JPH03177048A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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】 ［光明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置及びその製造方法の改良に関する
ものである。

（従来の技術） 現在、電子機器の小形化に伴い、ＩＣ。

ＬＳＩ等の半導体チップは高密度、高集積化が進められ
ている。また、半導体素子の実装の面からみても電極ピ
ッチ間の縮小化、Ｉ１０数の増大といった傾向にある。

更に、電卓やＩＣカードにみられるカード化に対応する
薄型化が要求されている。

ところで、半導体素子のＡＩ！［極から外部端子へ電極
リードを取出す方法としてはワイヤボンディング方式が
知られている。ワイヤボンディング方式は、２５〜３０
ｕｍφのＡｕ（又はＡＩ。

Ｃｕ）の極細線を１本づつ熱圧着又は超音波により順次
接続する方法である。現在、自動ワイヤボンダの普及に
より省力化、信頼性、量産性が達成されているものの、
半導体素子の高集積化に伴う多ピン化、狭ピッチ化、更
に薄型実装化に対応できない問題があった。

これに対し、ＴＡＢ方式やフリップチップ方式などのワ
イヤレスボンディング方式は一括接合、位置合せ精度か
らくる信頼性、実装の薄型化、自動化の面からも今後の
半導体素子の実装技術の主流となることが予想される。

ワイヤレスボンディング方式では、一般に半導体素子の
アルミニウム電極上にバンプと呼ばれる金属突起物が形
成される。かかるバンプは、従来、以下に説明する第５
図（Ａ）〜　（Ｄ）の工程により形成されている。

まず、半導体ウェハ１上にＡＩｆＪｉ極２を形成した後
、全面にＳｉＯＪＰＳｉ３Ｎ４などのパッジベーション
膜３を形成し、更に該パッシベーション膜３を選択的に
エツチング除去して前記Ａｊ７ｆｆｉ極２の大部分を露
出させる（第５図（Ａ）図示）。

次いで、同図（Ｂ）に示すようにパッシベーション膜３
を含むウェハ１全面に蒸着又はスパッタリングにより下
地金属膜４を形成する。つづいて、写真蝕刻法により前
記ＡＮ電極２に対応する前記下地金属膜４を露出させる
ための開口部を有するレジストパターン５を形成した後
、下地金属膜４を陰極として電気めっきを施し、露出す
る下地金属膜４部分を含む周囲に金属突起物６を選択的
に形成する（同図＜Ｃ＞図示）。この後、レジストパタ
ーン５を除去し、更に金属突起物６をマスクとして露出
する下地金属膜４を除去してバンプを形成する（同図（
Ｄ）図示）。

しかしながら、上述した従来のバンプの形成方法にあっ
ては次のような問題があった。即ち、バンプの形成に際
しては下地金属膜の形成、写真蝕刻法によるレジストパ
ターンの形成、電気めっき後のレジストパターンの除去
、下地金属膜のエツチングという極めて多くの工程を必
要とするため、コストの点で問題がある。しかも、これ
らの工程は通常の半導体素子の製造工程で取り扱う物質
と異なるものを多く使用するため、半導体素子への汚染
の問題が生じる。また、上記方法はウェハ状態でのバン
プ形成であるため、ウェハからダイシングした半導体素
子を対象としてバンプを形成することができない。この
ため、ウェハに形成された不良半導体素子上にもバンプ
を形成してしまう問題や、ダイシング等により分離され
た半導体素子状態で出荷されたものをアセンブリの時に
バンプを形成して最終の半導体装置として作り上げるこ
とができず、汎用性が悪いという問題があった。

このようなことから、ダイシング後の半導体素子に対し
てパラジウム活性化を併用した無電解ニッケルめっき法
によりバンプを形成することが試みられている。この方
法は、半導体素子をパラジウム溶液に浸漬してＡｆｉ電
極表面にパラジウムを析出、活性化した後、無電解ニッ
ケルめっき液中に浸漬して半導体素子にニッケルめっき
膜からなるバンプを形成するものである。

しかしながらこの様な方法ではチップ上に多数ある電極
の電位により、表面に析出されるＰｄの量が変化してし
まい。また電極表面の酸化膜厚の厚さによってもＰｄ析
出量が変化する等の問題点があった。この様な状態では
安定したＰｄ活性化は望めず、この結果所望のバンプが
形成された半導体装置を得る事は困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、極めて簡単な操作で半導体素子のアルミニウム電
極上のみにバンプの一部もしくは全部を構成するめっき
膜を選択的にかつ安定的に析出した半導体装置及びその
製造方法を提供するものである。

【発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）本発明は、半導
体素子のＡｌを主成分とする電極上に設けられ、かつ表
面に選択的に析出したＰｄを有するＡＲハロゲン化物膜
上にメッキ層を介してバンプを設けた事を特徴とした半
導体装置、及び半導体素子のＡｌｌを主成分とする電極
表面をハロゲンを含むガスでエツチングする工程と、Ｐ
ｄを含む溶液中に浸漬し、前記電極表面にＰｄを選択的
に析出させる工程と、 前記Ｐｄが析出した電極表面に無電解メッキを施しバン
プを形成する工程とを具備した事を特徴とする半導体装
置の製造方法である。

つまり本発明は半導体素子に設けられたＡｌｌを主成分
とする電極表面においては酸化膜の生成等により所望の
Ｐｄを析出させる事が困難である事に着目し、予め電極
表面を、ハロゲンを含むガスでエツチング処理する事に
より、所望のＰｄ析出が得られ、この結果高い信頼性を
有するバンプが得られる事を見い出した事に起因するも
のである。

上記半導体素子は、ウェハから通常の素子形成工程を経
てダイシング等により割断されたもので１、ｌ）電極以
外の領域はＳｉＯ１Ｓｉ３Ｎ４又はＰＳＧ　（リンシリ
ケートガラス）等にのパッシベーション膜で覆われたも
のである。

Ａｇを主成分とする電極としては、適宜選択できるが、
実用上はＡＮ　−０，５〜２．ＯＣｕ、　Ａ、９０．５
〜２．ＯＳ　ｉ、　Ａｆ！−０，５〜２．ＯＳ　ｉ−０
，１〜１、Ｏｃｕ等を用いる事が好ましい。

ハロゲンを含むガスは主としてＦ、Ｃ（１，Ｂｒ■を含
むガスが望ましく、ガス種としては、Ｂ　Ｃｊ７　　、
Ｓ　Ｆ　　、ＣＦ　　、ＣＦ　　Ｂ　ｒ　、ＣＨｓ３　
　６　　６　　３ Ｂｒ、ＣＨＢｒ、ＣＨ３１等であり、とくにＢＣｌ２　
　、ＳＦ　　、ＣＦ６等はよい。プラズマを６ 発生させる装置は通常市販されているものでかまわない
。これらのハロゲンガスはＡｌを主成分とする電極（Ａ
ｌ７−８　ｔ、　Ａ、７７−Ｓ　１−Ｃｕ、　ＡＮ−Ｃ
ｕ等の合金）と反応してハロゲン化物をつくる。たとえ
ばＳＦ　　の場合ＡＩＩＦ　　　（０＜ｘ＜３−ｘ ３）となり、この様なハロゲン化物は、Ａｌ電極上に酸
化膜ができる事を妨げる役目をすると考えられる。なお
、Ａｇのハロゲン化物膜は実用上５０〜５００Ａ程度の
厚さとすることが好ましい。

なおハロゲンを含むガスはＡｇ電極と反応してハロゲン
化物を生成すれば適宜その条件を設定することができる
が実用上はハロゲンの濃度が１０〜５０％程度のものを
用いる事が好ましい。またハロゲンガスでプラズマ処理
する前に電極表面の正常化の為にＡ「等の不活性ガスで
Ａｇ電極表面をスパッタエツチングする事が望ましい。

上記パラジウム溶液の主成分であるパラジウムは、例え
ば塩化パラジウムＰｄＣｆｌ２）等を用いることができ
る。また、パラジウム溶液はアルミニウム電極を腐食し
ない酸又はアルカリ組成とすることが望ましい。こうし
たパラジウム溶液での処理に際しては２０〜４０℃の温
度条件下で行なうことが望ましい。またパラジウム溶液
中にはＺｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｃｒを添加することが
できる。Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ又はＣｒは、パラジウ
ム溶液による半導体素子の活性化に際してアルミニウム
電極のみにパラジウムを選択的に析出させるために使用
する。これら元素の含有量を５　ｐｐｍ未満にすると、
上述の効果が得られない。

他方その含有量が２０００　ｐｐＩｌｌを越えると、ア
ルミニウム電極表面にもパラジウムが析出しなくなる。

好ましい含有量は５０〜３００　ｐｐＩｌｌである。

無電解めっきはできる限り中性に近いものがよい。しか
しｐＨが４〜７程度の液になるとＮｉをのぞき析出速度
が遅く、液に浸漬しつづけるとＡｇ電極がとけてしまう
！１１もあるので、厚くたい積させる時は、ＮｉやＮ１
−Ｂめっきをしたのちに酸性溶液でＡｕ、Ａｇ半打Ｃｕ
等を析出させるのかよい。いったんＮ１−ＰやＮ１−Ｂ
を析出させれば、その上にはんだをデイツプしてもよい
し、スクリーン印判で、ＡｇＡｕ、Ｃｕやはんだのペー
ストを塗布してもよい。スクリーン印刷をする場合は後
行程で加熱を行いバンプ形状を保つ事が必要である。ま
た超音波はんだづけ等によりめっき上にバンプ形成して
もよい。

また、上記無電解ニッケルめっき膜を形成した後に１０
０〜５００℃で熱処理する工程を付加することによって
、アルミニウム電極に対するニッケルめっき膜の密着性
を著しく向上でき、ひいては該電極に対して密着性の優
れたバンプを形成できる。

なお、前記熱処理温度は、その温度を１００℃未満にす
るとアルミニウム電極に対してニッケルめっき膜を良好
に密着させる効果が少なく、かといってその温度が５０
０℃を越えると半導体素子に形成された拡散層の再拡散
やアルミニウムの溶融等が生じて信頼性の低下を招く恐
れがある。

またバンプ材料としては適宜選択できるが、Ｎｉ、Ｃｕ
、Ａｇ、Ａｕ、　はんだの少なくとも一種を用いること
が好ましい。

またＮｉ系を用いる場合には例えばニッケル、又はＮ１
−Ｐ合金などのニッケルを含む材料等を上げることがで
きる。上記パラジウム層の厚さは、５０Ａあれば十分効
果があるが、あまり厚いとバンプが剥離するので、１０
０ＯＡ以下、好ましくは２００〜３００Ａがよい。また
無電解メッキ−層の厚さは１０〜６０μｍが一般的であ
る。またバンプ全体の厚さも１０〜６０μｍが一般的で
ある。

上記のバンプは、実装形態によって上記の積層構造で用
いてもよいし、最上層に他金属の膜を積層してもよい。

即ちバンプと電極リードを導電ゴムなどの導電性接着材
により接合させる場合には、前記バンプの最上層はニッ
ケル又はＮｉ　−Ｐ合金などのニッケルを含む材料とす
ることもできる。

一方、バンプと電極リードを共晶や半田等で接合する場
合には、前記積層構造の最上層にＣｕ。

Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ等のメッキ膜を無電解メッキによって
形成する。無電解ニッケルメッキ層を下地として用いる
場合は、ニッケルメッキ層の厚さはサブミクロンから５
μｍ程度とすることが望ましい。また、無電解ニッケル
メッキ膜を下地膜とし、この上に超音波はんだ付は法に
よりはんだバンプを形成してもよい。あるいは無電解ニ
ッケルメッキ膜を下地層としてこの上に無電解メッキに
よりＡｕ膜を形成し、さらにその無電解金メッキ厚付け
して金バンプを形成することもできる。上記無電解ニッ
ケルメッキ処理におけるメッキ液としては、例えば還元
剤に次亜リン酸塩を用いＮ１−Ｐ合金を析出するＮ１−
Ｐメッキ液、水素化ホウ素を還元剤に用いＮ１−Ｂ合金
を析出するニッケルホウ素メッキ液等がある。

上記パラジウムによる活性化処理と無電解メッキ工程に
おいて例えばＮｊを厚付けする場合は、最初にアルミニ
ウム電極表面にパラジウムを付着させて活性化し、無電
解メッキによる数μｍのメッキ膜（バンプ材料）を形成
した後、再び溶液中に半導体素子を浸漬し、電極表面を
含む周辺に析出した無電解メッキ膜上にパラジウムを付
着してから無電解メッキを行ない、この操作を繰返すこ
ともできる。

以上の様な本発明においてはＡｊ７電極上の電位や表面
酸化膜の厚さに関係なく、マスクなしで選択的にバンプ
形成できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１ まず、第１図に示す如く通常のウェハプロセスに従って
各種のトランジスタ、配線等が形成されたシリコン基板
１１上に１電極１２を形成した後、全面に５１３Ｎ４か
らなるパッシベーション膜１３を形成し、更に該パッシ
ベーション膜１３を選択的にエツチング除去して前記１
電極１２の大部分が露出された半導体素子を用意した。

つづいてプラズマ処理室で、処理を行った。この時の条
件は、５Ｆ６１０％−Ａ「９０％をガスとして用い、ガ
ス流Ｑ　１０　ｃｃ／　ａｋｉｎ　、圧力２Ｘ１　（１
−２ｔｏｒｒ、　３板温度２５℃、高周波電力２００Ｗ
、処理時間９０秒である。

Ａｉ）電極表面にはＡｎのフッ化物層 （ＡｌＦ　　　２０がＩＯＡ形成されており、この−ｘ 保護膜により酸化膜厚が通常の１／２に減少した。

（第１図（Ａ）図示）。

次いで、前記半導体素子をリン酸溶液に浸漬して酸処理
を施した後、Ａｌｌ電極１２表面を軽く洗浄した。つづ
いて、塩化パラジウムをベースとし、温度２５℃、ｐＨ
２のパラジウム溶液に前記半導体素子を３０秒間〜１分
間浸漬して表面にＡ、１７のフッ化物層２０を有するＡ
Ｎ電極１２にＰｄを含む層１４を選択的に付着させた（
同図（Ｂ）図示）。

次いで、前記半導体素子を純水でそのＡｌ電極１２表面
のＰｄを含む層１４が除去されない程度に洗浄した後、
半導体素子を下記組成からなりｐＨが４〜６、温度が８
０〜９０℃の無電解ニッケルめっき浴中に浸漬して２時
間の無電解ニッケルめっきを行なうことによりＡＮ電極
１２を含む周辺に厚さ２０μｍのリンを含むニッケル膜
からなる複数のバンプ１５（寸法１００μｍ角、ピッチ
２００μｍ）を析出させた（同図（Ｃ）図示なおＡＩの
フッ化物層２０．Ｐｄを含む層１４は省略）。

〔無電解ニッケルめっき浴の組成〕

塩化ニッケル　　　　　　　３０ｇ／Ｄヒドロキシ酢酸
ソーダ　　　５０ｇ／Ｎ次亜リン酸ソーダ　　　　　１
０ｇ／ρ次いて、半導体素子をクリーン−オーブン中で
２００℃、３０分の熱処理を施した。この時、同図（Ｄ
）に示すようにＡｇ電極１２とバンプ１５の界面にＮｉ
及びＡｇを含む相１７が形成された。

（なお、同図（Ｄ）においてＡｇのフッ化物層２０゜Ｐ
ｄを含む雇１４は省略〉 しかして、本実施例１で得られたバンプ付半導体素子に
ついて各バンプ間での短絡を調べたところ、皆無である
ことが確認された。

で認められた。

また、本実施例１において熱処理前と熱処理後のバンプ
１５のせん膜強度を調べた。その結果、熱処理前では３
０〜６０ｇであったのが、熱処理後では１３０〜１７０
ｇとなり、Ａｐ電極１２に文・１するバンプ１５の密着
性が著しく向上されていることか確認された。

実施例２〜４ まず、第１図（Ａ）に示すように実施例１と同様な半導
体素子を３枚用意した。

つづいてＢＣｇ３１５％＋Ａｒ８５％。

ＣＨ１１０％＋Ａｒ９０％、　　ＣＨ３Ｂ　ｒ　２０％
＋Ａｒ８０％のガスを使用し実施例１と同様な条件で、
プラズマ処理をそれぞれの素子に施した。いずれの試料
においても表面酸化膜厚は１／２程度に減少した。つづ
いて、塩化パラジウムをベースとし、ｐｂを２００ｐｐ
−含む温度３０℃、ｐＨ１，５のパラジウム溶液に前記
半導体素子を３０秒間〜１分間浸漬して露出するＡｌｌ
電極１２表面のみにＰｄを含む層１４、を選択的に付着
させた（同図（Ｂ）図示）。

次いで、前記半導体素子を純水でそのＡｉ）電極１２表
面のＰｄを含む層１４１が除去されない程度に洗浄した
後、半導体素子を実施例１で用いたのと同様な組成から
なりｐＨが４〜６、温度が８０〜９０℃の無電解ニッケ
ルめっきが浴中に浸漬して約２０分間の無電解ニッケル
めっきを行なうことによりＡｊ７電極１２を含む周辺に
バンプ材料としての厚さ５μｍのリンを含むニッケル膜
１６を析出した。ただし実施例２は１時間析出させ約１
５μｍのニッケルバンプにした。その後実施例２は、第
２図に示す様にニッケルバンプ１６上にＡｕの無電解め
っき層２１を設はバンプ１５を形成した（第２図）。

実施例３は前述と同様に厚さ５μｍのリンを含むニッケ
ル膜１６を析出させた後、クリーンオーブン中で１５０
℃・２時間の熱処理を施して、ＡＱ電極１２とニッケル
膜１６の界面にＮｉ及びＡｆｉを含む層１７を形成した
後超音波半田付は法によって厚さ１５μｍの半田バンプ
１５を形成した（第３図）。

本実施例で形成されたバンプ１５は主に半田で形成され
ているため、ＴＡＢテープに低温で接合できる。その結
果、ＴＡＢテープとしてポリイミドフィルムに代って、
安価なポリエステルフィルムにカバーリードを設けた構
造のテープを使用できるようになった。

実施例４は、前述と同様に厚さ５μｍのリンを含むニッ
ケル膜１６を析出させた後、クリーンオーブン中で１５
０℃・２時間の熱処理を施してＡＲ電極１２とニッケル
膜１６の界面にＮｉ及びＡｐを含む層１７を形成した後
、スクリーン印刷法により厚さ１５μｍのＰｂ−５ｎの
ペーストを印刷、焼成してバンプ１５を形成した。（第
４図）なお、第２図乃至第４図ではＡＮのフッ化物層２
０、Ｐｄを含む層１４は省略した。本実施例で形成され
たバンプは、最上層がニッケルより柔らかい銅で形成さ
れているため、ＴＡＢ方式での接続が容易であった。な
お、さらに銅メッキ膜の上に金や半田などの接合しやす
い層を設けることも可能である。いずれの試料において
も接合強度は充分であった。

〔発明の効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば極めて簡単な操作で
半導体素子のアルミニウム電極上のみにバンプーの一部
もしくは全部を構成するニッケルめっき膜を選択的にか
つ安定的に析出でき、ひいては隣接する同志の短絡のな
い信頼性の高いバンプを高歩留りで形成し得る方法を提
供できる。また、ニッケルめっき膜の析出後に熱出力を
施すことによって。アルミニウム電極に対して高い密着
性を有し、剥離、断線等の内高信頼性のバンプを形成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施例１におけるバン
プの形成工程を示す断面図、第２図、第３図、第４図は
他の実施例により形成されたバンプ付き半導体装置を示
す断面図、第５図（Ａ）〜（Ｄ）は従来のバンプの形成
工程を示す断面図である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・Ａｇ電極、１３・
・・パッシベーション膜、１４・・・Ｐｄを含む層、１
５・・・バンプ、１７・・・Ｎｉ及びＡｆｉを含む層、
１８・・・はんだペースト膜、１９・・・はんだ膜、２
１・・・Ａｕ膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子のＡｌを主成分とする電極上に設けら
   れ、かつ表面に選択的に析出したＰｄを有するＡｌのハ
   ロゲン化物膜上にメッキ層を介して、バンプを設けた事
   を特徴とした半導体装置。
2. （２）半導体素子のＡｌを主成分とする電極表面をハロ
   ゲンを含むガスでエッチングする工程と、Ｐｄを含む溶
   液中に浸漬し、前記電極表面にＰｄを選択的に析出させ
   る工程と、 前記Ｐｄが析出した電極表面に少なくとも無電解メッキ
   を施し、バンプを形成する工程とを具備した事を特徴と
   する半導体装置の製造方法。