JP2002026055A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2002026055A
JP2002026055A JP2000211810A JP2000211810A JP2002026055A JP 2002026055 A JP2002026055 A JP 2002026055A JP 2000211810 A JP2000211810 A JP 2000211810A JP 2000211810 A JP2000211810 A JP 2000211810A JP 2002026055 A JP2002026055 A JP 2002026055A
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Hiroshi Obara
浩志 小原
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】工数の増加を最小限に抑えつつストレート形状
に富んだ無電解メッキバンプを備える半導体装置及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】Si基板10における集積回路上層の絶縁
膜(図示せず)上にAlパッド11、その周囲部に例え
ばSiO2 膜でなる保護膜12が形成されている。Al
パッド11上において、保護膜12の被覆されていない
電気的接続領域上にNiメッキを自己析出させ固定した
無電解Niメッキ層13及びその上に薄いAuメッキ層
14が形成されている。メッキ成長時に指向性を持たせ
るために、保護膜12に対し無電解メッキ液を寄せ付け
ない疎水化表面が構成され、この無電解Niメッキ層1
3は、選択的にこの電気的接続領域の直上方向へ自己析
出させた構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のバン
プ電極に係り、特に無電解メッキ法を利用したバンプ電
極を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、半導体チッ
プの縮小化が進むと、微細ピッチの端子接続に対応可能
な実装技術が要求される。この要求に対応しやすい実装
技術の一つとして、TCP(Tape Carrier Package)等
に利用されるTAB(Tape Automated Bonding)実装が
あげられる。
【0003】TAB実装においてリード端子はバンプ電
極に接続される。バンプ電極はAuバンプが代表的であ
り、その形成は電解メッキ法によるものが一般的であ
る。電解メッキ法によるAuバンプ電極の形成方法を以
下に説明する。
【0004】例えば、内部の半導体素子に繋がるAlパ
ッドが電気的接続領域表面を露出させ周囲を保護膜が被
覆している。まず、バリアメタル層及び保護金属層の積
層、すなわちアンダーバンプメタル層をスパッタ法によ
り形成する。その後、フォトリソグラフィ技術によりA
lパッドの電気的接続領域及びその周囲部を露出させた
バンプ形成用のレジストを形成する。
【0005】次に、このレジストのパターンに従って電
解メッキ法によりAuをメッキ成長させる。その後、レ
ジストを剥離してからメッキ成長したAuをマスクにし
てアンダーバンプメタル層をウェットエッチングする
(層の種類数分)。その後はアニールなどを経てAuバ
ンプを形成する。各所で適宜洗浄工程も入る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
解メッキ法によるバンプ形成プロセスは長く、よりいっ
そうの短縮合理化が要求されている。そこで、最近実用
化の段階に入っているのが、無電解メッキ法によるバン
プ電極の形成である。無電解メッキ法で形成したバンプ
電極は、アンダーバンプメタル層のスパッタ形成及びエ
ッチング、メッキ成長用のレジストの形成等が省略でき
る。このようなことから、大幅なプロセスの短縮が可能
で、安価で納期の早いバンプ電極の形成が実現されるも
のとして注目されている。
【0007】図6は、無電解メッキ法を利用して形成す
る従来の金属メッキバンプの自己析出成長を示す断面図
である。メッキ成長用のレジストの形成が省略された場
合、メッキ成長は等方性であるから、パッドPAD周辺
の保護膜PFにまで大きく広がるメッキバンプBMPが
形成されることになる。
【0008】微細ピッチに対応できるストレート形状の
バンプを形成しようとすれば、メッキ成長用のレジスト
RSTを形成し、横方向の成長を規制しなければならな
い。このような技術は、例えば特開平5−335315
に開示されている。メッキ成長用のレジストRSTを形
成することにより、工数の増加を招き、コストも増大す
る。
【0009】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、工数の増加を最小限に抑えつつストレート
形状に富んだ無電解メッキバンプを備える半導体装置及
びその製造方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、基板上に形成され、電気的接続領域を有するパッド
部材と、前記パッド部材上の周囲部を含み前記電気的接
続領域の周りに形成された1層以上の保護膜と、前記保
護膜に対しては無電解メッキ液を寄せ付けない疎水化表
面が構成されつつ選択的に前記電気的接続領域の直上方
向へ自己析出させた無電解メッキ金属層を含むバンプ電
極とを具備したことを特徴とする。
【0011】本発明に係る半導体装置によれば、上記保
護膜では疎水化表面を構成し上記無電解メッキ金属層は
直上方向への異方性成長が顕著となり、バンプのストレ
ート形状に寄与する。また、上記無電解メッキ金属層
は、無電解Niメッキ層、無電解Auメッキ層のうち、
少なくとも一つを含んでいることを特徴とする。
【0012】本発明に係る半導体装置の製造方法は、無
電解メッキ法を利用してSiウェハ上の電気的接続領域
に無電解メッキ金属層を形成する方法に関し、前記Si
ウェハを無電解メッキ液に浸漬する前において少なくと
も前記電気的接続領域周辺の保護膜表面に対し前記無電
解メッキ液を寄せ付けない疎水化処理を施すことを特徴
としている。
【0013】本発明のより好ましい実施態様としての半
導体装置の製造方法は、無電解メッキ法を利用してSi
ウェハ上の電気的接続領域に無電解メッキ金属層を形成
する方法に関し、前記Siウェハを無電解メッキ液に浸
漬する前において少なくとも前記電気的接続領域周辺の
Siを含む保護膜に対しシランカップリング剤による表
面処理を行うことを特徴としている。
【0014】本発明のさらに好ましい実施態様としての
半導体装置の製造方法は、Siウェハ上に選択的にパッ
ド部材を形成する工程と、前記パッド部材を覆うように
1層以上の保護膜を被覆する工程と、前記パッド部材上
の周囲部に前記保護膜を残し前記パッド部材における電
気的接続領域表面を露出させるリソグラフィ工程と、前
記保護膜へのシランカップリング剤による表面の疎水化
処理工程と、前記Siウェハを無電解メッキ液に浸漬し
前記電気的接続領域の直上方向へ金属層を自己析出させ
る無電解メッキ工程とを具備したことを特徴とする。
【0015】このような本発明に係る半導体装置の製造
方法によれば、Siウェハを無電解メッキ液に浸漬した
ときには上記保護膜において無電解メッキ液の接近が阻
止される。これにより、無電解メッキ金属層は直上方向
への異方性成長が顕著となり、バンプのストレート形状
に寄与する。
【0016】また、無電解メッキ金属層のバンプとして
少なくとも信頼性が得られる定評のある構成とするため
に、上記発明に係る無電解メッキ工程は、無電解Niメ
ッキ層の形成工程を含み、さらにこの無電解メッキ工程
の後、NiとAuの置換メッキを施すことを特徴とす
る。あるいは、上記発明に係る無電解メッキ工程は、無
電解Niメッキ層を形成した後、その上に無電解Auメ
ッキ層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態に係
り、半導体装置におけるパッド部のバンプ電極構造を示
す断面図である。Siウェハ10における集積回路上層
の絶縁膜(図示せず)上にパッド部材、例えばAlを主
成分とするAlパッド11が形成されている。このAl
パッド11は図示しない内部の半導体素子に電気的に接
続されるものである。上記絶縁膜上とこのAlパッド1
1上の周囲部に保護膜(パッシベーション膜)12が形
成されている。保護膜12は、例えばSiO2 膜でな
る。SiN膜でもよい。また、保護膜12はSiO2
/SiN膜の積層形態など多層にしてもよく、様々考え
られる。
【0018】Alパッド11上において、保護膜12の
被覆されていない電気的接続領域上にNiメッキを自己
析出させ固定した無電解Niメッキ層13及びその上に
薄いAuメッキ層14が形成されている。Auメッキ層
14はNiの酸化防止に寄与する。
【0019】上記無電解Niメッキ層13は、選択的に
この電気的接続領域の直上方向へ自己析出させた構成と
なっている。本発明ではメッキ成長時に、指向性を持た
せるため、保護膜12に対し無電解メッキ液を寄せ付け
ない疎水化表面が構成されている。Auメッキ層14
は、NiとAuの置換メッキ層である。Auメッキ層1
4は、Auの無電解メッキ層で構成されていてもよい。
【0020】上記実施形態によれば、Alパッド11上
において、周囲の保護膜12を除く電気的接続領域の直
上方向に自己析出させた構成の無電解Niメッキ層13
及びAuメッキ層14が配される。これにより、ストレ
ート性の良好な無電解メッキバンプBMPが実現され
る。無電解Niメッキ層13はAuに比べてメッキ成長
速度も大きく、安価で信頼性にも定評がある。
【0021】図2〜図5は、それぞれ上記図1における
バンプ電極の製造方法の一例を工程順に示す断面図であ
る。Siウェハ10内部に半導体素子により集積回路
(図示せず)が構成され、その後、図2に示すように、
半導体基板上層の絶縁膜(図示せず)上にAlを主成分
とするAlパッド11を形成する。その後、CVD(化
学気相成長)法により、Alパッド11を覆うように全
面に、例えばSiO2 膜でなる保護膜(パッシベーショ
ン膜)12を被覆する。次に、リソグラフィ工程によ
り、Alパッド11上の周囲部に保護膜12を残し、A
lパッド11における電気的接続領域表面を露出させ
る。
【0022】次に、図3に示すように、上記Alパッド
11上の電気的接続領域において、Znを置換する前処
理、すなわちジンケート処理を施す。ジンケート処理は
Znイオンの入った処理液に浸漬し、2Al+3Zn2+
→2Al3++3Znの反応によりZnを置換するもので
ある。このジンケート処理は純粋による洗浄工程を介在
させて複数回行ってもよい。これにより、よりZn粒子
の細かい層ができて均質なバンプ形成に寄与する。
【0023】次に、図4に示すように、シランカップリ
ング剤を用いて表面処理する。すなわち、保護膜12の
Siと化学結合する加水分解性基を介して反応基(アル
キル基)を保護膜12表面に固定させる(図中×印で示
す)。これにより、保護膜12の表面は疎水性が付与さ
れ、後の工程における無電解メッキ液の接近防止、選択
性向上に寄与する。
【0024】その後、図5に示すように、Niイオン、
還元剤(一般的には次亜リン酸Na)、安定剤、緩衝剤
を主成分としたメッキ液に浸漬し、Niの金属成分を自
己析出させる。このとき、上記保護膜12の疎水化処理
によって、保護膜12表面はメッキ液を寄せ付けず、A
lパッド11の電気的接続領域直上(垂直方向)へのN
i供給が多くなる。
【0025】これにより、Alパッド11上において、
周囲の保護膜12を除く電気的接続領域の直上方向へ指
向する異方性Niメッキ成長が達成される。こうして、
予定したバンプの高さの99%程度までをストレート性
の良好な無電解Niメッキ層13で形成する。
【0026】その後、Auイオン、還元剤、安定剤、緩
衝剤を主成分としたメッキ液に浸漬し、無電解Auメッ
キを施す。ここではAuの自己析出量が所望の厚さにな
るまでメッキ時間を制御する(Auメッキ層14)。そ
の後、洗浄して前記図1に示されるような無電解メッキ
バンプBMPが完成する。
【0027】Auメッキ層14を形成する際のAuメッ
キ析出速度は、その前の無電解Niメッキ工程における
Niメッキ析出速度の1/100以下であり極めて遅
い。従って、Auの厚みをより大きくしようとすればそ
れなりの時間がかかる。
【0028】上記実施形態の方法によれば、Siウェハ
を無電解メッキ液に浸漬したときには保護膜12は表面
の疎水化処理により無電解メッキ液の接近が阻止され
る。これにより、無電解メッキ金属層(Niメッキ層1
3)は直上方向への異方性成長が顕著となり、バンプの
ストレート形状に寄与する。
【0029】バンプ電極BMPは、横方向の成長を規制
するメッキ成長用のレジストなしに良好なストレート形
状となる。すなわち、無電解メッキ法が本来持っている
プロセス簡略化の効果を十分に発揮したバンプ形成が達
成されるのである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、無
電解メッキバンプの形成において、電気的接続領域以外
の部分を疎水化処理して無電解メッキ液を寄せ付けない
ような構成とする。これにより、無電解メッキの異方性
成長(電気的接続領域の直上方向へのメッキ成長)を促
す。電解メッキ法と比べて形成のプロセスが大幅に短縮
できる利点を活かしたまま無電解メッキバンプにストレ
ート形状を容易に付与できる。この結果、工数の増加を
最小限に抑えつつストレート形状に富んだ無電解メッキ
バンプを備える半導体装置及びその製造方法を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係り、半導体装置におけ
るパッド部のバンプ電極構造を示す断面図である。
【図2】図1におけるバンプ電極の製造方法の一例を工
程順に示す第1の断面図である。
【図3】図1におけるバンプ電極の製造方法の一例を工
程順に示す第2の断面図である。
【図4】図1におけるバンプ電極の製造方法の一例を工
程順に示す第3の断面図である。
【図5】図1におけるバンプ電極の製造方法の一例を工
程順に示す第4の断面図である。
【図6】無電解メッキ法を利用して形成する従来の金属
メッキバンプの自己析出成長を示す断面図である。
【符号の説明】
10…Si基板 11…Alパッド 12…保護膜 13…無電解Niメッキ層 14…Auメッキ層(無電解Auメッキ層) BMP…無電解メッキバンプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成され、電気的接続領域を有
    するパッド部材と、 前記パッド部材上の周囲部を含み前記電気的接続領域の
    周りに形成された1層以上の保護膜と、 前記保護膜に対しては無電解メッキ液を寄せ付けない疎
    水化表面が構成されつつ選択的に前記電気的接続領域の
    直上方向へ自己析出させた無電解メッキ金属層を含むバ
    ンプ電極と、を具備したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記無電解メッキ金属層は、無電解Ni
    メッキ層、無電解Auメッキ層のうち、少なくとも一つ
    を含んでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 無電解メッキ法を利用してSiウェハ上
    の電気的接続領域に無電解メッキ金属層を形成する方法
    に関し、 前記Siウェハを無電解メッキ液に浸漬する前において
    少なくとも前記電気的接続領域周辺の保護膜表面に対し
    前記無電解メッキ液を寄せ付けない疎水化処理を施すこ
    とを特徴とした半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 無電解メッキ法を利用してSiウェハ上
    の電気的接続領域に無電解メッキ金属層を形成する方法
    に関し、 前記Siウェハを無電解メッキ液に浸漬する前において
    少なくとも前記電気的接続領域周辺のSiを含む保護膜
    に対しシランカップリング剤による表面処理を行うこと
    を特徴とした半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 Siウェハ上に選択的にパッド部材を形
    成する工程と、 前記パッド部材を覆うように1層以上の保護膜を被覆す
    る工程と、 前記パッド部材上の周囲部に前記保護膜を残し前記パッ
    ド部材における電気的接続領域表面を露出させるリソグ
    ラフィ工程と、 前記保護膜へのシランカップリング剤による表面の疎水
    化処理工程と、 前記Siウェハを無電解メッキ液に浸漬し前記電気的接
    続領域の直上方向へ金属層を自己析出させる無電解メッ
    キ工程と、を具備したことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 前記無電解メッキ工程は無電解Niメッ
    キ層の形成工程を含み、さらにこの無電解メッキ工程の
    後、NiとAuの置換メッキを施すことを特徴とする請
    求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記無電解メッキ工程は、無電解Niメ
    ッキ層を形成した後、その上に無電解Auメッキ層を形
    成する工程を含むことを特徴とする請求項5記載の半導
    体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7425766B2 (en) 2004-02-02 2008-09-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Film substrate, fabrication method thereof, and image display substrate
CN100433950C (zh) * 2004-02-02 2008-11-12 松下电器产业株式会社 薄膜基板的制造方法
US7733613B2 (en) 2002-12-05 2010-06-08 Panasonic Corporation Method for manufacturing a magnetoresistive-effect device
WO2019151078A1 (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 東京エレクトロン株式会社 多層配線の形成方法および記憶媒体

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