JP2016086044A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に製造工程中に電気特性検査工程を含み、その際形成されるプローブ痕を有する電極パッド上に電解メッキ法によりバンプ電極が形成される半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device including an electrical characteristic inspection step in the manufacturing process, and bump electrodes formed on the electrode pads having probe marks formed by electrolytic plating. It relates to a manufacturing method.
半導体装置の製造工程では、半導体装置の電気特性検査がおこなわれる。この電気特性検査は、半導体装置の入出力端子となる電極パッドにテストプローブを接触させて行われる。ところで一般的に電極パッドは、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の金属で構成され、一方テストプローブは、先鋭な先端形状を有し、電極パッドを構成する金属より堅い材料で構成されている。そのため、テストプローブが接触した電極パッドの表面には、凹凸状に変形したプローブ痕が形成される。 In the manufacturing process of the semiconductor device, the electrical characteristics of the semiconductor device are inspected. This electrical characteristic inspection is performed by bringing a test probe into contact with an electrode pad serving as an input / output terminal of the semiconductor device. By the way, generally an electrode pad is comprised with metals, such as gold | metal | money (Au), aluminum (Al), copper (Cu), while a test probe has a sharp tip shape and is harder than the metal which comprises an electrode pad. Consists of materials. For this reason, probe marks deformed in an uneven shape are formed on the surface of the electrode pad in contact with the test probe.
図3は一般的な半導体装置の電極パッドにテストプローブを接触させた場合の断面図を示す。図3において、1は半導体装置が形成されている半導体基板、2は絶縁膜、3は半導体装置の入出力端子となる電極パッド、4は電極バッド3表面の一部を露出するように形成された表面保護膜、5は半導体装置の電気特性検査を行うために電極パッド3に接触させるテストプローブ、6はテストプローブ5の接触により電極パッド3表面の金属が凹凸状に変形したプローブ痕である。
FIG. 3 is a cross-sectional view when a test probe is brought into contact with an electrode pad of a general semiconductor device. In FIG. 3, 1 is a semiconductor substrate on which a semiconductor device is formed, 2 is an insulating film, 3 is an electrode pad serving as an input / output terminal of the semiconductor device, and 4 is formed so as to expose a part of the surface of the
半導体装置の電気特性検査を行う際には、テストプローブ5と電極パッド3とを電気的に確実に接触させるため、テストプローブ5が電極パッド3に接触した状態より荷重を加えた状態となるため、電極パッド3上でテストプローブ5が矢印で示すように接触した状態で移動し、電極パッド3表面の金属が削られるように変形する。この変形は、図3に示すように、電極パッド3の表面の一部が削り取られて凹み、削り取られた金属がテストプローブ5先端部分に集まり突出することになる。この突出した金属の高さは、5μm以下程度である。
When electrical characteristics inspection of a semiconductor device is performed, the
一方半導体装置を実装基板に接続するため、電極パッド3上にバンプ電極を形成する場合がある。バンプ電極を備える半導体装置では、バンプ電極にテストプローブを接触させて電気特性検査が行われてきた。
On the other hand, bump electrodes may be formed on the
しかし近年、微細化が進み、バンプ電極の径が小さくなった半導体装置等では、バンプ電極にテストプローブ5を接触させて電気特性検査を行うことができず、バンプ電極形成前に電極パッド3にテストプローブ5を接触させて電気特性検査を行い、その後バンプ電極を形成するようになってきている。これは、図3に示すようなプローブ痕6が形成された電極パッド3上にバンプ電極を形成することになる。
However, in recent years, in a semiconductor device or the like in which the size of the bump electrode has been reduced with the progress of miniaturization, the
一方、バンプ電極を形成する簡便な方法の一つに電解メッキ法がある。ところで、プローブ痕6のある電極パッド3上に電解メッキ法によりバンプ電極を形成する場合、種々な問題が発生することが知られている。
On the other hand, there is an electrolytic plating method as one simple method for forming bump electrodes. By the way, it is known that various problems occur when bump electrodes are formed on the
例えば、図4に電解メッキ法によりバンプ電極を形成する製造工程を示す。まず、電気特性検査が終了した半導体装置を用意する。この半導体装置は、図3で説明したように、電極パッド3表面にはプローブ痕6が形成されている。全面に電解メッキのための析出電極となる金属膜7を形成し、バンプ電極形成予定領域を開口するようにフォトレジスト8をパターニングする。その後、電解メッキを開始する。ここで厚いバンプ電極を形成する通常の条件でメッキを行うと、図4(a)に示すように、メッキ工程の初期段階でプローブ痕6の突出した金属先端付近に厚いメッキ層9が析出する。
For example, FIG. 4 shows a manufacturing process for forming bump electrodes by electrolytic plating. First, a semiconductor device that has been subjected to electrical characteristic inspection is prepared. In this semiconductor device,
このような状態で引き続いてメッキを続けて厚いメッキ層を形成すると、図4(b)に示すようにコブのような大きな突起のあるバンプ電極10となってしまう。またメッキ工程の初期段階の厚いメッキ層9は、プローブ痕6の突出した金属先端に電流が集中した結果生じるため、金属先端の形状によりこの部分への電流集中の度合いが変わると、形成される厚いメッキ層9の高さがばらついてしまう。その結果、最終的に出来上がるバンプ電極の高さがばらつくという問題があった。例えば、バンプ電極10の高さ(電極パッド3上のメッキ層の厚さ)が30μm弱まで電解メッキを行うと、メッキ工程に入る前の電極パッド3のプローブ痕6の金属の突出高さが、5μm以下程度であっても、最終的にバンプ電極上に10〜20μmの高さのコブのような大きな突起が形成されてしまう。このような問題を解決するため、電極パッドの表面に予め溝を形成する加工を施すことで、電極パッドに大きな凹凸を形成しない技術が提案されている(例えば特許文献1、特許文献2)。
If a thick plating layer is formed by continuing plating in such a state, the
しかしながら従来提案されている方法は、電極パッドに溝を形成するための製造工程が増加し、好ましくない。本発明は、このような問題点を解消し、追加の製造工程なしで、コブのような大きな突起のないバンプ電極を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 However, the conventionally proposed method is not preferable because a manufacturing process for forming a groove in the electrode pad increases. An object of the present invention is to solve such problems, and to provide a semiconductor device including a bump electrode without a large protrusion such as a bump and a manufacturing method thereof without an additional manufacturing process.
上記目的を達成するために、本願請求項1に係る発明は、半導体装置の入出力端子となる電極パッドと、該電極パッド上にバンプ電極を備えた半導体装置において、前記電極パッドの一部は、該電極パッドを構成する金属の一部が凹凸状に変形したプローブ痕を有し、該プローブ痕を有する電極パッド上に、第1の電流密度で形成された前記電極パッド上および前記プローブ痕上を被覆する均一な膜厚の第1のメッキ層と、該第1のメッキ層上に、前記第1の電流密度より高い第2の電流密度で形成された前記第1のメッキ層より厚い第2のメッキ層とを備え、前記バンプ電極は、少なくとも前記第1のメッキ層と前記第2のメッキ層を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including an electrode pad serving as an input / output terminal of a semiconductor device and a bump electrode on the electrode pad. A part of the metal constituting the electrode pad has a probe mark deformed in an uneven shape, and the electrode pad formed at a first current density on the electrode pad having the probe mark and the probe mark A first plating layer having a uniform thickness covering the top, and thicker than the first plating layer formed on the first plating layer at a second current density higher than the first current density And the bump electrode includes at least the first plating layer and the second plating layer.
本願請求項2に係る発明は、半導体装置の入出力端子となる電極パッドと、該電極パッド上にバンプ電極を備えた半導体装置の製造方法において、前記電極パッドにテストプローブを接触させ、半導体装置の電気特性検査を行うテスト工程と、前記テストプローブの接触により前記電極パッドを構成する金属の一部が凹凸状に変形したプローブ痕が形成された電極パッド上に電解メッキを施すバンプ電極形成工程とを含み、該バンプ電極形成工程は、前記電極パッド上および前記プローブ痕上に均一な膜厚のメッキ層を析出させる第1の電流密度で電解メッキを行い、第1のメッキ層を形成する第1のメッキ工程と、前記第1のメッキ層上に、前記第1の電流密度より高い第2の電流密度で電解メッキを行い、前記第1のメッキ層より厚い第2のメッキ層を形成する第2のメッキ工程を含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device having an electrode pad serving as an input / output terminal of a semiconductor device and a bump electrode on the electrode pad, a test probe is brought into contact with the electrode pad. A test process for inspecting electrical characteristics of the electrode, and a bump electrode formation process in which electrolytic plating is performed on the electrode pad on which a probe mark is formed in which a part of the metal constituting the electrode pad is deformed in an uneven shape by contact with the test probe And forming the first plating layer by performing electrolytic plating at a first current density that deposits a plating layer having a uniform film thickness on the electrode pad and the probe trace. A first plating step, and electrolytic plating is performed on the first plating layer at a second current density higher than the first current density, and the first plating layer is thicker than the first plating layer. Characterized in that it comprises a second plating step for forming a plating layer.
本発明の半導体装置は、電極パッド3上にプローブ痕6のような金属突起が存在しても、電解メッキ工程の初期段階で積層形成される第1のメッキ層は、その形状に沿ってほぼ均一に析出するため、異常メッキを防止することができ、その後に厚いメッキ層を施して形成するバンプ電極10の表面に残る凹凸は、プローブ痕6の金属突起の高さ、即ち5μm弱程度のばらつきに留まり、大幅なばらつきの低減を計ることができる。
In the semiconductor device of the present invention, even if a metal protrusion such as the
また本発明の半導体装置の製造方法は、メッキ工程の初期段階の電流密度を調整し、プローブ痕6の金属突起上にほぼ均一な厚さのメッキ層が析出する条件に設定するのみでよく、電極パッド3に特別な加工を施す必要がなく、非常に簡便な方法である。
Further, the semiconductor device manufacturing method of the present invention only needs to adjust the current density in the initial stage of the plating process and set the conditions so that a plating layer having a substantially uniform thickness is deposited on the metal protrusions of the
本発明の半導体装置は、図1に示すように、プローブ痕6の残る電極パッド3上に形成されるバンプ電極10が、第1のメッキ層9aと第2のメッキ層9bを含む構成となっている。この第1のメッキ層9aは、メッキを行う際の電流密度を調整することで、プローブ痕6の残る電極パッド3上にほぼ均一な膜厚で形成され、第2のメッキ層9bは、第1のメッキ層9a上に電流密度を高くした条件で厚く形成されている。以下、本発明を実施例について、製造工程に従い詳細に説明する。
In the semiconductor device of the present invention, as shown in FIG. 1, the
本発明の半導体装置は、図3で説明したように、電極パッド3表面の金属の一部が削り取られて凹み、削り取られた金属がテストプローブ先端部分に集まり突出するプローブ痕6が形成されている。突出した金属の高さは、5μm以下程度である。電極パッド3は、金(Au)、アルミニウム(Al)、アルミニウム銅(AlCu)、銅(Cu)等半導体装置の製造工程で一般的に用いられる金属で構成されている。
In the semiconductor device of the present invention, as described with reference to FIG. 3, a part of the metal on the surface of the
従来例同様、全面に電解メッキのための析出電極となる金属膜7を形成し、バンプ電極形成予定領域を開口するようにフォトレジスト8をパターニングする。バンプ電極は、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、銀スズ(SnAg)、金スズ(SnAu)などから適宜選択される。
As in the conventional example, a
本発明のバンプ電極形成のためのメッキ工程は、少なくとも第1のメッキ工程と第2のメッキ工程を含んでいる。まず第1のメッキ工程は、通常の電解メッキ工程の条件と比べて電流密度の低い条件とする。具体的には、0.135A/dm2とする。10分程度の電解メッキを行うと、厚さ1〜2μm程度の均一な厚さの第1のメッキ層9aを形成することができる(図2a)。
The plating process for forming the bump electrode of the present invention includes at least a first plating process and a second plating process. First, the first plating process is performed under a condition where the current density is lower than that in the normal electrolytic plating process. Specifically, it is set to 0.135 A / dm 2 . When electrolytic plating is performed for about 10 minutes, the
図2(a)に示すようにこの第1のメッキ工程では、電流密度を低くして電解メッキを行うことで、プローブ痕6の突出した金属先端に電流が集中することがなく、電極パッド3表面全体にほぼ均一なメッキ層(第1のメッキ層9)が形成される。ここで第1のメッキ工程は、第1メッキ層9aにより被覆されたプローブ痕6の突出した金属先端が、その太さを増し、第1のメッキ工程のメッキ条件より電流密度を増して行う後述する第2のメッキ工程でもプローブ痕の先端部に電流密度の集中が生じない程度の厚さの第1のめっき層9aが形成されるまで行うことになる。従って、第2のメッキ工程のメッキ条件に応じ、あるいはプローブ痕6の形状に応じ、第1のメッキ層の厚さやメッキ条件(電流密度)は適宜設定されることになる。
As shown in FIG. 2A, in this first plating step, the current density is lowered and electrolytic plating is performed, so that no current concentrates on the protruding metal tip of the
次に、第1のメッキ層9a上に第2のメッキ層9bを析出させる。この第2のメッキ工程は、バンプ電極10のように厚いメッキ層を形成するため、先に説明したメッキ条件より成長速度の早い条件を選択するのが好ましい。具体的には、0.27A/dm2で3時間程度の電解メッキを行うと、厚さ27μm程度の厚さの第2のメッキ層9bを形成することができる(図2b)。
Next, a
この第2のメッキ工程とのバンプ電極10の表面は、プローブ痕6の突出した金属の高さ(5μm以下程度)より低い突起はあるものの、従来例で説明したようなコブにような大きな突起が生じることはない。
The surface of the
その後、フォトレジスト8を除去するとともに露出する析出電極として使用した金属膜7を除去することで、バンプ電極10を備えた半導体装置を完成することができる(図1)。
Then, the semiconductor device provided with the
このように本発明は、バンプ電極を形成する際のメッキ条件を変更することのみで、プローブ痕のある電極パッド上にバンプ電極を形成することができ、非常に簡便な方法である。なお本発明では、第2のメッキ工程は電流密度の異なる条件のメッキ工程を繰り返したり、複数の金属膜の積層構造としても良い。 As described above, the present invention is a very simple method in which a bump electrode can be formed on an electrode pad having a probe mark only by changing the plating conditions for forming the bump electrode. In the present invention, the second plating step may be repeated under different conditions of current density, or a laminated structure of a plurality of metal films.
1:半導体基板、2:絶縁膜、3:電極パッド、4:表面保護膜、5:テストプローブ、6プローブ痕、7:金属膜、8:フォトレジスト、9:メッキ層、9a:第1のメッキ層、第2のメッキ層、10:バンプ電極 1: Semiconductor substrate, 2: Insulating film, 3: Electrode pad, 4: Surface protective film, 5: Test probe, 6 probe mark, 7: Metal film, 8: Photoresist, 9: Plating layer, 9a: First Plating layer, second plating layer, 10: bump electrode
Claims (2)
前記電極パッドの一部は、該電極パッドを構成する金属の一部が凹凸状に変形したプローブ痕を有し、
該プローブ痕を有する電極パッド上に、第1の電流密度で形成された前記電極パッド上および前記プローブ痕上を被覆する均一な膜厚の第1のメッキ層と、
該第1のメッキ層上に、前記第1の電流密度より高い第2の電流密度で形成された前記第1のメッキ層より厚い第2のメッキ層とを備え、
前記バンプ電極は、少なくとも前記第1のメッキ層と前記第2のメッキ層を含むことを特徴とする半導体装置。 In an electrode pad serving as an input / output terminal of a semiconductor device, and a semiconductor device provided with a bump electrode on the electrode pad,
A part of the electrode pad has a probe mark in which a part of the metal constituting the electrode pad is deformed into an uneven shape,
A first plating layer having a uniform thickness covering the electrode pad formed at a first current density and the probe mark on the electrode pad having the probe mark;
A second plating layer thicker than the first plating layer formed at a second current density higher than the first current density on the first plating layer;
The bump electrode includes at least the first plating layer and the second plating layer.
前記電極パッドにテストプローブを接触させ、半導体装置の電気特性検査を行うテスト工程と、
前記テストプローブの接触により前記電極パッドを構成する金属の一部が凹凸状に変形したプローブ痕が形成された電極パッド上に電解メッキを施すバンプ電極形成工程とを含み、
該バンプ電極形成工程は、前記電極パッド上および前記プローブ痕上に均一な膜厚のメッキ層を析出させる第1の電流密度で電解メッキを行い、第1のメッキ層を形成する第1のメッキ工程と、前記第1のメッキ層上に、前記第1の電流密度より高い第2の電流密度で電解メッキを行い、前記第1のメッキ層より厚い第2のメッキ層を形成する第2のメッキ工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In an electrode pad serving as an input / output terminal of a semiconductor device, and a method of manufacturing a semiconductor device provided with a bump electrode on the electrode pad,
A test step of bringing a test probe into contact with the electrode pad and inspecting electrical characteristics of the semiconductor device;
A bump electrode forming step of performing electrolytic plating on an electrode pad on which a probe mark in which a part of a metal constituting the electrode pad is deformed into an uneven shape by contact with the test probe,
The bump electrode forming step includes a first plating for forming a first plating layer by performing electrolytic plating at a first current density for depositing a plating layer having a uniform film thickness on the electrode pad and the probe trace. And a second step of performing electrolytic plating on the first plating layer at a second current density higher than the first current density to form a second plating layer thicker than the first plating layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a plating step.
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