JP2001107254A - DEPOSITION METHOD OF Ni ELECTRODE LAYER - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はＮｉ電極層の形成方
法に関するものであり、特に、Ａｌパッド電極等の入出
力端子用電極上にハンダ濡れ性改善層或いはバリア層と
して機能させるＮｉ電極層を均一な厚さに形成するため
の溶液の構成及びダミー金属板の使用に特徴のあるＮｉ
電極層の形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a Ni electrode layer, and more particularly, to a method for forming a Ni electrode layer serving as a solder wettability improving layer or a barrier layer on an input / output terminal electrode such as an Al pad electrode. Ni characterized by the composition of the solution for forming a uniform thickness and the use of a dummy metal plate
The present invention relates to a method for forming an electrode layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体装置を回路基板等にベアチ
ップ実装する際に、半導体装置に設けた入出力端子用電
極、即ち、パッド電極として通常はＡｌが用いられてい
る。しかし、Ａｌはハンダの濡れ性が悪いためＡｌパッ
ド電極がむき出しのままでは、ハンダ付けによって半導
体装置を直接回路基板等に電気的に接合することは困難
である。そこで、Ａｌパッド電極上にハンダ濡れ性の良
い、例えば、Ａｕ等の導電体層を形成するのが普通であ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device is mounted on a circuit board or the like on a bare chip, Al is usually used as an electrode for input / output terminals, that is, a pad electrode provided on the semiconductor device. However, since Al has poor solder wettability, it is difficult to electrically connect the semiconductor device directly to a circuit board or the like by soldering if the Al pad electrode is left bare. Therefore, it is common to form a conductor layer having good solder wettability, such as Au, on the Al pad electrode.
【０００３】しかし、通常のハンダ（Ｓｎ−３７％Ｐ
ｂ）を用いる場合には、Ａｕはハンダ付けのための加熱
時にハンダ中に溶け込み、最悪の場合にはＡｕ膜が無く
なってしまい、ハンダがＡｌバンプ電極と直接接触する
ことにより、その結果、ハンダ付けができなくなってし
まうという問題がある。However, ordinary soldering (Sn-37% P
When b) is used, Au melts into the solder during heating for soldering, and in the worst case, the Au film disappears, and the solder comes into direct contact with the Al bump electrode. There is a problem that it cannot be attached.
【０００４】そこで、この様な問題を解決するために、
Ａｌバンプ電極とＡｕ膜との間に両者の反応を阻害・防
止するためのバリア層としてＮｉ等のバリア層を設けた
り、或いは、Ｎｉバリア層の上にさらに無電解Ｎｉメッ
キ法によってＮｉハンダ付け層を積層させることが提案
されている。Therefore, in order to solve such a problem,
A barrier layer such as Ni is provided between the Al bump electrode and the Au film as a barrier layer for inhibiting and preventing the reaction between them, or Ni soldering is further performed on the Ni barrier layer by electroless Ni plating. It has been proposed to stack the layers.
【０００５】ここで、図３を参照して、従来の無電解Ｎ
ｉメッキ法を説明する。 図３参照 図３は、従来の無電解Ｎｉメッキ法の工程フロー図であ
り、まず、半導体装置の表面を覆う保護絶縁膜の開口部
において露出したＡｌパッド電極の表面をアセトン或い
はエタノールを用いて表面洗浄し、次いで、硫酸或いは
硝酸を用いてＡｌパッド電極の表面の自然酸化膜や汚染
膜を除去する。Referring now to FIG. 3, a conventional electroless N
The i-plating method will be described. FIG. 3 is a process flow chart of the conventional electroless Ni plating method. First, the surface of the Al pad electrode exposed at the opening of the protective insulating film covering the surface of the semiconductor device is formed using acetone or ethanol. The surface is washed, and then a natural oxide film or a contaminant film on the surface of the Al pad electrode is removed using sulfuric acid or nitric acid.
【０００６】次いで、亜鉛置換法（ジンケート法）或い
はパラジウム置換法を用いて、Ａｌパッド電極の露出表
面に厚さ数１００Å程度のＺｎ（亜鉛）或いはＰｄ（パ
ラジウム）のＡｌとの置換膜を形成したのち、無電解Ｎ
ｉメッキによって置換膜上にＰ含有Ｎｉ膜或いはＢ含有
Ｎｉ膜等からなるＮｉハンダ付け層を形成することによ
ってＮｉ電極層の形成工程が完了する。Next, a Zn (zinc) or Pd (palladium) substitution film of Al with a thickness of about several hundreds of degrees is formed on the exposed surface of the Al pad electrode using a zinc substitution method (zincate method) or a palladium substitution method. After that, electroless N
By forming a Ni soldering layer composed of a P-containing Ni film or a B-containing Ni film on the replacement film by i-plating, the step of forming the Ni electrode layer is completed.
【０００７】しかし、この様な置換膜の形成工程におい
て用いる置換溶液は、Ａｌを溶解しながら置換するもの
が多く、また、ｐＨが１２程度以上の強アルカリ性領域
で使用されるため、Ａｌパッド電極やパターニングに用
いるレジストにダメージを与える等の問題が生じる。However, the replacement solution used in the process of forming such a replacement film often displaces while dissolving Al, and is used in a strongly alkaline region having a pH of about 12 or more. And damage to the resist used for patterning.
【０００８】また、将来の半導体装置の実装における有
力な接合方法の候補として、厚さ、即ち、高さが数十μ
ｍのコアバンプを半導体装置の電極上に形成しておき、
このコアバンプをハンダ、導電性接着剤、或いは、異方
性導電接着剤などによって回路基板上の電極と接合する
方法が検討されている。Further, as a candidate for an influential bonding method in mounting a semiconductor device in the future, the thickness, ie, the height, is several tens μm.
m core bumps are formed on the electrodes of the semiconductor device,
A method of joining the core bump to an electrode on a circuit board using a solder, a conductive adhesive, an anisotropic conductive adhesive, or the like has been studied.
【０００９】この様なコアバンプを低コストで作製する
技術として無電解Ｎｉメッキ法が注目されており、この
コアバンプの形成に際しては、厚さ数十μｍのレジスト
或いはドライフィルムを用いてパターニングすることに
なるが、この様なレジスト或いはドライフィルムの材料
は、現状では、アルカリ溶液に侵され易いことから、強
アルカリ性領域で使用される従来の無電解Ｎｉメッキ法
をそのまま適用することは困難である。Electroless Ni plating has attracted attention as a technique for producing such core bumps at low cost. When forming these core bumps, patterning using a resist or dry film having a thickness of several tens of μm is required. However, such a resist or dry film material is easily susceptible to an alkaline solution at present, and it is difficult to apply the conventional electroless Ni plating method used in a strongly alkaline region as it is.
【００１０】そこで、低アルカリ性領域で無電解Ｎｉメ
ッキを行うことによってバンプ電極を形成することが提
案（必要ならば、特開平１０−２５６２５８号公報参
照）されているので、この従来の改良無電解Ｎｉメッキ
法を図４を参照して説明する。 図４（ａ）参照 半導体装置２１は保護膜２３で覆われており、外部電極
であるＡｌ電極２２の部分に開口部２４を形成されてい
る。まず、Ｈ3 ＰＯ4 やＮａＯＨの水溶液中に浸漬する
ウェット・エッチングによってＡｌ電極２２の表面に形
成された自然酸化膜（図示を省略）を除去したのち、純
水により洗浄を行う。Therefore, it has been proposed to form a bump electrode by performing electroless Ni plating in a low alkaline region (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 10-256258 if necessary). The Ni plating method will be described with reference to FIG. 4A, the semiconductor device 21 is covered with a protective film 23, and an opening 24 is formed in a portion of the Al electrode 22 which is an external electrode. First, after removing a natural oxide film (not shown) formed on the surface of the Al electrode 22 by wet etching immersed in an aqueous solution of H 3 PO 4 or NaOH, cleaning is performed with pure water.
【００１１】図４（ｂ）参照 次いで、８０℃に保持したｐＨが９〜１０のＮｉを含有
するアルカリ性溶液中に２０秒浸漬することにより、Ａ
ｌ電極２２の露出表面にＮｉ粒子膜２５を形成する。な
お、この場合のＮｉ粒子膜２５は、Ｎｉ置換反応が進む
部分と進まない部分が存在するために、Ｎｉ粒子が離散
した状態となる。Next, as shown in FIG. 4 (b), the sample was immersed in an alkaline solution containing Ni having a pH of 9 to 10 and kept at 80 ° C. for 20 seconds to obtain A.
A Ni particle film 25 is formed on the exposed surface of the electrode 22. In this case, since the Ni particle film 25 has a portion where the Ni substitution reaction proceeds and a portion where the Ni substitution reaction does not proceed, the Ni particles are in a discrete state.
【００１２】図４（ｃ）参照 次いで、再び、８０℃に保持したｐＨが９〜１０のＮｉ
を含有するアルカリ性溶液中に２０秒浸漬することによ
り、Ａｌ電極２２の露出表面にＮｉ粒子膜２６を形成す
る。なお、この場合のＮｉ粒子膜２６は、Ｎｉ粒子膜２
５の間隙にＮｉ粒子が析出した状態となる。Next, as shown in FIG. 4 (c), the Ni is again maintained at 80.degree.
Is immersed in an alkaline solution containing for 20 seconds to form a Ni particle film 26 on the exposed surface of the Al electrode 22. The Ni particle film 26 in this case is the Ni particle film 2
5 is in a state where Ni particles are precipitated.
【００１３】図４（ｄ）参照 次いで、純水により洗浄したのち、９０℃に保持した無
電解Ｎｉメッキ液中に２〜５分間浸漬することによっ
て、Ａｌ電極２２上に厚さが１．０〜２．０μｍのＮｉ
膜２７を形成する。この場合、Ｎｉ粒子膜２６が触媒と
して作用し、Ｎｉ粒子膜２６上にＮｉが自己析出してＮ
ｉ膜２７が形成される。Next, after washing with pure water, the substrate is immersed in an electroless Ni plating solution maintained at 90 ° C. for 2 to 5 minutes to form a film having a thickness of 1.0% on the Al electrode 22. ~ 2.0 μm Ni
A film 27 is formed. In this case, the Ni particle film 26 acts as a catalyst, Ni is self-precipitated on the Ni particle film 26, and N
An i film 27 is formed.
【００１４】図４（ｅ）参照 次いで、９０℃に保持した無電解Ａｕメッキ液中に４０
分間浸漬することによって、Ｎｉ膜２７上に厚さが０．
２μｍのＡｕ膜２８を析出させ、次いで、純水で洗浄す
ることによってバンプ電極の形成工程が終了する。Next, as shown in FIG. 4 (e), 40
By immersing the Ni film 27 for minutes, the thickness of the Ni film 27 is
By depositing a 2 μm Au film 28 and then washing with pure water, the step of forming a bump electrode is completed.
【００１５】しかし、この提案においては、ｐＨが９〜
１０の従来よりアルカリ性の弱い溶液を用いてＮｉ置換
反応を行っているが、Ｎｉ置換溶液の組成については具
体的開示が全くなく、直ちに実施することは困難であ
り、また、無電解Ｎｉメッキ液の具体的組成及びそのア
ルカリ性度（ｐＨ）についても何ら開示されていないも
のである。However, in this proposal, the pH is 9 to
Although the Ni-substitution reaction is performed using a solution having a weaker alkalinity than the conventional solution of No. 10, there is no specific disclosure about the composition of the Ni-substitution solution, and it is difficult to carry out immediately. No specific composition and no alkalinity (pH) are disclosed.
【００１６】本発明者等は、鋭意研究の結果、Ｎｉ置換
液及び無電解Ｎｉメッキ液として、Ｎｉ源となる硫酸ニ
ッケル（ＮｉＳＯ4 ・６Ｈ2 Ｏ）、錯化剤としてのグリ
シン（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ）、及び、還元剤としての
次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2 ＰＯ2 ・Ｈ2 Ｏ）から
なる混合溶液を用いることによって、ｐＨが８程度の条
件においてもＡｌ電極表面に、Ｎｉ置換膜ならびに引き
続く無電解Ｎｉメッキ膜を形成することができることを
見いだした（必要ならば、表面技術，Ｖｏｌ．４６，Ｎ
ｏ．１０，ｐ．９４６，１９９５参照）。The present inventors have conducted intensive studies and found that nickel sulfate (NiSO 4 .6H 2 O) as a Ni source as a Ni substitution solution and an electroless Ni plating solution, and glycine (H 2 NCH) as a complexing agent. 2 COOH) and a mixed solution composed of sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 .H 2 O) as a reducing agent allows a Ni-substituted film to be formed on the surface of the Al electrode even at a pH of about 8. And it was found that a subsequent electroless Ni plating film could be formed (if necessary, surface technology, Vol.
o. 10, p. 946, 1995).
【００１７】この様な組成の混合溶液を用いることによ
って、均一な厚さの無電解Ｎｉメッキ膜を形成すること
が可能になり、また、低アルカリ性であるのでＡｌ電極
やレジストに悪影響を与えることがない。なお、この実
験は、半導体デバイスと電気的に接触していないＡｌの
ベタ電極上にＮｉ置換膜及び無電解Ｎｉメッキ膜を析出
させたものである。By using a mixed solution having such a composition, it is possible to form an electroless Ni plating film having a uniform thickness, and it has a low alkalinity, which adversely affects the Al electrode and the resist. There is no. In this experiment, a Ni substitution film and an electroless Ni plating film were deposited on an Al solid electrode that was not in electrical contact with the semiconductor device.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の様な混
合溶液を用いて実際の半導体装置に設けたＡｌパッド電
極上に無電解Ｎｉメッキ膜の成膜を試みた結果、各Ａｌ
パッド電極間で無電解Ｎｉメッキ膜の成膜状態が異なる
という重大な問題が発生することが明らかになった。However, as a result of attempting to form an electroless Ni plating film on an Al pad electrode provided on an actual semiconductor device using the above-mentioned mixed solution, each Al
It has been found that a serious problem occurs in that the state of deposition of the electroless Ni plating film differs between the pad electrodes.
【００１９】即ち、半導体装置に設けたＡｌパッド電極
の中には他のＡｌパッド電極に比べて無電解Ｎｉメッキ
膜の膜厚が薄いものがあるという問題が発生する。例え
ば、信号用電極の場合には問題がないが、接地電極（Ｇ
ＮＤ）や電源電極においては、無電解Ｎｉメッキ膜があ
まり析出しないという問題がある。That is, there is a problem that some of the Al pad electrodes provided on the semiconductor device have a thinner electroless Ni plating film than other Al pad electrodes. For example, there is no problem in the case of a signal electrode, but a ground electrode (G
In the case of ND) and the power supply electrode, there is a problem that the electroless Ni plating film does not deposit much.
【００２０】この原因について種々検討の結果、半導体
装置に設けた各Ａｌパッド電極が、各Ａｌパッド電極が
電気的に接続する半導体領域の違いによるビルトインポ
テンシャルにより、Ｎｉ置換処理液に対する電位、即
ち、電極電位が異なるためであると推測される。As a result of various studies on the cause, each of the Al pad electrodes provided on the semiconductor device has a built-in potential due to a difference in the semiconductor region to which each Al pad electrode is electrically connected, and the potential with respect to the Ni-substituted treatment liquid, ie, It is assumed that this is because the electrode potentials are different.
【００２１】したがって、本発明は、置換処理液に対す
る電位が互いに異なる入出力端子用電極の表面に、再現
性良く均一な厚さの無電解Ｎｉメッキ膜を形成すること
を目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to form an electroless Ni plating film having a uniform thickness with good reproducibility on the surfaces of input / output terminal electrodes having different potentials with respect to the substitution treatment solution.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】ここで、図１を参照して
本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は、本発明の原理的構成を示すフロー図であ
る。 図１参照 （１）本発明は、電子回路素子の入出力端子用電極の表
面に無電解メッキ法を用いて無電解Ｎｉメッキ膜を析出
させるＮｉ電極層の形成方法において、入出力端子用電
極の表面をエッチング処理したのち、Ｎｉ置換処理を行
って入出力端子用電極の表面にＮｉ置換膜を形成し、次
いで、無電解Ｎｉメッキ浴中で、少なくとも反応開始初
期にダミー金属板を浸漬した状態で、入出力端子用電極
の表面に無電解Ｎｉメッキ膜を析出させることを特徴と
する。Here, means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a flowchart showing the principle configuration of the present invention. FIG. 1 (1) The present invention relates to a method for forming an Ni electrode layer in which an electroless Ni plating film is deposited on the surface of an input / output terminal electrode of an electronic circuit element by using an electroless plating method. After the surface of was etched, a Ni-substitution process was performed to form a Ni-substitution film on the surface of the input / output terminal electrode, and then a dummy metal plate was immersed in an electroless Ni plating bath at least at the beginning of the reaction. In this state, an electroless Ni plating film is deposited on the surface of the input / output terminal electrode.
【００２３】この様に、入出力端子用電極の表面をエッ
チング処理して自然酸化膜を除去したのち、Ｎｉ置換処
理を行って入出力端子用電極の表面にＮｉ置換膜を形成
し、次いで、無電解Ｎｉメッキ浴中で、少なくとも反応
開始初期にダミー金属板を浸漬した状態で、入出力端子
用電極の表面に無電解Ｎｉメッキ膜を析出させることに
よって、各入出力端子用電極の置換処理液に対する電位
が互いに異なる場合にも、均一な膜厚の無電解Ｎｉメッ
キ膜を析出させることができる。As described above, after the surface of the input / output terminal electrode is etched to remove the natural oxide film, a Ni substitution process is performed to form a Ni substitution film on the surface of the input / output terminal electrode. In the electroless Ni plating bath, at least in the state where the dummy metal plate is immersed at least at the beginning of the reaction, an electroless Ni plating film is deposited on the surface of the input / output terminal electrode to replace each input / output terminal electrode. Even when the potentials for the liquids are different from each other, an electroless Ni plating film having a uniform film thickness can be deposited.
【００２４】特に、ダミー金属板、Ｃｕメッシュ或いは
ステンレスメッシュ等を無電解Ｎｉメッキ浴中に浸漬す
ることによって、このダミー金属板の表面における無電
解メッキ反応に伴って発生する水素が無電解Ｎｉメッキ
浴中の溶存酸素量を減少させ、それによって、微細な入
出力端子用電極の表面における無電解メッキ反応が誘発
され、反応性が高まるためであると考えられる。In particular, by immersing a dummy metal plate, a Cu mesh, a stainless steel mesh, or the like in an electroless Ni plating bath, hydrogen generated due to the electroless plating reaction on the surface of the dummy metal plate is subjected to electroless Ni plating. This is presumably because the amount of dissolved oxygen in the bath was reduced, thereby inducing an electroless plating reaction on the surface of the fine electrode for the input / output terminal, thereby increasing the reactivity.
【００２５】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、Ｎｉ置換処理を、Ｎｉイオンとグリシンを含むＮｉ
置換処理液中で行うことを特徴とする。(2) Further, in the present invention, in the above (1), the Ni substitution treatment may be carried out by using Ni containing Ni ions and glycine.
It is characterized in that it is performed in a replacement treatment solution.
【００２６】この様に、従来のＮｉ置換処理液から次亜
リン酸ナトリウムを除いてＮｉイオンとグリシンを含む
Ｎｉ置換処理液を用いてＮｉ置換処理を行うことによっ
て、電極電位の異なる入出力端子用電極の表面にＮｉ粒
子が均一に分布したＮｉ置換膜を形成することができ
る。As described above, by removing the sodium hypophosphite from the conventional Ni-substituted solution and performing the Ni-substitution process using the Ni-substituted solution containing Ni ions and glycine, the input / output terminals having different electrode potentials are obtained. A Ni-substituted film in which Ni particles are uniformly distributed can be formed on the surface of the electrode for use.
【００２７】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、無電解Ｎｉメッキ処理を、Ｎｉイオン、グリシン、
及び、次亜リン酸ナトリウムを含む無電解Ｎｉメッキ浴
中で行うことを特徴とする。(3) In the present invention, in the above (1), the electroless Ni plating treatment is performed by using Ni ions, glycine,
And it is characterized by performing in an electroless Ni plating bath containing sodium hypophosphite.
【００２８】この様に、無電解Ｎｉメッキ処理は従来と
同様に、Ｎｉイオン、グリシン、及び、次亜リン酸ナト
リウムを含むアルカリ性度の低い無電解Ｎｉメッキ浴中
で行うことによって、入出力端子用電極或いはレジスト
等に悪影響を与えることなく無電解メッキすることが可
能になる。As described above, the electroless Ni plating treatment is performed in a low-alkaline electroless Ni plating bath containing Ni ions, glycine, and sodium hypophosphite as in the prior art, so that the input / output terminals can be used. Electroless plating can be performed without adversely affecting the electrodes for use or the resist.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】ここで、図２を参照して本発明の
第１の実施の形態の製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、半導体素子を形成した半導体ウェハ上に下地絶縁
膜１１を介して半導体素子の各領域等と接続するととも
に入出力端子用電極となるＣｕ含有Ａｌパッド電極１２
を形成する。なお、図においては、一つのＣｕ含有Ａｌ
パッド電極１２しか示していないが、実際には、一つの
半導体チップ当り、信号用電極、接地用電極、或いは、
電源用電極等が数十個形成されているものであり、ま
た、この場合のＣｕ含有Ａｌパッド電極１２のサイズと
しては、例えば、１００μｍ×１００μｍで、厚さは
０．６〜０．７μｍである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 2A, first, a Cu-containing Al pad electrode 12 which is connected to each region of the semiconductor element via a base insulating film 11 on a semiconductor wafer on which the semiconductor element is formed and serves as an electrode for input / output terminals
To form In the figure, one Cu-containing Al
Although only the pad electrode 12 is shown, in practice, a signal electrode, a ground electrode, or
Dozens of power supply electrodes and the like are formed, and the size of the Cu-containing Al pad electrode 12 in this case is, for example, 100 μm × 100 μm, and the thickness is 0.6 to 0.7 μm. is there.
【００３０】このＣｕ含有Ａｌパッド電極１２に無電解
Ｎｉメッキ層を形成するために、保護絶縁膜１３には選
択的なエッチング処理によって開口部１４が形成されて
いる。なお、この段階で、Ｃｕ含有Ａｌパッド電極１２
の表面には薄い自然酸化膜１５が形成されている。In order to form an electroless Ni plating layer on the Cu-containing Al pad electrode 12, an opening 14 is formed in the protective insulating film 13 by selective etching. At this stage, the Cu-containing Al pad electrode 12
A thin native oxide film 15 is formed on the surface of the substrate.
【００３１】図２（ｂ）参照 次いで、アセトンやエタノールを用いて、２５℃におい
て２分間の洗浄処理を行ったのち、フッ酸の水溶液を用
いて２５℃で３０秒間エッチングすることによって、自
然酸化膜１５を除去する。Next, after performing a cleaning process at 25 ° C. for 2 minutes using acetone or ethanol, etching is performed at 25 ° C. for 30 seconds using an aqueous solution of hydrofluoric acid, thereby performing natural oxidation. The film 15 is removed.
【００３２】図２（ｃ）参照 次いで、純水に、 硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4 ・６Ｈ2 Ｏ） ０．０５Ｍ（モル／リットル） グリシン（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ） ０．２０Ｍ（モル／リットル） を混合して合計１リットルとなるＮｉ置換溶液を形成
し、ＮａＯＨ或いはＨ2 ＳＯ4 を用いて、ｐＨを８．０
に調整する。[0032] refer to FIG. 2 (c) Then, the pure water, the nickel sulfate (NiSO 4 · 6H 2 O) 0.05M ( mol / l) glycine (H 2 NCH 2 COOH) 0.20M ( mol / l) Mix to form a total of 1 liter Ni-substituted solution and adjust the pH to 8.0 using NaOH or H 2 SO 4.
Adjust to
【００３３】この様に調整したＮｉ置換溶液を６０℃に
加温し、６０℃に保った状態でＮｉ置換溶液中に半導体
ウェハを、例えば、３００秒間浸漬して、Ｃｕ含有Ａｌ
パッド電極１２の露出表面上に１００ｎｍ以下、例え
ば、１０ｎｍ程度のＮｉ置換膜１６を析出させる。The Ni-substituted solution prepared as described above is heated to 60 ° C., and the semiconductor wafer is immersed in the Ni-substituted solution at a temperature of 60 ° C. for 300 seconds, for example.
On the exposed surface of the pad electrode 12, a Ni substitution film 16 having a thickness of 100 nm or less, for example, about 10 nm is deposited.
【００３４】この時点で、Ｃｕ含有Ａｌパッド電極１２
の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、Ｃｕ含有
Ａｌパッド電極１２の表面にＮｉ粒子が均一に分布して
おり、全面にＮｉ置換膜１６が形成されているのが確認
された。At this point, the Cu-containing Al pad electrode 12
Observation of the surface with a scanning electron microscope confirmed that Ni particles were uniformly distributed on the surface of the Cu-containing Al pad electrode 12, and that the Ni substitution film 16 was formed on the entire surface.
【００３５】図２（ｄ）参照 次いで、純水に、 硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4 ・６Ｈ2 Ｏ） ０．０５Ｍ（モル／リットル） グリシン（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ） ０．１５Ｍ（モル／リットル） 次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2 ＰＯ2 ・Ｈ2 Ｏ） ０．３０Ｍ（モル／リットル） を混合して合計１リットルとなる無電解Ｎｉメッキ液を
形成し、ＮａＯＨ或いはＨ2 ＳＯ4 を用いて、ｐＨを
９．０に調整する。Next, as shown in FIG. 2D, nickel sulfate (NiSO 4 .6H 2 O) 0.05 M (mol / liter) glycine (H 2 NCH 2 COOH) 0.15 M (mol / liter) 0.30 M (mol / liter) of sodium phosphite (NaH 2 PO 2 .H 2 O) was mixed to form a total of 1 liter of an electroless Ni plating solution, and NaOH or H 2 SO 4 was used. Adjust the pH to 9.0.
【００３６】この様に調整した無電解Ｎｉメッキ液を６
０℃に加温し、６０℃に保った状態で無電解Ｎｉメッキ
液中に、ダミー金属板として３０ｍｍ×３０ｍｍのＣｕ
メッシュ（＃４０）を浸漬させるとともに半導体ウェハ
を、例えば、３０分間浸漬して、Ｎｉ置換膜１６の表面
上に、厚さが５．０μｍの無電解Ｎｉメッキ膜１７を析
出させる。The thus prepared electroless Ni plating solution was
Heated to 0 ° C. and kept at 60 ° C. in an electroless Ni plating solution, a 30 mm × 30 mm Cu
The mesh (# 40) is immersed and the semiconductor wafer is immersed for 30 minutes, for example, to deposit an electroless Ni plating film 17 having a thickness of 5.0 μm on the surface of the Ni substitution film 16.
【００３７】メッキ後のＣｕ含有Ａｌパッド電極１２の
表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、全てのＣｕ
含有Ａｌパッド電極１２の表面に形成された無電解Ｎｉ
メッキ膜１７の膜厚の差は最大でも１０％以下であり、
ほぼ均一な無電解Ｎｉメッキ膜１７が形成されているこ
とが確認できた。The surface of the Cu-containing Al pad electrode 12 after plating was observed with a scanning electron microscope.
Electroless Ni formed on the surface of Al-containing pad electrode 12
The difference in the thickness of the plating film 17 is at most 10% or less,
It was confirmed that a substantially uniform electroless Ni plating film 17 was formed.
【００３８】なお、比較のために、無電解Ｎｉメッキ液
中にＣｕメッシュを浸漬しない状態で無電解Ｎｉメッキ
を行った結果、全てのＣｕ含有Ａｌパッド電極１２の表
面に無電解Ｎｉメッキ膜１７が形成されていることが確
認されたが、無電解Ｎｉメッキ膜１７の厚さが、他の無
電解Ｎｉメッキ膜１７に比べて１／２以下になっている
Ｃｕ含有Ａｌパッド電極１２の存在が確認された。For comparison, electroless Ni plating was performed without immersing the Cu mesh in the electroless Ni plating solution, and as a result, the surface of all Cu-containing Al pad electrodes 12 was coated with an electroless Ni plating film 17. Is formed, but the presence of the Cu-containing Al pad electrode 12 in which the thickness of the electroless Ni plating film 17 is 以下 or less as compared with the other electroless Ni plating films 17 is present. Was confirmed.
【００３９】したがって、ダミー金属板を無電解Ｎｉメ
ッキ液中に浸漬することによって、析出する無電解Ｎｉ
メッキ膜の膜厚を均一にすることができるものである。
このダミー金属板の効果は、ダミー金属板の表面でも無
電解メッキ反応が起こり、それに伴って発生する水素が
無電解Ｎｉメッキ液中の溶存酸素量を低減させ、それに
よって、微細なＣｕ含有Ａｌパッド電極１２の表面での
無電解メッキ反応が誘発され、反応性が向上するためと
考えられる。Therefore, by immersing the dummy metal plate in the electroless Ni plating solution, the deposited electroless Ni
The thickness of the plating film can be made uniform.
The effect of this dummy metal plate is that an electroless plating reaction also occurs on the surface of the dummy metal plate, and the hydrogen generated thereby reduces the amount of dissolved oxygen in the electroless Ni plating solution, thereby reducing the fine Cu-containing Al. It is considered that the electroless plating reaction on the surface of the pad electrode 12 is induced and the reactivity is improved.
【００４０】この様に、本発明の第１の実施の形態にお
いては、まず、Ｎｉイオンとグリシンを含むＮｉ置換溶
液中でＣｕ含有Ａｌパッド電極１２の表面にＮｉ置換膜
１６を形成し、次いで、Ｎｉイオンとグリシンと次亜リ
ン酸ナトリウムを含む無電解Ｎｉメッキ液中で、ダミー
金属板を共存させた状態で無電解Ｎｉメッキ膜１７を形
成しているので、全てのＣｕ含有Ａｌパッド電極１２の
表面にほぼ均一な厚さの無電解Ｎｉメッキ膜１７を形成
することができる。As described above, in the first embodiment of the present invention, first, the Ni-substituted film 16 is formed on the surface of the Cu-containing Al pad electrode 12 in a Ni-substituted solution containing Ni ions and glycine, and then In the electroless Ni plating solution containing Ni ions, glycine, and sodium hypophosphite, the electroless Ni plating film 17 is formed in the state where the dummy metal plate coexists. An electroless Ni plating film 17 having a substantially uniform thickness can be formed on the surface of the substrate 12.
【００４１】また、この場合のＮｉ置換溶液及び無電解
Ｎｉメッキ液のｐＨは、夫々、８．０及び９．０であ
り、比較的アルカリ性度が低いので、Ｃｕ含有Ａｌパッ
ド電極１２やレジスト等に悪影響を与えることがない。In this case, the pH of the Ni-substitute solution and the electroless Ni plating solution are 8.0 and 9.0, respectively, which are relatively low in alkalinity. Does not adversely affect
【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
るが、Ｎｉ置換処理におけるＮｉ置換溶液を構成するグ
リシンの添加量、ｐＨ、及び、温度を変化させたもので
あり、その他の条件及び工程は上記の第１の実施の形態
と全く同様であるので、製造工程の説明は省略する。な
お、ｐＨの調整において、アルカリ性度を高める場合に
はＮａＯＨを添加し、アルカリ性度を低める場合にはＨ
2 ＳＯ4 を添加する。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the amount, pH, and temperature of glycine constituting the Ni-substituted solution in the Ni-substitution process are changed. Since the conditions and steps are exactly the same as those in the first embodiment, the description of the manufacturing steps will be omitted. In the adjustment of pH, NaOH is added to increase the degree of alkalinity, and H is added to decrease the degree of alkalinity.
Adding 2 SO 4.
【００４３】実験の結果、グリシンの量は０．１〜０．
３Ｍ（モル／リットル）の範囲が好適であり、また、ｐ
Ｈは７〜１２の範囲が好適であった。また、Ｎｉ置換溶
液の温度は、５０〜８０℃の範囲が好適であった。As a result of the experiment, the amount of glycine was 0.1 to 0.5.
A range of 3M (mol / liter) is preferred, and p
H was preferably in the range of 7 to 12. Further, the temperature of the Ni-substituted solution was preferably in the range of 50 to 80C.
【００４４】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
るが、無電解Ｎｉメッキ処理における無電解Ｎｉメッキ
液を構成するグリシンの添加量、次亜リン酸ナトリウム
の添加量、ｐＨ、及び、温度を変化させたものであり、
その他の条件及び工程は上記の第１の実施の形態と全く
同様であるので、製造工程の説明は省略する。Next, a third embodiment of the present invention will be described. The amount of glycine, the amount of sodium hypophosphite, the pH, And the temperature is changed,
The other conditions and steps are exactly the same as those in the first embodiment, and the description of the manufacturing steps will be omitted.
【００４５】実験の結果、グリシンの量は０．１〜０．
３Ｍ（モル／リットル）の範囲が好適であり、また、次
亜リン酸ナトリウムの量は０．２〜０．４Ｍ（モル／リ
ットル）の範囲が好適であり、さらに、ｐＨは８〜１２
の範囲が好適であった。また、無電解Ｎｉメッキ液の温
度は、５０〜８０℃の範囲が好適であった。なお、グリ
シンの量が０．３Ｍ（モル／リットル）を超えると、無
電解Ｎｉメッキ膜の析出速度が速くなりすぎ、膜の表面
が荒れるので好ましくない。As a result of the experiment, the amount of glycine was 0.1-0.5.
The range of 3M (mol / liter) is suitable, the amount of sodium hypophosphite is preferably in the range of 0.2-0.4M (mol / liter), and the pH is 8-12.
Was suitable. Further, the temperature of the electroless Ni plating solution was preferably in the range of 50 to 80 ° C. If the amount of glycine exceeds 0.3 M (mol / liter), the deposition rate of the electroless Ni-plated film becomes too fast, and the surface of the film becomes rough.
【００４６】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、本発明の各実施の形態においては、無電解Ｎｉメッ
キ処理を行う際に、Ｃｕメッシュを無電解Ｎｉメッキ液
中に浸漬しているが、ステンレスメッシュ等の他のダミ
ー金属板を用いても良いものであり、その表面で無電解
メッキ反応が生じやすい金属であれば良い。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, in each embodiment of the present invention, when performing the electroless Ni plating process, the Cu mesh is immersed in the electroless Ni plating solution, but using another dummy metal plate such as a stainless mesh. Any metal may be used as long as it is easy to cause an electroless plating reaction on its surface.
【００４７】また、上記の各実施の形態においては、表
面積、したがって、反応面積を増大させるためのダミー
金属板としてメッシュ状のダミー金属板を用いている
が、必ずしもメッシュ状である必要はなく、通常の板状
のものであっても良い。In each of the above embodiments, a mesh-shaped dummy metal plate is used as a dummy metal plate for increasing the surface area and, therefore, the reaction area. It may be an ordinary plate.
【００４８】また、上記の各実施の形態においては、Ｃ
ｕメッシュを無電解Ｎｉメッキ液中に浸漬したままで無
電解メッキを行っているが、Ｃｕメッシュは各パッド電
極における無電解メッキ反応を速やかに開始させるため
のイニシエーターであるので、途中で、例えば、反応開
始から３分後にダミー金属板を無電解Ｎｉメッキ液から
取り出しても良いものであり、それによって、無電解Ｎ
ｉメッキ液の過度な浪費を抑制することができる。In each of the above embodiments, C
Although the electroless plating is performed while the u mesh is immersed in the electroless Ni plating solution, the Cu mesh is an initiator for promptly starting the electroless plating reaction in each pad electrode. For example, the dummy metal plate may be removed from the electroless Ni plating solution three minutes after the start of the reaction.
Excessive waste of the i-plating solution can be suppressed.
【００４９】また、上記の各実施の形態においては、無
電解Ｎｉメッキ処理を一定の温度条件で行っているが、
温度は必ずしも一定である必要はなく、例えば、６０℃
において３分間程度浸漬してＮｉ初期膜を形成し、次い
で、８０℃において成膜しても良いものであり、全ての
Ｃｕ含有Ａｌパッド電極の表面上により均一な膜厚の無
電解Ｎｉメッキ膜を析出することができる。In each of the above embodiments, the electroless Ni plating is performed under a constant temperature condition.
The temperature need not be constant, for example, 60 ° C.
For about 3 minutes to form a Ni initial film, and then at 80 ° C., an electroless Ni plating film having a more uniform film thickness on the surface of all Cu-containing Al pad electrodes. Can be precipitated.
【００５０】また、上記の各実施の形態の説明において
は、入出力端子用電極として、エレクトロマイグレーシ
ョン耐性或いはストレス・マイグレーション耐性を高め
るために０．数％のＣｕを含有したＣｕ含有Ａｌパッド
電極を用いているが、単純なＡｌ電極や他のＡｌ合金電
極を用いても良いものである。Further, in the description of each of the above embodiments, it is assumed that the electrodes for the input / output terminals are used in order to improve electromigration resistance or stress / migration resistance. Although a Cu-containing Al pad electrode containing several percent of Cu is used, a simple Al electrode or another Al alloy electrode may be used.
【００５１】また、上記の各実施の形態においては、無
電解Ｎｉメッキ膜が最終層であるが、図４に示した従来
例と同様に、無電解Ｎｉメッキ膜を形成したのち、無電
解Ａｕメッキ処理を施して、無電解Ｎｉメッキ膜上にＡ
ｕメッキ膜を設けても良いものである。In each of the above embodiments, the electroless Ni plating film is the final layer. However, as in the conventional example shown in FIG. 4, after forming the electroless Ni plating film, the electroless Au plating film is formed. Plating process, A on the electroless Ni plating film
A u-plated film may be provided.
【００５２】また、上記の各実施の形態においては、対
象を半導体装置としているが、半導体装置に限られるも
のではなく、抵抗やコンデンサ或いはコイル等からなる
薄膜ＩＣであっても良く、さらには、強誘電体を用いた
光デバイス等であっても良いものである。In each of the above embodiments, the target is a semiconductor device. However, the present invention is not limited to a semiconductor device, and may be a thin-film IC including a resistor, a capacitor, a coil, or the like. An optical device or the like using a ferroelectric substance may be used.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明によれば、低アルカリ性度のＮｉ
置換溶液と無電解Ｎｉメッキ液の組成を互いに異なるよ
うに設定するとともに、無電解Ｎｉメッキ液中にダミー
金属板を浸漬した状態で無電解Ｎｉメッキ処理を行って
いるので、全ての入出力端子用電極の表面にほぼ均一な
膜厚の無電解Ｎｉメッキ膜を析出させることができ、半
導体装置を実装する際に信頼性を向上することができ、
ひいては、高集積度半導体装置の低コスト化、製造歩留
りの向上に寄与するところが大きい。According to the present invention, low alkalinity Ni
Since the composition of the replacement solution and the composition of the electroless Ni plating solution are different from each other, and the electroless Ni plating process is performed with the dummy metal plate immersed in the electroless Ni plating solution, all the input / output terminals An electroless Ni plating film having a substantially uniform thickness can be deposited on the surface of the electrode for use, and the reliability can be improved when mounting the semiconductor device.
As a result, it greatly contributes to cost reduction of a highly integrated semiconductor device and improvement of manufacturing yield.
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図
である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
【図３】従来の無電解Ｎｉメッキ法の工程フロー図であ
る。FIG. 3 is a process flow chart of a conventional electroless Ni plating method.
【図４】従来の改良無電解Ｎｉメッキ法の説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional improved electroless Ni plating method.
１１ 下地絶縁膜 １２ Ｃｕ含有Ａｌパッド電極 １３ 保護絶縁膜 １４ 開口部 １５ 自然酸化膜 １６ Ｎｉ置換膜 １７ Ｎｉ無電解メッキ膜 ２１ 半導体装置 ２２ Ａｌ電極 ２３ 保護膜 ２４ 開口部 ２５ Ｎｉ粒子膜 ２６ Ｎｉ粒子膜 ２７ Ｎｉ膜 ２８ Ａｕ膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Base insulating film 12 Cu containing Al pad electrode 13 Protective insulating film 14 Opening 15 Natural oxide film 16 Ni substitution film 17 Ni electroless plating film 21 Semiconductor device 22 Al electrode 23 Protective film 24 Opening 25 Ni particle film 26 Ni particles Film 27 Ni film 28 Au film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 薫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 山田 光隆 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 渡辺 勲 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA41 BA14 BA36 CA03 CA28 DA01 DB02 DB04 DB07 DB08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kaoru Hashimoto 4-1-1 Kamikadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Mitsutaka Yamada 4-1-1 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Fujitsu Limited (72) Inventor Isao Watanabe 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture F-term within Fujitsu Limited 4K022 AA02 AA41 BA14 BA36 CA03 CA28 DA01 DB02 DB04 DB07 DB08
Claims (3)
に無電解メッキ法を用いて無電解Ｎｉメッキ膜を析出さ
せるＮｉ電極層の形成方法において、前記入出力端子用
電極の表面をエッチング処理したのち、Ｎｉ置換処理を
行って前記入出力端子用電極の表面にＮｉ置換膜を形成
し、次いで、無電解Ｎｉメッキ浴中で、少なくとも反応
開始初期においてダミー金属板を浸漬した状態で、前記
入出力端子用電極の表面に無電解Ｎｉメッキ膜を析出さ
せることを特徴とするＮｉ電極層の形成方法。In a method for forming a Ni electrode layer, wherein an electroless Ni plating film is deposited on an electrode surface of an input / output terminal of an electronic circuit element by using an electroless plating method, the surface of the input / output terminal electrode is etched. After the treatment, a Ni substitution treatment is performed to form a Ni substitution film on the surface of the input / output terminal electrode, and then, in an electroless Ni plating bath, at least in a state where the dummy metal plate is immersed at least at the beginning of the reaction, A method of forming a Ni electrode layer, comprising depositing an electroless Ni plating film on the surface of the input / output terminal electrode.
シンを含むＮｉ置換処理液中で行うことを特徴とする請
求項１記載のＮｉ電極層の形成方法。2. The method for forming a Ni electrode layer according to claim 1, wherein the Ni substitution treatment is performed in a Ni substitution treatment solution containing Ni ions and glycine.
ン、グリシン、及び、次亜リン酸ナトリウムを含む無電
解Ｎｉメッキ浴中で行うことを特徴とする請求項１記載
のＮｉ電極層の形成方法。3. The Ni electrode layer according to claim 1, wherein the electroless Ni plating is performed in an electroless Ni plating bath containing Ni ions, glycine, and sodium hypophosphite. Method.
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| JP28406099A JP4196314B2 (en) | 1999-10-05 | 1999-10-05 | Method for forming Ni electrode layer |
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