DE112020001854T5 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Masatoshi Sunamoto
Ryuji Ueno
Misako Kawasumi
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Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement angegeben, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode, die auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die auf der vorderseitigen Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht ausgebildet ist; wobei das Halbleiterbauelement auf der Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht, die in Kontakt mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht ist, eine Schicht mit niedriger Nickelkonzentration aufweist und die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration eine geringere Dicke als die stromlos abgeschiedene Goldschicht aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ (front-back conduction-type semiconductor element), insbesondere ein Leistungshalbleiterelement zur Leistungsumwandlung, wie beispielsweise ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder eine Diode, wurde bisher auf einem Modul montiert, indem eine rückseitige Elektrode des Halbleiterelements vom vertikalen Typ auf ein Substrat gelötet und eine vorderseitige Elektrode mittels Drahtbonden angeschlossen wurde. In den letzten Jahren hat sich jedoch unter den Gesichtspunkten der Verkürzung der Herstellungszeit und der Reduzierung der Materialkosten zunehmend ein Montageverfahren durchgesetzt, bei dem die vorderseitige Elektrode des Halbleiterelements vom vertikalen Typ und eine Metallelektrode direkt verlötet werden. Bei diesem Montageverfahren muss eine Nickelschicht, eine Goldschicht oder dergleichen mit einer Dicke von mehreren Mikrometern auf der vorderseitigen Elektrode ausgebildet werden.
  • Wenn jedoch ein Vakuumabscheidungsverfahren, wie beispielsweise Aufdampfen oder Sputtern, verwendet wird, um eine Nickelschicht, eine Goldschicht oder dergleichen zu bilden, wird im Allgemeinen nur eine Dicke von etwa 1,0 µm erreicht. Wenn die Dicke der Nickelschicht, der Goldschicht oder dergleichen erhöht werden soll, erhöhen sich auch deren Herstellungskosten. In Anbetracht der obigen Ausführungen hat als Verfahren zur Schichtabscheidung, bei dem die Dicke mit niedrigen Kosten und hoher Geschwindigkeit vergrößert werden kann, Galvanotechnik Beachtung gefunden.
  • In der Galvanotechnik hat ein stromloses Abscheidungsverfahren besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen, bei dem eine Beschichtung nur auf dem benötigten Teil einer Elektrodenoberfläche selektiv gebildet wird, ohne dass ein Strukturierungsverfahren durchgeführt wird, bei dem ein Photolack und eine Belichtungsmaske einsetzt werden. Als stromloses Abscheidungsverfahren wird in der Regel ein kostengünstiges Zinkatverfahren angewandt. Das Zinkatverfahren beinhaltet: Abscheidung von Zink in Form von Katalysatorkeimen auf der Oberfläche einer Elektrode aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Aluminiumverdrängung und anschließend stromlose Bildung einer Plattierungsschicht durch die Wirkung der Katalysatorkeime.
  • In Patentdokument 1 wird beispielsweise beschrieben, dass durch Anwendung eines stromlosen Abscheidungsverfahrens eine Nickelschicht auf einer Aluminiumelektrode eines Halbleiterelements vom vertikalen Typ gebildet wird und auf der Nickelschicht eine Goldschicht ausgebildet wird. In Patentdokument 1 wird ein bekanntes stromloses Abscheidungsverfahren beschrieben, bei dem eine Zinkatbehandlung durchgeführt wird.
  • Liste der Zitate
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: JP 2005-51084 A
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Technische Problemstellung
  • Im Stand der Technik besteht jedoch das Problem, dass es schwierig ist, die Dicke einer Goldbeschichtung zu erhöhen, die auf einer Elektrode eines Halbleiterelements vom vertikalen Typ gebildet werden soll. Wenn die Dicke der Goldplattierungsschicht unzureichend ist, besteht das Problem, dass die Benetzbarkeit mit Lot nicht zufriedenstellend ist, wenn das Halbleiterelement vom vertikalen Typ mit einem Substrat verbunden wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung geringer wird.
  • Lösung der Problemstellung
  • Die vorliegende Erfindung entstand daher, um das oben genannte Problem zu lösen, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements anzugeben, indem die Dicke der Goldplattierungsschicht erhöht wird, die auf der Elektrode des Halbleiterelements vom vertikalen Typ gebildet wird, wodurch die Lötqualität zum Zeitpunkt der Montage verbessert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement angegeben, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine erste Elektrode, die auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die auf der ersten Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht ausgebildet ist, wobei das Halbleiterbauelement eine Schicht mit niedriger Nickelkonzentration auf der Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht aufweist, die sich in Kontakt mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht befindet, und die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke aufweist, die kleiner als die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement angegeben, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ ausgebildete vorderseitige Elektrode; eine auf der vorderseitigen Elektrode ausgebildete, stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht; und eine auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht ausgebildete, stromlos abgeschiedene Goldschicht, wobei das Halbleiterbauelement an der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements aufweist, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements angegeben, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer vorderseitigen Elektrode auf einer Seite eines Halbleiterelements vom vertikalen Typ; Ausbilden einer stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht auf der vorderseitigen Elektrode unter Verwendung einer nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung (electroless nickel-containing plating solution); und Ausbilden einer stromlos abgeschiedenen Goldschicht auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht unter Verwendung einer Goldlösung für die chemische Abscheidung (electroless gold plating solution), wobei die nickelhaltige Lösung für die chemische Abscheidung zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements aufweist, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit bei der Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements angegeben werden, wobei die Lötqualität besser ist, wenn das Halbleiterelement vom vertikalen Typ montiert wird.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform. In 1 weist das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform auf: ein Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode 2, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die auf der vorderseitigen Elektrode 2 ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene Goldschicht 4, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 ausgebildet ist; und eine rückseitige Elektrode 5, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ausgebildet ist. Eine Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration ist auf einer Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 in Kontakt mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 ausgebildet. Ferner ist auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ eine Schutzschicht 6 ausgebildet, der die Peripherie der vorderseitigen Elektrode 2, der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 umgibt.
  • Für die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 bestehen keine besonderen Beschränkungen, solange die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 durch ein stromloses galvanisches Abscheidungsverfahren unter Verwendung einer nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung gebildet wird, die Schicht wird jedoch vorzugsweise aus Nickel-Phosphor (NiP) oder Nickel-Bor (NiB) gebildet.
  • Für die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 bestehen keine besonderen Beschränkungen, solange die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 durch ein stromloses galvanisches Abscheidungsverfahren unter Verwendung einer Goldlösung für die chemische Abscheidung gebildet wird.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration als Schicht definiert, deren Nickelkonzentration in Dickenrichtung um 0,1 Gew.-% oder mehr unter der Nickelkonzentration in der Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der vorderseitige Elektrode 2 liegt, wobei die Nickelkonzentration mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) in Dickenrichtung eines Querschnitts des Halbleiterbauelements gemessen wird. Bei dem Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform ist die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration dünner als die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4. Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 kann mit einem Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen werden. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit der Verbindung beträgt die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, noch bevorzugter 2,0 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit der Verbindung beträgt die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorzugsweise 0,05 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger, noch bevorzugter 0,05 µm oder mehr und 0,2 µm oder weniger. Die Dicke der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration beträgt vorzugsweise 0,2 µm oder weniger.
  • Unter dem Gesichtspunkt, dass die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration leicht so gebildet werden kann, dass sie eine geringere Dicke als die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 aufweist, umfasst die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements, das aus der von Bismut (Bi), Thallium (Tl), Blei (Pb) und Arsen (As) gebildeten Gruppe ausgewählt ist. Der Gehalt des die Goldabscheidung fördernden Elements in der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, der Mittelwert der gesamten Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration beträgt jedoch vorzugsweise 0,01 ppm oder mehr und 800 ppm oder weniger. Der Gehalt des die Goldabscheidung fördernden Elements in der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration kann mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) oder Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS) an einem Querschnitt des erhaltenen Halbleiterbauelements gemessen werden.
  • Das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ist nicht besonders beschränkt, wobei ein bekanntes Halbleiterelement aus Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN) oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 unterliegen keinen besonderen Beschränkungen und können jeweils aus einem beliebigen, im Stand der Technik bekannten Elektrodenmaterial, wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, Nickel oder Gold, gebildet werden. Die Aluminiumlegierung ist nicht besonders beschränkt und es kann jede im Stand der Technik bekannte Legierung verwendet werden. Die Aluminiumlegierung enthält vorzugsweise ein Element, das edler als Aluminium ist. Wenn ein Element, das edler als Aluminium ist, in die Legierung eingearbeitet wird, können Elektronen zum Zeitpunkt der Zinkatbehandlung aus Aluminium, das sich um das Element herum befindet, leicht abfließen, wodurch die Ablösung des Aluminiums gefördert wird. Dann wird Zink in einem Bereich, in dem Aluminium herausgelöst wurde, in konzentrierter Form abgeschieden. Infolgedessen wird die Abscheidungsmenge an Zink erhöht, das als Grundlage für die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 dient. Dadurch wird die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 erleichtert. Das Element, das edler als Aluminium ist, ist nicht besonders beschränkt, wobei Beispiele dafür Eisen, Nickel, Zinn, Blei, Silicium, Kupfer, Silber, Gold, Wolfram, Cobalt, Platin, Palladium, Iridium und Rhodium umfassen. Der Gehalt des Elements, das edler als Aluminium ist, in der Aluminiumlegierung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,05 Gew.-% oder mehr und 3 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,1 Gew.-% oder mehr und 2 Gew.-% oder weniger.
  • Bei dieser Ausführungsform ist es unter dem Gesichtspunkt einer hervorragenden Verbindungseigenschaft bevorzugt, dass die vorderseitige Elektrode 2 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Kupfer und die rückseitige Elektrode 5 aus Nickel oder Gold besteht.
  • Die Dicke der vorderseitigen Elektrode 2 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt aber im Allgemeinen 1 µm oder mehr und 8 µm oder weniger, vorzugsweise 2 µm oder mehr und 7 µm oder weniger, noch bevorzugter 3 µm oder mehr und 6 µm oder weniger.
  • Die Dicke der rückseitigen Elektrode 5 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt jedoch im Allgemeinen 0,1 µm oder mehr und 4 µm oder weniger, vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 3 µm oder weniger, noch bevorzugter 0,8 µm oder mehr und 2 µm oder weniger.
  • Die Schutzschicht 6 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und es kann jede im Stand der Technik bekannte Schutzschicht verwendet werden. Die Schutzschicht 6 ist vorzugsweise eine Polyimidschicht oder eine Schicht auf Glasbasis, die Silicium oder Ähnliches enthält, da sie eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist.
  • Das Halbleiterbauelement mit der oben genannten Struktur kann mit Ausnahme der Schritte zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 nach jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
  • Konkret kann das Halbleiterbauelement wie unten beschrieben hergestellt werden. Zunächst werden die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ausgebildet. An einem äußeren Randbereich an der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ist die vorderseitige Elektrode 2 nicht ausgebildet, so dass die seitliche Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 mit der Schutzschicht 6 bedeckt werden kann. Das Verfahren zum Ausbilden der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5 auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ist nicht besonders beschränkt und die Ausbildung kann in Übereinstimmung mit jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden. Anschließend wird die Schutzschicht 6 im äußeren Randbereich auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ und zum Teil auf der vorderseitigen Elektrode 2 gebildet. Das Verfahren zur Bildung des Schutzschicht 6 ist nicht besonders beschränkt, wobei die Bildung in Übereinstimmung mit jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden kann.
  • Anschließend wird an der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5, die auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ausgebildet sind, eine Plasmareinigung durchgeführt. Der Zweck der Plasmareinigung ist die Entfernung von Rückständen organischer Stoffe, Nitriden oder Oxiden, die fest an der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5 haften, durch oxidative Zersetzung mit Hilfe von Plasma, um dadurch die Reaktivität zwischen der vorderseitigen Elektrode 2 und einer Galvanisierungsvorbehandlungslösung oder einer Galvanisierungslösung zu gewährleisten und die Haftung zwischen der rückseitigen Elektrode 5 und der Schutzschicht sicherzustellen. Die Plasmareinigung wird sowohl an der vorderseitigen Elektrode 2 als auch an der rückseitigen Elektrode 5 durchgeführt, wobei der Schwerpunkt jedoch vorzugsweise auf der vorderseitigen Elektrode 2 liegt. Zudem ist die Reihenfolge der Plasmareinigung nicht besonders beschränkt, vorzugsweise wird die Plasmareinigung jedoch an der rückseitigen Elektrode 5 und anschließend an der vorderseitigen Elektrode 2 durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass die Schutzschicht 6, die organische Stoffe oder Ähnliches enthält, an der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ vorhanden ist, und ein Rückstand der Schutzschicht 6 oft an der vorderseitigen Elektrode 2 haftet. Die Plasmareinigung muss so durchgeführt werden, dass die Schutzschicht 6 nicht entfernt wird.
  • Die Bedingungen des Plasmareinigungsschrittes sind nicht besonders beschränkt, im Allgemeinen sind die Bedingungen jedoch so, dass: der Argondurchsatz 10 cm3/min oder mehr und 300 cm3/min oder weniger beträgt; die angelegte Spannung 200 W oder mehr und 1.000 W oder weniger beträgt; der Vakuumwert 10 Pa oder mehr und 100 Pa oder weniger ist; und die Behandlungszeit 1 Minute oder mehr und 10 Minuten oder weniger beträgt.
  • Anschließend wird die plasmagereinigte rückseitige Elektrode 5 mit einer Schutzschicht versehen, so dass die rückseitige Elektrode 5 nicht mit der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung in Kontakt kommt. Die Schutzschicht kann nach dem Trocknen des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ bei einer Temperatur von 60 °C oder mehr und 150 °C oder weniger über einen Zeitraum von 15 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger nach der Ausbildung der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 abgezogen werden. Die Schutzschicht ist nicht besonders beschränkt, wobei jede bekannte UV-ablösbare Folie, die zum Schutz in einem Beschichtungsschritt eingesetzt wird, verwendet werden kann. Wenn eine UV-ablösbare Folie als Schutzschicht verwendet wird, kann die Schutzschicht durch Bestrahlen der Rückseite des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ mit UV-Strahlung nach der Bildung der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 abgelöst werden.
  • Nachdem die Schutzschicht an der plasmagereinigten rückseitigen Elektrode 5 angebracht wurde, wird die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 auf der vorderseitigen Elektrode 2 in dem verbleibenden Bereich gebildet, in dem die Schutzschicht 6 nicht ausgebildet ist. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, wird die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, einen ersten Zinkatbehandlungsschritt, einen Zinkatablöseschritt, einen zweiten Zinkatbehandlungsschritt und eine Behandlung mit einer nickelhaltigen Lösung zur chemischen Abscheidung gebildet. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Kupfer besteht, wird die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, eine Behandlung mit einem Palladiumkatalysator und eine Behandlung mit einer nickelhaltigen Lösung zur chemischen Abscheidung gebildet. Es ist wichtig, dass zwischen den einzelnen Schritten mit ausreichend Wasser gespült wird, so dass verhindert wird, dass eine Behandlungslösung oder ein Rückstand aus einem vorhergehenden Schritt in einen nachfolgenden Schritt mitgeführt wird.
  • In dem Entfettungsschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 entfettet. Der Zweck der Entfettung ist die Entfernung von organischen Stoffen, Öl- und Fettanteilen sowie eines Oxidfilms, der an der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 schwach anhaftet. Die Entfettung wird im Allgemeinen unter Verwendung einer alkalischen chemischen Lösung durchgeführt, die auf die vorderseitige Elektrode 2 stark ätzend wirkt. Die Öl- und Fettanteile werden durch die Entfettung verseift. Zudem werden von den nicht verseifbaren Substanzen alkalilösliche Substanzen in der chemischen Lösung gelöst und nicht alkalilösliche Substanzen werden durch Ätzen der vorderseitigen Elektrode 2 abgehoben.
  • Die Bedingungen des Entfettungsschritts unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, wobei die Bedingungen im Allgemeinen so sind, dass: der pH-Wert der alkalischen chemischen Lösung 7,5 oder mehr und 10,5 oder weniger beträgt; die Temperatur 45 °C oder mehr und 75 °C oder weniger beträgt; und die Behandlungszeit 30 Sekunden oder mehr und 10 Minuten oder weniger beträgt.
  • Im Beizschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 gebeizt. Der Zweck des Beizens besteht darin, die Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 mit Schwefelsäure oder anderen Säuren zu neutralisieren und die Oberfläche durch Ätzen aufzurauen, um dadurch die Reaktivität gegenüber Behandlungslösungen in den nachfolgenden Schritten zu erhöhen und die Haftfestigkeit von Beschichtungsmaterialien zu verbessern.
  • Die Bedingungen des Beizschritts unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, wobei die Bedingungen im Allgemeinen so sind, dass: die Temperatur 10 °C oder mehr und 30 °C oder weniger beträgt; und die Behandlungszeit 30 Sekunden oder mehr und 2 Minuten oder weniger beträgt.
  • Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, wird eine Zinkatbehandlung, die den ersten Zinkatbehandlungsschritt, den Zinkatablöseschritt und den zweiten Zinkatbehandlungsschritt umfasst, vor der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Beschichtungslösung durchgeführt. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Kupfer besteht, wird eine Palladiumkatalysatorbehandlung bevorzugt vor der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Beschichtungslösung durchgeführt.
  • Im ersten Zinkatbehandlungsschritt wird an der vorderseitige Elektrode 2 eine Zinkatbehandlung ausgeführt. Die Zinkatbehandlung ist eine Behandlung, bei der eine Zinkschicht gebildet wird und gleichzeitig ein Oxidfilm durch Ätzen der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 entfernt wird. Im Allgemeinen wird beim Eintauchen der vorderseitigen Elektrode 2 in eine wässrige Lösung, in der Zink gelöst ist (Zinkatbehandlungslösung), Aluminium in Form von Ionen gelöst, da Zink ein edleres Redoxpotential unter Standardbedingungen aufweist als Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die zur Bildung der vorderseitigen Elektrode 2 verwendet wurden. Die zu diesem Zeitpunkt freigesetzten Elektronen werden von den Zinkionen an der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 aufgenommen. Auf diese Weise bildet sich auf der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 eine Zinkschicht.
  • Im Zinkatablöseschritt wird die vorderseitige Elektrode 2, die die an der Oberfläche gebildeten Zinkschicht aufweist, in Salpetersäure getaucht, so dass das Zink gelöst wird.
  • Im zweiten Zinkatbehandlungsschritt wird die nach dem Zinkatablöseschritt erhaltene vorderseitige Elektrode 2 erneut in eine Zinkatbehandlungslösung getaucht. Während Aluminium und ein Oxidfilm entfernt werden, wird dadurch eine Zinkschicht auf der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 gebildet. Der oben beschriebene Zinkatablöseschritt und der zweite Zinkatbehandlungsschritt werden durchgeführt, weil die Oberfläche der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden vorderseitigen Elektrode 2 geglättet werden muss. Wenn der Zinkatbehandlungsschritt und der Zinkatablöseschritt mehrmals wiederholt werden, wird die Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 stärker geglättet, wodurch eine gleichmäßige stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 gebildet wird. Im Hinblick auf die Oberflächenglätte wird die Zinkatbehandlung vorzugsweise zweimal oder öfter durchgeführt, unter Berücksichtigung einer Abwägung zwischen Oberflächenglätte und Produktivität wird die Zinkatbehandlung jedoch vorzugsweise zweimal oder dreimal durchgeführt.
  • Bei der Palladiumkatalysatorbehandlung wird die vorderseitige Elektrode 2 in eine Palladiumkatalysatorlösung getaucht, so dass sich Palladium auf der vorderseitigen Elektrode 2 abscheidet und eine Palladiumkatalysatorschicht bildet. Die Palladiumkatalysatorschicht ist chemisch äußerst stabil und weniger anfällig für Korrosion oder andere Beeinträchtigungen. Daher kann die vorderseitige Elektrode 2 bei der anschließenden chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung vor Korrosion geschützt werden. Die Palladiumkatalysatorlösung ist nicht besonders beschränkt, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann.
  • Die Palladiumkonzentration in der Palladiumkatalysatorlösung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei sie jedoch im Allgemeinen 0,1 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 0,3 g/l oder mehr und 1,5 g/l oder weniger beträgt. Der pH-Wert der Palladiumkatalysatorlösung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 1,0 oder mehr und 3,5 oder weniger, vorzugsweise 1,5 oder mehr und 2,5 oder weniger. Die Temperatur der Palladiumkatalysatorlösung kann in Abhängigkeit von der Art der Palladiumkatalysatorlösung und Ähnlichem geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 30 °C oder mehr und 80 °C oder weniger, vorzugsweise 40 °C oder mehr und 75 °C oder weniger beträgt. Die Behandlungsdauer kann in Abhängigkeit von der Dicke der Palladiumkatalysatorschicht geeignet festgelegt werden, beträgt jedoch im Allgemeinen 2 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger, vorzugsweise 5 Minuten oder mehr und 20 Minuten oder weniger.
  • In dem Schritt der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung wird die vorderseitige Elektrode 2 in eine nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingetaucht, zu der zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements hinzugefügt wurde, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist, so dass darauf die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 gebildet wird. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 mit der darauf gebildeten Zinkschicht oder Palladiumkatalysatorschicht in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung getaucht wird, wird Nickel an der vorderseitigen Elektrode 2 abgeschieden, da Zink und Palladium jeweils ein niedrigeres Redoxpotential unter Standardbedingungen aufweisen als Nickel. Nach der Belegung der Oberfläche mit Nickel wird Nickel anschließend durch die Wirkung eines Reduktionsmittels (beispielsweise ein Reduktionsmittel auf Basis einer Phosphorverbindung, wie hypophosphorige Säure, oder ein Reduktionsmittel auf Basis einer Borverbindung, wie Dimethylaminboran), das in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung enthalten ist, autokatalytisch abgeschieden. Ein Element aus dem Reduktionsmittel und das die Goldabscheidung fördernde Element werden in die Nickelschicht eingebaut, wodurch die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 gebildet wird. Die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann, in die ein die Goldabscheidung förderndes Element eingebracht wurde.
  • Die Nickelkonzentration der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, im Allgemeinen beträgt sie jedoch 4,0 g/l oder mehr und 7,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 4,5 g/l oder mehr und 6,5 g/l oder weniger. Die Konzentration des die Goldabscheidung fördernden Elements in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, wobei sie vorzugsweise 0,01 ppm oder mehr und 100 ppm oder weniger, noch bevorzugter 0,05 ppm oder mehr und 75 ppm oder weniger beträgt. Wenn Bismut in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingearbeitet wird, wird das Bismut vorzugsweise in Form von Bismutoxid oder Bismutacetat zugesetzt. Wenn Thallium und Arsen in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingebracht werden, werden Thallium und Arsen vorzugsweise jeweils in Form eines einfachen Metalls zugesetzt. Wird Blei in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingebracht, so wird es vorzugsweise in Form von Bleioxid oder Bleiacetat zugesetzt. Die Konzentration von hypophosphoriger Säure in einer Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 2 g/l oder mehr und 30 g/l oder weniger, vorzugsweise 10 g/l oder mehr und 30 g/l oder weniger. Ferner ist die Konzentration von Dimethylaminboran in einer Nickel-Bor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung nicht besonders beschränkt, wobei sie im Allgemeinen 0,2 g/l oder mehr und 10 g/l oder weniger, vorzugsweise 1 g/l oder mehr und 10 g/l oder weniger beträgt.
  • Der pH-Wert der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, liegt jedoch im Allgemeinen bei 4,0 oder mehr und 6,0 oder weniger, vorzugsweise bei 4,5 oder mehr und 5,5 oder weniger. Die Temperatur der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung kann je nach Art der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung und den Beschichtungsbedingungen geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 70 °C oder mehr und 90 °C oder weniger, vorzugsweise 80 °C oder mehr und 90 °C oder weniger beträgt. Die Beschichtungsdauer kann in Abhängigkeit von den Beschichtungsbedingungen und der Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 geeignet festgelegt werden, wobei sie im Allgemeinen 5 Minuten oder mehr und 40 Minuten oder weniger, vorzugsweise 10 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger beträgt.
  • Unmittelbar vor Beendigung der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung (einige Minuten vorher) kann das die Goldabscheidung fördernde Element auf einer Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 segregiert werden, indem die zugeführte Menge der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die Rührgeschwindigkeit der nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung stärker geschüttelt wird oder die Konzentration des die Goldabscheidung fördernden Elements in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung erhöht wird. Wenn das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ nach Beendigung der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung aus der Beschichtungswanne genommen wird, kann die eine niedrige Temperatur aufweisende nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung mit der Beschichtungsoberfläche in Kontakt gebracht werden, um das die Goldabscheidung fördernde Element auf der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 zu segregieren. Insbesondere Bismut und Arsen haben jeweils eine geringe Löslichkeit in einer wässrigen Lösung und lassen sich daher leicht abscheiden, wenn die Temperatur der Beschichtungslösung niedrig ist. Das die Goldabscheidung fördernde Element wird bevorzugt auf der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 segregiert, da dadurch die Abscheidung von Gold in einem später zu beschreibenden Schritt der chemischen Beschichtung mit einer Goldlösung noch besser unterstützt werden kann.
  • In dem stromlosen Vergoldungsschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 mit der darauf stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 in die Goldlösung für die chemische Abscheidung getaucht, so dass die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 darauf gebildet werden. Bei der stromlosen Vergoldung wird Nickel in der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 beispielsweise mit Hilfe eines Komplexbildners, der in der Goldlösung für die chemische Abscheidung enthalten ist, durch Gold verdrängt, und die Abscheidung von Gold wird durch das die Goldabscheidung fördernde Element der als Quelle dienenden, stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 unterstützt. Infolgedessen wird die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 gebildet, wobei auf der Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, die mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in Kontakt ist, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration gebildet wird. Wenn die Oberfläche einer herkömmlichen stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht mit Gold beschichtet wird, wird die Verdrängungsreaktion zwischen Nickel und Gold gestoppt, so dass es schwierig ist, die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht zu erhöhen. Daher ist im Stand der Technik die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht geringer als die Dicke der Schicht mit niedriger Nickelkonzentration und beträgt maximal etwa 0,05 µm. Bei dieser Ausführungsform segregiert das die Goldabscheidung fördernde Element an der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3. Dementsprechend wird die Verdrängungsreaktion zwischen Nickel und Gold nicht unterbrochen, so dass die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 erhöht werden kann. Auch wenn oben ein Fall beschrieben wurde, bei dem eine Goldlösung für die chemische Verdrängungsabscheidung verwendet wird, kann auch eine elektrolytische Goldreduktionslösung oder Ähnliches verwendet werden. Die Lösung für die stromlose Vergoldung ist nicht besonders beschränkt, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann.
  • Die Goldkonzentration in der Lösung für die stromlose Vergoldung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt jedoch im Allgemeinen 0,3 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 0,5 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger. Der pH-Wert der Lösung für die stromlose Vergoldung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 6,0 oder mehr und 9,0 oder weniger, vorzugsweise 6,5 oder mehr und 8,0 oder weniger. Die Temperatur der Lösung für die stromlose Vergoldung kann in Abhängigkeit von der Art der Lösung für die stromlose Vergoldung und den Beschichtungsbedingungen geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 70 °C oder mehr und 90 °C oder weniger, vorzugsweise 80 °C oder mehr und 90 °C oder weniger beträgt. Die Beschichtungsdauer kann in Abhängigkeit von den Beschichtungsbedingungen und der Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 geeignet festgelegt werden, sie beträgt jedoch im Allgemeinen 5 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger und vorzugsweise 10 Minuten oder mehr und 20 Minuten oder weniger.
  • Bei Bedarf wird das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ nach der stromlosen Vergoldung getrocknet. Konkret kann das Halbleiterelement vom vertikalen Typ mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, um Wasser abzuschleudern, und dann in einen Ofen eingebracht und 30 Minuten lang bei 90 °C getrocknet werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Lötqualität zum Zeitpunkt der Montage des Halbleiterelements vom vertikalen Typ verbessert werden, so dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements angegeben werden können.
  • Zweite Ausführungsform
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform. In 2 umfasst das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform: das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ; die vorderseitige Elektrode 2, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ gebildet ist; die rückseitige Elektrode 5, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ gebildet ist; die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die sowohl auf der vorderseitigen Elektrode 2 als auch der rückseitigen Elektrode 5 gebildet ist; und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4, die auf jeder der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten 3 gebildet ist. Die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration wird auf der Seite jeder der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten 3 gebildet, die mit der zugehörigen stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in Kontakt ist. Ferner ist die Schutzschicht 6 auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ so angeordnet, dass sie die Peripherie der vorderseitigen Elektrode 2, der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 jeweils umgibt. Das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform demnach dadurch, dass die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration 3a und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 nacheinander auch auf der rückseitigen Elektrode 5 ausgebildet wurden.
  • Bei einem Verfahren, das die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 auf der vorderseitige Elektrode 2 und die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 auf der rückseitige Elektrode 5 umfasst, kann die stromlose Abscheidung gleichzeitig sowohl auf der vorderseitigen Elektrode 2 als auch auf der rückseitigen Elektrode 5 durchgeführt werden, ohne dass eine Schutzschicht an der rückseitigen Elektrode 5 aufgebracht wird. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 jeweils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, wird das Verfahren zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in der gleichen Weise wie in dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren durch den Entfettungsschritt, Beizschritt, den ersten Zinkatbehandlungsschritt, den Zinkatablöseschritt, den zweiten Zinkatbehandlungsschritt, die chemische Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung und die chemischen Beschichtung mit einer Goldlösung ausgeführt, so dass deren Beschreibung weggelassen wird. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 jeweils aus Kupfer gebildet sind, erfolgt das Verfahren zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3, der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 durch den Entfettungsschritt, den Beizschritt, die Palladiumkatalysatorbehandlung, die chemische Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung und die chemische Beschichtung mit einer Goldlösung in der gleichen Weise wie in dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren, so dass deren Beschreibung entfallen kann.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Lötqualität zum Zeitpunkt der Montage des Halbleiterelements vom vertikalen Typ verbessert werden, so dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements angegeben werden können.
  • Dritte Ausführungsform
  • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform. In 3 umfasst das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform: das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ; die vorderseitige Elektrode 2, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ gebildet ist; die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die auf der vorderseitigen Elektrode 2 ausgebildet ist; die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 ausgebildet ist; und die rückseitige Elektrode 5, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ausgebildet ist. Zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements, das aus der von Bismut (Bi), Thallium (Tl), Blei (Pb) und Arsen (As) gebildeten Gruppe ausgewählt ist, ist zumindest an der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorhanden. Ferner ist die Schutzschicht 6 auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ so angeordnet, dass sie die Peripherie der vorderseitigen Elektrode 2, der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 umgibt.
  • Die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, solange die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 durch ein stromloses Beschichtungsverfahren unter Verwendung einer nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung gebildet wird, wobei die Schicht jedoch vorzugsweise aus Nickel-Phosphor (NiP) oder Nickel-Bor (NiB) gebildet wird.
  • Die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, solange die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 durch ein stromloses Beschichtungsverfahren unter Verwendung einer Vergoldungslösung für die chemische Abscheidung gebildet wird.
  • In einem Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform ist zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements, das aus der von Bismut (Bi), Thallium (Tl), Blei (Pb) und Arsen (As) gebildeten Gruppe ausgewählt ist, in der Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorhanden. Bei dieser Ausführungsform ist die Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 definiert als der Bereich von der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 bis zu einem Abschnitt mit einer Dicke von 0,2 µm in Richtung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3. Der Gehalt des die Goldabscheidung fördernden Elements in der Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 ist nicht besonders beschränkt, wobei jedoch ein Mittelwert in der Nähe der Grenzfläche insgesamt vorzugsweise 0,01 ppm oder mehr und 800 ppm oder weniger beträgt. Der Gehalt des die Goldabscheidung fördernden Elements kann mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) oder Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS) an einem Querschnitt des erhaltenen Halbleiterbauelements gemessen werden. Ferner ist das die Goldabscheidung fördernde Element nicht nur in der Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4, sondern auch in der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 außerhalb der Nähe der Grenzfläche vorhanden. In einem Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform ist die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 0,05 µm oder mehr und 0,3 µm oder weniger aufweist. Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 kann jeweils mit Hilfe eines Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgeräts gemessen werden. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit der Verbindung beträgt die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, noch bevorzugter 2,0 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit der Verbindung beträgt die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorzugsweise 0,05 µm oder mehr und 0,2 µm oder weniger.
  • Das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und es kann ein bekanntes Halbleiterelement aus Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN) oder dergleichen verwendet werden.
  • Die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 sind nicht besonders beschränkt und können jeweils aus einem beliebigen, im Stand der Technik bekannten Elektrodenmaterial gebildet sein, wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, Nickel oder Gold. Die Aluminiumlegierung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei jede im Stand der Technik bekannte Legierung verwendet werden kann. Die Aluminiumlegierung enthält vorzugsweise ein Element, das edler als Aluminium ist. Wenn ein Element, das edler als Aluminium ist, in die Legierung eingearbeitet wird, können die Elektronen zum Zeitpunkt der Zinkatbehandlung aus dem das Element umgebenden Aluminium leicht abfließen, wodurch die Auflösung des Aluminiums gefördert wird. Das Zink wird daraufhin in konzentrierter Form in dem Bereich abgeschieden, in dem Aluminium herausgelöst wurde. Infolgedessen wird die Abscheidungsmenge an Zink, das als Grundlage für die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 dient, erhöht. Dadurch wird die Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 erleichtert. Das Element, das edler als Aluminium ist, ist nicht besonders beschränkt, wobei Beispiele dafür Eisen, Nickel, Zinn, Blei, Silicium, Kupfer, Silber, Gold, Wolfram, Cobalt, Platin, Palladium, Iridium und Rhodium umfassen. Der Gehalt des Elements, das edler als Aluminium ist, in der Aluminiumlegierung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt aber vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,05 Gew.-% oder mehr und 3 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 0,1 Gew.-% oder mehr und 2 Gew.-% oder weniger.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die vorderseitige Elektrode 2 unter dem Gesichtspunkt einer hervorragenden Verbindungseigenschaft vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Kupfer und die rückseitige Elektrode 5 aus Nickel oder Gold gebildet.
  • Die Dicke der vorderseitigen Elektrode 2 ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 1 µm oder mehr und 8 µm oder weniger, vorzugsweise 2 µm oder mehr und 7 µm oder weniger, noch bevorzugter 3 µm oder mehr und 6 µm oder weniger.
  • Die Dicke der rückseitigen Elektrode 5 ist nicht besonders beschränkt, beträgt aber im Allgemeinen 0,1 µm oder mehr und 4 µm oder weniger, vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 3 µm oder weniger, noch bevorzugter 0,8 µm oder mehr und 2 µm oder weniger.
  • Die Schutzschicht 6 ist nicht besonders beschränkt und es kann jede im Stand der Technik bekannte Schutzschicht verwendet werden. Die Schutzschicht 6 ist vorzugsweise eine Polyimidschicht oder eine Schicht auf Glasbasis, die Silicium oder Ähnliches enthält, da sie eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist.
  • Das Halbleiterbauelement mit der oben genannten Struktur kann abgesehen von den Schritten zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 nach jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
  • Das Halbleiterbauelement kann konkret wie unten beschrieben hergestellt werden. Zunächst werden die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ausgebildet. Die vorderseitige Elektrode 2 wird in einem äußeren Randbereich auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ nicht ausgebildet, so dass die seitliche Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 mit der Schutzschicht 6 bedeckt werden kann. Das Verfahren zum Ausbilden der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5 auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ist nicht besonders beschränkt, wobei die Ausbildung in Übereinstimmung mit jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden kann. Anschließend wird die Schutzschicht 6 im äußeren Randbereich auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ und einem Teil der vorderseitigen Elektrode 2 ausgebildet. Das Verfahren zur Bildung der Schutzschicht 6 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und die Bildung kann in Übereinstimmung mit jedem im Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden.
  • Anschließend wird auf der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5, die auf dem Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ausgebildet sind, eine Plasmareinigung durchgeführt. Der Zweck der Plasmareinigung ist die Entfernung von Rückständen organischer Stoffe, Nitriden oder Oxiden, die fest an der vorderseitigen Elektrode 2 und der rückseitigen Elektrode 5 haften, durch oxidative Zersetzung mit Plasma, um dadurch die Reaktivität zwischen der vorderseitigen Elektrode 2 und einer Galvanisierungsvorbehandlungslösung oder einer Galvanisierungslösung zu gewährleisten und die Haftfähigkeit zwischen der rückseitigen Elektrode 5 und der Schutzschicht sicherzustellen. Die Plasmareinigung wird sowohl an der vorderseitigen Elektrode 2 als auch an der rückseitigen Elektrode 5 durchgeführt, wobei jedoch der Schwerpunkt vorzugsweise auf der vorderseitigen Elektrode 2 liegt. Ferner ist die Reihenfolge der Plasmareinigung nicht besonders beschränkt, wobei die Plasmareinigung vorzugsweise an der rückseitigen Elektrode 5 und anschließend an der vorderseitigen Elektrode 2 durchgeführt wird. Der Grund dafür ist, dass sich die Schutzschicht 6, die organische Stoffe oder Ähnliches aufweist, zusammen mit der vorderseitigen Elektrode 2 auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ befindet und Rückstände der Schutzschicht 6 oft an der vorderseitigen Elektrode 2 haften. Hierbei muss die Plasmareinigung so durchgeführt werden, dass die Schutzschicht 6 nicht entfernt wird.
  • Die Bedingungen des Plasmareinigungsschrittes unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, die Bedingungen sind jedoch im Allgemeinen so, dass: der Argondurchsatz 10 cm3/min oder mehr und 300 cm3/min oder weniger beträgt; die angelegte Spannung 200 W oder mehr und 1.000 W oder weniger beträgt; der Vakuumwert 10 Pa oder mehr und 100 Pa oder weniger beträgt; und der Behandlungszeitraum 1 Minute oder mehr und 10 Minuten oder weniger beträgt.
  • Anschließend wird an der plasmagereinigten rückseitigen Elektrode 5 eine Schutzschicht angebracht, so dass die rückseitige Elektrode 5 nicht mit der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung in Kontakt kommt. Die Schutzschicht kann nach dem Trocknen des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ bei einer Temperatur von 60 °C oder mehr und 150 °C oder weniger über einen Zeitraum von 15 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger nach der Ausbildung der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 entfernt werden. Die Schutzschicht unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei jede bekannte UV-ablösbare Folie, die zum Schutz in einem Beschichtungsschritt eingesetzt wird, verwendet werden kann. Wenn eine UV-ablösbare Folie als Schutzschicht verwendet wird, kann die Schutzschicht durch Bestrahlen der Rückseite des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ mit UV-Strahlung nach der Bildung der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 abgelöst werden.
  • Nach dem Anbringen der Schutzschicht an der plasmagereinigten rückseitigen Elektrode 5 wird die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 auf der vorderseitigen Elektrode 2 in dem verbleibenden Bereich gebildet, in dem die Schutzschicht 6 nicht ausgebildet wurde. Die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 wird durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, einen ersten Zinkatbehandlungsschritt, einen Zinkatablöseschritt, einen zweiten Zinkatbehandlungsschritt und eine chemische Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung oder durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, eine Palladiumkatalysatorbehandlung und eine chemische Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung gebildet. Es ist wichtig, dass zwischen den einzelnen Schritten eine ausreichende Reinigung mit Wasser erfolgt, um zu verhindern, dass eine Behandlungslösung oder ein Rückstand aus einem vorangegangenen Schritt in einen nachfolgenden Schritt mitgeführt wird.
  • In dem Entfettungsschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 entfettet. Der Zweck der Entfettung ist die Entfernung von organischen Stoffen, Öl- und Fettanteilen sowie eines Oxidfilms, der an der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 schwach anhaftet. Die Entfettung wird im Allgemeinen unter Verwendung einer alkalischen chemischen Lösung durchgeführt, die auf die vorderseitige Elektrode 2 stark ätzend wirkt. Die Öl- und Fettanteile werden durch die Entfettung verseift. Ferner werden von den nicht verseifbaren Substanzen alkalilösliche Substanzen in der chemischen Lösung gelöst und nicht alkalilösliche Substanzen werden durch Ätzen der vorderseitigen Elektrode 2 abgehoben.
  • Die Bedingungen des Entfettungsschrittes unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, wobei die Bedingungen im Allgemeinen so sind, dass: der pH-Wert der alkalischen chemischen Lösung 7,5 oder mehr und 10,5 oder weniger beträgt; die Temperatur 45 °C oder mehr und 75 °C oder weniger beträgt; und die Behandlungsdauer 30 Sekunden oder mehr und 10 Minuten oder weniger beträgt.
  • Im Beizschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 gebeizt. Der Zweck des Beizens besteht darin, die Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 mit Schwefelsäure oder anderen Säuren zu neutralisieren und die Oberfläche durch Ätzen aufzurauen, um dadurch die Reaktivität gegenüber Behandlungslösungen in den nachfolgenden Schritten zu erhöhen und die Haftfestigkeit von Beschichtungsmaterialien zu verbessern.
  • Die Bedingungen des Beizschritts unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, wobei die Bedingungen im Allgemeinen so sind, dass: die Temperatur 10 °C oder mehr und 30 °C oder weniger beträgt; und die Behandlungszeit 30 Sekunden oder mehr und 2 Minuten oder weniger beträgt.
  • Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, wird eine Zinkatbehandlung, die den ersten Zinkatbehandlungsschritt, den Zinkatablöseschritt und den zweiten Zinkatbehandlungsschritt umfasst, vorzugsweise vor der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung durchgeführt. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 aus Kupfer besteht, wird eine Palladiumkatalysatorbehandlung bevorzugt vor der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Beschichtungslösung durchgeführt.
  • Im ersten Zinkatbehandlungsschritt wird eine Zinkatbehandlung an der vorderseitigen Elektrode 2 durchgeführt. Die Zinkatbehandlung ist eine Behandlung, bei der eine Zinkschicht gebildet und gleichzeitig ein Oxidfilm durch Ätzen der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 entfernt wird. Im Allgemeinen wird beim Eintauchen der vorderseitigen Elektrode 2 in eine wässrige Lösung, in der Zink gelöst ist (Zinkatbehandlungslösung), Aluminium in Form von Ionen gelöst, da Zink ein edleres Redoxpotential unter Standardbedingungen aufweist als Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die zur Bildung der vorderseitigen Elektrode 2 verwendet wurden. Die zu diesem Zeitpunkt freigesetzten Elektronen werden von den Zinkionen an der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 aufgenommen. Auf diese Weise bildet sich auf der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 eine Zinkschicht.
  • Im Zinkatablöseschritt wird die vorderseitige Elektrode 2, die die an der Oberfläche gebildete Zinkschicht aufweist, in Salpetersäure getaucht, so dass das Zink gelöst wird.
  • Im zweiten Zinkatbehandlungsschritt wird die nach dem Zinkatablöseschritt erhaltene vorderseitige Elektrode 2 erneut in eine Zinkatbehandlungslösung getaucht. Während Aluminium und ein Oxidfilm entfernt werden, wird dadurch ein Zinkfilm auf der Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 gebildet. Der oben beschriebene Zinkatablöseschritt und der zweite Zinkatbehandlungsschritt werden durchgeführt, weil die Oberfläche der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden vorderseitigen Elektrode 2 geglättet werden muss. Wenn der Zinkatbehandlungsschritt und der Zinkatablöseschritt mehrmals wiederholt werden, wird die Oberfläche der vorderseitigen Elektrode 2 stärker geglättet, wodurch eine gleichmäßige stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 gebildet wird. Im Hinblick auf die Oberflächenglätte wird die Zinkatbehandlung vorzugsweise zweimal oder öfter durchgeführt, unter Berücksichtigung einer Abwägung zwischen Oberflächenglätte und Produktivität wird die Zinkatbehandlung jedoch vorzugsweise zweimal oder dreimal durchgeführt.
  • Bei der Palladiumkatalysatorbehandlung wird die vorderseitige Elektrode 2 in eine Palladiumkatalysatorlösung getaucht, so dass sich Palladium auf der vorderseitigen Elektrode 2 abscheidet und eine Palladiumkatalysatorschicht bildet. Die Palladiumkatalysatorschicht ist chemisch äußerst stabil und weniger anfällig für Korrosion oder andere Beeinträchtigungen. Daher kann die vorderseitige Elektrode 2 bei der anschließenden chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung vor Korrosion geschützt werden. Die Palladiumkatalysatorlösung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann.
  • Die Palladiumkonzentration in der Palladiumkatalysatorlösung ist nicht besonders beschränkt, wobei sie jedoch im Allgemeinen 0,1 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 0,3 g/l oder mehr und 1,5 g/l oder weniger beträgt. Der pH-Wert der Palladiumkatalysatorlösung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 1,0 oder mehr und 3,5 oder weniger, vorzugsweise 1,5 oder mehr und 2,5 oder weniger. Die Temperatur der Palladiumkatalysatorlösung kann in Abhängigkeit von der Art der Palladiumkatalysatorlösung und Ähnlichem geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 30 °C oder mehr und 80 °C oder weniger, vorzugsweise 40 °C oder mehr und 75 °C oder weniger beträgt. Die Behandlungsdauer kann in Abhängigkeit von der Dicke der Palladiumkatalysatorschicht geeignet festgelegt werden, wobei sie jedoch im Allgemeinen 2 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger, vorzugsweise 5 Minuten oder mehr und 20 Minuten oder weniger beträgt.
  • In dem Schritt der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung wird die vorderseitige Elektrode 2 in eine nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingetaucht, zu der zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements hinzugefügt wurde, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist, so dass die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 darauf gebildet wird. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 mit der darauf gebildeten Zinkschicht oder Palladiumkatalysatorschicht in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung getaucht wird, wird Nickel an der vorderseitigen Elektrode 2 abgeschieden, da Zink und Palladium jeweils ein niedrigeres Redoxpotential unter Standardbedingungen aufweisen als Nickel. Nach der Belegung der Oberfläche mit Nickel wird Nickel anschließend durch die Wirkung eines Reduktionsmittels (beispielsweise ein Reduktionsmittel auf Basis einer Phosphorverbindung, wie hypophosphorige Säure, oder ein Reduktionsmittel auf Basis einer Borverbindung, wie Dimethylaminboran), das in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung enthalten ist, autokatalytisch abgeschieden. Ein Element aus dem Reduktionsmittel und das die Goldabscheidung fördernde Element werden in das abgeschiedene Nickel eingebaut, sodass die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 gebildet wird. Die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann, in die ein die Goldabscheidung förderndes Element eingebracht wurde.
  • Die Nickelkonzentration der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, wobei sie im Allgemeinen jedoch 4,0 g/l oder mehr und 7,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 4,5 g/l oder mehr und 6,5 g/l oder weniger beträgt. Die Konzentration des die Goldabscheidung fördernden Elements in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, wobei sie vorzugsweise 0,01 ppm oder mehr und 100 ppm oder weniger, noch bevorzugter 0,05 ppm oder mehr und 75 ppm oder weniger beträgt. Wenn Bismut in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingearbeitet wird, wird das Bismut vorzugsweise in Form von Bismutoxid oder Bismutacetat zugesetzt. Wenn Thallium und Arsen in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingebracht werden, werden Thallium und Arsen vorzugsweise jeweils in Form eines einfachen Metalls zugesetzt. Wird Blei in die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung eingebracht, so wird es vorzugsweise in Form von Bleioxid oder Bleiacetat zugesetzt. Die Konzentration von hypophosphoriger Säure in einer Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 2 g/l oder mehr und 30 g/l oder weniger, vorzugsweise 10 g/l oder mehr und 20 g/l oder weniger. Ferner ist die Konzentration von Dimethylaminboran in einer Nickel-Bor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung nicht besonders beschränkt, wobei sie im Allgemeinen 0,2 g/l oder mehr und 10 g/l oder weniger, vorzugsweise 1 g/l oder mehr und 5 g/l oder weniger beträgt.
  • Der pH-Wert der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt jedoch im Allgemeinen 4,0 oder mehr und 6,0 oder weniger, vorzugsweise 4,5 oder mehr und 5,5 oder weniger. Die Temperatur der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung kann je nach Art der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung und den Beschichtungsbedingungen geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 70 °C oder mehr und 90 °C oder weniger, vorzugsweise 80 °C oder mehr und 90 °C oder weniger beträgt. Die Beschichtungsdauer kann in Abhängigkeit von den Beschichtungsbedingungen und der Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 geeignet festgelegt werden, wobei sie im Allgemeinen 5 Minuten oder mehr und 40 Minuten oder weniger, vorzugsweise 10 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger beträgt.
  • Unmittelbar vor Beendigung der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung (einige Minuten vorher) kann das die Goldabscheidung fördernde Element auf einer Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 segregiert werden, indem die zugeführte Menge der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die Rührgeschwindigkeit der nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung stärker geschüttelt wird oder die Konzentration des die Goldabscheidung fördernden Elements in der nickelhaltigen Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung erhöht wird. Wenn das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ nach Beendigung der chemischen Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung aus der Beschichtungswanne genommen wird, kann die eine niedrige Temperatur aufweisende nickelhaltige Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung mit der Beschichtungsoberfläche in Kontakt gebracht werden, um das die Goldabscheidung fördernde Element auf der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 zu segregieren. Insbesondere Bismut und Arsen haben jeweils eine geringe Löslichkeit in einer wässrigen Lösung und lassen sich daher leicht abscheiden, wenn die Temperatur der Beschichtungslösung niedrig ist. Das die Goldabscheidung fördernde Element wird daher vorzugsweise auf der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 segregiert, da dadurch die Abscheidung von Gold in einem später zu beschreibenden Schritt der chemischen Beschichtung mit einer Goldlösung noch besser unterstützt werden kann.
  • In dem stromlosen Vergoldungsschritt wird die vorderseitige Elektrode 2 mit der darauf stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 in die Goldlösung für die chemische Abscheidung getaucht, so dass die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 darauf gebildet wird. Bei der stromlosen Vergoldung wird Nickel in der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 beispielsweise mit Hilfe eines Komplexbildners, der in der Goldlösung für die chemische Abscheidung enthalten ist, durch Gold verdrängt, und die Abscheidung von Gold wird durch das die Goldabscheidung fördernde Element der als Quelle dienenden, stromlos abgeschiedenen, nickelhaltigen Schicht 3 unterstützt. Infolgedessen wird die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 gebildet, wobei das die Goldabscheidung fördernde Element in der Nähe der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorliegt. Wenn die Oberfläche einer herkömmlichen stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht mit Gold beschichtet wird, wird die Verdrängungsreaktion zwischen Nickel und Gold gestoppt, so dass es schwierig ist, die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht zu erhöhen. Daher beträgt im Stand der Technik die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht maximal etwa 0,05 µm. Bei dieser Ausführungsform segregiert das die Goldabscheidung fördernde Element an der Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3. Dementsprechend wird die Verdrängungsreaktion zwischen Nickel und Gold nicht unterbrochen, so dass die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 erhöht werden kann. Auch wenn oben ein Fall beschrieben wurde, bei dem eine Goldlösung für die chemische Verdrängungsabscheidung verwendet wird, kann auch eine elektrolytische Goldreduktionslösung oder Ähnliches verwendet werden. Die Lösung für die stromlose Vergoldung ist nicht besonders beschränkt, wobei jede im Stand der Technik bekannte Lösung verwendet werden kann.
  • Die Goldkonzentration in der Lösung für die stromlose Vergoldung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, beträgt jedoch im Allgemeinen 0,3 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger, vorzugsweise 0,5 g/l oder mehr und 2,0 g/l oder weniger. Der pH-Wert der Lösung für die stromlose Vergoldung ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch im Allgemeinen 6,0 oder mehr und 9,0 oder weniger, vorzugsweise 6,5 oder mehr und 8,0 oder weniger. Die Temperatur der Lösung für die stromlose Vergoldung kann in Abhängigkeit von der Art der Lösung für die stromlose Vergoldung und den Beschichtungsbedingungen geeignet eingestellt werden, wobei sie im Allgemeinen 70 °C oder mehr und 90 °C oder weniger, vorzugsweise 80 °C oder mehr und 90 °C oder weniger beträgt. Die Beschichtungsdauer kann in Abhängigkeit von den Beschichtungsbedingungen und der Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 geeignet festgelegt werden, sie beträgt jedoch im Allgemeinen 5 Minuten oder mehr und 30 Minuten oder weniger und vorzugsweise 10 Minuten oder mehr und 20 Minuten oder weniger.
  • Bei Bedarf wird das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ nach der stromlosen Vergoldung getrocknet. Konkret kann das Halbleiterelement vom vertikalen Typ mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, um Wasser abzuschleudern, und dann in einen Ofen eingebracht und 30 Minuten lang bei 90 °C getrocknet werden.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform kann die Lötqualität zum Zeitpunkt der Montage des Halbleiterelements vom vertikalen Typ verbessert werden, so dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements angegeben werden können.
  • Vierte Ausführungsform
  • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform. In 4 weist das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform auf: das Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ; die vorderseitige Elektrode 2, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ausgebildet ist; die rückseitige Elektrode 5, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ ausgebildet ist; die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die auf der vorderseitigen Elektrode 2 und auf der rückseitigen Elektrode 5 ausgebildet ist; und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 ausgebildet ist. Zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements, das aus der von Bismut (Bi), Thallium (Tl), Blei (Pb) und Arsen (As) gebildeten Gruppe ausgewählt ist, ist zumindest an der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 vorhanden. Ferner ist dort, wo die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 nicht ausgebildet ist, die Schutzschicht 6 auf der vorderseitigen Elektrode 2 angeordnet, so dass sie die Peripherie der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Peripherie der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 umgibt, die auf der vorderseitigen Elektrode 2 ausgebildet sind. Damit unterscheidet sich das Halbleiterbauelement gemäß dieser Ausführungsform von der dritten Ausführungsform dadurch, dass die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 nacheinander auch auf der rückseitigen Elektrode 5 gebildet werden und zumindest ein Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements, das aus der von Bismut (Bi), Thallium (Tl), Blei (Pb) und Arsen (As) gebildeten Gruppe ausgewählt ist, in der Nähe der Grenzfläche zwischen diesen Schichten vorhanden ist.
  • Bei einem Verfahren, bei dem die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 auf der vorderseitigen Elektrode 2 und die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 auf der rückseitigen Elektrode 5 gebildet werden, kann, ohne dass eine Schutzschicht auf der rückseitigen Elektrode 5 aufgebracht wird, die chemische Abscheidung gleichzeitig sowohl auf der vorderseitigen Elektrode 2 als auch auf der rückseitigen Elektrode 5 durchgeführt werden. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 jeweils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, wird das Verfahren zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, einen ersten Zinkatbehandlungsschritt, einen Zinkatablöseschritt, einen zweiten Zinkatbehandlungsschritt, eine chemische Beschichtung mit einer nickelhaltigen Lösung und eine chemische Vergoldung in der gleichen Weise wie bei dem in der dritten Ausführungsform beschriebenen Verfahren durchgeführt, so dass dessen Beschreibung weggelassen wird. Wenn die vorderseitige Elektrode 2 und die rückseitige Elektrode 5 jeweils aus Kupfer bestehen, erfolgt das Verfahren zur Bildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 durch einen Entfettungsschritt, einen Beizschritt, einen Palladiumkatalysatorbehandlungsschritt, einen chemischen Beschichtungsschritt mit einer nickelhaltigen Lösung und einen chemischen Vergoldungsschritt in der gleichen Weise wie bei dem in der dritten Ausführungsform beschriebenen Verfahren, so dass dessen Beschreibung entfällt.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform kann die Lötqualität zum Zeitpunkt der Montage des Halbleiterelements vom vertikalen Typ verbessert werden, so dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements angegeben werden können.
  • Die Halbleiterbauelemente der oben beschriebenen Ausführungsformen können jeweils hergestellt werden, indem ein Chip (Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ), der durch Vereinzeln eines Halbleiterwafers erhalten wurde, den Plattierungsbehandlungen unterzogen wird, oder sie können unter dem Gesichtspunkt der Produktivität oder Ähnlichem jeweils hergestellt werden, indem der Halbleiterwafer den Plattierungsbehandlungen unterzogen und anschließend zerteilt wird. Insbesondere wurde in den letzten Jahren unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements eine Verringerung der Dicke des Halbleiterelements 1 vom vertikalen Typ gefordert, sodass die Handhabung manchmal schwierig ist, es sei denn, der Halbleiterwafer hat an seinem Rand eine größere Dicke als in seiner Mitte. Mit den oben beschriebenen chemischen Beschichtungsverfahren können die gewünschten Plattierungsschichten auch auf Halbleiterwafern gebildet werden, die in der Mitte und am Rand unterschiedlich dick sind.
  • Bei jeder der oben genannten ersten bis vierten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die vorderseitige Elektrode und die rückseitige Elektrode auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ gebildet werden und dann die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht und die stromlos abgeschiedene Goldschicht gebildet werden. Der Zeitpunkt, zu dem die rückseitige Elektrode ausgebildet wird, ist jedoch nicht besonders beschränkt. Der Effekt der vorliegenden Erfindung kann unabhängig von dem Zeitpunkt, an dem die rückseitige Elektrode gebildet wird, erzielt werden. Zum Beispiel ist Folgendes möglich: Die vorderseitige Elektrode wird auf einer Seite des Halbleiterelements vom vertikalen Typ gebildet, die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht und die stromlos abgeschiedene Goldschicht werden auf der vorderseitigen Elektrode gebildet und dann wird die rückseitige Elektrode auf der verbleibenden anderen Seite des Halbleiterelements vom vertikalen Typ gebildet.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese Beispiele beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • In Beispiel 1 wurde ein Halbleiterbauelement mit einer in 1 dargestellten Konfiguration hergestellt.
  • Zunächst wurde als Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ ein Si-Halbleiterelement (14 mm × 14 mm × 70 µm Dicke) hergestellt.
  • Als Nächstes wurde auf der vorderseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine Elektrode aus einer Aluminiumlegierung (Siliciumgehalt: etwa 1 Gew.-%, Dicke: 5,0 µm) gebildet, die als vorderseitige Elektrode 2 dient, und auf der rückseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements wurde eine Elektrode gebildet, bei der von der Seite des Si-Halbleiterelements eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung (Siliciumgehalt: etwa 1 Gew.-%, Dicke: 1,3 µm), eine Nickelschicht (Dicke: 1,0 µm) und eine Goldschicht (Dicke: 0,03 µm) laminiert wurden, wobei die Elektrode als rückseitige Elektrode 5 dient. Danach wurde die Schutzschicht 6 (Polyimid, Dicke: 8 µm) auf einem Teil der vorderseitigen Elektrode 2 gebildet.
  • Anschließend wurden unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen auf der vorderseitigen Elektrode 2 nacheinander die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 aufgebracht. Auf diese Weise wurde das Halbleiterbauelement hergestellt. Zwischen den einzelnen Schritten wurde eine Wäsche mit reinem Wasser durchgeführt.
  • Tabelle 1
    Schritt Bedingungen usw.
    1 Plasmareinigung Ar-Durchsatz: 100 cm3/min, angelegte Spannung: 800 W, 2 min, Vakuumwert: 10 Pa
    2 Anbringen der Schutzschicht Anbringen einer UV-ablösbaren Folie an der rückseitigen Elektrode
    3 Entfettung Alkalische Entfettungslösung, pH=9,5, 70 °C, 3 min
    4 Beizen 10%ige Schwefelsäure, 30 °C, 1 min
    5 erste Zinkatbehandlung Alkalische Zinkatbehandlungslösung, pH=12, 25 °C, 20 s
    6 Zinkatablösung Salpetersäure, 25 °C, 15 s
    7 zweite Zinkatbehandlung Alkalische Zinkatbehandlungslösung, pH=12, 25 °C, 20 s
    8 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 25 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 2 Umdrehungen/25 min
    9 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 2 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 16 Umdrehungen/25 min
    10 chemische Vergoldung Goldbeschichtungslösung für die chemische Verdrängungsabscheidung, pH=7,0, 90 °C, 30 min
  • Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in dem erhaltenen Halbleiterbauelement wurden jeweils mit einem handelsüblichen Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen. Die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 wies im Ergebnis eine Dicke von 5,0 µm und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 eine Dicke von 0,13 µm auf. Die Dicke und die Bismutkonzentration der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration in dem Halbleiterbauelement wurden mit einem handelsüblichen energiedispersiven Röntgenspektrometer gemessen. Das Ergebnis war, dass die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke von 0,02 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm aufwies.
  • Beim direkten Auflöten einer Metallelektrode auf die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 des erhaltenen Halbleiterbauelements zur Simulation des Montageschritts war die Lötqualität zufriedenstellend. Daraus ergibt sich, dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung hergestellt werden konnte.
  • [Beispiel 2]
  • In Beispiel 2 wurde ein Halbleiterbauelement mit einer in 2 dargestellten Konfiguration hergestellt.
  • Zunächst wurde ein Si-Halbleiterelement (14 mm x 14 mm x 70 µm Dicke) als Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ hergestellt.
  • Als Nächstes wurde auf der vorderseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine Elektrode aus einer Aluminiumlegierung (Siliciumgehalt: etwa 1 Gew.-%, Dicke: 5,0 µm) gebildet, die als vorderseitige Elektrode 2 dient, und auf der rückseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements wurde eine Elektrode aus einer Aluminiumlegierung (Siliciumgehalt: etwa 1 Gew.-%, Dicke: 1,3 µm), die als rückseitige Elektrode 5 dient, ausgebildet. Danach wurde zum Teil die Schutzschicht 8 (Polyimid, Dicke: 8 µm) auf der vorderseitigen Elektrode 2 gebildet.
  • Als Nächstes wurden Schritte unter den in Tabelle 2 unten gezeigten Bedingungen durchgeführt, um nacheinander auf der vorderseitigen Elektrode 2 die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 zu bilden und um auf der rückseitigen Elektrode 5 nacheinander die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 zu bilden. Auf diese Weise wurde das Halbleiterbauelement erhalten. Zwischen den einzelnen Schritten wurde eine Wäsche mit reinem Wasser durchgeführt.
  • Tabelle 2
    Schritt Bedingungen usw.
    1 Plasmareinigung Ar-Durchsatz: 100 cm3/min, angelegte Spannung: 800 W, 2 min, Vakuumwert: 10 Pa
    2 Entfettung Alkalische Entfettungslösung, pH=9,5, 70 °C, 3 min
    3 Beizen 10%ige Schwefelsäure, 30 °C, 1 min
    4 Erste Zinkatbehandlung Alkalische Zinkatbehandlungslösung, pH=12, 25 °C, 20 s
    5 Zinkatablösung Salpetersäure, 25 °C, 15 s
    6 Zweite Zinkatbehandlung Alkalische Zinkatbehandlungslösung, pH=12, 25 °C, 20 s
    7 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 25 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 2 Umdrehungen/25 min
    8 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 2 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 16 Umdrehungen/25 min
    9 chemische Vergoldung Goldbeschichtungslösung für die chemische Verdrängungsabscheidung, pH=7,0, 90 °C, 30 min
  • Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in dem erhaltenen Halbleiterbauelement wurden jeweils mit einem handelsüblichen Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen. Die auf der vorderseitigen Elektrode 2 stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 wies im Ergebnis eine Dicke von 5,0 µm und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 eine Dicke von 0,13 µm auf. Die auf der rückseitigen Elektrode 5 gebildete stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 hatte eine Dicke von 5,1 µm, und die auf der rückseitigen Elektrode 5 stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 hatte eine Dicke von 0,13 µm. Die Dicke und die Bismutkonzentration der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration in dem Halbleiterbauelement wurden mit einem handelsüblichen energiedispersiven Röntgenspektrometer gemessen. Das Ergebnis war, dass die auf der vorderseitigen Elektrode 2 gebildete Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke von 0,03 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm aufwies. Die auf der rückseitigen Elektrode 5 gebildete Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration wies eine Dicke von 0,02 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm auf.
  • Beim direkten Auflöten einer Metallelektrode auf die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 des erhaltenen Halbleiterbauelements zur Simulation des Montageschritts war die Lötqualität zufriedenstellend. Daraus ergibt sich, dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung hergestellt werden konnte.
  • [Beispiel 3]
  • In Beispiel 3 wurde ein Halbleiterbauelement mit einer in 3 dargestellten Konfiguration hergestellt.
  • Zunächst wurde ein Si-Halbleiterelement (14 mm × 14 mm × 70 µm Dicke) als Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ hergestellt.
  • Als Nächstes wurde auf der vorderseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine Kupferelektrode (Dicke: 5,0 µm), die als vorderseitige Elektrode 2 dient, und auf der rückseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine als rückseitige Elektrode 5 dienende Elektrode gebildet, bei der von der Seite des Si-Halbleiterelements eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung (Siliciumgehalt: etwa 1 Gew.-%, Dicke: 1,3 µm), eine Nickelschicht (Dicke: 1,0 µm) und eine Goldschicht (Dicke: 0,03 µm) laminiert wurden. Danach wurde auf einem Teil der vorderseitigen Elektrode 2 die Schutzschicht 6 (Polyimid, Dicke: 8 µm) ausgebildet. Anschließend wurden unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen auf der vorderseitigen Elektrode 2 nacheinander die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 aufgebracht. Auf diese Weise wurde das Halbleiterbauelement hergestellt. Zwischen den einzelnen Schritten wurde eine Wäsche mit reinem Wasser durchgeführt.
  • Tabelle 3
    Schritt Bedingungen usw.
    1 Plasmareinigung Ar-Durchsatz: 100 cm3/min, angelegte Spannung: 800 W, 2 min, Vakuumwert: 10 Pa
    2 Anbringen der Schutzschicht Anbringen einer UV-ablösbaren Folie an der rückseitigen Elektrode
    3 Entfettung Alkalische Entfettungslösung, pH=9,5, 70 °C, 3 min
    4 Beizen 10%ige Schwefelsäure, 30 °C, 1 min
    5 Palladiumkatalysatorbehandlung Palladiumkatalysatorlösung, pH=2,0, 50 °C, 15 min
    6 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 25 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 2 Umdrehungen/25 min
    7 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 2 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 16 Umdrehungen/25 min
    8 chemische Vergoldung Goldbeschichtungslösung für die chemische Verdrängungsabscheidung, pH=7,0, 90 °C, 30 min
  • Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in dem erhaltenen Halbleiterbauelement wurden jeweils mit einem handelsüblichen Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen. Die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 wies im Ergebnis eine Dicke von 5,0 µm und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 eine Dicke von 0,13 µm auf. Die Dicke und die Bismutkonzentration der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration in dem Halbleiterbauelement wurden mit einem handelsüblichen energiedispersiven Röntgenspektrometer gemessen. Das Ergebnis war, dass die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke von 0,02 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm aufwies.
  • Beim direkten Auflöten einer Metallelektrode auf die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 des erhaltenen Halbleiterbauelements zur Simulation des Montageschritts war die Lötqualität zufriedenstellend. Daraus ergibt sich, dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung hergestellt werden konnte.
  • [Beispiel 4]
  • In Beispiel 4 wurde ein Halbleiterbauelement mit einer in 4 dargestellten Konfiguration hergestellt.
  • Zunächst wurde ein Si-Halbleiterelement (14 mm x 14 mm x 70 µm Dicke) als Halbleiterelement 1 vom vertikalen Typ hergestellt.
  • Anschließend wurde auf der vorderseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine Kupferelektrode (Dicke: 5,0 µm), die als vorderseitige Elektrode 2 dient, und auf der rückseitigen Oberfläche des Si-Halbleiterelements eine weitere Kupferelektrode (Dicke: 5,0 µm), die als rückseitige Elektrode 5 dient, ausgebildet. Danach wurde auf einem Teil der vorderseitigen Elektrode 2 die Schutzschicht 8 (Polyimid, Dicke: 8 µm) ausgebildet.
  • Als Nächstes wurden Schritte unter den in Tabelle 4 unten gezeigten Bedingungen durchgeführt, um auf der vorderseitigen Elektrode 2 nacheinander die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 zu bilden und um auf der rückseitigen Elektrode 5 nacheinander die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3, die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 zu bilden. Auf diese Weise wurde das Halbleiterbauelement erhalten. Zwischen den einzelnen Schritten wurde eine Wäsche mit reinem Wasser durchgeführt.
  • Tabelle 4
    Schritt Bedingungen usw.
    1 Plasmareinigung Ar-Durchsatz: 100 cm3/min, angelegte Spannung: 800 W, 2 min, Vakuumwert: 10 Pa
    2 Entfettung Alkalische Entfettungslösung, pH=9,5, 70 °C, 3 min
    3 Beizen 10%ige Schwefelsäure, 30 °C, 1 min
    4 Palladiumkatalysatorbehandlung Palladiumkatalysatorlösung, pH=2,0, 50 °C, 15 min
    5 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 25 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 2 Umdrehungen/25 min
    6 chemische Nickel-Phosphor-Beschichtung Saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung, pH=5,0, Bi-Konzentration: 50 ppm, 85 °C, 2 min, Geschwindigkeitsverhältnis Flüssigkeitszirkulation: 16 Umdrehungen/25 min
    7 chemische Vergoldung Goldbeschichtungslösung für die chemische Verdrängungsabscheidung, pH=7,0, 90 °C, 30 min
  • Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in dem erhaltenen Halbleiterbauelement wurde jeweils mit einem handelsüblichen Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen. Die auf der vorderseitigen Elektrode 2 stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 wies im Ergebnis eine Dicke von 5,0 µm und die auf der vorderseitigen Elektrode 2 stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 eine Dicke von 0,13 µm auf. Die auf der rückseitigen Elektrode 5 stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 hatte eine Dicke von 4,7 µm und die auf der rückseitigen Elektrode 5 stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 hatte eine Dicke von 0,12 µm. Die Dicke und die Bismutkonzentration der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration in dem Halbleiterbauelement wurden mit einem handelsüblichen energiedispersiven Röntgenspektrometer gemessen. Das Ergebnis war, dass die auf der vorderseitigen Elektrode 2 gebildete Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke von 0,04 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm aufwies. Die auf der rückseitigen Elektrode 5 gebildete Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration wies eine Dicke von 0,03 µm und eine Bismutkonzentration von im Mittel 600 ppm auf.
  • Beim direkten Auflöten einer Metallelektrode auf die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 des erhaltenen Halbleiterbauelements zur Simulation des Montageschritts war die Lötqualität zufriedenstellend. Daraus ergibt sich, dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Zuverlässigkeit der Verbindung hergestellt werden konnte.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Es wurde ein Halbleiterbauelement auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass eine saure Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung ohne Bismutzusatz anstelle der sauren Nickel-Phosphor-Beschichtungslösung für die chemische Abscheidung (Bismutkonzentration: 50 ppm) verwendet wurde, die in Beispiel 1 bei der stromlosen Nickel-Phosphor-Beschichtung eingesetzt wurde.
  • Die Dicke der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht 3 und die Dicke der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 in dem erhaltenen Halbleiterbauelement wurden jeweils mit einem handelsüblichen Röntgenfluoreszenz-Dickenmessgerät gemessen. Das Ergebnis war, dass die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht 3 eine Dicke von 5,0 µm und die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 eine Dicke von 0,03 µm hatte. Die Dicke der Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration in dem Halbleiterbauelement wurde mit einem handelsüblichen energiedispersiven Röntgenspektrometer gemessen. Es ergab sich, dass die Schicht 3a mit niedriger Nickelkonzentration eine Dicke von 0,3 µm aufwies.
  • Das direkte Auflöten einer Metallelektrode auf die stromlos abgeschiedene Goldschicht 4 des erhaltenen Halbleiterbauelements zur Simulation des Montageschritts ergab, dass die Benetzbarkeit zwischen der stromlos abgeschiedenen Goldschicht 4 und dem Lot nicht zufriedenstellend war.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterelement vom vertikalen Typ
    2
    vorderseitige Elektrode
    3
    stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht
    3a
    Schicht mit niedriger Nickelkonzentration
    4
    stromlos abgeschiedene Goldschicht
    5
    rückseitige Elektrode
    6
    Schutzschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2005051084 A [0006]

Claims (15)

  1. Halbleiterbauelement, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode, die auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die auf der vorderseitigen Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht ausgebildet ist; wobei das Halbleiterbauelement auf der Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht, die in Kontakt mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht ist, eine Schicht mit niedriger Nickelkonzentration aufweist und die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration eine geringere Dicke als die stromlos abgeschiedene Goldschicht aufweist.
  2. Halbleiterbauelement, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine rückseitige Elektrode, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die sowohl auf der vorderseitigen Elektrode als auch auf der rückseitigen Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf jeder der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten ausgebildet ist, wobei das Halbleiterbauelement auf der Seite der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht, die in Kontakt mit der stromlos abgeschiedenen Goldschicht ist, eine Schicht mit niedriger Nickelkonzentration aufweist und die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration eine geringere Dicke als die stromlos abgeschiedene Goldschicht aufweist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht mit niedriger Nickelkonzentration zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements enthält, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  4. Halbleiterbauelement, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode, die auf dem Halbleiterelement vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die auf der vorderseitigen Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht ausgebildet ist; wobei das Halbleiterbauelement an der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements enthält, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  5. Halbleiterbauelement, das aufweist: ein Halbleiterelement vom vertikalen Typ; eine vorderseitige Elektrode, die auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterelements vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine rückseitige Elektrode, die auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterelements vom vertikalen Typ ausgebildet ist; eine stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht, die sowohl auf der vorderseitigen Elektrode als auch auf der rückseitigen Elektrode ausgebildet ist; und eine stromlos abgeschiedene Goldschicht, die auf jeder der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten ausgebildet ist, wobei das Halbleiterbauelement an der Grenzfläche zwischen der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht und der stromlos abgeschiedenen Goldschicht zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements enthält, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 4, wobei die vorderseitige Elektrode aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Kupfer gebildet ist, und wobei die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht aus Nickel-Phosphor oder Nickel-Bor gebildet wird.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 5, wobei die vorderseitige Elektrode und die rückseitige Elektrode jeweils aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Kupfer gebildet sind, und wobei die stromlos abgeschiedene nickelhaltige Schicht aus Nickel-Phosphor oder Nickel-Bor gebildet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer vorderseitigen Elektrode auf einer Seite eines Halbleiterelements vom vertikalen Typ; Ausbilden einer stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht auf der vorderseitigen Elektrode unter Verwendung einer nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung; und Ausbilden einer stromlos abgeschiedenen Goldschicht auf der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht unter Verwendung einer Goldlösung für die chemische Abscheidung, wobei die nickelhaltige Lösung für die chemische Abscheidung zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements enthält, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer vorderseitigen Elektrode und einer rückseitigen Elektrode auf einem Halbleiterelement vom vertikalen Typ; gleichzeitiges Ausbilden von stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten auf der vorderseitigen Elektrode und der rückseitigen Elektrode unter Verwendung einer nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung; und gleichzeitiges Ausbilden von stromlos abgeschiedenen Goldschichten auf den jeweiligen stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten unter Verwendung einer Goldlösung für die chemische Abscheidung, wobei die nickelhaltige Lösung für die chemische Abscheidung zumindest einen Typus eines die Goldabscheidung fördernden Elements enthält, das aus der von Bismut, Thallium, Blei und Arsen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 8 oder 9, wobei die nickelhaltige Lösung für die chemische Abscheidung das die Goldabscheidung fördernde Element in einer Konzentration von 0,01 ppm oder mehr und 100 ppm oder weniger enthält.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt der Ausbildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht unmittelbar vor Beendigung des Schritts das Segregieren des die Goldabscheidung fördernden Elements auf einer Oberflächenschicht der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht umfasst, indem die Zufuhrmenge der nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die Rührgeschwindigkeit der nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung erhöht wird, die nickelhaltige Lösung für die chemische Abscheidung stärker geschüttelt wird oder die Konzentration des die Goldabscheidung fördernden Elements in der nickelhaltigen Lösung für die chemische Abscheidung erhöht wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Ausbildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht auf der vorderseitigen Elektrode durchgeführt wird, nachdem die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildete vorderseitige Elektrode einer Zinkatbehandlung unterzogen wurde.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 9, wobei der Schritt des gleichzeitigen Ausbildens der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten auf der vorderseitigen Elektrode und der rückseitigen Elektrode durchgeführt wird, nachdem die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildete vorderseitige Elektrode und die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildete rückseitige Elektrode gleichzeitig einer Zinkatbehandlung unterzogen wurden.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Ausbildung der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schicht auf der vorderseitigen Elektrode durchgeführt wird, nachdem die aus Kupfer gebildete vorderseitige Elektrode mit einem Palladiumkatalysator behandelt wurde.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 9, wobei der Schritt des gleichzeitigen Ausbildens der stromlos abgeschiedenen nickelhaltigen Schichten auf der vorderseitigen Elektrode und der rückseitigen Elektrode durchgeführt wird, nachdem die aus Kupfer gebildete vorderseitige Elektrode und die aus Kupfer gebildete rückseitige Elektrode gleichzeitig mit einem Palladiumkatalysator behandelt wurden.
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