JP3120566B2 - Method for forming bump electrode in semiconductor device - Google Patents
Method for forming bump electrode in semiconductor deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上にバンプ
電極を形成する方法において、バンプ電極で覆われてい
ないクロム層を除去する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a bump electrode on a semiconductor substrate, and more particularly to a method for removing a chromium layer not covered by the bump electrode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体基板上のバンプ電極は次の
ように形成されている。半導体基板上に形成されたアル
ミニウム配線層の上にパッシベーション膜が形成され、
バンプ電極形成領域のパッシベーション膜が除去され
る。その後、露出したアルミニウム配線層上及びパッシ
ベーション膜上にクロム層、銅層が一様に形成される。
次に、バンプ電極形成領域に窓が形成されたレジストを
マスクとして銅バンプが形成され、その上にハンダ層が
形成される。その後、レジストを除去し、銅層、クロム
層をエッチング除去し、ハンダをリフローさせて、柱状
バンプ電極が形成される。2. Description of the Related Art Conventionally, bump electrodes on a semiconductor substrate are formed as follows. A passivation film is formed on the aluminum wiring layer formed on the semiconductor substrate,
The passivation film in the bump electrode formation region is removed. Thereafter, a chromium layer and a copper layer are uniformly formed on the exposed aluminum wiring layer and the passivation film.
Next, a copper bump is formed using a resist having a window formed in the bump electrode formation region as a mask, and a solder layer is formed thereon. After that, the resist is removed, the copper layer and the chromium layer are removed by etching, and the solder is reflowed to form columnar bump electrodes.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記の銅層、クロム層
のエッチング除去工程において、従来は、塩酸（塩酸：
水＝１：１）、稀硫酸（硫酸：水＝１：９）の電解エッ
チング、セリウムエッチング液（硫酸第２セリウム、ア
ンモニウム、過塩素酸、水）、エンストリップＣＲ−５
（無機塩９５％）、赤血塩・NaOH、超音波による物理剥
離が行われている。しかし、稀硫酸でエッチングする方
法は、クロムの除去が完全ではなく、クロム残渣が残
り、不良品の発生原因となっている。又、セリウムエッ
チング液、塩酸は、共に不動態化したクロムを除去する
ことができないし、セリウムエッチング液、塩酸、赤血
塩・NaOHは、ハンダの溶解が顕著である。又、エンスト
リップＣＲ−５は銅バンプ電極の根元が腐食されるとい
う問題がある。更に、超音波による物理剥離は、バンプ
電極の強度を低下させたり、ハンダ部分を欠落させたり
するという問題がある。In the above-mentioned step of removing the copper layer and the chromium layer by etching, conventionally, hydrochloric acid (hydrochloric acid:
Water = 1: 1), electrolytic etching of dilute sulfuric acid (sulfuric acid: water = 1: 9), cerium etching solution (ceric sulfate, ammonium, perchloric acid, water), Enstrip CR-5
(95% of inorganic salt), red blood salt / NaOH, and physical peeling by ultrasonic waves. However, in the method of etching with dilute sulfuric acid, chromium is not completely removed, and a chromium residue remains, which causes defective products. Further, the cerium etching solution and hydrochloric acid cannot remove passivated chromium, and the cerium etching solution, hydrochloric acid and red blood salt / NaOH dissolve solder remarkably. Enstrip CR-5 has a problem that the root of the copper bump electrode is corroded. Further, physical peeling by ultrasonic waves has a problem that the strength of the bump electrode is reduced or a solder portion is missing.
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、バンプ電極を形成する
時のクロム層の除去工程において、バンプ電極、ハンダ
をエッチングすることなく、クロム層の残渣を完全に除
去することにより、半導体装置の製造歩留りを向上させ
ることである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to remove a chromium layer at the time of forming a bump electrode without etching the bump electrode and solder. An object of the present invention is to improve the production yield of semiconductor devices by completely removing the residue of the chromium layer.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、半導体基板上に形成された配線層にク
ロム（Cr）層及び銅（Cu) 層を順次形成し、レジストを
マスクとしてバンプ電極の形成領域に銅層に接合する銅
から成るバンプ電極を形成し、バンプ電極に覆われてい
ない銅層及びクロム層をエッチング除去してバンプ電極
を半導体基板上に形成する方法において、クロム層をエ
ッチング除去する工程において、不動態化したクロムを
活性化する有機アルカリを含む有機溶剤のエッチング液
でクロム層をエッチング除去することを特徴とする。According to an aspect of the present invention, a chromium (Cr) layer and a copper (Cu) layer are sequentially formed on a wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a resist is masked. In a method of forming a bump electrode made of copper to be bonded to a copper layer in a bump electrode formation region, etching and removing a copper layer and a chromium layer that are not covered by the bump electrode, and forming a bump electrode on a semiconductor substrate, The step of etching and removing the chromium layer is characterized in that the chromium layer is etched away with an etchant of an organic solvent containing an organic alkali for activating the passivated chromium.
【０００６】上記構成の有機アルカリは、モノメチルア
ミン、モノエチルアミン等のアミン化合物が望ましい。
有機溶剤にはテトラエチレングリコール、ジメチルエー
テル等の芳香族炭化水素等を用いることができる。又、
有機溶剤には有機アルカリが１０〜２０wt％含まれてい
ることが望ましく、エッチング温度は６０〜７０℃であ
ることが望ましい。この組成比でこの温度範囲の場合
に、不動態化したクロムを剥離させるのに特に有効であ
る。又、銅バンプ電極、ハンダはエッチングされない。The organic alkali having the above structure is preferably an amine compound such as monomethylamine and monoethylamine.
As the organic solvent, an aromatic hydrocarbon such as tetraethylene glycol and dimethyl ether can be used. or,
The organic solvent preferably contains 10 to 20% by weight of an organic alkali, and the etching temperature is preferably 60 to 70C. This composition ratio is particularly effective for removing passivated chromium in this temperature range. Further, the copper bump electrode and the solder are not etched.
【０００７】エッチング液は、さらに、カルボン酸及び
アルカリ金属塩の少なくとも１種を０．５〜１０wt％含
むことが望ましい。この成分、組成の場合には、さら
に、不動態化したクロムを剥離させるのに特に有効であ
り、銅バンプ電極、ハンダの非エッチング効果も大き
い。It is desirable that the etching solution further contains at least one of a carboxylic acid and an alkali metal salt in an amount of 0.5 to 10% by weight. This component and composition is particularly effective for stripping passivated chromium, and also has a large non-etching effect on copper bump electrodes and solder.
【０００８】又、エッチング液は、さらに、ジエチレン
グリコールモノメチルエーテルを５０wt％含むことが望
ましい。さらに、エッチング液によるエッチングの前
に、アビエチン酸、イソピマール酸又はネオアビエチン
酸の少なくとも１種を２０〜３０wt％含有するアルコー
ルに浸漬し、温度２００〜２５０℃の範囲で熱処理する
ことが望ましい。この前処理により、不動態化したクロ
ムをより活性化させることができ、クロム除去効果が著
しい。It is desirable that the etching solution further contains 50% by weight of diethylene glycol monomethyl ether. Further, it is desirable that before the etching with the etching solution, the substrate is immersed in an alcohol containing at least one of abietic acid, isopimaric acid or neoabietic acid in an amount of 20 to 30% by weight, and heat-treated at a temperature of 200 to 250 ° C. By this pretreatment, the passivated chromium can be more activated, and the chromium removing effect is remarkable.
【０００９】[0009]
【作用及び発明の効果】本発明は、バンプ電極を半導体
基板上に形成する場合のクロム層をエッチング除去する
工程において、不動態化したクロムを活性化する有機ア
ルカリを含む有機溶剤のエッチング液でクロム層をエッ
チング除去することを特徴とする。従って、不動態化し
ているクロムが有機アルカリにより活性化されるため
に、クロム層の完全な除去が可能となる。従って、半導
体装置の製造歩留りが向上した。According to the present invention, in a step of etching and removing a chromium layer when a bump electrode is formed on a semiconductor substrate, an etching solution of an organic solvent containing an organic alkali for activating the passivated chromium is used. The chromium layer is removed by etching. Accordingly, since the passivated chromium is activated by the organic alkali, the chromium layer can be completely removed. Therefore, the manufacturing yield of the semiconductor device has been improved.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて
説明する。第１実施例 図１、図２は半導体基板上にバンプ電極を形成する工程
を示している。（１）に示すように、シリコン基板１に
不純物拡散により素子層２が形成される。その上にアル
ミニウムから成る配線層３が形成される。次に、（２）
に示すように、SiO2から成るパッシベーション膜４が形
成され、バンプ電極形成領域のパッシベーション膜４が
エッチング除去されて窓２０が形成される。次に、
（３）に示すように、クロム（Cr) が蒸着されてクロム
層５がパッシベーション膜４上及び露出している配線層
３上に形成される。次に、銅（Cu）が蒸着されて、銅層
６がクロム層５に一様に形成される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to a specific embodiment. First Embodiment FIGS. 1 and 2 show a process of forming a bump electrode on a semiconductor substrate. As shown in (1), an element layer 2 is formed in a silicon substrate 1 by impurity diffusion. A wiring layer 3 made of aluminum is formed thereon. Next, (2)
As shown in FIG. 5, a passivation film 4 made of SiO 2 is formed, and the passivation film 4 in a bump electrode formation region is etched away to form a window 20. next,
As shown in (3), chromium (Cr) is deposited to form a chromium layer 5 on the passivation film 4 and on the exposed wiring layer 3. Next, copper (Cu) is deposited, and a copper layer 6 is uniformly formed on the chromium layer 5.
【００１１】次に、図２の（４）に示すように、銅層６
上にアクリル系(PMMA)系のフィルムレジスト７が積層さ
れる。次に、バンプ電極形成領域のレジストを除去する
ために、レジスト７は所定パターンにアライナーにより
露光され、現像液により現像される。現像液はフィルム
レジスト７が溶剤タイプのものならば、１−１−１トリ
クロロエタン、アルカリ現像タイプのものならば、１％
炭酸ナトリウム溶液が使用できる。これにより、図２の
（５）に示すように、レジスト７においてバンプ電極形
成領域に窓２１が形成される。さらに、窓２１にＯ2 ア
ッシング処理が施されることにより、窓２１の直径が最
適化される。Next, as shown in FIG.
An acrylic (PMMA) -based film resist 7 is laminated thereon. Next, in order to remove the resist in the bump electrode formation region, the resist 7 is exposed to a predetermined pattern by an aligner and developed by a developer. The developer is 1-1-1 trichloroethane if the film resist 7 is of a solvent type, and 1% if the film resist 7 is of an alkali developing type.
Sodium carbonate solution can be used. Thereby, as shown in (5) of FIG. 2, the window 21 is formed in the bump electrode formation region in the resist 7. Further, the diameter of the window 21 is optimized by performing the O 2 ashing process on the window 21.
【００１２】次に、窓２１は銅メッキが施され、その後
直ちにハンダメッキが施される。これにより銅バンプ電
極８、ハンダ層９が形成される。その後、図２の（７）
に示すように、フィルムレジスト７が剥離液により除去
される。この剥離液は、溶剤現像タイプのレジストの場
合には、塩化メチレン、アルカリ現像タイプのレジスト
の場合には、１％水酸化カリウム溶液が使用できる。Next, the window 21 is plated with copper, and immediately thereafter is plated with solder. Thus, a copper bump electrode 8 and a solder layer 9 are formed. Then, (7) in FIG.
As shown in FIG. 7, the film resist 7 is removed by the stripper. As the stripping solution, methylene chloride can be used in the case of a solvent development type resist, and a 1% potassium hydroxide solution can be used in the case of an alkali development type resist.
【００１３】次に、銅層６の銅バンプ電極８で覆われて
いない部分が銅エッチング液（Ａ−プロセス）でエッチ
ングされる。Next, portions of the copper layer 6 not covered with the copper bump electrodes 8 are etched with a copper etchant (A-process).
【００１４】次に、クロム層５の銅バンプ電極８で覆わ
れていない部分が次の有機溶剤によりエッチングされ
る。ジエチレングリコールモノメチルエーテル５０wt
％、芳香族炭化水素４０wt％、モノメタノールアミン１
０wt％の混合有機溶剤を６５℃に加熱して、その溶剤に
上記構成のシリコン基板１を６０分間浸漬して露出して
いるクロム層５をエッチング除去した。その後、シリコ
ン基板１をアルコールで置換し、最後に、流水により洗
浄する。その後、図２の（８）に示すように、ハンダ層
９をリフローさせてバンプ電極を形成した。Next, a portion of the chromium layer 5 which is not covered with the copper bump electrode 8 is etched by the following organic solvent. Diethylene glycol monomethyl ether 50wt
%, Aromatic hydrocarbon 40wt%, monomethanolamine 1
The mixed organic solvent of 0 wt% was heated to 65 ° C., and the silicon substrate 1 having the above configuration was immersed in the solvent for 60 minutes to remove the exposed chromium layer 5 by etching. After that, the silicon substrate 1 is replaced with alcohol, and finally, the substrate is washed with running water. Thereafter, as shown in (8) of FIG. 2, the solder layer 9 was reflowed to form a bump electrode.
【００１５】上記の工程により、銅バンプ電極８で覆わ
れていないクロム層５は、完全に除去された。即ち、従
来の塩酸でエッチングした場合には、図３の顕微鏡写真
に示すようにクロムの残渣が付着して除去できなかった
が、上記有機溶剤でエッチングした場合には図４の顕微
鏡写真に示すように不動態化したクロムを完全に除去す
ることができた。Through the above steps, the chromium layer 5 not covered with the copper bump electrode 8 was completely removed. That is, when etched with conventional hydrochloric acid, the chromium residue adhered and could not be removed as shown in the micrograph of FIG. 3, but when etched with the above organic solvent, it was shown in the micrograph of FIG. Thus, the passivated chromium could be completely removed.
【００１６】このクロム層５のエッチングにおける反応
は次のように考えられる。The reaction in the etching of the chromium layer 5 is considered as follows.
【化１】 H2CrO4＋4(R-NH2)→R2[(Cr2O4)2-(NH2)4 2+] ＋2RH この反応により不動態化したクロムをエッチング除去す
ることが可能である。[Image Omitted] H 2 CrO 4 +4 (R-NH 2 ) → R 2 [(Cr 2 O 4 ) 2- (NH 2 ) 4 2+ ] + 2RH The chromium passivated by this reaction can be removed by etching. It is possible.
【００１７】次に、図５に示すように、エッチング時間
とハンダ層９の組成変化を測定した。Snの組成比はエッ
チング時間にかかわらずほとんど変化していないのが理
解される。これによりハンダは上記有機溶剤によっては
エッチングされない。Next, as shown in FIG. 5, the etching time and the composition change of the solder layer 9 were measured. It is understood that the composition ratio of Sn hardly changes regardless of the etching time. Thus, the solder is not etched by the organic solvent.
【００１８】又、図６に示すように、エッチング時間を
変化させて、銅バンプ電極８の直径を測定した。銅バン
プ電極８の直径は、エッチング時間にかかわらずほとん
ど変化していないのが理解される。これにより銅バンプ
電極８は上記有機溶剤によってはエッチングされない。Further, as shown in FIG. 6, the diameter of the copper bump electrode 8 was measured while changing the etching time. It is understood that the diameter of the copper bump electrode 8 hardly changes regardless of the etching time. Thus, the copper bump electrode 8 is not etched by the organic solvent.
【００１９】第２実施例 図２の（７）に示す銅層６をエッチングした後のクロム
層５のエッチング工程を次の有機溶剤によって行った。
カルボン酸（ギ酸、酢酸、安息香酸等）及びそのアルカ
リ金属塩を０．５〜１０wt％、有機アルカリ（モノメタ
ノールアミン、モノエタノールアミン等）を１０〜２０
wt％、芳香族酸化水素（テトラエチレングリコールジメ
チルエーテル）を７０〜８０wt％含む溶液で、組成比を
変化させた各エッチング液を作成した。このエッチング
液を６０〜７０℃の範囲に保ち、６０分間エンチング処
理した。この後、メタノールで置換し、最後に水洗し
た。いずれのエッチング液も第１実施例と同様に不動態
化したクロムを完全にエッチング除去することができ
た。又、銅バンプ電極及びハンダのエンチングは見られ
なかった。 Second Embodiment The etching step of the chromium layer 5 after the etching of the copper layer 6 shown in FIG. 2 (7) was performed using the following organic solvent.
Carboxylic acid (formic acid, acetic acid, benzoic acid, etc.) and its alkali metal salt are 0.5 to 10% by weight, and organic alkali (monomethanolamine, monoethanolamine, etc.) is 10 to 20%.
Each etching solution having a different composition ratio was prepared from a solution containing 70% to 80% by weight of aromatic hydrogen oxide (tetraethylene glycol dimethyl ether) by weight. This etching solution was maintained at a temperature in the range of 60 to 70 ° C., and was subjected to an etching treatment for 60 minutes. After that, it was replaced with methanol and finally washed with water. In each case, passivated chromium could be completely removed by etching in the same manner as in the first embodiment. In addition, enching of the copper bump electrode and the solder was not observed.
【００２０】第３実施例 図２の（７）に示す銅層６をエッチングした後のクロム
層５のエッチング工程を次の有機溶剤によって行った。
２００〜２５０℃の範囲で加熱されたアビエチン酸を２
０〜３０wt％含有するアルコール（エタノール等）にシ
リコン基板１を５分間浸漬した。その後、トリエタンで
洗浄した。その後、有機アルカリ、特に、アミン化合物
（モノメチルアミン、モノエチルアミン等）を１０〜２
０wt％含む有機溶剤（芳香族炭化水素等）の各組成比の
エンチング液、及び第２実施例における各組成比のエッ
チング液を作成して、６０〜７０℃で６０分間エッチン
グ処理した。この後、メタノールで置換し、最後に水洗
した。いずれのエッチング液も第１実施例と同様に不動
態化したクロムを完全にエッチング除去することができ
た。又、銅バンプ電極及びハンダのエンチングは見られ
なかった。 Third Embodiment The etching step of the chromium layer 5 after the etching of the copper layer 6 shown in FIG. 2 (7) was performed using the following organic solvent.
Abietic acid heated in the range of 200 to 250 ° C.
The silicon substrate 1 was immersed in an alcohol (ethanol or the like) containing 0 to 30 wt% for 5 minutes. Then, it was washed with triethane. Thereafter, an organic alkali, particularly, an amine compound (monomethylamine, monoethylamine, etc.) is added to 10-2.
An etching solution of each composition ratio of an organic solvent (such as an aromatic hydrocarbon) containing 0 wt% and an etching solution of each composition ratio in the second embodiment were prepared, and were subjected to an etching treatment at 60 to 70 ° C. for 60 minutes. After that, it was replaced with methanol and finally washed with water. In each case, passivated chromium could be completely removed by etching in the same manner as in the first embodiment. In addition, enching of the copper bump electrode and the solder was not observed.
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るバンプ電極形
成工程を示した説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing a bump electrode forming step according to a specific example of the present invention.
【図２】本発明の具体的な一実施例に係るバンプ電極形
成工程を示した説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a bump electrode forming step according to a specific example of the present invention.
【図３】従来のエッチング液によりクロム層をエッチン
グした場合の表面状態を示した顕微鏡写真。FIG. 3 is a micrograph showing a surface state when a chromium layer is etched by a conventional etching solution.
【図４】第１実施例におけるエッチング液によりクロム
層をエッチングした場合の表面状態を示した顕微鏡写
真。FIG. 4 is a micrograph showing a surface state when a chromium layer is etched by an etching solution in the first embodiment.
【図５】第１実施例におけるエッチング液によるハンダ
層のエッチング状態を測定した測定図。FIG. 5 is a measurement diagram illustrating a state of etching a solder layer with an etching solution in the first embodiment.
【図６】第１実施例におけるエッチング液による銅バン
プ電極のエッチング状態を測定した測定図。FIG. 6 is a measurement diagram showing the state of etching of the copper bump electrode by the etching solution in the first embodiment.
１…シリコン基板 ２…素子層 ３…配線層 ４…パッシベーション膜 ５…クロム層 ６…銅層 ８…バンプ電極 REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 element layer 3 wiring layer 4 passivation film 5 chromium layer 6 copper layer 8 bump electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/60
Claims (6)
ム（Cr）層及び銅（Cu) 層を順次を形成し、レジストを
マスクとしてバンプ電極の形成領域に前記銅層に接合す
る銅から成るバンプ電極を形成し、前記バンプ電極に覆
われていない前記銅層及び前記クロム層をエッチング除
去してバンプ電極を半導体基板上に形成する方法におい
て、 前記クロム層をエッチング除去する工程において、不動
態化したクロムを活性化する有機アルカリを含む有機溶
剤のエッチング液で前記クロム層をエッチング除去する
ことを特徴とするバンプ電極形成方法。A chromium (Cr) layer and a copper (Cu) layer are sequentially formed on a wiring layer formed on a semiconductor substrate. Forming a bump electrode on a semiconductor substrate by etching and removing the copper layer and the chromium layer that are not covered by the bump electrode. A method for forming a bump electrode, characterized in that said chromium layer is etched away with an etching solution of an organic solvent containing an organic alkali for activating activated chromium.
ン、モノエチルアミン等のアミン化合物であり、前記有
機溶剤には前記有機アルカリが１０〜２０wt％含まれて
いることを特徴とする請求項１に記載のバンプ電極形成
方法。2. The organic alkali according to claim 1, wherein the organic alkali is an amine compound such as monomethylamine or monoethylamine, and the organic solvent contains 10 to 20 wt% of the organic alkali. Bump electrode forming method.
によって前記クロム層をエッチング除去することを特徴
とする請求項２に記載のバンプ電極形成方法。3. The bump electrode forming method according to claim 2, wherein said chromium layer is removed by etching with said organic solvent at a temperature of 60 to 70 ° C.
酸及びアルカリ金属塩の少なくとも１種を０．５〜１０
wt％含むことを特徴とする請求項１に記載のバンプ電極
形成方法。4. The etching solution further comprises at least one of a carboxylic acid and an alkali metal salt in an amount of 0.5 to 10%.
The bump electrode forming method according to claim 1, wherein the content is wt%.
ングリコールモノメチルエーテルを５０wt％含むことを
特徴とする請求項１に記載のバンプ電極形成方法。5. The method according to claim 1, wherein the etching solution further contains 50% by weight of diethylene glycol monomethyl ether.
に、アビエチン酸、イソピマール酸又はネオアビエチン
酸の少なくとも１種を２０〜３０wt％含有するアルコー
ルに浸漬し、温度２００〜２５０℃の範囲で熱処理する
ことを特徴とする請求項１に記載のバンプ電極形成方
法。6. Before the etching with the etching solution, immersing in an alcohol containing at least one of abietic acid, isopimaric acid or neoabietic acid in an amount of 20 to 30% by weight, and performing heat treatment at a temperature of 200 to 250 ° C. The method for forming a bump electrode according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04146398A JP3120566B2 (en) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | Method for forming bump electrode in semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04146398A JP3120566B2 (en) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | Method for forming bump electrode in semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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