(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の一方に対抗電極を、他方に被メッキ部を接続し、電解メッキ法により前記被メッキ部に金属を析出させる方法において、
前記被メッキ部は同一基板上の少なくとも高さの異なる第１及び第２の被メッキ部からなり、該第１の被メッキ部は、電源と被メッキ部との間に整流作用を有する素子を順方向電流が流れる向きに接続し、前記電源から前記第１及び第２の被メッキ部に同時に電荷を供給し、前記素子の順方向の整流特性を利用して、前記第１の被メッキ部表面に析出する金属と前記第２の被メッキ部表面に析出する金属との厚さを変え、前記第１及び第２の被メッキ部に析出するメッキ金属表面の高さを揃えることを特徴とする電解メッキ法。
【請求項２】
請求項１記載の電解メッキ法において、
前記被メッキ部は、半導体装置表面に形成され、前記素子は、該半導体装置内に形成されたダイオードであることを特徴とする電解メッキ法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学反応により金属薄膜を形成する電解メッキ法に関し、特に、被メッキ部に供給する電荷量の差によって、形成する金属薄膜の膜厚を調整可能とした電解メッキ法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メッキ法には、電解メッキ法及び無電解メッキ法があり、これらはいずれも、水溶液中の金属イオンを還元し、金属を析出させ、金属膜を形成する方法である。一般的に、短時間で厚い金属膜を形成する場合、電解メッキ法が採用される。
【０００３】
半導体装置の製造工程では、半導体素子とリードフレームを金ワイヤで接続する際、半導体素子へのダメージの低減、あるいは金ワイヤの接着性を向上させるため、半導体素子のボンディングパッド上に厚いメッキ金属を形成する場合がある。また近年、半導体装置表面にメッキ法によりバンプを形成し、接続を行う方法が採用されている。
【０００４】
図３に、従来のメッキ法により金属膜を形成する半導体装置の断面図を示す。図において、１はｎ型半導体領域、２はｎ型半導体領域１表面に形成されたｐ型半導体領域、３はｐ型半導体領域２上に形成された第１の電極、４はｎ型半導体領域１上に形成された第２の電極、５は電源（図示せず）に接続する金属薄膜からなるメッキ用電極、６はメッキ用電極５上に形成され、被メッキ部を開口するホトレジスト、７はメッキ用電極５に電荷を供給することにより析出するメッキ金属である。
【０００５】
電源の負端子に接続されたメッキ用電極５を、電源の正端子に接続した対抗電極（図示せず）に対向させて配置し、メッキ液に浸積させ、電源から電流を供給する。ホトレジスト６の開口部に露出するメッキ用電極５表面では、メッキ液中に溶解している金属イオンが還元され、メッキ用電極５表面に金属が析出する。ホトレジスト６で被覆された部分では、金属の析出は無いので、ホトレジスト６の開口部に露出する第１及び第２の電極３、４上のみにメッキ金属７が析出することになる。電源から供給される電子は、メッキ用電極５を通り、半導体装置（通常は、複数の半導体装置が形成された半導体ウエハ）全面に均一に供給される。そのため、析出するメッキ金属７は、第１の電極３上と第２の電極４上とで、同じ厚さになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常半導体装置表面は、多層配線やメサ構造等によって段差があり、平坦ではない。段差のある表面に、従来の電解メッキ法により、メッキ金属を形成すると、析出するメッキ金属７の厚さは均一であるため、メッキされる表面の段差に応じて、メッキ金属７表面の高さがばらつくことになる。
【０００７】
高さのばらついたメッキ金属７表面に金ワイヤをボンディングする場合、ボンディング装置がボンディングパッドを認識しづらくなる場合がある。また、メッキ法により形成したバンプ電極により、表面実装構造とする場合、高さがばらついて、接続が取れなくなることがある。本発明は、上記問題を解決するため、段差のある半導体装置表面にメッキを施す際、段差の高さに応じて析出するメッキ金属の厚さを変え、メッキ金属表面の高さを揃えることができる電解メッキ法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、電源の一方に対抗電極を、他方に被メッキ部を接続し、電解メッキ法により前記被メッキ部に金属を析出させる方法において、前記被メッキ部は同一基板上の少なくとも高さの異なる第１及び第２の被メッキ部からなり、該第１の被メッキ部は、電源と被メッキ部との間に整流作用を有する素子を順方向電流が流れる向きに接続し、前記電源から前記第１及び第２の被メッキ部に同時に電荷を供給し、前記素子の順方向の整流特性を利用して、前記第１の被メッキ部表面に析出する金属と前記第２の被メッキ部表面に析出する金属との厚さを変え、前記第１及び第２の被メッキ部に析出するメッキ金属表面の高さを揃えるものである。
【０００９】
特に、半導体装置表面にメッキを行う際には、整流作用を有する素子として、半導体装置内に形成されたダイオードを利用することで、簡便に、被メッキ部に析出するメッキ金属の厚さを調整することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に示す。図において、１は表面に半導体素子が形成されるｎ型半導体領域、２はｎ型半導体領域１表面に形成されたｐ型半導体領域、３はｐ型半導体領域２上に形成された第１の電極、４はｎ型半導体領域１上に形成された第２の電極、６は被メッキ部を開口するホトレジスト、７はメッキ金属、８は電源（図示せず）に接続し、ｎ型半導体領域１上に形成したメッキ用電極である。
【００１１】
図に示すように、第１の電極３と第２の電極４の高さは、同一ではない。このような構造の半導体装置をメッキ液に浸積させ、次のように電解メッキを施す。（なお、メッキを行う際には、メッキ用電極８やｎ型半導体領域１側面は、メッキ液に接触しないように、メッキ液に不溶のマスク材でコーティングしておく。）電源の負端子に接続されたメッキ用電極８から供給された電子は、ｎ型半導体領域１及びｐ型半導体領域２を介して第１の電極３に供給される。一方、第２の電極４へ供給される電子は、ｎ型半導体領域１を通過するのみである。このとき、電源の電圧の設定によって、第１の電極３に供給される電荷（電子）量と第２の電極４の供給される電荷（電子）量に差が生じる。
【００１２】
即ち、第１の電極３に供給される電子は、ｎ型半導体領域１とｐ型半導体領域で構成されるｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性に従い供給されるのに対し、第２の電極４に供給される電子は、ｎ型半導体領域１のもつバルク抵抗の電流−電圧特性に従い供給されることになる。
【００１３】
図２に、第１の電極３と第２の電極４に供給される電流−電圧特性を模式的に示す。第１の電極３に供給される電流は、曲線Ａで示すように、順方向では指数関数的に電流が増加するダイオードの整流特性を示す。一方、第２の電極４に供給される電流は、直線Ｂで示すように、比例特性を示す。曲線Ａで示す電流をＩＡ、直線Ｂで示す電流をＩＢとすると、それぞれ次のように表される。
ＩＡ＝Ｉ０（ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ）−１）
ＩＢ＝Ｒ・Ｖ
ここで、Ｉ０は飽和電流、ｑは素電荷量、Ｖは印加電圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｒは抵抗である。
【００１４】
説明を単純化するため、第１の電極３と第２の電極４の被メッキ部の面積を同じとすると、同一電圧値における図２の曲線Ａと直線Ｂの電流値に比例した厚さのメッキ金属が、第１の電極及び第２の電極上に析出することになる。第１の電極３と第２の電極の被メッキ部の面積が同一でない場合、電流密度に比例した厚さのメッキ金属が形成されるので、被メッキ部の面積に応じて、曲線Ａと直線Ｂが交わる電圧値以下の電圧値（ＩＡ＜ＩＢの関係を満たす範囲）を適宜設定することで、第１の電極３上に析出するメッキ金属の厚さに比べて、第２の電極４上に析出するメッキ金属の厚さが厚くなり、メッキ終了後のメッキ金属表面の高さが同じになるように調整できる。
【００１５】
以上、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域で構成したｐｎ接合ダイオードを備えた半導体装置上に電解メッキを行う場合を説明したが、本発明はｐｎ接合ダイオードに限定されるものではない。例えば、半導体装置上に形成されたＰＩＮ接合ダイオードやショットキー接合ダイオードのような整流特性を示す半導体素子でも、同様に、析出するメッキ金属の厚さを調整することが可能である。また、半導体装置上に形成された３端子素子、例えばＰＮＰ型トランジスタやショットキー接合トランジスタ等の各端子のうち、整流特性をもつ端子を選択して、整流特性を示す半導体素子を形成し、析出するメッキ金属の厚さを調整することも可能である。
【００１６】
更に、ｎ型あるいはｐ型半導体領域の不純物濃度、半導体の種類によっては、バルク抵抗が大きく、順方向電流の大きいダイオードが形成される場合もある。このような半導体装置についても、本発明を適用することが可能である。この場合、前述の実施の形態と異なり、整流作用を有するダイオードを接続した電極上に析出するメッキ金属厚に比べて、バルク抵抗が接続する電極上に析出するメッキ金属厚の方が薄くなる。段差の上にバルク抵抗の接続する電極があり、段差の下に整流作用を有するダイオードが接続されるような構造の場合は、このような組み合わせを選択すればよい。
【００１７】
上記種々の変更に伴い、メッキ用電極８の形成方法も、半導体領域の裏面側に接続させる方法に限定されることなく、変更することができる。
【００１８】
メッキ方法は、所定のメッキ時間にわたって、常に析出メッキ金属の厚さに差が生じる電圧に調整しても良いし、一定時間のみ析出メッキ金属の厚さに差を生じる電圧に調整し、一定時間は、析出メッキ金属の厚さに差を生じない電圧に調整しても良い。なお、電圧を高く設定すると、析出メッキ金属の厚さの差が小さくなる傾向となり、メッキ金属の質の低下を招くおそれがあるので、比較的低い電圧で電流を供給するのが好ましい。同様に、図２に示す直線Ａと直線Ｂが交わる電圧以上では、整流作用を有する素子を接続した被メッキ部の方が、素子を接続しない被メッキ部に比べて電荷量が大きくなるが、このような高い電圧設定でも、析出するメッキ金属の質の低下を招き、好ましくない場合がある。
【００１９】
以上のように本発明によれば、半導体装置上に形成するメッキ金属の厚さを調整することによって、メッキ金属の高さを一定に保つことが可能となる。メッキ金属の高さを一定に保つことにより、半導体装置のボンディングパッドに金ワイヤをボンディングする場合、ボンディング装置がボンディングパッドを認識しづらいという問題を解消することができる。また、本発明のメッキ法により形成したバンプ電極により、表面実装を行う場合、半導体装置表面の高さがばらついても、バンプ高さがばらつくことがないので、確実に接続することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被メッキ部に供給する電荷量を、整流素子を利用して調整することによって、メッキ金属の厚さを簡便に調整することが可能となった。本発明を半導体装置のボンディングパッドやバンプの形成に適用した場合、半導体装置表面に高さのばらつきがあったとしても、メッキ金属の高さを一定にすることができるので、ボンディングパッドに認識の誤りや接続不良を防止することができ、歩留まり良く、半導体装置を製造することができる。
【００２１】
さらに、本発明のメッキ方法は、供給する電流及び電圧を調整するのみであり、制御が簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するグラフである。
【図３】従来の電解メッキ法を説明する断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型半導体領域
２  ｐ型半導体領域
３  第１の電極
４  第２の電極
５  メッキ用電極
６  ホトレジスト
７  メッキ金属
８  メッキ用電極
【図１】
0003583878.tif 000002
【図２】
0003583878.tif 000003
【図３】
0003583878.tif 000004