(57)【要約】【課題】本発明は、耐熱性に優れ、２５０℃以上の熱処理や鉛フリー半田等のリフロー後においても半田濡れ性が低下しないＵＢＭ層を有する半導体デバイスを提供することを目的とする。【解決手段】基材の電極上にＵＢＭ層を有する半導体デバイスであって、前記ＵＢＭ層がＮｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、または、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のいずれかの構造を有することを特徴とする半導体デバイス。前記電極がＡｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の電極上にＵＢＭ層を有する半導体デバイスであって、前記ＵＢＭ層がＮｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、または、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のいずれかの構造を有することを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記電極がＡｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層におけるＮｉ層、Ｓｎ層、Ｐｔ層、及びＡｕ層が、スパッタ、蒸着、電気めっき、及び無電解めっきのいずれかの方法で形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．８〜１０μｍ、Ｓｎ層の厚さが０．１〜３μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであり、前記Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．３〜１０μｍ、Ｐｔ層の厚さが、０．０１〜０．５μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記半導体デバイスが、半導体ウェハであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記半導体デバイスが、インタポーザーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ、インタポーザー等のアンダーバンプメタル層を有する半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージング技術の小型化、高集積化に伴ない、ＬＳＩやＩＣなどのチップの接合方法としてワイヤボンディング法からフリップチップ法への移行が広がっており、フリップチップ法においては金属パッドと半田の接合を目的としたＵＢＭ（アンダーバンプメタル）の形成が必須とされている。
ＵＢＭの形成方法としては、スパッタ、蒸着、電気めっき、無電解めっき等がある。ＵＢＭの構造としては、Ｎｉ／Ａｕ層のＵＢＭを形成する方法が一般的である。しかしながら、ＵＢＭ形成後にバックグライディング、バックメタル、ポリイミド形成、鉛フリー半田や高温半田によるリフロー等の工程がある場合、高温または高湿下に晒されるため、ＮｉがＡｕ皮膜中に拡散し、表面に析出してＮｉ酸化物が形成される。その結果、半田濡れ性やワイヤボンディング性に悪影響を及ぼす。
この場合には、Ｎｉ拡散のバリア層であるパラジウム層をニッケルと金の間に形成し、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ皮膜とすることが一般的である。
【０００３】
しかし、上記Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ皮膜において、Ｐｄ皮膜はＮｉ拡散のバリア層になるものの、２５０℃を超えるとＮｉに対するバリア性が徐々に低下し、３００℃を超えるとバリア性がほとんどなくなり、ＮｉがＰｄ層に拡散しさらにＡｕ層表面まで拡散し、Ｎｉ酸化物を形成し、半田濡れ性が低下する。その結果、例えばポリイミドの硬化や高温半田のリフロー等２５０℃以上の熱処理の場合にはその後の半田濡れ性が低下するという問題が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、耐熱性に優れ、２５０℃以上の熱処理や鉛フリー半田等のリフロー後においても半田濡れ性が低下しないＵＢＭ層を有する半導体デバイス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】
【０００５】
本発明者らは、Ｎｉのバリア性と、表面の耐酸化性について調べた結果、Ｐｄ以外にＳｎとＰｔにもＮｉのバリア性があることを見出した。さらに、Ｎｉ層、Ｐｄ層、Ｓｎ層、Ｐｔ層を含むＵＢＭについて、半田濡れ性に優れたＵＢＭの層構成を検討した結果、Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層と、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の構成をもつＵＢＭが有用であることを見出し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）基材の電極上にＵＢＭ層を有する半導体デバイスであって、前記ＵＢＭ層がＮｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、または、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のいずれかの構造を有することを特徴とする半導体デバイス。
（２）前記電極がＡｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金であることを特徴とする前記（１）に記載の半導体デバイス。
（３）前記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層におけるＮｉ層、Ｓｎ層、Ｐｔ層、及びＡｕ層が、スパッタ、蒸着、電気めっき、及び無電解めっきのいずれかの方法で形成されてなることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の半導体デバイス。
（４）前記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．８〜１０μｍ、Ｓｎ層の厚さが０．１〜３μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであり、前記Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．３〜１０μｍ、Ｐｔ層の厚さが、０．０１〜０．５μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
（５）前記半導体デバイスが、半導体ウェハであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
（６）前記半導体デバイスが、インタポーザーであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【０００７】
尚、本発明において皮膜の層構成を「／」を用いて表す。例えば、前記Ｎｉ層／Ｐｔ層とは、Ｎｉ層と、Ｐｔ層が順に積層されていることを表す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、耐熱性に優れ、２５０℃以上の熱処理や鉛フリー半田等のリフロー後においても半田濡れ性が低下しないＵＢＭ層を有する半導体デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の半導体デバイスは、基材の電極上にＵＢＭ層を有する半導体デバイスであって、前記ＵＢＭ層がＮｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のいずれかの構造を有する。
Ｓｎ層及びＰｔ層はＮｉ拡散のバリア層となる。Ｎｉ拡散のバリア層として、Ｐｄ層を形成した場合は、２５０℃を超えるとＮｉに対するバリア性が徐々に低下し、３００℃を超えるとバリア性がほとんどなくなり、ＮｉがＰｄ層に拡散しさらにＡｕ層表面まで拡散し、Ｎｉ酸化物を形成し、半田濡れ性が低下した。
しかしＮｉ拡散のバリア層としてＳｎ層又はＰｔ層を設けた場合は、２５０℃を超えた熱処理、例えば３５０℃の熱処理においても、その後の半田リフローにおいて良好な濡れ性を示す。
すなわち、本発明の半導体デバイスのＵＢＭ層は、Ｎｉ層の上にＳｎ層またはＰｔ層を有することにより、高温加熱時にＮｉが表面に拡散し酸化物となることを防止し、Ａｕが表面に存在しているため半田濡れ性良好である。また、Ｎｉ層がバリア層となり、半田の拡散を防止する。
【００１０】
前記基材としては、半導体用ウェハまたはインタポーザーとなる基材が好ましく、限定的ではないが、約５０〜３００ｍｍ径の円盤状に形成されており、シリコン、又は、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いて形成されている。
【００１１】
前記電極は、半導体用ウェハまたはインタポーザーの電極となるものが好ましく、Ａｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金であることが好ましい。
上述したＡｌまたはＡｌ合金としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知のアルミニウム系のものでよく、例えば純アルミニウム、ＡｌＣｕ（０．５％）、ＡｌＳｉ（１％）等のアルミニウム合金等が使用できる。前記電極のＣｕまたはＣｕ合金としては、半導体ウェハの電極として用いられている公知の銅系のものでよく、例えば、純銅、リン青銅等の銅および銅合金が使用できる。
前記Ａｌ合金は、Ａｌの含有量が５０質量％を超えるものが好ましく、Ｃｕ合金は、Ｃｕの含有量が５０質量％を超えるものが好ましい。
ウェハの内部構造及び表面にＡｌ電極またはＣｕ電極を形成する工程は、半導体デバイスの製造に必要な公知のウェハ加工工程であり、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、イオン注入、スパッタリング、ＣＶＤ等の公知の方法によって行うことができる。また、この工程に用いる装置としても、公知の任意の装置を用いることができる。
【００１２】
ＵＢＭ層であるＮｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のＮｉ層、Ｓｎ層、Ｐｔ層、Ａｕ層は、どのような方法で形成しても良く、スパッタ、蒸着、電気めっき、及び無電解めっきのいずれの方法で形成してもよい。
スパッタ、蒸着、電気めっき、無電解めっきについては、既存の方法、条件で形成することができる。
【００１３】
上記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層のＮｉ層、Ｓｎ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の膜厚は、半導体デバイスの用途や要求特性により変わってくるが、前記Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．８〜１０μｍ、Ｓｎ層の厚さが０．１〜３μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであり、前記Ｎｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層におけるＮｉ層の厚さが０．３〜１０μｍ、Ｐｔ層の厚さが、０．０１〜０．５μｍ、Ａｕ層の厚さが０．０１〜０．５μｍであることが好ましい。Ｎｉ層の厚さは、半田の拡散防止の観点から、０．３〜１０μｍが好ましく、より好ましくは、０．８〜５μｍである。但し、Ｎｉ層／Ｓｎ層／Ａｕ層の場合は、ＮｉとＳｎが合金を形成するため、Ｎｉ層の厚さは、０．８μｍ以上が好ましい。
Ｓｎ層の厚さは、Ｎｉの拡散防止の観点から、０．１〜３μｍが好ましく、より好ましくは、０．５〜１μｍである。
Ｐｔ層の厚さは、Ｎｉの拡散防止の観点から、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは、０．０１〜０．１μｍである。
Ａｕ層の厚さは、半田濡れ性の観点から、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは、０．０１〜０．１μｍである。
【００１４】
本発明の半導体デバイスとしては、半導体用ウェハやインタポーザー等が挙げられ、電極上にＵＢＭを形成する必要があるものが挙げられる。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１〜２０、比較例１〜２］
（使用したウェハ）
１ｃｍ角のＡｌＣｕ（Ｃｕ：０．５％）のパッドを形成した６インチシリコンウェハ。
（ＵＢＭ形成）
表１に基づきＵＢＭを形成した。無電解めっき、蒸着、スパッタ、電気めっきについては既存の方法により形成した。
【００１６】
［半田濡れ性評価方法］
ＵＢＭを形成したパッドを３５０℃、１０分間熱処理を行った後、ＵＢＭを形成したパッド上に半田ボール（ＳｎＡｇＣｕ、Ａｇ：３％、Ｃｕ：０．５％）を載せて、２４５℃で１分間ホットプレート上で加熱した。半田ボールの径が初期のボール径の３倍以上に濡れ広がった場合を○、２倍以上３倍未満に濡れ広がった場合を△、２倍未満に濡れ広がった場合を×とした。評価結果を表１に示す。ここで、本発明において、初期半田ボール径が３倍以上に濡れ広がる場合には、ＵＢＭ上で半田ボールが十分に濡れ広がり、ＵＢＭと半田材の十分な密着性が得られる。一方、初期半田ボール径が３倍未満、特に２倍未満の濡れ広がりの場合にはＵＢＭと半田材との密着性が不十分となり、ＵＢＭと半田材との接合が不十分となり、半導体のパッケージにおいて、歩留まりの低下に繋がるため、好ましくない。
【００１７】
【表１】
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