JP2015229775A - Contact jig for electroplating, semiconductor production apparatus and production method of semiconductor device - Google Patents

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裕一郎 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact jig for electroplating which enables execution of electroplating by using the same jig even when metal electrodes to be plated have various pattern shapes and a semiconductor production apparatus and a production method of a semiconductor device using the contact jig for electroplating.SOLUTION: A contact jig 20 for electroplating includes a planar base member 21 composed of a conductive material, a plurality of contact electrodes 24 arranged on the surface of the base member 21 in a two-dimensional form, and the like. The base member 21 is coated with an electrical insulation material, and the contact electrodes 21 are coated with an electrical insulation material, except for the tip part. A semiconductor production apparatus includes the contact jig 20 for electroplating, a holding stage 7 for holding a semiconductor substrate, a state movement mechanism 8 which changes the relative position between the holding stage 7 and the contact jig 20, and the like.

Description

本発明は、電気めっきを施すためのコンタクト治具に関する。また本発明は、該コンタクト治具を用いて半導体ウエハに電気めっきを施すための半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a contact jig for performing electroplating. The present invention also relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method for performing electroplating on a semiconductor wafer using the contact jig.

電力変換等に用いられるパワートランジスタなどの半導体チップでは、電流を流すための金属電極が半導体基板の裏面および表面の一方または両方に形成されている。これらの金属電極は、Al,Cu,Au等の金属材料からなるワイヤまたは板材を用いて超音波接合、はんだ付け等によって外部回路の端子と接続される。こうした接続工程の際、半導体基板へのダメージを低減するため、金属電極の厚膜化が求められている。   In a semiconductor chip such as a power transistor used for power conversion or the like, a metal electrode for flowing a current is formed on one or both of the back surface and the front surface of the semiconductor substrate. These metal electrodes are connected to terminals of an external circuit by ultrasonic bonding, soldering or the like using a wire or a plate material made of a metal material such as Al, Cu, or Au. In such a connection process, it is required to increase the thickness of the metal electrode in order to reduce damage to the semiconductor substrate.

金属電極を厚膜化する場合、スパッタ法、真空蒸着法などは成膜レートが遅く、装置自体も高価であることから、より成膜レートが早く、コストも安価であるめっき法が一般的に使用されている。   When the metal electrode is made thicker, the sputtering method, the vacuum deposition method, etc. have a slow film formation rate and the apparatus itself is expensive, so a plating method with a higher film formation rate and a lower cost is generally used. It is used.

例えば、特許文献1では、フォトレジストの代わりに反復使用可能なゴム製マスクを使用してパターニングを行い、パターニングされた各被めっき金属電極の近傍に、絶縁被膜された配線の端部を接触させてめっきすることにより、金属電極を形成している。   For example, in Patent Document 1, patterning is performed using a rubber mask that can be repeatedly used instead of a photoresist, and an end portion of an insulating-coated wiring is brought into contact with each of the patterned metal electrodes to be plated. The metal electrode is formed by plating.

また、特許文献2では、被めっき金属電極に複数の給電電極を接触させて、各給電電極に流れる電流値を個別に制御することにより、金属電極を形成している。   In Patent Document 2, a plurality of power supply electrodes are brought into contact with a metal electrode to be plated, and a current value flowing through each power supply electrode is individually controlled to form a metal electrode.

特開平07−022425号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-022425 特開平02−101189号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-101189 特開2010−013680号公報JP 2010-013680 A 特開平07−32111号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-32111 特開2002−069698号公報JP 2002-069698 A 特開2001−323397号公報JP 2001-323397 A 特開2002−332598号公報JP 2002-332598 A 特開2000−017497号公報JP 2000-017497 A

特許文献1、2のように、パターニングされた被めっき金属電極それぞれに合わせて電極ピンを配置して電気めっきする場合、パターニングの種類に応じて電極ピンの配置を変更する必要が生じる。そのため少量多品種生産の場合、変更の手続きが煩雑となる。   As in Patent Documents 1 and 2, when electrode plating is performed by arranging electrode pins in accordance with each patterned metal electrode to be plated, it is necessary to change the arrangement of the electrode pins according to the type of patterning. Therefore, the change procedure becomes complicated in the case of small-quantity and multi-product production.

また、あらかじめ電極ピンをパターニングに合わせて配置した治具を用いると、半導体チップの品種ごとに治具を用意する必要があり、その結果、コストの増大を招くことになる。   Further, if a jig in which electrode pins are arranged in advance in accordance with patterning is used, it is necessary to prepare a jig for each type of semiconductor chip, resulting in an increase in cost.

さらに、電極ピンが当接している箇所にはめっき液が接触しないことから、被めっき金属電極中にめっきによる金属電極の形成ができない箇所が生じてしまう。   Furthermore, since the plating solution does not come into contact with the portion where the electrode pin is in contact, a portion where the metal electrode cannot be formed by plating is generated in the metal electrode to be plated.

また、半導体基板全面にシード電極を形成し、フォトレジスト等の絶縁膜をパターニングした後、電気めっきによりシード電極を通して被めっき金属電極上に金属電極を形成し、不要なシード電極を除去する場合、シード電極のパターニングの工程が新たに必要となるため製造コストが増加してしまう。   Also, after forming a seed electrode on the entire surface of the semiconductor substrate and patterning an insulating film such as a photoresist, forming a metal electrode on the metal electrode to be plated through the seed electrode by electroplating, and removing an unnecessary seed electrode, Since a process for patterning the seed electrode is newly required, the manufacturing cost increases.

本発明の目的は、被めっき金属電極が種々のパターン形状を有する場合でも、同一の治具を用いて電気めっきを実施できる電気めっき用コンタクト治具を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electroplating contact jig capable of performing electroplating using the same jig even when the metal electrode to be plated has various pattern shapes.

また本発明の目的は、該電気めっき用コンタクト治具を用いて半導体基板に電気めっきを施すための半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method for performing electroplating on a semiconductor substrate using the electroplating contact jig.

上記目的を達成するために、本発明に係る電気めっき用コンタクト治具は、導電性材料からなる平板状のベース部材と、
該ベース部材の表面に2次元状に配列された複数のコンタクト電極とを備え、
前記ベース部材は、電気絶縁材料で被覆されており、
前記コンタクト電極は、先端部を除いて電気絶縁材料で被覆されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a contact jig for electroplating according to the present invention comprises a flat base member made of a conductive material,
A plurality of contact electrodes arranged two-dimensionally on the surface of the base member;
The base member is coated with an electrically insulating material;
The contact electrode is covered with an electrically insulating material except for the tip.

また本発明は、半導体基板に電気めっきを施す半導体製造装置であって、
上記の電気めっき用コンタクト治具と、
半導体基板を保持する保持機構と、
前記保持機構と前記電気めっき用コンタクト治具との相対位置を変化させる移動機構とを備えることを特徴とする。
The present invention is also a semiconductor manufacturing apparatus for performing electroplating on a semiconductor substrate,
The contact jig for electroplating, and
A holding mechanism for holding the semiconductor substrate;
And a moving mechanism for changing a relative position between the holding mechanism and the electroplating contact jig.

また本発明に係る半導体装置の製造方法は、めっき下地となる金属パターンが区分的に形成された半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板を、上記の電気めっき用コンタクト治具と接触させた状態でめっき液に浸漬する工程と、
前記電気めっき用コンタクト治具と対向電極との間に電流を流して、前記金属パターンに金属めっきを施す電気めっき工程と、
前記電気めっき工程の途中で、前記半導体基板と前記電気めっき用コンタクト治具との相対位置を変化させる工程と、を含むことを特徴とする。
In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor substrate in which a metal pattern to be a plating base is formed in a piecewise manner
Immersing the semiconductor substrate in a plating solution in contact with the electroplating contact jig;
An electroplating step in which a current is passed between the electroplating contact jig and the counter electrode to perform metal plating on the metal pattern;
A step of changing a relative position between the semiconductor substrate and the contact jig for electroplating in the middle of the electroplating step.

本発明によれば、ベース部材の表面に複数のコンタクト電極を2次元状に配列させることによって、被めっき金属電極が種々のパターン形状を有する場合でも、個々の被めっき金属電極とコンタクト電極との電気接触を確保できる。その結果、半導体チップの品種が変更された場合でも、同一の治具を用いて電気めっきを実施できる。
また、電気めっき工程の途中で、半導体基板と電気めっき用コンタクト治具との相対位置を変化させることによって、コンタクト電極との接触に起因しためっき量の変動を抑制できる。
According to the present invention, by arranging a plurality of contact electrodes two-dimensionally on the surface of the base member, even if the metal electrode to be plated has various pattern shapes, Electrical contact can be secured. As a result, even when the type of semiconductor chip is changed, electroplating can be performed using the same jig.
Further, by changing the relative position between the semiconductor substrate and the electroplating contact jig in the middle of the electroplating process, it is possible to suppress the variation in the plating amount due to the contact with the contact electrode.

本発明の実施の形態1の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 1 of this invention. 半導体製造装置を陽極側から見たときの平面図である。It is a top view when a semiconductor manufacturing apparatus is seen from the anode side. 半導体基板に被めっき金属電極のパターンを形成する工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of forming the pattern of the to-be-plated metal electrode on a semiconductor substrate. 図1に示した半導体製造装置を用いてめっき処理を行う工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of performing a plating process using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 本発明の実施の形態2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の構成を示す断面図であり、電気めっき開始直後を示している。浴槽1内にはめっき液2が満たされ、陽極3がめっき液2の下方に位置するように浴槽1に対して固定される。めっき液2および陽極3は、電気めっきを施す金属電極の種類により、任意に選択可能である。例えば、電気めっきにより金属電極として銅を形成する場合、めっき液2として硫酸銅、シアン化銅、ピロリン酸銅などの溶液が用いられる。この溶液中には、光沢性、硬度、レベリング性を変化させるために様々な添加材が添加され、さらにpH、温度および抵抗率が調整されている。また、陽極3には、含リン銅、電気銅、高酸素高純度銅などの金属が用いられ、めっき液2に対して最適な銅を選択することが望ましい。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of Embodiment 1 of the present invention, and shows a state immediately after the start of electroplating. The bath 1 is filled with the plating solution 2 and is fixed to the bath 1 so that the anode 3 is positioned below the plating solution 2. The plating solution 2 and the anode 3 can be arbitrarily selected depending on the type of metal electrode to be electroplated. For example, when copper is formed as a metal electrode by electroplating, a solution such as copper sulfate, copper cyanide, copper pyrophosphate is used as the plating solution 2. In this solution, various additives are added to change the glossiness, hardness, and leveling properties, and the pH, temperature, and resistivity are adjusted. Further, for the anode 3, a metal such as phosphorous copper, electrolytic copper, high oxygen high purity copper or the like is used, and it is desirable to select an optimal copper for the plating solution 2.

なお、上記では銅めっきについて説明したが、ニッケルめっき、クロムめっきなど他の電気めっきについても、従来から知られている溶液および陽極材料が使用可能であり、この場合でも本発明は適用できる。   In addition, although copper plating was demonstrated above, the solution and anode material conventionally known can be used also about other electroplating, such as nickel plating and chromium plating, and this invention is applicable also in this case.

コンタクト治具20は、導電性材料からなる平板状のベース部材21と、ベース部材21の表面に2次元状に配列され、該表面の法線方向と略平行にめっき対象物に向けて突出した棒状の複数のコンタクト電極24などを備え、浴槽1に対して固定される。ベース部材21は、めっき材が析出しないように電気絶縁材料で被覆されている。コンタクト電極24も同様に、先端部を除いて電気絶縁材料で被覆されており、この先端部は、めっき対象物との電気接触を確保するための電気供給陰極26として機能する。   The contact jig 20 is a flat base member 21 made of a conductive material, and is arranged two-dimensionally on the surface of the base member 21, and protrudes toward the plating object substantially parallel to the normal direction of the surface. A plurality of rod-shaped contact electrodes 24 and the like are provided and fixed to the bathtub 1. The base member 21 is covered with an electrically insulating material so that the plating material does not precipitate. Similarly, the contact electrode 24 is covered with an electrically insulating material except for the tip portion, and this tip portion functions as an electricity supply cathode 26 for ensuring electrical contact with the object to be plated.

ベース部材21は、陽極3に対して平行に配置されており、さらにめっき液2の流通を促進するために複数の貫通穴25が形成されている。   The base member 21 is disposed in parallel to the anode 3 and a plurality of through holes 25 are formed to further promote the flow of the plating solution 2.

コンタクト治具20は、電気供給陰極26がめっき対象物に接触したとき、めっき対象物の凹凸形状に追従する追従機構を備えることが好ましい。本実施形態では、こうした追従機構として、コンタクト電極24は、コイルバネなどの弾性部材を用いてベース部材21の法線方向に沿って伸縮自在に構成されている。   The contact jig 20 preferably includes a follow-up mechanism that follows the uneven shape of the plating object when the electricity supply cathode 26 contacts the plating object. In this embodiment, as such a follow-up mechanism, the contact electrode 24 is configured to be stretchable along the normal direction of the base member 21 using an elastic member such as a coil spring.

また、コンタクト電極24は、ベース部材21に対して着脱自在に装着されていることが好ましく、これによりメンテナンス性が向上する。例えば、1本のコンタクト電極24に不具合があった場合においても、不具合箇所を取り換えることで性能を維持することができる。こうした着脱自在機構として、ねじ止め、嵌合などが利用できる。   In addition, the contact electrode 24 is preferably detachably attached to the base member 21, thereby improving maintainability. For example, even when there is a defect in one contact electrode 24, the performance can be maintained by replacing the defective part. As such a detachable mechanism, screwing, fitting or the like can be used.

ベース部材21、コンタクト電極24および電気供給陰極26は、同じ電位に維持されており、外部の電源PSを通して陽極3と接続されている。   The base member 21, the contact electrode 24, and the electric supply cathode 26 are maintained at the same potential, and are connected to the anode 3 through an external power source PS.

次に、半導体基板11に電気めっきを施すための半導体製造装置について説明する。半導体製造装置は、上述したようなコンタクト治具20と、半導体基板11を保持する保持ステージ7と、保持ステージ7とコンタクト治具20との相対位置を変化させるステージ移動機構8などを備える。   Next, a semiconductor manufacturing apparatus for performing electroplating on the semiconductor substrate 11 will be described. The semiconductor manufacturing apparatus includes a contact jig 20 as described above, a holding stage 7 that holds the semiconductor substrate 11, a stage moving mechanism 8 that changes the relative position of the holding stage 7 and the contact jig 20, and the like.

半導体基板11の表面には、電気めっきの下地となる多数の被めっき金属電極12が区分的に配列されており、その周囲には各被めっき金属電極12を電気的に分離するための絶縁膜13が設けられる。   On the surface of the semiconductor substrate 11, a large number of metal electrodes 12 to be plated, which are bases for electroplating, are arranged in a divided manner, and an insulating film for electrically separating the metal electrodes 12 to be plated around the electrodes. 13 is provided.

保持ステージ7は、半導体基板11の裏面と密着可能な平坦面を有する円板部材と、円板部材の中心軸に沿って延びる軸部材とを備える。円板部材には、半導体基板11を保持するために、真空吸着機構、静電チャック機構、外周クランプ機構などが搭載される。   The holding stage 7 includes a disk member having a flat surface that can be in close contact with the back surface of the semiconductor substrate 11, and a shaft member that extends along the central axis of the disk member. In order to hold the semiconductor substrate 11, a vacuum suction mechanism, an electrostatic chuck mechanism, an outer periphery clamp mechanism, and the like are mounted on the disk member.

ステージ移動機構8は、例えば、保持ステージ7の軸部材が装着されたロボットアームなどで構成され、保持ステージ7をめっき液2の液面に対して水平なX方向およびY方向ならびに垂直なZ方向に移動し、さらにZ方向の周りに回転させる機能を有する。   The stage moving mechanism 8 includes, for example, a robot arm to which the shaft member of the holding stage 7 is attached. And has a function of rotating around the Z direction.

ステージ移動機構8、電源PSは、外部のコンピュータ(不図示)と接続されており、電気めっき処理が制御される。   The stage moving mechanism 8 and the power source PS are connected to an external computer (not shown), and the electroplating process is controlled.

図2は、上述した半導体製造装置を陽極側から見たときの平面図である。コンタクト治具20のベース部材21には、多数の貫通穴25が形成されている。貫通穴25の形状は、ここではハニカム構造を形成する六角形を例示したが、その他に三角形、四角形などの多角形、円形などでも構わない。図1に示したコンタクト電極24は、例えば、六角形の頂点に配置される。   FIG. 2 is a plan view of the above-described semiconductor manufacturing apparatus as viewed from the anode side. A large number of through holes 25 are formed in the base member 21 of the contact jig 20. The shape of the through-hole 25 is exemplified here as a hexagon that forms a honeycomb structure, but may be a polygon such as a triangle or a rectangle, or a circle. The contact electrode 24 shown in FIG. 1 is disposed at, for example, a hexagonal apex.

コンタクト電極24は、任意の密度および分布パターンで配置できるが、半導体基板11には、被めっき金属電極12が区分的に配列されている。そのためコンタクト治具20が半導体基板11に当接した場合、各被めっき金属電極12には少なくとも1つのコンタクト電極24、好ましくは2つ以上のコンタクト電極24が電気接触するような配置が望ましい。また、電気めっき工程の途中で半導体基板11の位置を移動したり回転させることも好ましく、これにより電気めっき量の変動を抑制できる。このため電気めっきの対象となる全ての半導体素子の品種について事前にシミュレーション等を行って、コンタクト電極24の配置およびステージ移動機構8の移動パターンを決定することが好ましい。   The contact electrodes 24 can be arranged in an arbitrary density and distribution pattern, but the metal electrodes 12 to be plated are arranged in a sectioned manner on the semiconductor substrate 11. Therefore, when the contact jig 20 is brought into contact with the semiconductor substrate 11, it is desirable that at least one contact electrode 24, preferably two or more contact electrodes 24, be in electrical contact with each metal electrode 12 to be plated. Moreover, it is also preferable to move or rotate the position of the semiconductor substrate 11 during the electroplating process, thereby suppressing variation in the amount of electroplating. For this reason, it is preferable to determine the arrangement of the contact electrodes 24 and the movement pattern of the stage moving mechanism 8 by performing a simulation or the like in advance for all types of semiconductor elements to be electroplated.

このように本発明に係るコンタクト治具20を使用した場合、被めっき金属電極12のパターンが様々に異なる各製品に対して個別に専用治具を用意する必要がない。さらに、めっき液2の撹拌条件、コンタクト治具20の電流分布なども考慮に入れて、コンタクト電極24の配置を決定することによって、めっき膜厚分布の平準化が図られる。   As described above, when the contact jig 20 according to the present invention is used, it is not necessary to prepare a dedicated jig for each product having different patterns of the metal electrode 12 to be plated. Furthermore, the plating film thickness distribution is leveled by determining the arrangement of the contact electrodes 24 in consideration of the stirring conditions of the plating solution 2 and the current distribution of the contact jig 20.

図3は、半導体基板11に被めっき金属電極12のパターンを形成する工程を示す断面図である。まず、図3(a)に示すように、予め内部にPN接合等が作り込まれた半導体基板11を用意し、この表面全体に被めっき金属電極12を形成する。半導体基板11は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等で形成される。また、被めっき金属電極12は、アルミニウム、チタン、銅、ニッケル、パラジウム等の金属もしくはこれらの合金、またはこれらの積層膜で形成され、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法等を用いて形成される。続いて、被めっき金属電極12のパターニングを行うため、フォトレジスト14aの塗布、露光および現像を行って、フォトレジスト14aのパターンを形成する。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of forming a pattern of the metal electrode 12 to be plated on the semiconductor substrate 11. First, as shown in FIG. 3A, a semiconductor substrate 11 in which a PN junction or the like is previously formed is prepared, and a metal electrode 12 to be plated is formed on the entire surface. The semiconductor substrate 11 is made of, for example, silicon, silicon carbide, gallium nitride, or the like. The metal electrode 12 to be plated is formed of a metal such as aluminum, titanium, copper, nickel, palladium, or an alloy thereof, or a laminated film thereof, and is formed using a sputtering method, a vacuum evaporation method, a CVD method, or the like. The Subsequently, in order to pattern the metal electrode 12 to be plated, the photoresist 14a is applied, exposed, and developed to form a pattern of the photoresist 14a.

次に、図3(b)に示すように、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて被めっき金属電極12のパターニングを行う。このとき、各被めっき金属電極12は電気的に分断される。その後、フォトレジスト14aを除去する。なお、ここではフォトレジストマスクを用いて被めっき金属電極12のパターニングを行う方法を説明したが、フォトレジストの代替として、所望の金属を含有したペーストまたはインクを、例えばインクジェット法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などを用いて塗布することによってパターニングを行ってもよい。このような方法はフォトレジストマスクを用いた方法よりも一般的に低コストでパターニングをすることができる。また、もちろんこれらの方法を組み合わせても問題ない。   Next, as shown in FIG. 3B, the metal electrode 12 to be plated is patterned using a dry etching method or a wet etching method. At this time, each metal electrode 12 to be plated is electrically separated. Thereafter, the photoresist 14a is removed. Here, the method of patterning the metal electrode 12 to be plated using a photoresist mask has been described. However, as an alternative to the photoresist, a paste or ink containing a desired metal can be used, for example, an inkjet method, an offset printing method, Patterning may be performed by coating using a screen printing method or the like. Such a method can generally perform patterning at a lower cost than a method using a photoresist mask. Of course, there is no problem even if these methods are combined.

次に、図3(c)に示すように、半導体基板11および被めっき金属電極12を覆うように、絶縁膜13をCVD法または溶液の塗布・加熱等で形成する。絶縁膜13として、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド等が一般的に用いられる。   Next, as shown in FIG. 3C, an insulating film 13 is formed by a CVD method or application / heating of a solution so as to cover the semiconductor substrate 11 and the metal electrode 12 to be plated. As the insulating film 13, for example, silicon oxide, silicon nitride, polyimide, or the like is generally used.

次に、図3(d)に示すように、既存の技術を用いて、フォトレジスト14bの塗布、露光および現像を行って、被めっき金属電極12が存在しない領域にある絶縁膜13を覆うようにフォトレジスト14bのパターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, by using existing technology, the photoresist 14b is applied, exposed and developed so as to cover the insulating film 13 in the region where the metal electrode 12 to be plated does not exist. Then, a pattern of the photoresist 14b is formed.

次に、図3(e)に示すように、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて絶縁膜13のパターニングを行う。その後、フォトレジスト14bを除去する。   Next, as shown in FIG. 3E, the insulating film 13 is patterned using a dry etching method or a wet etching method. Thereafter, the photoresist 14b is removed.

その後、半導体基板11の裏面を研削する薄仕上げ工程、半導体基板11の裏面に金属電極を形成する工程などを行ってもよい。なお、これらの工程は、本発明に係る電気めっき処理を実施した後に行うことも可能である。   Then, you may perform the thin finishing process which grinds the back surface of the semiconductor substrate 11, the process of forming a metal electrode in the back surface of the semiconductor substrate 11, etc. In addition, these processes can also be performed after implementing the electroplating process which concerns on this invention.

図4は、図1に示した半導体製造装置を用いてめっき処理を行う工程を示すフローチャートである。電気めっき処理を行う前に、脱脂洗浄、クリーニングを行って、被めっき金属電極12の表面を清浄化する工程を行ってもよい。また、被めっき金属電極12に直接良好に電気めっき処理できない材質で被めっき金属電極12の表面が構成されている場合は、ジンケート処理、無電解めっき処理、ストライクめっき処理等を行い、良好に電気めっき処理ができるように被めっき金属電極12に表面処理を施す工程を行ってもよい。   FIG. 4 is a flowchart showing a process of performing plating using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. Before performing the electroplating treatment, degreasing cleaning and cleaning may be performed to clean the surface of the metal electrode 12 to be plated. Further, when the surface of the metal electrode 12 to be plated is made of a material that cannot be electroplated directly and favorably on the metal electrode 12 to be plated, a zincate process, an electroless plating process, a strike plating process, etc. are performed to achieve a good electrical property. You may perform the process of surface-treating to the to-be-plated metal electrode 12 so that a plating process can be performed.

まず、図3に示したように、めっき下地となる被めっき金属電極12が区分的に形成された半導体基板11を用意し、続いて浴槽1から退避している保持ステージ7にセットする(ステップS1)。   First, as shown in FIG. 3, a semiconductor substrate 11 on which a metal electrode 12 to be plated serving as a plating base is formed in a divided manner is prepared, and then set on a holding stage 7 that is retracted from the bathtub 1 (step S1).

次に、ステージ移動機構8を動作させて、保持ステージ7を浴槽1内に移動してめっき液2に浸漬するとともに、被めっき金属電極12をコンタクト電極24の電気供給陰極26と接触させる(ステップS2)。このとき、絶縁膜13と接触したコンタクト電極24は、被めっき金属電極12の厚さと絶縁膜13との厚さの差に応じて縮むことができるため、電気供給陰極26によって被めっき金属電極12および絶縁膜13に印加されるストレスを低減でき、半導体基板11に加わるダメージを抑制できる。   Next, the stage moving mechanism 8 is operated to move the holding stage 7 into the bath 1 so as to be immersed in the plating solution 2 and to bring the metal electrode 12 to be plated into contact with the electric supply cathode 26 of the contact electrode 24 (step) S2). At this time, the contact electrode 24 in contact with the insulating film 13 can be shrunk in accordance with the difference between the thickness of the metal electrode 12 to be plated and the thickness of the insulating film 13. In addition, the stress applied to the insulating film 13 can be reduced, and damage applied to the semiconductor substrate 11 can be suppressed.

次に、電源PSによる通電を開始して、陽極3に正の電位を、電気供給陰極26に負の電位をそれぞれ印加し、被めっき金属電極12に定電流を流して一定時間の電気めっき処理を行い(ステップS3)、その後、電流を遮断する(ステップS4)。このとき電気めっき処理時間は、必要な金属電極膜厚に達する処理時間の数分の1から数百分の1に設定すること、即ち、電流の通電・遮断のサイクルを数回から数百回に分けて行うことが好ましい。   Next, energization by the power source PS is started, a positive potential is applied to the anode 3 and a negative potential is applied to the electricity supply cathode 26, and a constant current is applied to the metal electrode 12 to be plated for a predetermined time. (Step S3), and then the current is interrupted (step S4). At this time, the electroplating processing time is set to be a fraction to a hundredth of the processing time to reach the required metal electrode film thickness, that is, the current energization / interruption cycle is several to several hundred times. It is preferable to divide into two.

次に、電気めっき処理時間の累計時間が必要な金属電極膜厚に達する処理時間に到達したかを判定する(ステップS5)。処理時間に到達していない場合、ステージ移動機構8を動作させて保持ステージ7を回転したり、上下左右に移動することによって、一旦、被めっき金属電極12から電気供給陰極26を離して両者の相対位置を変化させて、過去に電気供給陰極26を接触させた以外の箇所に電気供給陰極26を接触させる(ステップS6)。続いて、ステップS2〜S5を繰り返す。   Next, it is determined whether the accumulated time of the electroplating treatment time has reached the treatment time for reaching the required metal electrode film thickness (step S5). When the processing time has not been reached, the stage moving mechanism 8 is operated to rotate the holding stage 7 or move up and down, left and right to temporarily separate the electric supply cathode 26 from the metal electrode 12 to be plated. The relative position is changed, and the electric supply cathode 26 is brought into contact with a place other than the contact with the electric supply cathode 26 in the past (step S6). Subsequently, steps S2 to S5 are repeated.

一方、ステップS5において必要な処理時間に到達した場合、ステージ移動機構8を動作させて、保持ステージ7を浴槽1から取り出して、水洗、乾燥を行った後(ステップS7)、半導体基板11を保持ステージ7から取り外す(ステップS8)。取り外した半導体基板11は、適宜熱処理等を行い、膜中の水分を除去する。   On the other hand, when the necessary processing time is reached in step S5, the stage moving mechanism 8 is operated, the holding stage 7 is taken out from the bathtub 1, washed and dried (step S7), and then the semiconductor substrate 11 is held. It is removed from the stage 7 (step S8). The removed semiconductor substrate 11 is appropriately heat-treated to remove moisture in the film.

こうした構成を持つ半導体製造装置を用いて電気めっき処理を行えば、電気めっき処理の途中に、電気供給電極26が被めっき金属電極12と接触する箇所を何度も変えることができる。また、分断された被めっき金属電極12のパターンの各々に対して複数の電気供給電極6が接触するようにできる。   When the electroplating process is performed using the semiconductor manufacturing apparatus having such a configuration, the location where the electricity supply electrode 26 contacts the metal electrode 12 to be plated can be changed many times during the electroplating process. Further, the plurality of electricity supply electrodes 6 can be brought into contact with each of the divided patterns of the metal electrode 12 to be plated.

このように分断された被めっき金属電極12のパターンに対して電気供給電極6を移動させながら電気めっき処理をすることにより、電気供給電極6の接触によって充分なめっき量が析出しなかった箇所にも、めっき処理を施すことができる。このとき、電気供給電極6が接触した箇所では電気めっき処理時間が少なくなっているが、電気供給電極6の断面積が被めっき金属電極12に対して十分小さく、電気めっき処理ルーチンが短い場合、電気供給電極6が接触した箇所の金属電極膜厚はばらつき誤差の範囲に収まる程度となる。   By performing the electroplating process while moving the electricity supply electrode 6 with respect to the pattern of the metal electrode 12 thus divided, the plating amount does not deposit due to the contact with the electricity supply electrode 6. Can also be plated. At this time, although the electroplating process time is reduced at the place where the electricity supply electrode 6 is in contact, the cross-sectional area of the electricity supply electrode 6 is sufficiently small with respect to the metal electrode 12 to be plated, and the electroplating process routine is short. The thickness of the metal electrode at the location where the electricity supply electrode 6 is in contact is within the range of variation error.

また、分断された各被めっき金属電極12のパターンに接触する電気供給電極6の個数が異なり、電流値に差異が現れることが予想されるが、接触する電気供給電極6の数が電気めっき処理ルーチン(ステップS3)ごとに変わっていくため、パターンごとの総電流値は均一化される。また、めっき液2の導電率を最適化することでも、均一化が促進できる。   Further, it is expected that the number of the electric supply electrodes 6 that are in contact with the divided pattern of each metal electrode 12 to be plated is different and a difference appears in the current value. Since the value changes for each routine (step S3), the total current value for each pattern is made uniform. Further, the uniformity can be promoted by optimizing the conductivity of the plating solution 2.

また、被めっき金属電極12のパターンに合わせた専用治具を用意する必要がなく、被めっき金属電極12のパターンが異なる製品群に対して、同一のコンタクト治具20を用いて電気めっき処理が可能になる。従って、治具作成コストの低減が可能となり、専用治具の管理の手間を省くことができる。   Moreover, it is not necessary to prepare a dedicated jig according to the pattern of the metal electrode 12 to be plated, and an electroplating process can be performed using the same contact jig 20 for a group of products having different patterns of the metal electrode 12 to be plated. It becomes possible. Therefore, the jig creation cost can be reduced, and the trouble of managing the dedicated jig can be saved.

さらに、分断された被めっき金属電極12のパターンそれぞれに電気供給電極6を通して電気を供給できることから、電気供給のためのシード層の形成およびパターニングを省略できるため、製造コストを低減できる。   Furthermore, since electricity can be supplied through the electricity supply electrode 6 to each of the divided patterns of the metal electrode 12 to be plated, the formation and patterning of the seed layer for electricity supply can be omitted, so that the manufacturing cost can be reduced.

なお、本実施形態では、陽極3および保持ステージ7を水平に配置した場合について説明したが、陽極3および保持ステージ7を垂直に配置した場合も本発明は適用できる。   In the present embodiment, the case where the anode 3 and the holding stage 7 are arranged horizontally has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the anode 3 and the holding stage 7 are arranged vertically.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2の構成を示す断面図であり、電気めっき開始直後を示している。本実施形態に係るコンタクト治具20は、実施の形態1のものと同様な構成を有するが、追従機構として、コンタクト電極24が板バネなどの弾性部材を用いて横方向に屈曲自在に構成されている点で相違する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of Embodiment 2 of the present invention, and shows a state immediately after the start of electroplating. The contact jig 20 according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but as a follow-up mechanism, the contact electrode 24 is configured to be able to be bent in the lateral direction using an elastic member such as a leaf spring. Is different.

ステージ移動機構8を動作させて、電気供給電極26が被めっき金属電極12と接触する際、コンタクト電極24が棒状または板状である場合、横方向に屈曲することが可能になる。このため、電気供給電極26と被めっき金属電極12の間の位置合わせを精密に行わなくても、安定した接触強度を確保することが可能となる。また、絶縁膜13に過大なストレスが加わることがなくなり、絶縁膜13の破損による不良を低減できる。   When the stage moving mechanism 8 is operated so that the electricity supply electrode 26 comes into contact with the metal electrode 12 to be plated, if the contact electrode 24 has a rod shape or a plate shape, it can be bent in the lateral direction. For this reason, it is possible to ensure a stable contact strength without precisely aligning the electricity supply electrode 26 and the metal electrode 12 to be plated. In addition, excessive stress is not applied to the insulating film 13, and defects due to damage of the insulating film 13 can be reduced.

この構成によれば、電気供給陰極26にめっき金属電極が付着し、伸縮機能が損なわれた場合においても、半導体基板11の凹凸形状に応じて電気供給陰極26との電気接触を確保できる。また、過大なストレスに起因して半導体基板11が破損する確率を低減できる。   According to this configuration, even when the plated metal electrode adheres to the electricity supply cathode 26 and the expansion / contraction function is impaired, electrical contact with the electricity supply cathode 26 can be ensured according to the uneven shape of the semiconductor substrate 11. In addition, the probability of the semiconductor substrate 11 being damaged due to excessive stress can be reduced.

実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3の構成を示す断面図であり、電気めっき開始直後を示している。本実施形態に係るコンタクト治具20は、実施の形態1のものと同様な構成を有するが、追従機構として、ベース部材21が板バネなどの弾性部材を用いて垂直方向に屈曲自在に構成されている点で相違する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of Embodiment 3 of the present invention, and shows a state immediately after the start of electroplating. The contact jig 20 according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but the base member 21 is configured to be bent in the vertical direction using an elastic member such as a leaf spring as a follow-up mechanism. Is different.

ステージ移動機構8を動作させて、電気供給電極26が被めっき金属電極12と接触する際、ベース部材21が板状である場合、垂直方向に屈曲することが可能になる。このため、電気供給電極26と被めっき金属電極12の間の位置合わせを精密に行わなくても、安定した接触強度を確保することが可能となる。また、絶縁膜13に過大なストレスが加わることがなくなり、絶縁膜13の破損による不良を低減できる。   When the stage moving mechanism 8 is operated and the electricity supply electrode 26 comes into contact with the metal electrode 12 to be plated, if the base member 21 is plate-shaped, it can be bent in the vertical direction. For this reason, it is possible to ensure a stable contact strength without precisely aligning the electricity supply electrode 26 and the metal electrode 12 to be plated. In addition, excessive stress is not applied to the insulating film 13, and defects due to damage of the insulating film 13 can be reduced.

この構成によれば、電気供給陰極26にめっき金属電極が付着し、伸縮機能が損なわれた場合においても、半導体基板11の凹凸形状に応じて電気供給陰極26との電気接触を確保できる。また、過大なストレスに起因して半導体基板11が破損する確率を低減できる。   According to this configuration, even when the plated metal electrode adheres to the electricity supply cathode 26 and the expansion / contraction function is impaired, electrical contact with the electricity supply cathode 26 can be ensured according to the uneven shape of the semiconductor substrate 11. In addition, the probability of the semiconductor substrate 11 being damaged due to excessive stress can be reduced.

1 浴槽、 2 めっき液、 3 陽極、 7 保持ステージ、
8 ステージ移動機構、 11 半導体基板、 12 被めっき金属電極、
13 絶縁膜、 14a,14b フォトレジスト、
20 コンタクト治具、 21 ベース部材、 24 コンタクト電極、
25 貫通穴、 26 電気供給陰極。
1 bath, 2 plating solution, 3 anode, 7 holding stage,
8 stage moving mechanism, 11 semiconductor substrate, 12 metal electrode to be plated,
13 insulating film, 14a, 14b photoresist,
20 contact jig, 21 base member, 24 contact electrode,
25 through hole, 26 electricity supply cathode.

Claims (8)

導電性材料からなる平板状のベース部材と、
該ベース部材の表面に2次元状に配列された複数のコンタクト電極とを備え、
前記ベース部材は、電気絶縁材料で被覆されており、
前記コンタクト電極は、先端部を除いて電気絶縁材料で被覆されていることを特徴とする電気めっき用コンタクト治具。
A flat base member made of a conductive material;
A plurality of contact electrodes arranged two-dimensionally on the surface of the base member;
The base member is coated with an electrically insulating material;
The contact electrode for electroplating, wherein the contact electrode is coated with an electrically insulating material except for a tip portion.
前記ベース部材には、複数の貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電気めっき用コンタクト治具。   The contact jig for electroplating according to claim 1, wherein a plurality of through holes are formed in the base member. 前記コンタクト電極の先端部がめっき対象物に接触したとき、めっき対象物の凹凸形状に追従する追従機構をさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載の電気めっき用コンタクト治具。   The contact jig for electroplating according to claim 1, further comprising a follow-up mechanism that follows the uneven shape of the object to be plated when the tip of the contact electrode contacts the object to be plated. 前記追従機構として、前記コンタクト電極は、弾性部材を用いて前記ベース部材の法線方向に沿って伸縮自在に構成されていることを特徴とする請求項3記載の電気めっき用コンタクト治具。   The contact jig for electroplating according to claim 3, wherein, as the follow-up mechanism, the contact electrode is configured to be stretchable along the normal direction of the base member using an elastic member. 前記追従機構として、前記コンタクト電極は、弾性部材を用いて屈曲自在に構成されていることを特徴とする請求項3記載の電気めっき用コンタクト治具。   The contact jig for electroplating according to claim 3, wherein, as the follow-up mechanism, the contact electrode is configured to be bent using an elastic member. 前記追従機構として、前記ベース部材は、弾性部材を用いて屈曲自在に構成されていることを特徴とする請求項3記載の電気めっき用コンタクト治具。   4. The contact jig for electroplating according to claim 3, wherein the base member is configured to be bendable using an elastic member as the follow-up mechanism. 半導体基板に電気めっきを施す半導体製造装置であって、
請求項1〜6のいずれかに記載の電気めっき用コンタクト治具と、
半導体基板を保持する保持機構と、
前記保持機構と前記電気めっき用コンタクト治具との相対位置を変化させる移動機構とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
A semiconductor manufacturing apparatus for electroplating a semiconductor substrate,
The contact jig for electroplating according to any one of claims 1 to 6,
A holding mechanism for holding the semiconductor substrate;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a moving mechanism that changes a relative position between the holding mechanism and the electroplating contact jig.
めっき下地となる金属パターンが区分的に形成された半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板を、請求項1〜6のいずれかに記載の電気めっき用コンタクト治具と接触させた状態でめっき液に浸漬する工程と、
前記電気めっき用コンタクト治具と対向電極との間に電流を流して、前記金属パターンに金属めっきを施す電気めっき工程と、
前記電気めっき工程の途中で、前記半導体基板と前記電気めっき用コンタクト治具との相対位置を変化させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of preparing a semiconductor substrate in which a metal pattern to be a plating base is formed in a piecewise manner;
A step of immersing the semiconductor substrate in a plating solution in contact with the electroplating contact jig according to any one of claims 1 to 6;
An electroplating step in which a current is passed between the electroplating contact jig and the counter electrode to perform metal plating on the metal pattern;
Changing the relative position between the semiconductor substrate and the electroplating contact jig in the middle of the electroplating step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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