JPS5923112B2 - Electrode formation method for semiconductor devices - Google Patents

Electrode formation method for semiconductor devices

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JPS5923112B2
JPS5923112B2 JP6002977A JP6002977A JPS5923112B2 JP S5923112 B2 JPS5923112 B2 JP S5923112B2 JP 6002977 A JP6002977 A JP 6002977A JP 6002977 A JP6002977 A JP 6002977A JP S5923112 B2 JPS5923112 B2 JP S5923112B2
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gold
layer
nickel
protective film
forming
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JP6002977A
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誠 田中
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金層を含む多層電極を持つ半導体装置の電極
形成法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming an electrode of a semiconductor device having a multilayer electrode including a gold layer.

金層を含む多層電極(以下金多層電極と称する)の形成
方法の一つとして、以下に示すようなメッキによる方法
がある。
One of the methods for forming a multilayer electrode including a gold layer (hereinafter referred to as a gold multilayer electrode) is a plating method as shown below.

まず、コンタクトホール窓開けの完了したシリコンウェ
ーハに、バリア金属、金を蒸着法もしくはスパッタリン
グ法により順次連続して被着せしめろ。
First, a barrier metal, gold, is successively deposited on the silicon wafer in which contact holes have been opened by vapor deposition or sputtering.

その後、写真製版技術を用いて、金属配線を必要としな
い部分に、フォトレジストを残し、金を選択メッキする
ためのマスクを作る。その後金およびニッケルを順次メ
ッキし、しかる後選択メッキのマスクとして用いたフォ
トレジストを除去するとともに、次に上記ニッケル層を
マスクとしてフォトレジスト下にあつた金層およびバリ
ア金属層を化学蝕刻その他の方法で順次除去する。その
後、金およびバリア金属層のエッチングマスクとして用
いたニッケル層を除去して、金多層電極が完成される。
一方、半導体装置の信頼性向上および組み立て時の歩留
り向上の目的を持つて、ボンディングされる部分を除い
たチップ全面を、保護膜としてのシリコン酸化膜で被覆
する場合がある。
Then, using photolithography, a mask for selective gold plating is created by leaving photoresist in areas that do not require metal wiring. After that, gold and nickel were plated sequentially, and then the photoresist used as a mask for selective plating was removed, and the gold layer and barrier metal layer under the photoresist were removed by chemical etching or other methods using the nickel layer as a mask. Remove them in sequence. Thereafter, the nickel layer used as an etching mask for the gold and barrier metal layers is removed to complete the gold multilayer electrode.
On the other hand, in order to improve the reliability of the semiconductor device and the yield during assembly, the entire surface of the chip except for the bonded portion is sometimes covered with a silicon oxide film as a protective film.

ところが、上記したような従来の金多層電極をもつた半
導体装置では、電極の最上層が金であるためシリコン酸
化膜との接着力が弱く、保護膜がその部分で剥離する恐
れがある。
However, in a semiconductor device having a conventional gold multilayer electrode as described above, since the uppermost layer of the electrode is made of gold, the adhesion to the silicon oxide film is weak, and there is a risk that the protective film may peel off at that portion.

その改善策として、金と保護膜との間に、その両者に対
し、接着力の大なる金属層を介在させる方法が知られて
おり、上記したメッキ法による金多層電極では、この金
属層として上記したニッケル層を使用することができる
As a method to improve this, it is known to interpose a metal layer with strong adhesive strength between the gold and the protective film. The nickel layer described above can be used.

すなわち、金属およびバリア金属層のエッチングマスク
となつた上層のニッケルをそのまま残し、保護膜を被着
、しかる後写真製版技術を用いて、ボンディングされる
べき部分(以下、ボンディングパッドと称する)の保護
膜の窓開けを行ない、引続き、その下のニッケル層をエ
ッチングすれば、ボンディングパッド部に金が露呈され
、電極が完成する。しかしながら、このような従来方法
では、金とニッケル相互の拡散係数が大きいため、特に
保護膜形成法として、気相生長法による下学反応を使用
した場合、その生長温度が約500℃程度でも、金とニ
ツケルの合金化が起り、ボンデイングパツド上のニツケ
ルが完全にエツチングされず、ボンデイングパツド上に
ニツケルが多量に残る場合があり、その結果半導体装置
組立工程における該パツドに対するボンデイングが不可
能になる恐れがあり、チツプが不良となる欠点があつた
That is, the upper layer of nickel, which serves as an etching mask for the metal and barrier metal layer, is left as is, a protective film is applied, and then photolithography is used to protect the part to be bonded (hereinafter referred to as a bonding pad). Opening the membrane and subsequently etching the underlying nickel layer exposes the gold at the bonding pads, completing the electrode. However, in such conventional methods, since the mutual diffusion coefficient between gold and nickel is large, especially when using the Shigaku reaction using the vapor phase growth method as a protective film formation method, even if the growth temperature is about 500°C, Alloying of gold and nickel may occur, and the nickel on the bonding pad may not be completely etched, leaving a large amount of nickel on the bonding pad, making it impossible to bond to the pad during the semiconductor device assembly process. There was a problem that the chip could become defective.

本発明は以上の欠点を除去する目的でなされたもので、
保護膜の形成前、すなわち、加熱処理前に、ボンデイン
グパツド部のニツケルを選択的にエツチング除去してお
き、保護膜形成時の金とニツケルの合金化を防止すると
ともに、残るニツケル層により保護膜との接着力を強固
にしようとするものである。
The present invention was made for the purpose of eliminating the above-mentioned drawbacks.
Before forming the protective film, that is, before heat treatment, the nickel on the bonding pad is selectively etched away to prevent alloying of gold and nickel during the formation of the protective film, and to protect the bonding pad with the remaining nickel layer. This is intended to strengthen the adhesive force with the membrane.

以下、本発明をバイポーラトランジスタの製造に適用し
た一実施例をもつて説明する。
An example in which the present invention is applied to the manufacture of bipolar transistors will be described below.

第1図〜第6図は、本発明の方法によるバイポーラトラ
ンジスタの電極形成主要工程における半導体装置の縦断
面を示す図である。
1 to 6 are longitudinal cross-sectional views of a semiconductor device in the main steps of forming electrodes of a bipolar transistor according to the method of the present invention.

まず、第1図に示す様に、すでにベース領域2およびエ
ミツタ領域3が形成され、かつシリコン酸化膜4で被覆
された半導体基体であるシリコンウエーハ1を用意し、
このシリコン酸化膜4にベース領域2に対するコンタク
トホール6およびエミツタ領域3に対するコンタクトホ
ール5の窓開けを行なう。
First, as shown in FIG. 1, a silicon wafer 1, which is a semiconductor substrate, on which a base region 2 and an emitter region 3 have already been formed and is covered with a silicon oxide film 4 is prepared.
A contact hole 6 for the base region 2 and a contact hole 5 for the emitter region 3 are opened in this silicon oxide film 4.

続いてシリコン酸化膜4およびコンタクトホール5,6
が露出したシリコンウエーハ1上に全面的にバリア金属
層7例えばチタン、タングステン合金層と金層8をスパ
ツタリングなどの方法により順次被着する。なお、金層
8は、後に行なうメツキの付き回り性を良好に保つ目的
で被着するのであつて、その厚さは1000A以下の薄
いものでよい。さらに金層8上にフオトレジスト膜を被
着し、写真製版技術を用いて所要のパターンのフオトレ
ジストマスク9を形成する。次に第2図に示すように、
上記フオトレジストをマスクとして、選択メツキ法で金
層10を形成し、引き続きニツケル層11も選択メツキ
法で形成する。なお、金およびニツケルのメツキ液は通
常のものでよく、その電流密度は低くとつた方が結果が
良好である。次に第3図に示すようにフオトレジストマ
スク9を除去する。
Next, silicon oxide film 4 and contact holes 5 and 6 are formed.
A barrier metal layer 7, such as a titanium or tungsten alloy layer, and a gold layer 8 are sequentially deposited on the exposed silicon wafer 1 by sputtering or the like. The gold layer 8 is deposited for the purpose of maintaining good coverage of plating to be performed later, and its thickness may be as thin as 1000 Å or less. Further, a photoresist film is deposited on the gold layer 8, and a photoresist mask 9 with a desired pattern is formed using photolithography. Next, as shown in Figure 2,
Using the photoresist as a mask, a gold layer 10 is formed by selective plating, and subsequently a nickel layer 11 is also formed by selective plating. Note that the gold and nickel plating liquid may be any ordinary one, and the lower the current density, the better the results. Next, as shown in FIG. 3, the photoresist mask 9 is removed.

次に第4図に示すようにニツケル層11をマスクとして
金層8およびチタンタングステン合金層7を選択的にエ
ツチング除去する。
Next, as shown in FIG. 4, the gold layer 8 and the titanium-tungsten alloy layer 7 are selectively etched away using the nickel layer 11 as a mask.

そのとき金層8およびチタンタングステン合金層7のエ
ツチング液としては、それぞれ例えば、ヨウ素−ヨウ化
カリウム溶液および過酸化水素水を用いるとよい。次に
第5図に示すように、写真製版技術を用いてボンデイン
グパツド部12のニツケル層11を選択的にエツチング
除去して金層10を部分的に露呈させる。このときのニ
ツケルエツチング液としては、希硝酸を用いるとよい。
最後に第6図に示すように、シリコン酸化膜より成る保
護膜13をウエーハ全面に被着させ、写真製版技術を用
いてボンデイングパツド部12の保護膜を選択的にエツ
チング除去する。
At this time, as the etching liquid for the gold layer 8 and the titanium-tungsten alloy layer 7, for example, an iodine-potassium iodide solution and a hydrogen peroxide solution may be used, respectively. Next, as shown in FIG. 5, the nickel layer 11 of the bonding pad portion 12 is selectively etched away using photolithography to partially expose the gold layer 10. As the nickel etching solution at this time, dilute nitric acid is preferably used.
Finally, as shown in FIG. 6, a protective film 13 made of a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the wafer, and the protective film on the bonding pad portion 12 is selectively etched away using photolithography.

以上、本発明の一実施例について説明したが、かかる説
明から明らかなように、本発明によれば保護膜形成前に
ボンデイングパツド部12上のニツケル層11を部分的
に除去しているので加熱を伴なう保護膜形成時には、も
はやボンデイングパツド部12上にニツケル層11は存
在せず、従つて、同部分における金とニツケルの合金化
は起らないから該部におけるボンデイング強度を充分大
きくすることができるとともに、その他の部分の金層1
0上には、ニツケル層11が形成されているので保護膜
13との接着強度は極めて良好である。
An embodiment of the present invention has been described above, and as is clear from the above description, according to the present invention, the nickel layer 11 on the bonding pad portion 12 is partially removed before forming the protective film. When the protective film is formed by heating, the nickel layer 11 no longer exists on the bonding pad portion 12, and therefore, alloying of gold and nickel does not occur in the same portion, so that the bonding strength in that portion is sufficiently increased. It can be made larger and the other parts of the gold layer 1
Since the nickel layer 11 is formed on the layer 0, the adhesive strength with the protective film 13 is extremely good.

なお、上記の実施例では、本発明を、バイポーラトラン
ジスタの電極形成に適用した場合について述べたが、本
発明は保護膜と電極との接着力を高め、かつボンデイン
グパツド部でのボンデイング強度を高めるために上述の
ように、ニツケル層11の特定部分を、あらかじめ除去
するものであるから、それと同様の電極構造を採る他の
多くの半導体装置にも広く適用することができる。
In the above embodiments, the present invention was applied to the formation of electrodes of bipolar transistors. However, the present invention improves the adhesion between the protective film and the electrodes, and increases the bonding strength at the bonding pad. Since a specific portion of the nickel layer 11 is removed in advance as described above in order to improve the electrode structure, it can be widely applied to many other semiconductor devices that adopt the same electrode structure.

また、バリア金属として、チタンタングステン合金を例
に採つたが、バリア金属としての目的に合致する金属で
あれば、他の金属または合金も使用することができる。
また上記ニツケル層は金層および保護膜との接着強度を
高めるために設けたものであり、同様な特性を持つ他の
金層に置換することもできる。
Furthermore, although a titanium-tungsten alloy is used as an example of the barrier metal, other metals or alloys may be used as long as they meet the purpose of the barrier metal.
Further, the above-mentioned nickel layer is provided to increase the adhesive strength with the gold layer and the protective film, and may be replaced with another gold layer having similar characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第6図は、本発明の方法によるバイポーラト
ランジスタの電極形成の主要工程における半導体装置の
縦断面を示す図である。 1・・・・・・シリコンウエーハ、2・・・・・・ベー
ス拡散領域、3・・・・・・エミツタ拡散領域、4・・
・・・・シリコン酸化膜、5・・・・・・エミツタコン
タクトホール、6・・・・・・ベースコンタクトホール
、7・・・・・・バリア金属層、8・・・・・・金層、
9・・・・・・フオトレジストマスク、10・・・・・
・メツキ金層、11・・・・・・メツキニツケル層、1
2・・・・・・ボンデイングパツド音艮 13・・・・
・・保護膜。
1 to 6 are longitudinal cross-sectional views of a semiconductor device in the main steps of forming electrodes of a bipolar transistor according to the method of the present invention. 1...Silicon wafer, 2...Base diffusion region, 3...Emitter diffusion region, 4...
... Silicon oxide film, 5 ... Emitter contact hole, 6 ... Base contact hole, 7 ... Barrier metal layer, 8 ... Gold layer,
9...Photoresist mask, 10...
・Metsuki gold layer, 11...Metsuki nickel layer, 1
2...Bonding Patsudo Music 13...
··Protective film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 機能領域が形成された半導体基体上に絶縁膜を被着
し、上記半導体基体に達する所要のコンタクトホールを
上記絶縁膜に形成する工程、上記絶縁膜上および上記コ
ンタクトホールに露出する上記半導体基体上に金が透過
しない金属であるバリア金属層を全面的に被着させる工
程、上記バリア金属層上に、単層または複数層の被着金
属層を介し、または、介さずに金層を所要の形状のマス
クを使用してメッキ法にて形成する工程、および、上記
金属層に、ニッケルを上記マスクを使用してメッキ法に
て形成する工程、上記ニツケル層上のボンディング用窓
開部をエッチングして、金を露呈させる工程および上記
金属層上に保護膜を形成する工程を備えた半導体装置の
電極形成法。
1. A step of depositing an insulating film on a semiconductor substrate in which a functional region is formed, and forming a required contact hole in the insulating film to reach the semiconductor substrate, the semiconductor substrate being exposed on the insulating film and in the contact hole. A process of completely depositing a barrier metal layer, which is a metal through which gold does not pass, on the barrier metal layer, with or without a single layer or multiple deposited metal layers. A step of forming nickel on the metal layer by a plating method using a mask having the shape of A method for forming an electrode for a semiconductor device, comprising the steps of etching to expose gold and forming a protective film on the metal layer.
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