JP2010010499A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金電極とハンダバンプ電極との間で、合金層が形成されない半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも表面が金からなる電極上に、ハンダの拡散阻止層と、ハンダからなるバンプ電極とを形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板上に表面が金からなる電極を形成し、この電極の周囲の一部の半導体基板表面を露出させる。その後、拡散阻止層を構成する金属を無電解メッキする。このとき、電極周囲に露出する半導体基板表面を被覆するようにする。その後、拡散阻止層上に、ハンダからなるバンプ電極を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、少なくとも表面が金からなる電極上に、ハンダからなるバンプ電極を形成する半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、携帯モバイル通信等の発達により、半導体装置の小型、薄型化が求められており、バンプ電極を備える構造の半導体装置が多くなってきている。バンプ電極を形成する場合、ハンダボールを半導体装置上に載置し、加熱することでバンプ電極を形成する方法が簡便な方法である。

具体的には、図３に示すように、半導体素子を形成した半導体基板１の主面に、電極２を形成した後、その電極２上にハンダの拡散を防止するため、たとえば無電解メッキ法により拡散阻止層３を形成する。その後、拡散阻止層３上にハンダボールを載置し、リフロー炉を用いて加熱すると、ハンダボールが溶融し、電極２上に拡散防止層３を介してハンダからなる球形のバンプ電極４を形成する。このような構造の半導体装置は、実装基板にハンダからなるバンプ電極を直接接続できるため、従来のワイヤーボンド法により形成する半導体装置に比べて、ワイヤーのループの高さ分だけ低背化ができ、好ましい。

ところで、携帯モバイル通信では、高周波特性が要求されるため、半導体装置をＧａＡｓ等の化合物半導体で形成される場合が多い。化合物半導体を用いる場合、電極２の表面は金（Ａｕ）とし、拡散防止層３は、ニッケル（Ｎｉ）が多く用いられ、拡散防止層３の厚さは５ミクロン以上に形成するのが一般的である。

このように厚い拡散防止層３を形成する場合、電解メッキ法や無電解メッキ法が用いる。これらの方法のうち、電解メッキ法は、電流を流すための給電膜が必要であったり、選択成長させるためレジストの形成が必要であったりするためコストの高い製造方法となる。それに比べて、無電解メッキ法は、給電膜やレジストの形成が不要であり、コストの低い製造方法であり、好適である。

このように、金からなる電極２上に無電解メッキ法により拡散防止層３を形成する場合、メッキ層は、縦方向に堆積すると同時に横方向にも堆積する。ここで、横方向に堆積したメッキ層は、図３に示すように、電極２を覆うように形成されている表面保護膜５上に乗り上げるよう形成される。

一般的にメッキ層と表面保護膜５の接着性は、非常に悪い。その結果、メッキ層上にハンダからなるバンプ電極４を形成する際の熱処理によって、バンプ電極４を構成するスズが、拡散防止層３と表面保護膜５との界面６を拡散し、電極２を構成する金と反応して合金層７を形成してしまう。

この合金層７は、非常に脆く、バンプ電極４の接着強度を劣化させ、あるいは合金層７中のスズが電極２中に拡散して、電極２が接続する半導体装置の素子特性に影響を及ぼすという問題が発生してしまう。本発明は、上記問題を解消し、合金層が形成されない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、少なくとも表面が金からなる電極上に、ハンダの拡散阻止層と、ハンダからなるバンプ電極とを形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板上に少なくとも表面が金からなる電極を形成する工程と、該電極の周囲の一部の前記半導体基板表面を露出する工程と、前記電極上から、前記拡散阻止層を構成する金属を無電解メッキし、該無電解メッキ層で前記電極の周囲に露出する前記半導体基板表面を被覆する工程と、前記拡散阻止層上に、ハンダからなるバンプ電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、半導体基板上に形成した少なくとも表面が金からなる電極の周囲に、半導体基板を露出させた後、電極上から無電解メッキ法により拡散防止層を形成するだけで、横方向に成長した無電解メッキ層が半導体基板を覆い、この接着面でスズの拡散を防止する構造を形成することができる。

本発明により形成される半導体装置は、半導体基板上に形成した少なくとも表面が金からなる電極上に配置されたバンプ電極を構成するハンダは、電極の周囲で半導体基板に接着している拡散防止層によって、金と合金層を形成することがない。その結果、バンプ電極の接着強度の劣化や半導体素子の特性変動のない、半導体装置を提供することができる。

本発明は、少なくとも表面が金からなる電極上に、ハンダの拡散防止層とハンダからなるバンプ電極とを形成する際、電極の周囲の半導体基板を露出させ、その後無電解メッキを行うことにより、拡散防止層と半導体基板を接着させ、密着性の悪い拡散防止層と保護膜の界面を拡散するスズが、電極まで到達するのを防止する構造としている。以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。

図１は、本発明により形成される半導体装置の断面図である。図１に示すように、ＧａＡｓ等の化合物半導体からなる半導体素子を形成した半導体基板１の主面に、少なくとも表面が金からなる引出用の電極２を形成した後、その電極２上にハンダの拡散を防止するための、拡散防止層３を無電解メッキ法により形成する。

ここで、本発明では、前述の従来例と異なり、電極２の周囲に半導体基板１が露出するように開口部８を設けている。その後、電極２上にハンダの拡散を防止するため、たとえば無電解メッキ法によりニッケルメッキを形成する。この無電解メッキ法により、電極２上に堆積するメッキ層は、縦方向（厚さ方向）と同時に横方向にも堆積する。その結果、図１に示すように、開口部８を覆うように拡散防止層３を形成することができる。この開口部８上に形成されたメッキ層は、通常の表面保護膜上に形成されたメッキ層に比べて、密着性が優れている。

その後、従来例同様に、拡散防止層３上にハンダボールを載置し、リフロー炉を用いて加熱すると、ハンダボールが溶解し、電極２上に拡散防止層３を介してハンダからなる球形のバンプ電極４を形成することができる。

このバンプ電極４を形成する際の熱処理によって、バンプ電極４を構成するスズが、拡散防止層３と表面保護膜５との界面６を拡散する。しかし、開口部８上に堆積したメッキ層は、半導体基板１と密着性が優れている。その結果、半導体基板１と拡散防止層３との界面には、スズが拡散しない構造となる。つまり、電極２にスズが拡散することはないので、電極２に金とスズからなる合金が形成することはなくなる。

このように、合金の形成がないので、バンプ電極の接着強度の劣化や半導体装置の素子特性が変動するなどの問題の発生を防止することができる。

なお、実際の半導体装置を形成する場合、電極２の周囲に開口部８を形成するため、電極２が電気的に分離された状態となる。その場合には、図２に示すように、半導体基板１上に、導電性の半導体領域９を形成しておき、拡散防止層３の形成と同時に引出用の電極１０と導通するように構成することが可能である。

本発明の製造方法により形成される半導体装置の断面図である。 本発明の製造方法により形成される半導体装置の引出用の電極と導通するための構造の説明図である。 従来のこの種の半導体装置の説明図である。

符号の説明

１：半導体基板、２：電極、３：拡散防止層、４：バンプ電極、５：表面保護膜、６：界面、７：合金層、８：開口部、９：導電性の半導体領域、１０：引出用の電極

Claims (1)

1. 少なくとも表面が金からなる電極上に、ハンダの拡散阻止層と、ハンダからなるバンプ電極とを形成する半導体装置の製造方法において、
   半導体基板上に少なくとも表面が金からなる電極を形成する工程と、
   該電極の周囲の一部の前記半導体基板表面を露出する工程と、
   前記電極上から、前記拡散阻止層を構成する金属を無電解メッキし、該無電解メッキ層で前記電極の周囲に露出する前記半導体基板表面を被覆する工程と、
   前記拡散阻止層上に、ハンダからなるバンプ電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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