JP2013166998A - 無電解Niめっき被膜を有する構造物、半導体ウェハ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クラックの発生がなく、反りの少ない無電解Niめっき被膜を有する構造物、及び半導体ウェハに無電解めっきにてUBMを形成した際、Niめっき被膜にクラックの発生がなく、反りの少ない半導体ウェハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物であって、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜が、Niめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後に、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなる無電解Niめっき被膜を有する構造物、及び前記Niめっき被膜が、基材の電極表面上に形成されている構造物を備える半導体ウェハ。
【選択図】なし
【解決手段】基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物であって、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜が、Niめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後に、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなる無電解Niめっき被膜を有する構造物、及び前記Niめっき被膜が、基材の電極表面上に形成されている構造物を備える半導体ウェハ。
【選択図】なし
Description
本発明は、無電解Niめっき被膜を有する構造物、及び該構造物を備える半導体ウェハ及びその製造方法に関し、更に半導体ウェハにUBM(アンダーバンプメタル)を形成した際、ウェハの反りの少ない半導体ウェハ及びその製造方法に関する。
半導体パッケージング技術の小型化、高集積化に伴ない、LSIやICなどのチップの接合方法としてワイヤボンディング法からフリップチップ法への移行が広がっており、フリップチップ法においては金属電極とはんだの接合を目的としたUBMの形成が必須とされている。
UBMの形成方法としては、低コストが期待される無電解めっき法により形成することが増えてきている。無電解めっきによりUBMを形成する方法としては、半導体ウェハ上のアルミニウム系金属表面に、ジンケート処理を行った後、無電解ニッケルめっきと無電解金めっきによりNi/Au被膜のUBMを形成する方法が一般的である。また、めっきしたウェハが高温または高湿下に晒される場合には、NiがAu被膜中に拡散し、表面に析出してNi酸化物が形成され、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性に悪影響を及ぼすため、無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっき、無電解金めっきを順次行い、Ni/Pd/Au被膜とすることが一般的である。各めっき被膜の膜厚は用途によって様々であるが、フリップチップのようなはんだ接合を必要とする場合には、Ni被膜は、はんだの拡散防止の観点から1.5μm以上が必要である。また、Au被膜は、はんだ接合では0.03μm以上、ワイヤボンディングを行う場合では0.10μm以上の膜厚が必要となる。Pd被膜は、Niの拡散防止の観点から0.02μm以上が必要である。
パワー半導体の分野では、ICチップの裏側がドレイン電極として使うためICチップの裏側に金属を形成させる必要がある。通常、無電解めっきにより表面のUBMを形成させる場合、ウェハ表面に無電解Ni/AuまたはNi/Pd/Auめっきを行った後、バックグラインディング処理を行い、その後、裏面電極をスパッタ法で形成させる。一般的にはTi/Ni/Au被膜を形成させる。その後、電気特性を測定した後、ダイシングを行い、チップ化する。
パワー半導体の一部の分野ではチップの軽薄短小化や低抵抗化のため、チップの薄膜化の要求が強く、100μm以下のチップ厚みの半導体デバイスが製品として実用化されている。
パワー半導体の一部の分野ではチップの軽薄短小化や低抵抗化のため、チップの薄膜化の要求が強く、100μm以下のチップ厚みの半導体デバイスが製品として実用化されている。
しかしながら、電極上に1.5μm以上の無電解Niめっきを行うと、Niめっき被膜の応力によってウェハをバックグラインディングで薄くした場合に、はんだリフロー等の加熱時に反りが生じる。無電解めっきを行う電極面積が大きいほど、またウェハ厚を薄くすればするほど反りが大きくなり、その後の工程を進めることが困難となる。
このような反りの問題の解決策として、電極を分離してめっきする方法(特許文献1)やNiめっき液の添加剤等の組成を改良することによりNi被膜を低応力化する方法(例えば、特許文献2)等が出願されている。前者は、応力が若干は緩和されるが、本来、Ni被膜に応力が存在しているため根本的な反り対策とはならない。また後者は、ウェハの反りの改善が可能であるが、低応力タイプのNiめっき被膜は厚膜化すると被膜にクラックが発生しやすく特性上問題となる。このように低応力タイプのNiめっきでクラックが発生するのは、低応力タイプのNiめっきはウェハ表面に対して垂直方向に成長して柱状晶となり、その粒界どうしの結合が弱いためと考えられる。
本発明は、クラックの発生がなく、反りの少ない無電解Niめっき被膜を有する構造物、及び半導体ウェハに無電解めっきにてUBMを形成した際、Niめっき被膜にクラックの発生がなく、反りの少ない半導体ウェハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を行なった結果、基材上に低応力タイプの無電解Niめっきでめっきを行った後、通常のNiめっきを行うことにより、無電解Niめっき被膜を厚膜化してもクラックが発生しないことを見出した。そして半導体ウェハに前記低応力タイプの無電解Niめっきと、通常のNiめっきを行うことにより、ウェハをバックグラインディングして薄くしても、はんだリフロー等の加熱時に生じる反りが少なく、Ni被膜中にクラックも発生しないことを見出した。この際のNi被膜の構造は、低応力タイプのNiめっきは柱状晶となり、通常のNiめっきは非晶質となる。
即ち、本発明は以下のとおりである。
(1)基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物であって、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜が、Niめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後に、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする無電解Niめっき被膜を有する構造物。
(2)前記Niめっき被膜が、基材の電極表面上に形成されていることを特徴とする前記(1)記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物。
(3)前記(2)に記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物を備えることを特徴とする半導体ウェハ。
(4)基材の電極表面上に、無電解めっきによって形成されたNi/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pdのいずれかの被膜を有することを特徴とする前記(3)に記載の半導体ウェハ。
(5)前記電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されていることを特徴とする前記(3)または(4)記載の半導体ウェハ。
(6)最終製品のウェハの厚みが300μm以下であることを特徴とする前記(3)〜(5)のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
(7)電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする前記(3)〜(6)のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
(8)前記(3)〜(7)のいずれか一項に記載の半導体ウェハの製造方法であって、電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成した後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
(1)基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物であって、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜が、Niめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後に、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする無電解Niめっき被膜を有する構造物。
(2)前記Niめっき被膜が、基材の電極表面上に形成されていることを特徴とする前記(1)記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物。
(3)前記(2)に記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物を備えることを特徴とする半導体ウェハ。
(4)基材の電極表面上に、無電解めっきによって形成されたNi/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pdのいずれかの被膜を有することを特徴とする前記(3)に記載の半導体ウェハ。
(5)前記電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されていることを特徴とする前記(3)または(4)記載の半導体ウェハ。
(6)最終製品のウェハの厚みが300μm以下であることを特徴とする前記(3)〜(5)のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
(7)電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする前記(3)〜(6)のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
(8)前記(3)〜(7)のいずれか一項に記載の半導体ウェハの製造方法であって、電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成した後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
本発明の、基材上に、無電解Niめっきにより柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなる無電解Niめっき被膜を有する構造物は、Niめっき被膜にクラックの発生がなく、更にはんだリフロー等の加熱時に生じる反りを少なくすることができる。
また、本発明によれば、半導体ウェハの電極の最表面を無電解めっきで形成する際、低応力タイプの無電解Niめっきを行うことにより柱状晶のNiめっき被膜をNiめっき被膜全膜厚の50〜90%に相当する分形成した後、該柱状晶Niめっき被膜上に、通常のNiめっきを行うことにより非晶質のNiめっき被膜を、Niめっき被膜全膜厚の10〜50%に相当する分形成することにより、ウェハをバックグラインディングして薄くしてもはんだリフロー等の加熱時に生じる反りが少なく、更にはNi被膜表面にクラックも発生しない。従って、本発明の半導体ウェハは、ウェハを薄くした後の製造工程を支障なく円滑に進めることが可能となり、また、クラックが無いためその品質特性にも問題を生じることはない。
また、本発明によれば、半導体ウェハの電極の最表面を無電解めっきで形成する際、低応力タイプの無電解Niめっきを行うことにより柱状晶のNiめっき被膜をNiめっき被膜全膜厚の50〜90%に相当する分形成した後、該柱状晶Niめっき被膜上に、通常のNiめっきを行うことにより非晶質のNiめっき被膜を、Niめっき被膜全膜厚の10〜50%に相当する分形成することにより、ウェハをバックグラインディングして薄くしてもはんだリフロー等の加熱時に生じる反りが少なく、更にはNi被膜表面にクラックも発生しない。従って、本発明の半導体ウェハは、ウェハを薄くした後の製造工程を支障なく円滑に進めることが可能となり、また、クラックが無いためその品質特性にも問題を生じることはない。
以下、本発明の構成について説明する。
本発明の、基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物は、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなる。
前記柱状晶のNiめっき被膜は低応力タイプの無電解Niめっきにより、前記非晶質のNi被膜は、通常タイプの無電解Niめっきにより形成することができる。低応力タイプの無電解Niめっきは、Ni被膜が引張り応力が5MPa未満のものであり、通常タイプの無電解Niめっきは、引張り応力が5MPa以上のものである。
低応力タイプの無電解Niめっきを行うとめっき被膜は柱状晶(縦方向にめっきが成長)となり、クラックが発生する場合が多い。一方、通常タイプの無電解Niめっきは、めっき被膜は非晶質であり、クラックの発生は見られない。しかし、非晶質の被膜は、厚くすると、応力が発生し、反りが発生し易い。
従って、低応力タイプの無電解Niめっきを行った際には、柱状晶となりクラックが発生しやすいが、その上に通常タイプの無電解Niめっきを行い、非晶質のめっき被膜を形成することにより、クラックの発生を防ぐことができる。即ち、柱状晶の被膜にクラックが発生している場合は、非晶質の被膜でそのクラック埋めることができ、表面にクラックが発生するのを防ぐことができる。またクラックが発生しやすい柱状晶の被膜の上に非晶質の被膜を形成することによりクラックが発生しにくくなり、クラックの発生を防止することができる。クラックを防止するためには、非晶質のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%の膜厚に形成させる。10%より薄いとクラックを十分に防止することができず、50%を超えるとNi被膜に応力が発生し、めっき後の工程で反りが発生するようになる。
本発明の、基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物は、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなる。
前記柱状晶のNiめっき被膜は低応力タイプの無電解Niめっきにより、前記非晶質のNi被膜は、通常タイプの無電解Niめっきにより形成することができる。低応力タイプの無電解Niめっきは、Ni被膜が引張り応力が5MPa未満のものであり、通常タイプの無電解Niめっきは、引張り応力が5MPa以上のものである。
低応力タイプの無電解Niめっきを行うとめっき被膜は柱状晶(縦方向にめっきが成長)となり、クラックが発生する場合が多い。一方、通常タイプの無電解Niめっきは、めっき被膜は非晶質であり、クラックの発生は見られない。しかし、非晶質の被膜は、厚くすると、応力が発生し、反りが発生し易い。
従って、低応力タイプの無電解Niめっきを行った際には、柱状晶となりクラックが発生しやすいが、その上に通常タイプの無電解Niめっきを行い、非晶質のめっき被膜を形成することにより、クラックの発生を防ぐことができる。即ち、柱状晶の被膜にクラックが発生している場合は、非晶質の被膜でそのクラック埋めることができ、表面にクラックが発生するのを防ぐことができる。またクラックが発生しやすい柱状晶の被膜の上に非晶質の被膜を形成することによりクラックが発生しにくくなり、クラックの発生を防止することができる。クラックを防止するためには、非晶質のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%の膜厚に形成させる。10%より薄いとクラックを十分に防止することができず、50%を超えるとNi被膜に応力が発生し、めっき後の工程で反りが発生するようになる。
低応力タイプの無電解Niめっきに用いるめっき液としては、柱状晶のNiめっき被膜が形成される公知の低応力タイプのめっき液を用いることができ、例えば、JX日鉱金属商事製KG−531、(株)ワールドメタル製リンデン204L等が挙げられ、好ましく用いることができる。
また、めっき条件としても公知の一般的なめっき条件でめっきすることができる。
そして、これらのめっき液を用いて形成されたNi被膜は引張り応力が5MPa未満となる。
また、めっき条件としても公知の一般的なめっき条件でめっきすることができる。
そして、これらのめっき液を用いて形成されたNi被膜は引張り応力が5MPa未満となる。
通常タイプの無電解Niめっきに用いるめっき液としては、非晶質のNiめっき被膜が形成される公知の通常タイプのめっき液を用いることができ、例えば、JX日鉱日石金属製UBN−18、JX日鉱金属商事製KG−535等が挙げられ、好ましく用いることができる。
また、めっき条件としても公知の一般的なめっき条件でめっきすることができる。
そして、これらのめっき液を用いて形成されたNi被膜は引張り応力が5MPa以上となる。
また、めっき条件としても公知の一般的なめっき条件でめっきすることができる。
そして、これらのめっき液を用いて形成されたNi被膜は引張り応力が5MPa以上となる。
尚、無電解Niめっきにより得られたNiめっき被膜が柱状晶であるか、非晶質であるかは、断面SEM観察を行い、結晶状態を観察することにより判断することができる。
ここで、本発明において、柱状晶とは、断面SEM観察において“柱状”の結晶組織を持つ多結晶組織であり、ウェハ表面に対して垂直方向に長く延びた結晶組織の領域が50面積%以上あるものをいう。また、非晶質とは、断面SEM観察において三次元的に規則正しい結晶構造を持たない固体物質であり、結晶のような長距離秩序はないが、短距離秩序はある物質の状態の領域が50面積%以上あるものをいう。
断面の観察において、結晶形が判断しにくい場合は、ソフトエッチングを行うことにより結晶形を判明しやすくすることができる。
また、引っ張り応力は、例えば、ストリップ式応力試験器で測定することができる。
ここで、本発明において、柱状晶とは、断面SEM観察において“柱状”の結晶組織を持つ多結晶組織であり、ウェハ表面に対して垂直方向に長く延びた結晶組織の領域が50面積%以上あるものをいう。また、非晶質とは、断面SEM観察において三次元的に規則正しい結晶構造を持たない固体物質であり、結晶のような長距離秩序はないが、短距離秩序はある物質の状態の領域が50面積%以上あるものをいう。
断面の観察において、結晶形が判断しにくい場合は、ソフトエッチングを行うことにより結晶形を判明しやすくすることができる。
また、引っ張り応力は、例えば、ストリップ式応力試験器で測定することができる。
本発明の無電解Niめっき被膜を有する構造物は、薄くしても加熱時等に生じる反りが少なく、Ni被膜表面にクラックも発生しないので、基材上に無電解Niめっき被膜を有する各種の構造物として有用である。
前記基材としては、無電解Niめっき被膜を形成した際に反りの発生が問題となる基材に適用することができ、例えば、半導体ウェハに用いる電極を備えた基板、フレキシブル基板等が挙げられる。
特に基材の電極上に前記無電解Niめっき被膜を形成した構造物は、UBMとして無電解Niめっき被膜を形成した半導体ウェハとして好適に用いることができる。
前記基材としては、無電解Niめっき被膜を形成した際に反りの発生が問題となる基材に適用することができ、例えば、半導体ウェハに用いる電極を備えた基板、フレキシブル基板等が挙げられる。
特に基材の電極上に前記無電解Niめっき被膜を形成した構造物は、UBMとして無電解Niめっき被膜を形成した半導体ウェハとして好適に用いることができる。
本発明の半導体ウェハは、UBMの形成を無電解めっきで行うものであればどのようなウェハでもよい。但し、めっき面積が大きくウェハ面積に対するめっきされる面積の割合が大きいほど、めっきの応力が大きくなり反りやすくなるため、めっきされる面積の割合が大きいほど本発明の効果が大きく発現する。ウェハ厚みは特に制限が無いが、薄いほど反りやすくなるため、薄いほど本発明の効果が大きく発現する。最終製品のウェハの厚みが300μm以下で効果が大きくなり、さらには150μm以下で顕著な効果を発揮する。めっき面積の割合が大きく、薄膜化の要求の高いパワー半導体に適している。
前記最終製品とは、本発明においては、ダイシングを行う直前のウェハを言う。
前記最終製品とは、本発明においては、ダイシングを行う直前のウェハを言う。
ウェハとしては、シリコンウェハを用いることができ、通常の工程により、電極を形成し、電極表面の最表面を銅系またはアルミ系表面とした後、本発明に係る無電解めっきを行うことが好ましい。その後、バックグラインディングして薄ウェハとし、裏面電極をスパッタや蒸着等により形成させる。また、無電解めっきとバックグラインディングの工程を入れ替えて、バックグラインディングを行ってから本発明に係る無電解めっきを行い、裏面電極の形成を行っても良い。
また、ウェハとしてはGaAs基板を用いることもできる。この場合、電極表面の最表面をAu表面としたのち、本発明に係る無電解めっきを行うことが好ましい。
また、ウェハとしてはGaAs基板を用いることもできる。この場合、電極表面の最表面をAu表面としたのち、本発明に係る無電解めっきを行うことが好ましい。
上述した電極表面の銅系としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知の銅系のものでよく、例えば、純銅、リン青銅等の銅および銅合金が使用できる。アルミ系としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知のアルミ系のものでよく、例えば純アルミ、AlCu(0.5%)、AlSi(1%)等のアルミ合金等が使用できる。
無電解めっきは、市販の前処理やめっき薬品を用いて、一般的なプロセスにより、Ni/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pd被膜を形成させることができる。
例えば、電極が銅系表面でNi/Auめっきの場合、以下のプロセスになる。
脱脂→ソフトエッチング→酸浸漬→アクチベーション(触媒付与)→Niめっき
→Auめっき
また、電極がアルミ系表面、Ni/Auめっきの場合、以下のプロセスになる。
脱脂→ソフトエッチング→酸浸漬→一次ジンケート→酸浸漬→二次ジンケート
→Niめっき→Auめっき
例えば、電極が銅系表面でNi/Auめっきの場合、以下のプロセスになる。
脱脂→ソフトエッチング→酸浸漬→アクチベーション(触媒付与)→Niめっき
→Auめっき
また、電極がアルミ系表面、Ni/Auめっきの場合、以下のプロセスになる。
脱脂→ソフトエッチング→酸浸漬→一次ジンケート→酸浸漬→二次ジンケート
→Niめっき→Auめっき
この際、無電解Niめっきは、低応力タイプでNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%の膜厚で形成した後、通常タイプで10〜50%の膜厚で形成させる。低応力タイプの無電解Niめっきは、Ni被膜が引張り応力が5MPa未満のものであり、通常タイプの無電解Niめっきは、引張り応力が5MPa以上のものである。低応力タイプの無電解Niめっきはめっきを行うとめっき被膜は柱状晶(縦方向にめっきが成長)となり、クラックが発生する場合が多い。一方、通常タイプの無電解Niめっきは、めっき被膜は非晶質であり、クラックの発生は見られない。低応力タイプの無電解Niめっきを行った際には、クラックが発生し易く、その上に通常タイプの無電解Niめっきを行い、非晶質のめっき被膜を形成することによりクラックの発生を防止することができる。そのためには、非晶質のめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚に対して10〜50%形成させる。10%より薄いとクラックを十分に埋めることができず、50%を超えるとNi被膜に応力が発生し、めっき後の工程で反りが発生するようになる。
柱状晶のめっき被膜と非晶質のめっき被膜の膜厚の割合は、以下のように求めることができる。例えば、低応力タイプの無電解Niめっきで柱状晶のめっき被膜を4μm形成し、その後、通常タイプの無電解めっきで非晶質のめっき被膜を形成して、Niめっき被膜全膜厚を5μmとした場合、非晶質のめっき被膜の膜厚は1μmとする。柱状晶のめっき被膜はNiめっき被膜全膜厚の80%であり、非晶質のめっき被膜は全膜厚の20%となる。
また、柱状晶の無電解Niめっき被膜と非晶質の無電解Niめっき被膜を形成した後に、それぞれのNiめっき被膜の膜厚を求め、柱状晶のめっき被膜と非晶質のめっき被膜の割合を求めることもできる。
各めっき膜の厚さは、SEMで断面観察を行い、測定することができる。断面の観察において、結晶形が判断しにくい場合は、ソフトエッチングを行うことにより結晶形を判明しやすくすることができる。
柱状晶のめっき被膜と非晶質のめっき被膜の膜厚の割合は、以下のように求めることができる。例えば、低応力タイプの無電解Niめっきで柱状晶のめっき被膜を4μm形成し、その後、通常タイプの無電解めっきで非晶質のめっき被膜を形成して、Niめっき被膜全膜厚を5μmとした場合、非晶質のめっき被膜の膜厚は1μmとする。柱状晶のめっき被膜はNiめっき被膜全膜厚の80%であり、非晶質のめっき被膜は全膜厚の20%となる。
また、柱状晶の無電解Niめっき被膜と非晶質の無電解Niめっき被膜を形成した後に、それぞれのNiめっき被膜の膜厚を求め、柱状晶のめっき被膜と非晶質のめっき被膜の割合を求めることもできる。
各めっき膜の厚さは、SEMで断面観察を行い、測定することができる。断面の観察において、結晶形が判断しにくい場合は、ソフトエッチングを行うことにより結晶形を判明しやすくすることができる。
前記無電解Auめっき、無電解Pdめっきに用いるめっき液、めっき方法としては、半導体ウェハのUBM形成用に用いられている公知のめっき液、めっき方法を用いることができる。
無電解Auめっき液をしては、例えば、JX日鉱日石金属製FA−210,FA−500、CF−500,CF−500−SS等が挙げられ、好ましく用いることができる。また、無電解Pdめっき液としては、例えば、JX日鉱日石金属製CA−400等が挙げられ、好ましく用いることができる。
無電解Auめっき液をしては、例えば、JX日鉱日石金属製FA−210,FA−500、CF−500,CF−500−SS等が挙げられ、好ましく用いることができる。また、無電解Pdめっき液としては、例えば、JX日鉱日石金属製CA−400等が挙げられ、好ましく用いることができる。
各めっきの膜厚は、ウェハの用途や要求特性により変わってくるが、Niめっきは、はんだ接合の際には、はんだの拡散防止の観点から1.5μm以上が必要であり、好ましくは1.5〜10μmである。また、Au被膜は、はんだ接合では濡れ性の観点から0.03μm以上、ワイヤボンディングを行う場合では0.10μm以上の膜厚が必要となり、好ましくは、はんだ接合では濡れ性の観点から0.03〜0.50μmであり、ワイヤボンディングを行う場合では0.10〜0.50μmである。また、Ni/Pd/Au仕様のPd被膜は、Niの拡散防止の観点から0.02μm以上が必要であり、好ましくは0.02〜0.20μmである。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例1
700μm厚のシリコンウェハに、表面の電極最表面が2μm厚のAlSi(1%)である電極を形成し、バックグラインディングを行い、120μm厚の6インチのシリコンウェハを作成した(ウェハ面積に対する電極面積は90%)。このシリコンウェハに以下のプロセスに従い、Ni(5μm厚)/Au(0.05μm厚)めっきを行った(Ni被膜の柱状晶80%、非晶質20%)。めっきを行った後、はんだリフローを想定して270℃、5分間の熱処理を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りはみられなかった(反り:0mm)。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
脱脂→ソフトエッチング→一次酸浸漬→一次ジンケート→二次酸浸漬
→二次ジンケート→Niめっき→Auめっき
尚、Niめっきにおいて、下記KG−531を用いて得られたNiめっき被膜は、断面SEM観察により柱状晶であることを確認した。また、下記UBN−18を用いて得られたNiめっき被膜は断面SEM観察により非晶質であることを確認した。
実施例1
700μm厚のシリコンウェハに、表面の電極最表面が2μm厚のAlSi(1%)である電極を形成し、バックグラインディングを行い、120μm厚の6インチのシリコンウェハを作成した(ウェハ面積に対する電極面積は90%)。このシリコンウェハに以下のプロセスに従い、Ni(5μm厚)/Au(0.05μm厚)めっきを行った(Ni被膜の柱状晶80%、非晶質20%)。めっきを行った後、はんだリフローを想定して270℃、5分間の熱処理を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りはみられなかった(反り:0mm)。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
脱脂→ソフトエッチング→一次酸浸漬→一次ジンケート→二次酸浸漬
→二次ジンケート→Niめっき→Auめっき
尚、Niめっきにおいて、下記KG−531を用いて得られたNiめっき被膜は、断面SEM観察により柱状晶であることを確認した。また、下記UBN−18を用いて得られたNiめっき被膜は断面SEM観察により非晶質であることを確認した。
上記プロセスで用いた前処理液およびめっき液は以下の通り。
脱脂液:UAC−16、JX日鉱日石金属製、50℃、5分
ソフトエッチング液:SKD、JX日鉱日石金属製、40℃、5分
一次酸浸漬液:50%硝酸、関東化学製、22℃、30秒
一次ジンケート液:UAZ100、JX日鉱日石金属製、22℃、30秒
二次酸浸漬液:50%硝酸、関東化学製、22℃、15秒
二次ジンケート液:UAZ100、JX日鉱日石金属製、22℃、15秒
Niめっき液:KG−531(低応力タイプ)、JX日鉱金属商事製、80℃、20分
UBN−18(通常タイプ)、JX日鉱日石金属製、80℃、5分
Auめっき液:FA−500、JX日鉱日石金属製、75℃、20分
脱脂液:UAC−16、JX日鉱日石金属製、50℃、5分
ソフトエッチング液:SKD、JX日鉱日石金属製、40℃、5分
一次酸浸漬液:50%硝酸、関東化学製、22℃、30秒
一次ジンケート液:UAZ100、JX日鉱日石金属製、22℃、30秒
二次酸浸漬液:50%硝酸、関東化学製、22℃、15秒
二次ジンケート液:UAZ100、JX日鉱日石金属製、22℃、15秒
Niめっき液:KG−531(低応力タイプ)、JX日鉱金属商事製、80℃、20分
UBN−18(通常タイプ)、JX日鉱日石金属製、80℃、5分
Auめっき液:FA−500、JX日鉱日石金属製、75℃、20分
尚、前記「反り」、及び「クラック」の発生の評価は以下のように行った。
「反り」はウェハを平面上に静置した場合の、平面からウェハの底面の最高点までの高さを「反り」として測定した。測定温度は22℃とした。
クラックはSEMで観察を行い、クラックが見つかった場合を「あり」とた。
「反り」はウェハを平面上に静置した場合の、平面からウェハの底面の最高点までの高さを「反り」として測定した。測定温度は22℃とした。
クラックはSEMで観察を行い、クラックが見つかった場合を「あり」とた。
実施例2
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で15分、UBN−18を使用して80℃で10分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶60%、非晶質40%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大1.5mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で15分、UBN−18を使用して80℃で10分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶60%、非晶質40%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大1.5mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
実施例3
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で12.5分、UBN−18を使用して80℃で12.5分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶50%、非晶質50%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大2.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で12.5分、UBN−18を使用して80℃で12.5分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶50%、非晶質50%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大2.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
比較例1
Niめっきを、UBN−18を使用して80℃で25分めっきを行った(Ni被膜の非晶質100%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大15.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
Niめっきを、UBN−18を使用して80℃で25分めっきを行った(Ni被膜の非晶質100%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大15.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
比較例2
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で10分、UBN−18を使用して80℃で15分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶40%、非晶質60%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大7.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で10分、UBN−18を使用して80℃で15分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶40%、非晶質60%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大7.0mmであった。また、被膜にはクラックの発生は見られなかった。
比較例3
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で23分、UBN−18を使用して80℃で2分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶92%、非晶質8%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大0.5mmであった。また、被膜にはクラックの発生が見られた。
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で23分、UBN−18を使用して80℃で2分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶92%、非晶質8%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りは最大0.5mmであった。また、被膜にはクラックの発生が見られた。
比較例4
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で25分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶100%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りはみられなかった(反り:0mm)。また、被膜にはクラックの発生が見られた。
Niめっきを、KG−531を使用して80℃で25分めっきを行った(Ni被膜の柱状晶100%)。それ以外は実施例1の条件でめっきを行い、反りの評価を行った。その結果、熱処理後のウェハの反りはみられなかった(反り:0mm)。また、被膜にはクラックの発生が見られた。
Claims (8)
- 基材上に無電解Niめっきにより形成されたNiめっき被膜を有する構造物であって、該Niめっき被膜が、柱状晶のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきと、非晶質のNiめっき被膜が形成される無電解Niめっきにより形成され、該柱状晶のNiめっき被膜が、Niめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後に、該柱状晶Niめっき被膜上に、非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする無電解Niめっき被膜を有する構造物。
- 前記Niめっき被膜が、基材の電極表面上に形成されていることを特徴とする請求項1記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物。
- 請求項2に記載の無電解Niめっき被膜を有する構造物を備えることを特徴とする半導体ウェハ。
- 基材の電極表面上に、無電解めっきによって形成されたNi/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pdのいずれかの被膜を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体ウェハ。
- 前記電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されていることを特徴とする請求項3または4記載の半導体ウェハ。
- 最終製品のウェハの厚みが300μm以下であることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
- 電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成された後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜がNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成されてなることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の半導体ウェハ。
- 請求項3〜7のいずれか一項に記載の半導体ウェハの製造方法であって、電極の最表面がアルミ系または銅系で形成されている半導体ウェハの電極上に、無電解Niめっきにより、引張り応力が5MPa未満となる柱状晶のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の50〜90%に相当する分形成した後、該柱状晶Niめっき被膜上に、引張り応力が5MPa以上となる非晶質のNiめっき被膜をNiめっき被膜の全膜厚の10〜50%に相当する分形成することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
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JP2013197296A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | ワイヤボンディング用またはAuスタッドバンプ用電極 |
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CN108342717A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-07-31 | 世程新材料科技(武汉)有限公司 | 低温化学镀镍液、镀镍工艺、镀镍层及柔性印制电路板 |
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WO2021251128A1 (ja) * | 2020-06-08 | 2021-12-16 | ローム株式会社 | 半導体素子、および、半導体装置 |
-
2012
- 2012-02-16 JP JP2012031406A patent/JP2013166998A/ja active Pending
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