JP3796241B2

JP3796241B2 - 混成集積回路装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP3796241B2
Application number: JP2003369873A
Authority: JP
Inventors: 優助五十嵐; 傑若井; 純坂野; 昌巳茂木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP2004200655A

Description

本発明は、混成集積回路装置に関し、特にＣｕの上にＮｉメッキを施した際の、Ｎｉヒゲの防止をした混成集積回路装置に関するものである。

一般に、混成集積回路装置において、例えば導電路としてＣｕを使うことがある。図６はその一例であり、例えば絶縁性を有する基板（１）に所望の回路を達成するための導電路（２）が形成され、この導電路（２）またはこれと一体でなる導電パッドに半導体チップやチップ抵抗等が実装され、前記回路が実現されている。

ここでは基板（１）としてはＡｌ金属により成り、表面を陽極酸化して酸化アルミニウム（３）を生成し、導電路との接着性を考えエポキシ系の樹脂（４）がその全面に被着されている。
特開昭６４−３５９８５号公報

前記構成において、Ｃｕ（５）の酸化防止や金属細線のボンディング性を考慮してその表面にＮｉ（６）がメッキされている。一方、エッチングとしては、ドライエッチとウェットエッチングの２通りが有るがスループットを考えてウェットがその主流となっている。一般に数μｍ〜数十μｍの金属をドライで行った場合、数時間以上かかるものが、シャワー式のウェットエッチングで行えば数分〜数十分程度でエッチングできる。

特に全面にＣｕ、Ｎｉを被着し、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ₃）のエッチャントでウェットエッチングをした場合、Ｃｕの方がエッチングレートが大きいため、図６のようにＮｉの庇（７）が形成される。例えば１〜２μｍの膜厚に対して、庇が１０μｍ以上形成される。一方、製造工程中において、レジストゴミやその他のゴミが付着するための除去、およびＮｉ表面が平らであるためボンディング性の向上を考えてブラッシングが行われる。つまりこのブラッシングによりゴミは除去され、Ｎｉの表面は粗面になる。

しかし図６のようにＮｉの庇が設けられているため、ブラシの毛足がこの庇に当り、Ｎｉヒゲ（８）を生成し、導電路（２）間の短絡を発生させたり、膜剥がれ等を発生させていた。またＮｉの成膜領域以外をレジストで覆い、電解メッキで選択的にＮｉを被着させる場合、レジストの周辺に電流が集中し、レジストを除去してみると、Ｎｉパターンの周辺に突起が生成され、これがボンディング性を悪化させていた問題もあった。

本発明は前述の課題に鑑みて成され、下層に設けられる第１の導電路（１４）とこの上層に被着された第２の導電路（１５）よりその導電路（１１）を成し、第２の導電路（１５）を、第１の導電路（１４）よりもエッチングレートが小さい材料で構成され、第２の導電路の膜厚Ｘに対して第２の導電路の第１の導電路からの庇のはみ出し長さＹがＹ／Ｘ≦１の庇に抑えるようにして解決するものである。

以上の説明からも明らかなように、導電路を２層にし、下層の導電路の方が上層の導電路よりエッチングレートが大きい場合、当然上層の導電路の庇が形成されるが、この庇を第２の導電路の膜厚Ｘに対して第２の導電路の第１の導電路からの庇のはみ出し長さＹがＹ／Ｘ≦１に抑えることでこの庇の強度を向上させることができる。従ってブラッシング等を行ってもＮｉヒゲや膜剥がれが無くなり、歩留まり向上を達成できる。

特に下層がＣｕ、上層がＮｉでエッチャントが塩化第２鉄の場合特にこの現象が顕著であり、有効である。またエッチャントの一要素（Ｃｌ）と第１の導電路の金属（Ｃｕ）が反応し、エッチャントが循環せず静止している場合、この反応物の塩化銅がエッチャントに対するマスクとなり、第２の導電路の金属（Ｎｉ）のみ選択性を有し、庇や爪を取り除くことができる。従ってブラッシングを行ってもヒゲや膜剥がれが無くなり、爪がないために良好なボンダビィリティを有することになる。

以下に本発明の混成集積回路装置を図１を参照しながら説明する。まず少なくともその表面が絶縁性を有する基板（１０）があり、この上には導電路（１１）が形成される。この基板（１０）は、ここではＡｌ基板よりなり、その表面は陽極酸化により酸化アルミニウム（１２）が生成され、更に導電路（１１）との接着性を考えて、エポキシ系の樹脂（１３）が被膜されている。しかし少なくとも表面が絶縁処理されていればよく、他の方法（例えばスパッタリング等）で直接成膜できるのであれば、セラミック、プリント基板またはガラス基板等でも良い。

前記導電路（１１）は、２層構造で成り、下層の第１の導電路（１４）は、例えばＣｕよりなる金属で形成され、ここでは３５μｍの厚さでこの導電路（１１）の主となる。また第１の導電路（１４）上には、この導電路よりもエッチングレートの小さい材料、例えば数μｍ〜１０μｍ程度、実際ここでは５μｍのＮｉより成る第２の導電路（１５）が被着されている。詳しくは後述するが、第１の導電路（１４）の方がエッチングレートが大きいエッチャントでウェットエッチングし、第１の導電路（１４）と第２の導電路（１５）に同時に成すと、どうしても第１の導電路（１４）の方が選択されアンダーカッとされ、庇（１６）が形成される。例えばここでは、エッチャントとして塩化第２鉄を使い、強制供給法例えばシャワーによりウェットエッチングされる。

この庇（１６）の形状は、後述する方法等で達成できるが、いろいろな形状で実験した結果、庇（１６）の長さがその肉厚に対して０を越えて１以下であれば、Ｎｉヒゲや膜剥がれがないことが判った。
実験によれば、Ｎｉヒゲの発生率は、研摩方法によって大きく異なるため、ブラシの毛足の線径を０．４５ｍｍ、長さを１４〜２４ｍｍとし、その回転数を５００〜１５００回／分とした。図５のようにＮｉ厚Ｘに対して庇のはみ出し長さＹを色々と変化させて実験してみた。例えば５μｍの膜厚に対し、１０〜１まで約１μｍずつ変化させた結果、４μｍ程度からそれ以下のものは、Ｎｉヒゲが殆ど発生しないことが判った。特に２μｍ、１μｍでは全く発生しなかった。

以上の説明からも判るように、本発明の特徴は、庇自身を、Ｙ／Ｘ≦１とすることにある。これは相対的に縦が横と同等の立方体または縦が横よりより厚くなるためにこの庇の強度が増強するためであると考えられる。
続いてこの庇の製造方法について説明する。
まずＡｌ金属基板（１０）を用意し、その表面を陽極酸化して酸化アルミニウム（１２）を形成し、エポキシ系の樹脂（１３）を成膜した後、この樹脂の接着性を利用して、全面にＣｕ箔（１４）をプレス接着し、更にこの全表面にＮｉ層（１５）をメッキにより成膜している。（以上図２参照）
続いて、ホトリソグラフィ技術により、導電路（１１）を形成する領域にホトレジスト（２０）を成膜し、被エッチング面に常時新しいエッチャントが供給されるようにしてウェットエッチングする。この新しいエッチャントを被エッチング面に供給すると同時に、反応物を取り除くためにエッチャントに流れを与える方式を、ここでは強制供給法と仮称する。この方法は、シャワー、液層内を循環させる方法等色々考えられ、ここでエッチャントは塩化第２鉄であり、強制循環方式としてシャワーを採用した。塩化第２鉄のエッチングレートＲは、Ｒ（Ｃｕ）＞Ｒ（Ｎｉ）であるため、図５にも示したような庇（１６）ができた状態で第１の導電路（１４）と第２の導電路（１５）が形成される。（以上図３参照）
続いて、塩化第２鉄が満たされた槽（２１）の中に前記基板をディップする工程がある。

本工程では、パターン化されて露出した第１の導電路（１４）の側面は、強制供給法とは異なり、静止したエッチャントでエッチングされ、この側面にはエッチング液の一構成要素が化学反応により保護膜としてその側面に形成され、これ以上第１の導電路がエッチングされないで第２の導電路がエッチングさ、この庇が短くなってゆくのだろうと推定できる。

図５を使って更に詳しく説明する。例えば塩化第２鉄を使ったディップ法でＣｕをエッチングすると露出面に斜線でハッチングしたような塩化銅（ＣｕＣｌ_x：Ｘ＝１または２）が生成される。エッチャントは静止しているのでこの塩化銅は、強制的に撤去されず、へばり付いている。例えば膜厚３５μｍの銅をエッチングした時、ディップ法では、全てがエッチングされるまでに１日あるいはそれ以上の時間がかかる事実がその証明となる。逆にこの時点でのエッチングレートＲを考えると、塩化銅がへばり付いているために、ＣｕのエッチングレートＲ（Ｃｕ）が大幅に小さくなり、ディプされた中では、Ｒ（Ｃｕ）＜＜Ｒ（Ｎｉ）となる。従って、Ｎｉが選択的にエッチングされてゆき、庇を無くすことができる。

先にも説明したように、この庇は、Ｙ／Ｘ≦１で有ればよく、ａ点に於いてＹ／Ｘ＝１となる。そして、第１の導電路１４の側面の位置をゼロとした場合、点ｂに於いて、Ｙ／Ｘの値がマイナスとなる。本来ブラッシングをする場合、点ｂの方がブラシの毛足がＮｉに当らず良いが、最大点ａで有ってもよい。従ってディップ法では若干の時間が必要になるがＮｉの選択性を有するため、図５の点ａ、ｂのように任意に設定できる。

従ってこの後の工程で、ブラッシングを行っても、庇の強度が従来よりも増すためにＮｉヒゲや膜剥がれを減少または全く無くすことができ。最後には、説明を簡単にするが、チップ抵抗、半導体チップが固着され、必要によってはワイヤーボンドされて所定の回路が達成される。更に必要によってリードの接続や樹脂モールドまたはケースの取りつけが行われて完成される。

続いてＮｉ爪の除去方法について説明する。これは前実施例と異なり、部分的にＮｉを電解メッキするもので、まず図７のようにＣｕ箔（１４）を貼り付けた後、図７のようにＮｉメッキしたい所のみ残して全てをレジスト（３０）で覆い、図８のように電解メッキする。ここでは前にも述べたように、パターンの周辺に電流集中が発生し、Ｎｉ爪と称した突起（３１）が発生する。

続いて第１の導電路となるＣｕ箔（１４）をホトエッチングする。従って図９に示したように、Ｃｕパターンの上に爪のあるＮｉ層が形成される。この爪は、ワイヤーボンディング性の悪化を引き起こすために図４に示すようにディップする。前実施例で説明したように、ディップではＮｉを選択的にエッチングできるので、この爪を無くすことが可能となる。

前実施例も、本実施例もディップ方法としてディップ槽（２１）を使っているが、例えば図１０のように、基板（１０）の上に例えばホトレジスト（４０）等のダムを形成して、この中にエッチャントを溜めても良い。
図３において、周辺にダムを形成した状態で、シャワー式エッチングを行い、図のように完全にエッチングできたなら、シャワーを止める。止まるとダムがあるために、エッチャントが溜ったディップ状態と成り、Ｎｉのみ選択的にエッチングできる。これは、例えば自動ラインで、コンベヤー式に基板が流れ、シャワー室を通過した後、ディップ法に移る場合、設備の必要もなく簡単に達成できるものである。

本発明の実施例を説明する斜視図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の原理を説明する断面図である。従来の問題点を説明する斜視図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の製造方法を説明する断面図である。本発明の製造方法を説明する一部断面斜視図である。

符号の説明

１０基板
１１導電路
１４第１の導電路
１５第２の導電路
１６庇
３１突起

Claims

少なくとも表面が絶縁性を有する基板と、この基板に所定の回路を達成するための導電路と、この導電路と電気的に接続された半導体チップとを少なくとも有する混成集積回路装置であって、
前記導電路は、下層に設けられるＣｕより成る第１の導電路と、この上層に被着されて前記第１の導電路よりも薄いＮｉメッキよりなる第２の導電路から成り、
前記第１の導電路からはみ出す前記第２の導電路により庇が形成され、
前記庇がはみ出す距離をＹとし、前記第２の導電路の厚みをＸとした場合、Ｙ／Ｘ≦１の関係が成り立ち、
前記第２の導電路の表面は、前記庇が形成された状態で、ブラッシングされることを特徴とする混成集積回路装置。
前記第２の導電路の厚みは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置。
基板の表面にＣｕより成る第１の金属層を積層させる工程と、
前記第１の金属層に、前記第１の金属層よりも薄いＮｉメッキよりなる第２の金属層を積層させる工程と、
前記第１の金属層および前記第２の金属層をエッチングすることにより、下層の第１の導電路と上層の第２の導電路とから成る導電路を形成する工程と、
前記第２の導電路をブラッシングする工程と、を具備し、
前記導電路を形成する工程では、前記第１の導電路からはみ出す前記第２の導電路により庇が形成され、
前記庇がはみ出す距離をＹとし、前記第２の導電路の厚みをＸとした場合、Ｙ／Ｘ≦１の関係が成り立ち、
前記ブラッシングする工程では、前記庇が形成された状態で前記第２の導電路をブラッシングすることを特徴とする混成集積回路装置の製造方法。
前記導電路を形成する工程では、
前記第１の導電路および前記第２の導電路は、流れを持って供給されるエッチャントによりエッチングされて形成され、
更に、静止した状態のエッチャントに前記基板を浸漬させて、前記エッチャントと前記第１の導電路とが化合した保護膜により、前記第１の導電路を保護した状態で、前記第２の導電路をエッチングし、前記庇を短くすることを特徴とする請求項３記載の混成集積回路装置の製造方法。