JPH07130748A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、光半導体素子の表面に半田バンプが
形成されてなる半導体装置およびその製造方法におい
て、搭載部品上へのマウントをより安定化できるように
することを最も主要な特徴とする。 【構成】たとえば、光半導体素子が作り込まれた半導体
層１１の表面に、Ａｕ金属層１２を形成する。そして、
その上に、電極形成領域１３に応じてパターニングされ
たＳｉＮx 絶縁膜１４を堆積する。上記電極形成領域１
３に、Ｔｉ接着金属層１５、Ｐｔバリア層１６、および
Ａｕコンタクト金属層１７からなる電極２２を形成した
後、イオン化傾向が大きくて酸化しやすいＳｎコアメタ
ル１８をコアとして、イオン化傾向が小さくて酸化しに
くいＡｕ最表層１９を電界メッキにより形成する。こう
して、電極２２上に、酸化膜の形成されにくい、多層構
造のＡｕ，Ｓｎ共晶半田からなる半田バンプ２０を設け
た構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば半導体素子
の電極上に半田バンプを設けてなる半導体装置およびそ
の製造方法に関するもので、特にフォトダイオードなど
の光半導体素子に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、フォトダイオードなどの光半導体
素子においては、そのフリップチップ化にともない、素
子表面に半田バンプが形成されるようになっている。特
に、近年、急速に需要が増えつつある光ファイバ通信用
のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、アバランシ
ュ・フォトダイオードまたはレーザ・ダイオードの半田
バンプとしては、たとえば耐環境性、耐熱性、信頼性の
観点から、融点の高いＡｕＳｎ共晶半田が用いられてい
る。

【０００３】図３は、従来のＡｕＳｎ共晶半田を用いた
半田バンプの例を示すものである。すなわち、光半導体
素子１の表面に、金属電極２に応じて半田バンプ形成領
域３がパターニングされた絶縁膜４が形成されるととも
に、その半田バンプ形成領域３に共晶組成となるように
Ａｕ，Ｓｎが蒸着された後、共晶温度まで加熱されるこ
とによりボール状の半田バンプ５が形成されるようにな
っている。

【０００４】さて、ＡｕとＳｎとの合金状態よりなる半
田バンプ５の場合、バンプ５の表面に酸化膜が形成され
る。これは、Ｓｎのイオン化傾向が大きいために、表層
のＳｎが酸化されるためである。

【０００５】半田バンプ５に形成された酸化膜は溶融し
ただけでは除去できず、搭載部品上へのチップマウント
の際にチップをスクラブして除去する必要があった。し
かしながら、チップマウント時にチップをスクラブする
と、酸化膜の除去された溶融半田金属の、搭載部品上の
金属表面に広がる面積が増えるため、マウント位置の精
度が低下するという問題があった。

【０００６】しかし、スクラブを行わないと、半田バン
プ５の表面の酸化膜は搭載部品上の金属表面に対してま
ったく濡れ性を持たないために固着できず、マウント強
度が著しく低下したり、チップマウントに特有のセルフ
アライメント効果も期待できないという欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、ＡｕとＳｎとの合金状態よりなる半田バン
プの場合、バンプの表面に酸化膜が形成されるために濡
れ性を失い、マウント強度の低下を招いたり、良好なセ
ルフアライメント効果が得られず、また酸化膜をチップ
のスクラブにより除去しようとするとマウント位置精度
が低下するなど、その信頼性および性能に問題があっ
た。

【０００８】そこで、この発明は、半田バンプの表面へ
の酸化膜の形成を防止でき、信頼性および性能を向上す
ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置にあっては、半導体素子の
電極上に半田バンプを設けてなるものにおいて、前記半
田バンプがイオン化傾向の異なる複数の金属層からな
り、そのバンプの最表層側にイオン化傾向の最も小さい
金属層が形成されてなる構成とされている。

【００１０】また、この発明の半導体装置の製造方法に
あっては、半導体素子の表面に絶縁膜を形成する工程
と、この絶縁膜上に、半田バンプ形成領域に対応してパ
ターニングされたレジスト層を形成する工程と、このレ
ジスト層の前記半田バンプ形成領域に露出する前記絶縁
膜を除去する工程と、この絶縁膜の除去された、前記半
田バンプ形成領域に対応する前記半導体素子の表面に、
前記レジスト層よりも厚い第１の金属層を形成する工程
と、この第１の金属層を核とし、その周囲に前記第１の
金属層よりもイオン化傾向の小さい第２の金属層を形成
する工程とからなっている。

【００１１】

【作用】この発明は、上記した手段により、濡れ性の良
い半田バンプが得られるようになるため、スクラブ動作
を必要とすることなく、搭載部品上へのマウントを安定
に行うことが可能となるものである。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかる半導体装置に
ついて概略的に示すものである。たとえば、光半導体素
子が作り込まれた半導体層１１の表面に、メッキコンタ
クト用のＡｕ金属層１２が形成され、その上に、電極形
成領域１３に応じてパターニングされたＳｉＮx などか
らなる絶縁膜１４が堆積されている。

【００１３】上記電極形成領域１３には、半導体層１１
の表面側より、Ｔｉ接着金属層１５、Ｐｔバリア層１
６、およびＡｕコンタクト金属層１７が順に形成されて
いる。そして、上記Ａｕコンタクト金属層１７の上に、
先端側により太い半球形状をもった略きのこ状のＳｎコ
アメタル１８、このＳｎコアメタル１８を覆うようにし
てＡｕ最表層１９が形成されることにより、多層構造の
Ａｕ，Ｓｎ共晶半田からなる半田バンプ２０が設けられ
た構成となっている。

【００１４】次に、上記した構成の半導体装置の製造方
法について説明する。図２は、多層構造の半田バンプ２
０が設けられてなる半導体装置の製造工程を示すもので
ある。

【００１５】まず、半導体層１１の表面に、パターニン
グメッキの際に各パターニング領域に同一の電流が流れ
るようにするために、たとえば真空蒸着法により０．５
ｎｍ厚のメッキコンタクト用Ａｕ金属層１２が形成され
る（同図（ａ））。

【００１６】次いで、上記メッキコンタクト用Ａｕ金属
層１２の上に、たとえば０．２ｎｍ厚のＳｉＮx 絶縁膜
１４が堆積された後、このＳｉＮx 絶縁膜１４の上にレ
ジスト層２１が一様に塗布される。

【００１７】そして、そのレジスト層２１に、直径が約
５０μｍの電極形成領域１３がパターニングされるとと
もに、このパターニングされた電極形成領域１３に露出
する上記ＳｉＮx 絶縁膜１４がエッチングにより除去さ
れる（同図（ｂ））。

【００１８】次いで、前記電極形成領域１３の、上記メ
ッキコンタクト用Ａｕ金属層１２の上に、たとえば真空
蒸着法によりＴｉ接着金属層１５、Ｐｔバリア層１６、
およびＡｕコンタクト金属層１７が順に形成される。

【００１９】そして、周辺部分の不要な各層がリフトオ
フされることにより、上記電極形成領域１３に電極２２
が形成される（同図（ｃ））。次いで、上記電極形成領
域１３を除く、他の領域に約５μｍ厚のレジスト層２３
が塗布される。

【００２０】そして、たとえば電解メッキ法により、上
記Ａｕコンタクト金属層１７の上に約１０μｍ厚のＳｎ
コアメタル１８が形成される（同図（ｄ））。この場
合、上記Ｓｎコアメタル１８は、レジスト層２３の厚さ
（約５μｍ）までは円柱状に成長し、メッキ厚が５μｍ
を越えると、レジスト層２３より飛び出して横方向にも
成長し、最終的に、先端側により太い半球形状をもった
略きのこ状に形成される。

【００２１】次いで、上記レジスト層２３が除去された
後、たとえば電解メッキ法により、上記Ｓｎコアメタル
１８の周囲に約３０μｍの厚さでＡｕ最表層１９が形成
される（同図（ｅ））。

【００２２】この場合、Ａｕ最表層１９は、上記Ｓｎコ
アメタル１８をコアとし、それを覆うようにして成長
し、半田バンプ２０の最表層として形成される。なお、
本実施例では、半田バンプ２０を構成する、Ｓｎコアメ
タル１８およびＡｕ最表層１９の重量比が、共晶組成と
なる、たとえば、２０％対８０％とされている。

【００２３】このように、半田バンプ２０を形成する際
に、イオン化傾向の大きいＳｎコアメタル１８をコアと
し、その周囲を、それよりもイオン化傾向の小さいＡｕ
最表層１９でくるむことにより、半田バンプ２０の表面
に酸化膜が形成されるのを防止できる。

【００２４】こうして、バンプ表面に酸化膜のない半田
バンプ２０が、半導体層１１の表面の電極２２上に形成
されることになる。なお、この半導体装置を搭載部品
（図示していない）上にマウントする際には、搭載部品
上の金属表面に上記半田バンプ２０が当接された状態
で、半田バンプ２０が共晶温度まで加熱される。

【００２５】これにより、半田バンプ２０内の、Ｓｎコ
アメタル１８とＡｕ最表層１９との界面より合金反応が
急速に進み、半田バンプ２０は瞬時に溶融される。この
場合、バンプ表面に酸化膜のない半田バンプ２０が、搭
載部品状の金属表面に直に接触されるために濡れ性に優
れ、強固に固着できるとともに、良好なセルフアライメ
ント効果が得られる。

【００２６】因みに、マウントした半導体装置の側面か
ら力を加えてマウント強度を測定したところ、従来装置
では０．５Ｋｇｆが剥離の限界であったのに対し、本実
施例装置では２Ｋｇｆまで向上できた。

【００２７】また、バンプ表面の酸化膜を除去するため
のスクラブ動作が不要となるため、従来のマウント位置
精度が±２０μｍであったのに比べ、本実施例装置では
±５μｍまで向上することが可能となった。

【００２８】上記したように、濡れ性の良い半田バンプ
が得られるようにしている。すなわち、半田バンプをＳ
ｎコアメタルとＡｕ最表層とからなる多層構造とし、イ
オン化傾向が大きくて酸化しやすいＳｎの全周囲を、イ
オン化傾向が小さくて酸化しにくいＡｕで覆うようにし
ている。これにより、バンプ表面に酸化膜が形成されて
半田バンプの濡れ性が損われるのを防止できるようにな
るため、スクラブ動作を必要とすることなく、搭載部品
上へのマウントを安定に行うことが可能となる。したが
って、搭載部品上に強固にマウントでき、かつ良好なセ
ルフアライメント効果が得られるとともに、酸化膜を除
去するためのスクラブ動作が不要となり、マウント位置
精度の向上が可能となるものである。

【００２９】なお、上記実施例においては、光半導体素
子を例に説明したが、これに限らず、たとえばフリップ
チップ化する各種の半導体装置に適用可能である。ま
た、半田バンプはＳｎとＡｕとからなる二層構造に限ら
ず、たとえば他の金属層からなるものであっても良い
し、二層以上の多層構造としても良い。その他、この発
明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能な
ことは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、半田バンプの表面への酸化膜の形成を防止でき、信
頼性および性能を向上することが可能な半導体装置およ
びその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる半導体装置の概略
を示す断面図。

【図２】同じく、半導体装置の製造工程を概略的に示す
断面図。

【図３】従来技術とその問題点を説明するために示す半
導体装置の断面図。

【符号の説明】

１１…半導体層、１２…メッキコンタクト用Ａｕ金属
層、１３…電極形成領域、１４…絶縁膜、１５…Ｔｉ接
着金属層、１６…Ｐｔバリア層、１７…Ａｕコンタクト
金属層、１８…Ｓｎコアメタル、１９…Ａｕ最表層、２
０…半田バンプ、２１，２３…レジスト層、２２…電
極。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7630−4Ｍ 31/02 Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子の電極上に半田バンプを設け
   てなる半導体装置において、 前記半田バンプがイオン化傾向の異なる複数の金属層か
   らなり、そのバンプの最表層側にイオン化傾向の最も小
   さい金属層が形成されてなることを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 前記半田バンプを構成する各金属層が、
   共晶組成となる重量比を有することを特徴とする請求項
   １に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記半田バンプが、イオン化傾向の大き
   いＳｎ層と、このＳｎ層よりもイオン化傾向の小さいＡ
   ｕ層とからなることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体装置。
4. 【請求項４】 半導体素子の表面に絶縁膜を形成する工
   程と、 この絶縁膜上に、半田バンプ形成領域に対応してパター
   ニングされたレジスト層を形成する工程と、 このレジスト層の前記半田バンプ形成領域に露出する前
   記絶縁膜を除去する工程と、 この絶縁膜の除去された、前記半田バンプ形成領域に対
   応する前記半導体素子の表面に、前記レジスト層よりも
   厚い第１の金属層を形成する工程と、 この第１の金属層を核とし、その周囲に前記第１の金属
   層よりもイオン化傾向の小さい第２の金属層を形成する
   工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記半田バンプ形成領域に対応する前記
   半導体素子の表面に、Ｔｉ接着金属層、Ｐｔバリア層、
   Ａｕコンタクト金属層からなる電極を形成する工程を含
   むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造
   方法。