JP3335883B2 - バンプ電極の製造方法 - Google Patents
バンプ電極の製造方法Info
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に回路配線基板
上にフリップチップ実装する半導体チップのボンディン
グパッド上に形成されるバンプ電極の製造方法に関す
る。
上にフリップチップ実装する半導体チップのボンディン
グパッド上に形成されるバンプ電極の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】近年、電子機器の小型化・高速化・高機能
化が進み、半導体チップの実装方法にも高速／高密度実
装の開発が要求されている。この要求に応える方法とし
て、半導体チップ上にバンプ電極を形成するフリップチ
ップ実装が挙げられる。
化が進み、半導体チップの実装方法にも高速／高密度実
装の開発が要求されている。この要求に応える方法とし
て、半導体チップ上にバンプ電極を形成するフリップチ
ップ実装が挙げられる。
【０００３】フリップチップ実装方式で用いられるバン
プ電極は、半導体チップのボンディングパッドに直接形
成すると、異種金属間の拡散進行に伴い不安定な合金層
を形成し接続信頼性に問題を生じる場合がある。そこ
で、バンプとボンディングパッドの間に、拡散防止層と
してバリアメタル層を形成するのが一般的である。バリ
アメタル層は、通常複数の層からなり、拡散防止層とし
て用いられる他、バンプ電極用金属との濡れ性や密着性
を良好にする下地層としても利用される。
プ電極は、半導体チップのボンディングパッドに直接形
成すると、異種金属間の拡散進行に伴い不安定な合金層
を形成し接続信頼性に問題を生じる場合がある。そこ
で、バンプとボンディングパッドの間に、拡散防止層と
してバリアメタル層を形成するのが一般的である。バリ
アメタル層は、通常複数の層からなり、拡散防止層とし
て用いられる他、バンプ電極用金属との濡れ性や密着性
を良好にする下地層としても利用される。
【０００４】バリアメタル層は、ボンディングパッドが
形成された半導体素子基板上に積層される。積層された
バリアメタル層をカソードメタルとし、フォトレジスト
をマスクとして、バリアメタル層の上に所定のパターン
のバンプ電極が形成される。
形成された半導体素子基板上に積層される。積層された
バリアメタル層をカソードメタルとし、フォトレジスト
をマスクとして、バリアメタル層の上に所定のパターン
のバンプ電極が形成される。
【０００５】このようにバリアメタル層は、バンプ電極
形成時に、めっき電極としても作用するため、バンプ高
さ均一性に影響を与える。半導体ウエハ全面にカソード
メタルとしてバリアメタルを形成した場合には、めっき
膜厚分布のばらつきが小さくバンプ電極を均一に制御す
ることが可能となる。これは、カソードメタルを部分的
に形成するよりも、ウエハ全面に形成した方がカソード
抵抗を小さくすることができることよる。
形成時に、めっき電極としても作用するため、バンプ高
さ均一性に影響を与える。半導体ウエハ全面にカソード
メタルとしてバリアメタルを形成した場合には、めっき
膜厚分布のばらつきが小さくバンプ電極を均一に制御す
ることが可能となる。これは、カソードメタルを部分的
に形成するよりも、ウエハ全面に形成した方がカソード
抵抗を小さくすることができることよる。
【０００６】余分なバリアメタル層は、バンプ電極形成
後、得られたバンプ電極をマスクとし、エッチング液を
用いてエッチングを行なうことにより除去される。しか
しながら、従来用いられているエッチング液は、バリア
メタル層中にニッケルを用い、バンプ電極材料として例
えば鉛スズ合金等のはんだを用いた場合、はんだを構成
する錫と、バリアメタルを構成するニッケルとのエッチ
ング選択性が低いため、バンプ電極をマスクとしてバリ
アメタル層をエッチングした場合、はんだに対するエッ
チングダメージが大きく、バリアメタルのみを選択的に
エッチングすることは困難であった。バンプのエッチン
グダメージが大きい場合には、はんだが虫食い的に腐食
され、エッチングによるバンプ電極の寸法ばらつきが大
きくなり、さらには、はんだを構成する金属の組成が変
動するという問題が生じていた。
後、得られたバンプ電極をマスクとし、エッチング液を
用いてエッチングを行なうことにより除去される。しか
しながら、従来用いられているエッチング液は、バリア
メタル層中にニッケルを用い、バンプ電極材料として例
えば鉛スズ合金等のはんだを用いた場合、はんだを構成
する錫と、バリアメタルを構成するニッケルとのエッチ
ング選択性が低いため、バンプ電極をマスクとしてバリ
アメタル層をエッチングした場合、はんだに対するエッ
チングダメージが大きく、バリアメタルのみを選択的に
エッチングすることは困難であった。バンプのエッチン
グダメージが大きい場合には、はんだが虫食い的に腐食
され、エッチングによるバンプ電極の寸法ばらつきが大
きくなり、さらには、はんだを構成する金属の組成が変
動するという問題が生じていた。
【０００７】この問題を解決するために、例えば特開昭
６３−２２７０４０号公報に開示されているように、マ
スクとなるバンプ電極に、予めレジスト等を被覆形成し
てエッチング液から保護するという方法が用いられてい
るが、工程数やレジスト等の部材数が増加し、コスト高
を招くものであった。
６３−２２７０４０号公報に開示されているように、マ
スクとなるバンプ電極に、予めレジスト等を被覆形成し
てエッチング液から保護するという方法が用いられてい
るが、工程数やレジスト等の部材数が増加し、コスト高
を招くものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたもので、バンプ電極をマスクとしてバリ
アメタル層をエッチングする際に、バンプ電極を腐食せ
ずにバリアメタルのみをエッチングする技術を提供する
ことを目的とする。
鑑みてなされたもので、バンプ電極をマスクとしてバリ
アメタル層をエッチングする際に、バンプ電極を腐食せ
ずにバリアメタルのみをエッチングする技術を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ボンディング
パッドを有する基板上に、バリアメタル層を形成する工
程、該バリアメタル層上に、フォトレジストをマスクと
してバンプ電極層を形成する工程、及び塩酸、硝酸、及
び酢酸を含み、その混合体積比が、酢酸＞硝酸＞塩酸で
表される関係を満足するエッチング液を用いて、前記バ
リアメタル層を選択的にエッチングする工程を含むバン
プ電極の製造方法を提供する。
パッドを有する基板上に、バリアメタル層を形成する工
程、該バリアメタル層上に、フォトレジストをマスクと
してバンプ電極層を形成する工程、及び塩酸、硝酸、及
び酢酸を含み、その混合体積比が、酢酸＞硝酸＞塩酸で
表される関係を満足するエッチング液を用いて、前記バ
リアメタル層を選択的にエッチングする工程を含むバン
プ電極の製造方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のバンプ電極の製造方法
は、ボンディングパッドを有する基板上に、バリアメタ
ル層を形成する工程、該バリアメタル層上に、フォトレ
ジストをマスクとしてバンプ電極層を形成する工程、及
び前記バリアメタル層及びバンプ電極層に化学エッチン
グ液を適用し、前記バンプ電極層を不動態化することに
より、前記バリアメタル層を選択的にエッチングする工
程を含む。
は、ボンディングパッドを有する基板上に、バリアメタ
ル層を形成する工程、該バリアメタル層上に、フォトレ
ジストをマスクとしてバンプ電極層を形成する工程、及
び前記バリアメタル層及びバンプ電極層に化学エッチン
グ液を適用し、前記バンプ電極層を不動態化することに
より、前記バリアメタル層を選択的にエッチングする工
程を含む。
【００１２】ここで、不動態化とは、金属がイオン化す
ることを防止することをいう。使用される化学エッチン
グ液は、塩酸、硝酸、及び酢酸を含み、その混合体積比
が、酢酸＞硝酸＞塩酸で表される関係を満足することが
好ましい。
ることを防止することをいう。使用される化学エッチン
グ液は、塩酸、硝酸、及び酢酸を含み、その混合体積比
が、酢酸＞硝酸＞塩酸で表される関係を満足することが
好ましい。
【００１３】また、バンプ電極層は鉛スズ合金から実質
的になり、前記バリアメタル層はニッケルを主成分とす
ることが好ましい。本発明の方法を用いると、バンプ電
極層を不動態化することによりバリアメタル層を選択的
にエッチングすることができるので、従来のように、バ
リアメタルのエッチングの際にはんだバンプにダメージ
が生じることがなくなる。これにより、バンプ電極の寸
法ばらつきを防止し、バンプ高さ均一性を向上させるこ
とができる。また、バンプ電極に求められる微細ピッチ
化と素子を含めたエリアバンプ化を可能にすることがで
きる。このように、本発明によれば、近年の多Ｉ／Ｏ端
子の要求を満足するフリップチップ実装を行なうことが
できる。
的になり、前記バリアメタル層はニッケルを主成分とす
ることが好ましい。本発明の方法を用いると、バンプ電
極層を不動態化することによりバリアメタル層を選択的
にエッチングすることができるので、従来のように、バ
リアメタルのエッチングの際にはんだバンプにダメージ
が生じることがなくなる。これにより、バンプ電極の寸
法ばらつきを防止し、バンプ高さ均一性を向上させるこ
とができる。また、バンプ電極に求められる微細ピッチ
化と素子を含めたエリアバンプ化を可能にすることがで
きる。このように、本発明によれば、近年の多Ｉ／Ｏ端
子の要求を満足するフリップチップ実装を行なうことが
できる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照し、本発明を具体的に説明
する。図１は、本発明に係るバンプ電極の基本的構造を
示す断面構成図である。図１に示すように、このバンプ
電極１２は、半導体チップ１１に設けられたボンディン
グパッド１７上に、バリアメタル層１３、１４、１５を
介して形成される。バリアメタル層１３、１４、１５と
しては、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｗ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃ
ｒ，及びＴｉ等から選択される少なくとも１種の金属を
含む層を用いることができる。また、バンプ電極材料と
しては、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、及びＧ
ｅから選択される少なくとも１種の金属、好ましくはそ
れら２種以上の合金を用いることができる。
する。図１は、本発明に係るバンプ電極の基本的構造を
示す断面構成図である。図１に示すように、このバンプ
電極１２は、半導体チップ１１に設けられたボンディン
グパッド１７上に、バリアメタル層１３、１４、１５を
介して形成される。バリアメタル層１３、１４、１５と
しては、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｗ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃ
ｒ，及びＴｉ等から選択される少なくとも１種の金属を
含む層を用いることができる。また、バンプ電極材料と
しては、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、及びＧ
ｅから選択される少なくとも１種の金属、好ましくはそ
れら２種以上の合金を用いることができる。
【００１５】本発明の製造方法を用いて得られた半導体
装置の概略断面図を、図２に示す。図２に示すように、
この装置は、半導体チップ１１、半導体チップ１上に設
けられたボンディングパッド１７、ボンディングパッド
１７上に本発明の方法により設けられたバリアメタル層
２５、及びバリアメタル層２５上に本発明の方法により
設けられたバンプ電極１２とからなる構造体と、その表
面に接続電極２３と接続電極２３以外の領域を覆う絶縁
膜２２が設けられた回路配線基板２１とを接合した構成
を有する。接合部では、バンプ電極１２が、接続電極２
３に接合されている。図２に示す半導体装置では、バリ
アメタル層２５は、例えばＮｉ（ニッケル）からなり、
バンプ電極２４の材料は例えばＳｎＰｂ（錫鉛）を含有
するはんだ合金からなる。
装置の概略断面図を、図２に示す。図２に示すように、
この装置は、半導体チップ１１、半導体チップ１上に設
けられたボンディングパッド１７、ボンディングパッド
１７上に本発明の方法により設けられたバリアメタル層
２５、及びバリアメタル層２５上に本発明の方法により
設けられたバンプ電極１２とからなる構造体と、その表
面に接続電極２３と接続電極２３以外の領域を覆う絶縁
膜２２が設けられた回路配線基板２１とを接合した構成
を有する。接合部では、バンプ電極１２が、接続電極２
３に接合されている。図２に示す半導体装置では、バリ
アメタル層２５は、例えばＮｉ（ニッケル）からなり、
バンプ電極２４の材料は例えばＳｎＰｂ（錫鉛）を含有
するはんだ合金からなる。
【００１６】次に、本発明のバンプ電極の製造方法の一
例について図３ないし図１０を用いて説明する。図３に
示すように、先ず、半導体チップ１１上にボンディング
パッド１７が形成され、ボンディングパッド１７の一部
分を除いて例えばＰＳＧ（リン・シリカ・ガラス）また
はＳｉＮ（窒化シリコン）等から構成されるパッシベー
ション膜１６が形成されている例えばシリコン製のウエ
ハ８１を用意し、このシリコンウエハ８１上に、バリア
メタル層２５の１つとして例えばチタン（Ｔｉ）膜１３
をシリコンウエハ８１全面に蒸着する。（Ｔｉ＝０．１
μｍ）このＴｉ膜１３は、バンプ電極を電気メッキで形
成する場合のカソードメタルとして用いられる。更に、
このＴｉ膜１３は、バンプ電極を電気メッキで形成後、
不要部分をエッチングすることで、最終的に、バンプ電
極のバリアメタル層となる。
例について図３ないし図１０を用いて説明する。図３に
示すように、先ず、半導体チップ１１上にボンディング
パッド１７が形成され、ボンディングパッド１７の一部
分を除いて例えばＰＳＧ（リン・シリカ・ガラス）また
はＳｉＮ（窒化シリコン）等から構成されるパッシベー
ション膜１６が形成されている例えばシリコン製のウエ
ハ８１を用意し、このシリコンウエハ８１上に、バリア
メタル層２５の１つとして例えばチタン（Ｔｉ）膜１３
をシリコンウエハ８１全面に蒸着する。（Ｔｉ＝０．１
μｍ）このＴｉ膜１３は、バンプ電極を電気メッキで形
成する場合のカソードメタルとして用いられる。更に、
このＴｉ膜１３は、バンプ電極を電気メッキで形成後、
不要部分をエッチングすることで、最終的に、バンプ電
極のバリアメタル層となる。
【００１７】次いで、図４に示すように、Ｔｉ膜１３が
蒸着されたシリコンウエハ１１上に、厚膜レジストＡＺ
４９０３（ヘキストジャパン社製）をスピンコートし
て、膜厚が１００μｍ厚のレジスト層９２を形成する。
このレジスト層９２には、露光／現像により、９０μｍ
平方の開口寸法を有するボンディングパッド１７よりも
一辺が５μｍずつ大きい寸法を有する１００μｍの開口
部を形成する。
蒸着されたシリコンウエハ１１上に、厚膜レジストＡＺ
４９０３（ヘキストジャパン社製）をスピンコートし
て、膜厚が１００μｍ厚のレジスト層９２を形成する。
このレジスト層９２には、露光／現像により、９０μｍ
平方の開口寸法を有するボンディングパッド１７よりも
一辺が５μｍずつ大きい寸法を有する１００μｍの開口
部を形成する。
【００１８】露光は、レジスト層の厚みが厚くても充分
な量の露光エネルギーを照射して行なわれ、また、現像
はＡＺ４００Ｋデベロッパー（へキストジャパン社製）
により行われる。薄膜金属と接する部分のレジスト膜の
壁面角度調整は、例えば１３ｔｈ ＩＥＭＴ Ｓｙｍ
ｐ．ｐｐ２０８，１９９２に記載されているような既知
の方法で行なわれ、露光エネルギー、レジスト面とガラ
スマスクとの距離、及び現像液の濃度を調整することに
より制御する。
な量の露光エネルギーを照射して行なわれ、また、現像
はＡＺ４００Ｋデベロッパー（へキストジャパン社製）
により行われる。薄膜金属と接する部分のレジスト膜の
壁面角度調整は、例えば１３ｔｈ ＩＥＭＴ Ｓｙｍ
ｐ．ｐｐ２０８，１９９２に記載されているような既知
の方法で行なわれ、露光エネルギー、レジスト面とガラ
スマスクとの距離、及び現像液の濃度を調整することに
より制御する。
【００１９】このようにして、レジスト膜９２が開口形
成されているシリコンウエハ８１を硫酸銅メッキ液に浸
漬し、浴温度２５℃でＴｉ膜１３を陰極として、リン含
有（０．０３〜０．０８重量％）高純度銅板を陽極とし
て、電流密度１〜５（Ａ／ｄｍ２）で緩やかに攪拌しな
がら、図４に示すように、Ｔｉ１３膜上に銅層１０１を
３５μｍ電気メッキする。
成されているシリコンウエハ８１を硫酸銅メッキ液に浸
漬し、浴温度２５℃でＴｉ膜１３を陰極として、リン含
有（０．０３〜０．０８重量％）高純度銅板を陽極とし
て、電流密度１〜５（Ａ／ｄｍ２）で緩やかに攪拌しな
がら、図４に示すように、Ｔｉ１３膜上に銅層１０１を
３５μｍ電気メッキする。
【００２０】このとき形成する銅層１０１は必ずしも３
５μｍ厚にメッキする必要はなく、必要に応じて膜厚は
任意に設定できる。また、Ｔｉ膜１３上に形成する場合
の銅は必ずしもメッキ法である必要はなく、公知の技術
であるＥＢ蒸着法、スパッタ法を用いて、所定の膜厚を
有するＣｕを形成しても何ら問題はない。
５μｍ厚にメッキする必要はなく、必要に応じて膜厚は
任意に設定できる。また、Ｔｉ膜１３上に形成する場合
の銅は必ずしもメッキ法である必要はなく、公知の技術
であるＥＢ蒸着法、スパッタ法を用いて、所定の膜厚を
有するＣｕを形成しても何ら問題はない。
【００２１】さらに電気メッキを行なうためのレジスト
として形成したＡＺ４９０３からなるレジスト層９２
を、アセトンに浸漬し、図５に示すように、剥離除去す
る。このとき剥離液として例えばＡＺリムーバー（へキ
ストジャパン社製）を用いることも可能である。
として形成したＡＺ４９０３からなるレジスト層９２
を、アセトンに浸漬し、図５に示すように、剥離除去す
る。このとき剥離液として例えばＡＺリムーバー（へキ
ストジャパン社製）を用いることも可能である。
【００２２】その後、銅層１０１及びＴｉ膜１３上に、
ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、分子線蒸着法、スパッタ
法、電解メッキ法、無電解メッキ法等により、ニッケル
層を０．３μｍ、パラジウム層を０．０５μｍ各々積層
する。
ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、分子線蒸着法、スパッタ
法、電解メッキ法、無電解メッキ法等により、ニッケル
層を０．３μｍ、パラジウム層を０．０５μｍ各々積層
する。
【００２３】さらに、上記と同様の方法を用いてメッキ
レジストＡＺ４９０３を用いて、図６に示すように、１
００μｍ厚のレジスト膜１２２を形成し、予め形成され
た銅突起よりも２μｍ幅広い開口寸法でパターンニング
する。
レジストＡＺ４９０３を用いて、図６に示すように、１
００μｍ厚のレジスト膜１２２を形成し、予め形成され
た銅突起よりも２μｍ幅広い開口寸法でパターンニング
する。
【００２４】次いで、メッキ浴を下記に記載するスルホ
ン酸はんだメッキ液に変えて、Ｐｄ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ
膜を陰極として、電気銅メッキの場合と同様に、メッキ
液に対応する組成の、例えば高純度共晶ハンダ液を陽極
として、電気メッキを行う。スルホン酸はんだメッキ液
の組成 錫イオン（Ｓｎ２＋） １２ 体積％ 鉛イオン（Ｐｂ２＋） ３０ 体積％ 脂肪族スルホン酸 ４１ 体積％ ノニオン系界面活性剤 ５ 体積％ カチオン系界面活性剤 ５ 体積％ イソプロピルアルコール ７ 体積％ 電流密度は１〜４（Ａ／ｄｍ2 ）とし、浴温度２５℃で
緩やかに攪拌しながら、はんだ組成（Ｐｂ／Ｓｎ比）が
共晶組成にほぼ等しい、あるいはＰｂ側またはＳｎ側に
わずかに移行した組成のハンダ合金層１２を、図７に示
すように、銅層１０１上に６５μｍ析出させる。
ン酸はんだメッキ液に変えて、Ｐｄ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ
膜を陰極として、電気銅メッキの場合と同様に、メッキ
液に対応する組成の、例えば高純度共晶ハンダ液を陽極
として、電気メッキを行う。スルホン酸はんだメッキ液
の組成 錫イオン（Ｓｎ２＋） １２ 体積％ 鉛イオン（Ｐｂ２＋） ３０ 体積％ 脂肪族スルホン酸 ４１ 体積％ ノニオン系界面活性剤 ５ 体積％ カチオン系界面活性剤 ５ 体積％ イソプロピルアルコール ７ 体積％ 電流密度は１〜４（Ａ／ｄｍ2 ）とし、浴温度２５℃で
緩やかに攪拌しながら、はんだ組成（Ｐｂ／Ｓｎ比）が
共晶組成にほぼ等しい、あるいはＰｂ側またはＳｎ側に
わずかに移行した組成のハンダ合金層１２を、図７に示
すように、銅層１０１上に６５μｍ析出させる。
【００２５】こうしてバンプ電極材料であるはんだ合金
層１２がボンディングパッド１７上に連続的にメッキ形
成される。次いで、図８に示すように、ウエハ１１上の
レジストＡＺ４９０３ １２２をアセトンを用いて除去
する。
層１２がボンディングパッド１７上に連続的にメッキ形
成される。次いで、図８に示すように、ウエハ１１上の
レジストＡＺ４９０３ １２２をアセトンを用いて除去
する。
【００２６】次いで、塩酸混合比２パーセント以下、硝
酸混合比１３パーセント以下、酢酸混合比８５パーセン
ト以上の混合溶液をエッチング液として用いて、パラジ
ウム層１３、ニッケル層１４を同時にエッチング除去す
る。さらに、アンモニア、エチレンジアミン４酢酸、過
酸化水素水から構成される混合溶液で、チタン層１３の
不要部分をエッチング除去し、図９に示すような、柱状
のバンプ電極１２を有する半導体チップを得る。
酸混合比１３パーセント以下、酢酸混合比８５パーセン
ト以上の混合溶液をエッチング液として用いて、パラジ
ウム層１３、ニッケル層１４を同時にエッチング除去す
る。さらに、アンモニア、エチレンジアミン４酢酸、過
酸化水素水から構成される混合溶液で、チタン層１３の
不要部分をエッチング除去し、図９に示すような、柱状
のバンプ電極１２を有する半導体チップを得る。
【００２７】得られた柱状のバンプ電極１２をリフロー
することにより、図１０に示すような球状のバンプ電極
１２を有する半導体チップが得られる。得られたバンプ
電極のバンプ径は１００μｍ角であり、はんだ組成は鉛
３７％／錫６３％の共晶組成であった。
することにより、図１０に示すような球状のバンプ電極
１２を有する半導体チップが得られる。得られたバンプ
電極のバンプ径は１００μｍ角であり、はんだ組成は鉛
３７％／錫６３％の共晶組成であった。
【００２８】ここで、バリアメタル層に用いられるニッ
ケルのエッチングについて説明する。はじめに、塩酸、
硝酸２成分系（王水系）エッチング液を用いて、ニッケ
ル、錫、鉛のエッチング速度を求め、ニッケルと錫、ニ
ッケルと鉛のエッチング選択比を次式で定義することで
求めた。 選択比（ニッケル／錫）＝ニッケルエッチング速度／錫
エッチング速度 選択比（ニッケル／鉛）＝ニッケルエッチング速度／鉛
エッチング速度 ニッケル／塩酸、ニッケル／硝酸２成分系（王水系）混
合比と選択比との関係を表すグラフ図を図１１に示す。
図１１に示すように、塩酸５％、硝酸９５％（このと
き、硝酸の混合体積比は、塩酸の混合体積比の１０倍で
ある）の混合体積比における選択比は、錫、鉛ともに最
大値を示すが、選択比（ニッケル／錫）は１以上にはな
らない。つまり、ニッケルより錫の方がエッチングされ
やすいことがわかる。
ケルのエッチングについて説明する。はじめに、塩酸、
硝酸２成分系（王水系）エッチング液を用いて、ニッケ
ル、錫、鉛のエッチング速度を求め、ニッケルと錫、ニ
ッケルと鉛のエッチング選択比を次式で定義することで
求めた。 選択比（ニッケル／錫）＝ニッケルエッチング速度／錫
エッチング速度 選択比（ニッケル／鉛）＝ニッケルエッチング速度／鉛
エッチング速度 ニッケル／塩酸、ニッケル／硝酸２成分系（王水系）混
合比と選択比との関係を表すグラフ図を図１１に示す。
図１１に示すように、塩酸５％、硝酸９５％（このと
き、硝酸の混合体積比は、塩酸の混合体積比の１０倍で
ある）の混合体積比における選択比は、錫、鉛ともに最
大値を示すが、選択比（ニッケル／錫）は１以上にはな
らない。つまり、ニッケルより錫の方がエッチングされ
やすいことがわかる。
【００２９】次に、本発明に好ましく用いられるエッチ
ング液及びそのエッチング液を用いた処理方法について
説明する。塩酸、硝酸、酢酸３成分系エッチング液を用
いて、ニッケル、錫のエッチング速度を求め、同様に、
ニッケルと錫のエッチング選択比を求めた。塩酸、硝
酸、酢酸３成分系混合体積比とニッケルと錫のエッチン
グ選択比との関係を図１２に示す。図１２中、測定点×
に記載の値は、その座標の混合比におけるニッケル選択
比／錫選択比を示す。塩酸、硝酸、酢酸の比率を変えた
種々の混合溶液について検討を行った結果、酢酸＞硝酸
＞塩酸の混合比率すなわち図中斜線領域Ａ内に調整した
混合液で、バリアメタルであるニッケルが選択的にエッ
チングされ、バンプ電極にはエッチングダメージが認め
られない良好な選択エッチングが可能なことが解った。
特に、図１３に示すように、硝酸混合体積比が塩酸混合
体積比の１０倍以上である斜線領域Ｂと斜線領域Ａとの
共通領域Ｃは、ニッケル選択比／錫選択比が１以上とな
る最適条件範囲であることがわかった。このような領域
の混合体積比を有するエッチング液として、例えば塩酸
混合比が２パーセント以下、硝酸混合比が１３パーセン
ト以下、酢酸混合比が８５パーセント以上の混合溶液が
あげられる。このエッチング溶液を用いると、エッチン
グ表面が平坦な鏡面エッチングが可能であり、選択比
（ニッケル／錫）が１以上になりエッチング選択性が向
上することが解った。
ング液及びそのエッチング液を用いた処理方法について
説明する。塩酸、硝酸、酢酸３成分系エッチング液を用
いて、ニッケル、錫のエッチング速度を求め、同様に、
ニッケルと錫のエッチング選択比を求めた。塩酸、硝
酸、酢酸３成分系混合体積比とニッケルと錫のエッチン
グ選択比との関係を図１２に示す。図１２中、測定点×
に記載の値は、その座標の混合比におけるニッケル選択
比／錫選択比を示す。塩酸、硝酸、酢酸の比率を変えた
種々の混合溶液について検討を行った結果、酢酸＞硝酸
＞塩酸の混合比率すなわち図中斜線領域Ａ内に調整した
混合液で、バリアメタルであるニッケルが選択的にエッ
チングされ、バンプ電極にはエッチングダメージが認め
られない良好な選択エッチングが可能なことが解った。
特に、図１３に示すように、硝酸混合体積比が塩酸混合
体積比の１０倍以上である斜線領域Ｂと斜線領域Ａとの
共通領域Ｃは、ニッケル選択比／錫選択比が１以上とな
る最適条件範囲であることがわかった。このような領域
の混合体積比を有するエッチング液として、例えば塩酸
混合比が２パーセント以下、硝酸混合比が１３パーセン
ト以下、酢酸混合比が８５パーセント以上の混合溶液が
あげられる。このエッチング溶液を用いると、エッチン
グ表面が平坦な鏡面エッチングが可能であり、選択比
（ニッケル／錫）が１以上になりエッチング選択性が向
上することが解った。
【００３０】このように、本発明に好ましく用いられる
エッチング液の混合比率を適宜変化させることにより、
種々のエッチングレートが得られ、エッチングの用途に
応じて任意のエッチングレートが選択できる。
エッチング液の混合比率を適宜変化させることにより、
種々のエッチングレートが得られ、エッチングの用途に
応じて任意のエッチングレートが選択できる。
【００３１】一方、比較例として、塩酸混合比が７０パ
ーセント以上、硝酸混合比が２０パーセント以上、酢酸
混合比が１０パーセント以下の混合溶液で、バリアメタ
ル層をエッチングした場合には、選択比（ニッケル／
錫）が１以下になり、はんだバンプ中の錫が約１０％エ
ッチングされた。これにより得られたはんだバンプのバ
ンプ径は９５μｍ角であり寸法が約５μｍ小さくなっ
た。また、はんだ組成は鉛３７％／錫６３％の共晶組成
であったものが、バリアメタルエッチング後には鉛４１
％／錫５９％の組成に変動し共晶組成ではなくなった。
ーセント以上、硝酸混合比が２０パーセント以上、酢酸
混合比が１０パーセント以下の混合溶液で、バリアメタ
ル層をエッチングした場合には、選択比（ニッケル／
錫）が１以下になり、はんだバンプ中の錫が約１０％エ
ッチングされた。これにより得られたはんだバンプのバ
ンプ径は９５μｍ角であり寸法が約５μｍ小さくなっ
た。また、はんだ組成は鉛３７％／錫６３％の共晶組成
であったものが、バリアメタルエッチング後には鉛４１
％／錫５９％の組成に変動し共晶組成ではなくなった。
【００３２】上述のように、本発明の好ましい態様にか
かる酢酸を含むエッチング液を用いると、錫は酢酸によ
り酢酸錫の表面皮膜を形成する。これにより錫は不動態
化し、エッチングが抑制される。一方、ニッケルはこの
ような表面皮膜を形成しない。このような化学反応挙動
の違いによりエッチング選択性の増加したことが考えら
れる。
かる酢酸を含むエッチング液を用いると、錫は酢酸によ
り酢酸錫の表面皮膜を形成する。これにより錫は不動態
化し、エッチングが抑制される。一方、ニッケルはこの
ような表面皮膜を形成しない。このような化学反応挙動
の違いによりエッチング選択性の増加したことが考えら
れる。
【００３３】塩酸、硝酸（王水）系エッチング液に酢酸
を加えることで、錫は不動態化してエッチング速度が減
少し、ニッケルにはこの効果が小さい。このため、ニッ
ケルのエッチング速度が錫のエッチング速度に比べて相
対的に増加して選択比（ニッケル／錫）が増加すると考
えられる。このようなエッチング抑制剤としては酢酸の
他に、燐酸、硫酸があげられる。
を加えることで、錫は不動態化してエッチング速度が減
少し、ニッケルにはこの効果が小さい。このため、ニッ
ケルのエッチング速度が錫のエッチング速度に比べて相
対的に増加して選択比（ニッケル／錫）が増加すると考
えられる。このようなエッチング抑制剤としては酢酸の
他に、燐酸、硫酸があげられる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
化学エッチング液を用いてバンプを構成する金属の不動
態化を行うことにより、バンプ電極のエッチング抑制効
果を実現し、バリアメタルを構成する金属のみを選択的
にエッチング除去することができる。このため、バンプ
電極に対するエッチングダメージが低減され、バンプ電
極の寸法ばらつきや組成変動を防止することができる。
化学エッチング液を用いてバンプを構成する金属の不動
態化を行うことにより、バンプ電極のエッチング抑制効
果を実現し、バリアメタルを構成する金属のみを選択的
にエッチング除去することができる。このため、バンプ
電極に対するエッチングダメージが低減され、バンプ電
極の寸法ばらつきや組成変動を防止することができる。
【図１】 本発明に係るバンプ電極を有する半導体装置
の基本的構造を示す断面構成図
の基本的構造を示す断面構成図
【図２】 本発明に係る半導体装置をフリップチップ実
装した電子回路装置の基本的構造を示す部分構成図
装した電子回路装置の基本的構造を示す部分構成図
【図３】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図４】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図５】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図６】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図７】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図８】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図９】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説明
するための図
するための図
【図１０】 本発明のバンプ電極の製造方法の一例を説
明するための図
明するための図
【図１１】 塩酸、硝酸２成分系におけるニッケル／は
んだエッチング選択比を表すグラフ図
んだエッチング選択比を表すグラフ図
【図１２】 塩酸、硝酸、酢酸３成分系におけるニッケ
ル／錫エッチング選択比を表すグラフ図
ル／錫エッチング選択比を表すグラフ図
【図１３】 塩酸、硝酸、酢酸３成分系におけるニッケ
ル／錫エッチング選択比の最適領域を表すグラフ図
ル／錫エッチング選択比の最適領域を表すグラフ図
１１…半導体チップ １２…はんだバンプ １３…チタン層 １４…ニッケル層 １５…パラジウム層 １６…パッシベーション膜 １７…ボンディングパッド ２１…回路配線基板 ２２…ソルダーレジスト ２３…接続用端子 ２５…バリアメタル層 ８１…半導体チップ ９２，１２２…メッキレジスト １０１…銅層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−58858（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−270235（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−280634（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−186163（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−213700（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−510321（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／22989（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60
Claims (3)
- 【請求項１】 ボンディングパッドを有する基板上に、
バリアメタル層を形成する工程、該バリアメタル層上
に、フォトレジストをマスクとしてバンプ電極層を形成
する工程、及び塩酸、硝酸、及び酢酸を含み、その混合
体積比が、酢酸＞硝酸＞塩酸で表される関係を満足する
エッチング液を用いて、前記バリアメタル層を選択的に
エッチングする工程を含むバンプ電極の製造方法。 - 【請求項２】 前記バンプ電極層は錫を含むことを特徴
とする請求項１に記載のバンプ電極の製造方法。 - 【請求項３】 前記バンプ電極層は鉛錫合金を含み、前
記バリアメタル層はニッケルを含むことを特徴とする請
求項２に記載のバンプ電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20300797A JP3335883B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | バンプ電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20300797A JP3335883B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | バンプ電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154514A JPH1154514A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3335883B2 true JP3335883B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=16466796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20300797A Expired - Lifetime JP3335883B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | バンプ電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335883B2 (ja) |
-
1997
- 1997-07-29 JP JP20300797A patent/JP3335883B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1154514A (ja) | 1999-02-26 |
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