JP6552040B2 - 半導体用ウェハの処理液、および半導体用ウェハの処理方法 - Google Patents
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Description
一方、高湿に晒される場合には、Ni/Au皮膜仕様でもNi/Pd/Au皮膜仕様でもパッドの外周部のめっき/パシベーションの隙間から水分が浸み込み、Ni皮膜が腐食し、表面にNi化合物が析出することがあり、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性が悪くなる場合がある。
また、Au皮膜上に析出したNi化合物の除去は、リフロー前やワイヤボンディング前にプラズマ処理(ドライエッチング)による除去が一般的である(特許文献2参照)。しかしながら、Ni化合物は電位差の影響で特定のパッドにしか発生していない場合があり、プラズマ処理のようなドライエッチングを行うと正常部の表面のAu皮膜も除去される恐れがあり、Au皮膜が除去された箇所は特性が悪くなる場合がある。
また、Au皮膜上のめっき液残留物を除去するために過酸化水素水を含む洗浄液で処理する方法が提案されているが(特許文献4、特許文献5参照)、これらの文献にはNi化合物の記載がなく、またNi化合物を除去するのは適さない。
本発明は、正常パッドのAu皮膜を除去することなく、ウェハの電極表面に形成されたNi化合物のみを除去することができ、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性を改善することができる処理液を提供することを目的とする。
即ち、本発明は以下のとおりである。
(1)Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜で被覆された電極を有する半導体用ウェハの前記Au皮膜表面を、ワイヤボンディングまたははんだ接合前に処理する処理液であって、0.1質量%〜10質量%の酸性の水溶液であることを特徴とする処理液。
(2)前記処理液が、ハロゲン化水素、硫酸、ホウ酸、リン酸、有機スルフォン酸、有機カルボン酸の中から選ばれる1種類以上を含有することを特徴とする前記(1)に記載の処理液。
(3)前記処理液が、界面活性剤を含有することを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の処理液。
(4)前記Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜が、無電解めっきで形成されてなることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の処理液。
(5)Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜で被覆された電極を有する半導体用ウェハの前記Au皮膜表面を、ワイヤボンディングまたははんだ接合前に前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の処理液を用いて処理することを特徴とする半導体用ウェハの処理方法。
尚、本発明においてめっき皮膜の層構成を「/」を用いて表す。例えば、前記Ni/Au皮膜は、Ni皮膜と、Au皮膜が順に積層されていることを表す。
高温または高湿化に置かれたウェハは、前記Au皮膜表面にNi化合物が形成され、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性が悪くなる。
本発明においては、Au皮膜表面を、酸性水溶液で処理することにより、Ni化合物が発生していない正常部の表面のAu皮膜を除去することなく、Ni化合物を十分に除去することができ、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性が改善する。
前記Ni化合物としては、Ni酸化物(Ni2O3、NiO)、Ni水酸化物(Ni(OH)2)が挙げられる。
酸の種類は、無機酸や有機酸のどちらでもよく、ハロゲン化水素(フッ酸、塩酸、臭化水素酸)、硫酸、ホウ酸、リン酸、有機スルフォン酸(メタンスルフォン酸、エタンスルフォン酸、ベンゼンスルフォン酸、トルエンスルフォン酸等)、有機カルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸等)等が挙げられる。このなかで、硫酸、塩酸、リン酸、メタンスルフォン酸が安価でウェハへのダメージが少ないため好ましい。これら酸は単独またはそれらの混合物を水溶液にしたものを用いる。
酸濃度は酸の種類によって異なるが、0.1質量%〜50質量%程度が好ましい。ウェハダメージの観点から、より好ましくは、0.1質量%〜10質量%である。温度は10〜60℃程度が取り扱いやすいため好ましい。
処理時間は、特に規定はないが、表面に存在するNi化合物の量によって時間を変えることが必要である。短すぎるとNi化合物が一部残存し、長すぎるとウェハへのダメージが懸念される。一般的には数秒から数十分が適当である。ウェハへのダメージの影響がなければ、Ni化合物が完全に除去できる時間よりも長めに設定することが好ましい。
処理方法は、浸漬や、シャワーやスプレーで吹き付ける方法で処理を行うことができる。処理を行ってあとは、酸の成分が残存しないように十分に水洗することが必要である。
添加剤の濃度は、界面活性剤の種類によって異なるが、水濡れ性の向上の観点から0.1〜10%が好ましい。
上述したAlまたはAl合金としては、半導体用ウェハの電極として用いられている公知のアルミニウム系のものでよく、例えば純アルミニウム、AlCu(0.5%)、AlSi(1%)等のアルミニウム合金等が使用できる。前記電極のCuまたはCu合金としては、半導体用ウェハの電極として用いられている公知の銅系のものでよく、例えば、純銅、リン青銅等の銅および銅合金が使用できる。
前記Al合金は、Alの含有量が50質量%を超えるものが好ましく、Cu合金は、Cuの含有量が50質量%を超えるものが好ましい。
ウェハの内部構造及び表面にAl電極またはCu電極を形成する工程は、半導体デバイスの製造に必要な公知のウェハ加工工程であり、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、イオン注入、スパッタリング、CVD等の公知の方法によって行うことができる。また、この工程に用いる装置としても、公知の任意の装置を用いることができる。
スパッタ、蒸着、電気めっき、無電解めっきについては、既存の方法、条件で形成することができる。
低コストで形成できることから、前記Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜が無電解めっきで形成されることが好ましい。
無電解Niめっき、無電解Pdめっき、無電解Auめっきに用いられるめっき液、めっき条件としては、UBM形成に用いられる一般的なめっき液、及びめっき条件でよい。
Pd皮膜の厚さは、Niの拡散防止の観点から、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは、0.01〜0.1μmである。
Au皮膜の厚さは、半田濡れ性の観点から、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは、0.01〜0.1μmである。
本発明の処理液を用いて処理することにより、Ni化合物が発生していない正常部の表面のAu皮膜を除去することなく、Ni化合物を十分に除去することができ、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性が改善する。
実施例1〜実施例8
パッド径200μm、N型パッド、P型パッドの抵抗が1kΩ、電位差が100Luxで0.4VのTEGウェハに、Ni(3μm)/Au(0.05μm)皮膜、またはNi(3μm)/Pd(0.05μm)/Au(0.03μm)皮膜を、無電解めっきでめっきを行い形成した。そのウェハを表1に示した熱処理、または恒温恒湿槽に入れることにより、Ni化合物をめっき表面に形成させた。このNi化合物が形成されたTEGウェハを表1に示した酸性溶液および条件で処理し、その後水洗を行った。外観を顕微鏡で確認した。その結果を表1に示す。
その後、はんだ接合性とワイヤボンディング性について以下の条件で評価した。その結果も表1に示す。
前記酸性溶液で処理したパッド上にWF−6300LF(千住金属製水溶性フラックス)を塗布し、SnAg(3%)Cu(0.5%)の半田ボール(ボール径450μm)を載せた。その後ピーク温度260℃(40秒)、酸素濃度600〜800ppmの条件でリフローを行い、はんだをパッドに接合させた。
はんだ接合性は、シェア試験を行い、はんだ内部の破壊の場合良好であると判断した。めっき/はんだ界面の破壊やはんだが接合しない場合は不良と判断した。シェア試験の条件は、シェア速度300μm/秒、シェア高さ15μmとした。
Auワイヤ径25μm、ヒーター温度120℃とし、1stボンド条件を超音波200mV、荷重220mN、200秒とし、2ndボンド条件を超音波220mV、荷重240mN、200秒として、Auワイヤを前記酸性溶液で処理したパッドと接合した。
ワイヤボンディングの接合性評価についてはプル試験を行い、Auワイヤでちぎれた場合良好であると判断した。めっき/Auワイヤ界面の破壊やワイヤが接合しない場合は不良と判断した。
表2に示した条件で無電解めっき、熱処理または恒温恒湿処理を行い、めっき表面にNi化合物を形成させた以外は実施例1と同様にNi化合物が形成されたTEGウェハを得た。その後、表2に示した方法および条件で処理し、水洗を行った。その後、外観、はんだ接合性、ワイヤボンディング性を実施例と同じ方法で評価した。それぞれの結果を表2に示す。
Claims (5)
- Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜で被覆された電極を有する半導体用ウェハの前記Au皮膜表面を、ワイヤボンディングまたははんだ接合前に処理する処理液であって、0.1質量%〜10質量%の酸性の水溶液であることを特徴とする処理液。
- 前記処理液が、ハロゲン化水素、硫酸、ホウ酸、リン酸、有機スルフォン酸、有機カルボン酸の中から選ばれる1種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の処理液。
- 前記処理液が、界面活性剤を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の処理液。
- 前記Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜が、無電解めっきで形成されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の処理液。
- Ni/Au皮膜またはNi/Pd/Au皮膜で被覆された電極を有する半導体用ウェハの前記Au皮膜表面を、ワイヤボンディングまたははんだ接合前に請求項1〜4のいずれか一項に記載の処理液を用いて処理することを特徴とする半導体用ウェハの処理方法。
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