JPS5823934B2 - Electrode formation method for semiconductor devices - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金を含む多層電極をもった半導体装置の電
極形成法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of forming an electrode of a semiconductor device having a multilayer electrode containing gold.

金を含む多層電極（以下、「全多層電極」と称する）の
形成方法の−として、メッキによる方法がある。As a method for forming a multilayer electrode containing gold (hereinafter referred to as a "full multilayer electrode"), there is a method using plating.

以下、その製造方法の一例を述べる。第１図は従来の方
法にて形成された全多層電極を示す縦断面図である。An example of the manufacturing method will be described below. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a full multilayer electrode formed by a conventional method.

第１図に示すように、ベース拡散領域１およびエミツク
拡散領域２が形成されシリコン酸化膜３にエミッタコン
タクトホール４およびベースコンタクトホール５の窓明
けの完了したシリコンウェーハ６に、バリア金属層７、
金薄膜層８を蒸着法もしくはスパッタリング法により連
続して被着せしめた後、写真製版を行ない、金属配線を
形成しない部分にフォトレジストを形成し、金の選択メ
ッキのマスクとする。As shown in FIG. 1, a barrier metal layer 7, a barrier metal layer 7,
After the gold thin film layer 8 is continuously deposited by vapor deposition or sputtering, photolithography is performed to form a photoresist in areas where metal wiring is not to be formed, and this is used as a mask for selective gold plating.

第１の金メッキ層９及びニッケルメッキ層１０を形成し
た後、選択マスクとして使用したフォトレジストを除去
し、上層のニッケルメッキ層１０をマスクとして、金薄
膜層８及びバリア金属層７を化学蝕刻その他の方法で除
去する。After forming the first gold plating layer 9 and nickel plating layer 10, the photoresist used as a selection mask is removed, and the gold thin film layer 8 and barrier metal layer 7 are etched by chemical etching or other etching using the upper nickel plating layer 10 as a mask. Remove using the following method.

その後、金薄膜層８及びバリア金属層７のエツチングマ
スクとなったニッケルメッキ層１０を除去すれば電極が
作成されるのであるが、半導体装置の信頼性向上及び組
み立て時の歩留り向上の目的を持って、ボンディングさ
れる部分（以下、「ポンディングパッド」と称する）１
１を除いて全面に保護絶縁膜１２を被覆する場合がある
。After that, electrodes are created by removing the gold thin film layer 8 and the nickel plating layer 10 that served as an etching mask for the barrier metal layer 7. The part to be bonded (hereinafter referred to as "bonding pad") 1
In some cases, the entire surface except for 1 is coated with the protective insulating film 12.

ところが、電極の最上層が金である場合、金とシリコン
酸化膜との接着力が弱く、保護絶縁膜がその部分で剥離
する恐れがある。However, when the uppermost layer of the electrode is gold, the adhesion between the gold and the silicon oxide film is weak, and there is a risk that the protective insulating film may peel off at that portion.

その改善のため、金と保護絶縁膜との間に、その両者に
対し接着力の犬なる金属層を介在させなければならない
。To improve this, it is necessary to interpose a metal layer between the gold and the protective insulating film, which has adhesive strength to both.

メッキ法による全多層電極では、この金属にニッケルを
使用することができる。For fully multilayer electrodes made by plating, nickel can be used as this metal.

すなわち、金薄膜層８及びバリア金属層９の、エツチン
グマス゛りとなった上層のニッケルメッキ層をそのまま
残し、保護絶縁膜１２を被着する。That is, the protective insulating film 12 is deposited on the gold thin film layer 8 and the barrier metal layer 9, leaving the upper nickel plating layer that serves as an etching mask intact.

しかる後、ポンディングパッド１１上の保護絶縁膜１２
に写真製版法をもって窓明けを行ない、保護絶縁膜１２
、引続きニッケルメッキ層１０をエツチングすれば、窓
明けされたところに第１の金メッキ層が露呈し、電極が
完成する。After that, the protective insulating film 12 on the bonding pad 11 is
Then, the protective insulating film 12 is made by opening the window using photolithography.
Then, if the nickel plating layer 10 is etched, the first gold plating layer is exposed at the opening, and the electrode is completed.

以上が従来方法による電極作成の一例であるが。The above is an example of electrode creation using a conventional method.

この方法ではポンディングパッド１１上のニッケルメッ
キ層１０が完全にエツチングされない場合があった。In this method, the nickel plating layer 10 on the bonding pad 11 may not be completely etched.

すなわち、金とニッケル相互の拡散係数が犬なるため、
保護絶縁膜１２の形成に化学反応による気相生長法を使
用した場合、その生長温度（約５００℃）程度でも、金
−ニッケルの合金化が起こり、ニッケルメッキ層１０が
完全にエツチングされない場合があった。In other words, since the mutual diffusion coefficient of gold and nickel is
When a vapor phase growth method using a chemical reaction is used to form the protective insulating film 12, alloying of gold and nickel occurs even at the growth temperature (approximately 500°C), and the nickel plating layer 10 may not be completely etched. there were.

ポンディングパッド１１上にニッケルが多量に残ると組
立時、ボンディングが不可能になる恐れがあり、チップ
として不良になる欠点があった。If a large amount of nickel remains on the bonding pad 11, bonding may become impossible during assembly, resulting in a defective chip.

この発明は、以上の欠点を改善する目的でなされたもの
で、保護膜の窓明は後、又はニッケルメッキ層のエツチ
ング後、ポンディングパッド上のみ金の選択メッキを行
ない、上記の欠点を無くそうとするものである。This invention was made with the aim of improving the above-mentioned drawbacks, and it eliminates the above-mentioned drawbacks by performing selective plating of gold only on the bonding pad after the protective film is exposed or after the nickel plating layer is etched. This is what we are trying to do.

以下この発明を、バイポーラトランジスタの製造に適用
した一実施例によって説明する。The present invention will be explained below using an example in which it is applied to the manufacture of a bipolar transistor.

第２図ａ−ｇは、この発明の方法によるバイポーラトラ
ンジスタの全多層電極形成の主要工程を示す縦断面図で
ある。2a to 2g are longitudinal sectional views showing the main steps of forming all multilayer electrodes of a bipolar transistor according to the method of the present invention.

第２図ａに示すように、ベース領域１およびエミッタ領
域２が形成された半導体基体であるシリコンウェーバ６
にシリコン酸化膜３を被覆し、このシリコン酸化膜３に
ベース領域１に対するコンタクトホール５およびエミッ
タ領域２に対するコンタクトホール４の窓明けを行なう
。As shown in FIG. 2a, a silicon wafer 6, which is a semiconductor substrate, has a base region 1 and an emitter region 2 formed thereon.
A silicon oxide film 3 is coated on the silicon oxide film 3, and a contact hole 5 for the base region 1 and a contact hole 4 for the emitter region 2 are formed in the silicon oxide film 3.

続いて、バリア金属層７（例えばチタンタングステン合
金属）と金薄膜層８とをスパッタリングなどの方法によ
りシリコン酸化膜３上及びコンタクトホール４゜５に露
出したシリコンウェーバ６上に全面的に順次被着させる
。Subsequently, a barrier metal layer 7 (for example, a titanium-tungsten alloy metal) and a gold thin film layer 8 are sequentially coated over the entire surface of the silicon oxide film 3 and the silicon wafer 6 exposed in the contact hole 4.5 by a method such as sputtering. Let them wear it.

なお、金薄膜層８は、後に行うメッキの付き回り性を良
好に保つ目的で存在するのであって、１０００Å以下の
薄いものでよい。Note that the gold thin film layer 8 exists for the purpose of maintaining good coverage of plating to be performed later, and may be as thin as 1000 Å or less.

さらに、金薄膜層８上にフォトレジスト膜を被着させ、
写真製版により所要のパターンのフォトレジストマスク
１３を形成する。Furthermore, a photoresist film is deposited on the gold thin film layer 8,
A photoresist mask 13 having a desired pattern is formed by photolithography.

次に、第２図すに示すように、上記フォトレジストマス
ク１３をマスクとして選択メッキを行ない第１の金メッ
キ層９を形成し、引き続きニッケルをメッキしてニッケ
ルメッキ層１０を形成する。Next, as shown in FIG. 2, selective plating is performed using the photoresist mask 13 as a mask to form a first gold plating layer 9, and then nickel is plated to form a nickel plating layer 10.

金メッキ及びニッケルメッキは通常用いられているメッ
キ液で行ない、その電流密度は低く取った方が結果が良
好となる。Gold plating and nickel plating are performed using a commonly used plating solution, and the lower the current density, the better the results.

次に第２図Ｃに示すように、フォトレジストマスク１３
を除去する。Next, as shown in FIG. 2C, the photoresist mask 13
remove.

続いて、第２図ｄに示すように、ニッケルメッキ層１０
をマスクとして、金薄膜層８及びバリア金属層７をエツ
チングする。Subsequently, as shown in FIG. 2d, a nickel plating layer 10 is formed.
Using this as a mask, the gold thin film layer 8 and the barrier metal layer 7 are etched.

エツチング液としては、例えばヨウ素−ヨウ化カリウム
溶液が金薄膜層８に、過酸化水素水がバリア金属層７に
有効である。As the etching solution, for example, an iodine-potassium iodide solution is effective for the gold thin film layer 8, and a hydrogen peroxide solution is effective for the barrier metal layer 7.

次に、第２図ｅに示すように、保護絶縁膜１２をウェハ
全面に被着させる。Next, as shown in FIG. 2e, a protective insulating film 12 is deposited over the entire surface of the wafer.

保護絶縁膜１２は、例えばシリコン酸化物又はシリコン
窒化物を気相生長法等により被着させる。The protective insulating film 12 is formed by depositing, for example, silicon oxide or silicon nitride by a vapor growth method or the like.

保護絶縁膜１２を被着させた後、写真製版法によりポン
ディングパッド１１の部分を窓明けする。After the protective insulating film 12 is deposited, a window is opened at the bonding pad 11 by photolithography.

この際、ポンディングパッド１１の部分ニッケルメッキ
層１０をエツチングしても良い。At this time, the partial nickel plating layer 10 of the bonding pad 11 may be etched.

最後にこの保護絶縁膜１２をマスクとして、ニッケルメ
ッキ層１０又は第１の金メツキ層９上に金をメッキして
第２の金メッキ層１４を形成する。Finally, using this protective insulating film 12 as a mask, gold is plated on the nickel plating layer 10 or the first gold plating layer 9 to form a second gold plating layer 14.

メッキの種類としては無電解金メッキが良く、金はニッ
ケルメッキ層１０又は第１の金メツキ層９上にのみ選択
的にメッキされる。As for the type of plating, electroless gold plating is preferable, and gold is selectively plated only on the nickel plating layer 10 or the first gold plating layer 9.

以上で、この発明の方法による電極形成が完成するので
あるが、この方法に依ると、ニッケルメッキ層１０のエ
ツチングの有無にかかわらず、新たに第２の金メッキ層
１４が被着されこの第２の金メッキ層１４が新たなポン
ディングパッド１１ａを形成するので、保護絶縁膜１２
の形成時の金−ニッケル合金化によるボンディング不良
が改善される。With the above steps, electrode formation by the method of the present invention is completed. According to this method, a new second gold plating layer 14 is deposited regardless of whether or not the nickel plating layer 10 is etched. Since the gold plating layer 14 forms a new bonding pad 11a, the protective insulating film 12
Bonding defects caused by gold-nickel alloying during formation are improved.

上記の実施例では、この発明をバイポーラトランジスタ
の電極形成に適用した場合について述べたが、この発明
は同様の電極構造を採る半導体装置に広く適用すること
ができる。In the above embodiments, the present invention was applied to forming electrodes of bipolar transistors, but the present invention can be widely applied to semiconductor devices having similar electrode structures.

また、バリア金属として、チタンタングステン合金を例
にとったが、バリア金属としての目的に合致するもので
あれば、他の金属又は合金でも使用することができる。Further, although a titanium-tungsten alloy is taken as an example of the barrier metal, other metals or alloys may be used as long as they meet the purpose as a barrier metal.

以上、詳述したように、この発明による半導体装置の電
極形成法においては保護絶縁膜形成、ボンデイング用窓
の窓明は後に、ボンディング用窓に露出しているニッケ
ルメッキ層又は第１の金メツキ層上に、新しく第２の金
メッキ層を選択メッキにより形成することにより、ポン
ディングパッド上の金−ニッケル合金層によるボンディ
ング不良が減少し、製品の歩留が向上する効果がある。As described above in detail, in the method for forming electrodes of a semiconductor device according to the present invention, the formation of a protective insulating film and the opening of the bonding window are performed after the formation of the nickel plating layer or the first gold plating exposed in the bonding window. Forming a new second gold plating layer on the layer by selective plating has the effect of reducing bonding defects due to the gold-nickel alloy layer on the bonding pad and improving product yield.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の方法により形成された全多層電極を示す
縦断面図、第２図ａ −ｇはこの発明の方法によるバイ
ポーラトランジスタの全多層電極形成の主要工程を示す
縦断面図である。 図において、３はシリコン酸化膜（絶縁膜）、４はエミ
ッタコンタクトホール、５はベースコンタクトホール、
６はシリコンウェーハ（半導体基体）、７はバリア金属
層、８は金薄膜層、９は第１の金メッキ層、１０はニッ
ケルメッキ層、１１゜１１ａはポンディングパッド、１
２は保護絶縁膜、１３はフォトレジストマスク、１４は
第２の金メッキ層である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a full multilayer electrode formed by a conventional method, and FIGS. 2a-2g are longitudinal sectional views showing the main steps of forming a full multilayer electrode of a bipolar transistor by the method of the present invention. In the figure, 3 is a silicon oxide film (insulating film), 4 is an emitter contact hole, 5 is a base contact hole,
6 is a silicon wafer (semiconductor substrate), 7 is a barrier metal layer, 8 is a gold thin film layer, 9 is a first gold plating layer, 10 is a nickel plating layer, 11° 11a is a bonding pad, 1
2 is a protective insulating film, 13 is a photoresist mask, and 14 is a second gold plating layer. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 機能領域が形成された半導体基体上に絶縁膜を被着
させ上記半導体基体に達する所要のコンタクトホールを
上記絶縁膜に形成する工程、上記絶縁膜上セよび上記コ
ンタクトホールに露出する上記半導体基体上に金が透過
しない金属によるバリア金属層を全面的に被着させる工
程、上記バリア金属層上に金薄膜層を形成する工程、所
要の形状のマスクを使用して上記金薄膜層上に第１の金
メッキ層をメッキ法にて形成する工程、上記マスクを使
用して」−記第１の金メツキ層上にニッケルメッキ層を
メッキ法にて形成する工程、上記マスクを除去し上記金
薄膜層および上記バリア金属層の上記ニッケルメッキ層
により被覆されていない部分をエツチングにより除去し
上記絶縁膜に露出部分を形成する工程、上記ニッケルメ
ッキ層上および上記絶縁膜の上記露出部分上に全面的に
保護絶縁膜を形成する工程、上記保護絶縁膜に所要のボ
ンディング用窓を形成しこのボンディング用窓に上記ニ
ッケルメッキ層または上記第１の金メッキ層を露出させ
る工程、および露出した上記ニッケルメッキ層または上
記第１の金メツキ層上に第２の金メッキ層をメッキ法に
て形成する工程を備えた半導体装置の電極形成法。1. A step of depositing an insulating film on a semiconductor substrate on which a functional region is formed and forming a required contact hole in the insulating film to reach the semiconductor substrate, the semiconductor substrate being exposed on the insulating film and in the contact hole. A step of completely depositing a barrier metal layer made of a metal through which gold does not permeate, a step of forming a thin gold film layer on the barrier metal layer, and a step of forming a thin gold film layer on the thin gold film layer using a mask having a desired shape. A step of forming a nickel plating layer on the first gold plating layer by a plating method using the above mask, removing the above mask and forming the above gold thin film. etching away portions of the barrier metal layer not covered by the nickel plating layer to form exposed portions of the insulating film; forming a required bonding window in the protective insulating film and exposing the nickel plating layer or the first gold plating layer to the bonding window; and the exposed nickel plating layer. Alternatively, a method for forming an electrode for a semiconductor device, comprising the step of forming a second gold plating layer on the first gold plating layer by a plating method.