JP6333062B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜上にニッケル膜および金膜が形成されている半導体装置の製造方法に関するものである。

これまで、表裏導通型の半導体装置（特にＩＧＢＴまたはＤｉｏｄｅといった電力変換用のパワー素子）をモジュール化して基板等に実装する際には、半導体装置の裏面と基板等とをはんだ付けして、はんだ層を形成することで接合する。また、この実装に当たっては、半導体装置の表面に形成されたアルミニウム系電極膜にアルミニウムをワイヤボンディングしていた。しかしながら、現在では、製造時間の短縮と材料費削減のために、半導体装置の表面側に銅等の電極を直接はんだ付けする実装構造に変化しつつある。

このような実装構造を実現するには、アルミニウム系電極膜上にニッケル膜および金膜を形成する必要がある。しかしながら、半導体装置のはんだ付け時にニッケルが錫系のはんだと反応して消失するので、数μｍレベルでのニッケル膜の厚膜化が要望されている。

また、蒸着またはスパッタといった真空成膜方式では、ニッケル膜の厚膜化を実現しようとしても、高々１μｍ程度しか成膜することができず、無理をして、この方式で厚膜化を図っても、製造コストが嵩んでしまう。そのため、低コストかつ高速でニッケル膜の厚膜化を実現することのできるめっき方式、特に無電解めっき法（例えば、ジンケート法）が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１に記載の従来技術では、一般的なジンケート処理によるめっき工程によって、裏導通型の半導体装置のアルミニウム系電極膜の表面だけにニッケル膜および金膜が選択的に形成されている。

特開２００５−５１０８４号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
従来のジンケート法によって、アルミニウム系電極膜の表面にニッケル膜を形成した場合、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面において、空隙が形成されることがある。また、このような空隙には、水分または添加剤成分が残留している。

さらに、このような空隙が形成されている状態で、アルミニウム系電極膜の表面にニッケル膜が形成されている半導体装置をはんだ付けした場合、空隙に残留する水分または高沸点の有機添加剤が沸騰することで、気泡が脱離し、結果として、はんだ層中に空隙が形成される。また、はんだ層中に空隙が形成されると、実装後の半導体装置の電気特性に支障をきたすことがある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、めっき膜をはんだ付けした場合であっても、はんだ層中への空隙の形成を抑制することのできる半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。

本発明における半導体装置の製造方法は、半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜の上にニッケル膜および金膜が形成されており、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間に酸化膜を介在させた構造となっている半導体装置の製造方法であって、アルミニウム系電極膜の表面を酸化することで酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜形成ステップで形成された酸化膜の表面に対してめっき処理を行うことでニッケル膜および金膜を順次形成するめっき膜形成ステップと、を備え、酸化膜形成ステップでは、アルミニウム系電極膜の表面に対してプラズマ酸化処理を行うことで酸化膜を形成するものである。

本発明によれば、半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜の表面を酸化することで酸化膜を形成し、形成された酸化膜の表面にめっき膜としてニッケル膜および金膜を順次形成する。これにより、めっき膜をはんだ付けした場合であっても、はんだ層中への空隙の形成を抑制することのできる半導体装置の製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における半導体装置に形成されたアルミニウム系電極膜の断面構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の断面構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置に形成されたアルミニウム系電極膜およびオーバーコート層の断面構造を示す説明図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置の断面構造を示す説明図である。

以下、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の各実施の形態では、ウエハ状態でアルミニウム系電極膜の上にニッケル膜および金膜が形成される場合を例示する。

実施の形態１．
はじめに、本願発明の技術的特徴と効果について具体的に説明するために、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間に酸化膜を介在させる場合（本願発明）と酸化膜を介在させない場合（従来技術）とを比較しながら説明する。

ここで、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間に酸化膜を介在させない場合においては、例えば、以下のようなプロセス工程が順次実行されることで、アルミニウム系電極膜上にニッケル膜および金膜が順次形成される。すなわち、プラズマクリーニング処理、脱脂処理、酸洗い処理、ジンケート処理、無電解ニッケルめっき処理および無電解金めっき処理が順次実行される。なお、各工程の間では、十分な水洗時間を確保することで、前の工程の処理液または残渣が次工程に持ち込まれない様にする必要がある。

次に、例示した各工程の概略について説明する。最初にプラズマクリーニング処理を行う。このプラズマクリーニング処理は、プラズマを用いて半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜上に強固に付着した有機物残渣、窒化物および酸化物を除去するとともに、アルミニウム系電極膜の表面とめっきの前処理液およびめっき液との反応性を確保するために行われる。

続いて脱脂処理を行う。この脱脂処理は、アルミニウム系電極膜の表面に残留した軽度の有機物残渣、油脂分および酸化膜を除去するために行われる。一般的には、アルミニウムに対するエッチング力が強いアルカリ性の薬液を利用することで、油脂分を鹸化させる。また、鹸化させることができない物質の中でアルカリ可溶のものについては溶解させて除去し、アルカリ可溶でないものについてはアルミニウム系電極膜をエッチングすることでリフトオフさせて除去する。

続いて、酸洗い処理を行う。この酸洗い処理は、アルミニウム系電極膜の表面を中和し、エッチングによって荒らすことで、後工程での処理液との反応性を高め、めっきの付着力を向上させるために行われる。

続いて、ジンケート処理として、第一ジンケート形成処理、ジンケート剥離処理および第二ジンケート形成処理を行う。ここで、ジンケート処理とは、アルミニウム系電極膜の表面をエッチングすることでアルミニウム膜を除去しながら亜鉛の皮膜を形成する処理である。

一般的には、第一ジンケート形成処理として、亜鉛がイオンとして溶解した水溶液（以降では、亜鉛処理液と称す）にアルミニウム系電極膜を浸漬することで、亜鉛の被膜を形成する。すなわち、亜鉛の方がアルミニウムよりも標準酸化還元電位が貴であるので、アルミニウムがイオンとして溶解する。また、アルミニウムがイオンとして溶解した時に生じた電子を、亜鉛イオンが、アルミニウム系電極膜の表面で受け取ることで、亜鉛の被膜が形成される。

また、ジンケート剥離処理として、亜鉛の被膜が形成されたアルミニウム系電極膜を硝酸に浸漬することで、亜鉛を溶解させる。その後、第二ジンケート形成処理として、亜鉛処理液にアルミニウム系電極膜を再び浸漬することで、亜鉛の被膜を形成する。

このようにジンケート処理を行うことで、アルミニウム系電極膜の表面が平滑になる。また、アルミニウム系電極膜の表面に均一な亜鉛の被膜が形成されると、その後のめっき処理において、健全なめっき膜を付着させることができる。なお、ジンケート形成処理の回数を増やすほどアルミニウムの表面が均一になり、めっき膜の出来ばえも良くなるが、生産性を考慮すると２回、多くても３回が一般的である。

続いて、このジンケート処理を行った後に無電解ニッケルめっき処理を行うことで、アルミニウム系電極膜の表面にニッケル膜を形成する。この無電解ニッケルめっき処理では、亜鉛で被覆されたアルミニウム系電極膜を無電解ニッケルめっき液に浸漬することで、ニッケルを析出させる。すなわち、最初の段階では、亜鉛の方がニッケルよりも標準酸化還元電位が卑であるので、アルミニウム系電極膜の表面にニッケルが析出する。

次の段階として、表面がニッケルで覆われると、めっき液中に含まれる還元剤の作用によって、自動触媒的にニッケルが析出する。ただし、この自動触媒的析出時には、還元剤の成分がめっき膜に取り込まれるので、無電解ニッケルめっき皮膜は、合金となり、また、還元剤の濃度が高いと非晶となる。一般に、還元剤として次亜リン酸が利用されており、このリンがめっき膜中に取り込まれるので、ニッケル膜にはリンが含まれることとなる。

続いて、無電解ニッケルめっき処理を行った後に無電解金めっき処理を行う。ここでは、無電解金めっき処理として、一般的には置換型、すなわち、ニッケルが金と置換することで金が析出するものを利用する。

置換型の無電解金めっき処理は、無電解ニッケルめっき処理を実行した後に行われ、めっき液中に含まれる錯化剤の作用によってニッケルと金が置換する作用を利用したものである。また、このように置換型の無電解金めっき処理を利用するので、ニッケルの表面が金で被覆されてしまうと反応が停止する。したがって、金膜を厚く成膜するのは難しく、多くても０．０８μｍ、一般的には、０．０５μｍ程度の厚さで成膜をすることが多い。ただし、はんだ付け用として利用する場合は、金膜の厚さは、例示した値であっても少なすぎるといったことはない。

このように、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間に酸化膜を介在させない場合においては、以上の工程を経ることで、アルミニウム系電極膜上にニッケル膜および金膜が形成される。

しかしながら、本発明者は、以上の工程を経てアルミニウム系電極膜上にニッケル膜および金膜を形成した場合、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面において、空隙が形成されることがあることを確認した。また、このような空隙が形成される要因としては、以下のように考察した。

すなわち、脱脂処理、酸洗い処理またはジンケート処理等といっためっきの前処理を適切な前処理条件で行わなければ、アルミニウム系電極膜の表面がエッチングされた時に、アルミニウムの結晶粒界に沿って、アルミニウム系電極膜の内部に腐食痕、孔食または空隙といった欠陥が形成される。このような状況下でめっき処理が行われれば、その結果として、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面に空隙が形成され、この空隙には水分または添加剤成分が残留している。また、適切な前処理条件は、アルミニウム系電極膜を構成するアルミニウムの結晶粒界の大きさとその粒界にある不純物の存在によって変化してしまう。したがって、前処理条件がごく僅かに変更するだけでも、アルミニウム系電極膜の内部に欠陥が形成されたり、アルミニウム系電極そのものが消失したりすることがある。

また、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面に空隙が形成されている半導体装置をはんだ付けすると、はんだ付け時の加熱によって、空隙内部に閉じ込められた水分または添加剤成分が膨張して、はんだ層中に拡散する。したがって、はんだ層中に空隙が形成されてしまい、その結果、半導体装置の電気的接続の信頼性が低下し、素子の動作に支障をきたす。

これに対して、本願発明では、アルミニウム系電極膜の表面を人工的に酸化処理することで酸化膜を形成し、形成した酸化膜の表面にニッケル膜を形成することで、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間に酸化膜を介在させた構造を提案する。そして、このような構造によって、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面に空隙が形成されるのを抑制することができることを確認した。

次に、本実施の形態１において得られたアルミニウム系電極膜とニッケル膜との界面に空隙が形成されるのを抑制することができる半導体装置について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置に形成されたアルミニウム系電極膜２の断面構造を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１における半導体装置の断面構造を示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態１における半導体装置では、半導体基板１にアルミニウム系電極膜２が形成されている。なお、以降では、半導体装置を構成する半導体基板１として、シリコン基板を用いる場合を例示する。

また、アルミニウム系電極膜２は、電気的導通を担う電極として構成されている。なお、アルミニウム系電極膜２としては、例えば、純アルミニウム、アルミニウムとシリコンとの合金、アルミニウムと銅の合金、またはアルミニウムとシリコンと銅の合金が用いられる。また、アルミニウム膜にシリコンまたは銅を混合して合金とする場合、アルミニウム膜中に対する各金属の混合比率は、例えば、アルミニウム膜中での重量比が５ｗｔ％以下となるようにすればよい。

また、図２に示すように、本実施の形態１における半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成されたアルミニウム系電極膜２と、アルミニウム系電極膜２の表面に形成された酸化膜４（アルミニウムの酸化膜）と、酸化膜４の表面に形成されたニッケル膜３と、ニッケル膜３の表面に形成された金膜５とを備える。このように、本実施の形態１では、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との間に酸化膜４を介在させていることが特徴である。

次に、本実施の形態１における半導体装置の製造方法について、表１を参照しながら説明する。表１は、本発明の実施の形態１において、アルミニウム系電極膜２の表面に酸化膜４を形成した後に、ニッケル膜３および金膜５を形成するための一連の工程を示す表である。なお、表１には、各処理工程の処理条件も併せて例示している。

表１に示すように、本実施の形態１における半導体装置は、プラズマクリーニング（ステップＮｏ．１）、脱脂（Ｎｏ．２）、酸洗い（Ｎｏ．３）、酸化膜形成（Ｎｏ．４）、第一ジンケート形成処理（Ｎｏ．５）、ジンケート剥離（Ｎｏ．６）、第二ジンケート形成処理（Ｎｏ．７）、無電解ニッケルめっき（Ｎｏ．８）、無電解金めっき（Ｎｏ．９）の順で行われることで製造される。なお、酸化膜形成以外の各処理工程の詳細については、前述しているので、説明を省略する。

また、酸化膜形成の工程では、無電解ニッケルめっきおよび無電解金めっきの工程が行われる前（より具体的には第一ジンケート形成処理の工程が行われる前）にアルミニウム系電極膜２の表面を酸化性溶液に浸漬する。このように、アルミニウム系電極膜２の表面を人工的に酸化処理することで、この表面に酸化膜４を形成することができる。なお、表１では、酸化性溶液として濃度１０％、液温５０℃の硫酸を使用し、アルミニウム系電極膜２の表面を浸漬する浸漬時間を３分にする場合を例示している。

表１に示す条件にしたがって各処理工程を行った結果、アルミニウム系電極膜２に形成されためっき膜の膜厚として、ニッケル膜３が５．１μｍ、金膜５が０．０３μｍであった。なお、この膜厚は、蛍光Ｘ線手法で測定されたものである。また、この時のニッケル膜３において、膜中に含まれているリン濃度が６．５ｗｔ％であり、結晶状態が非晶であった。

また、酸化膜４の膜厚が５０ｎｍ程度であり、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面を観察した結果、この界面には空隙が認められなかった。

また、アルミニウム系電極膜２にめっき膜を形成する前後で膜表面の表面粗さ（平滑性）を測定した結果、めっき膜を形成する前では、表面粗さを表すパラメータであるＲａが０．３３μｍであるのに対して、めっき膜を形成した後では、Ｒａが０．３５μｍであった。さらに、比較例として、アルミニウム系電極膜２に酸化膜４を形成せずにめっき膜を形成した場合の膜表面の表面粗さを測定したが、この場合においては、Ｒａが０．８６μｍであった。このように、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との間に酸化膜４を介在させることで、めっき膜を形成する前のアルミニウム系電極膜２の表面粗さをほぼ維持することができる。

また、図２においては、図示していないが、オーバーコート層が設けられた状態で、めっき膜を形成した場合であっても、アルミニウム系電極膜２の表面に酸化膜４が形成されているので、アルミニウムのエッチングが少なくなる。したがって、オーバーコート層の下のアルミニウムがエッチングされて、その部分にめっきが析出することもなかった。

以上、本実施の形態１によれば、半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜の表面を酸化することで酸化膜を形成し、形成された酸化膜の表面に対してめっき処理を行うことでニッケル膜および金膜を順次形成する。より具体的には、アルミニウム系電極膜の表面を酸化する処理として、アルミニウム系電極膜の表面を酸化性溶液に浸漬する。

これにより、アルミニウム系電極膜の表面に酸化膜が設けられるので、めっきの前処理の段階でのアルミニウム系電極膜の内部における欠陥の形成を抑制することができる。この結果として、めっき膜をはんだ付けした場合であっても、はんだ層中への空隙の形成を抑制することができ、さらに、プロセスコストも削減することができる。また、はんだ層中への空隙の形成が抑制されることで、アルミニウムの強度が増すので、アルミニウムが破壊されてめっき膜が剥離してくることがない。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１における酸化膜形成の工程の処理条件を変化させた場合について、表２を参照しながら説明する。表２は、本発明の実施の形態２において、酸化膜形成の工程の処理条件を変化させた場合における、酸化膜４の厚さと、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に形成される空隙の数との関係を示す表である。なお、表２中の空隙数とは、１μｍ×１μｍ（□１μｍ）の視野において認められた空隙の数を示している。

表２から分かるように、酸化膜形成の工程で使用する酸化性溶液として、濃度１０％の硫酸を用いた場合、液温および浸漬時間によって、酸化膜４の膜厚および空隙数が変化するともに、めっきはがれ（めっき膜の剥離）が発生する。

具体的には、酸化膜形成の工程の適切な処理条件は、条件Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４までの条件であり、これらの適切な処理条件では、液温が５０℃で浸漬時間が１分〜５分程度であった。また、条件Ｎｏ．１のように、液温を５０℃よりも低くすると、空隙数が増加する。一方、条件Ｎｏ．５、Ｎｏ．６のように、液温を５０℃よりも高くすると、空隙数が０であるものの、酸化膜４の膜厚が増加するのに伴い、めっきはがれが発生した。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、酸化膜形成の工程の処理条件で用いる酸化性溶液として、先の実施の形態１、２で使用した硫酸とは異なるものを使用する場合について、表３を参照しながら説明する。表３は、本発明の実施の形態３において、酸化膜形成の工程で使用する酸化性溶液を変化させた場合における、酸化膜４の厚さと、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に形成される空隙の数との関係を示す表である。

表３に示すように、本実施の形態３では、酸化膜形成の工程の処理条件で用いる酸化性溶液として、硫酸の代わりに、過酸化水素水（条件Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）、硝酸（条件Ｎｏ．４）、硝酸と過酸化水素水との混合溶液（条件Ｎｏ．５）、またはフッ酸と過酸化水素水との混合溶液（条件Ｎｏ．６）を使用している。

その結果、表３から分かるように、酸化膜形成の工程で使用する酸化性溶液として、硫酸を使用する以外にも、アルミニウム系電極膜２の表面に酸化膜が形成される。具体的には、使用する酸化性溶液の種類、液温および浸漬時間を変化させることで、アルミニウム系電極膜２の表面に形成される酸化膜４の膜厚および空隙数が変化することを確認した。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、先の実施の形態１とは異なり、プラズマクリーニングの工程の前に酸化膜形成の工程を行う場合について、図３、図４を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態４における半導体装置に形成されたアルミニウム系電極膜２およびオーバーコート層６の断面構造を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態４における半導体装置の断面構造を示す説明図である。

図３に示すように、本実施の形態４における半導体装置では、半導体基板１にアルミニウム系電極膜２が形成され、オーバーコート層６がさらに形成されている。なお、アルミニウム系電極膜２の詳細については、先の実施の形態１で述べたので、説明を省略する。また、オーバーコート層６は、半導体装置表面の物理的な保護と絶縁距離を増加させるために設けられており、例えば、無機物ではガラスや窒化ケイ素が、有機物ではポリイミドが利用されている。

また、図４に示すように、本実施の形態４における半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成されたアルミニウム系電極膜２と、アルミニウム系電極膜２の表面に形成されたオーバーコート層６と、アルミニウム系電極膜２の表面に形成された酸化膜４（アルミニウムの酸化膜）と、酸化膜４の表面に形成されたニッケル膜３と、ニッケル膜３の表面に形成された金膜５とを備える。このように、本実施の形態４においても、先の実施の形態１と同様に、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との間に酸化膜４を介在させていることが特徴である。

次に、本実施の形態４における半導体装置の製造方法について、表４を参照しながら説明する。表４は、本発明の実施の形態４において、アルミニウム系電極膜２の表面に酸化膜４を形成した後に、ニッケル膜３および金膜５を形成するための一連の工程を示す表である。

なお、本実施の形態４（表４）と先の実施の形態１（表１）とにおける製造方法の違いとしては、本実施の形態４では、アルミニウム系電極膜２の表面にオーバーコート層６としてポリイミドを１５μｍ形成した後に、真空下で高酸化物質のプラズマを用いた酸化処理をすることによって酸化膜４を形成することである。

表４に示すように、本実施の形態４における半導体装置は、酸化膜形成（ステップＮｏ．１）、プラズマクリーニング（Ｎｏ．２）、脱脂（Ｎｏ．３）、酸洗い（Ｎｏ．４）、第一ジンケート形成処理（Ｎｏ．５）、ジンケート剥離（Ｎｏ．６）、第二ジンケート形成処理（Ｎｏ．７）、無電解ニッケルめっき（Ｎｏ．８）、無電解金めっき（Ｎｏ．９）の順で行われることで製造される。なお、酸化膜形成以外の各処理工程の詳細については、先の実施の形態１で述べているので、説明を省略する。

また、酸化膜形成の工程では、プラズマクリーニングの工程が行われる前にアルミニウム系電極膜２の表面を真空下でプラズマを用いた酸化処理（具体的には、プラズマアッシャー）によって酸化膜４を形成する。なお、表４では、真空下で高酸化物質のプラズマを用いた酸化処理として、酸素を利用したプラズマアッシャーを適用し、プラズマアッシャーにおける酸素の流量、出力、処理時間、真空度を、それぞれ２５０ｃｃ／ｍｉｎ、１６００Ｗ、５分、１０Ｐａとする場合を例示している。

ここで、半導体基板１にアルミニウム系電極膜２を真空成膜法（例えば、スパッタまたは蒸着）で成膜する場合であれば、アルミニウム系電極膜２を成膜した直後に、酸化膜形成の工程およびプラズマクリーニングの工程を一連で行うことができる。換言すると、アルミニウム系電極膜２の形成、酸化膜形成、プラズマクリーニングの一連の手順を同じ装置内で行うことができる。この結果、アルミニウム系電極膜２の表面が汚染されにくくなるとともに、プロセスコストも削減することができる。

表４に示す条件にしたがって各処理工程を行った結果、アルミニウム系電極膜２に形成されためっき膜の膜厚として、ニッケル膜３が５．５μｍ、金膜５が０．０４μｍであった。また、この時のニッケル膜３において、膜中に含まれているリン濃度が６．８ｗｔ％であり、結晶状態が非晶であった。

また、酸化膜４の膜厚が７５ｎｍ程度であり、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面を観察した結果、この界面には空隙が認められなかった。

以上、本実施の形態４によれば、先の実施の形態１とは異なり、アルミニウム系電極膜の表面を酸化する処理として、アルミニウム系電極膜の表面に対してプラズマ酸化処理を行うことで酸化膜を形成する。

これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、半導体基板にアルミニウム系電極膜を真空成膜法で成膜する場合であれば、アルミニウム系電極膜を成膜した直後に、酸化膜形成の工程およびプラズマクリーニングの工程を一連で行うことができる。この結果、アルミニウム系電極膜の表面が汚染されにくくなるとともに、プロセスコストもさらに削減することができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、先の実施の形態４における酸化膜形成の工程の処理条件を変化させた場合について、表５を参照しながら説明する。表５は、本発明の実施の形態５において、酸化膜形成の工程の処理条件を変化させた場合における、酸化膜４の厚さと、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に形成される空隙の数との関係を示す表である。

表５から分かるように、プラズマアッシャーにおける酸素の流量、出力、処理時間を調整することで、酸化膜４の膜厚および空隙数が変化するとともに、オーバーコート層損傷（オーバーコート層６の損傷）が発生する。すなわち、酸素の流量、出力、処理時間には酸化膜４を形成するのに適切な値が存在し、酸化膜４の膜厚が少ないと空隙も増えるが、出力を上げすぎるとオーバーコート層６に損傷が与えられる。

具体的には、酸化膜形成の工程の適切な処理条件は、条件Ｎｏ．２、Ｎｏ．３までの条件であり、これらの適切な条件では、酸素の流量が２５０ｃｃ／ｍｉｎ、出力が１６００Ｗ、処理時間が３分から５分程度、真空度が１０Ｐａであった。

実施の形態６．
先の実施の形態１〜５では、無電解ニッケルめっきおよび無電解金めっきの工程においてめっきの時間で僅かに差異があるものの、ほぼ同じ工程が行われるものとして説明してきた。これに対して、本発明の実施の形態６では、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に形成される空隙の数をより減らすために、アルミニウム系電極膜２のエッチング量を削減するプロセスについて説明する。

一般に、アルミニウム系電極膜２の表面にジンケート処理を利用してニッケル膜３および金膜５を形成する場合、アルカリ性溶液を利用して、アルミニウムのエッチング量を増やすことで、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との膜間に汚染物質が入らないようする例が多い。このように、ジンケート処理時にアルカリ性溶液を利用することで、めっき膜の密着性を確保することができる。

しかしながら、半導体基板１に形成されたアルミニウム系電極膜２の場合においては、一般的なアルミニウムの表面に比べて平滑性が高く、めっき前にプラズマクリーニングを適切な条件で行えば、エッチング量がアルカリ性溶液と比べて少ない酸性溶液を利用しても、汚染残渣を除去し、めっき膜の密着性を必要な分だけ確保することができることを確認した。

以下、このプロセスついて、表６を参照しながら説明する。表６は、本発明の実施の形態６において、アルミニウム系電極膜２の表面に酸化膜４を形成した後に、ニッケル膜３および金膜５を形成するための一連の工程を示す表である。

なお、本実施の形態６（表６）と先の実施の形態１（表１）とにおける製造方法の違いとしては、本実施の形態６では、ニッケル膜を形成する前の前処理で使用される溶液が酸性であることである。すなわち、本実施の形態６では、脱脂の工程で使用する脱脂液と、ジンケート処理の工程で使用するジンケート処理液がアルカリ性でなく酸性である。なお、本実施の形態６では、先の実施の形態１と同様の順番にしたがって、酸化膜形成の工程が行われる場合を例示しているが、先の実施の形態４と同様の順番にしたがって、酸化膜形成の工程が行われるようにしてもよい。

表６に示すように、本実施の形態６における半導体装置は、プラズマクリーニング（ステップＮｏ．１）、脱脂（Ｎｏ．２）、酸洗い（Ｎｏ．３）、酸化膜形成（Ｎｏ．４）、第一ジンケート形成処理（Ｎｏ．５）、ジンケート剥離（Ｎｏ．６）、第二ジンケート形成処理（Ｎｏ．７）、無電解ニッケルめっき（Ｎｏ．８）、無電解金めっき（Ｎｏ．９）の順で行われることで製造される。なお、脱脂およびジンケート処理以外の各処理工程の詳細については、先の実施の形態１で述べているので、説明を省略する。

また、脱脂およびジンケート処理の工程では、脱脂液とジンケート処理液が酸性である。なお、表６では、脱脂液として弱酸性脱溶液（ｐＨ＝６．５、アルキルスルホン酸ナトリウム）を使用し、ジンケート処理液として酸性溶液（ｐＨ＝４．３）を使用する場合を例示している。

表６に示す条件にしたがって各処理工程を行った結果、アルミニウム系電極膜２に形成されためっき膜の膜厚として、ニッケル膜３が４．８μｍ、金膜５が０．０３μｍであった。また、この時のニッケル膜３において、膜中に含まれているリン濃度が７．１ｗｔ％であり、結晶状態が非晶であった。

また、酸化膜４の膜厚が８５ｎｍ程度であり、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面を観察した結果、この界面には空隙が認められなかった。

以上、本実施の形態６によれば、めっき膜を形成する前において、酸性溶液を使用してめっきの前処理を行う。これにより、めっきの前処理において、全て酸性の薬液が利用されることとなるので、アルミニウム系電極膜の過剰なエッチングおよびオーバーコート層への損傷を抑制することができる。その結果、先の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、半導体装置への損傷も防止することができ、製造の歩留まりの向上も期待することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７では、先の実施の形態１とは異なり、アルミニウム系電極膜２にニッケル膜３および金膜５が形成された後に、真空加熱処理の工程を行う場合について説明する。

ここで、例えば、先の実施の形態２における酸化膜形成の工程が条件Ｎｏ．１（先の表２参照）で行われた場合、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に空隙が形成される。このような場合、この空隙には、めっきの前処理に起因した水分が含有されている。しかしながら、ニッケル膜３および金膜５が形成された後に真空加熱処理を行えば、この空隙にある水分によって除去されるので、この空隙を減らすことができる。

以下、表７を参照しながら説明する。表７は、真空加熱処理の条件と、アルミニウム系電極膜２とニッケル膜３との界面に形成される空隙の数およびめっき膜の密着力との関係を示す表である。なお、表７には、真空加熱処理を行わなかった場合のデータも併せて示している。

表７から分かるように、加熱温度、加熱時間を調整することで、空隙数が変化するとともに、密着力も変化する。具体的には、真空加熱処理の適切な処理条件は、条件Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７までの条件であり、これらの適切な条件では、加熱温度が２５０℃から３００℃程度であった。また、密着力については、加熱温度を１５０℃以上に上げても、ほぼ一定の値を示した。

以上、本実施の形態７によれば、ニッケル膜および金膜を形成した後の半導体装置を、真空下で加熱処理する。これにより、アルミニウム系電極膜とニッケル膜との間で金属拡散が促進されるので、めっき膜の密着性が向上するとともに、膜中に含まれた水分および気体が放出されるので、はんだ付けした場合であっても、はんだ層中への空隙の形成を抑制することができる。

１ 半導体基板、２ アルミニウム系電極膜、３ ニッケル膜、４ 酸化膜、５ 金膜、６ オーバーコート層。

Claims (3)

1. 半導体基板に形成されたアルミニウム系電極膜の上にニッケル膜および金膜が形成されており、前記アルミニウム系電極膜と前記ニッケル膜との間に酸化膜を介在させた構造となっている半導体装置の製造方法であって、
   前記アルミニウム系電極膜の表面を酸化することで前記酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、
   前記酸化膜形成ステップで形成された前記酸化膜の表面に対してめっき処理を行うことで前記ニッケル膜および前記金膜を順次形成するめっき膜形成ステップと、
   を備え、
   前記酸化膜形成ステップでは、前記アルミニウム系電極膜の表面に対してプラズマ酸化処理を行うことで前記酸化膜を形成する
   半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記めっき膜形成ステップの前に実行するステップとして、酸性溶液を使用して、めっきの前処理を行うめっき前処理ステップをさらに備える
   半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記めっき膜形成ステップの後に実行するステップとして、真空下で前記半導体装置を加熱処理する真空加熱処理ステップをさらに備える
   半導体装置の製造方法。

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