JPH11195654A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH11195654A
JPH11195654A JP13098A JP13098A JPH11195654A JP H11195654 A JPH11195654 A JP H11195654A JP 13098 A JP13098 A JP 13098A JP 13098 A JP13098 A JP 13098A JP H11195654 A JPH11195654 A JP H11195654A
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JP
Japan
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forming
film
gold
semiconductor device
protective film
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JP13098A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Haji
宏 土師
Kazuhiro Noda
和宏 野田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅を電極素材として用いた外部接続用電極の
形成が低コストで行える半導体素子の製造方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 半導体素子11に外部接続用の電極を形
成するに際し、銅電極12が形成された半導体素子11
の上面に保護膜13を形成する。この後保護膜13に開
孔14を設け銅電極12を露呈させた後に、開孔14内
の露呈された銅電極12上に無電解ニッケルめっきによ
りバリア層としてのニッケル膜15を形成する。そして
バリア層15の上面に無電解置換型金めっきにより金膜
16を形成する。これにより金めっきの範囲を開孔14
内に限定し、高価な金の消費量を最小限に抑え、低コス
トで外部接続用の電極を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に外部
接続用電極を形成する半導体素子の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子を基板などの外部と電気的に
接続する方法としてワイヤボンディングや、フェイスダ
ウンボンディングなどによる方法が知られている。これ
らの方法では半導体素子に外部との接続用の電極が形成
され、従来この電極の材質にはアルミが多用されてい
た。しかし、近年処理速度の高速化の要請や熱抵抗の点
から、この電極の材質は銅に移行する傾向にある。
【0003】以下、従来の半導体素子の製造方法におけ
る銅を用いた外部接続用電極の形成について図面を参照
して説明する。図5(a),(b),(c),(d),
(e)、図6(a),(b),(c),(d)は、従来
の半導体素子の製造方法の工程説明図である。図5
(a)において、半導体素子1上に銅膜2が形成され
る。次に図5(b)に示すように銅膜2上にニッケルの
バリア層3が形成され、その後図5(c)に示すように
バリア層3の上に金層4が形成される。ここで金層4
は、スパッタ、蒸着、もしくは電解めっきなどの方法に
よって形成されるものであり、ワイヤボンディング時の
ワイヤとの接合性や半田ぬれ性に優れた高品位の金層で
ある。
【0004】この後図5(d)に示すように金層4上に
はレジスト5が形成される。そして図5(e)に示すよ
うにパターン6が設けられたガラスマスク7をレジスト
5上にセットして露光させ、次いで半導体素子1の表面
のエッチングを行うことにより、パターン6に対応する
電極部を除いた半導体素子1上の各層は除去され、図6
(a)に示すように電極8が形成される。この後電極8
表面のレジスト5を除去した後、図6(c)に示すよう
に、半導体素子1上には保護膜9が形成され、最終的に
図6(d)に示すように電極8上の保護膜9に開孔10
を設けることにより金層4が露呈されて接続用電極の形
成が完了する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体素子の製造方法では、ワイヤボンディング時
の接合性を確保する目的で電極8上に金層4を形成する
ために、金めっきを半導体素子1の上面全面にわたって
行うこととしていた。この金めっきのうち、電極8以外
の表面に施された金めっきはその後除去され、言い換え
れば無駄に消費されるものである。このように従来の半
導体素子の製造方法では、高価な材料である金の無駄な
消費量が多く、高コストの要因となるという問題点があ
った。
【0006】そこで本発明は、銅を電極素材として用い
た外部接続用電極の形成が低コストで行える半導体素子
の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体素
子の製造方法は、半導体素子に銅膜を形成する工程と、
この銅膜が形成された半導体素子の上面に保護膜を形成
する工程と、前記銅膜上の保護膜に開孔を設け銅膜を露
呈させる工程と、この露呈された銅膜上に無電解ニッケ
ルめっきによりニッケルのバリア層を形成する工程と、
このバリア層の上面に無電解置換型金メッキにより金層
を形成する工程とを含む。
【0008】請求項2記載の半導体素子の製造方法は、
半導体素子に銅膜を形成する工程と、この銅膜が形成さ
れた半導体素子の上面に保護膜を形成する工程と、前記
銅膜上の保護膜に開孔を設け銅膜を露呈させる工程と、
この露呈された銅膜上に無電解ニッケルめっきによりニ
ッケルのバリア層を形成する工程と、このバリア層の上
面に無電解置換型金メッキにより金層を形成する工程
と、熱処理により前記金層の表面にニッケルの化合物層
を生成させる工程と、この化合物層を除去する工程とを
含む。
【0009】請求項3記載の半導体素子の製造方法は、
請求項2記載の半導体素子の製造方法であって、前記化
合物層の除去をプラズマ処理のスパッタリングによって
行うようにした。
【0010】請求項記載4の半導体素子の製造方法は、
半導体素子に銅膜を形成する工程と、この銅膜上にニッ
ケルのバリア層を形成する工程と、このバリア層上に保
護膜を形成する工程と、この保護膜に開孔を設け前記バ
リア層を露呈させる工程と、この露呈されたバリア層の
上面に無電解置換型金メッキにより金層を形成する工程
とを含む。
【0011】請求項記載5の半導体素子の製造方法は、
半導体素子に銅膜を形成する工程と、この銅膜上にニッ
ケルのバリア層を形成する工程と、このバリア層上に保
護膜を形成する工程と、この保護膜に開孔を設け前記バ
リア層を露呈させる工程と、この露呈されたバリア層の
上面に無電解置換型金メッキにより金層を形成する工程
と、熱処理により前記金層の表面にニッケルの化合物層
を生成させる工程と、この化合物層を除去する工程とを
含む。
【0012】請求項記載6の半導体素子の製造方法は、
請求項5記載の半導体素子の製造方法であって、前記化
合物層の除去をプラズマ処理のスパッタリングによって
行うようにした。
【0013】本発明によれば、外部接続用の銅膜上に保
護膜を形成した後に銅膜上の保護膜に開孔を設け、この
開口部の銅膜上にバリア層としてニッケル膜を無電解ニ
ッケルめっきにより形成した後に無電解金めっきにより
金膜を形成する。これにより金めっきの範囲を限定し、
高価な金の消費量を最小限に抑えることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1(a),(b),(c),
(d),(e)、図2(a),(b)は本発明の一実施
の形態の半導体素子の製造方法の工程説明図、図3、図
4は同保護膜開孔部形成の説明図である。
【0015】図1(a)において、半導体素子11上に
外部接続用の銅電極(銅膜)12が形成される。次に図
1(b)に示すように、半導体素子11の上面に銅電極
12を覆って保護膜13が形成される。この保護膜13
の材質としてガラス、感光性樹脂などが用いられる。次
いで図1(c)に示すように、銅電極12上に位置する
保護膜13に開孔14が形成される。この開孔14の形
成方法については後述する。
【0016】この後、図1(d)に示すように開孔14
内の銅電極12上に、無電解ニッケルめっきによりニッ
ケル膜15が形成される。このニッケル膜15は外部接
続用電極の最表層に形成される金膜中に銅電極12から
銅が拡散するのを防止するためのバリア層となるもので
ある。次いで、図1(e)に示すようにニッケル膜15
上に無電解置換型金めっきにより金膜16が形成され
る。この金膜16は、めっき工程中に混入したニッケル
などの不純物を多く含むものである。この後、金膜16
の厚みを増す目的で無電解自己触媒型金めっきが行われ
る。この工程で付加される金膜16中にもニッケルなど
の不純物が多く含まれている。なお、この無電解自己触
媒型金めっきの工程は省略してもよい。
【0017】次に半導体素子11は熱処理工程に送られ
る。ここでは150°C程度の温度で約30分加熱さ
れ、図2(a)に示すように、金膜16中のニッケル等
の不純物が金膜16の表面で空気と触れることにより、
金膜16の表面にニッケルの酸化物、水酸化物などの化
合物層17が生成される。これらの化合物層17は、ワ
イヤボンディング時の接合性を阻害するため、除去する
必要がある。また、この熱処理を行うと化合物層17の
直下の金の純度が高くなる。
【0018】そこで、熱処理後の半導体素子11はプラ
ズマ処理工程に送られ、表面のプラズマ処理が行われ
る。その結果、図2(b)に示すようにプラズマ処理の
スパッタリング効果によって金膜16の表面の化合物層
17が除去され、その直下の純度が高められた金が露出
する。このとき、金膜16の表面は100オングストロ
ーム程度の厚さの層が除去されるようにプラズマ処理の
条件が設定される。これにより、金膜16の表面の接合
阻害物は除去され、ワイヤボンディング時の接合性また
半田ぬれ性の良好な金膜16が形成される。
【0019】ここで、上記工程中で用いられる保護膜1
3の開孔形成方法について図3、図4を参照して説明す
る。図3(a),(b),(c),(d),(e),
(f)は保護膜13の材質としてガラスを、図4
(a),(b),(c),(d)は感光性樹脂を用いる
場合の開孔形成方法を工程順に示すものである。
【0020】図3(a)において、半導体素子1の銅電
極12上にガラスの保護膜13が形成され、図3(b)
に示すように保護膜13上に感光性レジスト20が形成
される。次いで半導体素子11上には、銅電極12の配
列パターンに対応したパターン22を有するガラスマス
ク21がセットされる。この状態でガラスマスク21上
から光を照射することにより、パターン22が存在する
部分以外の感光性レジスト20は露光されることにより
硬化する。この後、図3(d)に示すように未硬化の感
光性レジスト20を除去することにより、銅電極12に
対応した位置に感光性レジスト20の開孔23が形成さ
れる。そして図3(e)に示すように、保護膜13の表
面をエッチングすることにより、保護膜13に感光性レ
ジスト20の開孔23と同一パターンの開孔14が形成
される。この後、表面の感光性レジスト20を除去する
ことにより、図3(f)に示すように銅電極12上の保
護膜13に開孔14が形成される。
【0021】次に図4を参照して感光性樹脂を用いた場
合の保護膜の開孔形成について説明する。図4(a)に
おいて、半導体素子11上に、銅電極12を覆って感光
性樹脂の保護膜13’が塗布される。次いで図4(b)
に示すように、半導体素子11上には銅電極12の配列
パターンに対応したパターン22’を有するガラスマス
ク21’がセットされる。この状態でガラスマスク2
1’上から光を照射することにより、パターン22’以
外の部分の感光性樹脂13’は露光されることにより硬
化する。この後、図4(c)に示すように未硬化部分1
3’aを除去すると、図4(d)に示すように銅電極1
2上の保護膜13’に開孔14が形成される。
【0022】以上説明したように、半導体素子11上に
外部接続用の銅電極12を形成した後に保護膜13,1
3’を形成し、この後銅電極12上の保護膜13,1
3’に開孔14を設け、この開孔14内に無電解金めっ
きにより金層16を形成することにより、高価な金の消
費量を最小限にすることができる。
【0023】なお、本実施の形態では、保護膜13を形
成して開孔14を開け、開孔14から露呈する銅電極上
にニッケル膜15、金膜16を形成しているが、保護膜
13を形成する前に銅電極12上にバリア層としてのニ
ッケル膜をニッケルめっき、スパッタ、または蒸着など
の方法で形成し、その後保護膜でニッケル膜を覆い、保
護膜に開孔を形成してニッケル膜を露呈させ、その露呈
したニッケル膜上に金膜を形成するようにしてもよい。
この場合にも高価な金の消費量を最小限に抑えることが
できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、外部接続用の銅膜上に
保護膜を形成した後に銅膜上の保護膜に開孔を設け、こ
の開口部の銅電極上にバリア層としてニッケル膜を無電
解ニッケルめっきにより形成した後に無電解金めっきに
より金膜を形成するようにしたので、金めっきの範囲を
限定し、高価な金の消費量を最小限に抑えて低コストで
外部接続用の電極を形成することができる。また金膜形
成後に熱処理によって金膜表面に生成したニッケル化合
物をプラズマ処理のスパッタリングによって除去するの
で、ワイヤボンディング時の接合性や半田ぬれ性を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施の形態の半導体素子の製
造方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
工程説明図 (c)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
工程説明図 (d)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
工程説明図 (e)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
工程説明図
【図2】(a)本発明の一実施の形態の半導体素子の製
造方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
工程説明図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の半導体素子の製
造方法の保護膜開孔部形成の説明図 (b)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (c)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (d)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (e)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (f)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図
【図4】(a)本発明の一実施の形態の半導体素子の製
造方法の保護膜開孔部形成の説明図 (b)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (c)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図 (d)本発明の一実施の形態の半導体素子の製造方法の
保護膜開孔部形成の説明図
【図5】(a)従来の半導体素子の製造方法の工程説明
図 (b)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図 (c)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図 (d)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図 (e)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図
【図6】(a)従来の半導体素子の製造方法の工程説明
図 (b)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図 (c)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図 (d)従来の半導体素子の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
11 半導体素子 12 銅電極 13 保護膜 14 開孔 15 ニッケル膜 16 金膜 17 化合物層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子に銅膜を形成する工程と、この
    銅膜が形成された半導体素子の上面に保護膜を形成する
    工程と、前記銅膜上の保護膜に開孔を設け銅膜を露呈さ
    せる工程と、この露呈された銅膜上に無電解ニッケルめ
    っきによりニッケルのバリア層を形成する工程と、この
    バリア層の上面に無電解置換型金メッキにより金層を形
    成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造
    方法。
  2. 【請求項2】半導体素子に銅膜を形成する工程と、この
    銅膜が形成された半導体素子の上面に保護膜を形成する
    工程と、前記銅膜上の保護膜に開孔を設け銅膜を露呈さ
    せる工程と、この露呈された銅膜上に無電解ニッケルめ
    っきによりニッケルのバリア層を形成する工程と、この
    バリア層の上面に無電解置換型金メッキにより金層を形
    成する工程と、熱処理により前記金層の表面にニッケル
    の化合物層を生成させる工程と、この化合物層を除去す
    る工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体
    素子の製造方法。
  3. 【請求項3】前記化合物層の除去をプラズマ処理のスパ
    ッタリングによって行うことを特徴とする請求項2記載
    の半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】半導体素子に銅膜を形成する工程と、この
    銅膜上にニッケルのバリア層を形成する工程と、このバ
    リア層上に保護膜を形成する工程と、この保護膜に開孔
    を設け前記バリア層を露呈させる工程と、この露呈され
    たバリア層の上面に無電解置換型金メッキにより金層を
    形成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製
    造方法。
  5. 【請求項5】半導体素子に銅膜を形成する工程と、この
    銅膜上にニッケルのバリア層を形成する工程と、このバ
    リア層上に保護膜を形成する工程と、この保護膜に開孔
    を設け前記バリア層を露呈させる工程と、この露呈され
    たバリア層の上面に無電解置換型金メッキにより金層を
    形成する工程と、熱処理により前記金層の表面にニッケ
    ルの化合物層を生成させる工程と、この化合物層を除去
    する工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導
    体素子の製造方法。
  6. 【請求項6】前記化合物層の除去をプラズマ処理のスパ
    ッタリングによって行うことを特徴とする請求項5記載
    の半導体素子の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6136702A (en) * 1999-11-29 2000-10-24 Lucent Technologies Inc. Thin film transistors
JP2006156772A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法

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