(57)【要約】【課題】  表面保護膜の段差部分がその上に形成されるバンプ表面に出てしまうことを防止する。【解決手段】  バンプを形成する亜硫酸系金めっき液中のタリウム濃度を３０ｍｇ／ｌ程度の高濃度に設定することで、金めっきの結晶の粒子が従来のものより大きな粒子になり、この大きな金めっき結晶でバンプ７を形成する。例えば金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で金めっきを行うことで、バンプ表面状態が下地であるポリイミド膜の段差に関係なく表面段差の無いバンプの形成が可能になる。【選択図】  図１
2006291242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜硫酸系金めっき液中の成分であるタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにしたことを特徴とする金めっき液。
【請求項２】
請求項１記載の金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で金めっきを行うことを特徴とする金めっき方法。
【請求項３】
半導体電極を形成した半導体基板の全面を表面保護膜で覆い前記半導体電極上に前記表面保護膜の開口部を形成する工程と、前記半導体基板の全面にバリアメタルを形成し、前記表面保護膜の開口部に対応する前記バリアメタル上にバンプを形成する工程とを含み、前記バンプを形成する際、タリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で、前記バリアメタルを電極として金めっきを行ってバンプを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板に形成された半導体電極と、前記半導体基板の全面を覆い前記半導体電極上に開口部を形成した表面保護膜と、前記表面保護膜の開口部に順に形成したバリアメタル膜およびバンプとを備え、前記表面保護膜がポリイミド膜からなり、前記バンプがタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用して形成したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金めっき液および金めっき方法および半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、特にバンプ形成において用いられるバンプ形状および形成方法において従来の技術について説明する。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｆ）は従来のバンプ形成方法について示すものである。以下にこのバンプの形成方法についてその内容を説明する。
【０００４】
図５（ａ）に示すように、まず、拡散工程において、バンプ７を形成する前に半導体チップ内に半導体装置の内部回路を形成する。その際、外部出力と接続する部分について、アルミニウムなどで半導体電極１を形成する。また、半導体電極１以外の部分を表面保護膜としてポリイミド膜２で覆う。このポリイミド膜２は、出来る限り薄く（３μｍ程度）形成することがポイントである。
【０００５】
図５（ｂ）に示すように、次に、半導体チップ全体にバリアメタル３をスパッタリング等で蒸着する。このバリアメタル３はバンプを金めっき方式で形成する場合に電極として用いる。バリアメタル３は通常、２層に分けて蒸着され、１層目は半導体電極１に近い材質、２層目はバンプ７に近い材質が用いられる。
【０００６】
図５（ｃ）に示すように、次に、このバリアメタル３の上のバンプレジスト６を塗布する。通常、バンプレジスト６は形成するバンプ高さより５μｍ程度高めにして形成する。バンプ７は一般的に１５〜２０μｍ程度の高さにする為、バンプレジスト６の膜厚は２０〜２５μｍ程度にするのが一般的である。その後、暗室工程でバンプマスク４を用いて、バンプ７を形成する部分のみＵＶ５を当て露光する。本従来例ではバンプレジスト６にポジタイプのものを使用しているが、もしネガタイプのものを使用すればＵＶを当てる部分は反転する。
【０００７】
図５（ｄ）に示すように、その後、現像工程で現像を行い、バンプ７を形成する部分のバンプレジスト６のみ除去する。
【０００８】
図５（ｅ）に示すように、その後、金めっき工程でバンプ７の形成を行う。金めっき方式としては電解めっきを用いる。金めっき液にはシアン系のものや亜硫酸系のものなどがあるが、ここでは亜硫酸系の金めっき液を用いる。
【０００９】
図５（ｆ）に示すように、その後、バンプレジスト６を除去する。
【００１０】
図５（ｇ）に示すように、その後、エッチング工程でバリアメタル３のエッチングを行う。エッチングはバリアメタル３が２層で形成された場合は、バリアメタル３の材質により２回に分けて行う。最後にアニール等を行い完成する。
【特許文献１】特開平１０−２５１８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら図５に示すバンプ形成方法で形成したバンプの場合、図６（ａ）に示すように表面保護膜にポリイミド膜２を使用している為、どうしてもポリイミド膜２の段差部分がバンプ７の表面に出てしまう。その理由としてポリイミド膜は薄く形成することが非常に困難な材質であり、通常に形成した場合３μｍ程度の膜厚になってしまうからである。すなわちバンプ７のバンプ表面段差８が３μｍ程度になってしまう恐れが発生する。仮にそうなった場合、バンプ工程の後工程である組立工程（代表例  ＴＣＰ：テープ・キャリア・パッケージ、ＣＯＦ：チップ・オン・フィルム、ＣＯＧ：チップ・オン・ガラスなど）でこのバンプ表面段差８により組立異常が発生してしまう恐れがあるからである。
【００１２】
また、図６（ｂ）に示すように表面保護膜をＳｉＮなどの薄膜保護膜９で形成し、バンプ７から外側に外した部分にポリイミド膜２を形成する方法もあるが、薄膜保護膜９を別途形成するプロセスが必要となるデメリットおよびポリイミド膜２でバンプ７を形成する部分以外をすべて保護することが不可能になってしまうデメリットがある。
【００１３】
また、図６（ｃ）に示すようにバンプレジスト６が非常に厚い（２０〜２５μｍ程度）為、レジスト開口の為の露光時間が長くかかり、もし露光時間を短縮してしまうとバンプレジスト開口１０が当初の予定より小さくなってしまいそれに伴いバンプ７も小さくなってしまう恐れが発生する。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、表面保護膜の段差部分がその上に形成されるバンプ表面に出てしまうことで組立異常が発生することを防止し、加えてバンプ自体も小さくならない金めっき液および金めっき方法および半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の金めっき液は、亜硫酸系金めっき液中の成分であるタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした。
【００１６】
請求項２記載の金めっき方法は、請求項１記載の金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で金めっきを行う。
【００１７】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、半導体電極を形成した半導体基板の全面を表面保護膜で覆い前記半導体電極上に前記表面保護膜の開口部を形成する工程と、前記半導体基板の全面にバリアメタルを形成し、前記表面保護膜の開口部に対応する前記バリアメタル上にバンプを形成する工程とを含み、前記バンプを形成する際、タリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で、前記バリアメタルを電極として金めっきを行ってバンプを形成する。
【００１８】
請求項４記載の半導体装置は、半導体基板に形成された半導体電極と、前記半導体基板の全面を覆い前記半導体電極上に開口部を形成した表面保護膜と、前記表面保護膜の開口部に順に形成したバリアメタル膜およびバンプとを備え、前記表面保護膜がポリイミド膜からなり、前記バンプがタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用して形成した。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１記載の金めっき液によれば、亜硫酸系金めっき液中の成分であるタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにしたので、表面段差が形成される部位に金めっきを行う際に、段差部分が金めっきの表面に出てしまうことを抑えることができる。すなわち、亜硫酸系金めっき液中にタリウム濃度を３０ｍｇ／ｌ程度の高濃度に設定し、加えてこの金めっき液を用いて金めっきを行った場合、金めっきの結晶の粒子が従来のものより大きな粒子となる。この大きな金めっき結晶で形成される為、表面状態が下地の段差に関係なく表面段差の無い金めっきの形状が可能となる。
【００２０】
本発明の請求項２記載の金めっき方法によれば、請求項１記載の金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で金めっきを行うので、請求項１記載の金めっき液を使用して金めっきを行う条件として好ましい。
【００２１】
本発明の請求項３記載の半導体装置の製造方法によれば、バンプを形成する際、タリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用し、金めっき液温度を６０〜６５度、金めっき電流密度を０．４〜０．８Ａ／ｄｍ２の条件で、バリアメタルを電極として金めっきを行ってバンプを形成するので、表面保護膜の開口部による段差部分がバンプの表面に出てしまうことを抑えることができ、バンプ工程の後工程である組立工程でこのバンプ表面段差により組立異常が発生してしまうことを抑えることができる。すなわち、亜硫酸系金めっき液中にタリウム濃度を３０ｍｇ／ｌ程度の高濃度に設定し、加えてこの金めっき液を用いて金めっきを行った場合、金めっきの結晶の粒子が従来のものより大きな粒子となる。この大きな金めっき結晶でバンプが形成される為、バンプ表面状態が下地である表面保護膜の開口部による段差に関係なく表面段差の無いバンプの形成が可能となる。
【００２２】
また、バンプを形成する際のバンプレジストが非常に厚い（２０〜２５μｍ程度）為、レジスト開口の為の露光時間が長くかかり、もし露光時間を短縮してしまうとバンプレジスト開口が当初の予定より小さくなってしまいそれに伴いバンプも小さくなってしまう恐れがあったが、上記手段を用いることで、金めっき結晶の粒子を大きくすることが可能となり、バンプ自体がバンプレジストに沿って形成されない。すなわち金めっき結晶の大きな粒子によりバンプレジストが押し広げられバンプレジスト開口より大きなバンプ形成が可能となる。したがって、レジスト開口の為の露光時間を短縮してしまいバンプレジスト開口が小さくなってしまった場合でも、そのバンプレジスト開口以上の大きさのバンプ形成が可能となる。
【００２３】
本発明の請求項４記載の半導体装置によれば、表面保護膜がポリイミド膜からなり、バンプがタリウム濃度を２５〜３５ｍｇ／ｌにした亜硫酸系金めっき液を使用して形成したので、金めっきの結晶の粒子が従来のものより大きな粒子となる。この大きな金めっき結晶でバンプが形成される為、バンプ表面状態が下地であるポリイミド膜の段差に関係なく表面段差の無いバンプの形成が可能となる。すなわち、ポリイミド膜は薄く形成することが困難な材質であり、従来はどうしてもポリイミド膜の段差部分がバンプの表面に出てしまい、バンプの表面段差８が３μｍ程度になってしまう恐れが発生し、バンプ工程の後工程である組立工程でこのバンプ表面段差により組立異常が発生してしまう恐れがあったがこの対策が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法として、バンプ形成方法について示すものである。以下にこのバンプ形成方法において、その内容を説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、まず、拡散工程で半導体基板に、半導体装置の内部回路を形成するとともに、外部電極パッドである半導体電極１を形成する。通常、半導体電極１の材質はＡｌで形成される。またマイグレーション対策の為、Ｃｕ、Ｓｉ等を混ぜる場合もある。その後、表面保護膜としてポリイミド膜２を使用し、このポリイミド膜２で半導体電極１および半導体装置の全体を覆う。この目的としては半導体装置の内部回路や半導体電極等を力学的なダメージから保護することである。またポリイミドを使用する意味としては他の表面保護膜であるＳｉＮと比較して柔らかく弾力性もあり、力学的なショックに強い為である。また半導体装置の配線などの段差のカバレージに関してもポリイミドの方が良好である。またポリイミド膜２には感光性のものを使用するのが一般的である。その後フォトリソグラフィ工程等で半導体電極１上にポリイミド膜２の開口部分を形成する。以下、図１（ｂ）〜（ｅ）に示すように、半導体基板の全面にバリアメタル３を形成し、表面保護膜２の開口部に対応するバリアメタル３上にバンプ７を形成する。
【００２７】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ全面、半導体電極１全面にバリアメタル３をスパッタリング等で形成する。バリアメタル３は通常、２層で形成される。本実施形態においては、バリアメタル１層目としては、半導体電極１の材質であるＡｌに近い金属であるＴｉやＴｉＷ等が用いられる。また、バリアメタル２層目としては、バンプ７の材質が金である為、金に近い金属であるＰｄやＣｕまたはＡｕが使用される。この理由としては、半導体電極１のＡｌ上に直接ＰｄやＣｕやＡｕを形成すると、Ａｌとバリアメタル３との強度が非常に弱くなるからであり、また、ＴｉやＴｉＷ上にバンプ７を形成すると、バリアメタル３とバンプ７との強度が非常に弱くなるからである。
【００２８】
図１（ｃ）に示すように、その後、このバリアメタル３の上のバンプレジスト６を塗布する。通常、バンプレジスト６は形成する形成するバンプ高さより５μｍ程度高めにして形成する。バンプ７は一般的に１５〜２０μｍ程度の高さにする為、バンプレジスト６の膜厚は２０〜２５μｍ程度にするのが一般的である。その後、暗室工程でバンプマスク４を用いて、バンプ７を形成する部分のみＵＶ５を当て露光する。本実施形態ではバンプレジスト６にポジタイプのものを使用しているが、もしネガタイプのものを使用すればＵＶを当てる部分は反転する。またバンプレジスト６のポジネガについては後の金めっき工程で使用する金めっき液により選択するのが一般的である。
【００２９】
図１（ｄ）に示すように、その後、現像工程で現像を行い、バンプ７を形成する部分のバンプレジスト６のみ除去し開口１０を形成する。
【００３０】
図１（ｅ）に示すように、その後、金めっき工程でバンプ７を形成する。本実施形態の金めっきは電解金めっき方法を用いる。この際、第１のポイントとしては金めっき液にはノンシアンの金めっき液である亜硫酸金めっき液を使用する。また第２のポイントとしては金めっき液の内容成分であるタリウムの濃度を高くすることがポイントである。特に本実施形態においてはタリウム濃度を３０ｍｇ／ｌに設定することが望ましい。
【００３１】
図１（ｆ）に示すように、その後、不要部分のバンプレジスト５を除去する。
【００３２】
図１（ｇ）に示すように、その後、エッチング工程で、バリアメタル４の除去を行う。エッチングはバリアメタル４が２層で形成された場合は、バリアメタル４の材質により、２回に分けて行う。最後にアニール等を行い完成する。
【００３３】
ここで図１（ｅ）の工程において、タリウムの効果について詳細に説明する。すなわち、亜硫酸金めっき液には溶液中に金、ナトリウム、亜硫酸、硫酸、タリウムなどがイオン化して溶解している。そのうちタリウムが金めっき液中で果たす役割は、第１に金めっき液を安定させることすなわち金の無電解析出を防ぐこと、第２にバンプの結晶状態を変化させることである。以下図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）でタリウムがバンプの結晶状態を変化させることについて詳細に説明する。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の比較例としてタリウムを少なく（１０ｍｇ／ｌ）入れた金めっき液を用いた場合の金めっきおよびその際の結晶状態を示した図である。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、元来、金めっきを行うことで形成される金めっき結晶の粒子はある一定の大きさで電極上に積み上がることでバンプ７を形成している。しかしタリウムを少なく金めっき液に添加した場合、金めっき結晶１１の粒子が小さい状態で形成される傾向が強くなる。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、したがってこの小さな粒子の金めっき結晶１１でバンプ７が形成される為、ポリイミド膜２の段差をそのままバンプ表面段差としてしまう。
【００３７】
図２（ｃ）は図２（ｂ）の状態のバンプ７を上面から見た図であるが、バンプ自体がバンプレジスト６に沿って形成されている。
【００３８】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態としてタリウムを多く（３０ｍｇ／ｌ）入れた金めっき液を用いた場合の金めっきおよびその際の結晶状態を示した図である。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、タリウムを少なく金めっき液に添加した場合、少ない場合と反対に金めっき結晶１１の粒子が大きくなる傾向が強くなる。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、この大きな金めっき結晶１１でバンプ７が形成される為、バンプ表面状態が下地であるポリイミド膜３の段差に関係なく段差の無いバンプ７が形成される。
【００４１】
図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態のバンプ７を上面から見た図であるが、金めっき結晶１１の粒子が大きい為、バンプ７自体がバンプレジスト６に沿って形成されない。すなわち金めっき結晶１１の粒子によりバンプレジスト６が押し広げられバンプレジスト開口１０より大きなバンプ形成が可能となる。したがって、レジスト開口の為の露光時間を短縮してしまいバンプレジスト開口１０が小さくなってしまった場合でも、そのバンプレジスト開口１０以上の大きさのバンプ形成が可能となる。
【００４２】
また図４（ａ）、（ｂ）を用いてタリウム濃度による効果について説明する。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、これは金めっき液中のタリウム濃度とその金めっき液を使用してバンプ７を形成した場合の金めっき段差埋め込み量について示すものである。この時の金めっき条件として液温度６０度、電流密度０．８Ａ／ｄｍ２、金めっき装置は噴流式のものを使用している。グラフよりタリウム濃度が低い（５〜１５ｍｇ／ｌ）の場合、段差はほとんど埋め込み出来ないが、タリウム濃度を高く（２５〜３５ｍｇ／ｌ）にした場合埋め込み量が急激に増加していることがわかる。特に今回はポリイミド膜２の膜厚が３μｍ程度ある為、タリウム濃度を３０ｍｇ／ｌ程度にすることが望ましいこともこのグラフから読み取れる。
【００４４】
図４（ｂ）に示すように、またこれは金めっき液中のタリウム濃度とその金めっき液を使用してバンプ７を形成した場合の金めっきバンプ膨らみ（片側）量について示すものである。この時の金めっき条件として液温度６０度、電流密度０．８Ａ／ｄｍ２、金めっき装置は噴流式のものを使用している。グラフよりこちらもタリウム濃度が低い（５〜１５ｍｇ／ｌ）場合、バンプ７はほとんど膨らまないが、タリウム濃度を高く（２５〜３５ｍｇ／ｌ）にした場合バンプ膨らみ量が急激に増加していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る金めっき液および金めっき方法および半導体装置の製造方法および半導体装置は、金めっき方法を用いたバンプ形成方法やそのバンプ形成方法を用いたバンプ付半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態として、半導体装置の製造工程、特にバンプ形成において用いられる方法の概略を示す工程図である。
【図２】本発明の比較例として、亜硫酸系金めっき液中のタリウムがバンプの結晶状態をどのように変化させるかについての概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態として、亜硫酸系金めっき液中のタリウムがバンプの結晶状態をどのように変化させるかについての概略説明図である。
【図４】本発明の実施形態として、タリウム濃度による効果についての概略説明図（グラフ）である。
【図５】従来の半導体装置の製造工程、特にバンプ形成において用いられる方法の概略を示す工程図である。
【図６】従来の半導体装置の製造工程、特にバンプ形成において発生する問題点の概略説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体電極
２  表面保護膜
３  バリアメタル
４  バンプマスク
５  ＵＶ
６  バンプレジスト
７  バンプ
８  バンプ表面段差部分
９  薄膜保護膜
１０  バンプレジスト開口
１１  金めっき結晶
【図１】
2006291242.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006291242.tif 000005
【図４】
2006291242.tif 000006
【図５】
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【図６】
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