DE102013108979A9

DE102013108979A9 - Anschlussstruktur und Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102013108979A9
Application number: DE102013108979.8A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yoshida; Makoto Orikasa; Hideyuki SEIKE; Yuhei HORIKAWA; Hisayuki Abe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: JP2014060379A; JP6326723B2; DE102013108979A1; KR101570999B1; US20140054767A1; TW201411797A; KR20140026249A; TWI518856B; DE102013108979B4; US9640500B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussstruktur, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial 10; eine externe Elektrode 20, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist; eine Isolierbeschichtung 30, die auf dem Basismaterial und auf der Elektrode ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Teil der Elektrode frei legt; eine lötfähige Metallisierung (UBM) 70, die die Öffnung ausfüllt und einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt; und einen kuppelförmigen Bondhügel 85, der die lötfähige Metallisierung (UBM) bedeckt, wobei die lötfähige Metallisierung (UBM) in einem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung eine konvexe Form in Richtung des Bondhügels hat, und die Dicke Tu0 der lötfähigen Metallisierung (UBM) in einer Mitte der Öffnung mindestens gleich der Dicke Tu1 der lötfähigen Metallisierung (UBM) an einem Endabschnitt der Öffnung ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussstruktur und ein Halbleiterbauelement.
Verwandter Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Hochleistungs-Halbleiter mit hoher Integrationsdichte, wie zum Beispiel Zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), vollzieht sich derzeit ein Übergang vom Drahtbondungsmontageverfahren als einer Allzwecktechnik zum Flip-Chip-Montageverfahren zum Ausbilden eines Bondhügels aus Lot oder dergleichen auf einer Chip-Elektrode und direktem Bonden des Bondhügels an ein Substrat.
Zum Beispiel offenbaren Patentliteratur 1 ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-085456 ) und Patentliteratur 2 ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-203868 ) Verfahren zum Bilden von Bondhügeln auf Elektroden, die auf Basismaterialien angeordnet sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Im Zuge der Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen ist es erforderlich, Bondhügel näher beieinander anzuordnen, das heißt, der Bondhügelabstand muss verringert werden. Leider kann bei Verwendung der oben erwähnten herkömmlichen Bondhügel die Anforderung der Verringerung des Bondhügelabstandes, wie unten beschrieben, nicht hinreichend erfüllt werden.
1 ist eine schematische Ansicht, die einen herkömmlichen Bondhügelausbildungsprozess veranschaulicht. Zuerst wird, wie in 1(a) veranschaulicht, ein Substrat bereitgestellt, das eine externe Elektrode 20 auf einem Basismaterial 10, eine Passivierungsschicht (eine Isolierbeschichtung) 30 und eine Keimschicht 40 enthält. Dann wird ein Trockenfilm 100 dergestalt ausgebildet, dass er einen Teil der Keimschicht bedeckt, und es wird eine Galvanisierung ausgeführt, die eine elektrolytische Vernickelung und eine elektrolytische Lotplattierung (in dieser Reihenfolge) enthält, um dadurch eine lötfähige Metallisierung (UBM) 50 und eine Lotplattierungsschicht 60 (1(b)) zu bilden. Dann wird der Trockenfilm abgezogen, und eine überflüssige Keimschicht wird weggeätzt (1(c)). Anschließend wird das gesamte Substrat in einen Rückschmelzofen eingebracht und erwärmt, um dadurch einen Bondhügel 65 zu bilden (1(d)). Bei einer solchen Anschlussstruktur hat die lötfähige Metallisierung (UBM) eine Oberseite mit einer konkaven Form in Richtung der externen Elektrode.
Es ist zu beachten, dass, wenn ein Bondhügel mittels des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet wird, eine intermetallische Verbund(IMC)-Phase (nicht gezeigt), die nahe einer Grenze zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) und dem Bondhügel entsteht, in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Grenze wächst, während eine konkave Form (gestufte Form) der Fläche der lötfähigen Metallisierung (UBM), die sich in einer unteren Schicht davon befindet, unverändert bleibt. In diesem Moment behindern sich Wachstumspunkte der IMC-Phase aufgrund des Wachstums in der konkaven Form gegenseitig. Infolge dessen bleiben zum Teil innere Spannungen an einer Grenzfläche zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) und der Lotplattierungsschicht (Bondhügel) zurück, die die mechanische Festigkeit auf der Schnittstelle reduzieren können.
Um diesen Festigkeitsverlust zu verhindern, kann ein Öffnungsabschnitt der Passivierungsschicht, das heißt des konkaven Abschnitts der lötfähigen Metallisierung (UBM), verlängert werden, um dadurch die Auswirkungen der gegenseitigen Behinderung von Wachstumspunkten in der IMC-Phase zu mindern. Leider führt das zwangsläufig zu der Notwendigkeit, einen gewissen Grad an Abstand Pb zwischen den Bondhügeln einzuhalten (siehe 1(d)), wodurch die mögliche Reduzierung des Bondhügelabstands eingeschränkt wird.
Angesichts der oben dargelegten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Anschlussstruktur, die in der Lage ist, einen brauchbaren Kompromiss zwischen der Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Bondhügeln und einer Reduzierung des Bondhügelabstands anzubieten.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anschlussstruktur bereit, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial; eine Elektrode, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist; eine Isolierbeschichtung, die auf dem Basismaterial und auf der Elektrode ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Teil der Elektrode frei legt; eine lötfähige Metallisierung (UBM), die die Öffnung ausfüllt und einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt; und einen kuppelförmigen Bondhügel, der die lötfähige Metallisierung (UBM) bedeckt, wobei die lötfähige Metallisierung (UBM) in einem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung eine konvexe Form in Richtung des Bondhügels hat, und eine Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) in einer Mitte der Öffnung mindestens so groß ist wie die Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) an einem Endabschnitt der Öffnung.
Jede Anschlussstruktur mit einer solchen Konfiguration kann verhindern, dass sich Wachstumspunkte gegenseitig behindern, wenn die IMC-Phase wächst. Dies macht es möglich, potenzielle innere Spannungen der herkömmlichen Anschlussstruktur hinreichend effektiv auszuschalten. Somit kann die Anschlussstruktur die mechanische Festigkeit an einer Grenzfläche zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) und einer Verzinnungsschicht (Bondhügel) besser als zuvor verbessern. Außerdem kann die Anschlussstruktur selbst dann, wenn die Öffnung der Isolierbeschichtung schmaler gestaltet wird, die mechanische Festigkeit dieser Grenzfläche hinreichend sicherstellen, so dass eine Reduzierung des Bondhügelabstands erreicht werden kann.
Außerdem ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass unter der Annahme, dass auf einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der Elektrode der Punkt A als eine Position eines Endabschnitts auf einer Öffnungsseite der Isolierbeschichtung definiert ist und der Punkt B als eine Position eines Endabschnitts der lötfähigen Metallisierung (UBM) definiert ist, und auf einer Basis einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der Elektrode der Punkt C als eine Position definiert ist, wo die Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) die Hälfte der Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) am Punkt A beträgt, das Verhältnis R zwischen der Entfernung AB von Punkt A zu Punkt B und der Entfernung BC von Punkt B zu Punkt C folgenden Ausdruck erfüllt: R = BC/AB ≥ 0,05.
Oder anders ausgedrückt: Dies zeigt an, dass es bevorzugt ist, dass die Dicke des Endabschnitts der lötfähigen Metallisierung (UBM) auf der Isolierbeschichtung sich nicht rasch verringert, sondern allmählich abnimmt. Dies macht es möglich, noch besser zu verhindern, dass sich die Wachstumspunkte gegenseitig behindern, wodurch die Verzinnungsschicht wächst, wodurch zusätzlich verhindert werden kann, dass die inneren Spannungen insbesondere nahe dem Endabschnitt der lötfähigen Metallisierung (UBM) zurückbleiben, und zum Beispiel des Weiteren verhindert werden kann, dass Risse in einem Wurzelabschnitt des Bondhügels entstehen. Es ist zu beachten, dass es von einem Standpunkt, wie oben beschrieben, besonders bevorzugt ist, dass insbesondere eine Ecke des Endabschnitts der Oberseite der lötfähigen Metallisierung (UBM) gerundet ist.
Des Weiteren enthält der Bondhügel in der vorliegenden Erfindung bevorzugt Zinn (Sn) als eine Hauptkomponente. Dadurch erhält der Bondhügel eine zweckmäßige Kuppelform, wodurch das Risiko eines Kurzschlusses zwischen den Bondhügeln weiter verringert werden kann, selbst wenn der Bondhügelabstand reduziert wird. Im Sinne des vorliegenden Textes bedeutet „enthält Zinn als eine Hauptkomponente”, dass der Zinngehalt mindestens 90 Masse-% des Gesamtbestandteils ausmacht.
Des Weiteren enthält die lötfähige Metallisierung (UBM) in der vorliegenden Erfindung bevorzugt Nickel (Ni) als eine Hauptkomponente. Dies macht es möglich, zweckmäßigerweise zu verhindern, dass das Bondhügelmetall in die externe Elektrode diffundiert. Im Sinne des vorliegenden Textes bedeutet „enthält Nickel als eine Hauptkomponente”, dass der Nickelgehalt mindestens 85 Masse-% des Gesamtbestandteils ausmacht.
Des Weiteren enthält der Bondhügel in der vorliegenden Erfindung bevorzugt Titan (Ti). Dies macht es möglich, zweckmäßigerweise zu verhindern, dass das in dem Bondhügel enthaltene Metall in die lötfähige Metallisierung (UBM) diffundiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Halbleiterbauelement mit der Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, bereit. Jedes Halbleiterbauelement mit der Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann dem Erfordernis einer Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen gerecht werden.
Die vorliegende Erfindung kann eine Anschlussstruktur bereitstellen, die in der Lage ist, einen brauchbaren Kompromiss zwischen der Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Bondhügeln und einer Reduzierung des Bondhügelabstands anzubieten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die einen herkömmlichen Bondhügelausbildungsprozess veranschaulicht;
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen bevorzugten Prozess zum Ausbilden einer Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht;
3 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen bevorzugten Prozess zum Ausbilden einer Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht; und
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die schematisch die Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei Bedarf unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Zeichnungen den gleichen oder ähnlichen Komponenten die gleichen Bezugszahlen zugewiesen sind und auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.
[Prozess zum Ausbilden der Anschlussstruktur]
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen bevorzugten Prozess zum Ausbilden einer Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Zuerst wird, wie in 2(a) veranschaulicht, ein allgemein bekanntes Verfahren verwendet, um eine externe Elektrode 20 individuell auf einem Basismaterial 10 und eine Isolierbeschichtung 30 mit einer Öffnung auf der externen Elektrode auszubilden. Es ist zu beachten, dass für die Dicke der externen Elektrode, den Abstand P_e (Beabstandung der Anordnung) der externen Elektrode und die Dicke der Isolierbeschichtung keine besonderen Beschränkungen bestehen, diese aber bevorzugt im Bereich von 1 bis 30 μm, 10 bis 150 μm bzw. 0,1 bis 50 μm liegt, um einen besseren Kompromiss zwischen der Einfachheit der Implementierung beim Ausbilden dieser Schichten und der Reduzierung des Bondhügelabstands zu erreichen. Der Durchmesser L₀ der Öffnung und die Beabstandung P_o der benachbarten Öffnungen liegen bevorzugt im Bereich von 3 bis 30 μm bzw. 5 bis 120 μm, um die elektrische Konnektivität zwischen der externen Elektrode und dem Bondhügel sowie die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Bondhügeln zu verbessern. Es ist zu beachten, dass zu Beispielen des Basismaterials ein Siliziumsubstrat, ein organisches Substrat und dergleichen und zu Beispielen der externen Elektrode eine Elektrode aus Cu, Cu-Legierung, Al, Al-Legierung und dergleichen als ihre jeweiligen bevorzugten Aspekte gehören. Des Weiteren bestehen für die Isolierbeschichtung keine besonderen Einschränkungen, solange die Schicht die Basismaterialoberfläche und die Oberfläche der externen Elektrode von Korrosion durch Feuchtigkeit oder dergleichen schützen kann, aber als Beispiel soll an dieser Stelle eine Schicht aus Polyimid, SiN oder dergleichen genannt sein.
Es ist zu beachten, dass für die planare Form (die Form der Anschlussstruktur in der Draufsicht) der Öffnung in der Isolierbeschichtung 30 keine besonderen Einschränkungen bestehen, sondern verschiedene Formen verwendet werden können, wie zum Beispiel kreisförmige und polygonale Formen. Die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform nimmt an, dass, obgleich nicht veranschaulicht, die Öffnung, eine lötfähige Metallisierung (UBM-Schicht) 70 und ein Bondhügel 85, die weiter unten noch beschrieben werden, eine planare Kreisform haben. Es ist zu beachten, dass, wenn die planare Form der Öffnung ein Polygon ist, der Durchmesser der Öffnung und dergleichen beispielsweise eine maximale Länge einer Schnittlinie zwischen einer Ebene des Polygons und einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Polygons betragen kann, die eine Linie enthält, die im Wesentlichen durch die Mitte des Polygons verläuft.
Dann wird, wie in 2(b) veranschaulicht, eine allgemein bekannte Vorbehandlung an der Oberfläche der externen Elektrode, die in einer Öffnung der Isolierbeschichtung frei liegt, ausgeführt, und dann wird eine chemische Vernickelung ausgeführt, um ihre Öffnung auszufüllen, um dadurch eine UBM-Schicht 70 zu bilden, die einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt. Es ist zu beachten, dass, wenn die externe Elektrode aus Cu oder Cu-Legierung besteht, zu Beispielen der oben erwähnten Vorbehandlung Entfetten, Beizen und Aktivieren gehören. Es ist des Weiteren zu beachten, dass, wenn die externe Elektrode aus Al oder Al-Legierung besteht, zu Beispielen der oben erwähnten Vorbehandlung Entfetten, Beizen und Zinkatieren gehören.
Vom Standpunkt des Verhinderns, dass das in dem Bondhügel enthaltene Metall die externe Elektrode durch Diffusion oder dergleichen erreicht, beträgt eine maximale Dicke T_u der UBM-Schicht bevorzugt 0,5 bis 10 μm auf der Basis der Oberfläche der externen Elektrode. Des Weiteren beträgt – vom Standpunkt des Realisierens einer guten elektrischen Isolierung zwischen benachbarten Bondhügeln – eine Beabstandung P_u zwischen benachbarten UBM-Schichten bevorzugt 4 bis 115 μm.
Dann wird, wie in 2(c) veranschaulicht, eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp ausgeführt, um eine Verzinnungsschicht 80 auszubilden, die die UBM-Schicht und einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt, so dass die gesamte UBM-Schicht umschlossen wird. Dies macht es möglich, ein Vorläufersubstrat zu erhalten, um eine gewünschte Anschlussstruktur zu erhalten. Vom Standpunkt des Erhaltens einer ausreichenden Menge an Bondhügelmetall zur Implementierung beträgt hier eine maximale Höhe H_b0 der Verzinnungsschicht bevorzugt 5 bis 40 μm auf der Basis der Oberfläche der Isolierbeschichtung auf dem Basismaterial.
Des Weiteren wird das in 2(c) erhaltene Vorläufersubstrat einem Hochtemperaturprozess (Rückschmelzen) in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen, um die Verzinnungsschicht 80 zu schmelzen, die des Weiteren einem raschen Abkühlen unterzogen wird, um sich zu verfestigen und dadurch einen kuppelförmigen Zinnbondhügel 85 zu bilden (2(d)). Für die Rückschmelzbedingungen gelten keine besonderen Einschränkungen, aber die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre beträgt bevorzugt maximal 1000 ppm, die Temperatur beträgt 235 bis 300°C, und die Verweilzeit beträgt 5 bis 120 Sekunden.
Vom Standpunkt des Gewährleistens eines hinreichenden und zweckmäßigen Kontakts mit einem Verbindungsanschluss zur Implementierung beträgt die maximale Höhe H_b des Zinnbondhügels hier bevorzugt 5 bis 50 μm auf der Basis der Oberfläche der Isolierbeschichtung auf dem Basismaterial.
Es ist zu beachten, dass auf dem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung die UBM-Schicht eine konvexe Form in Richtung des Zinnbondhügels hat. Im Sinne des vorliegenden Textes bezieht sich der Ausdruck „die UBM-Schicht hat eine konvexe Form in Richtung des Zinnbondhügels” auf das Aussehen der UBM-Schicht, deren Oberseite in Richtung der externen Elektrode nicht einmal teilweise vertieft ist, und zu Beispielen einer solchen Form der UBM-Schicht gehören nicht nur die Form, die in 2(d) veranschaulicht ist, sondern auch eine Kuppelform und eine Bogenform. Des Weiteren ist – auf der Basis der Oberseite der Isolierbeschichtung auf der externen Elektrode – die Dicke T_u0 der UBM-Schicht in der Mitte der Öffnung der Isolierbeschichtung mindestens so groß wie die Dicke T_u1 der UBM-Schicht im Endabschnitt der Öffnung. Vom Standpunkt des Verhinderns, dass das in dem Bondhügel enthaltene Metall die externe Elektrode durch Diffusion oder dergleichen erreicht, beträgt T_u0 bevorzugt 0,5 bis 10 μm. Des Weiteren beträgt – vom Standpunkt des Verhinderns, dass das in dem Bondhügel enthaltene Metall die externe Elektrode durch Diffusion oder dergleichen von einer Grenze zwischen der UBM-Schicht und der Isolierbeschichtung aus erreicht – T_u1 bevorzugt 0,5 bis 10 μm in einem Bereich, der T_u0 nicht übersteigt.
In der vorliegenden Ausführungsform gibt es eine IMC-Phase (nicht gezeigt), die hauptsächlich Nickel und Zinn als Inhaltselemente nahe einer Grenze zwischen der UBM-Schicht und dem Zinnbondhügel enthält, so dass die UBM-Schicht bedeckt wird. Es ist zu beachten, dass die IMC-Phase in dem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung dem oben erwähnten Hochtemperaturprozess unterzogen wird, um dadurch zu einer Dicke von etwa 0,1 bis 5 μm auf der Basis der Oberseite der UBM-Schicht zu wachsen. Genauer gesagt, wächst die IMC-Phase in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Grenze und in einer Richtung von der UBM-Schicht zu dem Zinnbondhügel. Dabei wächst die IMC-Phase ausgehend von mehreren Wachstumspunkten auf der UBM-Schicht. Dadurch entstehen mehrere Vorsprünge nahe einer Grenze zwischen der UBM-Schicht und dem Zinnbondhügel, weil die IMC-Phase radial von der Grenze in Richtung des Zinnbondhügels wächst. Es ist zu beachten, dass, da die UBM-Schicht eine konvexe Form in Richtung des Zinnbondhügels hat, wie oben beschrieben, sich die Wachstumspunkte kaum gegenseitig behindern, weil die IMC-Phase radial in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung von der Grenze zwischen der UBM-Schicht und dem Zinnbondhügel wächst. Infolge dessen kann die vorliegende Ausführungsform effektiv die inneren Spannungen beseitigen, die in der herkömmlichen Anschlussstruktur möglicherweise nahe der IMC-Phase vorhanden sind. Eine solche IMC-Phase kann gebildet werden, indem man der UBM-Schicht eine konvexe Form gibt. Es ist zu beachten, dass der Abschnitt nahe einer Grenze zwischen der UBM-Schicht und dem Zinnbondhügel eine IMC-Schicht aus einer IMC-Phase sein kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ecke des Endabschnitts der Oberseite der UBM-Schicht so gerundet, dass die IMC-Phase – insbesondere nahe dem Endabschnitt der UBM-Schicht – mit weniger innerer Restspannung wächst. Dies wird mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die schematisch die Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht, wobei ein Endabschnitt der Anschlussstruktur vergrößert ist. Unter der Annahme, dass auf einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der externen Elektrode ein Punkt A als eine Position eines Endabschnitts auf einer Öffnungsseite der Isolierbeschichtung definiert ist und ein Punkt B als eine Position eines Endabschnitts der UBM-Schicht, die einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt, definiert ist, und auf einer Basis einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der externen Elektrode der Punkt C als eine Position definiert ist, wo die Dicke der UBM-Schicht, die die Isolierbeschichtung bedeckt, die Hälfte der Dicke der UBM-Schicht am Punkt A beträgt (ein Endabschnitt der Öffnung), und die Entfernung AB als eine Entfernung zwischen Punkt A und Punkt B definiert ist, die Entfernung BC als eine Entfernung zwischen Punkt B und Punkt C definiert ist und das Verhältnis R als ein Verhältnis zwischen AB und BC definiert ist, erfüllt R hier bevorzugt folgenden Ausdruck: R = BC/AB ≥ 0,05.
In Abhängigkeit von der Dicke, dem Durchmesser und dergleichen von anderen Konfigurationen beträgt R in Anbetracht der Auslegung der Anschlussstruktur hier bevorzugt maximal 0,50.
Wenn es auf einer Basis einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der externen Elektrode mehrere Positionen gibt, wo die Dicke der UBM-Schicht, die die Isolierbeschichtung bedeckt, die Hälfte der Dicke der UBM-Schicht an Punkt A (einem Endabschnitt der Öffnung) beträgt, so kann ein Punkt, der dem Endabschnitt (Punkt B) der UBM-Schicht, die die Isolierbeschichtung bedeckt, am nächsten liegt, als Punkt C angesehen werden. Es ist zu beachten, dass eine Position, wo die Dicke der UBM-Schicht, die die Isolierbeschichtung bedeckt, die Hälfte der Dicke der UBM-Schicht am Punkt A (einem Endabschnitt der Öffnung) beträgt, bevorzugt ein einzelner Punkt ist.
Die Höhe, die Beabstandung und dergleichen können gemessen werden, indem man den Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung der Anschlussstruktur unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) oder dergleichen betrachtet.
Somit kann, wie in 2(d) veranschaulicht, eine Anschlussstruktur hergestellt werden, die Folgendes umfasst: das Basismaterial 10; die externe Elektrode 20, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist; die Isolierbeschichtung 30, die auf dem Basismaterial und auf der externen Elektrode ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Teil der externen Elektrode frei legt; die UBM-Schicht 70, die die Öffnung ausfüllt und einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt; und einen kuppelförmigen Bondhügel 85, der die UBM-Schicht (und einen Teil der Isolierbeschichtung) bedeckt, wobei die UBM-Schicht in einem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung eine konvexe Form in Richtung des Bondhügels hat und die Dicke T_u0 der UBM-Schicht in einer Mitte der Öffnung mindestens so groß ist wie die Dicke T_u1 der UBM-Schicht an einem Endabschnitt der Öffnung.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung ziehen in Betracht, dass eine solche Anschlussstruktur implementiert werden kann, indem man ein Vorläufersubstrat durch eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp herstellt. Genauer gesagt, beseitigt das Vorläufersubstrat zum Erhalten der Anschlussstruktur der vorliegenden Ausführungsform die Notwendigkeit einer Keimschicht für die elektrolytische Lotplattierung, und somit wird, wie in 2(b) veranschaulicht, die UBM-Schicht nur auf der externen Elektrode, die in der Öffnung frei liegt, ohne die Keimschicht dazwischen ausgebildet. Aus diesem Grund wird – in einem anfänglichen Prozess zum Ausbilden der UBM-Schicht – eine Stufe der Isolierbeschichtung in der Öffnung in der UBM-Schicht gefüllt; anschließend wird, in einem weiteren Prozess zum Ausbilden der UBM-Schicht, die UBM-Schicht auf der Isolierbeschichtung ausgebildet; und infolge dessen hat die UBM-Schicht eine konvexe Form in Richtung des Zinnbondhügels. Im Gegensatz dazu wird im Fall des Vorläufersubstrats aufgrund der herkömmlichen Technik, wie in 1(b) veranschaulicht, die UBM-Schicht mit der Keimschicht 40 dazwischen für die elektrolytische Lotplattierung ausgebildet. Aus diesem Grund wird die UBM-Schicht in ähnlicher Weise auf der externen Elektrode, die in der Öffnung frei liegt, und auf der Isolierbeschichtung ausgebildet, und infolge dessen hat die UBM-Schicht eine Form, die einer gestuften Form (konkaven Form) der Isolierbeschichtung in der Öffnung folgt. Somit kann mit einer herkömmlichen Technik keine solche Anschlussstruktur wie in der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden.
Es ist zu beachten, dass, wenn die UBM-Schicht durch chemische Vernickelung wie in 2(b) ausgebildet wird, ein Trockenfilm ausgebildet werden kann, um einen Plattierungsbereich zu definieren.
Genauer gesagt, wird, wie in 3(a) veranschaulicht, in der gleichen Weise, wie in 2(a) beschrieben, ein allgemein bekanntes Verfahren verwendet, um eine externe Elektrode 20 individuell auf einem Basismaterial 10 sowie eine Isolierbeschichtung 30 mit einer Öffnung auf der externen Elektrode auszubilden.
Dann wird, wie in 3(b) veranschaulicht, ein Trockenfilm 100 auf der Oberfläche der externen Elektrode, die in der Öffnung der Isolierbeschichtung frei liegt, und auf der Oberfläche der Isolierbeschichtung ausgebildet. Anschließend wird eine allgemein bekannte Technik, wie zum Beispiel Photoresist, verwendet, um den Trockenfilm zu strukturieren, um dadurch den Trockenfilm um die Öffnung in der Isolierbeschichtung herum zu entfernen. Dann wird eine chemische Vernickelung auf der Oberfläche der externen Elektrode, die in der Öffnung der Isolierbeschichtung frei liegt, und einem Teil der Oberfläche der Isolierbeschichtung ausgeführt, um eine UBM-Schicht 70 auszubilden.
Des Weiteren wird, wie in 3(c) veranschaulicht, eine allgemein bekannte Technik verwendet, um den Trockenfilm abzuziehen. Dann wird in der gleichen Weise, wie in 2(c) beschrieben, eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp ausgeführt, um eine Verzinnungsschicht 80 auszubilden. Dies macht es möglich, ein Vorläufersubstrat zum Erhalten einer gewünschten Anschlussstruktur zu erhalten.
Anschließend wird in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, das Vorläufersubstrat einem Hochtemperaturprozess (Rückschmelzen) unterzogen, wodurch eine Anschlussstruktur, wie in 3(d) veranschaulicht, erhalten werden kann.
[Chemische Vernickelung]
Eine Plattierungslösung, die ein Nickelsalz, einen Komplexbildner, ein Reduktionsmittel und dergleichen enthält, kann zur chemischen Vernickelung verwendet werden. Vom Standpunkt einer guten Verarbeitungsfähigkeit (Badstabilität und Abscheidungsrate) zur chemischen Vernickelung wird vorzugsweise eine Plattierungslösung, die eine Hypophosphorsäure als das Reduktionsmittel enthält, verwendet.
Es ist zu beachten, dass die durch chemische Vernickelung ausgebildete UBM-Schicht Nickel als eine Hauptkomponente enthält, aber bevorzugt Ni und P als Inhaltselemente enthält. Vom Standpunkt des Erhaltens von Flexibilität und geringen Spannungen in der UBM-Schicht enthält die UBM-Schicht besonders bevorzugt 5 bis 15 Masse-% P. Des Weiteren ist zu beachten, dass die UBM-Schicht nicht nur Ni und P, sondern auch S oder dergleichen enthalten kann.
[Chemische Verzinnung vom Reduktionstyp]
Eine Plattierungslösung, die eine Zinnverbindung, einen organischen Komplexbildner und eine organische Schwefelverbindung, ein Antioxidationsmittel und eine dreiwertige Titanverbindung als ein Reduktionsmittel enthält, wird bevorzugt für eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp verwendet. Zinn kann auf der UBM-Schicht durch entsprechende Auswahl der Art und Konzentration dieser Inhaltskomponenten stabil abgeschieden werden. Es folgt eine detaillierte Beschreibung, aber Art, Konzentration und Mechanismus sind nicht auf die Beschreibung beschränkt.
Für die Zinnverbindung bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange sie als eine Zinnquelle dient, aber sie ist bevorzugt von einer oder zwei oder mehr Arten, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: ein anorganisches Säuresalz von Zinn, ein Carboxylsäuresalz von Zinn, ein Alkansulfonsäuresalz von Zinn, ein Alkanolsulfonsäuresalz von Zinn und ein Hydroxid von Zinn, sowie Metazinnsäure. Diese wasserlöslichen Zinnverbindungen können als ein Gemisch aus einem oder zwei oder mehr Arten von Verbindungen verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass die Wertigkeit (Oxidationszahl) von Zinn als der Zinnverbindung entweder zweiwertig oder vierwertig sein kann, aber bevorzugt zweiwertig ist, weil es eine gute Abscheidungsrate ermöglicht. Das heißt, die Zinnverbindung ist bevorzugt.
Für den Gehalt der Zinnverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp bestehen keine besonderen Einschränkungen, er beträgt aber bevorzugt 0,5 g/l bis 100 g/l, besonders bevorzugt 5 g/l bis 30 g/l und ganz besonders bevorzugt 7 g/l bis 15 g/l als metallisches Zinn für die gesamte Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp. Wenn der Gehalt des metallischen Zinns in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp mindestens 0,5 g/l beträgt, so kann die Abscheidungsrate der Zinnbeschichtung auf ein praktikables Niveau beschleunigt werden. Wenn der Gehalt des metallischen Zinns in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp nicht größer als 100 g/l ist, so lässt sich die Zinnverbindung als eine Zinnquelle einfach auflösen.
Obgleich keine besondere Einschränkung für den organischen Komplexbildner besteht, ist eine Phosphonsäureverbindung, die einen dreiwertigen Phosphor mit einer Oxidationszahl von 3 enthält, wie eine organische Phosphonsäureverbindung, bevorzugt. Als Beispiele seien genannt: Aminogruppen-haltige Methylenphosphonsäuren wie zum Beispiel Nitril-Trimethylen-Phosphonsäure, Ethylendiamin-Tetramethylen-Phosphonsäure, Diethylen-Triamin-Pentamethylen-Phosphonsäure, Hexamethylen-Diamin-Tetramethylen-Phosphonsäure und Hexamethylen-Triamin-Pentamethylen-Phosphonsäure; Hydroxylgruppen-haltige Phosphonsäuren wie zum Beispiel 1-Hydroxyethyliden-1- und -1-diphosphonsäure; Benzen-Phosphonsäuren wie zum Beispiel 3-Methoxybenzen-Phosphonsäure; Benzyl-Phosphonsäuren wie zum Beispiel 3-Methylbenzyl-Phosphonsäure und 4-Cyano-benzyl-Phosphonsäure; Alkalimetallsalze davon; Erdalkalimetallsalze davon; und Ammoniumsalze davon. Unter ihnen sind die Hydroxylgruppen-haltigen Phosphonsäuren besonders bevorzugt. Der organische Komplexbildner kann als ein Gemisch aus einer oder zwei oder mehr Arten dieser Verbindungen verwendet werden.
Für den Gehalt des organischen Komplexbildners in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp bestehen keine besonderen Einschränkungen, er beträgt aber bevorzugt 1 g/l bis 500 g/l, besonders bevorzugt 10 g/l bis 200 g/l und ganz besonders bevorzugt 50 g/l bis 150 g/l für die gesamte Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp. Wenn der Gehalt des organischen Komplexbildners in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp mindestens 1 g/l beträgt, so besitzt der organische Komplexbildner genügend Komplexbildungsvermögen, stabilisiert die Plattierungslösung und kann hinreichend eine Wirkung als der Komplexbildner ausüben; und wenn der Gehalt maximal 500 g/l beträgt, so ist der organische Komplexbildner problemlos in Wasser löslich. Es ist zu beachten, dass keine weitere Wirkungsverstärkung durch einen Komplexbildner mit einem Gehalt von mehr als 500 g/l erreicht wird, der hinsichtlich der Kosten unwirtschaftlich sein kann.
Die organische Schwefelverbindung ist bevorzugt eine organische Schwefelverbindung, die aus der Gruppe der Mercaptane und Sulfide ausgewählt ist. „Mercaptane” bezieht sich auf eine Verbindung mit einer Mercapto-Gruppe (-SH) im Molekül. „Sulfide” bezieht sich auf eine Verbindung mit einer Sulfid-Gruppe (-S-) im Molekül. Beispiele der Gruppe, die dem S angehängt werden, sind eine Alkanoyl-Gruppe, wie zum Beispiel eine Alkyl-Gruppe, eine Aryl-Gruppe und eine Acetyl-Gruppe (Ethanoyl-Gruppe). Des Weiteren gehören zu den Sulfiden ein Polysulfid mit mehreren direkt gebundenen „-S-”, wie zum Beispiel ein Disulfid und ein Trisulfid. Es ist zu beachten, dass sowohl Mercaptane als auch Sulfide, in denen ein einzelnes Paar am S-Atom aktiv ist, als ein Katalysator für die Zinnabscheidung auf der UBM-Schicht (auf dem Ni-Film) wirken und somit stabil Zinn auf der UBM-Schicht abscheiden können.
Für den Gehalt der organischen Schwefelverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp bestehen keine besonderen Einschränkungen, er beträgt aber bevorzugt 0,1 ppm bis 100000 ppm, besonders bevorzugt 1 ppm bis 10000 ppm und ganz besonders bevorzugt 5 ppm bis 1000 ppm für die gesamte Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp. Wenn der Gehalt der organischen Schwefelverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp mindestens 0,1 ppm beträgt, so kann eine hinreichende Abscheidungsrate sichergestellt werden. Wenn andererseits der Gehalt maximal 100000 ppm beträgt, so lässt sich die organische Schwefelverbindung problemlos in Wasser lösen, so dass eine stabile Plattierungslösung erhalten werden kann.
Für das Antioxidationsmittel bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange das Antioxidationsmittel die Oxidation von Zinn mit einer Wertigkeit (Oxidationszahl) von zwei bis Zinn mit einer Wertigkeit von vier verhindern kann, aber zu konkreten Beispielen gehören eine Phosphorsäure-haltige Verbindung (eine Hypophosphorsäureverbindung und eine Phosphorsäureverbindung), ein Hydrazinderivat, Catechol, Hydrochinon, Pyrogallol und Salze davon. Unter ihnen ist die Phosphorsäure-haltige Verbindung bevorzugt, und die Phosphorsäureverbindung ist besonders bevorzugt. Diese Antioxidationsmittel können als ein Gemisch aus einer oder zwei oder mehr Arten dieser Verbindungen verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Zugabe des Antioxidationsmittels nicht nur die oben erwähnte Zinnoxidation verhindern kann, sondern auch einer übermäßigen Oxidation von dreiwertigem Titan entgegenwirken kann, wie später noch beschrieben wird. Dies macht es möglich, eine stabilere Plattierungslösung zu erhalten und Zinn stabil auf der UBM-Schicht (dem Ni-Film) abzuscheiden.
Für den Gehalt des Antioxidationsmittels in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp bestehen keine besonderen Einschränkungen, er beträgt aber bevorzugt 0,1 g/l bis 100 g/l und besonders bevorzugt 1 g/l bis 80 g/l für die gesamte Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp. Wenn der Gehalt des Antioxidationsmittels in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp mindestens 0,1 g/l beträgt, so kann die Wirkung des Antioxidationsmittels hinreichend sichergestellt werden; und wenn der Gehalt maximal 100 g/l beträgt, so kann eine abnormale Abscheidung von Zinn in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp vermieden werden, was zu einer guten Badstabilität und einer stabilen Verzinnung führt.
Für die Titanverbindung bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange die Titanverbindung wasserlöslich ist und als ein Reduktionsmittel fungiert; aber zum Beispiel sind – vom Standpunkt der Plattierleistung, der einfachen Verfügbarkeit und dergleichen aus gesehen – insbesondere Titanhalid, wie zum Beispiel Titantrichlorid, Titantriiodid und Titantribromid, sowie Titansulfat bevorzugt. Das Titan hat bevorzugt eine Wertigkeit (Oxidationszahl) von drei. Der Grund dafür ist, dass die zweiwertige Titanverbindung instabil ist und rasch oxidieren und zu vierwertig geändert werden kann; und die vierwertige Titanverbindung selbst oxidiert nicht und liefert somit möglicherweise keine Elektronen. Diese wasserlöslichen Titanverbindungen können als ein Gemisch aus einer oder zwei oder mehr Arten dieser Verbindungen verwendet werden. Unter ihnen ist – vom Standpunkt der Plattierleistung, der einfachen Verfügbarkeit und dergleichen aus gesehen – Titantrichlorid besonders bevorzugt.
Für den Gehalt der Titanverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp bestehen keine besonderen Einschränkungen, er beträgt aber bevorzugt 0,01 g/l bis 100 g/l, besonders bevorzugt 0,1 g/l bis 20 g/l und ganz besonders bevorzugt 1 g/l bis 10 g/l als ein Titanmetall für die gesamte Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp. Wenn der Gehalt der wasserlöslichen Titanverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp mindestens 0,01 g/l beträgt, so kann die Abscheidungsrate der Zinnbeschichtung auf eine praktikable Geschwindigkeit erhöht werden; und wenn der Gehalt der wasserlöslichen Titanverbindung in der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp maximal 100 g/l beträgt, so kann einer abnormalen Abscheidung von Zinn entgegengewirkt werden, was zu einer guten Badstabilität und stabilen Verzinnung führt.
Es ist zu beachten, dass die Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp nicht nur diese Komponenten enthalten kann, sondern außerdem zweckmäßigerweise ein Puffermittel, um die Plattierungslösung auf einem konstanten pH-Wert zu halten, ein oberflächenaktives Mittel zum Entfernen von Nadellöchern in dem Verzinnungsfilm und zum Erreichen einer guten schaumbrechenden Wirkung der Plattierungslösung und einen Aufheller zum besseren Glätten der Verzinnungsbeschichtung enthalten kann.
Für die Plattierungsbedingungen für die Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp gelten keine besonderen Einschränkungen, aber die Temperaturbedingung ist bevorzugt 40°C bis 90°C und besonders bevorzugt 50°C bis 80°C. Des Weiteren beträgt die Plattierungsdauer bevorzugt 30 Sekunden bis 5 Stunden und besonders bevorzugt 1 Minute bis 2 Stunden.
Es ist zu beachten, dass die Verzinnungsschicht (Bondhügel), die durch eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp gebildet wird, Sn als eine Hauptkomponente enthält, aber bevorzugt Sn und Ti als Inhaltselemente enthält. Wenn die Verzinnungsschicht Ti enthält, so kann insbesondere verhindert werden, dass das in dem Bondhügel enthaltene Metall in die UBM-Schicht diffundiert.
[Halbleiterbauelement]
Eine auf diese Weise hergestellte Anschlussstruktur kann zweckmäßigerweise auf Halbleiterbauelemente und dergleichen angewendet werden. Wenn sie zum Beispiel auf ein Halbleiterbauelement angewendet wird, so kann ein Material, in dem ein Halbleiterschaltkreis auf einer Oberfläche oder einer Innenseite eines Siliziumsubstrats oder dergleichen ausgebildet wird, als das Basismaterial 10 verwendet werden. Des Weiteren kann eine Elektrode, die elektrisch mit dem Halbleiterschaltkreis verbunden ist, als die externe Elektrode 20 verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Oberfläche des Siliziumsubstrats oder dergleichen einen Graben oder eine Stufe enthalten kann. In diesem Fall kann die externe Elektrode 20 in einem Abschnitt ausgebildet werden, der den oben erwähnten Graben oder die oben erwähnte Stufe aufweist. Genauer gesagt, kann die externe Elektrode 20 zum Beispiel auf einer Unterseite (einem konkaven Abschnitt) des Grabens, einer Oberseite (einem konvexen Abschnitt) der Stufe, einer Unterseite (einem konkaven Abschnitt) der Stufe oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann die externe Elektrode 20 auf einer Fläche im Wesentlichen senkrecht zur Hauptfläche des Siliziumsubstrats oder dergleichen ausgebildet werden. Genauer gesagt, kann die externe Elektrode 20 zum Beispiel auf einer Seitenfläche des Siliziumsubstrats oder dergleichen, auf einer Seitenfläche des Grabens oder der Stufe oder dergleichen ausgebildet werden. Ein solches Halbleiterbauelement kann die mechanische Festigkeit des Bondhügels erhöhen und die Beabstandung zwischen benachbarten Bondhügeln reduzieren, wodurch der Forderung nach einer Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen hinreichend Genüge getan werden kann.
[Beispiel]
Es folgt eine detailliertere Beschreibung des Inhalts der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
(Ausbilden der Elektrode und der Isolierbeschichtung)
Es wurde ein Siliziumsubstrat (5 × 5 mm, 0,6 mm dick) hergestellt, auf dem eine externe Elektrode und eine SiN-Isolierbeschichtung mit einer Öffnung ausgebildet werden, wie in 2(a) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die externe Elektrode aus Kupfer hergestellt wurde und die 10 × 10 Öffnungen so angeordnet waren, dass sie gleichmäßig voneinander beabstandet waren.
(Chemische Vernickelung)
Dann wurden vorgegebene Vorbehandlungen (Entfetten, Beizen und Aktivieren) an der Oberfläche einer aus Kupfer bestehenden externen Elektrode, die in einer Öffnung der SiN-Isolierbeschichtung frei lag, ausgeführt, gefolgt von einer chemischen Vernickelung, um eine UBM-Schicht auszubilden, die die Öffnung ausfüllt und einen Teil der SiN-Isolierbeschichtung bedeckt (2(b)). Es ist zu beachten, dass als die chemische Vernickelung eine allgemein bekannte chemische Nickel-Phosphor-Plattierungslösung (Phosphorkonzentration 10 Masse-% in der UBM-Schicht) verwendet wurde. Des Weiteren wurden als die Plattierungsbedingungen eine Temperatur von 85°C und eine Zeitdauer verwendet, die so justiert wurde, dass eine vorgegebene Vernickelungsschichtdicke erhalten wurde.
(Chemische Verzinnung vom Reduktionstyp)
Des Weiteren wurde eine chemische Verzinnung vom Reduktionstyp ausgeführt, und es wurde ein Vorläufersubstrat erhalten, auf dem eine Verzinnungsschicht, die die UBM-Schicht und einen Teil der SiN-Isolierbeschichtung bedeckte, so ausgebildet wurde, dass sie die gesamte UBM-Schicht umschloss, die wie oben beschrieben gebildet worden war (2(c)). Es ist zu beachten, dass die Zusammensetzungen der Lösung zur chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp folgendermaßen waren. Des Weiteren wurden als die Plattierungsbedingungen eine Temperatur von 60°C und eine Zeitdauer verwendet, die so justiert wurde, dass eine vorgegebene Höhe der Verzinnungsschicht erhalten wurde.
Zinnverbindung (Zinnchlorid): 10 g/l (als Zinn)
Phosphor-haltiger organischer Komplexbildner (Hydroxylgruppen-haltige Phosphonsäure): 100 g/l
Organische Schwefelverbindung (Sulfidgruppen-haltige organische Schwefelverbindung): 100 ppm
Antioxidationsmittel (Phosphorsäureverbindung): 40 g/l
Reduktionsmittel (Titantrichlorid): 5 g/l (als Titan)
(Rückschmelzen)
Das auf diese Weise erhaltene Vorläufersubstrat wurde bei 250°C 30 Sekunden lang in einer Stickstoffatmosphäre (in einer Sauerstoffkonzentration von 500 ppm) gehalten, um die Verzinnungsschicht zu schmelzen, die des Weiteren einem raschen Abkühlen unterzogen wurde, um verfestigt zu werden, und es wurde ein Silizium-TEG(Testelementgruppen)-Substrat erhalten, das eine Anschlussstruktur mit einem kuppelförmigen Zinnbondhügel umfasste, wie in 2(d) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente den Angaben in Tabelle 1 entsprachen. Wenn hier in der Tabelle „gerundete Eckenform des UBM-Endes” mit „Ja” angeführt ist, so zeigt dies an, dass die Ecke des Endabschnitts der Oberseite der UBM-Schicht gerundet ist.
[Beispiel 2]
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 – außer dass ein Trockenfilm verwendet wurde, um einen Plattierungsbereich zu definieren, als die chemische Vernickelung ausgeführt wurde – wurde ein Silizium-TEG-Substrat erhalten, das eine Anschlussstruktur mit einem kuppelförmigen Zinnbondhügel umfasste, wie in 3(d) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente den Angaben in Tabelle 1 entsprachen. Es ist zu beachten, dass in Beispiel 2 aufgrund der Wirkung des gebildeten Trockenfilms die Ecke des Endabschnitts der Oberseite der UBM-Schicht einen im Wesentlichen rechten Winkel hatte, weshalb die „gerundete Eckenform des UBM-Endes” als „nein” evaluiert wurde.
[Beispiele 3 bis 7]
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 – außer dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente entsprechend den Angaben in Tabelle 1 geändert wurden – wurde ein Silizium-TEG-Substrat erhalten, das eine Anschlussstruktur mit einem kuppelförmigen Zinnbondhügel umfasste, wie in 2(d) veranschaulicht.
[Beispiel 8]
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 – außer dass die externe Elektrode aus einer Al-0,5 Masse-% Cu-Legierung hergestellt wurde und vorgegebene Vorbehandlungen (Entfetten, Beizen und Zinkatieren) auf der Oberfläche der externen Elektrode ausgeführt wurden – wurde ein Silizium-TEG-Substrat erhalten, das eine Anschlussstruktur umfasste, wie in 2(d) veranschaulicht.
[Beispiel 9]
In der gleichen Weise wie in Beispiel 4 – außer dass die externe Elektrode aus einer Al-0,5 Masse-% Cu-Legierung hergestellt wurde und vorgegebene Vorbehandlungen (Entfetten, Beizen und Zinkatieren) auf der Oberfläche der externen Elektrode ausgeführt wurden – wurde ein Silizium-TEG-Substrat erhalten, das eine Anschlussstruktur umfasste, wie in 2(d) veranschaulicht.
[Vergleichsbeispiel 1]
Es wurde eine Anschlussstruktur erhalten, indem eine elektrolytische Vernickelung anstatt einer chemischen Vernickelung ausgeführt wurde und des Weiteren eine elektrolytische Verzinnung anstatt einer chemischen Verzinnung vom Reduktionstyp ausgeführt wurde.
Die Anschlussstruktur von Vergleichsbeispiel 1 wurde folgendermaßen hergestellt. Zuerst wurde eine 0,1 μm dicke Kupferschicht durch Sputtern auf der Oberfläche der externen Kupferelektrode, die in der SiN-Öffnung in der Isolierbeschichtung frei lag, und der SiN-Oberfläche der Isolierbeschichtung als eine Keimschicht ausgebildet (1(a)), und dann wurde ein Trockenfilm ausgebildet. Anschließend wurde der Trockenfilm durch Photoresist strukturiert, um den Trockenfilm um die SiN-Öffnung in der Isolierbeschichtung herum zu entfernen. Dann wurde eine elektrolytische Vernickelung auf der Oberfläche der externen Elektrode, die in der SiN-Öffnung in der Isolierbeschichtung frei lag, und einem Teil (einer Keimschichtoberfläche, die nicht mit dem Trockenfilm bedeckt war) der Oberfläche der Isolierbeschichtung ausgeführt, um die UBM-Schicht zu bilden. Es ist zu beachten, dass ein allgemein bekanntes Sulfamatbad als die elektrolytische Vernickelung verwendet wurde. Des Weiteren wurden als die Plattierungsbedingungen eine Temperatur von 50°C und eine Zeitdauer und ein Plattierungsstromwert verwendet, die so justiert wurden, dass eine vorgegebene Dicke der Vernickelungsschicht erhalten wurde.
Anschließend wurde kontinuierlich eine elektrolytische Lotplattierung ausgeführt, um eine Lotplattierungsschicht auf der UBM-Schicht auszubilden. Zu dieser Zeit wurde die Lotplattierungsschicht nur auf der Oberseite der UBM-Schicht ausgebildet, und die Lotplattierungsschicht wurde nicht so ausgebildet, dass sie einen Teil der SiN-Isolierbeschichtung bedeckte, die die gesamte UBM-Schicht umschließen soll (1(b)). Es ist zu beachten, dass ein allgemein bekanntes Alkanolsulfonsäurebad (Cu-Gehalt von 0,5 Masse-%) als die elektrolytische Lotplattierung verwendet wurde. Des Weiteren wurden als die Plattierungsbedingungen eine Temperatur von 50°C und eine Zeitdauer und ein Plattierungsstromwert verwendet, die so justiert wurden, dass eine vorgegebene Höhe der Lotplattierungsschicht erhalten wurde.
Anschließend wurde der Trockenfilm abgezogen, und eine überflüssige Keimschicht wurde entfernt (1(c)); und unter der gleichen Bedingung wie in Beispiel 1 wurde ein Rückschmelzen ausgeführt. So wurde eine Anschlussstruktur mit einer Form erhalten, wie sie in 1(d) veranschaulicht ist. Es ist zu beachten, dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente den Angaben in Tabelle 2 entsprachen. Es ist zu beachten, dass bei dieser Anschlussstruktur die maximale Dicke T_u der UBM-Schicht einer Höhe des konvexen Abschnitts, der sich in beiden Endabschnitten der UBM-Schicht befand, ab der Oberseite der externen Kupferelektrode entsprach. Des Weiteren ist zu beachten, dass die Dicke des Öffnungsendes T_u1 einer Dicke (der Dicke des konvexen Abschnitts, der sich in beiden Endabschnitten befand) der UBM-Schicht in einem Endabschnitt der Öffnung auf der Basis der Oberseite der Isolierbeschichtung auf der externen Elektrode entsprach und die Dicke der Öffnungsmitte T_u0 einer Dicke der UBM-Schicht in einem Mittelabschnitt der Öffnung auf der Basis derselben Oberseite entsprach.
[Vergleichsbeispiel 2]
In der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 – außer dass eine chemische Vernickelung auf der Keimschicht (Kupferschicht) anstatt einer elektrolytischen Vernickelung ausgeführt wurde – wurde eine Anschlussstruktur mit einer Form erhalten, wie sie in 1(d) veranschaulicht ist. Es ist zu beachten, dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente den Angaben in Tabelle 2 entsprachen.
[Vergleichsbeispiele 3 bis 5]
In der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Anschlussstruktur mit einer Form erhalten, wie sie in 1(d) veranschaulicht ist. Es ist zu beachten, dass nur in Vergleichsbeispiel 5 kein Trockenfilm ausgebildet wurde, weshalb keine Anschlussstruktur hergestellt werden konnte. Darum wurde die später beschriebe Evaluierung nicht ausgeführt. Es ist zu beachten, dass die Dicke, der Abstand und dergleichen jeder Komponente den Angaben in Tabelle 2 entsprachen. [Tabelle 1]
(Evaluierung der Bondhügelausbildung)
Es wurde eine Evaluierung der Bondhügelausbildung an den Anschlussstrukturen, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, in der folgenden Weise ausgeführt. Genauer gesagt, wurden insgesamt 100 (10 × 10) Bondhügel hergestellt, und mit Hilfe eines optischen Mikroskops wurde bestätigt, ob benachbarte Bondhügel voneinander unabhängig ausgebildet waren oder nicht. Evaluierung A war, dass benachbarte Bondhügel unabhängig voneinander ohne Kurzschluss ausgebildet waren; und Evaluierung B war, dass mindestens ein Paar benachbarter Bondhügel miteinander kurzgeschlossen waren. Die Evaluierungsergebnisse wurden in den Tabellen 3 und 4 gezeigt. Es ist zu beachten, dass ein Kurzschluss in Vergleichsbeispiel 3 bestätigt wurde, weshalb die in Tabelle 2 gezeigten Bondhügel nicht gemessen wurden.
(Evaluierung der Bondhügelfestigkeit)
Es wurde eine Evaluierung der Bondhügelfestigkeit an den Anschlussstrukturen, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, in der folgenden Weise ausgeführt. Genauer gesagt, wurden Bondhügelfestigkeitstestmuster durch Bonden von (10 × 10) Bondhügeln eines Paares aus zwei Silizium-TEG-Substraten Vorderseite an Vorderseite mittels einer Flipchip-Montageanlage hergestellt. Dann wurden Stifte an eine Rückseite des Siliziumsubstrats für das Bondhügelfestigkeitstestmuster gebondet, und ein Frakturmodus (Bruchposition) der Anschlussstruktur wurde evaluiert, wenn mittels eines Zugkraftesters eine Zugkraft ausgeübt wurde, so dass das Siliziumsubstrat abgelöst wurde. Evaluierung A war, dass ein Frakturmodus nur im Inneren des Bondhügels beobachtet wurde; und Evaluierung B war, dass ein Frakturmodus an einer Grenzfläche zwischen der UBM-Schicht und dem Bondhügel, der als ein Fehlermodus angenommen wurde, bestätigt wurde. Die Evaluierungsergebnisse wurden in den Tabellen 3 und 4 gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Evaluierung der Bondhügelfestigkeit nicht für Vergleichsbeispiel 3 ausgeführt wurde, wo benachbarte Bondhügel miteinander kurzgeschlossen waren. Es ist zu beachten, dass, als die Schnittstruktur der Anschlussstruktur in Beispielen von Evaluierung A untersucht wurde, eine IMC-Phase an einer Grenze zwischen der UBM-Schicht und dem Bondhügel in jedem der Beispiele und mehrere Vorsprünge aufgrund der IMC-Phase, die radial von der Grenze aus wuchs, beobachtet wurden. [Tabelle 3]

Beispiele

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Evaluierung der Bondhügelausbildung A A A A A A A A A

Evaluierung der Bondhügelfestigkeit A A A A A A A A A

[Tabelle 4]

Vergleichsbeispiele

1i 2 3 4 5

Evaluierung der Bondhügelausbildung A A B A -

Evaluierung der Bondhügelfestigkeit B B - B -
Wie oben beschrieben, zeigten die Anschlussstrukturen der Beispiele überaus exzellente Ergebnisse für die Evaluierung der Bondhügelausbildung und die Evaluierung der Bondhügelfestigkeit. Somit wurde bestätigt, dass die Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, einen brauchbaren Kompromiss zwischen einer Verbesserung der mechanischen Bondhügelfestigkeit und der Reduzierung des Bondhügelabstands zu erreichen.
[Liste der Bezugszeichen]

10 ... Basismaterial; 20 ... externe Elektrode; 30 ... Beschichtung; 40 ... Keimschicht; 50, 70 ... lötfähige Metallisierung (UBM); 60 ... Lotplattierungsschicht; 80 ... Verzinnungsschicht; 65, 85 ... Bondhügel; 100 ... Trockenfilm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-085456 [0003]
JP 2002-203868 [0003]

Claims

Anschlussstruktur, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial; eine Elektrode, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist; eine Isolierbeschichtung, die auf dem Basismaterial und auf der Elektrode ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Teil der Elektrode frei legt; eine lötfähige Metallisierung (UBM), die die Öffnung ausfüllt und einen Teil der Isolierbeschichtung bedeckt; und einen kuppelförmigen Bondhügel, der die lötfähige Metallisierung (UBM) bedeckt, wobei die lötfähige Metallisierung (UBM) in einem Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung eine konvexe Form in Richtung des Bondhügels hat, und eine Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) in einer Mitte der Öffnung mindestens gleich der Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) an einem Endabschnitt der Öffnung ist.
Anschlussstruktur nach Anspruch 1, wobei unter der Annahme, dass auf einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der Elektrode ein Punkt A als eine Position eines Endabschnitts auf der Öffnungsseite der Isolierbeschichtung definiert ist und ein Punkt B als eine Position eines Endabschnitts der lötfähigen Metallisierung (UBM) definiert ist; und auf einer Basis einer Oberseite der Isolierbeschichtung auf der Elektrode ein Punkt C als eine Position definiert ist, wo die Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) die Hälfte der Dicke der lötfähigen Metallisierung (UBM) am Punkt A beträgt, ein Verhältnis R zwischen der Entfernung AB von Punkt A zu Punkt B und der Entfernung BC von Punkt B zu Punkt C folgenden Ausdruck erfüllt: R = BC/AB ≥ 0,05.
Anschlussstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bondhügel Zinn als eine Hauptkomponente enthält.
Anschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lötfähige Metallisierung (UBM) Nickel als eine Hauptkomponente enthält.
Anschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bondhügel Titan enthält.
Halbleiterbauelement, das die Anschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.