JPH0697663B2 - 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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JPH0697663B2
JPH0697663B2 JP61002228A JP222886A JPH0697663B2 JP H0697663 B2 JPH0697663 B2 JP H0697663B2 JP 61002228 A JP61002228 A JP 61002228A JP 222886 A JP222886 A JP 222886A JP H0697663 B2 JPH0697663 B2 JP H0697663B2
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憲男 戸塚
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はバンプ電極を有する半導体素子の製造方法に関
するものである。
(従来の技術) 従来、半導体フリップチップ素子のハンダバンプ電極を
形成する方法としては、選択蒸着法、電気メッキ法およ
びハンダボール法、ハンダディップ法があり、例えば、
特公昭43-28735号公報あるいはphilip Tech,Rev vol 3
4′,74などにより知られている。
選択蒸着法は、蒸着時間が長いこと、蒸着膜厚の制御が
困難であること、ハンダボール法はバンプ電極の径を小
さくできないこと、ハンダディップ法はバンプ電極を高
くすることができないことの理由であまり採用されてい
ない。
従来の電気メッキ法による半導体フリップチップ素子の
バンプ電極形成法の一例を第3図(a)〜第3図(h)
に示す。まず第3図(a)に示すように、半導体基板1
上に形成されたフィールド酸化膜2の上のバンプを形成
すべき個所に、Al電極パッド3を形成し、さらにCVD法
にてパシベーション膜4を成長させた後、Al電極パッド
3上の膜4を除去しスルーホールを開孔する。
次に第3図(b)に示すようにAl-Ni合金層5、Ni層6
を順次蒸着する。
次に、第3図(c)に示すようにレジストなどにてマス
キングを行って、バンプ電極が形成される個所以外のNi
層6をエッチングしてAl-Ni合金層5の一部を露出させ
る。
次に、第3図(d)に示すように、Al-Ni合金層5が露
出された個所において、通常のホトリソ工程により、レ
ジスト7にてバンプ電極が形成される個所以外を覆う。
次に第3図(e)に示すように、Al-Ni合金層5を電流
の導通層として、電気メッキ法により、銅メッキ層8を
メッキする。この銅メッキ層8は通常10μm程度の厚さ
である。
その後、第3図(f)に示すように、ハンダメッキを行
ないハンダメッキ層9のバンプ電極を形成する。このハ
ンダの厚さは、40〜60μm程度である。
次に、第3図(g)に示すように、メッキ用のレジスト
7を溶剤で除去した後、露出したAl-Ni合金層5をエッ
チングする。
最後に、第3図(h)に示すように、通常200〜350℃の
温度でハンダメッキ層9を溶解させて、台状のバンプ電
極を球状にさせる。
ここで中間金属Al-Ni合金層5はフィールド酸化膜2お
よびAl電極パッド3への密着金属で、中間金属層である
Ni層6および銅メッキ層8は、Al電極パッド3とハンダ
層9との相互拡散を防止する拡散バリヤ層である。
以下Ni層6及び/或は銅メッキ層8を拡散バリヤ層と呼
ぶこともある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、第3図(g)に示すAl-Ni合金層5を除
去する工程において銅メッキ層8が一緒にエッチングさ
れてしまう欠点があった。銅メッキ層8がエッチングさ
れると、バンプ電極9のSi基板への密着強度の低下、さ
らにはバンプ電極9がSi基板から剥離してしまう現象が
見られ、ボンディングの信頼性上好ましくない。
以上は第3図に示したように、ハンダバンプ電極の形成
法としてAl/-Ni-Cu-Pb/Snの金属構成を例示したが、そ
の他の代表的金属構成としてTi-Cu-Ni-Pb/Sn、Cr-Cu-Ni
-Pb/Sn等があるがいずれの場合にも拡散バリヤー層とし
て、銅及び/あるいはニッケル層の存在が必要でこれら
の拡散バリヤー層としての銅及び/あるいは、ニッケル
は、メッキのための電流パス層(カレント・フィルム)
ここではAl-Ni合金層5をエッチングするエッチャン
ト、即ち酸に対して非常にエッチングされやすく、いず
れの金属構成のバンプ電極でもバンプ電極9のSi基板へ
の密着強度の低下を起こし、ボンディングの信頼性の上
から好ましいものではなかった。
即ち、これらの欠点は異種の金属の連続メッキを行っ
て、第3図(g)に示されるレジスト除去工程で、最初
にメッキされる可溶性金属が直接露出されるためであ
る。
(問題を解決するための手段) 本発明は前記問題を解決するために拡散バリヤを成す銅
メッキ層8とハンダ層9を連続的にメッキを行わないで
銅メッキ層8の工程終了後、ハンダ層の選択被覆のため
のホトリソをこの拡散バリヤ層6,8の外周に行うことに
よって、拡散バリア層側壁外周部にレジスト除去工程に
おいて、この拡散バリヤ層6,8の側壁外周部が露出しな
いようにしたものである。
(作用) 上記製造方法に従うと、拡散バリア層の側壁外周部に形
成された孔内にハンダメッキ層が充填され、拡散バリア
層は頂面及び側壁が全てハンダメッキ層で覆れるのでメ
ッキ通電用の一電極を成すAl-Ni層のエッチング時にこ
のAl-Ni層のエッチャントで浸食されることがない。
(実施例) 以下、この発明の半導体素子の製造方法の実施例につい
て第1図(i)〜(l)の工程断面図に基づき説明す
る。なお、銅メッキ層8のメッキ工程までは従来の製造
方法第3図(a)〜第3図(e)と同一であるので、そ
の製法の説明は割愛する。
さて、第1図(i)に示すように、銅メッキ層8が終了
した後、このメッキのためのレジスト7を全て除去し、
Ni層6及び銅メッキ層8の側壁外周部10が露出するよう
に再度他の部分をレジスト11で被覆する。この結果孔10
aが側壁外周部に形成される。
次に第1図(j)に示すようにハンダメッキを行ない、
ハンダメッキ層9によるバンプ電極を形成してNi層6及
び銅メッキ層8の側壁外周部10の孔10a内もこのハンダ
メッキ層9で満たされる。
次に第1図(k)に示すようにハンダ層9のメッキのた
めのレジスト11を溶剤で除去した後、Al-Ni合金層5を
エッチングする。このエッチング工程ではNi層6及び銅
メッキ層8の頂面及び側面はハンダメッキ層9で全て覆
われているためAl-Ni合金層5のエッチャントで浸され
ることはない。
最後に第1図(l)に示すように、通常200〜350℃の温
度でハンダメッキ層9を溶解させて台状のバンプ電極を
球状にさせる。
以上のように本発明の半導体素子の製造方法では、半導
体工業に使われる金属用のエッチャント例えば酸に対し
て可溶性である拡散バリヤ層のメッキ工程後、そのレジ
ストを除去し、再度この拡散バリヤ層の外周に対してホ
トリソ工程を行ない、拡散バリヤ層の全ての面をハンダ
メッキ層9で覆うようにハンダメッキを行ない、メッキ
のための電流パス層(カレント・フィルム)ここではAl
-Ni合金層5をエッチングする時に、拡散バリヤ層がエ
ッチングされないようにしたものである。
次に第2の実施例を第2図(m)〜(p)の工程断面図
を用いて説明する。なおAl-Ni合金層5の一部を除去す
る工程、即ち第3図(c)工程までは従来の製造方法と
同一であるので、その説明は割愛する。
さて、第2図(m)は第3図(d)に対応してレジスト
7にて、拡散バリヤとなる銅メッキ層8のためのホトリ
ソを行うが、ここでの実施例ではレジストにボジタイプ
のレジスト7aを使う。
次に第2図(n)に示されるように銅メッキ層8をレジ
スト7aの厚さの範囲以内でメッキする。次に第2図
(o)に示すように拡散バリヤ層6,8の側壁外周部10の
レジスト7aが露光されるようにマスク部材12でマスクし
第2図(p)に示すように現像すると側壁外周部10に孔
10aが形成される。以下の工程は第1図(j)以後の工
程に対応するので図の提示は省略する。
第2の実施例では第1の実施例で見られたように、
(i)工程でレジスト7を除去し再度レジスト11を形成
する事なく行うことができる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように銅メッキ層8の工程終了後ハ
ンダ層9のためのホトリソを、このNi層6及び銅メッキ
層8の外周に行う事によって、レジスト除去工程におい
てこの拡散バリヤ層6,8が露出しないようにしたもので
ある。その結果メッキのための電流パス層(ここではAl
-Ni層5)をエッチングする際、この拡散バリヤ層6,8
は、エッチングされなくなる。従ってバンプ電極のシリ
コン基板への密着強度も低下することなく高歩留りで、
高信頼性のバンプ電極プロセスが可能となる。また高信
頼性のバリヤ効果を示し、基板へのフリップ・チップボ
ンディングの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(i)〜(l)は本発明の第1の実施例を示す半
導体素子の製造方法の工程断面図、第2図(m)〜
(p)は本発明の第2の実施例を示す半導体素子の製造
方法の工程断面図、第3図(a)〜(h)は従来のバン
プ電極形成法の工程断面図である。 1……半導体基板、2……フィールド酸化膜、3……Al
電極パッド、4……パシベーション膜、5……Al-Ni合
金層、6……Ni層、7……レジスト、7a……ポジ形レジ
スト、8……銅メッキ層、9……ハンダメッキ層、10…
…側壁外周部、10a……孔、11……レジスト、12……マ
スク部材。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の主表面上の第1の領域に第1
    の導電層を形成する工程と、 前記主表面上と前記第1の導電層上に第2の導電層を形
    成する工程と、 前記第1の領域に対応する前記第2の導電層上に拡散バ
    リア層を形成する工程と、 前記拡散バリア層上及び側面に形成され、前記第1の領
    域を囲む前記主表面上の第2の領域に対応する前記第2
    の導電層上で終端するバンプ電極となる第3の導電層を
    形成する工程と、 前記第3の導電層をマスクとして前記第3の導電層で覆
    われていない前記第2の導電層を選択的に除去する工程
    とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記半導体基板の前記主表面上に第1の絶
    縁膜を形成する工程と、 前記主表面上の第1の領域に対応する前記第1の絶縁膜
    上に前記第1の導電層を形成する工程と、 前記第1の導電層上面の所定部に開孔部を有する第2の
    絶縁膜を前記第1の絶縁膜上に形成する工程と、 前記第1の導電層上及び前記第2の絶縁膜上に前記第2
    の導電層を形成する工程とを含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】上記第2の導電層を選択的に除去する工程
    後、前記第2の導電層を加熱してバンプ電極を形成する
    工程とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記第1の導電層を電極パッドとし、前記
    第2の導電層を電流パス層とすることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体素子の製造方法。
  5. 【請求項5】上記第3の導電層の形成工程は、前記第2
    の領域を囲む前記主表面上の第3の領域に対応する前記
    第2の導電層上にマスク部材を選択的に形成する工程
    と、 前記拡散バリア層の側面と前記マスク部材の側面と前記
    第2の領域に対応する前記第2の導電層の上面から成る
    開孔部に前記第3の導電層を充填する工程とを含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体素子の
    製造方法。
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