JP6873311B2 - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1による半導体素子の模式断面図である。図2は、実施の形態1による半導体素子の模式平面図である。
図1及び図2において、本実施の形態の半導体素子1は、表裏導通型基板2と、表裏導通型基板2の一方の主面(表面)に形成された表側電極3aと、表裏導通型基板2の他方の主面(裏面)に形成された裏側電極3bと、表側電極3a上に形成された第一電極4と、第一電極4上に形成された無電解めっき層5とを備える。無電解めっき層5は、第一電極4上に形成された第一接合用無電解めっき層6と、第一接合用無電解めっき層6上に形成された第二接合用無電解めっき層7とを有している。第一電極4は、表側電極3aを形成する金属よりも貴な元素を含有している。第一電極4は、第一電極4の上面の面積が表側電極3aの上面の面積よりも小さくなるように形成されている。第一電極4は、腐食を防止するための電極(腐食防止用電極)として機能する。また、無電解めっき層5の周囲を囲うように、無電解めっき層5が形成されていない表側電極3a上には保護膜8が設けられている。図3は、実施の形態1による別の半導体素子の模式断面図である。図3に示される半導体素子1は、表側電極3aの側面が保護膜8で覆われていることを除き、図1に示される半導体素子1の構造と同じであるので説明を省略する。
アルミニウム合金中のアルミニウムよりも貴な元素の含有量は、特に限定されないが、好ましくは5質量%以下、より好ましくは0.05質量%以上3質量%以下、最も好ましくは0.1質量%以上2質量%以下である。
また、本実施の形態の半導体素子1では、保護膜8の下面と第一電極4の上面とが接触していないので、保護膜8と表側電極3aとの間の付着力が向上する。その理由は、保護膜8は、貴金属との反応性が乏しい非金属又は有機物から形成されることが多いため、保護膜8の下面と第一電極4の上面とが接触していると付着力が低くなりやすいからである。
まず、表裏導通型基板2に表側電極3a及び裏側電極3bを形成する。表裏導通型基板2に表側電極3a及び裏側電極3bを形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
次に、表側電極3a上の一部分に保護膜8を形成する。保護膜8を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
なお、プラズマクリーニングは、保護膜8が消失しないように行う必要がある。
上記のジンケート剥離工程及び第二ジンケート処理工程を行う理由は、表側電極3aの表面を平滑にするためである。なお、ジンケート処理工程及びジンケート剥離工程の繰り返しは、回数を増やすほど、表側電極3a及び裏側電極3bの表面が平滑になり、均一な第一電極4及び無電解めっき層5が形成される。ただし、表面平滑性と生産性とのバランスを考慮すると、ジンケート処理を2回以上行うことが好ましく、3回行うことがより好ましい。
無電解パラジウムめっき液の水素イオン濃度(pH)は、特に限定されないが、一般に7.0以上8.0以下、好ましくは7.3以上7.8以下である。
無電解パラジウムめっき液の温度は、無電解パラジウムめっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に40℃以上80℃以下、好ましくは45℃以上75℃以下である。
めっき時間は、めっき条件及び無電解パラジウムめっき層の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に2分以上30分以下、好ましくは5分以上20分以下である。
無電解ニッケルめっき液の温度は、無電解ニッケルめっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に70℃以上90℃以下、好ましくは80℃以上90℃以下である。
めっき時間は、めっき条件及び無電解ニッケルめっき層の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に5分以上40分以下、好ましくは10分以上30分以下である。
無電解金めっき液のpHは、特に限定されないが、一般に6.0以上9.0以下、好ましくは6.5以上8.0以下である。
無電解金めっき液の温度は、無電解金めっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に70℃以上90℃以下、好ましくは80℃以上90℃以下である。
めっき時間は、めっき条件及び無電解金めっき層の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に5分以上30分以下、好ましくは10分以上20分以下である。
図4は、実施の形態2による半導体素子の模式断面図である。
図4において、本実施の形態の半導体素子1は、表裏導通型基板2と、表裏導通型基板2の一方の主面(表面)に形成された表側電極3aと、表裏導通型基板2の他方の主面(裏面)に形成された裏側電極3bと、表側電極3a上に形成された第一電極4aと、裏側電極3b上に形成された第一電極4bと、第一電極4a及び第一電極4b上にそれぞれ形成された無電解めっき層5とを備える。無電解めっき層5は、第一電極4a及び第一電極4b上に形成された第一接合用無電解めっき層6と、第一接合用無電解めっき層6上に形成された第二接合用無電解めっき層7とを有している。第一電極4a及び第一電極4bは、表側電極3a及び裏側電極3bを形成する金属よりも貴な元素を含有している。第一電極4aは、第一電極4aの上面の面積が表側電極3aの上面の面積よりも小さくなるように形成されている。第一電極4aの上面の面積は表側電極3aの上面の面積よりも小さいため、パラジウム、金等の高価な貴金属の使用量を少なくすることができる。そのため、本実施の形態の半導体素子1では、コスト上昇を最小限に抑えることができる。第一電極4a及び第一電極4bは、腐食を防止するための電極(腐食防止用電極)として機能する。また、第一電極4a上に形成された無電解めっき層5の周囲を囲うように、無電解めっき層5が形成されていない表側電極3a上には保護膜8が設けられている。すなわち、本実施の形態の半導体素子1は、裏側電極3b上にも第一電極4b及び無電解めっき層5が順次形成されている点が実施の形態1と異なる。図5は、実施の形態2による別の半導体素子の模式断面図である。図5に示される半導体素子1は、表側電極3aの側面が保護膜8で覆われていることを除き、図4に示される半導体素子1の構造と同じであるので説明を省略する。
また、本実施の形態の半導体素子1では、保護膜8の下面と第一電極4aの上面とが接触していないので、保護膜8と表側電極3aとの間の付着力が向上する。その理由は、保護膜8は、貴金属との反応性が乏しい非金属又は有機物から形成されることが多いため、保護膜8の下面と第一電極4aの上面とが接触していると付着力が低くなりやすいからである。
図6は、実施の形態3による半導体素子の模式断面図である。
図6において、本実施の形態の半導体素子1は、表裏導通型基板2と、表裏導通型基板2の一方の主面(表面)に形成された表側電極3aと、表裏導通型基板2の他方の主面(裏面)に形成された裏側電極3bと、表側電極3a上に形成された第一電極4aと、裏側電極3b上に形成された第一電極4bと、第一電極4a及び第一電極4b上にそれぞれ形成された無電解めっき層5とを備える。無電解めっき層5は、第一電極4a及び第一電極4b上に形成された第一接合用無電解めっき層6と、第一接合用無電解めっき層6上に形成された第二接合用無電解めっき層7とを有している。第一電極4a及び第一電極4bは、表側電極3a及び裏側電極3bを形成する金属よりも貴な元素を含有している。第一電極4aは、第一電極4aの上面の面積が表側電極3aの上面の面積よりも小さくなるように形成されている。第一電極4aの上面の面積は表側電極3aの上面の面積よりも小さいため、パラジウム、金等の高価な貴金属の使用量を少なくすることができる。そのため、本実施の形態の半導体素子1では、コスト上昇を最小限に抑えることができる。第一電極4a及び第一電極4bは、腐食を防止するための電極(腐食防止用電極)として機能する。また、第一電極4a上に形成された無電解めっき層5の周囲を囲うように、無電解めっき層5が形成されていない表側電極3a上には保護膜8が設けられている。更に、表側電極3a上に形成された第一電極4aの上面は、第一接合用無電解めっき層6と接する領域と、保護膜8と接する領域とを有している。すなわち、本実施の形態の半導体素子1は、保護膜8の下面にまで第一電極4aが延びて形成されている点が実施の形態1及び実施の形態2と異なる。図7は、実施の形態3による別の半導体素子の模式断面図である。図7に示される半導体素子1は、表側電極3aの側面が保護膜8で覆われていることを除き、図6に示される半導体素子1の構造と同じであるので説明を省略する。
〔実施例1〕
実施例1では、図1に示す構造を有する半導体素子1を作製した。
まず、表裏導通型基板2として、Si基板(14mm×14mm×70μm)を準備した。
次に、Si基板の表面に、表側電極3aとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:5.0μm)を形成し、Si基板の裏面に、裏側電極3bとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:1.3μm)を形成した。その後、表側電極3a上の一部分に保護膜8(ポリイミド、厚さ:8μm)を形成した。
次に、下記の表2に示す条件にて各工程を行うことによって表側電極3a上に第一電極4及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6及び第二接合用無電解めっき層7)を順次形成し、半導体素子1を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。
以上から、接合信頼性の高い半導体素子1を作製することができたと考えられる。
実施例2では、図4に示す構造を有する半導体素子1を作製した。
まず、表裏導通型基板2として、Si基板(14mm×14mm×70μm)を準備した。
次に、Si基板の表面に、表側電極3aとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:5.0μm)を形成し、Si基板の裏面に、裏側電極3bとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:1.3μm)を形成した。その後、表側電極3a上の一部分に保護膜8(ポリイミド、厚さ:8μm)を形成した。
次に、下記の表3に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極3a上に第一電極4a及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6及び第二接合用無電解めっき層7)を順次形成すると共に裏側電極3b上に第一電極4b及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6及び第二接合用無電解めっき層7)を順次形成し、半導体素子1を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。
実施例3では、図6に示す構造を有する半導体素子1を作製した。
まず、表裏導通型基板2として、Si基板(14mm×14mm×70μm)を準備した。
次に、Si基板の表面に、表側電極3aとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:5.0μm)を形成し、Si基板の裏面に、裏側電極3bとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:1.3μm)を形成した。その後、表側電極3a上の一部分に保護膜8(ポリイミド、厚さ:8μm)を形成した。
次に、下記の表4に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極3a上に第一電極4a及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6及び第二接合用無電解めっき層7)を順次形成すると共に裏側電極3b上に第一電極4b及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6及び第二接合用無電解めっき層7)を順次形成し、半導体素子1を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。
実施例4では、図6に示す半導体素子1の接合用無電解めっき層を三層構造とした半導体素子を作製した。
まず、表裏導通型基板2として、Si基板(14mm×14mm×70μm)を準備した。
次に、Si基板の表面に、表側電極3aとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:5.0μm)を形成し、Si基板の裏面に、裏側電極3bとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:1.3μm)を形成した。その後、表側電極3a上の一部分に保護膜8(ポリイミド、厚さ:8μm)を形成した。
次に、下記の表5に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極3a上に第一電極4a及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6、第二接合用無電解めっき層7及び第三接合用無電解めっき層)を順次形成すると共に裏側電極3b上に第一電極4b及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6、第二接合用無電解めっき層7及び第三接合用無電解めっき層)を順次形成し、半導体素子1を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。
実施例5では、図6に示す半導体素子1の接合用無電解めっき層を単層構造とした半導体素子を作製した。
まず、表裏導通型基板2として、Si基板(14mm×14mm×70μm)を準備した。
次に、Si基板の表面に、表側電極3aとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:5.0μm)を形成し、Si基板の裏面に、裏側電極3bとしてのアルミニウム合金電極(ケイ素含有量:約1質量%、厚さ:1.3μm)を形成した。その後、表側電極3a上の一部分に保護膜8(ポリイミド、厚さ:8μm)を形成した。
次に、下記の表6に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極3a上に第一電極4a及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6)を順次形成すると共に裏側電極3b上に第一電極4b及び無電解めっき層5(第一接合用無電解めっき層6)を順次形成し、半導体素子1を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。
実施例5における第一電極4a及び第一電極4b(無電解パラジウムめっき層)を設けずに、アルミウム合金電極上に第一接合用無電解めっき層6(無電解銅めっき層)を形成しようとした。その結果、第一接合用無電解めっき層6(無電解銅めっき層)の形成中にアルミウム合金電極が完全に溶解してしまい、半導体素子を作製することができなかった。
Claims (16)
- 表側電極及び裏側電極を有する表裏導通型基板の少なくとも片側の電極上に第一電極及び無電解めっき層が順次形成された半導体素子であって、
前記第一電極が、リンを含む無電解パラジウムめっき層からなり、
前記第一電極が、前記第一電極が形成されている前記電極を形成する金属よりも貴な元素としてパラジウムを含有し、
前記第一電極の面積が、前記第一電極が形成されている前記電極の面積よりも小さい、半導体素子。 - 前記第一電極が、腐食を防止する腐食防止用電極である、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記無電解めっき層の周囲を囲うように、前記第一電極が形成されている前記電極上に形成された保護膜を更に有する、請求項1又は2に記載の半導体素子。
- 前記第一電極の上面が、前記無電解めっき層と接する領域と、前記保護膜と接する領域とを有する、請求項3に記載の半導体素子。
- 前記第一電極が形成されている前記電極が、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体素子。
- 前記無電解めっき層が、前記第一電極側から順に形成された無電解ニッケルめっき層と無電解パラジウムめっき層と無電解金めっき層との三層からなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体素子。
- 表側電極及び裏側電極を有する表裏導通型基板の前記表側電極及び前記裏側電極の両方の上に第一電極及び無電解めっき層が順次形成された半導体素子であって、
前記表側電極上に形成された前記第一電極が、リンを含む無電解パラジウムめっき層からなり、
前記裏側電極上に形成された前記第一電極が、リンを含む無電解パラジウムめっき層からなり、
前記表側電極上に形成された前記第一電極が、前記表側電極を形成する金属よりも貴な元素としてパラジウムを含有し、
前記裏側電極上に形成された前記第一電極が、前記裏側電極を形成する金属よりも貴な元素としてパラジウムを含有し、
前記表側電極に形成された前記第一電極の面積が、前記表側電極の面積よりも小さい、半導体素子。 - 前記表側電極及び前記裏側電極の両方が、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている、請求項7に記載の半導体素子。
- 前記表側電極側に形成された前記無電解めっき層が、前記表側電極上に形成された前記第一電極側から順に形成された無電解ニッケルめっき層と無電解パラジウムめっき層と無電解金めっき層との三層からなる、請求項7又は8に記載の半導体素子。
- 前記裏側電極側に形成された前記無電解めっき層が、前記裏側電極上に形成された前記第一電極側から順に形成された無電解ニッケルめっき層と無電解パラジウムめっき層と無電解金めっき層との三層からなる、請求項7〜9のいずれか一項に記載の半導体素子。
- 表裏導通型基板の片側に表側電極を形成する工程と、
前記表側電極をジンケート処理した後に、前記表側電極上の一部分に、無電解めっき法を用いて前記表側電極を形成する金属よりも貴な元素としてパラジウムを析出させて、第一電極としてのリンを含む無電解パラジウムめっき層を形成する工程と、
前記第一電極上に、無電解めっき法を用いて前記第一電極を触媒として無電解めっき層を形成する工程とを含む、半導体素子の製造方法。 - 前記表側電極上の一部分に保護膜を形成した後、前記表側電極上の残りの部分に前記第一電極を形成する、請求項11に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記保護膜を形成した後、前記表側電極上の残りの部分をマイクロエッチングしてから前記第一電極を形成する、請求項12に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記表側電極が、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、
前記無電解めっき層が、前記第一電極側から順に形成された無電解ニッケルめっき層と無電解パラジウムめっき層と無電解金めっき層との三層からなる、請求項11〜13のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記表裏導通型基板の残りの片側に裏側電極を形成する工程を更に含む、請求項11〜14のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記表側電極及び前記裏側電極の両方に対して同時にジンケート処理した後に無電解めっきを行い、前記表側電極及び前記裏側電極の両方の上に前記第一電極としてのリンを含む無電解パラジウムめっき層を形成する、請求項15に記載の半導体素子の製造方法。
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