JPH0684832A - 半導体チップ間の電気的接続方法 - Google Patents
半導体チップ間の電気的接続方法Info
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- JPH0684832A JPH0684832A JP4354735A JP35473592A JPH0684832A JP H0684832 A JPH0684832 A JP H0684832A JP 4354735 A JP4354735 A JP 4354735A JP 35473592 A JP35473592 A JP 35473592A JP H0684832 A JPH0684832 A JP H0684832A
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Abstract
(57)【要約】
半導体チップ間の電気的接続方法
【目的】 絶縁層の上に形成された銅線をニッケルメッ
キし、均一の厚さおよび均一の高さを有するような貫通
導体を有する電気的接続方法を提供する。 【構成】 本発明の電気的接続方法は、第１パターン化
金属層２５、２８をニッケルイオンを含む浴４５に浸積
す際、第１パターン化金属層をその下の予め形成されて
いる電源に接続されている拡張金属層１４に物理的に接
触させる疑似無電解非電着性メッキプロセスにより、第
１パターン化金属層２５、２８の上にニッケルを含む第
２金属層２９を形成した後、第１パターン化金属層２
５、２８と第１絶縁層１１、１２の上に第２絶縁層３０
を形成し、第１パターン化金属層２５、２８の所定部分
の上に開孔３１を形成し、第２絶縁層３０の前記開孔
に、無電解非電着性メッキプロセスにより、第２金属層
２９にニッケルを含む第３金属層３１を充填することを
特徴とする。
キし、均一の厚さおよび均一の高さを有するような貫通
導体を有する電気的接続方法を提供する。 【構成】 本発明の電気的接続方法は、第１パターン化
金属層２５、２８をニッケルイオンを含む浴４５に浸積
す際、第１パターン化金属層をその下の予め形成されて
いる電源に接続されている拡張金属層１４に物理的に接
触させる疑似無電解非電着性メッキプロセスにより、第
１パターン化金属層２５、２８の上にニッケルを含む第
２金属層２９を形成した後、第１パターン化金属層２
５、２８と第１絶縁層１１、１２の上に第２絶縁層３０
を形成し、第１パターン化金属層２５、２８の所定部分
の上に開孔３１を形成し、第２絶縁層３０の前記開孔
に、無電解非電着性メッキプロセスにより、第２金属層
２９にニッケルを含む第３金属層３１を充填することを
特徴とする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的相互接続方法に
関し、特に、半導体チップ間に電気的相互接続を形成す
る方法に関する。
関し、特に、半導体チップ間に電気的相互接続を形成す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路においては、金属の相互
接続導体は一般に銅ストリップ（線、またはワイヤ）で
ある、これらの銅ストリップは複数の金属レベル層（水
平面）に沿って走っている。これらの金属レベルは適当
な絶縁性材料（ポリイミド）の層により分離されてい
る。この絶縁層により分離された二つの層は貫通導体
（バイアス）により接続されている。この貫通導体は絶
縁層に開けた孔に金属を充填して形成される。この貫通
導体の高さは絶縁層の厚さに等しく、約５−１０μｍ
で、その断面は１０−２００μｍの直径を有している。
絶縁材料であるポリイミドは貫通導体の材料である銅に
はあまりよく接着しない。また、銅製の貫通導体がポリ
イミドに直接に接触すると、ポリイミド材料の品質が劣
化してしまう。これにより半導体素子の品質が損なわれ
る。
接続導体は一般に銅ストリップ（線、またはワイヤ）で
ある、これらの銅ストリップは複数の金属レベル層（水
平面）に沿って走っている。これらの金属レベルは適当
な絶縁性材料（ポリイミド）の層により分離されてい
る。この絶縁層により分離された二つの層は貫通導体
（バイアス）により接続されている。この貫通導体は絶
縁層に開けた孔に金属を充填して形成される。この貫通
導体の高さは絶縁層の厚さに等しく、約５−１０μｍ
で、その断面は１０−２００μｍの直径を有している。
絶縁材料であるポリイミドは貫通導体の材料である銅に
はあまりよく接着しない。また、銅製の貫通導体がポリ
イミドに直接に接触すると、ポリイミド材料の品質が劣
化してしまう。これにより半導体素子の品質が損なわれ
る。
【０００３】一方、ニッケルはポリイミド材料によく接
着し、ポリイミド材料とニッケルとの化学的相互作用が
存在しないために、銅線をニッケルで被覆し、貫通導体
の表面をニッケル製にすることが提案されている。この
ようなニッケルコーティング構造を得るためには、二回
の無電解メッキ（非電着性金属析出性）プロセスによっ
て、銅線をニッケルで被覆し、貫通導体をニッケルで形
成することである。一回目の無電解メッキステップはポ
リイミド層を形成する前に行われ、二回目のステップは
ポリイミド層が形成した後に行われる。第一回のステッ
プで銅線をニッケルで被覆し、二回目のステップでニッ
ケル製のプラグ（貫通導体）を形成することである。し
かし、この二回の無電解メッキのステップはその浴の成
分を異ならせる必要があることがわかった。すなわち、
銅線をニッケルで被覆するプロセスの浴の成分は、貫通
導体をニッケルで形成するプロセスの浴には不適合であ
る。特に、貫通導体をニッケルで充填する必要な高さが
得られない点である。
着し、ポリイミド材料とニッケルとの化学的相互作用が
存在しないために、銅線をニッケルで被覆し、貫通導体
の表面をニッケル製にすることが提案されている。この
ようなニッケルコーティング構造を得るためには、二回
の無電解メッキ（非電着性金属析出性）プロセスによっ
て、銅線をニッケルで被覆し、貫通導体をニッケルで形
成することである。一回目の無電解メッキステップはポ
リイミド層を形成する前に行われ、二回目のステップは
ポリイミド層が形成した後に行われる。第一回のステッ
プで銅線をニッケルで被覆し、二回目のステップでニッ
ケル製のプラグ（貫通導体）を形成することである。し
かし、この二回の無電解メッキのステップはその浴の成
分を異ならせる必要があることがわかった。すなわち、
銅線をニッケルで被覆するプロセスの浴の成分は、貫通
導体をニッケルで形成するプロセスの浴には不適合であ
る。特に、貫通導体をニッケルで充填する必要な高さが
得られない点である。
【０００４】他のアプローチとして、第一のメッキ浴内
で急速（フラッシュ）無電解メッキプロセスで銅に薄い
ニッケル層を形成し、この薄いニッケル層を基礎層とし
て前記第一のメッキ浴とは異なる成分を有する第二のメ
ッキ浴による第二の無電解メッキプロセスにより薄いニ
ッケル層の上に厚いニッケル層を堆積させることであ
る。そして、その後、第二のメッキ浴と同一成分の第三
のメッキ浴内で、無電解メッキプロセスにより、ポリイ
ミド材料の開口内にニッケルプラグを形成する。しか
し、このフラッシュ無電解メッキプロセスにより形成さ
れるニッケル層は、次の肉厚ニッケル層の形成に対して
は信頼性が低く、二回の無電解メッキプロセスを必要と
する点で、不都合であった。さらに、厚いニッケル層を
薄いニッケル層の上に堆積するために、均一な厚さを得
ることが難しく、さらに、バイアスをニッケルで完全に
充填することができなかった。さらに、電気メッキ（バ
ッテリ補助によるメッキ）は銅線をニッケルで被覆する
プロセスとしては、銅の上のニッケル層は非均一の厚さ
を有してしまうとしう欠点があった。
で急速（フラッシュ）無電解メッキプロセスで銅に薄い
ニッケル層を形成し、この薄いニッケル層を基礎層とし
て前記第一のメッキ浴とは異なる成分を有する第二のメ
ッキ浴による第二の無電解メッキプロセスにより薄いニ
ッケル層の上に厚いニッケル層を堆積させることであ
る。そして、その後、第二のメッキ浴と同一成分の第三
のメッキ浴内で、無電解メッキプロセスにより、ポリイ
ミド材料の開口内にニッケルプラグを形成する。しか
し、このフラッシュ無電解メッキプロセスにより形成さ
れるニッケル層は、次の肉厚ニッケル層の形成に対して
は信頼性が低く、二回の無電解メッキプロセスを必要と
する点で、不都合であった。さらに、厚いニッケル層を
薄いニッケル層の上に堆積するために、均一な厚さを得
ることが難しく、さらに、バイアスをニッケルで完全に
充填することができなかった。さらに、電気メッキ（バ
ッテリ補助によるメッキ）は銅線をニッケルで被覆する
プロセスとしては、銅の上のニッケル層は非均一の厚さ
を有してしまうとしう欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、絶縁層の上に形成された銅線をニッケルメッキし、
その絶縁層内の貫通導体をニッケルで形成する際に、均
一の厚さおよび均一の高さを有するような貫通導体を有
する半導体チップ間の電気的接続方法を提供するもので
ある。
は、絶縁層の上に形成された銅線をニッケルメッキし、
その絶縁層内の貫通導体をニッケルで形成する際に、均
一の厚さおよび均一の高さを有するような貫通導体を有
する半導体チップ間の電気的接続方法を提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は特許請求
の範囲第１項に記載したプロセスにより行われる。その
結果、特許請求の範囲に記載されたステップ（ａ）は、
疑似無電解メッキ（疑似非電着性金属析出性）ニッケル
メッキプロセスと称され、このステップ（ａ）は、外部
からの印加電圧、電流を必要とせず（これに対し、電気
メッキは必要とする）、ニッケルを含む補助金属層に電
気的に接触していればよい。これは純粋の無電解メッキ
が補助金属層と如何なる接触も必要としないのとは対照
的である。この疑似無電解メッキニッケルメッキプロセ
スは二段階からなり、自動的に開始し、自動的に終るガ
ルバニク堆積により、まず、最初のニッケル層を形成
し、次に無電解メッキ堆積によりさらにニッケル層をｉ
ｎ ｓｉｔｕで形成する。しかし、本発明は、からなず
しも上記の意味で用いているものではない。
の範囲第１項に記載したプロセスにより行われる。その
結果、特許請求の範囲に記載されたステップ（ａ）は、
疑似無電解メッキ（疑似非電着性金属析出性）ニッケル
メッキプロセスと称され、このステップ（ａ）は、外部
からの印加電圧、電流を必要とせず（これに対し、電気
メッキは必要とする）、ニッケルを含む補助金属層に電
気的に接触していればよい。これは純粋の無電解メッキ
が補助金属層と如何なる接触も必要としないのとは対照
的である。この疑似無電解メッキニッケルメッキプロセ
スは二段階からなり、自動的に開始し、自動的に終るガ
ルバニク堆積により、まず、最初のニッケル層を形成
し、次に無電解メッキ堆積によりさらにニッケル層をｉ
ｎ ｓｉｔｕで形成する。しかし、本発明は、からなず
しも上記の意味で用いているものではない。
【０００７】かくして、第３の金属層となるニッケルが
開孔にメッキされ（プラグが形成され）、この疑似無電
解メッキ堆積によるニッケル層を基礎層として用いて、
前記プラグは、第１金属層（電力供給面垂直接地相互接
続、あるいは銅線の一つとして機能し）をその上の導電
層（ワイヤ、あるいはＶＬＳＩチップ接続用ハンダバン
プ）に接続する手段として機能する。このようにして二
つの後続の金属化レベルの上のワイヤは相互接続され
る。このワイヤは銅製である。
開孔にメッキされ（プラグが形成され）、この疑似無電
解メッキ堆積によるニッケル層を基礎層として用いて、
前記プラグは、第１金属層（電力供給面垂直接地相互接
続、あるいは銅線の一つとして機能し）をその上の導電
層（ワイヤ、あるいはＶＬＳＩチップ接続用ハンダバン
プ）に接続する手段として機能する。このようにして二
つの後続の金属化レベルの上のワイヤは相互接続され
る。このワイヤは銅製である。
【０００８】この疑似無電解メッキプロセスにより形成
されたニッケル層は、後続の無電解メッキプロセスによ
りニッケルプラグが形成された浴の成分とほぼ同一の成
分を有する浴から形成される。各ニッケルプラグは、極
めて均一に疑似無電解メッキプロセスにより形成された
ニッケル層の上に形成される。それはプラグと疑似無電
解メッキプロセスにより形成されたニッケル層とは同一
のニッケルメッキ溶液から形成されるからである。同時
に疑似無電解メッキプロセスにより形成されたニッケル
層は、その下の銅線の上に直接堆積される。
されたニッケル層は、後続の無電解メッキプロセスによ
りニッケルプラグが形成された浴の成分とほぼ同一の成
分を有する浴から形成される。各ニッケルプラグは、極
めて均一に疑似無電解メッキプロセスにより形成された
ニッケル層の上に形成される。それはプラグと疑似無電
解メッキプロセスにより形成されたニッケル層とは同一
のニッケルメッキ溶液から形成されるからである。同時
に疑似無電解メッキプロセスにより形成されたニッケル
層は、その下の銅線の上に直接堆積される。
【０００９】この疑似無電解メッキプロセスにより堆積
されたニッケルは、純粋の無電解メッキプロレスにより
堆積されたニッケルとは異なり、パターン化された銅層
の上の上表面と側表面の上に信頼性ある完全な被覆を形
成でき、疑似無電解メッキプロセスにより形成されたニ
ッケル層とポリイミド層との間に信頼性のあるシールが
形成され、かくして、金属レベル間の不純物の移送は阻
止される。また疑似無電解メッキプロセスにより形成さ
れたニッケルは後続のステップ（ｄ）の（純粋）無電解
メッキプロセスに対し良好な基礎層を形成する。このス
テップ（ｄ）は疑似無電解メッキプロセスか電気メッキ
プロセスの何れでも実行されない。その理由はステップ
（ｂ）により、拡張金属層（第１金属層の下の領域を除
く）を除去したため、電気的なアクセスができなくなる
ためである。ステップ（ｂ）は第１のパターン化された
金属層により形成された様々なワイヤの間の短絡を防ぐ
ために必要なものである。
されたニッケルは、純粋の無電解メッキプロレスにより
堆積されたニッケルとは異なり、パターン化された銅層
の上の上表面と側表面の上に信頼性ある完全な被覆を形
成でき、疑似無電解メッキプロセスにより形成されたニ
ッケル層とポリイミド層との間に信頼性のあるシールが
形成され、かくして、金属レベル間の不純物の移送は阻
止される。また疑似無電解メッキプロセスにより形成さ
れたニッケルは後続のステップ（ｄ）の（純粋）無電解
メッキプロセスに対し良好な基礎層を形成する。このス
テップ（ｄ）は疑似無電解メッキプロセスか電気メッキ
プロセスの何れでも実行されない。その理由はステップ
（ｂ）により、拡張金属層（第１金属層の下の領域を除
く）を除去したため、電気的なアクセスができなくなる
ためである。ステップ（ｂ）は第１のパターン化された
金属層により形成された様々なワイヤの間の短絡を防ぐ
ために必要なものである。
【００１０】
【実施例】図１において、構造体１００は半導体チップ
間の相互接続を形成する初期段階を示す図である。構造
体１００は高濃度にボロンでドープされて、高導電性を
与えるシリコンウエハ１０から形成される。このシリコ
ンウエハ１０の抵抗率は０．００１Ω−ｃｍである。シ
リコンウエハ１０の底部には二酸化シリコン層９と窒化
シリコン層８が形成される。二酸化シリコン層９の厚さ
は約０．０５μｍで、窒化シリコン層８の厚さは約０．
１２０μｍである。二酸化シリコン層９と同時に薄い
（０．０５μｍ）二酸化シリコン層１１も形成され、窒
化シリコン層８と同時に窒化シリコン層１２も形成され
る。最終構造においては、二酸化シリコン層９と窒化シ
リコン層８は除去されて、金属層、たとえば銅層により
置換され、シリコンウエハ１０に対し接地電極を形成す
る。
間の相互接続を形成する初期段階を示す図である。構造
体１００は高濃度にボロンでドープされて、高導電性を
与えるシリコンウエハ１０から形成される。このシリコ
ンウエハ１０の抵抗率は０．００１Ω−ｃｍである。シ
リコンウエハ１０の底部には二酸化シリコン層９と窒化
シリコン層８が形成される。二酸化シリコン層９の厚さ
は約０．０５μｍで、窒化シリコン層８の厚さは約０．
１２０μｍである。二酸化シリコン層９と同時に薄い
（０．０５μｍ）二酸化シリコン層１１も形成され、窒
化シリコン層８と同時に窒化シリコン層１２も形成され
る。最終構造においては、二酸化シリコン層９と窒化シ
リコン層８は除去されて、金属層、たとえば銅層により
置換され、シリコンウエハ１０に対し接地電極を形成す
る。
【００１１】シリコンウエハ１０の上部表面には二酸化
シリコン層１１と０．１２０μｍの窒化シリコン層１２
が低圧ＣＶＤにより堆積され、０．０５５μｍ厚さのチ
タン層１３と、０．０６５μｍ厚さの拡張金属層１４
と、０．２５０μｍ厚さの銅層１５と、０．０５５μｍ
厚さのチタン層１６と、２．５μｍ厚さのフォトレジス
ト層１７とが形成され、このフォトレジスト層１７は最
初にチタン層（図示せず）の上に液体エッチングにより
形成され、その後使用される開孔を有し、チタン層１６
とフォトレジスト層１７に形成された開孔を充填する銅
層１８とを形成する。一般的にフォトレジスト層１７の
開孔は最初に均一の厚さのスパン−オンレジスト層をパ
ターン化された紫外線に照射し、このフォトレジスト層
を標準の湿現像により形成される。
シリコン層１１と０．１２０μｍの窒化シリコン層１２
が低圧ＣＶＤにより堆積され、０．０５５μｍ厚さのチ
タン層１３と、０．０６５μｍ厚さの拡張金属層１４
と、０．２５０μｍ厚さの銅層１５と、０．０５５μｍ
厚さのチタン層１６と、２．５μｍ厚さのフォトレジス
ト層１７とが形成され、このフォトレジスト層１７は最
初にチタン層（図示せず）の上に液体エッチングにより
形成され、その後使用される開孔を有し、チタン層１６
とフォトレジスト層１７に形成された開孔を充填する銅
層１８とを形成する。一般的にフォトレジスト層１７の
開孔は最初に均一の厚さのスパン−オンレジスト層をパ
ターン化された紫外線に照射し、このフォトレジスト層
を標準の湿現像により形成される。
【００１２】二酸化シリコン層１１の厚さは約１．０μ
ｍで、ただし、銅層１８の中央部の下の領域を除く。そ
の部分の二酸化シリコン層１１の厚さは約０．０５μｍ
である。この二酸化シリコン層１１が薄い理由は、銅層
１８（電力供給面）とシリコンウエハ１０（接地電位）
との間の高キャパシタンスを提供するためである。銅層
２８（図３、４）が銅層１８から形成されて、信号線と
して機能する場合には、下の二酸化シリコン層１１の厚
さは約１．０μｍが好ましい。そして、シリコンウエハ
１０から出る垂直方向の接地線がその上のシリコン集積
回路チップに接続される場合には、二酸化シリコン層１
１と窒化シリコン層１２の厚さはゼロである。それは電
気接点が接地されるようするためである。電気メッキプ
ロセス用の電極を提供するために、チタン層１６の端部
領域を露出するために、フォトレジスト層１７の端部を
除去した後（図１には図示せず）、銅層１８はフォトレ
ジスト層１７の開孔内に（銅層１５の上に銅を）電気メ
ッキすることにより形成される。
ｍで、ただし、銅層１８の中央部の下の領域を除く。そ
の部分の二酸化シリコン層１１の厚さは約０．０５μｍ
である。この二酸化シリコン層１１が薄い理由は、銅層
１８（電力供給面）とシリコンウエハ１０（接地電位）
との間の高キャパシタンスを提供するためである。銅層
２８（図３、４）が銅層１８から形成されて、信号線と
して機能する場合には、下の二酸化シリコン層１１の厚
さは約１．０μｍが好ましい。そして、シリコンウエハ
１０から出る垂直方向の接地線がその上のシリコン集積
回路チップに接続される場合には、二酸化シリコン層１
１と窒化シリコン層１２の厚さはゼロである。それは電
気接点が接地されるようするためである。電気メッキプ
ロセス用の電極を提供するために、チタン層１６の端部
領域を露出するために、フォトレジスト層１７の端部を
除去した後（図１には図示せず）、銅層１８はフォトレ
ジスト層１７の開孔内に（銅層１５の上に銅を）電気メ
ッキすることにより形成される。
【００１３】スパッタプロセスにより堆積された銅層１
５は、電気メッキされた銅が拡張金属層１４によく接着
しないが、それに対し、（ｉｎ ｖａｃｕｏ）スパッタ
堆積プロセスによる銅は接着する。一方、拡張金属層１
４は疑似非電着性ニッケル層２９の疑似無電解メッキ堆
積には有効である。この疑似非電着性ニッケル層２９は
その高品質（均一の厚さ）は非電着性ニッケルプラグ３
１（図４）の後続の無電解メッキ堆積用に良好な基礎層
として有効である。チタン層１３は拡張金属層１４がそ
の下の窒化シリコン層１２に接着しないために有効であ
る。チタン層１６はフォトレジスト層１７がその下の銅
層１５に接着しないために有効である。フォトレジスト
層１７のパターニングは、銅層１８が銅層２８により形
成された銅ワイヤの所望のルーティングに従って、パタ
ーン化される。
５は、電気メッキされた銅が拡張金属層１４によく接着
しないが、それに対し、（ｉｎ ｖａｃｕｏ）スパッタ
堆積プロセスによる銅は接着する。一方、拡張金属層１
４は疑似非電着性ニッケル層２９の疑似無電解メッキ堆
積には有効である。この疑似非電着性ニッケル層２９は
その高品質（均一の厚さ）は非電着性ニッケルプラグ３
１（図４）の後続の無電解メッキ堆積用に良好な基礎層
として有効である。チタン層１３は拡張金属層１４がそ
の下の窒化シリコン層１２に接着しないために有効であ
る。チタン層１６はフォトレジスト層１７がその下の銅
層１５に接着しないために有効である。フォトレジスト
層１７のパターニングは、銅層１８が銅層２８により形
成された銅ワイヤの所望のルーティングに従って、パタ
ーン化される。
【００１４】銅層１８が形成された後、フォトレジスト
層１７は除去される。その後、チタン層１６の残りの部
分もＨＦ溶液内で液体エッチングにより除去される。次
に、比較的薄いチタン層１６がＨ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2の溶液
内で液体エッチングにより除去される。パターン化され
た比較的厚い銅層１８の厚さが減少し、しかし、それは
元の厚さに比較して極めて少ない量である。このように
して、銅層２８、２５が形成される（図２）。この銅層
２８、２５は電力供給ラインとして機能し、電圧
（ＶDD）をその上のシリコンチップ（図示せず）に供給
する。このようにして電力面（ライン）はシリコンウエ
ハ１０の二酸化シリコン層１１と窒化シリコン層１２が
除去された場所で、その上部面から垂直方向に走る接地
線（図示せず）から絶縁される。それ故に、銅層２５、
２８はパターン化され、すなわち、シリコンウエハ１０
の全上部表面に存在しない。かくして、図１の構造体１
００の段階が達成できる。
層１７は除去される。その後、チタン層１６の残りの部
分もＨＦ溶液内で液体エッチングにより除去される。次
に、比較的薄いチタン層１６がＨ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2の溶液
内で液体エッチングにより除去される。パターン化され
た比較的厚い銅層１８の厚さが減少し、しかし、それは
元の厚さに比較して極めて少ない量である。このように
して、銅層２８、２５が形成される（図２）。この銅層
２８、２５は電力供給ラインとして機能し、電圧
（ＶDD）をその上のシリコンチップ（図示せず）に供給
する。このようにして電力面（ライン）はシリコンウエ
ハ１０の二酸化シリコン層１１と窒化シリコン層１２が
除去された場所で、その上部面から垂直方向に走る接地
線（図示せず）から絶縁される。それ故に、銅層２５、
２８はパターン化され、すなわち、シリコンウエハ１０
の全上部表面に存在しない。かくして、図１の構造体１
００の段階が達成できる。
【００１５】その後、構造体１００がニッケルメッキバ
ス４５の中に浸積される。すなわち、このニッケルメッ
キバス４５内の溶液はニッケルイオンを含有し、好まし
くは次亜燐酸塩イオンを含有する。ニッケルメッキバス
４５に含有する好ましい成分としては、スタビライザ、
バッファ、加速剤、コプレクサーと加湿剤がある。この
ようなメッキ浴の成分として使用されるものはＮｉｃｋ
ｌａｄ−１０００という名称のもので、ＷＩＴＣＯ社か
ら市販されている。このニッケルメッキバス４５は容器
４４内に収納されている。さらに、構造体１００はニッ
ケルメッキバス４５内にある間は補助金属層４１（ニッ
ケルで被覆された鉄）と絶縁性テフロン層４０との間を
機械的に押し付けられる。この補助金属層４１は構造体
１００を保持するカセットの一部である。
ス４５の中に浸積される。すなわち、このニッケルメッ
キバス４５内の溶液はニッケルイオンを含有し、好まし
くは次亜燐酸塩イオンを含有する。ニッケルメッキバス
４５に含有する好ましい成分としては、スタビライザ、
バッファ、加速剤、コプレクサーと加湿剤がある。この
ようなメッキ浴の成分として使用されるものはＮｉｃｋ
ｌａｄ−１０００という名称のもので、ＷＩＴＣＯ社か
ら市販されている。このニッケルメッキバス４５は容器
４４内に収納されている。さらに、構造体１００はニッ
ケルメッキバス４５内にある間は補助金属層４１（ニッ
ケルで被覆された鉄）と絶縁性テフロン層４０との間を
機械的に押し付けられる。この補助金属層４１は構造体
１００を保持するカセットの一部である。
【００１６】浸積の間、ニッケルは補助金属層４１と銅
層２８、２５の露出部分に堆積する。加圧力４２と４３
を補助金属層４１と絶縁テフロン層４０にそれぞれ加え
て、拡張金属層１４の上部表面と補助金属層４１の下部
表面とを物理的に接触させる。このようにして、疑似非
電着性ニッケル層２９．１は銅層２８、２５の露出した
上部と側面に形成される。これにより構造体１００（図
２）により示される段階に達成する。同時に、ニッケル
は拡張金属層１４の上には堆積しない。それは親和性が
不足し、さらに拡張金属層１４の表面に形成される保護
酸化物パシベション層が欠如するからである。十分な時
間経過後、所望の厚さの、すなわち０．５０μｍの疑似
非電着性ニッケル層２９（図３）が形成される。この疑
似非電着性ニッケル層２９は銅層２８の上部表面と側面
の上に均一の厚さのニッケルを被覆する。
層２８、２５の露出部分に堆積する。加圧力４２と４３
を補助金属層４１と絶縁テフロン層４０にそれぞれ加え
て、拡張金属層１４の上部表面と補助金属層４１の下部
表面とを物理的に接触させる。このようにして、疑似非
電着性ニッケル層２９．１は銅層２８、２５の露出した
上部と側面に形成される。これにより構造体１００（図
２）により示される段階に達成する。同時に、ニッケル
は拡張金属層１４の上には堆積しない。それは親和性が
不足し、さらに拡張金属層１４の表面に形成される保護
酸化物パシベション層が欠如するからである。十分な時
間経過後、所望の厚さの、すなわち０．５０μｍの疑似
非電着性ニッケル層２９（図３）が形成される。この疑
似非電着性ニッケル層２９は銅層２８の上部表面と側面
の上に均一の厚さのニッケルを被覆する。
【００１７】あるいは補助金属層４１の機能（電極とし
ての）は、（ニッケルメッキバス４５内に構造体１００
を浸積する前に）拡張金属（クロム）層１４の表面の露
出部分にニッケルを堆積することによって、ニッケル層
が形成されるよう機能する。次に、拡張金属層１４の全
部が（ＫＭｎＯ4とＮａＯＨ）の液体溶液に浸積するこ
とによって除去され、ただし、その上の銅層２８によっ
て保護される部分は除く。かくして、チタン層１３はウ
ェットエッチング（ＨＦ水溶液によりエッチング）さ
れ、そして、同じく下の銅層２８の部分が除かれて、エ
ッチングされる。このようにして、銅層２８の下のチタ
ン層２３の上に、クロム層２４が形成され、構造体３０
０で示した段階が達成できる。
ての）は、（ニッケルメッキバス４５内に構造体１００
を浸積する前に）拡張金属（クロム）層１４の表面の露
出部分にニッケルを堆積することによって、ニッケル層
が形成されるよう機能する。次に、拡張金属層１４の全
部が（ＫＭｎＯ4とＮａＯＨ）の液体溶液に浸積するこ
とによって除去され、ただし、その上の銅層２８によっ
て保護される部分は除く。かくして、チタン層１３はウ
ェットエッチング（ＨＦ水溶液によりエッチング）さ
れ、そして、同じく下の銅層２８の部分が除かれて、エ
ッチングされる。このようにして、銅層２８の下のチタ
ン層２３の上に、クロム層２４が形成され、構造体３０
０で示した段階が達成できる。
【００１８】次に、構造体３００の上部表面がポリイミ
ド層３０（図４）により被覆され、このポリイミド層３
０の厚さは約１０μｍで、開孔が疑似非電着性ニッケル
層２９の上部表面の所定部分の上に形成される。この所
定部分は図面の面に伸び（図４）、第１レベルと第２レ
ベルの金属層の間の貫通孔に必要な部分のみ伸びる。上
から見ると、この貫通導体は３０−１００μｍの直径を
有している円形領域である。その後、構造体３００はニ
ッケルメッキバス４５内に浸積される。このニッケルメ
ッキバス４５は前に疑似非電着性ニッケル層２９を形成
したものと同一のもので、非電着性ニッケルプラグ３１
がポリイミド層の開孔を充填するのに使用される。
ド層３０（図４）により被覆され、このポリイミド層３
０の厚さは約１０μｍで、開孔が疑似非電着性ニッケル
層２９の上部表面の所定部分の上に形成される。この所
定部分は図面の面に伸び（図４）、第１レベルと第２レ
ベルの金属層の間の貫通孔に必要な部分のみ伸びる。上
から見ると、この貫通導体は３０−１００μｍの直径を
有している円形領域である。その後、構造体３００はニ
ッケルメッキバス４５内に浸積される。このニッケルメ
ッキバス４５は前に疑似非電着性ニッケル層２９を形成
したものと同一のもので、非電着性ニッケルプラグ３１
がポリイミド層の開孔を充填するのに使用される。
【００１９】次に、図４のクロム層３４、５４と、銅層
３８、３５、５８、５５と、疑似非電着性ニッケル層３
９、５９が、クロム層２４、銅層２８、銅層２５、疑似
非電着性ニッケル層２９が形成されたのと同様に形成さ
れる。チタン層１３に対応するチタン層は、ポリイミド
層３０とクロム層３４、５４との間には形成されない。
それは、クロム層３４、５４がポリイミド層３０によく
接着する為には、チタンは不要だんらである。それどこ
ろか、チタンはポリイミド層３０に対する接着問題を引
き起こす。一方、チタン層１６に対応するパターン化さ
れたチタン層は、チタン層１６が必要とされたと同様な
理由で、パターン化される前に銅層３５、５５の上部表
面に形成されている。その後、銅層３８、５８の上に開
孔を有する別のポリイミド層５０が形成された後、非電
着性ニッケルプラグ５１、６１は非電着性ニッケルプラ
グ３１が形成されたのと同様にこれらの開孔に形成され
る。
３８、３５、５８、５５と、疑似非電着性ニッケル層３
９、５９が、クロム層２４、銅層２８、銅層２５、疑似
非電着性ニッケル層２９が形成されたのと同様に形成さ
れる。チタン層１３に対応するチタン層は、ポリイミド
層３０とクロム層３４、５４との間には形成されない。
それは、クロム層３４、５４がポリイミド層３０によく
接着する為には、チタンは不要だんらである。それどこ
ろか、チタンはポリイミド層３０に対する接着問題を引
き起こす。一方、チタン層１６に対応するパターン化さ
れたチタン層は、チタン層１６が必要とされたと同様な
理由で、パターン化される前に銅層３５、５５の上部表
面に形成されている。その後、銅層３８、５８の上に開
孔を有する別のポリイミド層５０が形成された後、非電
着性ニッケルプラグ５１、６１は非電着性ニッケルプラ
グ３１が形成されたのと同様にこれらの開孔に形成され
る。
【００２０】かくして、構造体４００（図４）が形成さ
れ、ここで、非電着性ニッケルプラグ５１は、第２レベ
ルの金属化層、すなわち、銅層３８からのパワーが第３
レベルの金属化層（図示せず）に接続する垂直導体とし
て機能する。かくして、垂直方向に走る導電体は非電着
性ニッケルプラグ３１、クロム層３４、銅層３８、銅層
３５、疑似非電着性ニッケル層３９、非電着性ニッケル
プラグ５１により形成され、銅層２８からの所望の電気
接続をその上のＶＬＳＩチップ（図示せず）に接続する
一部を形成する。この非電着性ニッケルプラグ６１は第
２レベルの金属化層、すなわち銅層５８からの信号接続
用の垂直接続導体として機能する。
れ、ここで、非電着性ニッケルプラグ５１は、第２レベ
ルの金属化層、すなわち、銅層３８からのパワーが第３
レベルの金属化層（図示せず）に接続する垂直導体とし
て機能する。かくして、垂直方向に走る導電体は非電着
性ニッケルプラグ３１、クロム層３４、銅層３８、銅層
３５、疑似非電着性ニッケル層３９、非電着性ニッケル
プラグ５１により形成され、銅層２８からの所望の電気
接続をその上のＶＬＳＩチップ（図示せず）に接続する
一部を形成する。この非電着性ニッケルプラグ６１は第
２レベルの金属化層、すなわち銅層５８からの信号接続
用の垂直接続導体として機能する。
【００２１】銅層２８、３８、５８は水平方向、すなわ
ち一定の金属化レベルの上を走る。このようにして、構
造体４００による体系では、これらのパターン化した銅
層は様々な金属化レベルの上の銅層２８、３８、５８と
して機能する。上記の実施例は銅線について説明した
が、銅線の代わりにアルミ、金、銀線も使用できる。こ
の疑似無電解メッキ、その後の純粋無電解メッキプロセ
スにより、ニッケルは銅線にメッキされ、あるレベルか
ら別のレベルへの接続に使用される。クロムの代わりに
他の金属、たとえばタングステン、モリブデン、タンタ
ル等の耐火金属もこれらのパシベリション層（保護酸化
物層）として、拡張金属層１４用およびクロム層２４、
３４、５４用に使用できる。またニッケルの代わりに拡
張金属層１４は他の金属金、プラチナ、パラジュウム、
または亜鉛等によって被覆できる。
ち一定の金属化レベルの上を走る。このようにして、構
造体４００による体系では、これらのパターン化した銅
層は様々な金属化レベルの上の銅層２８、３８、５８と
して機能する。上記の実施例は銅線について説明した
が、銅線の代わりにアルミ、金、銀線も使用できる。こ
の疑似無電解メッキ、その後の純粋無電解メッキプロセ
スにより、ニッケルは銅線にメッキされ、あるレベルか
ら別のレベルへの接続に使用される。クロムの代わりに
他の金属、たとえばタングステン、モリブデン、タンタ
ル等の耐火金属もこれらのパシベリション層（保護酸化
物層）として、拡張金属層１４用およびクロム層２４、
３４、５４用に使用できる。またニッケルの代わりに拡
張金属層１４は他の金属金、プラチナ、パラジュウム、
または亜鉛等によって被覆できる。
【００２２】さらに、疑似非電着性ニッケル層２９、３
９、５９、（すなわち疑似無電解メッキプロセスにより
形成された層）の形成の初期段階の間、ニッケルの堆積
は疑似無電解メッキプロセスによるニッケル堆積に使用
された前述のバス（浴）内で、バッテリ補助（電気メッ
キ）によっても行うことができる。このバッテリ補助プ
ロセスは銅線をあらゆる所で被覆するニッケル層の形成
が可能となった後、バッテリを取り除いて（外部電源を
切断し）、疑似無電解メッキプロセスによるニッケルメ
ッキプロセスが疑似非電着性（疑似無電解メッキプロセ
スにより形成された）ニッケル層２９の厚み（０．５μ
ｍ）を完成するよう行われる。疑似非電着性ニッケル層
２９に必要な厚さを有する純電気メッキニッケル層は非
均一の厚さを有する傾向にある。
９、５９、（すなわち疑似無電解メッキプロセスにより
形成された層）の形成の初期段階の間、ニッケルの堆積
は疑似無電解メッキプロセスによるニッケル堆積に使用
された前述のバス（浴）内で、バッテリ補助（電気メッ
キ）によっても行うことができる。このバッテリ補助プ
ロセスは銅線をあらゆる所で被覆するニッケル層の形成
が可能となった後、バッテリを取り除いて（外部電源を
切断し）、疑似無電解メッキプロセスによるニッケルメ
ッキプロセスが疑似非電着性（疑似無電解メッキプロセ
スにより形成された）ニッケル層２９の厚み（０．５μ
ｍ）を完成するよう行われる。疑似非電着性ニッケル層
２９に必要な厚さを有する純電気メッキニッケル層は非
均一の厚さを有する傾向にある。
【００２３】かくして、疑似非電着性ニッケル層２９を
形成するニッケルメッキプロセスは、初期の電気メッキ
段階を有し、その時間は疑似非電着性ニッケル層２９の
全堆積時間の一部である。このバッテリ補助によるメッ
キの期間、バッテリの正極（他のｄ−ｃ電源でもよい）
は、メッキバス内に浸積されたワイヤ、または電極に接
続され、このバッテリの負極は、直接拡張金属層１４、
または補助金属層４１に接続される（間接的には拡張金
属層１４に電気的に接続される）。従って、後続の疑似
無電解メッキプロセス（すなわち初期の電気メッキによ
るニッケル堆積の完成前に実行されるプロセス）は、バ
ッテリ（あるいは、他のｄ−ｃ電源）を切り離し、メッ
キバスから出ている２本のワイヤ（バッテリ接続に必要
だった）を接続（ショート）することにより行われる。
かくして、用語「疑似無電解メッキ」は、拡張金属層１
４が外側のニッケル層に直接物理的に接触するのではな
く、拡張金属層１４が接続されているワイヤを介して、
電気的に接続されているような状況を含む。上記の技術
は疑似非電着性ニッケル層２９を形成するために、疑似
無電解メッキの第１段階の後の電気メッキの初期段階も
含むが、シリコンウエハ１０がウエハをメッキ浴の中に
保持するようなカセット、または他の支持部材の導電部
分と直接物理的に接触していないような場合に有効であ
る。疑似非電着性ニッケル層２９の厚さの一部は第１段
階の間に形成され、少なくとも第１段階の間の半分は形
成される。
形成するニッケルメッキプロセスは、初期の電気メッキ
段階を有し、その時間は疑似非電着性ニッケル層２９の
全堆積時間の一部である。このバッテリ補助によるメッ
キの期間、バッテリの正極（他のｄ−ｃ電源でもよい）
は、メッキバス内に浸積されたワイヤ、または電極に接
続され、このバッテリの負極は、直接拡張金属層１４、
または補助金属層４１に接続される（間接的には拡張金
属層１４に電気的に接続される）。従って、後続の疑似
無電解メッキプロセス（すなわち初期の電気メッキによ
るニッケル堆積の完成前に実行されるプロセス）は、バ
ッテリ（あるいは、他のｄ−ｃ電源）を切り離し、メッ
キバスから出ている２本のワイヤ（バッテリ接続に必要
だった）を接続（ショート）することにより行われる。
かくして、用語「疑似無電解メッキ」は、拡張金属層１
４が外側のニッケル層に直接物理的に接触するのではな
く、拡張金属層１４が接続されているワイヤを介して、
電気的に接続されているような状況を含む。上記の技術
は疑似非電着性ニッケル層２９を形成するために、疑似
無電解メッキの第１段階の後の電気メッキの初期段階も
含むが、シリコンウエハ１０がウエハをメッキ浴の中に
保持するようなカセット、または他の支持部材の導電部
分と直接物理的に接触していないような場合に有効であ
る。疑似非電着性ニッケル層２９の厚さの一部は第１段
階の間に形成され、少なくとも第１段階の間の半分は形
成される。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の方法によれ
ば、銅線の上に均一なニッケル層を堆積することがで
き、極めて安定した半導体チップ間の電気的相互接続が
可能となる。
ば、銅線の上に均一なニッケル層を堆積することがで
き、極めて安定した半導体チップ間の電気的相互接続が
可能となる。
【図１】本発明の一実施例による複数の層が形成された
半導体チップの形成のステップを表す。
半導体チップの形成のステップを表す。
【図２】本発明の一実施例による疑似無電解メッキによ
る金属化のステップを表す。
る金属化のステップを表す。
【図３】本発明の一実施例による半導体チップの金属層
の除去プロセスを表す。
の除去プロセスを表す。
【図４】本発明の一実施例による無電解メッキによる金
属化のステップを表す。
属化のステップを表す。
１００ 構造体 ３００ 構造体 ４００ 構造体 ８ 窒化シリコン層 ９ 二酸化シリコン層 １０ シリコンウエハ １１ 二酸化シリコン層（第１絶縁層） １２ 窒化シリコン層（第１絶縁層） １３ チタン層 １４ 拡張金属層 １５ 銅層 １６ チタン層（第３パターン化金属層） １７ フォトレジスト層（パターン化補助絶縁層） １８ 銅層 ２３ チタン層 ２４ クロム層 ２５ 銅層（第１パターン化金属層） ２８ 銅層（第１パターン化金属層） ２９ 疑似非電着性ニッケル層（第２金属層） ２９．１ 疑似非電着性ニッケル層 ３０ ポリイミド層（第２絶縁層） ３１ 非電着性ニッケルプラグ（第３金属層） ３４ クロム層 ３５ 銅層 ３８ 銅層 ３９ 疑似非電着性ニッケル層 ４０ 絶縁テフロン層 ４１ 補助金属層 ４２、４３ 加圧力 ４４ 容器 ４５ ニッケルメッキバス（浴） ５０ ポリイミド層 ５１ 非電着性ニッケルプラグ ５４ クロム層 ５５ 銅層 ５８ 銅層 ５９ 疑似非電着性ニッケル層 ６１ 非電着性ニッケルプラグ
フロントページの続き (72)発明者 リチャード エス．ベンソン アメリカ合衆国 08876 ニュージャージ ー サマーヴィル、ネイゲル ドライヴ 23 (72)発明者 ジェリー ジェイ ルビン アメリカ合衆国 07928 ニュージャージ ー チャサム、リヴァー ロード 48 (72)発明者 フランク ステプニク アメリカ合衆国 55416 ミネソタ ミネ アポリス、アパートメント 378、イーウ ィング アヴェニュー サウス 3031
Claims (3)
- 【請求項１】 第１絶縁層（１１、１２）の上に配置さ
れた第１パターン化金属層（２５、２８）の所定部分の
上にニッケルをメッキする半導体チップ間の電気的接続
方法において、 （ａ） 第１パターン化金属層（２５、２８）をニッケ
ルイオンを含む浴（４５）に浸積することにより、第１
パターン化金属層（２５、２８）の上にニッケルを含む
第２金属層（２９）を形成するステップ（図２）と、 （ｂ） 第１パターン化金属層（２５、２８）の下の領
域を除いて、不要な金属層（１３、１４、１５、１６）
を除去するステップ（図３）と、 （ｃ） 第１パターン化金属層（２５、２８）と第１絶
縁層（１１、１２）の上に第２絶縁層（３０）を形成
し、第１パターン化金属層（２５、２８）の所定部分の
上に開孔（３１）を形成するステップ（図４）と、 （ｄ） 第２絶縁層（３０）の前記開孔に、無電解（非
電着性）メッキプロセスにより、第２金属層（２９）に
ニッケルを含む第３金属層（３１）を充填するステップ
（図４）と、を有し、 前記（ａ）ステップにおいて、第１パターン化金属層
（２５、２８）をその下の予め形成されている拡張金属
層（１４）に物理的に接触させ、拡張金属層（１４）
を、浴（４５）に浸積した際、補助金属層（４１）に電
気的に接触させることを特徴とする半導体チップ間の接
続方法。 - 【請求項２】 前記第１パターン化金属層（２５、２
８）は、第１絶縁層（１１、１２）の上に配置された拡
張金属層（１４）の上表面の上に銅層（１５）をスパッ
タ堆積することにより形成されることを特徴とする請求
項１の方法。 - 【請求項３】 前記銅層（１５）の上表面に第３パター
ン化金属層（１６）を形成するステップと、 開孔を有する第３パターン化金属層（１６）の上表面に
パターン化補助絶縁層（１７）を形成するステップと、 パターン化補助絶縁層（１７）の前記開孔の下に配置さ
れた銅層（１５）を露出するステップと、 パターン化補助絶縁層（１７）の前記開孔に銅含有層を
電気メッキするステップと、 これにより前記銅含有層がパターン化補助絶縁層（１
７）の開孔の底部に配置された銅層（１５）に接触する
よう形成され、 パターン化補助絶縁層（１７）を除去するステップと、 第３パターン化金属層（１６）を除去するステップと、 パターン化補助絶縁層（１７）の前記開孔の下に位置し
ていない銅層（１５）の残りの部分を除去するステップ
とをさらに有し、これにより銅含有層の厚さを減少さ
せ、第１パターン化金属層（２８、２５）を形成するこ
とを特徴とする請求項２の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/809,694 US5264107A (en) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | Pseudo-electroless, followed by electroless, metallization of nickel on metallic wires, as for semiconductor chip-to-chip interconnections |
| US809694 | 1991-12-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684832A true JPH0684832A (ja) | 1994-03-25 |
| JP2530088B2 JP2530088B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=25202008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4354735A Expired - Lifetime JP2530088B2 (ja) | 1991-12-17 | 1992-12-17 | 半導体チップ間の電気的接続方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5264107A (ja) |
| EP (1) | EP0547815B1 (ja) |
| JP (1) | JP2530088B2 (ja) |
| DE (1) | DE69218146D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000044043A1 (fr) * | 1999-01-22 | 2000-07-27 | Hitachi, Ltd. | Dispositif a semi-conducteurs et son procede de fabrication |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| DE10126734B4 (de) * | 2001-05-31 | 2009-02-26 | Qimonda Ag | Umverdrahtungsverfahren und damit hergestelltes Bauelement |
| TW200414453A (en) * | 2002-03-26 | 2004-08-01 | Sumitomo Electric Wintec Inc | Bonding wire and IC device using the bonding wire |
| DE10355953B4 (de) * | 2003-11-29 | 2005-10-20 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Galvanisieren und Kontaktvorsprungsanordnung |
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|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-12-17 US US07/809,694 patent/US5264107A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-12-04 EP EP92311095A patent/EP0547815B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-04 DE DE69218146T patent/DE69218146D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-17 JP JP4354735A patent/JP2530088B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000044043A1 (fr) * | 1999-01-22 | 2000-07-27 | Hitachi, Ltd. | Dispositif a semi-conducteurs et son procede de fabrication |
| US6656828B1 (en) | 1999-01-22 | 2003-12-02 | Hitachi, Ltd. | Method of forming bump electrodes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69218146D1 (de) | 1997-04-17 |
| JP2530088B2 (ja) | 1996-09-04 |
| EP0547815A3 (en) | 1994-07-27 |
| EP0547815B1 (en) | 1997-03-12 |
| EP0547815A2 (en) | 1993-06-23 |
| US5264107A (en) | 1993-11-23 |
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