JP2001358166A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子の電極に無電解めっき法により形
成する金属バンプの高さばらつきを抑制した半導体装置
を提供する。 【解決手段】 酸化膜７を有する半導体装置３上に半導
体素子の電極６を形成し、この電極６上に金属バンプを
析出により形成する。この時、半導体装置３内の全ての
電極６の金属バンプを形成する開口部１の面積がほぼ同
一になるように絶縁膜２を形成する。その後、電極６上
には無電解めっき法により金属のバンプ４を形成するこ
とによりバンプの高さばらつきを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電極
部にバンプを有する半導体装置とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、多ピン・狭ピッチでのＬＳＩの実
装方式として、ＴＡＢ方式やフリップチップ方式が実用
化されている。これらの方式は、いずれも半導体素子の
電極にバンプ（金属突起）を必要とし、バンプの形成方
法が重要な技術となっている。

【０００３】そこで、半導体装置の電極材料としてアル
ミニウムがよく用いられているが、このアルミニウム電
極上にバンプを形成する場合、電極−バンプ間の密着性
の向上を目的としたバリアメタルと呼ばれる多層金属膜
をスパッタリング法により形成後、そのバリアメタル上
に通常電気めっきにより金、銅、はんだ等のバンプを形
成することが考えられている。しかしながら、上記のバ
ンプ形成方法では工程が非常に複雑になり、歩留まりが
低く高コストとなるという問題点が生じる。また、電気
めっきでは、外部から供給される電子によって溶液中の
金属イオンが還元されるため、対極や直流電源などの電
気回路が必要となり被めっき物が導体に限定されるとい
う問題点がある。

【０００４】そこで、近年、アルミニウム上にバリアメ
タルを形成せずに、直接密着性に優れたニッケルを成膜
できる無電解めっき法が電解めっき法に替わる新しいバ
ンプ形成方法として注目されてきている。無電解めっき
法のプロセスを、アルミニウム上の無電解ニッケルめっ
きを例に取り説明すると、まず始めに、アルミニウム表
面の酸化膜を除去し表面を活性化させるため、酸（硫
酸、塩酸、リン酸、フッ酸等）またはアルカリ（水酸化
ナトリウム、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、炭
酸ナトリウム等）を用いてエッチングする。次に、ジン
ケート処理を行うわけであるが、このジンケート処理と
は、アルミニウム表面に亜鉛の微粒子を置換反応によっ
て析出させる処理である。そして最後に無電解ニッケル
めっきを行い、置換反応によって析出したアルミニウム
の表面の亜鉛微粒子からニッケルを析出させてめっきを
完了する。このように、めっきを行うに際し、前処理を
必要とするが、無電解めっき法では、電子がめっき液中
の還元剤から供給されるため、対極や直流電源を必要と
せず、被めっき物の形状によらず任意の厚さの緻密な膜
が形成できるという電気めっきに無い優れた特徴を持
つ。この電気めっきに無いめっきつきまわり性に着目
し、プリント配線板の微細パターンや微細スルーホール
への無電解銅めっきが実用化されつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
無電解めっき法により半導体素子上の微細電極上にバン
プを形成する場合、電極面積の大小によりめっきの析出
速度が異なりめっき厚みにばらつきが生じるという問題
点を有していた。具体的な一例を挙げると、１００μｍ
□と１５μｍ□の電極が混在する半導体装置を無電解ニ
ッケルめっきを行うと、１５分のめっき時間で最大７μ
ｍの厚みばらつきが生じる。

【０００６】そこで本発明は上記問題点に鑑み、無電解
めっき法によるめっき厚みばらつきを抑えた半導体装置
とその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置は、半導体素子の幅が異なる複
数の電極上に各々バンプを有した半導体装置の前記半導
体素子の表面の絶縁膜の電極部開口部の寸法は全て同一
であるという構成を備えたものである。

【０００８】具体的には、幅が異なる複数の電極上に各
々、金属バンプを析出させる開口部をその面積がほぼ同
一になるように、絶縁膜であるパッシベーション膜を開
口させ、場合によっては、面積の広い電極の面積を分割
するように構成するものである。

【０００９】本発明は上記した構成によって、半導体素
子の電極に対応する位置に形成された絶縁膜の開口部の
面積を半導体装置内でほぼ同一にすることにより、電極
上に形成されたバンプの高さばらつきを抑制することと
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１の発明の実施の形態）以下
本発明の第１の発明の実施の形態における半導体装置及
びその製造方法について、図面を参照しながら説明す
る。

【００１１】図１は本発明第１の発明の実施の形態にお
ける半導体装置の平面図、図２は図１の開口部に無電解
めっき法によりバンプを形成後のＡ−Ａ’部断面図を示
すものである。また図３は、本発明の実施の形態におけ
る半導体装置の製造プロセスの工程断面図を示したもの
である。

【００１２】図１〜図３において、１は半導体素子の電
極に対応する絶縁膜の開口部、２、５はＳｉＮ等の絶縁
膜、３、８はシリコン等の半導体装置、４は開口部の電
極上に形成したニッケル、インジウム、銅、はんだ等の
バンプ、６はアルミニウム、銅等の電極、７はＳｉＯ₂
等の酸化膜を示しており、９はパターニング用のポジあ
るいはネガのフォトレジストを示している。

【００１３】また半導体装置３、８上には半導体素子の
電極６に対応する開口部１が形成されており、前記電極
６上には無電解めっき法により金属バンプ４が形成さ
れ、前記開口部１の寸法が前記半導体装置３の中で全て
同一となっている。

【００１４】図３を用いて本発明の第１の発明の実施の
形態における半導体装置の製造プロセスを説明する。ま
ず初めに、シリコン等の半導体装置３上の酸化膜７上に
アルミニウム、銅等の電極６を薄膜で形成し、次に、ネ
ガあるいはポジのフォトレジスト９を塗布する（図３
（ａ））。そして上記のフォトレジスト９をマスクとし
て配線及び外部取り出し用の電極６のパターニングを行
う（図３（ｂ））。上記のパターニングが終了した後、
半導体装置３上に形成した電極６の不要な部分をエッチ
ングで除去し、さらにフォトレジスト９を除去して配線
及び半導体素子に対応する外部取り出し用の電極６を形
成する（図３（ｃ））。次に、電極６の部分にのみ無電
解めっき法でバンプを形成するために、配線及び外部取
り出し用の電極６をパターニングした半導体装置３の表
面にＳｉＮ等の絶縁膜２を全面に形成し、その後フォト
レジスト９を塗布する（図３（ｄ））。このとき、上記
のフォトレジスト９は、後にバンプを形成する領域以外
の部分に形成するわけであるが、たとえ外部取り出し用
の電極６の幅が異なる場合であっても、絶縁膜２上のフ
ォトレジスト９が塗布されない領域の面積がほぼ同一に
なるようにフォトレジスト９を形成する。その後、上記
のフォトレジスト９をマスクとして絶縁膜２のパターニ
ングを行う。パターニング後、ドライエッチング等で電
極６の部分の絶縁膜２を除去し、最後にフォトレジスト
９を除去して無電解めっき法によりバンプを形成するた
めの開口部１を形成する（図３（ｅ））。この時、フォ
トレジスト９が絶縁膜２上のフォトレジスト９が塗布さ
れない領域の面積がほぼ同一になるように形成されてい
るため、上記の開口部１の面積は半導体装置３のいずれ
の領域においても、ほぼ同面積に形成されることにな
る。

【００１５】以上のように第１の発明の実施の形態によ
れば、半導体素子の電極６に対応する開口部１の寸法を
半導体装置３、８内で同一にすることにより、無電解め
っき法により形成する金属バンプの高さばらつきを抑制
することができる。一例を挙げると、１００μｍ□の開
口部と１５μｍ□の開口部とが混在する半導体装置を１
５分間無電解めっきを行い金属バンプを形成すると、両
開口部で最大７μｍのバンプ高さのばらつきが生じるの
に対して、本発明の実施の形態に示すように半導体装置
内の全開口部を例えば１５μｍ□と全て同一とすること
により、１５分間無電解めっきを行い金属バンプを形成
するとバンプの高さばらつきを１μｍ以下に抑制するこ
とができる。

【００１６】（第２の発明の実施の形態）以下本発明の
第２の発明の実施の形態における半導体装置及びその製
造方法について図面を参照しながら説明する。

【００１７】図４は本発明の第２の発明の実施の形態に
おける半導体装置の構成図、図５は第２の発明の実施の
形態における半導体装置の製造プロセスの工程断面図を
示すものである。図４及び図５において、１は半導体素
子の電極に対応する絶縁膜の開口部、２、５はＳｉＮ等
の絶縁膜、３、８はシリコン等の半導体装置、４は開口
部の電極上に形成したニッケル、インジウム、銅、はん
だ等のバンプ、６、１０はアルミニウム、銅等の電極、
７はＳｉＯ₂等の酸化膜を示しており、９はパターニン
グ用のポジあるいはネガのフォトレジストを示してい
る。

【００１８】また上記の半導体装置３上には中央にフリ
ップチップ実装用の電極６、周辺部にワイヤボンディン
グ用の電極１０が配置されている。例えば、前記フリッ
プチップ実装用の電極６は１０〜５０μｍ□、１０〜１
００μｍピッチであり、前記ワイヤボンディング用の電
極１０は１００〜２００μｍ□、１００〜２００μｍピ
ッチである。前記電極１０には前記電極６上に形成され
ている開口部１と同一寸法の開口部１１が少なくとも一
つ以上形成され、前記開口部１及び１１の寸法が前記半
導体装置３の中で全てほぼ同一となっている。

【００１９】そこで以下では図５を参照しながら本発明
の第２の発明の実施の形態における半導体装置の製造プ
ロセスについて説明する。

【００２０】図５は図４の本発明の第２の発明の実施の
形態における半導体装置の構成図の断面Ｂ−Ｂ’におけ
る半導体製造装置の製造プロセス工程断面図を示してい
る。無電解めっきでは、表面の触媒作用により金属析出
反応が生じるため、素地の種類、性質に応じた前処理が
必要となる。通常の金属材料の表面には、酸化膜、油脂
等の汚れが付着している。めっきに際してこれらの表面
を十分清浄化するため、酸あるいはアルカリで洗浄を行
う。一例を挙げると、酸では硫酸、塩酸、硝酸、リン
酸、フッ酸、クエン酸、グルコン酸、シュウ酸、ギ酸等
である。アルカリでは水酸化ナトリウム、グルコン酸ナ
トリウム等を用いる。

【００２１】次に、素地表面の酸化膜や汚れを除去後、
素地表面の一部をめっきによる析出金属よりも卑な金属
に置換をする表面活性化処理を施す。例えばアルミニウ
ム電極上にニッケルを析出させる場合、電極表面の一部
を亜鉛置換するジンケート処理を施す。

【００２２】以上の前処理を施した後、無電解めっき液
に浸漬し電極上に金属バンプを析出させるわけである
が、その詳細について図５を参照しながら説明する。図
５（ａ）は金属バンプの析出を行う前の状態を示したも
のであり、電極１０上に金属バンプを析出させる。図５
（ａ）において、電極１０の面積は他の金属バンプを析
出させる部分（図４における電極６）よりも面積が約４
倍広いものと仮定する。そこで、金属バンプを析出させ
る電極１０の面積を４分割するように、絶縁膜であるパ
ッシベーション膜２を電極１０上に幅ｄにて形成する。
以上のように部分的に面積が区分けされた電極１０上に
金属バンプを析出により形成する。

【００２３】まず図５（ｂ）は金属バンプの析出初期の
状態を示すものであり、特に析出量がパッシベーション
膜２の厚み以下の場合を示している。同一電極１０上に
形成された少なくとも一つ以上の開口部１１に無電解め
っき法により形成する金属のバンプ４は各々独立してい
る。従って、各々は図４における電極６上に形成される
金属のバンプ４と同じ速度で形成されることになる。次
に、バンプの析出量が増加すると、図５（ｃ）に示すよ
うに析出量がパッシベーション膜２の厚みを超えた状態
となる。この状態に達すると、隣接するバンプ４は接触
し始める。さらに析出が進行すると、図５（ｄ）に示す
ように、接触した隣接するバンプ４は同一電極１０上で
一体となる。この時、バンプ４が一体となるまでの析出
時間及び高さの制御は開口部１１の寸法ｃと開口部１１
間の寸法ｄに依存する。例えば、パッシベーション膜か
ら５μｍ以内の高さでバンプ４を一体化させるためには
開口部１１寸法ｃが１００μｍに対して開口部１１間の
寸法ｄを１０μｍ以下にする必要がある。

【００２４】以上のように第２の発明の実施の形態によ
れば、電極寸法の異なるワイヤボンディング用の電極１
０とフリップチップ実装用の電極６上に形成された開口
部１１、１の寸法を、面積の広い電極１０内を絶縁膜で
あるパッシベーション膜により分割することにより、半
導体装置３内で同一にすることができ、結果的には無電
解めっき法により形成する金属バンプの高さばらつきを
抑制することができる。

【００２５】一例を挙げると、１００μｍ□の開口部と
１５μｍ□の開口部とが混在する半導体装置を１５分間
無電解めっきを行い金属バンプを形成すると、両開口部
で最大７μｍのバンプ高さのばらつきが生じる。それに
対し、本第２の発明の実施の形態に示すように電極寸法
によらず半導体装置内の全開口部を１５μｍ□と全て同
一とすることにより、１５分間無電解めっきを行い金属
バンプを形成するとバンプの高さばらつきを１μｍ以下
に抑制することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、半導体素子の電
極上にバンプを有した半導体装置の前記半導体素子の表
面の絶縁膜の前記電極部開口部の面積を全て同一とする
ことにより、前記半導体素子の前記電極に対応する位置
に設けられた前記絶縁膜の開口部に無電解めっき法によ
り形成された金属バンプの高さばらつきを１μｍ以下に
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の実施の形態における半導
体装置の平面図

【図２】本発明の第１の発明の実施の形態における半導
体装置の断面図

【図３】本発明の第１の発明の実施の形態における半導
体装置の製造工程断面図

【図４】本発明の第２の発明の実施の形態における半導
体装置の平面図

【図５】本発明の第２の発明の実施の形態における半導
体装置の製造工程断面図

【符号の説明】

１、１１ 開口部 ２、５ 絶縁膜 ３、８ 半導体装置 ４ バンプ ６、１０ 電極 ７ 酸化膜 ９ フォトレジスト

フロントページの続き (72)発明者 河北 哲郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤本 博昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 幅が異なる複数個の電極を有した半導体
   素子と、 前記幅が異なる複数個の電極の各々の周辺端部上に延在
   するように前記半導体素子上に形成された絶縁膜と、 前記幅が異なる複数個の電極の各々の表面に、前記絶縁
   膜が形成されずほぼ同一面積で形成された開口部と、 前記開口部の各々にほぼ同一高さで形成された複数の金
   属バンプとを有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 幅が異なる複数個の電極を有する半導体
   素子に対して、前記電極の各々の周辺端部上に延在する
   ように前記半導体素子上に絶縁膜を形成するとともに、
   前記電極の各々の表面に前記絶縁膜が形成されないほぼ
   同一面積の開口部を形成する工程と、 前記電極の各々の表面の前記絶縁膜が形成されないほぼ
   同一面積の前記開口部の領域に対して無電解めっきによ
   りほぼ同一高さのバンプを形成する工程とを有すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 幅が異なる複数個の電極を有する半導体
   素子に対して、前記電極の各々の周辺端部上に延在する
   ように前記半導体素子上に絶縁膜を形成するとともに、
   前記電極の各々の表面に前記絶縁膜が形成されないほぼ
   同一面積の開口部を形成する工程は、 前記半導体素子上に絶縁膜を全面形成する工程と、前記
   幅が異なる複数個の電極上の前記絶縁膜上に各々ほぼ同
   一面積で開口させた部分を形成してフォトレジストを形
   成する工程と、前記フォトレジストをマスクとして前記
   開口させた部分の絶縁膜を除去する工程と、前記フォト
   レジストを除去する工程とよりなることを特徴とする請
   求項２に記載の半導体装置の製造方法。