(57)【要約】【課題】薄い層厚で電極へのはんだ拡散防止を可能とするＵＢＭ構造を提案する。【解決手段】本発明に係るＵＢＭ構造は、電極１１上の第１のＵＢＭ層１２と、第１のＵＢＭ層１２上の第２のＵＢＭ層１４と、これら第１のＵＢＭ層１２と第２のＵＢＭ層１４との間の不動態化金属層１３と、を有する。不動態化金属層１３がはんだ拡散に対するバリア層として機能する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＵＢＭ層と、該第１のＵＢＭ層上の不動態化金属層と、該不動態化金属層上の第２のＵＢＭ層と、を有するＵＢＭ構造を備えた電極。
【請求項２】
前記不動態化金属層が、前記第１のＵＢＭ層表面に形成された金属酸化層、金属窒化層又は金属酸化窒化層である、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記第１のＵＢＭ層がＡｕ／Ｔｉ、ＡＵ／Ａｌ、Ａｕ／Ｃｒ又はＡｕ／Ｎｉのいずれかの複合層からなり、前記不動態化金属層がＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉのいずれかの酸化層、窒化層又は酸化窒化層である、請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記第２のＵＢＭ層がＮｉ／Ａｕの複合層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極を備えた検出器。
【請求項６】
電極上に第１のＵＢＭ層を形成する工程と、
該第１のＵＢＭ層の表面を不動態化処理して不動態化金属層を形成する工程と、
該不動態化金属層上に第２のＵＢＭ層を形成する工程と、
を含む、ＵＢＭ構造の製造方法。
【請求項７】
前記不動態化金属層は、前記第１のＵＢＭ層を酸素又は窒素を含んだ雰囲気に曝すことで、前記第１のＵＢＭ層の表面を酸化又は窒化させて形成する、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記第１のＵＢＭ層がＡｕ／Ｔｉ、ＡＵ／Ａｌ、Ａｕ／Ｃｒ又はＡｕ／Ｎｉのいずれかの複合層であり、
前記不動態化金属層は、前記第１のＵＢＭ層を酸素又は窒素を含んだ雰囲気に曝すことで前記第１のＵＢＭ層の表面を酸化又は窒化させて形成した、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉのいずれかの酸化層、窒化層又は酸化窒化層である、
請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第２のＵＢＭ層がＮｉ／Ａｕの複合層である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、バンプボンディング用のＵＢＭ（Under Bump Metallization又はUnder Bump Metal）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ピクセル型のＣｄＴｅ検出器（放射線検出器）と読み出し回路との電気接続といった電子部品実装に、フリップチップなど、はんだバンプを使用したバンプボンディングが採用される。このバンプボンディングにおいては、接続する電極にＵＢＭを形成することが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図１に、現状のＵＢＭを備えたＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）検出器１とその読み出し回路であるＡＳＩＣ２とのバンプボンディング工程の概略を示す。ＣｄＴｅ検出器１の表面には、蒸着やめっき等により、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、又はＰｔ（プラチナ）等を使用したピクセル型電極１ａが形成されている。この電極１ａ上に、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ（金／ニッケル／金）の複合層からなるＵＢＭ層１ｂを蒸着等によって堆積させる。このときのＵＢＭ層１ｂの厚さ（複合層全体の厚さ）は、数百ｎｍ程度とされる。ＵＢＭ層１ｂを形成したＣｄＴｅ検出器１の表面には、保護用のパッシベーション層１ｃが形成される。このパッシベーション層１ｃは、バンプボンディングのためにＵＢＭ層１ｂを露出させる開口部１ｄを有する。ＡＳＩＣ２も、電極１ａに対応したピクセル型電極２ａ、ＵＢＭ層２ｂ、及びパッシベーション層２ｃを備え、そのパッシベーション層２ｃの開口部にはんだバンプ３が生成される。
【０００４】
ＵＢＭを形成する主な目的は、機械的且つ電気的に信頼性の高い接続をはんだバンプと電極との間に形成すること、そして、電極へのはんだ拡散を防止すること、である。しかし、上記現状のＵＢＭ構造では、はんだ拡散の防止が不十分である。図２は、図１に示すＵＢＭ構造におけるバンプボンディング後の主要部断面のＳＥＭ写真であるが、見て分かる通り、ＵＢＭ層が全て消費されてはんだバンプ３に溶け込んでおり、最終的に、はんだが電極１ａ内へ拡散している。はんだ拡散は、ＣｄＴｅ検出器の性能、バンプボンディングの接続信頼性に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
はんだ拡散の防止に有効なのは、多くの半導体素子の場合、ＴｉやＴｉ合金、又はＮｉやＮｉ合金など、はんだバンプに対するぬれ性の低い材料を、数μｍの厚さでＵＢＭ層に適用することである。しかし、ＣｄＴｅ半導体素子の場合、ＵＢＭ層を数μｍにも厚くするとストレスが増加し、接着性を弱め、電極剥離の原因となる。すなわち、ＣｄＴｅ半導体素子では、他の半導体素子に有効なはんだ拡散防止手法を採用することが、難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当課題に対して提案するのは、電極へのはんだ拡散を抑制するバリア層を有するＵＢＭ構造を備えた電極である。具体的には、当該ＵＢＭ構造は、電極上の第１のＵＢＭ層と、該第１のＵＢＭ層上の第２のＵＢＭ層と、これら第１のＵＢＭ層と第２のＵＢＭ層との間の不動態化金属層と、を有する。この不動態化金属層がはんだバンプに対して十分にぬれ性が低く、数ｎｍの厚さでバリア層として機能する。
【０００８】
このＵＢＭ構造における不動態化金属層は、一態様として、第１のＵＢＭ層表面に形成した金属酸化層、金属窒化層又は金属酸化窒化層として得ることができる。
【０００９】
このようなＵＢＭ構造は、電極上に第１のＵＢＭ層を形成する工程と、該第１のＵＢＭ層の表面を不動態化処理して不動態化金属層を形成する工程と、該不動態化金属層上に第２のＵＢＭ層を形成する工程と、を含む方法によって製造することができる。一態様として、不動態化金属層は、第１のＵＢＭ層を酸素又は窒素を含んだ雰囲気に曝して当該第１のＵＢＭ層の表面を酸化又は窒化させることで形成可能である。
【発明の効果】
【００１０】
上記提案に係るＵＢＭ構造は、第１のＵＢＭ層−不動態化金属層−第２のＵＢＭ層の合計層厚を、例えば前述のＣｄＴｅ検出器における従来のＵＢＭ層と同等の厚さに設計した場合でも、つまり先行技術に比べて薄い層厚で、はんだバンプの電極への拡散を十分に防止することができる。したがって、ＣｄＴｅ検出器等の半導体素子においても採用することが容易である。また、簡単な方法にて製造することができるので、既存の製造工程への導入が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】先行技術に係るＵＢＭ構造を説明する概略断面図。
【図２】図１に示すＵＢＭ構造のバンプボンディング後のＳＥＭ写真。
【図３】本発明に係るＵＢＭ構造の実施形態を示す概略断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るＵＢＭ構造のバンプボンディング後のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３に、一例としてＣｄＴｅ検出器におけるピクセル型電極上に形成したＵＢＭ構造の実施形態を示す。ＣｄＴｅ検出器１０の主表面にはＴｉ電極１１が形成されている。尚、電極１１はＡｌ又はＰｔで形成することもできる。このＴｉ電極１１上に、第１のＵＢＭ層１２、バリア層としての不動態化金属層１３、及び第２のＵＢＭ層１４を順に積層してなる複合層のＵＢＭ構造が形成される。最終的にＣｄＴｅ検出器１０の主表面はパッシベーション層１５で覆われ、このパッシベーション層１５に形成された開口部１６を通し第２のＵＢＭ層１４が露出する。なお、読み出し回路としてのＡＳＩＣとはんだバンプは図１同様とする。
【００１３】
第１のＵＢＭ層１２と第２のＵＢＭ層１４との間に挟まれた不動態化金属層１３は、一例として金属酸化層又は金属窒化層であり、はんだバンプに対するぬれ性が低い。したがって、はんだ拡散のバリア層として機能する。不動態化金属層１３は、金属酸化層とする場合、大気など酸素を含んだ雰囲気に曝すことで数ｎｍ厚の薄い酸化層を金属表面に生成して不動態化する金属、すなわちＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉなどを材料として生成するのが適している。第１のＵＢＭ層１２にこれら金属を用いてあれば、該第１のＵＢＭ層１２の表面を酸化（または窒化）させて金属酸化層（金属窒化層）を形成することで、不動態化金属層１３を得ることができる。
【００１４】
不動態化金属層１３の形成にはこのような雰囲気暴露による不動態化処理が製造工程に簡単に導入できるので適しているが、この他にも、プラズマ処理による金属表面酸化や、金属酸化物ターゲットを使用したスパッタリング法などでも形成可能である。不動態化金属層１３として金属窒化層を用いる場合も同様に各種の手法がある。
【００１５】
以下に具体例をあげて製造方法と共に説明する。
ＣｄＴｅ検出器１０の主表面には、Ｔｉ電極１１が蒸着、スパッタリング、めっきなどにより数十ｎｍの厚さで形成されている。このＴｉ電極１１上に、第１のＵＢＭ層１２を形成する。本例において第１のＵＢＭ層１２は、Ｔｉ電極１１上にＡｕ層とＴｉ層を順に積層したＡｕ／Ｔｉ複合層として形成される。Ａｕ層とＴｉ層はそれぞれ蒸着により数十ｎｍの厚さで堆積される。
【００１６】
この第１のＵＢＭ層１２の表面を不動態化処理して、不動態化金属層１３を形成する。本例では、第１のＵＢＭ層１２を酸素含有雰囲気（大気）に曝し表面を酸化させて金属酸化層を形成し、不動態化金属層１３とする。本例の第１のＵＢＭ層１２はＡｕ／Ｔｉの複合層なので、上層のＴｉ層表面がこれにより酸化され、Ｔｉ酸化層が形成される。Ｔｉ層表面は暴露により容易に酸化し、数ｎｍの厚さのＴｉ酸化層が不動態化金属層１３として形成される。
【００１７】
このように形成した不動態化金属層１３の上に、第２のＵＢＭ層１４を形成する。本例の第２のＵＢＭ層１４は、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に積層したＮｉ／Ａｕの複合層として形成する。Ｎｉ層、Ａｕ層の各層は、蒸着又はスパッタリングにより、それぞれ数十ｎｍの厚さで形成する。
【００１８】
以上の第１のＵＢＭ層１２、不動態化金属層１３、第２のＵＢＭ層１４からなるＵＢＭ構造の合計層厚は、数百ｎｍ、望ましくは２００ｎｍ〜６００ｎｍ程度となる。すなわち、先行技術に係るＵＢＭ構造の厚さと同等である。
【００１９】
図４は、本実施形態に係るＵＢＭ構造におけるバンプボンディング後の主要部断面のＳＥＭ写真である。前述の図２に示す先行技術のＳＥＭ写真では、ＵＢＭ層が全て反応してはんだバンプに溶け込み、結果的にはんだが電極内へ拡散している。一方、図４の場合、Ｔｉ酸化層による不動態化金属層１３がバリア層として有効に機能しており、Ｔｉ電極１１へのはんだ拡散が十分に防止されていることを確認できる。
【００２０】
尚、上記説明における第１のＵＢＭ層１２は、Ａｕ／Ｔｉの複合層の代わりにＡｕ／Ａｌ、Ａｕ／Ｃｒ又はＡｕ／Ｎｉの複合層として形成することもできる。この場合、不動態化金属層１３は、それぞれＡｌ、Ｃｒ又はＮｉの酸化層として形成されることとなる。
【００２１】
上記実施形態に係るＵＢＭ構造は、第１のＵＢＭ層１２−不動態化金属層１３−第２のＵＢＭ層１４の合計層厚を従来同等に薄く設計した場合でも、はんだバンプの電極１１への拡散を十分に防止することができる。したがって、ＣｄＴｅ検出器等の半導体素子においても採用することが容易であり、バンプボンディングの信頼性を向上させる。また、簡単な方法にて製造することができるので、製造工程における導入が容易である。
【００２２】
本発明は、ＣｄｘＺｎ１−ｘＴｅ（０≦ｘ≦１）、ＣｄｘＭｎ１−ｘＴｅ（０≦ｘ≦１）などのＣｄＴｅ合金に応用可能であるし、その他、バンプボンディングを採用する各種の電子部品におけるＵＢＭ構造にも応用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ＣｄＴｅ検出器
１１  電極
１２  第１のＵＢＭ層
１３  不動態化金属層
１４  第２のＵＢＭ層
１５  パッシベーション層
１６  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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