からなり、ストッパマスク層４４を残して（完全に除去せずに）半導体装置を形成する場合でも、電極パッド４３同士がバリアメタル層４１により短絡されることはない。
図１４は、第３の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。図１１に示す半導体装置４０と同一構成である部分は同一符号を付して説明を省略する。
【０１２４】
この半導体装置５５の突起電極４７の先端には、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる薄い低融点金属層５６が形成されている。半導体装置５５は、低融点金属層５６を溶融および固化させて、配線基板に形成された電極パッドなどにフリップチップ接続可能である。
図１５は、図１４に示す半導体装置５５の製造方法を説明するための図解的な断面図である。図１３に示すウエハＷと同一構成である部分は、図１５中に図１３の場合と同一符号を付して説明を省略する。
【０１２５】
第３の実施形態に係る製造方法により、ＣＭＰによる金属膜４６の研磨までが終了したウエハＷ（図１３（ｆ）参照）上の突起電極４７が、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、一定のエッチバック厚Ｔｅだけ除去される。これにより、ストッパマスク層４４の表面および突起電極４７の表面で、突起電極４７の上には凹所４６ａが形成される。この状態が、図１５（ｇ）に示されている。
【０１２６】
次に、以上の工程を経たウエハＷの活性層４２側の面に、化学蒸着法またはスパッタ法により、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層５６が形成される。低融点金属層５６は、凹所４６ａによる段差を有するストッパマスク層４４および突起電極４７の表面に沿って形成される。低融点金属層５６の厚さは、たとえば、エッチバック厚Ｔｅより薄くされる（図１５（ｈ）参照）が、エッチバック厚Ｔｅより厚くてもよい。低融点金属層５６の厚さがエッチバック厚Ｔｅより厚い場合は、低融点金属層５６はディップ法により形成してもよい。
【０１２７】
続いて、ストッパマスク層４４が露出するまで、低融点金属層５６が研磨（研削）される。これにより、低融点金属層５６は、凹所４６ａ内にのみ存在する状態となる（図１５（ｉ）参照）。
次に、ストッパマスク層４４が除去され、さらに、ストッパマスク層４４が除去された後に露出しているバリアメタル層４１が除去される。これにより、バリアメタル層４１は、電極パッド４３と突起電極４７との間に挟まれた部分のみが残る。突起電極４７は、ウエハＷ（電極パッド４３）の表面から突出した状態となる。その後、ウエハＷが半導体基板４８の個片に切断されて、図１４に示す半導体装置５５が得られる。
【０１２８】
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置６０は、パッケージングされていない半導体基板６８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板６８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）６２が形成されており、活性層６２上の所定の位置には、活性層６２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）６３が形成されている。活性層６２の上には、活性層６２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド６３を露出させるように形成されている。
【０１２９】
電極パッド６３からは、柱状の突起電極６７が突出している。突起電極６７は金などの金属材料からなる。電極パッド６３と突起電極６７との間には、薄いバリアメタル層(UBM)６１が設けられている。これにより、バリアメタル層６１をまたいだ金属元素の拡散が防止されて、電極パッド６３や活性層６２が保護される。この半導体装置６０は、突起電極６７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続できる。
【０１３０】
突起電極６７の側面には、酸化物または窒化物からなる拡散防止膜６９が形成されている。
図１７および図１８は、図１６に示す半導体装置６０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、ウエハＷの予め平坦化された一方表面に、機能素子や配線を含む活性層６２が形成され、活性層６２上の所定の位置に電極パッド６３が形成される。この状態が図１７（ａ）に示されている。その後、電極パッド６３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。さらに、以上の工程を経たウエハＷの活性層６２側の面に、全面にバリアメタル層６１が薄く形成される。
【０１３１】
続いて、電解メッキ、化学蒸着法などにより、以上の工程を経たウエハＷの活性層６２側の面に、全面にたとえばクロムなどの金属からなるストッパマスク層６４が形成される。電解メッキにより、ストッパマスク層６４を形成する場合は、バリアメタル層６１がシード層となって、バリアメタル層６１の上に金属原子が被着されてストッパマスク層６４が形成される。
得られたストッパマスク層６４の厚さが均一でない場合や、表面の平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって均一な厚さにされ表面が平坦化される（図１７（ｂ）参照）。
【０１３２】
次に、ストッパマスク層６４の上に、全面にレジスト膜（フォトレジスト）６５が形成され、フォトリソグラフィによりレジスト膜６５の電極パッド６３上方にある部分が除去されてエッチング用開口６５ａが形成される。エッチング用開口６５ａの幅は、たとえば、電極パッド６３の幅より狭く、パッシベーション膜（図示せず）からの電極パッド６３の露出幅より広くされる（図１７（ｃ）参照）が、これに限定されるものではない。
【０１３３】
その後、レジスト膜６５のエッチング用開口６５ａを介して、ストッパマスク層６４がエッチングされる。これにより、ストッパマスク層６４には、レジスト膜６５のエッチング用開口６５ａと連続した開口６４ａが形成される。開口６４ａの底には、バリアメタル層６１が露出する。この工程は、異方性ドライエッチングにより行うことが好ましく、この場合、開口６４ａの内壁面は、ウエハＷにほぼ垂直になる。
【０１３４】
次に、レジスト膜６５が除去された後、ＣＶＤによりストッパマスク層６４およびバリアメタル層６１の露出表面に、酸化物、窒化物、または金属からなる拡散防止膜６９が形成される。拡散防止膜６９が金属からなる場合、拡散防止膜６９はバリアメタル層６１と同様の金属材料からなるものとすることができる。
そして、ドライエッチング（異方性エッチング）により、ストッパマスク層６４上およびバリアメタル層６１上の拡散防止膜６９が除去されて、拡散防止膜６９が開口６４ａの内壁面にのみ形成された状態とされる。この状態が、図１８（ｄ）に示されている。
【０１３５】
続いて、開口６４ａを完全に埋めるように金属膜６６が形成される。この際、バリアメタル層６１はシード層として機能し、金属膜６６はバリアメタル層６１の上に成長していく。すなわち、開口６４ａは、バリアメタル層６１側から金属膜６６により埋められていく。
金属膜６６は、拡散防止膜６９によりストッパマスク層６４と隔てられて成長する。また、金属元素は酸化物や窒化物からなる拡散防止膜６９中を拡散しにくい。したがって、金属膜６６を構成する金属元素とストッパマスク層６４を構成する金属元素とが、互いに拡散して反応しやすいものであっても、金属膜６６とストッパマスク層６４とが反応することはない。また、金属膜６６が、メッキ液から拡散防止膜６９上に直接形成されることもない。
【０１３６】
拡散防止膜６９が、バリアメタル層６１と同様の金属材料からなる場合でも、金属膜６６とストッパマスク層６４と間の原子の拡散は、拡散防止膜６９により阻害される。
金属膜６６の形成は、開口６４ａが金属膜６６で完全に満たされた後、開口６４ａ外に大きく成長するまでに終了される。この状態が、図１８（ｅ）に示されている。
【０１３７】
続いて、ウエハＷの金属膜６６が形成された面が、ＣＭＰにより研磨（研削）されて、開口６４ａ外に形成された拡散防止膜６９および金属膜６６が除去される。これにより、ストッパマスク層６４の表面と金属膜６６の表面とは、連続した平坦面となり、金属膜６６の残部は突起電極６７となる。拡散防止膜６９は開口６４ａの内壁面にのみ残る（図１８（ｆ）参照）。
続いて、ウェットエッチングによりストッパマスク層６４が除去される。ストッパマスク層６４が金属膜６６と反応していないことにより、ストッパマスク層６４のみを容易に選択的に除去できる。突起電極６７は、ウエハＷ（電極パッド６３）の表面から突出した状態となる。突起電極６７の側面は、拡散防止膜６９で覆われている。
【０１３８】
必要により、さらに、拡散防止膜６９を除去することとしてもよい。たとえば、ドライエッチングにより、エッチング媒体がウエハＷに対して斜めに衝突するようにすることにより、突起電極６７の側面の拡散防止膜６９にエッチング媒体を当てることができ、拡散防止膜６９を除去できる。また、拡散防止膜６９が、金属からなる場合は、ウェットプロセスにより容易に除去できる。
その後、ウエハＷが半導体基板６８の個片に切断されて、図１６に示す半導体装置１０が得られる。
【０１３９】
図１９は、本発明の第５の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置７０は、パッケージングされていない半導体基板７８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板７８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）７２が形成されており、活性層７２上の所定の位置には、活性層７２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）７３が形成されている。活性層７２の上には、活性層７２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド７３を露出させるように形成されている。
【０１４０】
電極パッド７３からは、柱状の突起電極７７が突出している。突起電極７７の先端には、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる薄い低融点金属層７６が形成されている。半導体装置７０は、低融点金属層７６を溶融および固化させて、配線基板に形成された電極パッドなどにフリップチップ接続可能である。
図２０および図２１は、図１９に示す半導体装置７０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【０１４１】
先ず、ウエハＷの予め平坦化された一方表面に、機能素子や配線を含む活性層７２が形成され、活性層７２上の所定の位置に電極パッド７３が形成される。この状態が図２０（ａ）に示されている。その後、電極パッド７３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。
続いて、化学蒸着法により、以上の工程を経たウエハＷの活性層７２側の面に、全面にたとえばクロムなどの金属からなるストッパマスク層７４が形成される。化学蒸着法でストッパマスク層７４を形成することにより、バリアメタル層を不要とすることができが、バリアメタル層を形成し電解メッキによりストッパマスク層７４を形成してもよい。電解メッキにより、膜厚が厚いストッパマスク層７４を好適に形成できる。
【０１４２】
得られたストッパマスク層７４の膜厚が均一でない場合や、表面の平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって膜厚が均一にされ表面が平坦化される（図２０（ｂ）参照）。
次に、ストッパマスク層７４の上に、全面にレジスト膜（フォトレジスト）７５が形成され、フォトリソグラフィによりレジスト膜７５の電極パッド７３上方にある部分が除去されてエッチング用開口７５ａが形成される。エッチング用開口７５ａの幅は、電極パッド７３の幅より狭くなるようにされる。この状態が、図２０（ｃ）に示されている。
【０１４３】
その後、レジスト膜７５のエッチング用開口７５ａを介して、ストッパマスク層７４が浅くドライエッチングまたはウェットエッチングされる。これにより、ストッパマスク層７４には、レジスト膜７５のエッチング用開口７５ａと連続した凹所７４ａが形成される。この状態が、図２１（ｄ）に示されている。
次に、この状態、すなわち、レジスト膜７５を残したまま、化学蒸着法またはスパッタ法により、以上の工程を経たウエハＷの活性層７２側の面に、低融点金属からなる低融点金属層７６が形成される。低融点金属層７６は、図２１（ｅ）に示すように、レジスト膜７５の上、エッチング用開口７５ａの内壁面、ならびに凹所７４ａの内壁面および底面に形成される。
【０１４４】
続いて、ウエハＷのレジスト膜７５が形成された面が、研磨（研削）されて、レジスト膜７５および凹所７４ａ外に形成された低融点金属層７６が除去される。これにより、低融点金属層７６は、凹所７４ａ内、すなわち、電極パッド７３上方にのみ存在する状態となる（図２１（ｆ）参照）。
樹脂からなるレジスト膜７５は、金属からなるストッパマスク層７４より耐摩耗性が小さいので、実質的にレジスト膜７５および凹所７４ａ外に形成された低融点金属層７６のみを選択的に除去できる。
【０１４５】
続いて、低融点金属層７６の残部をマスクとしたエッチングにより、ストッパマスク層７４が除去される。ストッパマスク層７４の残部は、ウエハＷ（電極パッド７３）の表面から突出した突起電極７７となる。この工程は、低融点金属層７６よりストッパマスク層７４に対するエッチング速度が大きくなるようなエッチング方法により実施することができる。
その後、ウエハＷが半導体基板７８の個片に切断されて、図１９に示す半導体装置７０が得られる。
【０１４６】
この製造方法では、第１ないし第４の実施形態に係る製造方法のようにウエハＷ上の所定位置に突起電極７，２７，４７，６７を形成するためにストッパマスク層４，２４，４４，６４を用いるのではなく、ウエハＷ上の所定位置に低融点金属層７６を形成するためにストッパマスク層７４が用いられる。第１ないし第４の実施形態では、ストッパマスク層４，２４，４４，６４を利用することにより、別途形成された金属膜６，２６，４６，６６の不要部が除去されて突起電極７，２７，４７，６７が得られる。一方、本実施形態に係る製造方法では、低融点金属層７６を利用することにより、ストッパマスク層７４の不要部が除去されて突起電極７７が得られる。
【０１４７】
このように、本実施形態の製造方法では、ストッパマスク層７４自体が加工されて突起電極７７となる、すなわち、別途金属膜６，２６，４６，６６を形成する工程を要しないので、工程を簡略化できる。
以上のように、製造方法に大きな違いがあるにもかかわらず、本実施形態に係る製造方法により、たとえば、第１の実施形態の変形例に係る製造方法（図２、３および５参照）により得られる半導体装置１５（図４参照）と同様の半導体装置７０を得ることができる。突起電極７，７７や低融点金属層１６，７６などを構成する材料に応じて、いずれかの製造方法を選択することが可能である。
【０１４８】
図２２は、本発明の第６の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置８０は、パッケージングされていない半導体基板８８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板８８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）８２が形成されており、活性層８２上の所定の位置には、活性層８２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）８３が形成されている。活性層８２の上には、活性層８２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド８３を露出させるように形成されている。
【０１４９】
電極パッド８３には、柱状の突起電極８７が接合されている。突起電極８７の先端には、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層８６が薄く形成されている。活性層８２の上には熱可塑性樹脂または低軟化点（融点）ガラスからなるストッパマスク層８４が形成されており、ストッパマスク層８４の表面と低融点金属層８６の表面とは、ほぼ面一となっている。すなわち、突起電極８７や低融点金属層８６は、ストッパマスク層８４の表面から突出していない。
【０１５０】
この半導体装置８０は、低融点金属層８６を溶融および固化させて、突起電極８７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続可能である。この際、突起電極８７および低融点金属層８６がストッパマスク層８４表面から突出していないことにより、半導体基板８８と配線基板との間の空間は、ストッパマスク層８４によりほぼ埋められた状態となる。
また、低融点金属層８６を溶融させるために、半導体装置８０をストッパマスク層のガラス転移温度（または軟化点）以上の温度に加熱すると、ストッパマスク層８４も容易に変形および流動するようになる。このため、半導体基板８８と配線基板との間を隙間なくストッパマスク層８４で埋めることが可能である。これにより、ストッパマスク層８４は、アンダーフィル剤として機能することができる。
【０１５１】
ストッパマスク層８４は、半導体基板８８側に形成された酸化物、窒化物または弾性率の高い樹脂からなる絶縁物層と、半導体基板８８から遠い側に形成された熱可塑性樹脂その他の接着性を有する接着性樹脂層とを含む２層（多層）構造を有していてもよい。この場合、絶縁物層を厚く接着性樹脂層を薄くして形成されていることが好ましい。熱可塑性樹脂は一般に絶縁性が劣るので、絶縁物層を厚くすることにより、ストッパマスク層８４全体としての絶縁性を向上できる。
【０１５２】
このような半導体装置８０は、同様の構造を有する他の半導体装置８０と活性層８２が形成された側の面を対向させ、低融点金属８６同士を接合し、いわゆるチップ・オン・チップ接続することができる。
この場合、一方の半導体装置８０の突起電極８７の先端に形成された低融点金属層８６の表面が、ストッパマスク層８４の表面に対してほぼ面一またはわずかに窪んだ形状となるようにし、他方の半導体装置８０は、ストッパマスク層８４の表面から突起電極８７の先端がわずかに突出するようにすることが好ましい。
【０１５３】
また、一方の半導体装置８０の突起電極８７には低融点金属層８６は形成されておらず、この突起電極８７の表面がストッパマスク層８４の表面に対してほぼ面一またはわずかに窪んだ形状であってもよい。この場合、他方の半導体装置８０は、突起電極８７の先端に低融点金属層８６が形成されており、この突起電極８７がストッパマスク層８４の表面からわずかに突出したものとすることができる。
【０１５４】
これらの場合、双方の半導体装置８０を容易に接合し、かつ、これらの半導体装置８０の間の空間をストッパマスク層８４で満たすことができる。
また、同様の構造を有する半導体装置８０を、互いの能動領域が対向するようにしてチップ・オン・チップ接続すると、これらの能動領域に形成された配線間にクロストークが生じ得る。熱可塑性樹脂は一般に誘電率が高く、クロストークを低減するためには適していない。そこで、ストッパマスク層８４を、上述のように絶縁物層と接着性樹脂層とを含む２層（多層）構造とし、より誘電率が低い絶縁物層を厚くすることにより、クロストークを低減できる。さらに、対向する半導体装置８０の間隔を大きくすることによってもクロストークを低減できるが、接着性樹脂層より弾性率が低く線膨張率が小さい絶縁物層を厚くすることにより、熱膨張／収縮に伴う接合部の応力を低減し、信頼性を向上させることができる。
【０１５５】
図２３は、図２２に示す半導体装置８０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、ウエハＷの予め平坦にされた一方表面に、機能素子や配線を含む活性層８２が形成され、活性層８２上の所定の位置に電極パッド８３が形成される。その後、電極パッド８３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。
【０１５６】
続いて、以上の工程を経たウエハＷの活性層８２側の面に、全面に熱可塑性樹脂または低軟化点ガラスからなるストッパマスク層８４が形成される。ストッパマスク層８４は、従来の製造方法で用いられていたレジスト膜１０５（図２６参照）と比べて、室温における弾性率や剛性率が十分高く、力が加えられた場合に変形しにくいものであることが好ましい。
熱可塑性樹脂または低軟化点ガラスからなるストッパマスク層８４を形成する代わりに、先ず、ウエハＷ上に酸化物、窒化物または弾性率の高い樹脂からなる絶縁物層を形成し、この絶縁物層の上に熱可塑性樹脂その他の接着性を有する接着性樹脂層を形成してもよい。この場合、ストッパマスク層８４は、絶縁物層および接着性樹脂層を含むものとすることができる。
【０１５７】
得られたストッパマスク層８４の厚さが不均一である場合や、表面の平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって厚さが均一にされ平坦化される。
次に、第１ないし第４の実施形態と同様の方法により、レジスト膜（フォトレジスト）を利用して、ストッパマスク層８４の電極パッド８３上方にある部分が除去されて、ストッパマスク層８４に開口８４ａが形成される。開口８４ａの幅は、たとえば、電極パッド８３の幅より狭くパッシベーション膜（図示せず）からの電極パッド８３の露出幅より広くなるようにされるが、これに限定されるものではない。開口８４ａ形成後、レジスト膜は除去される。この状態が、図２３（ａ）に示されている。
【０１５８】
続いて、第１および第２の実施形態と同様の方法により、開口８４ａ内に突起電極８７（金属膜）が形成される。この際、ＣＭＰによる研磨（研削）により、ストッパマスク層８４の表面と突起電極８７の表面とは、連続した平坦面にされる。この状態が、図２３（ｂ）に示されている。
ストッパマスク層８４が、たとえば、絶縁物層と接着性樹脂層とを含む２層（多層）構造を有し、弾性率の高い絶縁物層が接着性樹脂層に比して厚く形成されている場合、突起電極８７の形状を開口８４ａの初期形状に従ったものとすることができる。このため、突起電極８７間の短絡を回避して信頼性を向上できる。
【０１５９】
その後、突起電極８７が一定の厚さだけエッチングされて、突起電極８７の上が凹所８７ａになるようにされる（図２３（ｃ）参照）。そして、第１ないし第３の実施形態の変形例に係る製造方法と同様の方法により、突起電極８７の先端に、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層８６が形成される。凹所８７ａ外に形成された低融点金属層８６は、ＣＭＰにより除去されて、低融点金属層８６が凹所８７ａ内にのみ存在する状態にされる。
【０１６０】
その後、ストッパマスク層８４を残したまま、ウエハＷが半導体基板８８の個片に切断されて、図２２に示す半導体装置８０が得られる。
低融点金属層８６を凹所８７ａが完全に満たされないように形成し、凹所８７ａ外の低融点金属層８６を除去した後、この段階のウエハWを半導体基板の個片に切断すると、突起電極８７（低融点金属層８６）の上に凹所を有する半導体装置が得られる。また、凹所８７ａを形成した後、無電解メッキにより突起電極８７の先端面にのみ低融点金属層８６を形成した後、この段階のウエハWを半導体基板の個片に切断しても同様の構造の半導体装置が得られる。
【０１６１】
このような半導体装置の凹所に、図２２に示す半導体装置８０の突出した突起電極８７を嵌めるようにしてチップ・オン・チップ接続し、双方の半導体装置の突起電極同士を接合できる。この場合、双方の半導体装置の間がストッパマスク層８４によりほぼ満たされた状態とすることができる。
図２４は、本発明の第７の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【０１６２】
この半導体装置９０は、パッケージングされていない半導体基板９８を有しており、いわゆるフリップチップ接続が可能である。半導体基板９８の一方表面には、機能素子（デバイス）や配線を含む活性層（能動層）９２が形成されており、活性層９２上の所定の位置には、活性層９２の機能素子に電気的に接続された電極パッドおよび配線（以下、これらを総称して「電極パッド」という。）９３が形成されている。活性層９２の上には、活性層９２を保護するためのパッシベーション膜（図示せず。）が、電極パッド９３を露出させるように形成されている。
【０１６３】
電極パッド９３からは、柱状の突起電極９７が突出している。突起電極９７は、熱硬化型の導電性ペーストの硬化物からなる。突起電極９７の先端には、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層９６が薄く形成されている。
この半導体装置９０は、低融点金属層９６を溶融および固化させて、突起電極９７を配線基板に形成された電極パッドなどに接合して、フリップチップ接続できる。突起電極９７の先端には、低融点金属層９６が形成されていなくてもよく、この場合突起電極９７を直接配線基板に形成された電極パッド等に接合してもよい。
【０１６４】
図２５は、図２４に示す半導体装置９０の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、ウエハＷの予め平坦にされた一方表面に、機能素子や配線を含む活性層９２が形成され、活性層９２上の所定の位置に電極パッド９３が形成される。その後、電極パッド９３を露出させるように、パッシベーション膜（図示せず）が形成される。
【０１６５】
続いて、以上の工程を経たウエハＷの活性層９２側の面に、全面にストッパマスク層９４が形成される。ストッパマスク層９４は、耐溶剤性を有する材料からなり、たとえば、クロムやアルミニウムのような金属、酸化珪素のような絶縁体、樹脂などからなるものとすることができる。また、ストッパマスク層９４は、弾性率や剛性率が高い材料からなり、力が加えられた場合に変形しにくい。
得られたストッパマスク層９４の厚さが不均一である場合や、表面の平坦性が悪い場合は、ＣＭＰによって厚さが均一にされ平坦化される。
【０１６６】
次に、第１ないし第４の実施形態と同様の方法により、レジスト膜（フォトレジスト）を利用して、ストッパマスク層９４の電極パッド９３上方にある部分が除去されて、ストッパマスク層９４に開口９４ａが形成される。開口９４ａの幅は、たとえば、電極パッド９３の幅より狭くパッシベーション膜（図示せず）からの電極パッド９３の露出幅より広くなるようにされるが、これに限定されるものではない。開口９４ａ形成後、レジスト膜は除去される。この状態が、図２５（ａ）に示されている。
【０１６７】
続いて、たとえば、スクリーン印刷用などに用いられるスキージを用いて、熱硬化型の導電性ペースト９１が開口９４ａ内に充填されると同時に、開口９４ａ外の導電性ペースト９１が擦り切られる。これにより、ストッパマスク層９４の表面と導電性ペースト９１の表面とは、ほぼ面一にされる。この状態が、図２５（ｂ）に示されている。
導電性ペースト９１の粘度が十分低い場合は、この工程をスピンコートにより実施してもよい。いずれの場合でも、耐溶剤性を有するストッパマスク層９４は、導電性ペースト９１に含まれる溶剤により、変質したり溶解したりすることはない。
【０１６８】
その後、以上の工程を経たウエハＷが加熱され、導電性ペースト９１は硬化して突起電極９７となる。この際、溶剤の蒸発を伴う導電性ペースト９１の硬化収縮により、突起電極９７の上に凹所９１ａが形成される（図２５（ｃ）参照）。ストッパマスク層９４が、十分高い弾性率や剛性率を有していることにより、導電性ペーストの硬化収縮に伴って開口９４ａの形状が変形することはない。したがって、突起電極９７の側面は、開口９４ａの初期形状に沿った形状となる。
【０１６９】
そして、第１ないし第３の実施形態の変形例に係る製造方法と同様の方法により、突起電極９７の先端に、錫、インジウム、それらの合金などの低融点金属からなる低融点金属層９６が形成される。低融点金属層９６の形成は、低融点金属を含む熱硬化型の導電性ペーストを塗布し、硬化することによってもよい。凹所９１ａ外に形成された低融点金属層９６は、ＣＭＰにより除去されて、低融点金属層９６が凹所９１ａ内にのみ存在する状態にされる。この状態が、図２５（ｄ）に示されている。
【０１７０】
その後、エッチングによりストッパマスク層９４が除去されて、突起電極９７は、ウエハＷ（電極パッド９３）の表面から突出した状態となる。そして、ウエハＷが半導体基板９８の個片に切断されて、図２４に示す半導体装置９０が得られる。
ストッパマスク層９４が絶縁体からなるときは、低融点金属層９６形成後、ストッパマスク層９４を一定の厚さだけ除去し、残部を保護膜としてもよい。
【０１７１】
本製造方法では、ウエハＷを加熱して導電性ペースト９１を硬化させるだけで、容易に凹所９１ａを形成することができる。これにより、突起電極９７（導電性ペーストの硬化物）の先端に容易に低融点金属層９６を形成できる。
この発明の実施形態の説明は、以上の通りであるが、この発明は、突起電極７，２７，４７，６７，７７，８７，９７（金属膜６，２６，４６，６６）、ストッパマスク層４，２４，４４，６４，７４，８４，９４などの材質、金属膜６，２６，４６，６６の形成方法、バリアメタル層４１，６１形成の有無、拡散防止膜６９形成の有無、低融点金属層形成の有無などを任意に組み合わせて実施することができる。
【０１７２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図４】第１の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図５】図４に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図７】図６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図８】図６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図９】第２の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図１０】図９に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１３】図１１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１４】第３の実施形態の変形例に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図１５】図１４に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図１７】図１６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１８】図１６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図２０】図１９に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２１】図１９に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２２】本発明の第６の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図２３】図２２に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２４】本発明の第７の実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置の図解的な断面図である。
【図２５】図２４に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２６】突起電極が形成された従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２７】突起電極に低融点金属層が形成された従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２８】突起電極に低融点金属層が形成された従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
４，２４，４４，６４，７４，８４，９４ ストッパマスク層
４ａ，２４ａ，４４ａ，６４ａ，８４ａ，９４ａ ストッパマスク層の開口
５，２５，４５，６５，７５ レジスト膜
５ａ，２５ａ，４５ａ，６５ａ，７５ａ エッチング用開口
６，２６，４６，６６ 金属膜
６ａ，２６ａ，４６ａ，７４ａ，８７ａ，９１ａ 凹所
７，２７，４７，６７，７７，８７，９７ 突起電極
１６，３６，５６，７６，８６，９６ 低融点金属層
４１，６１ バリアメタル層
６９ 拡散防止膜
９１ 導電性ペースト
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (31)

1. 半導体基板上に金属からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
   上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
   この金属材料供給工程の後に、上記ストッパマスク層を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 上記ストッパマスク層が上記突起電極より硬い金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有し、単一の材料からなるストッパマスク層を形成する工程と、
   上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
   この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層の一部を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、
   上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、かつ、感光性を有する材料からなり、
   上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層を所定のパターンのマスクを介して露光した後現像することにより上記開口を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 上記金属材料供給工程が、化学蒸着法またはスパッタ法により上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 上記金属材料供給工程が、電解メッキ法により上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 上記金属材料供給工程が、無電解メッキ法により上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. 上記ストッパマスク層を形成する工程の前に、上記半導体基板上に金属薄膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層の上にエッチング用開口を有するレジスト膜を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
9. 上記ストッパマスク層を形成する工程の後、上記金属材料供給工程の前に、上記ストッパマスク層の露出表面に、原子の拡散を防止するための拡散防止膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
10. 上記金属材料供給工程の前に、上記開口内に金属薄膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
11. 上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、
    上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
12. 上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層の上にエッチング用開口を有するレジスト膜を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含み、
    上記金属材料供給工程が、上記レジスト膜のエッチング用開口を介して、上記ストッパマスク層の開口内に上記金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
13. 上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程と、
    この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体装置の製造方法。
14. 上記金属材料供給工程が、上記ストッパマスク層の開口が上記金属材料により完全に満たされる前に上記金属材料の供給を終了することにより、上記金属材料の上に凹所を確保するものであり、
    この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
15. 半導体基板上に、金属からなり表面が平坦なストッパマスク層を形成する工程と、
    このストッパマスク層の表面の所定の位置に凹所を形成する工程と、
    この凹所内に、低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程と、
    この凹所内に形成された上記低融点金属層をマスクとして上記ストッパマスク層をエッチングして、上記ストッパマスク層の残部から構成される突起電極を形成する工程とを含み、
    上記低融点金属層を構成する低融点金属の固相線温度が、上記突起電極を構成する金属の固相線温度より低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
    上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、
    上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. 上記凹所を含む領域に上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
18. 上記金属材料供給工程により得られた突起電極の先端に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
19. 上記低融点金属層を形成する工程が、上記凹所を含む領域に上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
20. 上記低融点金属層を形成する工程の後、上記ストッパマスク層の一部を除去して、上記低融点金属層および上記突起電極を表面から突出させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法。
21. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
    上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、
    上記平坦化工程の後、上記ストッパマスク層の一部を除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程と、
    上記金属材料供給工程により得られた突起電極の先端に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程と、
    上記平坦化工程の後、上記低融点金属層を形成する工程の前に、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程とをさらに含み、
    上記低融点金属層を形成する工程が、上記凹所を含む領域に上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
22. 半導体基板上に、所定の位置に開口を有し表面のうち上記開口以外の部分がほぼ同一平面上にのるストッパマスク層を形成する工程と、
    上記開口内に熱硬化型の導電性ペーストを、表面が上記ストッパマスク層とほぼ面一になるように充填するペースト充填工程と、
    このペースト充填工程の後、上記導電性ペーストを加熱することにより硬化させる硬化工程と、
    上記硬化工程による導電性ペーストの収縮に伴って生じた凹所内を含む領域に低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
23. 上記低融点金属層を形成する工程が、化学蒸着法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１８、１９、２０および２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
24. 上記低融点金属層を形成する工程が、スパッタ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１８、１９、２０および２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
25. 上記低融点金属層を形成する工程が、無電解メッキ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
26. 半導体基板上に、感光性を有する絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
    上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、
    上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層を所定のパターンのマスクを介して露光した後現像することにより上記開口を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
27. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
    上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、
    上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、
    上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程と、
    上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程と、
    この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
28. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有するストッパマスク層を形成する工程と、
    上記開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程と、
    上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極の固相線温度より低いガラス転移温度を有し、
    上記凹所を含む領域に上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
29. 上記低融点金属層を形成する工程が、無電解メッキ法により上記低融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２８記載の半導体装置の製造方法。
30. 半導体基板上に、絶縁体からなり所定の位置に開口を有し、単一の材料からなるストッパマスク層を形成する工程と、
    上記ストッパマスク層の開口内に金属材料を供給して当該金属からなる突起電極を形成する金属材料供給工程と、
    この金属材料供給工程の後、上記ストッパマスク層の一部を表面から除去して、上記突起電極を表面から突出させる工程とを含み、
    上記ストッパマスク層が、上記突起電極形成時に変形しにくい材料で構成されており、
    上記金属材料供給工程が、上記開口内を上記金属材料で満たす工程を含み、
    上記金属材料供給工程の後、研磨により上記ストッパマスク層の表面および上記開口内の上記金属材料の表面を連続した平坦面にする平坦化工程をさらに含み、
    上記平坦化工程の後、上記開口内に存在する上記金属材料の一部を除去して、上記金属材料の上に凹所を形成する工程と、
    この凹所内を含む領域に、上記突起電極より固相線温度が低い低融点金属からなる低融点金属層を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
31. 上記ストッパマスク層を形成する工程が、上記ストッパマスク層の上にエッチング用開口を有するレジスト膜を形成する工程と、上記エッチング用開口を介して上記ストッパマスク層をエッチングすることにより、上記開口を形成する工程とを含み、
    上記金属材料供給工程が、上記レジスト膜のエッチング用開口を介して、上記ストッパマスク層の開口内に上記金属材料を供給する工程を含むことを特徴とする請求項３０記載の半導体装置の製造方法。

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