JPWO2019123826A1 - 半導体ウェハ、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜との界面に発生するボイドが抑制され、かつ電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている半導体ウェハを提供する。本発明の一態様に係る半導体ウェハは、基板上に、電極パッド（１２）と、基板上面を覆いかつ電極パッドを露出する開口部を有するパシベーション膜（１１）と、電極パッド（１２）上に無電解ニッケルめっき皮膜（１３）と無電解パラジウムめっき皮膜（１４）と無電解金めっき皮膜（１５）とをこの順に有する半導体ウェハであって、パシベーション膜（１１）と無電解ニッケルめっき皮膜（１３）との界面に存在するボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さ（ｘ）が０．３μｍ以上、ボイドの幅（ｙ）が０．２μｍ以下であり、かつ電極パッド（１２）が無電解ニッケルめっき皮膜（１３）に全面被覆されている。
Description
本発明は、半導体ウェハ、及びその製造方法に関する。
本出願は、２０１７年１２月１９日出願の日本出願第２０１７−２４２６２９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、２０１７年１２月１９日出願の日本出願第２０１７−２４２６２９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
近年、半導体デバイスの軽薄短小化が進む中、ＩＣ(Integrated Circuit 集積回路)と基板およびＩＣ同士を接合する方法として、従来のワイヤボンディングから、フリップチップ化が進んできている。
フリップチップでＩＣと基板およびＩＣ同士を接合するには、ＩＣ上に形成されたＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の電極パッドに、ＵＢＭ（Under Bump Metallurgy アンダー・バンプ・メタラジー）を蒸着あるいはめっきで形成し、その上にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の鉛フリーはんだを印刷、ボール搭載あるいはめっきで形成する。これを同様に形成したＩＣおよび基板上に加熱接合する方法が用いられている。
フリップチップでＩＣと基板およびＩＣ同士を接合するには、ＩＣ上に形成されたＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の電極パッドに、ＵＢＭ（Under Bump Metallurgy アンダー・バンプ・メタラジー）を蒸着あるいはめっきで形成し、その上にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の鉛フリーはんだを印刷、ボール搭載あるいはめっきで形成する。これを同様に形成したＩＣおよび基板上に加熱接合する方法が用いられている。
ＵＢＭの形成方法としては、低コストが期待される無電解めっき法により形成することが増えてきている。無電解めっきによりＵＢＭを形成する方法としては、半導体ウェハ上の被めっき部分（パッドや配線）をまず清浄化するために、脱脂処理やソフトエッチング処理を行う。次に触媒付与工程を行う。アルミニウム系金属表面にはジンケート処理、銅系金属表面には、パラジウム処理が触媒付与工程となる。その後、無電解ニッケル（Ｎｉ）めっきと置換型無電解金（Ａｕ）めっきによりＮｉ／Ａｕ皮膜のＵＢＭを形成する方法が一般的である。めっきしたウェハが高温または高湿下に晒される場合には、Ｎｉが金皮膜中に拡散し、表面に析出してＮｉ酸化物が形成されるため、はんだ濡れ性やワイヤボンディング性に悪影響を及ぼす。この場合には、Ｎｉ拡散のバリア層である無電解パラジウム（Ｐｄ）めっきを無電解ニッケルめっきと置換型無電解金めっきの間に行い、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ皮膜とすることが一般的である。尚、本発明において、「／」の記号は、各めっき処理工程によって形成された複数のめっき膜の構造を意味し、基材側からのめっきの順番によって各めっき膜の表記順位となる。
電極パッドを有する基板上にパシベーション膜（ＰＶ膜）を形成し、電極パッドを露出させ、前記電極パッド上に無電解ニッケルめっき皮膜を形成した場合、例えば、図４Ａに示すように、前記無電解ニッケルめっき皮膜１３は、前記パシベーション膜１１の表面の一部を覆うように、電極パッド１２からはみ出して形成される。
この場合、無電解ニッケルめっき皮膜１３とパシベーション膜１１との接着性は低く、その結果、パシベーション膜１１と無電解ニッケルめっき皮膜１３との界面には隙間が形成される場合がある。図４Ｂに示すように、その後の無電解金めっきの際に、パシベーション膜１１と、その上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜１３の隙間に、矢印方向に無電解金めっき液が浸み込み、ニッケルを腐食することにより、ボイドＶが生じることが問題となっている。特にＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ皮膜を形成する場合、ボイドＶが生じやすく、ボイドＶの発生が問題となっている。
この場合、無電解ニッケルめっき皮膜１３とパシベーション膜１１との接着性は低く、その結果、パシベーション膜１１と無電解ニッケルめっき皮膜１３との界面には隙間が形成される場合がある。図４Ｂに示すように、その後の無電解金めっきの際に、パシベーション膜１１と、その上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜１３の隙間に、矢印方向に無電解金めっき液が浸み込み、ニッケルを腐食することにより、ボイドＶが生じることが問題となっている。特にＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ皮膜を形成する場合、ボイドＶが生じやすく、ボイドＶの発生が問題となっている。
このボイドの発生を防ぐ半導体装置として、特許文献１には、半導体チップの上方に形成された配線と、前記配線上に形成され、前記配線上に開口部を有する絶縁膜（パシベーション膜）と、前記開口部上に形成されたバンプ電極とを有する半導体装置であって、前記バンプ電極の形成領域は、前記開口部から露出した前記配線の露出領域より小さい半導体装置が開示されている。この半導体装置は、配線上の絶縁膜を選択的に除去することにより、配線のパッド領域を露出させ、前記絶縁膜上に、前記パッド領域より小さい開口部を前記パッド領域上に有するマスク膜を形成し、前記開口部内に、バンプ電極を形成することにより得られる。前記マスク膜を形成した後、前記開口部内に無電解Ｎｉめっき皮膜を形成することにより、電極パッドの露出領域よりも小さい領域に無電解Ｎｉめっき皮膜を形成し、ＵＢＭの形成後に前記マスク膜を除去することにより、絶縁膜と無電解Ｎｉめっき皮膜が接しない構造としている。
前記特許文献１記載の方法では、パシベーション膜とバンプ電極とが接しない構造となっているので、上記のようなボイドが発生することはないが、マスク膜を形成することが必要であり、製造工程が増加する。また、配線のパッドのマスク膜が形成された部分は、マスク膜を除去した際にパッドが露出する。
本発明の実施形態は、基板上に、パシベーション膜と、電極パッドと、電極パッド上に無電解ニッケルめっき皮膜と無電解パラジウムめっき皮膜と無電解金めっき皮膜が形成された半導体ウェハの、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜との界面に発生するボイドが抑制され、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている半導体ウェハを提供することを課題とする。
本発明の実施形態は、基板上に、パシベーション膜と、電極パッドと、電極パッド上に無電解ニッケルめっき皮膜と無電解パラジウムめっき皮膜と無電解金めっき皮膜が形成された半導体ウェハの、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜との界面に発生するボイドが抑制され、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている半導体ウェハを提供することを課題とする。
本発明の実施形態は以下の構成よりなる。
（１） 基板上に、
電極パッドと、
前記基板上面を覆い、かつ前記電極パッドを露出する開口部を有するパシベーション膜と、
前記電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜と、前記無電解ニッケルめっき皮膜上に形成された無電解パラジウムめっき皮膜と、前記無電解パラジウムめっき皮膜上に形成された無電解金めっき皮膜とを有する半導体ウェハであって、
前記パシベーション膜と前記無電解ニッケルめっき皮膜との界面に存在するボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であり、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている
半導体ウェハ。
（２） 前記無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、及び無電解金めっき皮膜の膜厚が、それぞれ、０．５μｍ〜１５．０μｍ、０．０２μｍ〜０．５０μｍ、０．０１μｍ〜０．５０μｍである前記（１）に記載の半導体ウェハ。
（３） 前記無電解金めっき皮膜が、置換金めっき皮膜と還元金めっき皮膜とを有し、置換金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以下、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上である前記（１）または（２）に記載の半導体ウェハ。
（４） 前記（１）〜（３）の何れかに記載の半導体ウェハの製造方法であって、
基板上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドを形成した基板の上面にパシベーション膜を形成する工程と、
前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する工程と、
前記露出した電極パッド上に、無電解ニッケルめっき皮膜を形成する工程と、無電解パラジウムめっき皮膜を形成する工程と、無電解金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う半導体ウェハの製造方法。
（１） 基板上に、
電極パッドと、
前記基板上面を覆い、かつ前記電極パッドを露出する開口部を有するパシベーション膜と、
前記電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜と、前記無電解ニッケルめっき皮膜上に形成された無電解パラジウムめっき皮膜と、前記無電解パラジウムめっき皮膜上に形成された無電解金めっき皮膜とを有する半導体ウェハであって、
前記パシベーション膜と前記無電解ニッケルめっき皮膜との界面に存在するボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であり、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている
半導体ウェハ。
（２） 前記無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、及び無電解金めっき皮膜の膜厚が、それぞれ、０．５μｍ〜１５．０μｍ、０．０２μｍ〜０．５０μｍ、０．０１μｍ〜０．５０μｍである前記（１）に記載の半導体ウェハ。
（３） 前記無電解金めっき皮膜が、置換金めっき皮膜と還元金めっき皮膜とを有し、置換金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以下、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上である前記（１）または（２）に記載の半導体ウェハ。
（４） 前記（１）〜（３）の何れかに記載の半導体ウェハの製造方法であって、
基板上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドを形成した基板の上面にパシベーション膜を形成する工程と、
前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する工程と、
前記露出した電極パッド上に、無電解ニッケルめっき皮膜を形成する工程と、無電解パラジウムめっき皮膜を形成する工程と、無電解金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う半導体ウェハの製造方法。
本発明の実施形態によると、基板上に、パシベーション膜と、電極パッドと、電極パッド上に無電解ニッケルめっき皮膜と無電解パラジウムめっき皮膜と無電解金めっき皮膜が形成された半導体ウェハの、パシベーション膜と、電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜との界面に発生するボイドが抑制され、かつ、電極パッドが、無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている半導体ウェハを提供することができる。
本発明の実施形態に係る半導体ウェハは、基板上に、電極パッドと、前記基板上面を覆い、かつ前記電極パッドを露出する開口部を有するパシベーション膜と、前記電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜と、前記無電解ニッケルめっき皮膜上に形成された無電解パラジウムめっき皮膜と、前記無電解パラジウムめっき皮膜上に形成された無電解金めっき皮膜とを有する半導体ウェハであって、前記パシベーション膜と前記無電解ニッケルめっき皮膜との界面に存在するボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であり、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている。
電極パッド上に、無電解ニッケルめっきを行った際に、無電解ニッケルめっき皮膜が、前記パシベーション膜の表面の一部を覆うようにはみ出して形成された場合の、パシベーション膜とニッケルめっき皮膜との界面に生じるボイドの一例を図１に示す。無電解ニッケルめっき皮膜１３が、パシベーション膜１１上にも形成されており、その先端からパシベーション膜１１に沿ってボイドＶが発生している。
本発明の実施形態において、前記ボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下である。
前記ボイドの、ボイドの先端から電極パッド表面までの長さ、ボイドの幅は、ＦＩＢにより断面を切り、ＳＥＭにより観察することで測定できる。本発明におけるボイドの、ボイドの先端から電極パッド表面までの長さ、およびボイドの幅の測定方法を図１に示す。ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さは、ボイドＶの電極パッド１２に最も近い先端と電極パッド１２表面との、パシベーション膜１１に沿った距離ｘ、即ち、パシベーション膜１１のボイドが無い部分の電極パッド１２からの長さを言う。また、ボイドの幅とは、パシベーション膜１１の表面から垂直方向に離間した無電解ニッケルめっき皮膜１３までの長さを言い、ボイドの幅が０．２μｍ以下とは、パシベーション膜１１の表面からの前記長さが一番長い部分のボイドの長さｙが０．２μｍ以下であることを言う。
また、ボイドＶの観察は、少なくとも５箇所行い、測定したボイド全てが、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であることが必要である。
前記ボイドの、ボイドの先端から電極パッド表面までの長さ、ボイドの幅は、ＦＩＢにより断面を切り、ＳＥＭにより観察することで測定できる。本発明におけるボイドの、ボイドの先端から電極パッド表面までの長さ、およびボイドの幅の測定方法を図１に示す。ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さは、ボイドＶの電極パッド１２に最も近い先端と電極パッド１２表面との、パシベーション膜１１に沿った距離ｘ、即ち、パシベーション膜１１のボイドが無い部分の電極パッド１２からの長さを言う。また、ボイドの幅とは、パシベーション膜１１の表面から垂直方向に離間した無電解ニッケルめっき皮膜１３までの長さを言い、ボイドの幅が０．２μｍ以下とは、パシベーション膜１１の表面からの前記長さが一番長い部分のボイドの長さｙが０．２μｍ以下であることを言う。
また、ボイドＶの観察は、少なくとも５箇所行い、測定したボイド全てが、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であることが必要である。
ボイドが存在すると、ボイド中に処理液が残存し、信頼性（特性）に影響を与えることがある。ボイドが、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であることにより、ボイド中に処理液が残存しても信頼性に影響を与えることがなく、半導体ウェハの信頼性を向上させることができる。
また、本発明の実施形態に係る半導体ウェハは、電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている。電極パッドが表面に露出すると信頼性が低下する。
電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されているかどうかは、ＦＩＢにより断面を切り、ＳＥＭにより観察することにより確認することができる。
また、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されているかどうかの判断は、少なくとも５箇所観察を行い、観察した全てが、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されていることが必要である。
また、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さｘが、０＜ｘであれば、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されていると判断することができる。
電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されているかどうかは、ＦＩＢにより断面を切り、ＳＥＭにより観察することにより確認することができる。
また、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されているかどうかの判断は、少なくとも５箇所観察を行い、観察した全てが、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜により全面被覆されていることが必要である。
また、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さｘが、０＜ｘであれば、電極パッドが無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されていると判断することができる。
また、本発明の実施形態に係る半導体ウェハは、図２に示すように、前記無電解ニッケルめっき皮膜１３が、前記パシベーション膜１１の側面にのみ接して形成されていてもよい。この場合もパシベーション膜１１と無電解ニッケルめっき皮膜１３との間にボイドＶが発生する。ボイドＶについては、上記の無電解ニッケルめっき皮膜１３がパシベーション膜１１の表面の一部を覆うようにはみ出して形成された場合と同じであり、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さｘが０．３μｍ以上、ボイドの幅ｙが０．２μｍ以下である。
本発明の実施形態に係る半導体ウェハは、基板上に電極パッドを形成する工程と、前記電極パッドを形成した基板の上面にパシベーション膜を形成する工程と、前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する工程と、前記露出した電極パッド上に、無電解ニッケルめっき皮膜を形成する工程と、無電解パラジウムめっき皮膜を形成する工程と、無電解金めっき皮膜を形成する工程とを有し、前記無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行うことにより製造することができる。
電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜とパシベーション膜（ＳｉＮ、ＳｉＯ2やポリイミド樹脂膜等）の界面は、物理的に密着しているだけであり、熱膨張係数の差等があると、両者の間に隙間が発生する場合がある。
無電解金めっきの際に、その隙間に金めっき液が入り、腐食性（置換反応性）が高い金めっき液の場合はボイドが発生する。
無電解金めっきの際に、その隙間に金めっき液が入り、腐食性（置換反応性）が高い金めっき液の場合はボイドが発生する。
無電解ニッケルめっき皮膜／無電解パラジウムめっき皮膜／無電解金めっき皮膜（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）仕様において、無電解金めっき皮膜を形成する際に、一般的なＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ用で使われている置換金めっき液を用いて、一般的な条件で無電解置換金めっきを行うと、この金めっき液は置換反応性が高く、ボイドが発生したり、パッドサイドのみでなく、表面にＮｉの孔食が発生したり、Ａｕ皮膜の膜厚が時間とともに厚くなる。
そこで、本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方法は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ仕様において、無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる、置換反応性の低い、無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う。
そこで、本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方法は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ仕様において、無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる、置換反応性の低い、無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う。
パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液は、金めっきの置換反応性が高くないので、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜の隙間に金めっき液が入ってもほとんどボイドは発生しない。めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて行う無電解置換金めっきは、得られるめっき膜厚が２０ｎｍ以下となる条件で行うことが好ましい。
また、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える置換反応性が高い無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う。めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるような弱いめっき条件で無電解置換金めっきをすることにより、金めっきの置換反応性が弱くなり、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜の隙間に金めっき液が入ってもほとんどボイドは発生しない。
また、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える置換反応性が高い無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う。めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるような弱いめっき条件で無電解置換金めっきをすることにより、金めっきの置換反応性が弱くなり、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜の隙間に金めっき液が入ってもほとんどボイドは発生しない。
めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件としては、めっき温度を下げる、めっき時間を短くすることが挙げられる。めっき膜厚が１５ｎｍ以下となるような条件であることが好ましく、１０ｎｍ以下となるような条件であることがより好ましい。
めっき時間としては、１分〜３０分が好ましく、より好ましくは１分〜１５分である。めっき時間が長くなると、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜の隙間に金めっき液が入ってボイドが発生しやすくなる。また、めっき時間が短すぎると金めっき皮膜が十分に形成されない場合がある。
めっき温度としては、用いる無電解置換金めっき液の置換反応性にもよるが、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき温度１０℃〜９５℃で使用するのが好ましく、５０℃〜８５℃がより好ましい。めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき温度は８０℃よりも低い温度が好ましい。
めっき時間としては、１分〜３０分が好ましく、より好ましくは１分〜１５分である。めっき時間が長くなると、パシベーション膜と無電解ニッケルめっき皮膜の隙間に金めっき液が入ってボイドが発生しやすくなる。また、めっき時間が短すぎると金めっき皮膜が十分に形成されない場合がある。
めっき温度としては、用いる無電解置換金めっき液の置換反応性にもよるが、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき温度１０℃〜９５℃で使用するのが好ましく、５０℃〜８５℃がより好ましい。めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき温度は８０℃よりも低い温度が好ましい。
また、上記の無電解置換金めっきでは、一定時間でパラジウム皮膜が金で覆われて反応が止まり、金の膜厚はそれ以上厚くならない。
無電解パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっき皮膜を形成した場合、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いて、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっき皮膜を形成した場合、金めっき皮膜の膜厚が厚くならないので、さらに無電解還元金めっきを行うことにより、金の膜厚を厚くすることが好ましい。
無電解パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっき皮膜を形成した場合、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いて、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっき皮膜を形成した場合、金めっき皮膜の膜厚が厚くならないので、さらに無電解還元金めっきを行うことにより、金の膜厚を厚くすることが好ましい。
前記基板としては、半導体ウェハに用いる電極を備えた基板が挙げられる。
前記半導体基板に形成された電極パッドは、アルミニウム系、銅系、銀系、または金系であることが好ましい。
前記半導体基板に形成された電極パッドは、アルミニウム系、銅系、銀系、または金系であることが好ましい。
半導体ウェハのウェハとしては、シリコンウェハを用いることができ、通常の工程により、基板上に電極パッドを形成し、前記電極パッドを形成した基板の上面にパシベーション膜を形成し、前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する。前記電極パッドの最表面は銅系またはアルミ系表面とし、電極パッドに無電解ニッケルめっきを行うことが好ましい。
また、ウェハとしてはＧａＡｓ基板を用いることもできる。この場合、電極表面の最表面を金表面とし、無電解ニッケルめっきを行うことが好ましい。
また、ウェハとしてはＧａＡｓ基板を用いることもできる。この場合、電極表面の最表面を金表面とし、無電解ニッケルめっきを行うことが好ましい。
上述した電極表面の銅系としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知の銅系のものでよく、例えば、純銅、リン青銅等の銅および銅合金が使用できる。アルミニウム系としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知のアルミニウム系のものでよく、例えば純アルミニウム、ＡｌＣｕ（０．５％）、ＡｌＳｉ（１％）等のアルミニウム合金等が使用できる。金系としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知の金系のものでよく、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等が挙げられる。
前記電極パッドの形成方法としては、既存の方法、条件を用いることができる。
前記電極パッドの形成方法としては、既存の方法、条件を用いることができる。
前記パシベーション膜としては、一般的に用いられているものでよく、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、シリコンオキサイド、ポリイミド等が挙げられる。また、それぞれの膜厚は、シリコンナイトライドやシリコンオキサイドは１μｍ以下、ポリイミド（ＰＩ）は０．５μｍ〜１５μｍが好ましい。
前記パシベーション膜の形成方法としては、既存の方法、条件を用いることができる。
また、前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する方法としても、既存の方法、条件を用いることができる。
前記パシベーション膜の形成方法としては、既存の方法、条件を用いることができる。
また、前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する方法としても、既存の方法、条件を用いることができる。
電極パッドに、無電解ニッケルめっき皮膜を形成する。
例えば、電極が銅系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→エッチング→酸浸漬→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
また、電極がアルミニウム系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→酸浸漬→一次ジンケート→酸浸漬→二次ジンケート
→無電解ニッケルめっき
アルミニウム系の電極がＡｌＳｉである場合は、脱脂工程の後にエッチング工程を設ける。また、電極がＡｌＣｕである場合は、脱脂工程の後に、残渣の程度によって、エッチング工程を設けてもよい。
また、電極が銀系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
電極が金系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→活性化→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
前記「脱脂」、「酸浸漬」、「アクチベーション（触媒付与）」、「一次ジンケート」、「二次ジンケート」、「活性化」の工程は、既存の方法、条件で行うことができる。また、パッドの残渣が残っている場合は、脱脂の前にプラズマクリーニングを行うとめっき性が向上する。
例えば、電極が銅系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→エッチング→酸浸漬→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
また、電極がアルミニウム系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→酸浸漬→一次ジンケート→酸浸漬→二次ジンケート
→無電解ニッケルめっき
アルミニウム系の電極がＡｌＳｉである場合は、脱脂工程の後にエッチング工程を設ける。また、電極がＡｌＣｕである場合は、脱脂工程の後に、残渣の程度によって、エッチング工程を設けてもよい。
また、電極が銀系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
電極が金系表面で、無電解ニッケルめっきを行う場合、以下のプロセスになる。
脱脂→活性化→アクチベーション（触媒付与）
→無電解ニッケルめっき
前記「脱脂」、「酸浸漬」、「アクチベーション（触媒付与）」、「一次ジンケート」、「二次ジンケート」、「活性化」の工程は、既存の方法、条件で行うことができる。また、パッドの残渣が残っている場合は、脱脂の前にプラズマクリーニングを行うとめっき性が向上する。
また、前記無電解ニッケルめっき皮膜を形成した後に、無電解パラジウムめっき皮膜を形成する。
前記無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっきに用いるめっき液、めっき方法としては、半導体ウェハのＵＢＭ形成用に用いられている公知のめっき液、めっき方法を用いることができる。
本発明の実施形態に係る半導体ウェハを得るためには、前記無電解ニッケルめっきに用いるめっき液としては、次亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いた中リンタイプの無電解ニッケルめっき液が好ましく、前記無電解パラジウムめっき液としては、次亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いた無電解パラジウムめっき液が好ましい。
本発明の実施形態に係る半導体ウェハを得るためには、前記無電解ニッケルめっきに用いるめっき液としては、次亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いた中リンタイプの無電解ニッケルめっき液が好ましく、前記無電解パラジウムめっき液としては、次亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いた無電解パラジウムめっき液が好ましい。
各めっきのめっき皮膜の膜厚は、ウェハの用途や要求特性により変わってくるが、無電解ニッケルめっき皮膜の膜厚は、０．５μｍ〜１５．０μｍの範囲が好ましい。但し、はんだ接合をする場合にははんだの拡散防止の観点から１．５μｍ以上が好ましく、より好ましくは１．５μｍ〜１０μｍである。
また、パラジウムめっき皮膜の膜厚は、ニッケルの拡散防止の観点から０．０２μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０２μｍ〜０．５０μｍであり、さらに好ましくは０．０３μｍ〜０．２０μｍである。
また、金めっき皮膜は、はんだ接合の際の濡れ性の観点から０．０１μｍ以上の膜厚が好ましく、より好ましくは、０．０１μｍ〜０．５０μｍであり、さらに好ましくは０．０２μｍ〜０．２０μｍである。
また、パラジウムめっき皮膜の膜厚は、ニッケルの拡散防止の観点から０．０２μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０２μｍ〜０．５０μｍであり、さらに好ましくは０．０３μｍ〜０．２０μｍである。
また、金めっき皮膜は、はんだ接合の際の濡れ性の観点から０．０１μｍ以上の膜厚が好ましく、より好ましくは、０．０１μｍ〜０．５０μｍであり、さらに好ましくは０．０２μｍ〜０．２０μｍである。
無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、無電解金めっき皮膜の膜厚は、ＦＩＢによりめっき皮膜の断面を切りだし、ＳＥＭやＳＴＥＭにより観察し測定することができる。また、市販の蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定することが簡便で好ましい。蛍光Ｘ線膜厚計で測定する場合には、最初に上述したＦＩＢ／ＳＥＭ（またはＳＴＥＭ）の断面の実測値に一致するように蛍光Ｘ線膜厚計の測定値に補正係数をかけあわせると正確な膜厚となる。
めっき皮膜の膜厚の測定は、電極パッド中央付近の、めっき皮膜の表面・界面が電極パッドと平行な面となる部分の膜厚を測定した。
めっき皮膜の膜厚の測定は、電極パッド中央付近の、めっき皮膜の表面・界面が電極パッドと平行な面となる部分の膜厚を測定した。
本発明の実施形態に係る半導体ウェハは、無電解金めっき皮膜が、置換金めっき皮膜と還元金めっき皮膜とを有し、置換金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以下、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上であることが好ましい。
置換金めっきがボイドの発生の要因となるので、薄ければ薄いほど（めっき時間が短いほど）よい。但し、置換金めっき皮膜がある程度十分でないと還元金めっきが成長しない。置換金めっきの下限値は、０．００２μｍ以上が好ましい。
置換金めっきがボイドの発生の要因となるので、薄ければ薄いほど（めっき時間が短いほど）よい。但し、置換金めっき皮膜がある程度十分でないと還元金めっきが成長しない。置換金めっきの下限値は、０．００２μｍ以上が好ましい。
置換金めっき皮膜と還元金めっき皮膜の膜厚は、ＡＥＳデプスプロファイルにより確認することができる。
無電解ニッケルめっき皮膜上に無電解パラジウムめっき皮膜と無電解置換金めっき皮膜と無電解還元金めっき皮膜を形成した半導体ウェハのＡＥＳデプスプロファイルの一例を図３Ａに、図３Ａに示すＡＥＳデプスプロファイルの部分拡大図を図３Ｂに示す。図３Ａに示す例では、スパッタレイトは約２５ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算で１０ｎｍ／ｍｉｎ）で行った。スパッタタイム２．８分以降にパラジウムの濃度が金の濃度より高くなるので、スパッタタイム２．８分までが金であり、金の膜厚は約７０ｎｍであることがわかる。図３Ａ、および図３Ｂにおいて、Ｐで示す箇所が、パラジウムが検出し始めているところであり、還元金めっきと置換金めっきとの境界となる。パラジウムが検出されるスパッタタイム１．０分までのＡで示す領域が還元金めっき皮膜であり、それ以降のＢで示す領域が置換金めっき皮膜と考える。従って、還元金めっき皮膜の膜厚は２５ｎｍ、置換金めっき皮膜の膜厚は４５ｎｍとなる。
なお、上記の例では、わかり易くするために、置換金めっき皮膜の膜厚が４５ｎｍである例を挙げて説明したが、本発明において、置換金めっき皮膜の膜厚は０．０１μｍ以下であることが好ましい。また、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上であることが好ましい。
無電解ニッケルめっき皮膜上に無電解パラジウムめっき皮膜と無電解置換金めっき皮膜と無電解還元金めっき皮膜を形成した半導体ウェハのＡＥＳデプスプロファイルの一例を図３Ａに、図３Ａに示すＡＥＳデプスプロファイルの部分拡大図を図３Ｂに示す。図３Ａに示す例では、スパッタレイトは約２５ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算で１０ｎｍ／ｍｉｎ）で行った。スパッタタイム２．８分以降にパラジウムの濃度が金の濃度より高くなるので、スパッタタイム２．８分までが金であり、金の膜厚は約７０ｎｍであることがわかる。図３Ａ、および図３Ｂにおいて、Ｐで示す箇所が、パラジウムが検出し始めているところであり、還元金めっきと置換金めっきとの境界となる。パラジウムが検出されるスパッタタイム１．０分までのＡで示す領域が還元金めっき皮膜であり、それ以降のＢで示す領域が置換金めっき皮膜と考える。従って、還元金めっき皮膜の膜厚は２５ｎｍ、置換金めっき皮膜の膜厚は４５ｎｍとなる。
なお、上記の例では、わかり易くするために、置換金めっき皮膜の膜厚が４５ｎｍである例を挙げて説明したが、本発明において、置換金めっき皮膜の膜厚は０．０１μｍ以下であることが好ましい。また、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上であることが好ましい。
一般に、無電解パラジウムめっきの後に行う無電解置換金めっきに用いるめっき液としては、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用として販売されている置換金めっき液を用い、無電解ニッケルめっきの後に無電解置換金めっきを行う場合は、Ｎｉ／Ａｕ用として販売されている置換金めっき液を用いる。
Ｎｉ上とＰｄ上ではＡｕの反応性（置換能力）に差があり、Ｐｄ上であると置換しにくくなる。Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきは、Ｎｉ／Ａｕ用に比べ、より強い置換を起こすような組成が必要であり、めっき薬品メーカーはＮｉ／Ａｕ用とＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきを分けて販売している。
Ｎｉ上とＰｄ上ではＡｕの反応性（置換能力）に差があり、Ｐｄ上であると置換しにくくなる。Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきは、Ｎｉ／Ａｕ用に比べ、より強い置換を起こすような組成が必要であり、めっき薬品メーカーはＮｉ／Ａｕ用とＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきを分けて販売している。
本発明では、無電解パラジウムめっきの後に行う無電解置換金めっきに用いるめっき液としてパラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液、を用いて金めっき皮膜を形成することができる。パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液としては、Ｎｉ／Ａｕ用の置換金めっき液が挙げられる。前記無電解置換金めっき液は、反応性が弱いため、Ｎｉ／Ｐｄ上にめっきを行った場合、ボイドがほとんど発生しないか、ボイドが発生しても小さくなる。但し、反応性が弱い液なのでＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきに比べてめっきの膜厚が薄くなる。
また、本発明では、無電解パラジウムめっきの後に行う無電解置換金めっきに用いるめっき液としてパラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いることもできるが、その場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う。パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液としては、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっき液が挙げられる。
Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきは反応性が強いので、一般的なめっき条件で置換金めっきを行うと、めっき膜厚が２０ｎｍを超えるが、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となる、反応性が弱い条件で置換金めっきを行うことにより、サイドから浸み込んだ液によりＮｉが腐食し、ボイドが発生するのを抑制することができる。
Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用の置換金めっきは反応性が強いので、一般的なめっき条件で置換金めっきを行うと、めっき膜厚が２０ｎｍを超えるが、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となる、反応性が弱い条件で置換金めっきを行うことにより、サイドから浸み込んだ液によりＮｉが腐食し、ボイドが発生するのを抑制することができる。
無電解置換金めっきに用いる、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液としては、非シアン系水溶性金化合物、及びピロ亜硫酸化合物を含有することが好ましい。例えば、Ｎｉ／Ａｕ用として使われている公知の無電解置換金めっき液を用いることができる。
非シアン系水溶性金化合物としては、非シアン系の金化合物であれば特に限定はしないが、好ましくは亜硫酸金、チオ硫酸金、チオシアン酸金、塩化金酸、またはそれらの塩を用いることができる。塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いることができ、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が好ましい。
前記無電解置換金めっき液は、これらの金化合物を、めっき液中に金濃度として、０．１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌ含有することが好ましく、より好ましくは０．５ｇ／Ｌ〜２０ｇ／Ｌ含有するものである。金濃度が０．１ｇ／Ｌ未満であると金の置換速度が著しく遅くなり、１００ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
非シアン系水溶性金化合物としては、非シアン系の金化合物であれば特に限定はしないが、好ましくは亜硫酸金、チオ硫酸金、チオシアン酸金、塩化金酸、またはそれらの塩を用いることができる。塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いることができ、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が好ましい。
前記無電解置換金めっき液は、これらの金化合物を、めっき液中に金濃度として、０．１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌ含有することが好ましく、より好ましくは０．５ｇ／Ｌ〜２０ｇ／Ｌ含有するものである。金濃度が０．１ｇ／Ｌ未満であると金の置換速度が著しく遅くなり、１００ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
ピロ亜硫酸化合物としては、ピロ亜硫酸、またはそのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いることができ、ピロ亜硫酸ナトリウム、ピロ亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸アンモニウム等が好ましい。ピロ亜硫酸化合物をめっき液中に、０．１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌ含有することが好ましく、１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌ含有することがより好ましい。ピロ亜硫酸化合物の濃度が０．１ｇ／Ｌ未満では、下地ニッケルの不均一な腐食を防止する効果が低く、２００ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
また、前記無電解置換金めっき液は、チオ硫酸化合物を含有することが好ましい。
チオ硫酸化合物としては、チオ硫酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いることができ、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等が好ましい。チオ硫酸化合物はめっき液中に、１ｍｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ含有することが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ〜１０００ｍｇ／Ｌ含有することがより好ましい。チオ亜硫酸化合物の濃度が１ｍｇ／Ｌ未満では、はんだ接着強度を向上する効果が低く、１０ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
チオ硫酸化合物としては、チオ硫酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いることができ、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等が好ましい。チオ硫酸化合物はめっき液中に、１ｍｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ含有することが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ〜１０００ｍｇ／Ｌ含有することがより好ましい。チオ亜硫酸化合物の濃度が１ｍｇ／Ｌ未満では、はんだ接着強度を向上する効果が低く、１０ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
また、前記無電解置換金めっき液は、安定剤として亜硫酸化合物を含有することが好ましく、亜硫酸化合物としては、亜硫酸、またはそのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。めっき液中の亜硫酸化合物の濃度としては、０．１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌが好ましく、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである。０．１ｇ／Ｌ未満では、安定剤としての効果が発現せず、２００ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
また、前記無電解置換金めっき液は、さらに錯化剤としてアミノカルボン酸化合物を含有してもよく、アミノカルボン酸化合物としては、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ジヒドロキシエチルエチレンジアミン二酢酸、プロパンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、グリシン、グリシルグリシン、グリシルグリシルグリシン、ジヒドロキシエチルグリシン、イミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、またはそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。めっき液中のアミノカルボン酸化合物の濃度は、０．１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌが好ましく、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである。アミノカルボン酸化合物の濃度が０．１ｇ／Ｌ未満であると錯化剤としての効果が乏しく、２００ｇ／Ｌを超えても効果が飽和しメリットがない。
また、前記無電解置換金めっき液は、必要に応じて、ｐＨ緩衝剤としてリン酸系化合物を添加しても良い。
リン酸系化合物として、リン酸、ピロリン酸、またはそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、リン酸二水素アルカリ金属塩、リン酸二水素アルカリ土類金属塩、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アルカリ金属塩、リン酸水素アルカリ土類金属、リン酸水素二アンモニウム等が挙げられる。めっき液中のリン酸系化合物の濃度は、０．１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌが好ましく、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである。
リン酸系化合物として、リン酸、ピロリン酸、またはそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、リン酸二水素アルカリ金属塩、リン酸二水素アルカリ土類金属塩、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アルカリ金属塩、リン酸水素アルカリ土類金属、リン酸水素二アンモニウム等が挙げられる。めっき液中のリン酸系化合物の濃度は、０．１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌが好ましく、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである。
前記無電解置換金めっき液のｐＨはｐＨ緩衝剤として上記の化合物を用い、ｐＨ４〜１０に調整することが好ましく、ｐＨ５〜９に調整することがより好ましい。
また、前記無電解置換金めっき液は、浴温１０℃〜９５℃で使用するのが好ましく、５０℃〜８５℃がより好ましい。
めっき液のｐＨ、及び浴温が上記範囲外の場合、めっき速度が遅かったり、浴分解を起し易い等の問題がある。
また、前記無電解置換金めっき液は、浴温１０℃〜９５℃で使用するのが好ましく、５０℃〜８５℃がより好ましい。
めっき液のｐＨ、及び浴温が上記範囲外の場合、めっき速度が遅かったり、浴分解を起し易い等の問題がある。
無電解置換金めっきに用いる、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液としては、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ用として使われている公知の無電解置換金めっき液を用いることができる。
前記無電解置換金めっきを行った後、無電解還元金めっきを行う。
無電解還元金めっき液としては、市販されているものでよい。無電解還元金めっき皮膜は、０．０１μｍ以上、０．５０μｍ以下が好ましい。０．０１μｍ未満であると、膜厚が小さくなるに従い、はんだ特性やワイヤボンディング特性が徐々に低下する。また０．５０μｍを超えても特性上の変化はなく、コスト的に０．５０μｍ以下が好ましい。より好ましくは、０．０２μｍ〜０．２０μｍである。
無電解還元金めっき液としては、市販されているものでよい。無電解還元金めっき皮膜は、０．０１μｍ以上、０．５０μｍ以下が好ましい。０．０１μｍ未満であると、膜厚が小さくなるに従い、はんだ特性やワイヤボンディング特性が徐々に低下する。また０．５０μｍを超えても特性上の変化はなく、コスト的に０．５０μｍ以下が好ましい。より好ましくは、０．０２μｍ〜０．２０μｍである。
本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせても良い。
以下に本発明の実施形態の具体例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために説明するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
［実施例１］〜［実施例７］、［比較例１］、［比較例２］
基板上に以下の電極パッド及びパシベーション膜を有する８インチのＳｉウェハを用いて、下記表１−１、および表１−２に記載のプロセス及び条件により無電解めっきを実施した。
Ｓｉウェハ（８インチ）
電極：ＡｌＣｕパッド、膜厚５μｍ、パッド開口直径３００μｍ円形
パシベーション：表１に記載。
表１において、「○」は、その処理を行ったことを示す。
無電解置換金めっきに用いためっき液「ＦＡ５００（ＪＸ金属製）」は、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が１５ｎｍとなるめっき液であり、「ＦＡ２１０（ＪＸ金属製）」は、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が３０ｎｍとなるめっき液である。
基板上に以下の電極パッド及びパシベーション膜を有する８インチのＳｉウェハを用いて、下記表１−１、および表１−２に記載のプロセス及び条件により無電解めっきを実施した。
Ｓｉウェハ（８インチ）
電極：ＡｌＣｕパッド、膜厚５μｍ、パッド開口直径３００μｍ円形
パシベーション：表１に記載。
表１において、「○」は、その処理を行ったことを示す。
無電解置換金めっきに用いためっき液「ＦＡ５００（ＪＸ金属製）」は、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が１５ｎｍとなるめっき液であり、「ＦＡ２１０（ＪＸ金属製）」は、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が３０ｎｍとなるめっき液である。
無電解置換金めっきと無電解還元金めっきを行った半導体ウェハについて、ＡＥＳ分析により、置換金めっき膜と還元金めっき膜のそれぞれの膜厚を求めた。
また、得られた無電解めっきの析出性およびボイドの状態を確認するため、めっき後の顕微鏡観察と蛍光Ｘ線膜厚計によるめっき膜厚を測定した。
ボイド観察（上記ｘやｙの長さ測定）のため、パッド端の断面ＳＥＭを観察した。１サンプルに対して５か所の断面を観察し、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さｘが最も短い値と、ボイドの幅ｙが最も長い値を測定した。
上記の測定結果を表１に併記した。
また、得られた無電解めっきの析出性およびボイドの状態を確認するため、めっき後の顕微鏡観察と蛍光Ｘ線膜厚計によるめっき膜厚を測定した。
ボイド観察（上記ｘやｙの長さ測定）のため、パッド端の断面ＳＥＭを観察した。１サンプルに対して５か所の断面を観察し、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さｘが最も短い値と、ボイドの幅ｙが最も長い値を測定した。
上記の測定結果を表１に併記した。
はんだ特性評価
めっき皮膜上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボール（１５０μｍ径）を搭載し、下記の条件にてリフロー（５回）ではんだバンプを形成した後、はんだシェア試験を実施し、破壊界面からめっきの密着性を評価した。
リフロー加熱条件
温度：ピークトップ２６５℃、２６０℃以上で４０秒加熱
雰囲気：窒素雰囲気（酸素濃度：６００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ）
使用はんだボール：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（１５０μｍ径）
はんだシェア試験条件
はんだシェア速度：１００μｍ／ｓｅｃ
はんだシェア高さ：めっき／はんだ接合面から１０μｍ
めっき皮膜上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボール（１５０μｍ径）を搭載し、下記の条件にてリフロー（５回）ではんだバンプを形成した後、はんだシェア試験を実施し、破壊界面からめっきの密着性を評価した。
リフロー加熱条件
温度：ピークトップ２６５℃、２６０℃以上で４０秒加熱
雰囲気：窒素雰囲気（酸素濃度：６００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ）
使用はんだボール：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（１５０μｍ径）
はんだシェア試験条件
はんだシェア速度：１００μｍ／ｓｅｃ
はんだシェア高さ：めっき／はんだ接合面から１０μｍ
信頼性試験
めっき皮膜上に上記はんだ特性評価と同様にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボール（１５０μｍ径）を搭載し、その後、ＨＡＳＴ試験（１２０℃、８５％ＲＨで９６ｈｒ放置）後、各サンプル５か所のパッド端の断面観察を行った。ボイドから水が浸透し、Ａｌが腐食している個数について表１に併記した。
（ＨＡＳＴ：Ｈｉｇｈ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）
めっき皮膜上に上記はんだ特性評価と同様にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボール（１５０μｍ径）を搭載し、その後、ＨＡＳＴ試験（１２０℃、８５％ＲＨで９６ｈｒ放置）後、各サンプル５か所のパッド端の断面観察を行った。ボイドから水が浸透し、Ａｌが腐食している個数について表１に併記した。
（ＨＡＳＴ：Ｈｉｇｈ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）
表１に示すように、本発明例では無電解めっきが良好に析出し、はんだシェア試験による破壊界面は全てはんだ面であり、ＨＡＳＴ試験でも良好であることを確認できた。
１１ パシベーション膜
１２ 電極パッド
１３ 無電解ニッケルめっき皮膜
１４ 無電解パラジウムめっき皮膜
１５ 無電解金めっき皮膜
Ａ 無電解還元金めっきの領域
Ｂ 無電解置換金めっきの領域
Ｐ 還元金めっきと置換金めっきとの境界
Ｖ ボイド
１２ 電極パッド
１３ 無電解ニッケルめっき皮膜
１４ 無電解パラジウムめっき皮膜
１５ 無電解金めっき皮膜
Ａ 無電解還元金めっきの領域
Ｂ 無電解置換金めっきの領域
Ｐ 還元金めっきと置換金めっきとの境界
Ｖ ボイド
Claims (4)
- 基板上に、
電極パッドと、
前記基板上面を覆い、かつ前記電極パッドを露出する開口部を有するパシベーション膜と、
前記電極パッド上に形成された無電解ニッケルめっき皮膜と、前記無電解ニッケルめっき皮膜上に形成された無電解パラジウムめっき皮膜と、前記無電解パラジウムめっき皮膜上に形成された無電解金めっき皮膜とを有する半導体ウェハであって、
前記パシベーション膜と前記無電解ニッケルめっき皮膜との界面に存在するボイドは、ボイドの先端から電極パッドの表面までの長さが０．３μｍ以上、ボイドの幅が０．２μｍ以下であり、かつ前記電極パッドが前記無電解ニッケルめっき皮膜に全面被覆されている
半導体ウェハ。 - 前記無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、及び無電解金めっき皮膜の膜厚が、それぞれ、０．５μｍ〜１５．０μｍ、０．０２μｍ〜０．５０μｍ、０．０１μｍ〜０．５０μｍである請求項１に記載の半導体ウェハ。
- 前記無電解金めっき皮膜が、置換金めっき皮膜と還元金めっき皮膜とを有し、置換金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以下、還元金めっき皮膜の厚さが０．０１μｍ以上である請求項１または２に記載の半導体ウェハ。
- 請求項１〜３の何れかに記載の半導体ウェハの製造方法であって、
基板上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドを形成した基板の上面にパシベーション膜を形成する工程と、
前記パシベーション膜に、前記電極パッドを露出する開口部を形成する工程と、
前記露出した電極パッド上に、無電解ニッケルめっき皮膜を形成する工程と、無電解パラジウムめっき皮膜を形成する工程と、無電解金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき皮膜を形成する工程と無電解還元金めっき皮膜を形成する工程とを有し、
前記無電解置換金めっき皮膜を形成する工程は、無電解置換金めっき液として、パラジウムめっき皮膜上に、めっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍ以下となる無電解置換金めっき液を用いて無電解置換金めっきを行う、またはめっき温度８０℃、めっき時間１５分でめっきした場合にめっき膜厚が２０ｎｍを超える無電解置換金めっき液を用いる場合は、めっき膜厚が２０ｎｍ以下となるめっき条件で無電解置換金めっきを行う半導体ウェハの製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
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