JPH09326395A - 半導体装置の電極形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電解めっきによって突起電極を形成する際
に、耐温度サイクル性、熱衝撃性が高く、Ａｕの無電解
めっき液に対しても浸食性の高いＮｉ突起電極を形成す
る方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体チップのＡｌ電極１０上に選択的
に突起電極を形成するに際して、半導体チップのＡｌ電
極１０上の酸化膜１１を除去し、その後Ａｌ電極１０上
に置換反応によってＺｎ１２を析出させる。次に半導体
チップを無電解めっき液に浸漬してＡｌ電極１０上に析
出させたＺｎ１２をさらに置換反応によってすべてＮｉ
１３に置換させ、この後さらにＺｎ１２を析出させる工
程とＮｉ１３を置換させる工程とを繰り返して所定の厚
みのＮｉ電極を得ることにより信頼性高い突起電極を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本技術は半導体のＡｌ電極上
に突起電極を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在マルチメディア機器や携帯、通信機
器には非常に多くの半導体部品が使用されているが、こ
れらに使用される半導体素子はいずれも小型で軽量の実
装方法でパッケージされることが望まれている。上記の
実装方式としてはＴＡＢ方式やフリップチップ方式が従
来用いられており、その際には半導体素子のＡｌ電極上
に突起電極を形成することが必要となってきている。

【０００３】今まで、上記したようなＡｌ電極上に突起
電極を形成する方法としては、拡散工程が終了した半導
体ウエハに対して、さらに蒸着やフォトリソ、エッチン
グ工程を繰り返し、最終的には電解めっき法にて金属を
析出させて突起電極を形成していた。しかしながら、上
記の方法では拡散工程とほぼ同様な高額な設備がいるこ
とや工程が複雑で長いために突起電極を形成するコスト
が高くなると行った問題があった。

【０００４】そこで上記の問題点に対して、最近では無
電解めっきを用いてＡｌ電極上に選択的に直接、突起電
極を形成する方法が盛んに行われてきている。この方法
では高額な大型の設備は必要とせず、めっき槽さえあれ
ば非常に簡単なプロセスで突起電極が形成でき、形成コ
ストも大変安くなるといった特徴がある。

【０００５】そこで以下では上記の無電解めっき法で突
起電極を形成する方法について図２を参照しながら説明
する。なお、拡散まで終了した半導体ウエハに突起電極
を形成する際には、ウエハ状態のままで以下の処理を行
う。

【０００６】まず、図２（ａ）に示すように半導体基板
上に形成されたＡｌ電極１０上の自然酸化膜１１を除去
する。この時自然酸化膜１１を除去するのに用いるエッ
チング液としては水酸化ナトリウムや燐酸等が挙げられ
る。次に図２（ｂ）に示すように自然酸化膜１１が除去
されたＡｌ電極１０上に再度酸化膜が形成されないよう
にするとともに、次の処理である無電解めっき反応が安
定的に進むように置換処理を行う。この場合、ジンケー
ト処理としてＺｎ１２をＡｌ電極１０上に選択的に置換
反応させて形成する。なお、上記のジンケート処理の替
わりにアクチベート処理としてＰｄを置換反応させても
よい。

【０００７】次に図２（ｃ）に示すように半導体ウエハ
を無電解めっき液にする浸漬するわけであるが、その詳
細については、ここではニッケルめっき行う方法につい
て特定して説明を行う。無電解ニッケルめっき液に半導
体ウエハを浸漬すると先に置換反応で析出していたＺｎ
１２が溶けだし、Ａｌ電極１０の近傍でニッケルの還元
反応が発生し、Ａｌ電極１０上にニッケル１３が析出す
る。その後一定時間めっき液に浸漬しておくと図２
（ｄ）に示すように一定膜厚のニッケル突起電極１４得
ることができる。なお、用いた無電解ニッケルめっき液
は硫酸ニッケルを主成分としたものである。

【０００８】上記のようにして半導体素子のＡＬ電極１
０上に選択的に無電解めっき法により突起電極１４を形
成する。またニッケルは表面が酸化されやすいため、電
極として用いる場合には、図２（ｅ）に示すように表面
を安定化させるために同じく無電解Ａｕめっきによって
金１５によりニッケル突起電極１４を被服する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術には下記に示すような課題（信頼性が低い）が
存在し、その点につき図３を参照しながら説明する。

【００１０】図２に示した方法で形成したＮｉ突起電極
１４の断面構造の詳細を示したものが図３である。断面
構造においてＡｌ電極１０の表面に最酸化防止のために
置換反応で析出させた亜鉛１２またはパラジウムはさら
に置換反応により無電解Ｎｉめっき１３層に変化してい
くわけであるが、その過程は大きく２つ分けることがで
きる。１つは亜鉛１２またはパラジウムとＮｉが置換反
応によって形成されるＮｉ置換反応膜４１の形成過程
と、その後このＮｉ置換反応膜４１上に自己析出によっ
てさらに厚いＮｉ自己析出膜４２が形成される過程とで
ある。このように無電解Ｎｉめっきによって形成したニ
ッケル突起電極１４は異なる析出過程によって形成され
た２層のニッケルから成っている。このとき置換反応に
よって形成されるＮｉ置換反応膜４１は非常にグレイン
サイズも小さく、緻密で内部応力も小さい良好な膜であ
る。しかしもう一方の自己析出によって形成されるＮｉ
自己析出膜４２はグレインサイズ大きく、内部応力も大
きな膜となる。

【００１１】そして結果的には以下に示すような課題が
発生する。まず第１に、ニッケル突起電極１４は構造
上、非常に大きな内部応力を有している。このため熱衝
撃試験や温度サイクル試験などを行うとかなり早い試験
時間において内部クラックが生じ、著しく信頼性を低下
させることとなる。入るクラックはＮｉ置換反応膜４１
とＮｉ自己析出膜４２の境目である第１境界４３に入る
横クラックとＮｉ自己析出膜４２内のグレイン４４間の
境目である第２境界４５に入る縦クラックである。これ
らの第１境界４３も第２境界４５も構造上結晶粒が不連
続になる位置で最も強度的に弱い箇所である。

【００１２】次に第２に、Ｎｉ突起電極１４表面に無電
解めっきでＡｕを被服した場合にも以下のような課題が
生じる。無電解めっきに用いるＡｕめっき液は下地金属
への浸食性が強いため、上記で説明した第２境界４５に
沿ってかなり早いスピードで入り込み、表面にＡｕが析
出する時間とほぼ同等の時間でＡｌ電極１０とＮｉ置換
反応膜４１界面にまで到達する。ここまで到達したＡｕ
は析出するが十分なＡｕめっき液が周りにないことか
ら、非常にポーラスな金層となってＮｉ突起電極１４の
密着強度を低下させたり、接触抵抗を増大させたりする
原因となる。このことはＮｉ突起電極１４の信頼性に大
きく影響することとなる。

【００１３】そこで本発明は上記の問題点に鑑み、耐ク
ラック性や耐浸食性の高い信頼性の高い突起電極の形成
方法を提供することを目的とする。すなわち、本発明は
突起電極の信頼性が低くなることの原因が析出により形
成されたＮｉ突起電極が二重構造になっており、結晶粒
サイズで見た場合に異なることによるものであることを
見いだしたことに基づくものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の電極の形成方法は、半導体チップのＡｌ電
極上に選択的に突起電極を形成するにあたり、半導体チ
ップのＡｌ電極上の酸化膜を除去し、酸化膜を除去した
Ａｌ電極上に置換反応によって第１の金属を析出させ、
次に半導体チップを無電解めっき液に浸漬してＡｌ電極
上に析出させた第１の金属をさらに置換反応によってす
べて第２の金属に置換させ、この後さらに第１の金属を
析出させる工程と第１の金属と前記第２の金属とを置換
させる工程とを繰り返して所定の厚みの第２の金属層を
得るという構成を有するものである。上記の構成により
得られる第２の金属層は全て置換反応により形成された
ものであるため、その結晶粒が小さいもので統一するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
半導体装置の電極形成方法について図面を参照しながら
説明する。図１は本発明の実施の形態における半導体装
置の電極形成工程断面図を示したものである。

【００１６】まず拡散工程まで終了したウエハに対して
図１（ａ）に示すようにＡｌ電極１０上の自然酸化膜１
１を除去する。この時酸化膜除去に用いるエッチング液
としては水酸化ナトリウムや燐酸等を用いることができ
る。次に図１（ｂ）に示すように、自然酸化膜１１が除
去されたＡｌ電極１０上に再度酸化膜が形成されないよ
うに、また次に無電解めっき反応が安定的に進むように
置換処理を行う。本実施の形態の場合、ジンケート処理
としてＺｎ１２をＡｌ電極１０上に選択的に置換反応さ
せて形成する。具体的には、市販のジンケート処理液を
用い室温で約１〜２分程度浸漬させておく。なお、この
ジンケート処理の替わりにアクチベート処理としてＰｄ
を置換反応させてもよい。その後、表面のジンケート処
理液を純水で洗い落として、図１（ｃ）に示すように無
電解ニッケルめっき液に浸漬する。無電解ニッケルめっ
き液に半導体チップ２２を浸漬すると先に置換反応で析
出していたＺｎ１２が溶けだし、Ａｌ電極１０近くでＺ
ｎとニッケルの置換反応がおきてＡｌ電極１０上にニッ
ケル１３が析出する。

【００１７】上記の置換反応はＺｎがすべてニッケルに
置き換わったら終了し、次にニッケルの自己析出反応に
変わる。そこで、本発明では工程としては置換反応まで
で終了させ、ニッケルの自己析出反応が発生する前に無
電解ニッケルめっき液中から半導体ウエハを取り出す。
具体的に上記のような置換反応のみを行うようにするた
めには、めっき液に浸漬する時間の制御を行うことにな
るが、例えば本実施の形態の場合約１〜２分程度でめっ
き液から引き上げることにより上記の制御を達成するこ
とができる。なお、このときに用いたＮｉめっき液は硫
酸ニッケルを主成分とするもので、条件としては９０℃
で使用した。その後純水による流水洗浄を行い、表面に
ついためっき液を十分に洗い落とす。

【００１８】次に図１（ｄ）に示すように再度ジンケー
ト処理を行い、置換反応で析出したＮｉ１３表面にＺｎ
１２を再度析出させる。その後表面のジンケート処理液
を純水で洗い落として、図１（ｅ）に示すように再度無
電解ニッケルめっき液に浸漬して、置換反応でＮｉ１３
を析出させる。このときも上記の際と同様に析出させる
Ｎｉ１３は置換反応で析出するものだけである。その後
図１（ｆ）に示すように置換反応によるＮｉの析出工程
を数回繰り返して所定の厚みのＮｉ突起電極１４を得
る。最後に図１（ｇ）に示すように無電解Ａｕめっきに
よってＮｉ突起電極１４の表面を金属的に安定にさせる
ためにＡｕ膜１５を被服する。このときの条件として
は、用いためっき液はシアン系のものであり、使用温度
は９０℃で約０．１〜０．２μｍ析出させた。

【００１９】以上のように本実施の形態によれば、最終
的に形成されたＮｉの突起電極は、その全てが置換反応
により析出したＮｉであるため、その結晶粒は全てがグ
レインサイズが小さく、かつ緻密で内部応力の小さなも
のとなる。従って、本実施の形態により形成されたＮｉ
突起電極は、結晶粒が不連続になるような部分は存在せ
ず、結果として信頼性の極めて高い電極となる。

【００２０】なお、本実施の形態では、予めＡｌ電極上
に再度酸化膜が形成されないように、また次に無電解め
っき反応が安定的に進むように置換される金属としてＺ
ｎを用い、一方析出させる金属（電極の材料）としてＮ
ｉを用いたが必ずしも上記の組み合わせでなければなら
ないわけではなく、めっき処理などが行える金属であれ
ばどのようなものにも適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明では以下に示す効果がある。

【００２２】まず第１に、本発明で形成したＮｉ突起電
極はＺｎとの置換反応だけで析出させたＮｉ膜であるた
めに、非常に緻密で内部応力の小さい良好な膜で形成さ
れたものである。このため熱衝撃試験や温度サイクル試
験などでも耐クラック性が高く、非常に信頼性高い突起
電極を得ることができる。

【００２３】第２に、表面をＡｕ膜で覆う場合も、緻密
なＮｉ膜であるために耐浸食性が高く、Ａｕめっき液の
入り込みのない良好な突起電極を得ることができる。こ
のため突起電極の接触抵抗や密着強度の低下もなく信頼
性高い突起電極を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の電極形成方法の製造工程
断面図

【図２】従来の半導体装置の電極形成方法の製造工程断
面図

【図３】従来の半導体装置の電極の断面図

【符号の説明】

１０ Ａｌ電極 １１ 自然酸化膜 １２ Ｚｎ １３ Ｎｉ １４ Ｎｉ突起電極 １５ Ａｕ膜 ４１ Ｎｉ置換反応膜 ４３ 第１境界 ４４ グレイン ４５ 第２境界

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップのＡｌ電極上の自然酸化膜を
   除去する第１の工程と、自然酸化膜が除去された前記Ａ
   ｌ電極上に置換反応により第１の金属を析出させる第２
   の工程と、前記第１の金属が析出した前記半導体チップ
   を無電解めっき液に浸漬して前記Ａｌ電極上に析出させ
   た第１の金属を置換反応によって第２の金属に置換させ
   る第３の工程と、置換により形成された前記第２の金属
   上に前記第１の金属を析出させる第４の工程と、前記第
   １の金属と前記第２の金属とを置換させる第５の工程と
   を有し、前記第４の工程と前記第５の工程とを繰り返す
   ことにより所定の厚みの前記第２の金属層電極を形成す
   ることを特徴とする半導体装置の電極形成方法。
2. 【請求項２】第１の金属が亜鉛またはパラジウムであ
   り、第２の金属がニッケルであることを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置の電極形成方法。