JP4484271B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents

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    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/14Integrated circuits

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に電子部品に関し、更に特定すれば、電子部品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
チタンやタングステンの金属層は、一般的に、電子部品においてバリア層として用いられている。特に、半導体部品では、これらのバリア層を用いて、金属イオンが下地の半導体基板内に拡散しこれを汚染するのを防止する。これらのバリア層にエッチングを行うには、28年以上にわたって過酸化水素が用いられてきた。過酸化水素エッチング・プロセスには、多くの改良が行われてきた。しかしながら、ある状況においては、エッチング・プロセスは未だに制御が困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、電子部品を製造するための金属層エッチング方法には、改良の必要性がある。
【0004】
【発明の実施の形態】
図示の簡略化および明確化のために、図面におけるエレメントは必ずしも同一拡縮率で描かれている訳ではなく、異なる図面における同一参照番号は、同一エレメントを示すものとする。
【0005】
図1は、電子部品100の一部分の断面図を示す。部品100は、基板101を含む。基板101は、半導体素子を支持することができる。図1では、半導体素子を全体的にエレメント102によって示している。半導体素子は、当技術分野では既知の製造技術を用いて、基板101内に形成することができる。例えば、半導体素子は、ダイオード,トランジスタ,集積回路等とすることができる。基板101は、半導体基板で構成することができ、半導体素子の適切な電気配線や異なる部分の分離のために、導電層や電気絶縁層をその上に含むことも可能である。また、基板101は、複数の半導体素子を内蔵する半導体ウエハを表すことも可能である。
【0006】
基板101の導電層および電気絶縁層のいくつかの例には、それぞれ、層103,104を含むことができる。層103は、基板101内の半導体素子の上に位置し、これと電気的に結合されたボンディング・パッドとすることができる。層104は、基板101,半導体素子,および層103の上に位置し保護するパシベーション層とすることができる。層103は、アルミニウム(Al),銅(Cu)等で構成することができ、層104は、二酸化シリコン,窒化シリコン等で構成することができる。層104は、層103の中央部の上に位置しこれを露出させる孔105を有する。孔105は、当技術分野では既知のマスキングおよびエッチング・プロセスによって、層104内に形成することができる。
【0007】
図2は、層103,104上に複合金属層を備えた後の部品100の断面図を示す。即ち、孔105内部に金属層201を配置または堆積し、層103の露出部分と接触させる。次に、層201上に金属層202を配置または堆積し、層202上に金属層203を配置または堆積する。なお、本実施形態において、金属層201,202は第1の金属層である。層201,202は、以下で説明する理由のために、バリア層であることが好ましく、層203は後続のめっき工程のためのシード層であることが好ましい。層201,202,203の全ては、それぞれ、約70ナノメートル(nm),約200nm,および約500nmの厚さに順次現場にてスパッタリングすることができる。一例として、層203は、はんだ可能な金属で構成することができ、好ましくはCuで構成する。加えて、層201は、窒化チタン・タングステン(TiWNx)で構成することが好ましく、更に層202はチタン・タングステン(TiW)で構成することが好ましい。層203がCuで構成された好適実施例では、2つのバリア層を用いる。何故なら、層201のTiWNxは層202のTiWよりも応力緩和に優れかつ拡散バリア特性に勝るからであり、更に層203のCuの接着性は、層201のTiWNxに対してよりも、層202のTiWに対する方が高いからである。層201のTiWNxおよび層202のTiWは、互いによく接着する。
【0008】
図3および図4は、後続の製造工程の後における部品100の断面図を示す。図3において、層201,202,203上にマスク301を形成する。好適実施例では、マスク301はフォトレジストである。図4では、マスク301に開口401を形成し、層203の中央部分を露出させる。開口401は、フォトレジストを現像することによって、容易に形成することができる。
【0009】
図5は、後続の製造工程の後における部品100の断面図を示す。マスク301の開口401の内部に金属層501を配置または堆積し、層203と接触させ、更に層501上に金属層502を配置または堆積する。なお、本実施形態において、金属層501,502は第2の金属層である。層501は、当技術では既知の電気めっき技法を用いて、層203上にめっきすることができる。同様に、層502は、当技術では既知の技法を用いて、層501上にめっきすることができる。層501は、マスク301の厚さよりも小さい厚さにめっきすることが好ましい。一例として、層501は、約9ないし50マイクロメートルの厚さにめっきすることができ、層502は約25ないし75マイクロメートルの厚さに、マスク301上にめっきすることができる。層501は、層201,202とは異なるが、層203とは同様の材料で構成することが好ましい。層502は、錫(Sn)および鉛(Pb)はんだで構成することが好ましい。
【0010】
マスク301は、当該マスク301が覆っている層203の大部分が、層501,502によってめっきされるのを防止する。したがって、層501,502は、マスク301の下に位置する層201,202,203の部分の上にはない。層501,502のめっきにより、従来技術のスクリーン・プリンティング技法と比較して、より小さな幾何学的形状または細かいピッチのコンタクト・バンプの形成が可能となる。
【0011】
図6は、後続の製造工程の後における部品100の断面図を示す。最初に、当技術分野では既知の技法を用いて、図3,図4,図5のマスク301を除去する。次に、当技術分野では既知のエッチング技法を用いて、層203の露出部分を除去する。
【0012】
次に、エッチング混合液601を用いて、層203の除去した部分の下に位置する層201,202の部分を除去する。また、層201,202のエッチングの間に、層203,501,502も同時に混合液601に露出させる。しかしながら、混合液601は、層203,501,502よりも層201,202を選択的にエッチングすることが好ましい。このエッチング工程は、混合液601の槽,噴霧等で行うことができる。
【0013】
従来技術では、30重量パーセントの過酸化水素(H22)のみから成るエッチャントを用いて、このエッチング工程を実行する。しかしながら、層502がPbで構成されている場合、および層501がCuで構成されている場合、この従来技術のエッチャントを用いると、いくつかの問題が発生する。第1に、従来技術のエッチャントの温度は、H22が層501,502のPbおよびCuにそれぞれ露出されると、その触媒分解によって急速に上昇する。この温度上昇が、層201,202のエッチング速度を制御不能に上昇させる。第2に、層201,202の部分が、層502のPbの再堆積によって覆われる。この再堆積は、層201,202の下に位置する部分を覆い隠し、これらの部分のエッチングを妨げる。
【0014】
エッチャント混合液601は、従来技術のエッチャントとは異なる。混合液601は、層203,501,502よりも層201,202を選択的にエッチングするために、H22のウエット・エッチャントを含む。層502がPbで構成されている場合、混合液601は、層202上におけるPbの再堆積を抑制するための添加物を含むことができる。一例として、この添加物は、エチレン・ジニトリロ四酢酸(EDTA:Ethylene Dinitrilo Tetraacetic Acid)で構成することができる。並のEDTAを混合液601に用いることができるが、EDTA四ナトリウム塩二水化物(EDTA−Na4−2H2O)が好ましい。何故なら、EDTA−Na4−2H2OはEDTAよりも、H22に対する可溶性が高いからである。EDTA二ナトリウム塩二水化物(EDTA−Na2−2H2O)も、混合液601に使用可能な別の形態のEDTAであるが、層501がCuで構成されている場合、並のEDTAまたはEDTA−Na4−2H2Oを用いた場合と比較すると、Cuエッチング速度が高くなるため、EDTA−Na2−2H2Oは好ましくない。このようにCuのエッチング速度が高くなると、層501,203に大きなアンダーカットが生じ、信頼性およびその他の問題が発生する可能性がある。Pbの再堆積を更に減少させるためには、層502のPb含有量を少なくし、層502の約50パーセント重量未満とすることが好ましい。
【0015】
混合液601は、層201,202のエッチングの間、混合液601の温度を安定化させ、H22の分解を減少させるために、別の添加物を含むことも可能である。一例として、この別の添加物は、1,2−ジアミノ・シクロヘキサン四酢酸(DCTA:Diamino Cyclohexane Tetraacetic Acid)で構成することができる。これは、1,2−シクロヘキレンジニトリロ四酢酸(1,2-cyclohexylenedinitrilo tetraacetic acid)としても知られている。具体的な種類のDCTAの一例として、DCTA水和物(DCTA monohydrate)(DCTA−H2O)を混合液601内に用いることができる。
【0016】
当技術において用いている「pH」という用語は、溶液または混合液の酸性度またはアルカリ性度を表す。pH値1は極度に酸性の溶液を示し、pH値14は極度にアルカリ性の溶液を示す。H22の30重量パーセント溶液のpH値は約4である。層201,202の最も効率的かつ最も安定したエッチングには、混合液601のpH値も約4であることが好ましい。しかしながら、EDTAを混合液601に添加する場合、混合液601のpH値が上昇する可能性がある。更に、DCTAを混合液601に添加する場合、混合液601のpH値は低下する。したがって、混合液601に添加するEDTAおよびDCTAの量は、混合液601のpH値を約4に戻すことが好ましい。
【0017】
上述の評価基準の全てを均衡化するためには、約1ないし30グラムのDCTAおよび約1ないし50グラムのEDTAを、約34リットルの30重量パーセントのH22に添加することができる。全ての評価基準を最適化する好適実施例では、混合液601の比率は、DCTAが約20と4/10グラム、EDTAが約6と8/10グラム、および30重量パーセントのH22が約34リットルとなる。混合液601は、均質な溶液であることが好ましいが、エッチング・プロセスの間混合液601を連続して掻き混ぜる即ち攪拌する必要はない。実際には、混合液601の有効寿命を延ばすために、エッチング・プロセスの間混合液601を連続的に攪拌しない方が好ましい。
【0018】
混合液601のエッチング速度を高めるためには、混合液601を室温よりも高い温度に加熱することができる。即ち、混合液601は、約60ないし90℃まで加熱することができる。温度が高い程、層201,202のエッチング速度は高くなる。例えば、70℃では、60℃と比較して、エッチング速度は2倍高くなる。しかしながら、温度が高くなると混合液601は蒸発し、混合液601の成分の好ましい比率や、混合液601のpH値を損なうことになる。混合液601の温度が低ければ、エッチング速度も低下し、必要なエッチング時間が長くなり、エッチング・プロセスのスループット低下を招く。また、混合液601の温度が低いと、層502の混合液601に対する露出が増大し、層502がSnおよびPbで構成されている場合、露出増大によって層502が酸化する。場合によっては、この層502の酸化は、後続のはんだフラクシング(solder fluxing)工程の間に除去することができるが、層502の酸化は最小に抑えることが好ましい。これらのファクタを最適化する場合、毎分約23ナノメートルのTiWNx/TiWエッチング速度を得るためには、混合液601は、約70℃の温度で用いることが好ましい。このエッチング速度は、層203,501,502のエッチング速度より著しく高い。
【0019】
図7は、層502にリフローを行った後の部品100の断面図を示す。このリフロー工程は、層502を整形し、約80ないし200マイクロメートルの直径を有する球状物体とする。この層502の湾曲形状は、基板または素子のリードフレーム,グリッド・アレイ等に対する結合を容易にする。層502は、例えば、60パーセントSnおよび40パーセントPbのような、低温はんだで構成することが好ましい。低温はんだは、基板または素子のリードフレーム上での組立を容易にする。
【0020】
以上のように、従来技術の欠点を克服する、改良された電子部品の製造方法を提供した。この方法は、小さな幾何学的形状のコンタクト・バンプの形成を可能にする。これは、従来技術のスクリーン・プリンティング技法では製造することはできない。ここに開示したエッチング方法は、H22の分解を減少させ、エッチャント混合液の温度を制御または維持し、Pbの再堆積およびメタライゼーション・スタック全体のアンダーカットを抑制、最小化または低減させる。
【0021】
これまで好適実施例を主に参照しながら本発明を特定的に示しかつ記載したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更が可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、ここに明記した数値の詳細、例えば、具体的な化学的組成や具体的な化学的比率は、本発明の理解を促進するために与えたのであり、本発明の範囲を限定するために与えたのではない。別の例として、混合液601のEDTAおよびDCTAは、EDTAおよびDCTAと同様の特性を有する他の錯化剤またはキレート剤と置換することができる。更に、混合液601は、H22およびDCTAのみで構成することができ、あるいはH22およびEDTAのみで構成することもできる。更にまた、30重量パーセントとは異なるH22の濃度も、混合液601では使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図2】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図3】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図4】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図5】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図6】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【図7】本発明による後続の製造工程の後における電子部品の一部分の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
100 電子部品
101 基板
102 半導体素子
103,104 層
105 孔
201,202 金属層
203 層
301 マスク
401 開口
501 金属層
502 金属
601 エッチング混合液

Claims (4)

  1. 電子部品の製造方法であって、前記電子部品は、基板と、バリア層を形成するために前記基板上に設けられ、窒化チタン・タングステン又はチタン・タングステンにより構成される第1の金属層と、コンタクト・バンプを形成するために前記バリア層上に設けられ、鉛を含む第2の金属層とを備え、前記第2の金属層の存在下で前記第1の金属層をエッチング液によりエッチングする方法において、
    前記エッチング液は、過酸化水素と、エチレンジニトリロ四酢酸と、1,2−シクロヘキシレンジニトリロ四酢酸とからなることを特徴とする方法。
  2. 電子部品の製造方法であって、前記電子部品は、基板と、バリア層を形成するために前記基板上に設けられ、窒化チタン・タングステン又はチタン・タングステンにより構成される第1の金属層と、コンタクト・バンプを形成するために前記バリア層上に設けられ、鉛を含む第2の金属層とを備え、前記第2の金属層の存在下で前記第1の金属層をエッチング液によりエッチングする方法において、
    前記エッチング液は、過酸化水素と、エチレンジニトリロ四酢酸と、1,2−シクロヘキシレンジニトリロ四酢酸一水和物とからなることを特徴とする方法。
  3. 電子部品の製造方法であって、前記電子部品は、基板と、バリア層を形成するために前記基板上に設けられ、窒化チタン・タングステン又はチタン・タングステンにより構成される第1の金属層と、コンタクト・バンプを形成するために前記バリア層上に設けられ、鉛を含む第2の金属層とを備え、前記第2の金属層の存在下で前記第1の金属層をエッチング液によりエッチングする方法において、
    前記エッチング液は、過酸化水素と、エチレンジニトリロ四酢酸四ナトリウム塩二水化物と、1,2−シクロヘキシレンジニトリロ四酢酸とからなることを特徴とする方法。
  4. 前記第1および第2の金属層を同時にエッチング液に浸して、前記第2の金属層よりも前記第1の金属層を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項1〜のうちいずれか一項に記載の方法。
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