JP2009236611A

JP2009236611A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2009236611A
Application number: JP2008081509A
Authority: JP
Inventors: Kyura Randei; キュラランディ; Arboleda Aristotle; アルボレダアリストテル; Cadsawan Emmanuel Jr; カドサワンジュニアエマニュエル
Original assignee: SANYO SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PHILLIPPINES CORP; Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd; Sanyo Semiconductor Manufacturing Philippines Corp
Current assignee: SANYO SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PHILLIPPINES CORP; Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd; Sanyo Semiconductor Manufacturing Philippines Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】
鉛フリー化に対応した半導体装置の製造方法では、外部電極の表面にＳｎ−Ｂｉ合金などのめっき膜が形成されている。このため、プローブコンタクタと外部電極との接触抵抗を小さくすることが困難であった。
【解決手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体装置の電気的特性を測定する工程において、先端部５ｂに、第１めっき膜３を構成する金属材料と実質的に同一の材料が被覆されたプローブコンタクタ５を外部電極１に触針することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、鉛フリー化に対応した半導体装置の製造方法に関する。

ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置の製造工程では、半導体ウエハに多数のチップが形成された後、各チップの電気的特性を測定し、動作特性の良否判定が行われる。この測定には、一般にプローバを用いて行われる。プローバは、被検査体となる各チップのリードやボンディングパッド等の外部電極にプローブコンタクタを触針してチップに試験信号を送り、その応答を監視することで、チップの電気的特性を測定する。

プローブコンタクタは、一般にＷ（タングステン）やＮｉ（ニッケル）を材料として形成されている。しかし、近年の半導体装置の高集積化に伴い、プローブコンタクタの先端も微細化されてきており、ＷやＮｉのみを材料とするプローブコンタクタでは接触抵抗値が大きくなってしまう。

そこで、プローブコンタクタの接触抵抗値を小さくするため、特許文献１には、表面に導電性が良好なＡｕ（金）が被覆されたプローブコンタクタが述べられている。このプローブコンタクタは、外部電極に触針するのはＷよりも抵抗が低いＡｕであるから、接触抵抗値を小さくすることができる。
特開平６−３００７８２

図６は、従来技術に係る半導体装置の外部電極近傍の断面図を示す。外部電極１８は、半導体装置を構成する内部素子（不図示）と電気的に接続されたものであって、導電部材１９と、導電部材１９上に形成されためっき膜２０と、から構成される。そして、めっき膜２０にプローバ（不図示）のプローブコンタクタ２１が触針されて、チップの電気的特性が測定される。

ここで、従来では、めっき膜２０は、Ｓｎ（スズ）とＰｂ（鉛）の合金である鉛はんだが一般に用いられていた。しかし、近年、鉛はんだに含まれるＰｂは、電子機器の廃棄による土壌汚染など、環境面で深刻な課題として取り上げられている。そして、現在では欧州連合よりＲｏＨＳ指令が発令され、Ｐｂを含むはんだを用いた電子機器は、欧州へ輸出することができなくなった。

そこで、半導体装置の鉛フリー化に対応すべく、めっき膜２０として、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｎ−Ａｇ（銀）など、Ｐｂフリーの合金めっきが提案されている。なお、ＰｂフリーのめっきとしてＳｎの単層めっきではなく合金めっきが提案されたのは、Ｓｎの単層めっきではめっき表面の酸化による実装不良等の問題が発生しやすいからである。

また、めっき膜の大部分をＳｎからなる膜で構成し、その上にＳｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇなど合金の膜で被覆した二層めっき構造も提案されている。希少金属であるＢｉ、Ａｇなどの使用量を抑制するためである。

しかし、いずれにおいても、外部電極１８の最表面には前記の合金めっきが形成されているため、外部電極１８の最表面は硬質となっている。このため、プローブコンタクタ２１の表面にＡｕが被覆されている場合、Ａｕは軟質であるため、プローブコンタクタ２１が外部電極１８に触針した際、プローブコンタクタ２１の表面からＡｕが削れやすくなってしまうという課題があった。

一方、当該課題があっても、プローブコンタクタ２１の表面にＡｕを厚く被覆すれば、プローブコンタクタ２１が多数回の電気的測定を良好に行うことができる。しかし、希少金属であるＡｕを多く使用する方法は、製造コストが増大するのみならず、環境保護の観点からも好ましくない。

本発明の目的は、鉛フリー化に対応した半導体装置を製造するにあたり、チップの電気的特性を低コストで良好に測定できる半導体装置の製造方法を提供することである。

上記に鑑み、本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数の外部電極を備えた半導体装置の製造方法であって、前記外部電極を形成する工程は、前記半導体装置の内部素子と電気的に接続されるとともに外部に露出した導電部材の表面にめっき構造を形成する工程を含んで構成され、前記半導体装置の電気的特性を測定する工程は、前記めっき構造の金属材料の主成分と同一材料が主成分として表面に被覆されたプローブコンタクタを前記外部電極に触針する工程を含んで構成されることが好ましい。

また好ましくは、前記めっき構造は、前記導電部材上に形成される第１めっき膜と、前記第１めっき膜上に形成される第２めっき膜と、を含んで構成され、前記第１めっき膜は、Ｓｎを金属材料の成分として形成され、前記第２めっき膜は、Ｓｎを金属材料の主成分とし、ＢｉまたはＡｇのいずれか一方を金属材料の副成分とした合金により形成され、前記プローブコンタクタは、表面にＳｎが被覆されていることが好ましい。この場合において、前記めっき構造は、前記外部電極を第１めっき液に浸漬して前記導電部材上に前記第１めっき膜を形成する工程と、前記外部電極を第２めっき液に浸漬して前記第１めっき膜上に第２めっき膜を形成する工程と、を順次含んで構成され、前記プローブコンタクタは、前記第１めっき液に浸漬されることにより、表面にＳｎが被覆されることが好ましい。

また好ましくは、前記めっき構造は、Ｓｎを金属材料の主成分とし、ＢｉまたはＡｇのいずれか一方を金属材料の副成分とした単層の合金めっき膜からなることであってもよい。

また、前記プローブコンタクタは、所定の先端部にのみＳｎが被覆されていても、本発明を同様に適用できる。

上記構成により、本発明に係る半導体装置の製造方法では、プローブコンタクタの表面形状が、外部電極の表面形状と実質的に同一となる。このため、プローブコンタクタが外部電極に触針した際、プローブコンタクタと外部電極との接触面積が大きくなり、電気的測定時の接触抵抗値が小さくなる。

また、本発明では、プローブコンタクタの表面に被覆する金属をＳｎとしても適用可能である。この場合、プローブコンタクタにＡｕ、Ｂｉなどの貴金属を被覆することが不要となり、製造コストを抑制できる。

また、本発明では、めっき構造を、Ｓｎからなる膜と、希少金属を含んだＳｎーＢｉなど合金の膜との二層めっき構造で構成した場合においても、プローブコンタクタの表面には、外部電極の最表面における合金めっき膜を構成するＳｎ−Ｂｉではなく、Ｓｎのみを金属材料として被覆することができる。これは、二層めっき構造では、Ｓｎの膜の厚さは、Ｓｎ−Ｂｉなどの膜の厚さの２〜１０倍程度で構成されるため、外部電極の表面形状はＳｎの膜と実質的に同一となるからである。この場合において、プローブコンタクタは、Ｓｎのみの膜を形成する際に使用する第１めっき液に侵漬されて、表面にＳｎが被覆される。このため、プローブコンタクタと外部電極との表面形状を低コストで良好に近似させることができる。

また、本発明では、めっき構造がＳｎ−Ｂｉなどの合金の単層で構成されていても、プローブコンタクタの表面には、Ｓｎのみを金属材料として被覆することができる。つまり、合金のめっき膜であってもＢｉはＳｎに比べてわずかに含まれているだけであるから、外部電極の表面構造は、Ｓｎの膜と実質的に同一だからである。

以下に、図面を用いて本発明に係る実施形態につき詳細に説明する。

以下では、導電部材上に二層めっき構造が形成された外部電極を有する半導体装置の製造方法を例にして説明する。

図１（ａ）は、各チップの電気的測定工程における外部電極近傍の断面図を示す。この電気的測定では、プローバ（不図示）を用いて、被検査体となる各チップの外部電極１にプローブコンタクタ５ａを触針してチップに試験信号を送り、その応答を監視することで、チップの電気的特性を測定する。

外部電極１は、半導体装置を構成する内部素子（不図示）と電気的に接続されたものであって、導電部材２と、導電部材２上に順次形成された第１めっき膜３及び第２めっき膜４とからなる。

導電部材２は、Ｃｕの単体若しくは合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金などからなり、リードやボンディングパッドなどに相当する。

第１めっき膜３は、例えばＳｎからなるめっきからなる。ここで、第１めっき膜３は、例えば８μｍ程度の膜厚で形成される。このため、第１めっき膜３の表面形状は、導電部材２の表面形状に影響を受けず、Ｓｎのめっき膜に特有の形状となる。

第２めっき膜４は、例えばＳｎ−Ｂｉからなる合金のめっきからなり、例えば３μｍの膜厚で形成される。鉛フリー化にあたっては、第２めっき膜４を省き、Ｓｎの第１めっき膜３のみから構成することも考えられるが、このような単層めっき構造にすると、Ｓｎのめっき膜の表面が酸化して実装不良やウイスカが発生し、端子間のショートなどを誘発してしまうため、ピン間隔が微細化されたパッケージには不適切である。

ここで、第１めっき膜３、第２めっき膜４の膜厚をそれぞれｔ１、ｔ２とすると、ｔ２／ｔ１は、約０．１〜０．５となるように設計される。第２めっき膜４の膜厚を小さくすることで、Ｂｉなどの希少金属の使用量を抑制するためである。

一般にイオン化傾向の近似する材料によるめっきは、めっき膜の表面形状が近似する。この点、ＳｎとＢｉとでは、イオン化傾向が近いため、めっき膜の表面形状が近似している。また、前記のとおり、ｔ２／ｔ１は、約０．１〜０．５である。よって、外部電極１の表面形状は、膜厚の大きい第１めっき膜３の凹凸にほぼ順応している。つまり、外部電極１の表面構造は、Ｓｎからなる第１めっき膜３の表面構造と実質的に同一となっている。

一方、プローブコンタクタ５ａは、ＮｉやＷなどから形成される。そして、プローブコンタクタ５ａの先端部５ｂには、Ｓｎが表面に被服されている。ここで、Ｓｎは、材料費が高価ではないため、低コストで先端部５ｂに厚く形成することができる。このため、先端部５ｂの表面構造は、被検査体となる外部電極１の表面構造と実質的に同一となる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲む部分の拡大図を示す。前記の通り、プローブコンタクタ５ａの先端部５ｂと、外部電極１の第２めっき膜４との表面形状は、実質的に同一となる。このため、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体装置の電気的特性を測定する工程において、プローブコンタクタ５ａを外部電極１に触針する際、先端部５ｂと外部電極１との接触面積が大きくなる。よって、先端部５ｂと外部電極１との接触抵抗が小さくなり、プローバは電気的測定時において微弱な信号電流の応答も正確に検知できる。

前記の外部電極１に対して、実際に導電率を測定したところ、４２アロイからなるプローブコンタクタ５ａの先端部５ｂに何らめっき膜を形成しない場合、導電率は７２ｋ−ｍｈｏとなった。一方、本実施形態に係るプローブコンタクタ５ａを用いた場合、導電率は８．７ｍ−ｍｈｏとなり大幅に低減された。

また、本実施形態では、従来技術の如くプローブコンタクタ２１にＡｕなどの高価な金属材料を被覆する必要がないため、製造コストを抑制できる。また、プローブコンタクタ２１にＳｎを低コストで厚く形成できるため、長時間にわたり、良好に電気的測定が可能となる。

図２は、上記外部電極１を形成する際におけるめっきのプロセスフローの一部を示す。プロセスフローは、プレディップ工程６、第１めっき工程７、第２めっき工程８、及び水洗工程９と、を順次含んで構成される。

プレディップ工程６は、導電部材２から酸化膜を除去して、導電部材２の表面を活性状態にするものである。

第１めっき工程３は、外部電極１を第１めっき液に浸漬して、導電部材２上にＳｎからなる第１めっき膜３を形成するものである。第１めっき液は、実質的にＳｎのみからなる金属材料と、この金属材料を溶かす有機酸、溶剤、添加剤及び純水などで構成される。

第２めっき工程８は、外部電極１を第２めっき液に浸漬して、第１めっき膜３上にＳｎ−Ｂｉ合金からなる第２めっき膜４を形成するものである。第２めっき液は、Ｓｎを主成分としＢｉを副成分とした金属材料と、この金属材料を溶かす有機酸、溶剤、添加剤及び純粋などで構成される。第２めっき液は、例えば、Ｓｎ：Ｂｉ＝９７（重量％）：３（重量％）となるように濃度が管理される。

水洗工程９は、水洗洋浴槽に導電部材、第１めっき膜３及び第２めっき膜４を水洗用浴槽に浸漬して、めっき面の洗浄を行うものである。

以上の工程では、第１めっき液及び第２めっき液において、第２めっき液におけるＢｉを除く他の成分を同一とすることが望ましい。これにより、第１めっき工程７から第２めっき工程８へと移行する際、第１めっき液が第２めっき液に持ち込まれても第２めっき液の構成が乱されなくなり、第１めっき工７程と第２めっき工程８との間に水洗工程を設ける必要がなくなる。つまり、薬品及び洗浄水の使用量を削減するとともに排水による環境負荷を低減できる。

そして、本実施形態では、プローブコンタクタ５ａを第１めっき工程７において用いた第１めっき液に侵食することを特徴とする。これにより、先端部５ｂ及び外部電極１の表面形状を良好に近づけることができる。

なお、プローブコンタクタ５ａを第２めっき液に侵食しても、第２めっき液におけるＢｉの濃度は小さいため、先端部５ｂ及び外部電極１の表面構造を実質的に同一にすることはできる。しかし、この場合には、プローブコンタクタ５ａに希少金属であるＢｉを付着させてしまい、製造コストが増大するなどの問題が生じる。この点、本実施形態では、プローブコンタクタ５ａの先端部５ｂに付着するのは、金属材料としてＳｎのみであるから、製造コストの増大が抑制される。

本発明は、製造コストの増大を抑制しつつ、プローブコンタクタ５ａの先端部５ｂ及び外部電極１の表面構造を実質的に同一にする点に特徴がある。したがって、外部電極１の製造方法としては、他の方法であってもよい。

図３は、上記外部電極を形成する際における他のめっきのプロセスフローの一部を示す。このプロセスフローは、プレディップ工程１０、第１めっき工程１１、第１水洗工程１２、第２めっき工程１３、及び水洗工程１４と、を順次含んで構成される。

つまり、先に示したプロセスフローと異なり、本実施形態においては、第１めっき工程１１の後に、第１水洗工程１２を含んでいる。当該プロセスは、例えば、第１めっき工程１１で用いる第１めっき液と、第２めっき工程１３で用いる第２めっき液とにおいて、それぞれのめっき液を構成する添加剤などが異なる場合などに有効である。

そして、本実施形態においても、プローブコンタクタ５ａは、第１めっき工程１１において用いた第１めっき液に侵食することを特徴とする。これにより、先端部５ｂ及び外部電極１の表面形状を良好に近づけることができる。

以上、上記実施形態では、プローブコンタクタ５ａには、めっき構造の主成分である第１めっき膜と同一の金属材料が被覆される構成される。これにより、希少金属を使用することなくプローブコンタクタ５ａの先端部５ｂと外部電極１との表面形状を実質的に同一にして接触抵抗値を小さくできる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記の実施例では、外部電極１は２層めっき構造で構成されていた。しかし、本発明はこれに限定されない。

図４は、外部電極１５が単層めっき構造である場合における各チップの電気的測定工程における外部電極１５近傍の断面図を示す。この電気的測定でも、プローバ（不図示）を用いて、被検査体となる各チップの外部電極１５にプローブコンタクタ５ａを触針してチップに試験信号を送り、その応答を監視することで、チップの電気的特性を測定する。

本実施形態では、外部電極１５は、導電部材２と、導電部材２上に形成されためっき膜１６とからなる。そして、めっき膜１６は、例えばＳｎ−Ｂｉからなる合金の単層めっき膜からなる。つまり、本実施形態では、めっき構造として、金属材料がＳｎのみからなる層を含まず、Ｓｎ−Ｂｉ合金の単層のめっき膜１６からなる。

この場合であっても、ＳｎとＢｉとの濃度比は、例えばＳｎ：Ｂｉ＝９７（重量％）：３（重量％）となるように構成される。したがって、外部電極１５の最表面は、Ｓｎのみからなるめっき構造と実質的に同一となる。したがって、本実施形態であっても、プローブコンタクタ５ａには、第１めっき液のようにＢｉを含んで金属材料を被覆しなくても、第１めっき液の主成分であるＳｎのみを被覆すればよい。これにより、製造コストの増大を抑制しつつ、良好にチップの電気的測定を行うことができる。

また、実施形態では、合金のめっき膜として、Ｓｎ−Ｂｉのめっき膜が使用されていた。しかし、本発明は、めっき膜の主成分とプローブコンタクタに被覆する金属材料の主成分が同一であればよいのであって、合金のめっき膜を構成する副成分はＢｉに限定されない。副成分として、例えば、Ａｇ，Ｃｕなどで構成されても、本発明は同様に適用できる。

また、電気的測定時の低オン抵抗にのみ着目すると、プローブコンタクタ５ａの先端部５ｂには、Ｓｎ−Ｂｉ合金のめっき膜、Ｂｉのめっき膜などが被覆されるものであってもよい。

また、本発明のおけるプローブコンタクタは、様々なコンタクトストラクチャに適用される。図５は、半導体装置１７の外部電極１５がリードである場合に好適なプローブコンタクタのコンタクトストラクチャの平面図を示す。つまり、コンタクタは、プローバ本体１６に接続された複数のプローブコンタクタ５ａを含んで構成される。プローブコンタクタａは、被検査体となる外部電極１５の位置及び形状に対応して配置される。そして、プローブコンタクタ５ａは、外部電極１５と接触する近傍である先端部５ｂにのみＳｎが被覆されている。このように先端部５ｂにのみＳｎが被覆されていれば、先端部５ｂと外部電極１５との接触面積は大きくなるため、チップの電気的特性を良好に測定できる。また、先端部５ｂにのみＳｎが被覆されているため、数度の電気的特性の測定の後、プローブコンタクタ５ａからＳｎを剥がすとともに、プローブコンタクタ５ａに再度Ｓｎを被覆することが容易になる。なお、当然ながら、プローブコンタクタ５ａの全面にＳｎが被覆されていても、本発明は上記実施形態と同様に適用できる。

本発明の実施形態に係る外部電極近傍の断面図を示す。本発明の実施形態に係るめっき工程のフローを示す。本発明の実施形態に係るめっき工程のフローを示す。本発明の実施形態に係る外部電極近傍の断面図を示す。本発明の実施形態に係るプローブコンタクタの平面図を示す。従来技術に係る外部電極近傍の断面図を示す。

符号の説明

１外部電極
２導電部材
３第１めっき膜
４第２めっき膜
５ａプローブコンタクタ
５ｂ先端部

Claims

複数の外部電極を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記外部電極を形成する工程は、前記半導体装置の内部素子と電気的に接続されるとともに外部に露出した導電部材の表面にめっき構造を形成する工程を含んで構成され、
前記半導体装置の電気的特性を測定する工程は、前記めっき構造の金属材料の主成分と同一材料が主成分として表面に被覆されたプローブコンタクタを前記外部電極に触針する工程を含んで構成されること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき構造は、前記導電部材上に形成される第１めっき膜と、前記第１めっき膜上に形成される第２めっき膜と、を含んで構成され、
前記第１めっき膜は、Ｓｎを金属材料の成分として形成され、
前記第２めっき膜は、Ｓｎを金属材料の主成分とし、ＢｉまたはＡｇのいずれか一方を金属材料の副成分とした合金により形成され、
前記プローブコンタクタは、表面にＳｎが被覆されていること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき構造は、前記外部電極を第１めっき液に浸漬して前記導電部材上に前記第１めっき膜を形成する工程と、前記外部電極を第２めっき液に浸漬して前記第１めっき膜上に第２めっき膜を形成する工程と、を順次含んで構成され、
前記プローブコンタクタは、前記第１めっき液に浸漬されることにより、表面にＳｎが被覆されること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき構造は、Ｓｎを金属材料の主成分とし、ＢｉまたはＡｇのいずれか一方を金属材料の副成分とした単層の合金めっき膜からなること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記プローブコンタクタは、所定の先端部にのみＳｎが被覆されていること、を特徴とする半導体装置の製造方法。