JPH10287980A

JPH10287980A - 半導体装置の電極形成方法

Info

Publication number: JPH10287980A
Application number: JP9100048A
Authority: JP
Inventors: Susumu Murakami; 進村上; Masao Tsuruoka; 征男鶴岡; Mitsusachi Matsuzaki; 光幸松崎; Minoru Sugano; 実菅野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Haramachi Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: JP3361717B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無電解ニッケルめっきにより形成しためっき厚
が不均一になり、半導体ペレットにクラックが発生す
る。【解決手段】めっき液中に増粘度剤を溶存させた無電解
ニッケルめっき電極形成方法を用いる。【効果】無電解ニッケルめっき液中に増粘度剤を溶存さ
せることにより、均一で接着強度が強く、機械的強度も
強い緻密なニッケル電極を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に無電解ニッケルめっき法による均一で
良質な電極の形成が可能な半導体装置の電極形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】メサ型半導体装置（少なくとも１個のｐ
ｎ接合が主表面からエッチングによって溝が形成され、
溝の側壁にｐｎ接合が露出する半導体装置）に良質の電
極をめっきによって形成するために従来から種々の技術
が提案されている。

【０００３】例えば、メサ型の半導体装置の無電解めっ
きに関する従来技術として、特開昭56−58232 号公報に
記載された技術が知られている。この従来技術は、メサ
溝内壁をガラスで被覆した半導体装置の電極形成方法に
おいて、一方の主表面に部分的に無電解めっきで第１電
極を形成し、他方の主表面の全面に第２電極を無電解め
っきで形成した後、一方の主表面に形成した溝にガラス
を被覆することにより、表面保護膜形成後のウェハーの
反りを低減できるとされている。

【０００４】さらに、シリコン基板面に無電解ニッケル
めっきを施す他の従来技術として、特開平1−185920 号
公報に記載された技術が知られている。この従来技術
は、先ずアルカリ性ニッケルりんめっき浴を使用して第
１めっき膜を形成した後異なる膜質の第２めっき膜を形
成し、しかる後に接合形成のためのエッチングを行うこ
とにより、半導体素子の応力による劣化の問題を解消で
きるものとされている。さらにまた、メサ型の半導体装
置のメサ上部に金属めっきを施す他の従来技術として、
特開平1−232719 号公報に記載された技術が知られてい
る。この従来技術は、メサ上部にホトレジストを形成し
ホトレジストの中央部を開口し、この開口部に金属めっ
きを施した後、ホトレジストを除去し追加の金属めっき
を施すことにより、金属電極周辺部のダレの発生等の問
題の解消が図れるものとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭56−58232 号公報に記載された技術では、第１電極
及び第２電極を無電解めっきで形成した後、表面保護膜
であるガラスを被覆する工程であり、ウェハの反りは低
減できるが、ガラス焼成の温度や雰囲気に限界があり、
高耐圧で低リーク電流の半導体装置を得るのが困難であ
った。

【０００６】さらに、上記特開平1−185920 号公報に記
載された技術では、１めっき膜及び第２めっき膜を形成
した後に接合形成のためのエッチングを行うため、上記
特開昭56−58232 号公報と同様に、高耐圧で低リーク電
流の半導体装置を得るのが困難であった。

【０００７】さらに、上記特開平1−232719 号公報に記
載された技術では、メサ上部及びメサ側壁部にホトレジ
ストを形成加工する工程を含むため、ホトレジストが均
一に塗布しにくく、メサ上部の中央部のみに金属電極を
均一にめっきするのが困難であった。

【０００８】さらに、上記のいずれの公報に記載された
技術において、めっきする前処理液中の粘度がめっき膜
厚分布に影響を及ぼすことに関して考慮されていなかっ
た。本発明の目的は、従来の半導体装置の製造方法の問
題点を解決した半導体装置の電極形成方法を提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の目的を具体的に言えば、半導体装
置の電極を、均一で高品質な無電解ニッケルめっき法で
形成する半導体装置の電極形成方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明は、第１の無電解ニッケルめっきの前処理と
して、露出した半導体表面を清浄化させた後、希釈フッ
化水素酸と塩化パラジウム水溶液に浸漬し触媒化処理す
る工程において、希釈フッ化水素酸と塩化パラジウム水
溶液中に触媒液の粘度を高めるため、増粘度剤を添加し
て触媒化処理を行うようにしたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００１２】（実施例１）半導体装置において、半導体
に接続される電極とのコンタクトは重要な役割を担い、
コンタクト抵抗が高いと消費電力が増大するだけでな
く、発熱を伴って半導体装置が破壊することがあり、コ
ンタクト部での密着性が悪いと膜剥がれが生じることが
ある。また、近年低コストプロセスとして、電極を蒸着
法からめっき法にて形成されている。電極を無電解ニッ
ケルめっき法により形成し、半田を介してリード電極を
形成し、樹脂でモールドした場合、リード電極とシリコ
ンの応力差により半導体ペレットにクラックが生じる問
題があった。そこで、このクラックが発生している箇所
を調査した結果、めっき膜厚が半導体ペレット上で不均
一に形成されていることが判り、特に無電解ニッケルめ
っきの前処理法に左右されることを確認した。

【００１３】図１は本発明の半導体装置の電極形成方法
により、製造したガラス被覆ｐｎダイオードのアノード
層となるシリコン表面におけるめっき膜厚のペレット中
での平均値からのずれを示したものである。図１中のＢ
で示した膜厚分布は、従来の方法で、ニッケルめっきの
前処理である触媒化処理を希釈フッ化水素酸と塩化パラ
ジウム水溶液からなる触媒液を用いてパラジウムを形成
した後、無電解ニッケルめっきをしたものであり、図１
中のＡで示した膜厚分布は、本発明による方法で、ニッ
ケルめっきの前処理である触媒化処理を希釈フッ化水素
酸と塩化パラジウム水溶液からなる触媒液に増粘度剤と
して、アラビアゴムを０.１％添加した触媒液を用いて
パラジウムを形成した後、無電解ニッケルめっきをした
ものである。この図が示すように、従来の触媒化処理を
してニッケルめっきをしたものは、パッシベーションガ
ラス近傍のシリコン表面で厚くペレット中央部で薄くな
り、約６０％以上の不均一な膜厚分布を示す問題があっ
たが、本発明による増粘度剤を添加した触媒液を用いて
触媒化処理をすることにより、ペレット表面で約６％の
バラツキがあるものの極めて均一なめっき膜厚分布を示
しており、本発明による電極形成方法がめっき膜厚分布
の均一化に効果があることが判明した。

【００１４】図２は本発明による無電解ニッケルめっき
の前処理槽を示す。図２において、５０は触媒液の容
器、６０はウェハホルダー、７０はアラビアゴムを０.
１％添加した希釈フッ化水素酸と塩化パラジウム水溶
液からなる触媒液、１００は半導体ウェハである。図２
に示したように、露出した半導体表面を清浄化した半導
体ウェハ１００をウェハホルダーにセットし、アラビア
ゴムを０.１％添加した触媒液７０に室温で１０〜１２
０秒間、上下、あるいは横回転に揺動させ浸漬する。そ
の後、数秒以内に純水中でクエンチし、第１の無電解ニ
ッケルめっきを実施する。

【００１５】図３は本発明の電極形成方法を利用した第
１実施例の半導体装置を製造するための主な工程ごとの
断面図であり、以下、この図を参照して半導体装置の製
造方法を説明する。まず、（ａ）が示すように、ｎ型半
導体領域１となるシリコン基板としてＦＺ（１１１）の
ｎ型３５〜４５Ωcmを用い、一方の主表面に表面不純物
濃度が１×１０¹⁹／cm²以上のＢ（ボロン）を４０±５
μｍの深さにイオン打ち込み法あるいはボロンナイトラ
イドを拡散源とした熱拡散法で形成し、他方の主表面に
は表面不純物濃度が１×１０²⁰／cm²以上のＰ（リン）
を４５±１０μｍの深さにイオン打ち込み法あるいはて
次亜塩素酸リンを用いて形成した後、ドライ酸化あるい
はウェット酸化により約２〜３μｍのシリコン酸化膜６
ａ，６ｂを形成した後、通常のホトリソグラフィにより
一方の主表面のシリコン酸化膜６ａの一部を除去した
後、Ｕ０１エッチャントで約６０μｍエッチングしｐ+
型半導体領域２とｎ型半導体領域１からなるｐｎ接合が
露出するようメサ溝を形成する。

【００１６】その後、（ａ）の工程で使用したシリコン
酸化膜６ａ，６ｂをＨＦを含む酸で除去し、（ｂ）が示
すようにスクリーン印刷法によりペースト状の鉛系ガラ
ス（主成分：ＰｂＯ，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃）を５５±１
０μｍ塗布し、ガラス焼成として酸素雰囲気中で７８０
〜８５０℃、１０〜４０分の熱処理をし、ガラス被膜５
を形成した。６はこの工程で形成されたシリコン酸化膜
である。

【００１７】その後、（ｃ）が示すようにアノード層と
なるｐ+ 型半導体領域２及びカソード層となるｎ+ 型半
導体領域３表面に形成されていたシリコン酸化膜６を希
釈フッ化水素酸に浸漬して除去した後、（ｄ）が示すよ
うに図１及び図２で説明したアラビアゴムを添加した希
釈フッ化水素酸と塩化パラジウム水溶液からなる触媒液
７０に浸漬し触媒化処理を施し、パラジウム１５を付着
させる。

【００１８】その後、（ｅ）が示すように（ｄ）で形成
したパラジウム１５を触媒として次亜燐酸ソーダを還元
剤とする塩化ニッケルを含む溶液中で、第１無電解ニッ
ケルめっきを行い、窒素中でシンターすることによりア
ノード側およびカソード側にニッケルシリサイド膜２０
及３０を形成する。

【００１９】最後に、（ｆ）に示すように（ｅ）で形成
したニッケルシリサイド膜２０及び３０を触媒として、
さらに次亜燐酸ソーダを還元剤とする塩化ニッケルを含
む溶液中で、第２無電解ニッケルめっきを実施し、アノ
ード電極２５及びカソード電極３５を形成する。その
後、焼成されたガラスの中心部をペレタイズ線１０に沿
ってダイシングすることによって、半導体ペレットが完
成する。

【００２０】図４は本発明による半導体装置の電極形成
方法により、均一で良質なニッケルめっき被膜が得られ
た効果を示す走査型電子顕微鏡の観察によるニッケルめ
っき被膜の断面状態を示す図である。図４（ａ）は触媒
液７０にアラビアゴムを添加した場合、同図（ｂ）はア
ラビアゴムを添加しなかった場合のニッケルめっき被膜
の断面状態を示している。（ａ）が示すようにアラビア
ゴムを添加した場合では、ペレット中央でニッケルシリ
サイド２０が約０.３８マイクロメートル，ニッケルの
アノード電極２５が約０.６２マイクロメートル形成さ
れ、ガラスとの境界近傍でニッケルシリサイド２０が同
じく約０.３８マイクロメートル，アノード電極２５が
約０.５８マイクロメートル形成され極めて膜厚分布の
均一性の良いニッケル被膜が観察できたが、（ｂ）が示
すようにアラビアゴムを添加しない場合では、ペレット
中央でニッケルシリサイド２０が約０.４５マイクロメ
ートル，アノード電極２５が約１.００マイクロメート
ル形成され、ガラスとの境界近傍でニッケルシリサイド
２０が同じく約０.８１マイクロメートル，アノード電
極２５が約１.９〜４.８０マイクロメートル形成されて
しまい、特にガラスとの境界近傍で著しいニッケル膜厚
を有していることが判明した。また、この膜厚の不均一
性により、樹脂モールド工程で半導体ペレットにクラッ
クが発生し応力のアンバランスが生じていることが確認
された。

【００２１】従来法によるアラビアゴムを添加しない場
合は、触媒となるパラジウムが供給律則で、ガラス上に
触媒液中に存在していた触媒となるパラジウムがガラス
境界部に局在するため、特にガラス境界近傍に厚く形成
されたため、ニッケルも厚く付着し過ぎる不具合がある
が、本発明によるアラビアゴムを添加した場合は、アラ
ビアゴムがパラジウムイオン移動抑制剤として働き、触
媒となるパラジウムが反応律則で付着し、ペレット中央
やガラス境界近傍の位置に無関係に均一に形成され、ニ
ッケルも同様極めて均一に形成できる利点がある。

【００２２】以上のことから、本発明による第１の無電
解ニッケルめっきの前処理として、露出した半導体表面
を清浄化させた後、希釈フッ化水素酸と塩化パラジウム
水溶液に浸漬し触媒化処理する工程において、希釈フッ
化水素酸と塩化パラジウム水溶液中に増粘度剤を添加し
ておくと、極めて良質で膜厚均一性のニッケル被膜が得
られることが理解できよう。

【００２３】（実施例２）図５は本発明の半導体装置の
電極形成方法による第２実施例を示す断面図である。図
５において、図３（ｆ）に示した符号と同一のものは説
明を省略する。７はシリコン酸化膜であり、ガラス被膜
５とｐ+ 型半導体領域２及びｎ型半導体領域１の表面と
の間に介在して形成されている。このように図３（ｆ）
に対してシリコン酸化膜７を付加することにより、半導
体表面の界面準位を低減することが可能となり、半導体
表面を流れる表面発生電流の低減を図ることができる。

【００２４】（実施例３）図６は本発明の半導体装置の
電極形成方法による第３実施例を示す断面図である。図
６において、図３（ｆ）に示した符号と同一のものは説
明を省略する。４は高不純物濃度のｎ+ 型半導体領域で
あり、ガラス被覆半導体装置のチップ周辺に、ｐ+ 型半
導体領域２を取り囲むようにｎ型半導体領域１に隣接し
て形成されている。こうすることにより、主ｐｎ接合か
ら延びる空乏層がチップ端部にまで延びるのを防止でき
るだけでなく、ダイシング時にガラスを切らなくてすむ
ので、ガラスのクラックの発生による耐圧不良を低減で
きる効果がある。

【００２５】（実施例４）図７は本発明の半導体装置の
電極形成方法による第４実施例を示す断面図である。図
７において、図５及び図６に示した符号と同一のものは
説明を省略する。図６に示した高不純物濃度のｎ+ 型半
導体領域４及び図５に示したシリコン酸化膜７を併合す
ることにより、主ｐｎ接合から延びる空乏層がチップ端
部にまで延びることによるリーク電流増大を防止でき、
ダイシング時にガラスを切らなくてすむので、ガラスの
クラックの発生による耐圧不良を低減できる効果があ
る。さらに、半導体表面の界面準位を低減することが可
能となり、半導体表面を流れる表面発生電流の低減を図
ることができる。

【００２６】（実施例５）図８は、本発明の半導体装置
の電極形成方法による第５実施例を示す断面図である。
これまでガラス被覆半導体装置を例にとり説明したが、
本発明はなにもガラス被覆半導体装置に限られず、集積
回路やその他の半導体装置、例えばトランジスタ，サイ
リスタ，ＧＴＯサイリスタ，ＩＧＢＴ等の半導体装置に
も適用可能である。図８では一例として、集積回路に適
用した例について示している。集積回路は実装密度を向
上させるため、樹脂でモールドされていないいわゆるベ
アチップを直接プリント基板に搭載されるフリップチッ
プ実装が脚光を浴びている。このため、ベアチップとプ
リント基板を接続するのに半田が用いられている。

【００２７】図８において、１１はｐ型あるいはｎ型の
シリコン基板であり、２および４はシリコン基板上に形
成された電極とオーミック接触するための高不純物濃度
のｐ+ 型半導体領域及び高不純物濃度のｎ+ 型半導体領
域であり、７１は二酸化珪素膜，窒化珪素膜，リンガラ
ス膜、あるいはこれらの複合膜である絶縁膜、２０及び
２５は本発明による半導体装置の電極形成方法を用いた
ニッケルシリサイドおよびアノード電極、４０は蒸着さ
れた半田、クリーム状半田、あるいはめっき法で形成さ
れた半田による半田バンプである。図８に示したニッケ
ルシリサイド２０およびアノード電極２５を用いること
により、集積回路の電極とシリコンの応力の緩和を図
り、樹脂モルードしても極めて機械的強度の強い電極を
従来の蒸着法と同等のレベルにまで低減することができ
た。

【００２８】なお、以上詳述した本発明の各実施例にお
いて、ガラスとして酸化鉛，二酸化珪素，アルミナから
なる鉛系ガラスを例にとって説明してきたが、本発明は
なにも上記鉛系ガラスに限られず、酸化亜鉛，酸化ホウ
素，二酸化珪素からなる亜鉛系ガラス、あるいは酸化
鉛，二酸化珪素，アルミナ，酸化亜鉛，酸化ホウ素等の
酸化物を混合したホウケイ酸亜鉛鉛系ガラスを用いても
本発明の効果が達成できることは言うまでもない。

【００２９】さらに、本発明の実施例で適用した増粘度
剤として、アラビアゴムを例にとって説明したが、本発
明の効果を達成するには、なにもアラビアゴムだけに限
らず、ゼラチン，かんてん，にかわ，カゼイン等の水溶
液の粘度を高める物質であればかまわない。また、本発
明の実施例では、希釈フッ化水素酸と塩化パラジウム水
溶液に浸漬し触媒化処理する工程において、希釈フッ化
水素酸と塩化パラジウム水溶液中に増粘度剤としてアラ
ビアゴムを０.１％を添加した例について説明したが、
本発明者等は温度や時間を変えることにより、０.０２
〜２％のアラビアゴムを添加しても効果があることを確
認した。したがって、触媒液に増粘度剤の添加割合は任
意に変えることが可能であり、本発明の効果が達成でき
ることは言うまでもない。

【００３０】さらに、本発明の実施例では、次亜燐酸ソ
ーダを還元剤とする塩化ニッケルを含む溶液中で無電解
ニッケルめっきを実施したが、本発明はなにもこのめっ
き液に限られず、ジメチルアミンボランを還元剤とした
塩化ニッケルを含む溶液中で無電解ニッケルめっきを実
施してもかまわない。

【００３１】以上詳述した本発明の各実施例を用いた半
導体装置の電極形成方法によれば、表面安定化膜として
鉛系ガラス被膜を使用し、無電解ニッケルめっきによる
電極はウェハ内において均一で、緻密であり、半導体領
域と密着性良くオーミック接触して形成され、その後の
半田との濡れ性も極めて良好となり、樹脂モールド後あ
るいは種々の寿命試験後においても、シリコンにクラッ
クが生じない高信頼の半導体装置を歩留まり良く製造す
ることができた。

【００３２】さらに半導体装置の耐圧は、約８００±１
００Ｖであり、順方向電圧降下も１Ｖ以下に低減でき、
極めて導通特性の優れた半導体装置の製造方法であるこ
とを確認した。

【００３３】

【発明の効果】このようにして、本発明による半導体装
置の電極形成方法は、膜厚が均一で密着性の優れたニッ
ケル電極を無電解めっきで形成でき、樹脂モールドして
も極めて機械的強度の強い半導体装置の製造が可能とな
った。

【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によるめっ
き膜厚分布を示す図。

【図２】本発明の半導体装置の電極形成方法を示す図。

【図３】本発明の半導体装置の電極形成方法による第１
実施例の製造工程図。

【図４】本発明の半導体装置の電極形成方法による効果
を示す図。

【図５】本発明の半導体装置の電極形成方法による第２
実施例の断面図。

【図６】本発明の半導体装置の電極形成方法による第３
実施例の断面図。

【図７】本発明の半導体装置の電極形成方法による第４
実施例の断面図。

【図８】本発明の半導体装置の電極形成方法による第５
実施例の断面図。

【符号の説明】

１…ｎ型半導体領域、２…ｐ+ 型半導体領域、３，４…
ｎ+ 型半導体領域、５…ガラス被膜、６，７…シリコン
酸化膜、９…エッチング領域、１０…ペレタイズ線、１
１…半導体基板、１５…パラジウム、２０，３０…ニッ
ケルシリサイド、２５…アノード電極、３５…カソード
電極、４０…半田バンプ、５０…触媒液の容器、６０…
ウェハホルダー、７０…触媒液、７１…絶縁膜、１００
…半導体ウェハ。

フロントページの続き (72)発明者松崎光幸茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者菅野実茨城県日立市弁天町三丁目10番２号日立原町電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の無電解ニッケルめっきの前処理とし
て、露出した半導体表面を清浄化させた後、希釈フッ化
水素酸と塩化パラジウム水溶液に浸漬し触媒化処理する
工程において、希釈フッ化水素酸と塩化パラジウム水溶
液中に増粘度剤を溶存したことを特徴とする半導体装置
の電極形成方法。
【請求項２】増粘度剤としてアラビアゴム，ゼラチン，
かんてん，にかわ，カゼインとした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。
【請求項３】第１の無電解ニッケルめっき膜を触媒とし
て第２の無電解ニッケルめっきが順次形成される工程を
含むことを特徴とした請求項１記載の半導体装置の電極
形成方法。