(57)【要約】【課題】極めて短いプロセスで形成でき、接合不良の発生が低減された信頼性の高いはんだバンプの製造方法を提供することを目的とする。また、そのはんだバンプが形成された半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】電極パッド部４上部に、所望の金属からなるワイヤをワイボンディングにより接続することにより、台座部分８ａと台座部分８ａ上部に形成された尖鋭なスタッド部分８ｂとで構成されるスタッドバンプ８を形成する。そして、スタッドバンプ８が形成された領域をＳｎを含むめっき液に浸漬させて置換めっきを施すことにより、スタッドバンプ８の表面側からＳｎ層７に置換する。そして、そのＳｎ層７をリフローすることにより、Ｓｎ層７の表面を球面状に形成し、はんだバンプ１０を形成する。【選択図】図１
2012114256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パッド部を形成する工程と、
前記電極パッド部の中央部分が露出する開口部を有し、前記電極パッド部の周縁を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
前記開口部に露出された電極パッド部上部に、所望の金属からなるワイヤをワイボンディングにより接続することにより、スタッドバンプを形成する工程と、
前記スタッドバンプが形成された領域をＳｎを含むめっき液に浸漬させて置換めっきを施すことにより、前記スタッドバンプの表面側からＳｎ層に置換する工程と、
前記Ｓｎ層をリフローすることにより、Ｓｎ層の表面を球面状にする工程と、
を含むはんだバンプの製造方法。
【請求項２】
前記スタッドバンプが所定の膜厚を保持する状態で置換めっきを終了する
請求項１に記載のはんだバンプの製造方法。
【請求項３】
前記ワイヤは、Ｃｕで構成されている
請求項２に記載のはんだバンプの製造方法。
【請求項４】
前記スタッドバンプが３μｍ以上の膜厚を保持する状態で置換めっきを終了する
請求項１〜３のいずれかに記載のはんだバンプの製造方法。
【請求項５】
前記スタッドバンプは、柱状の台座部分と、台座部分上部に形成され、前記台座部分の径よりも小さい径とされた柱状のスタッド部分とで形成し、前記スタッド部分の高さは、前記スタッドバンプの高さの２０％以上となるように形成する
請求項１〜４のいずれかに記載のはんだバンプの製造方法。
【請求項６】
前記ワイヤをワイヤボンディングにより接続する工程の前に、前記絶縁膜の開口部に露出された電極パッド部及び、該電極パッド部周縁の絶縁膜を覆う所定の領域に、無電解めっき法によりＮｉからなるＵＢＭ（Under Barrier Metal）層を形成する工程を有し、
前記ワイヤは、前記ＵＢＭ層上部にワイヤボンディングにより接続する
請求項１〜５のいずれかに記載のはんだバンプの製造方法。
【請求項７】
半導体基板の回路面上に形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部の中央部分が露出する開口部をし、前記電極パッド部の周縁及び前記半導体基板表面を被覆するように形成されている絶縁膜と、
前記電極パッド部上部にワイヤボンディングにより形成された密着層と、前記密着層を被覆するように形成され、表面が球面状とされたＳｎ層とで構成されるはんだバンプと、
を備える半導体装置。
【請求項８】
前記密着層は、３μｍ以上の膜厚で形成されている
請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記Ｓｎ層は、置換めっき法によって形成されている
請求項７又は８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記密着層はＣｕで構成されている
請求項７〜９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記電極パッド部と前記密着層との間には無電解めっき法で形成されたＮｉからなるＵＢＭ層が形成されており、前記ＵＢＭ層は、前記開口部に露出された電極パッド部及び該電極パッド部周縁の絶縁膜を覆って形成されている
請求項７〜１０のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、置換めっき法を用いたはんだバンプの製造方法に関し、さらに、そのはんだバンプが形成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置などに形成されている従来のはんだバンプは、スパッタ膜の形成や電解めっき、スパッタ膜のエッチングなど、数々の工程を経て形成されている（特許文献１、非特許文献１参照）。図５〜図８を用いて、従来の電解めっき方式を用いたはんだバンプに製造方法について説明する。
【０００３】
まず、図５Ａに示すように、半導体基板２００を準備し、半導体基板２００上部の回路面上にアルミニウムからなる電極パッド部１０１を形成する。次に、電極パッド部１０１の周縁及び半導体基板２００上部を覆い、電極パッド部１０１の中央部分を露出するようにパッシベーション膜１０２を形成する。その後、Ａｒガスを用いたプラズマエッチングにより、露出した電極パッド部１０１表面を洗浄する。
【０００４】
次に、図５Ｂに示すように、スパッタ法を用いて２００ｎｍ程度の厚みのＴｉ層１０４を形成する。Ｔｉ層１０４は、密着層として設けられる。
【０００５】
次に、図５Ｃに示すように、スパッタ法を用いて、３００ｎｍ程度の厚みのＣｕ層１０５を形成する。Ｃｕ層１０５は、抵抗を下げるための膜であり、後の工程で用いられる電解めっき法におけるシードメタルとして機能する。
【０００６】
次に、図６Ｄに示すように、半導体基板２００の表面側全面にフォトレジスト層１０６を塗布により形成する。
次に、図６Ｅに示すように、図５Ａの工程において、パッシベーション膜１０２に露出された電極パッド部１０１の領域よりも少し大きい領域が開口されたマスク１０７をフォトレジスト層１０６上部に形成し、露光する。
【０００７】
次に、現像することにより、図６Ｆに示すように、フォトレジスト層１０６の露光された部分が除去され、電極パッド部１０１の中央部分が露出される。酸素、及びＡｒガスを用いてディスカム処理を行う。
【０００８】
次に、図７Ｇに示すように、電解めっき法を用いて、Ｃｕ層１０５上部にＮｉ層１０９を３〜５μｍの厚みに形成する。
次に、図７Ｈに示すように、電解めっき法を用いて、Ｎｉ層１０９上部にＳｎ層１１０を０．５〜５．０μｍの厚みに形成する。
次に、図７Ｉに示すように、フォトレジスト層１０６を除去した後、露出したＣｕ層１０５をウェットエッチングで除去し、続けて、露出したＴｉ層１０４をウェットエッチングにより除去する。
【０００９】
次に、図８Ｊに示すように、フラックス１１１を、Ｓｎ層１１０を被覆する全面にコーティングする。そして、図８Ｋに示すように、加熱してリフロー処理を施すことによりＳｎ層１１０の表面を球面状とする。
最後に、フラックス１１１を洗浄除去することにより、球状のはんだバンプ１１２が完成する。
【００１０】
また、最近では、低コストを目的として、無電解めっき法で形成したＮｉＰ層あるいは、ＮｉＰ／Ｐｄ／Ａｕからなる積層構造をＵＢＭ（Under Barrier Metal）層として形成した後、ＵＢＭ層上にはんだボールマウントやクリームはんだ印刷ではんだバンプを形成する方法がある。
図９〜図１０を用いて、従来のボールマウント方式又は印刷方式を用いたはんだバンプの製造方法について説明する。
【００１１】
まず、図９Ａに示すように、半導体基板２００を準備し、半導体基板２００上部にアルミニウムからなる電極パッド部１０１を形成する。次に、電極パッド部１０１の周縁及び半導体基板２００上部を覆い、電極パッド部１０１の中央部分を露出するようにパッシベーション膜１０２を形成する。
【００１２】
次に、図９Ｂに示すように、Ｚｎを含むめっき溶液で、２回の表面処理（ジンケート処理）を行うことにより、ＡｌとＺｎの置換めっきを行い、電極パッド部１０１の表面のみＺｎ層１２０とする。
【００１３】
次に、図９Ｃに示すように、無電解めっき法を用いて、パッシベーション膜１０２に露出された電極パッド部１０１及びその周縁のパッシベーション膜に架かる領域までＮｉ層１２１を形成する。無電解めっき法でＮｉ層１２１を形成した場合、めっき液はＰを含むため、実際には、ＮｉＰ層１２１が形成される。
【００１４】
次に、図１０Ｄに示すように、無電解めっき法を用いて、ＮｉＰ層１２１上部及び側部を被覆するように、薄いＰｄ層１２２を形成し、次に、置換めっき法を用いてＡｕ層１２３を形成する。これらのＰｄ層１２２及びＡｕ層１２３は、必要に応じて形成されるものである。
【００１５】
次に、図１０Ｅに示すように、ＮｉＰ層１２１上部に、Ｐｄ層１２２及びＡｕ層１２３を介してはんだボールをマウントする。このとき、印刷方式によって、Ｓｎ層１２４をＮｉＰ層１２１上部に形成してもよい。その後、図８Ｊ及び図８Ｋの工程と同様にしてリフロー処理することにより、図１０Ｆに示すようにＳｎ層１２４がＮｉＰ層１２１、Ｐｄ層１２２、及びＡｕ層１２３を覆うようにリフローされ、はんだバンプ１２５が完成する。
【００１６】
ところで、図５〜図８を用いて説明した電解めっき法を用いた従来のはんだバンプの製造方法は、図９〜図１０を用いて説明した無電解めっき法を用いた従来のはんだバンプの製造方法に比較して工程数が多い。このため、タクトタイムが長くコストが高くなるという問題がある。
【００１７】
また、図５〜図８を用いて説明した従来のはんだバンプの製造方法では、スパッタ膜で構成されたＴｉ層１０４及びＣｕ層１０５のエッチング時に、Ｎｉ層１０９の下層の必要な部分のスパッタ膜までエッチングされてしまう。そうすると、図１１に示すように、はんだバンプ１１２の完成時に、Ｎｉ層１０９の下層にサイドエッチング部１３０が形成されてしまい、Ｎｉ層１０９とＴｉ層１０４及びＣｕ層１０５からなるスパッタ膜との接触面積が小さくなり、バンプの強度低下を招く。
【００１８】
また、このサイドエッチング部１３０は、およそ３〜５μｍの幅で形成されてしまう。そうすると、例えば径が１０μｍ程度のはんだバンプ１１２を形成したい場合には、はんだバンプ１１２と電極パッド部１０１とが接着している面積が小さくなる。このため、図５〜図８で示したはんだバンプの１１２製造方法では、１５μｍ以下のはんだバンプを形成することは困難であり、微細化には不適である。
【００１９】
このような問題を解消すべく、図９〜図１０に示したように、無電解めっき法でＮｉＰ層１２１を形成する従来の例がある。しかしながら、無電解めっき法で形成したＮｉ層（ＮｉＰ層１２１）上部にはんだを形成した場合には、ＮｉがＳｎ層１２４に拡散し、ＮｉＰ層１２１の表面に、０．２μｍ程度のＰ偏析によるリンリッチ層１２６が形成される。そうすると、図１２に示すように、ＮｉＰ層１２１とＳｎ層１２４との間にクラック１４０が発生し、接合不良が発生する。
【００２０】
Ｐ偏析によるクラック発生を抑えるため、図１０Ｆに示すように、ＮｉＰ層１２１表面に無電解めっき法を用いてＰｄ層１２２や、Ａｕ層１２３、又はそれらの積層構造を形成する方法がある。しかしながら、ＰｄやＡｕなどの貴金属めっき工程を含む場合、コストが高くなるという問題がある上、ＮｉのＳｎ層１２４への拡散を完璧に抑えることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平９−９７７９５号公報
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌  Vol.8 No.4(2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述の点に鑑み、本発明は、極めて短いプロセスで形成でき、接合不良の発生が低減された信頼性の高いはんだバンプの製造方法を提供することを目的とする。また、そのはんだバンプが形成された半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のはんだバンプの製造方法は、電極パッド部を形成する工程と、電極パッド部の中央部分が露出する開口部を有し、電極パッド部の周縁を被覆する絶縁膜を形成する工程を有する。また、開口部に露出された電極パッド部上部に、スタッドバンプを形成する工程を有する。そして、スタッドバンプが形成された領域を、Ｓｎを含むめっき液に浸漬させて置換めっきを施すことによりスタッドバンプの表面側からＳｎ層に置換する工程と、Ｓｎ層をリフローすることにより、Ｓｎ層の表面を球面状に形成する工程を有する。
【００２５】
本発明のはんだバンプの製造方法では、ワイヤボンディングで形成されたスタッドバンプを置換めっき法によりＳｎ層に置換し、リフロー処理するのみで、はんだバンプを形成することができる。このため、スパッタ法による成膜や、エッチング、電解めっきなどの工程が必要無く、工程数が大幅に低減される。また、エッチング工程がないため、サイドエッチング部が形成されるおそれが無く、接続不良の低下が図られる。
【００２６】
本発明の半導体装置は、半導体基板の回路面上に形成された電極パッド部と、電極パッド部の中央部分が露出する開口部を有し、電極パッド部の周縁及び前記半導体基板表面を被覆するように形成されている絶縁膜を備える。また、電極パッド部上部にワイヤボンディングにより形成された密着層と、密着層を被覆するように形成され、表面が球面状とされたＳｎ層とで構成されるはんだバンプとを備える。
【００２７】
本発明の半導体装置では、密着層は電極パッド部上部にワイヤボンディングによって形成された層であるから、スパッタ法などによって形成される密着層と比較して密着性が高い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、置換めっき法を用いた工程数の少ない方法ではんだバンプを形成することができ、半導体装置の低コスト化を図ることができる。また、接続不良が低減された信頼性の高いはんだバンプを形成することができ、半導体装置としての信頼性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るはんだバンプの断面構成図である。
【図２】Ａ〜Ｄ  本発明の第１の実施形態に係るはんだバンプの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るはんだバンプの断面構成図である。
【図４】Ａ〜Ｄ  本発明の第２の実施形態に係るはんだバンプの製造方法を示す工程図である。
【図５】Ａ〜Ｃ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その１）である。
【図６】Ｄ〜Ｆ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その２）である。
【図７】Ｇ〜Ｉ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その３）である。
【図８】Ｊ〜Ｌ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その４）である。
【図９】Ａ〜Ｃ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その５）である。
【図１０】Ｄ〜Ｆ  従来例のはんだバンプの製造方法を示す工程図（その６）である。
【図１１】従来例の製造方法で形成されたはんだバンプの断面構成図である。
【図１２】従来例の製造方法で形成されたはんだバンプの断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明の実施形態に係る半導体装置及び、はんだバンプの製造方法の一例を、図１〜図４を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：電極パッド部上部にはんだバンプを形成する例
１−１  半導体装置の構成
１−２  はんだバンプの製造方法
２．第２の実施形態：電極パッド部上部にＵＢＭ層を形成した後、はんだバンプを形成する例
２−１  半導体装置の構成
２−２  はんだバンプの製造方法
【００３１】
〈第１の実施形態〉
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、及びその半導体装置に形成されたはんだバンプの製造方法について説明する。
【００３２】
［１−１  半導体装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るはんだバンプが形成された部分を示す半導体装置の断面構成図である。図１に示すように、半導体装置１は、半導体基板２の回路面上に形成された電極パッド部４と、電極パッド部４の周縁及び半導体基板２の回路面を覆う絶縁膜（以下、パッシベーション膜３）を備える。そして、電極パッド部４上に形成された密着層６と錫（Ｓｎ）層７とからなるはんだバンプ１０とを備える。
【００３３】
電極パッド部４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）から成り、半導体装置１を構成する半導体基板２の回路面（図示せず）上に所望の面積を有して形成されている。
パッシベーション膜３は、例えばＳｉＮ又はＳｉΟ２からなり、電極パッド部４の中央部分を露出する開口部５を有し、電極パッド部４の周縁及び半導体基板２表面を被覆するように形成されている。
【００３４】
密着層６は、銅（Ｃｕ）で構成されており、パッシベーション膜３に露出された電極パッド部４上部に、例えば直径３μｍ以上の大きさで形成されている。
Ｓｎ層７は、密着層６を被覆して、パッシベーション膜３の開口部５に露出された電極パッド部４上に形成され、表面が球面形状とされている。そして、密着層６及びＳｎ層７とからなるはんだバンプ１０は、一般的なはんだバンプと同様に、半導体装置１の回路面上に突出するように電極パッド部４の上部に形成されている。
【００３５】
［１−２  はんだバンプの製造方法］
次に、本実施形態例の半導体装置１に形成されたはんだバンプ１０の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施形態例のはんだバンプ１０の製造工程図である。
【００３６】
まず、図２Ａに示すように、半導体基板２の図示しない回路が形成された回路面にアルミニウムからなる電極パッド部４を形成し、電極パッド部４の中央部分が露出するように、電極パッド部４の周縁と半導体基板２とを被覆するパッシベーション膜３を形成する。パッシベーション膜３は、前述したように、ＳｉＮやＳｉＯ２で構成されている。パッシベーション膜３を形成する工程までは、従来のはんだバンプの製造方法と同じである。
【００３７】
パッシベーション膜３を形成した後、銅からなるワイヤの先端を溶融してボールを形成し、パッシベーション膜３の開口部５に露出された電極パッド部４上部に溶融したボールを超音波でボンディング接続する。その後、そのワイヤを引きちぎることで、図２Ｂに示すように、銅からなるスタッドバンプ８を形成する。このスタッドバンプ８は、後述するが、完成時に密着層６となるものである。
【００３８】
このスタッドバンプ８は、円錐の頂点部分を切り取った円錐台形状、又は円柱形状をなす台座部分８ａと、その上部に連続して形成され、台座部分８ａの径よりも小さい径を有して柱状に形成された尖鋭なスタッド部分８ｂとで構成されている。この形状は、通常のワイヤボンディングの技術で形成される形状であり、台座部分８ａの上面から延びるスタッド部分８ｂの高さは、ワイヤボンディング時のワイヤの引きちぎる工程で所望の長さに調節可能である。また、台座部分８ａの径は、ワイヤボンディング時にワイヤの先端に形成したボールの径で調整可能であり、また、スタッド部分８ｂの径は、使用するワイヤの径によってほぼ決定される。
【００３９】
本実施形態例では、電極パッド部４表面からスタッドバンプ８の先端までの高さをＨ１としたとき、スタッド部分８ｂの長さ、すなわち、台座部分８ａ表面からスタッド部分８ｂの先端までの長さＨ２が０．２Ｈ１以上となるように形成されるのが好ましい。スタッド部分８ｂの高さを台座部分８ａの高さよりも２０％以上高くすることにより、スタッドバンプ８の先端方向に行くほどスタッドバンプ８の体積に対する表面積が大きくなるため、この後の工程における置換めっきの置換速度が速くなる。
【００４０】
次に、スタッドバンプ８が形成された半導体基板２を、Ｓｎを含む無電解錫めっき液に接触させ、置換めっきを行う。本実施形態例では、Ｓｎ２＋の含有量が１６〜２４ｇ／Ｌで、ｐＨ＜１の無電解錫めっき液を用い、５０℃〜８０℃の温度にて置換めっきを行った。そうすると、スタッドバンプ８を構成するＣｕが表面側からＳｎに置換され、図８Ｃに示すように、無電解錫めっき液に接触した表面側からＳｎ層７が形成される。置換形成されるＳｎ層７の膜厚は、浸漬温度、及び時間によって制御する。また、スタッドバンプ８のスタッド部分８ｂの割合を大きくすることにより、スタッドバンプ８の体積に対する表面積を大きくすることができる。このため、スタッド部分８ｂの高さを高くすることで置換めっきの時間を短縮することができる。
【００４１】
そして、スタッドバンプ８の表面全面がＳｎ層７となり、Ｃｕからなるスタッドバンプ８の一番厚い部分の膜厚が３μｍ以上を保持している時点で置換めっき工程を終了する。ＳｎとＡｌは、密着性が弱いため、ＣｕをＳｎで全て置換してしまうと、Ｓｎ層７が電極パッド部４から剥離してしまう可能性がある。本実施形態例のように、Ｃｕからなるスタッドバンプ８を全てＳｎに置換せずに残すことにより、電極パッド部４上に残されたＣｕは、Ｓｎ層７とＡｌからなる電極パッド部４とを密着させるための密着層６として機能する。密着層６の機能をより良好に発揮するため、密着層６の厚みは３μｍ以上であることが好ましいが、これに限定されるものではない。また、Ｃｕからなる密着層６が３μｍ以上に形成されるため、低抵抗化が良好とされる。さらに、このＣｕからなる密着層６は、バリアメタルの機能も兼ねる。
【００４２】
以上の置換めっき工程により、電極パッド部４上に残されたＣｕからなる密着層６と、その密着層６を被覆して形成されたＳｎ層７とからなる積層構造が形成される。置換めっき後は、洗浄、中和工程を経て乾燥させる。
【００４３】
その後、図２Ｄに示すように、半導体基板２のＳｎ層７を含む回路面全面にフラックス９をコーティングする。そして、加熱してリフロー処理を施すことによりＳｎ層７が球状となる。
最後に、フラックス９を洗浄除去することにより、図１に示すはんだバンプ１０が完成する。
【００４４】
本実施形態例では、スタッドバンプ８の形成時において、スタッド部分８ｂの長さを台座部分８ａの高さに比較して２０％高くなるように形成する例としたが、このスタッド部分８ｂの長さや、太さは、ワイヤボンディング時のキャピラリーの動きで調整することができる。その他、スタッド部分８ｂを平坦な治具でつぶし、スタッド部分８ｂの長さを調整することができる。このようにして、Ｃｕからなるスタッドバンプ８の体積に対する表面積を自由に調整することができるので、置換速度の向上を図ることが可能となり、Ｓｎに置換されるＣｕの量を自由に調整することができる。
【００４５】
また、本実施形態例で用いることのできる無電解錫めっき液は、スタッドバンプ８を構成するＣｕをＳｎに置換できる溶液であればよく、置換速度を促進するための反応促進剤や、安定剤、界面活性剤などを含むものであってもよい。
【００４６】
本実施形態例では、Ｃｕからなるスタッドバンプ８を置換めっき法によりＳｎ層７に置換し、リフロー処理するのみではんだバンプ１０を形成することができるので、スパッタ膜形成や、電解めっき、スパッタ膜のエッチング工程などが必要ない。このため、従来のはんだバンプの製造方法に比較し、製造工程数を大幅に削減することができ、タクトタイムの短縮やコストの低減などが図られる。
【００４７】
また、本実施形態例では、はんだバンプ１０を製造した後のエッチング工程が無いため、図１１に示したようなサイドエッチング部１３０が形成されることもない。このため、はんだバンプ１０と電極パッド部４との密着強度の低下を招くことがなく、信頼性の向上が図られる。また、サイドエッチング部１３０が形成されるような工程が無く、本実施形態例では、はんだバンプ１０の大きさはスタッドバンプ８の大きさのみに依存するため、スタッドバンプ８を微細化することで、はんだバンプ１０の微細化を図ることができる。
【００４８】
また、本実施形態例では、Ａｌからなる電極パッド部４上に形成されたＣｕからなる密着層６は、ワイヤボンディングによって形成されるため、電極パッド部４上に超音波接続されており、電極パッド部４に対する密着性が高く、信頼性が高い。そして、本実施形態例では、密着層６を３μｍ以上の厚みに形成することにより、密着性及びバリアメタルの効果を十分に得ることができる。
【００４９】
ところで、図５〜図８を用いて説明した従来の製造方法では、Ｃｕ層１０５の膜厚を厚くすると、ウェットエッチング時に等方的にエッチングされるため、サイドエッチング部１３０の幅がますます大きくなってしまうという問題があった。また、スパッタ法等を用いたＣｕ層１０５の成膜では、そもそも、３μｍ以上の膜厚に形成することは困難であるという問題がある。本実施形態例では、置換工程における時間を調整することで、Ｃｕからなる密着層６を３μｍ程度に調整するのが容易である。さらに、Ｓｎ層７は、ＳｎとＣｕの置換によって形成されるため、Ｓｎ層７と密着層６との間の密着性も保持される。
【００５０】
以上のように、本実施形態例では、従来に比較して、工程数が大幅に削減できるため、短時間、かつ低コストではんだバンプを形成できる上、信頼性の高いはんだバンプを形成することができる。また、本実施形態例のはんだバンプの製造方法は、スパッタ法、ボールマウント法、印刷法などのようにウェハ状態のような大規模な面積での処理も可能であるうえ、チップ状態の半導体装置に対しても実施することができる。このため、少量他品種のＬＳＩにはんだバンプを形成する場合においても有効に用いることができる。
【００５１】
〈第２の実施形態〉
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、及びその半導体装置に形成されたはんだバンプの製造方法について説明する。
【００５２】
［２−１  半導体装置の構成］
図３は、本発明の第１の実施形態に係るはんだバンプが形成された部分を示す断面構成図である。図３において、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【００５３】
図３に示すように、本実施形態例の半導体装置２０では、電極パッド部４上部に形成されたＵＢＭ（Under Barrier Metal）層２２と、密着層１４と、Ｓｎ層１５とで構成されるはんだバンプ２１が形成されている。
【００５４】
ＵＢＭ層２２は、ＮｉＰ層１１、Ｐｄ層１２、Ａｕ層１３が電極パッド部４側から順に積層された構造を有している。ＮｉＰ層１１は、電極パッド部４上部に無電解めっき法により形成され、パッシベーション膜３の開口部５を埋め込み、開口部５周縁のパッシベーション膜３上部に張り出すように形成されている。ＮｉＰ層１１は無電解めっき法で形成されるため、パッシベーション膜３上部において等方成長し、ＮｉＰ層１１周縁ではＲを有するように形成されている。また、Ｐｄ層１２は０．０１〜０．５μｍの膜厚に形成され、Ａｕ層１３は０．０１〜１．０μｍの膜厚に形成されている。
【００５５】
密着層１４は、銅（Ｃｕ）で構成されており、ＵＢＭ層２２上部に、例えば３μｍ以上の膜厚に形成されている。
Ｓｎ層１５は、密着層１４を被覆すると共にＵＢＭ層２２を被覆して形成され、表面が球面状とされている。そして、ＵＢＭ層２２、密着層１４、及びＳｎ層１５とからなるはんだバンプ２１は、一般的なはんだバンプと同様に、半導体装置２０の回路面上に突出するように電極パッド部４上に形成されている。
【００５６】
［２−２  はんだバンプの製造方法］
次に、本実施形態例の半導体装置２０に形成されたはんだバンプ２１の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、本実施形態例のはんだバンプの製造工程を示す図である。
【００５７】
まず、図４Ａに示すように、半導体基板２の図示しない回路が形成された回路面にアルミニウムからなる電極パッド部４を形成する。次に、電極パッド部４の中央部分が露出するように電極パッド部４の周縁と半導体基板２とを被覆するパッシベーション膜３を形成する。パッシベーション膜３は、前述したように、ＳｉＮやＳｉＯ２で構成されている。その後、Ｚｎを含むめっき溶液で、２回の表面処理（ジンケート処理）を行うことにより、ＡｌとＺｎの置換めっきを行い、電極パッド部４の表面のみＺｎで置換する。図４Ａでは、電極パッド部４表面に形成されたＺｎ層の図示を省略している。
【００５８】
次に、パッシベーション膜３の開口部５に露出された電極パッド部４上部に、ＮｉＰ層１１、Ｐｄ層１２、Ａｕ層１３からなるＵＢＭ層２２を形成する。
ＮｉＰ層１１は、無電解めっき法により形成し、前述したように、パッシベーション膜３の開口部５を埋め込み、開口部５周縁のパッシベーション膜３に張り出すように形成する。その後、無電解めっきによりＰｄ層１２を０．０１〜０．５μｍの膜厚に形成し、置換めっきによりＡｕ層１３を０．０１〜１．０μｍの膜厚で形成する。なお、Ｐｄ層１２及びＡｕ層１３は必ずしも形成する必要はない。
【００５９】
次に、銅からなるワイヤの先端を溶融してボールを形成し、パッシベーション膜３の開口部５に露出されたＵＢＭ層２２上部に溶融したボールを超音波でボンディング接続する。その後、そのワイヤを引きちぎることで、図４Ｂに示すように、銅からなるスタッドバンプ１６を形成する。このスタッドバンプ１６は、後述するが、完成時に密着層１４となるものである。
【００６０】
このスタッドバンプ１６は、円錐の頂点部分を切り取った円錐台形状、又は円柱形状をなす台座部分１６ａと、その上部に連続して形成された尖鋭なスタッド部分１６ｂとで構成されている。この形状は、通常のワイヤボンディングの技術で形成される形状であり、台座部分１６ａの上面から延びるスタッド部分１６ｂの高さは、ワイヤボンディング時のワイヤの引きちぎる工程で所望の長さに調節可能である。
【００６１】
本実施形態例では、ＵＢＭ層２２表面からスタッドバンプ１６の先端までの高さをＨ１としたとき、台座部分１６ａ表面からスタッド部分１６ｂの先端までの長さＨ２が０．２Ｈ１以上となるように形成されるのが好ましい。スタッド部分１６ｂの高さを台座部分１６ａの高さよりも２０％以上高くすることにより、スタッドバンプ１６の先端方向に行くほどスタッドバンプ１６の体積に対する表面積が大きくなるため、この後の工程における置換めっきにおける置換速度が速くなる。
【００６２】
また、本実施形態例では、パッシベーション膜３の開口部５に露出された電極パッド部４よりも大きい表面積を有するＵＢＭ層２２が形成されるので、スタッドバンプ１６を形成する領域を拡大することができる。これにより、パッシベーション膜３の開口部５に露出される電極パッド部４の領域が小さい場合にも、ＵＢＭ層２２の面積を大きく形成することにより、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。
【００６３】
次に、スタッドバンプ１６が形成された半導体基板２を、Ｓｎを含む無電解錫めっき液に接触させ、置換めっきを行う。本実施形態例では、Ｓｎ２＋含有量が１６〜２４ｇ／Ｌで、ｐＨ＜１の無電解錫めっき液を用い、５０℃〜８０℃の温度にて置換めっきを行ったそうすると、スタッドバンプ１６を構成するＣｕが表面側からＳｎに置換され、図４Ｃに示すように、無電解錫めっき液に接触した表面側からＳｎ層１５が形成される。置換形成されるＳｎ層１５の膜厚は、浸漬温度、及び時間によって制御する。
【００６４】
そして、スタッドバンプ１６の表面全面がＳｎ層１５となり、Ｃｕからなるスタッドバンプ１６の最大の膜厚が３μｍ以上を保持している時点で置換めっき工程を終了する。このように、Ｃｕからなるスタッドバンプ１６を全てＳｎに置換せずに残すことにより、ＵＢＭ層２２上に残されたＣｕは、Ｓｎ層１５とＵＢＭ層２２とを密着させるための密着層１４として機能する。密着層１４の機能をより良好に発揮するため、密着層１４の膜厚は３μｍ以上であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００６５】
以上の置換めっき工程により、電極パッド部４上に残されたＣｕからなる密着層１４と、その密着層１４を被覆して形成されたＳｎ層１５とからなる積層構造が形成される。置換めっき後は、洗浄、中和工程を経て乾燥させる。
【００６６】
その後、図４Ｄに示すように、半導体基板２の回路面全面にフラックス９をコーティングする。そして、加熱してリフロー処理を施すことによりＳｎ層１５が球状となり、ＵＢＭ層２２を被覆する。
最後に、フラックス９を洗浄除去することにより、図３に示すはんだバンプ２１が完成する。
【００６７】
本実施形態例は、ＮｉＰ層１１を形成することによりボンディング可能な領域を拡大することができるため、パッシベーション膜３に露出される電極パッド部４の面積が非常に小さく、ワイヤボンディングが困難な場合に、より好適に用いることができる。また、本実施形態例では、ＵＢＭ層２２を形成することにより、電極パッド部４に係るワイヤボンディング時の衝撃を緩和することができ、歩留まりの向上が図られる。また、ＮｉとＳｎとの密着性よりも、ＣｕとＳｎの密着性の方が高い。このため、本実施形態例においても、Ｃｕからなる密着層１４が３μｍ以上形成された状態となることが好ましい。
【００６８】
また、本実施形態例では、ＮｉＰ層１１とＳｎ層１５との間に、３μｍ以上の膜厚のＣｕ層（密着層１４）を形成することができるので、ＮｉのＳｎ層１５への拡散をより低減することができる。このため、図１２に示したようなＰ偏析によるクラック１４０を防止することができ、接合不良などが低減され、信頼性の向上が図られる。
その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
上述した第１及び第２の実施形態では、スタッドバンプは、Ｃｕからなるワイヤボンディングによって形成する例としたが、Ａｕからなるワイヤボンディングによって形成することもできる。この場合には、図２Ｃ又は図４Ｃにおける置換めっき工程において、ＡｕとＳｎの置換が可能なめっき液を用いればよい。密着層をＡｕとして形成した場合にも、上述の第１及び第２の実施形態で示した密着層と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・半導体装置、２・・・半導体基板、３・・・パッシベーション膜、４・・・電極パッド部、５・・・開口部、６・・・密着層、７・・・Ｓｎ層、８・・・スタッドバンプ、８ａ・・・台座部分、８ｂ・・・スタッド部分、９・・・フラックス、１０・・・はんだバンプ、１１・・・ＮｉＰ層、１２・・・Ｐｄ層、１３・・・Ａｕ層、１４・・・密着層、１５・・・Ｓｎ層、１６・・・スタッドバンプ、１６ａ・・・台座部分、１６ｂ・・・スタッド部分、２０・・・半導体装置、２１・・・はんだバンプ、２２・・・ＵＢＭ層
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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