(57)【要約】  表裏導通型半導体素子と、前記表裏導通型半導体素子上に形成された表側電極と、前記表側電極上に形成された無電解ニッケル含有めっき層と、前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、を備え、前記無電解ニッケル含有めっき層の前記無電解金めっき層と接する側に、ニッケル濃度が低い層が存在し、且つ前記ニッケル濃度が低い層の厚さが前記無電解金めっき層の厚さよりも薄い、半導体装置である。
2020208998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏導通型半導体素子と、
前記表裏導通型半導体素子上に形成された表側電極と、
前記表側電極上に形成された無電解ニッケル含有めっき層と、
前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき層の前記無電解金めっき層と接する側に、ニッケル濃度が低い層が存在し、且つ前記ニッケル濃度が低い層の厚さが前記無電解金めっき層の厚さよりも薄い、半導体装置。
【請求項２】
表裏導通型半導体素子と、
前記表裏導通型半導体素子の表側面上に形成された表側電極と、
前記表裏導通型半導体素子の裏側面上に形成された裏側電極と、
前記表側電極及び前記裏側電極上にそれぞれ形成された無電解ニッケル含有めっき層と、
それぞれの前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき層の前記無電解金めっき層と接する側に、ニッケル濃度が低い層が存在し、且つ前記ニッケル濃度が低い層の厚さが前記無電解金めっき層の厚さよりも薄い、半導体装置。
【請求項３】
前記ニッケル濃度が低い層が、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素を含有する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
表裏導通型半導体素子と、
前記表裏導通型半導体素子上に形成された表側電極と、
前記表側電極上に形成された無電解ニッケル含有めっき層と、
前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき層と前記無電解金めっき層との界面に、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する、半導体装置。
【請求項５】
表裏導通型半導体素子と、
前記表裏導通型半導体素子の表側面上に形成された表側電極と、
前記表裏導通型半導体素子の裏側面上に形成された裏側電極と、
前記表側電極及び前記裏側電極上にそれぞれ形成された無電解ニッケル含有めっき層と、
それぞれの前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき層と前記無電解金めっき層との界面に、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する、半導体装置。
【請求項６】
前記表側電極が、アルミニウム、アルミニウム合金又は銅から形成され、
前記無電解ニッケル含有めっき層が、ニッケルリン又はニッケルボロンから形成される、請求項１又は４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記表側電極及び前記裏側電極が、アルミニウム、アルミニウム合金又は銅から形成され、
前記無電解ニッケル含有めっき層が、ニッケルリン又はニッケルボロンから形成される、請求項２又は５に記載の半導体装置。
【請求項８】
表裏導通型半導体素子の片側に表側電極を形成する工程と、
前記表側電極上に、無電解ニッケル含有めっき液を用いて無電解ニッケル含有めっき層を形成する工程と、
無電解金めっき液を用いて、前記無電解ニッケル含有めっき層上に、無電解金めっき層を形成する工程と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき液が、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
表裏導通型半導体素子に表側電極及び裏側電極を形成する工程と、
無電解ニッケル含有めっき液を用いて、前記表側電極及び前記裏側電極それぞれの上に、無電解ニッケル含有めっき層を同時に形成する工程と、
無電解金めっき液を用いて、それぞれの前記無電解ニッケル含有めっき層上に、無電解金めっき層を同時に形成する工程と、
を備え、
前記無電解ニッケル含有めっき液が、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記無電解ニッケル含有めっき液における前記金析出促進元素の濃度が０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下である、請求項８又は９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記無電解ニッケル含有めっき層の形成工程が終了する直前に、前記無電解ニッケル含有めっき液の供給量を増大させるか、前記無電解ニッケル含有めっき液の撹拌速度を速くするか、前記無電解ニッケル含有めっき液の揺動を増加させるか、又は前記無電解ニッケル含有めっき液中の前記金析出促進元素の濃度を増大させることによって、前記金析出促進元素を前記無電解ニッケル含有めっき層の表層に偏析させる、請求項８又は９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記表側電極をジンケート処理した後、前記表側電極上に、前記無電解ニッケル含有めっき層を形成する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記表側電極及びアルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記裏側電極を同時にジンケート処理した後、前記表側電極及び前記裏側電極それぞれの上に、前記無電解ニッケル含有めっき層を同時に形成する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
銅からなる前記表側電極をパラジウム触媒処理した後、前記表側電極上に、前記無電解ニッケル含有めっき層を形成する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
銅からなる前記表側電極及び銅からなる前記裏側電極を同時にパラジウム触媒処理した後、前記表側電極及び前記裏側電極それぞれの上に、前記無電解ニッケル含有めっき層を同時に形成する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表裏導通型半導体素子、特に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）、ダイオード等に代表される電力変換用のパワー半導体素子をモジュールに実装する場合、表裏導通型半導体素子の裏側電極が基板に半田付けされ、表側電極がワイヤボンディングされていた。しかしながら、最近、製造時間短縮及び材料費削減の観点から、表裏導通型半導体素子の表側電極に金属電極を直接半田付けする実装方法が採用されつつある。この実装方法では、表側電極上に数μｍの厚さのニッケル膜、金膜等を形成することが必要とされる。【０００３】
しかしながら、蒸着又はスパッタのような真空成膜法を用いてニッケル膜、金膜等を形成する場合、通常は１．０μｍ程度の厚さしか得られない。ニッケル膜、金膜等を厚膜化しようとすると、製造コストが上昇してしまう。そこで、低コストで高速且つ厚膜化が可能な成膜方法として、めっき技術が注目されている。【０００４】
めっき技術の中でも、レジストとフォトマスクとを利用するパターニングプロセスを用いることなく、電極の表面の必要な部分だけにめっき層を選択的に形成することができる無電解めっき法が特に注目されている。無電解めっき法としては、低コストであるジンケート法が一般に利用されている。ジンケート法では、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成される電極の表面において亜鉛をアルミニウムと置換させることで触媒核として析出させ、その後、触媒核の作用によって無電解めっき層を形成させる。【０００５】
例えば、特許文献１には、表裏導通型半導体素子のアルミニウム電極上に、無電解めっき法を用いてニッケル層を形成し、そのニッケル層上に金層を形成させることが記載されている。特許文献１では、ジンケート処理を利用した公知の無電解めっき法について説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５１０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、表裏導通型半導体素子の電極上に形成される金めっき層の厚さを厚くすることが難しいという問題がある。金めっき層の厚さが不十分であると、表裏導通型半導体素子を基板に接合する際に半田との濡れ性が悪く、接合信頼性が低くなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、表裏導通型半導体素子の電極上に形成される金めっき層の厚さを厚くすることで、実装時の半田付け品質を向上させ、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。【０００９】
本発明は、表裏導通型半導体素子と、前記表裏導通型半導体素子上に形成された第一電極と、前記第一電極上に形成された無電解ニッケル含有めっき層と、前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、を備え、前記無電解ニッケル含有めっき層の前記無電解金めっき層と接する側に、ニッケル濃度が低い層が存在し、且つ前記ニッケル濃度が低い層の厚さが前記無電解金めっき層の厚さよりも薄い、半導体装置である。【００１０】
本発明は、表裏導通型半導体素子と、前記表裏導通型半導体素子上に形成された表側電極と、前記表側電極上に形成された無電解ニッケル含有めっき層と、前記無電解ニッケル含有めっき層上に形成された無電解金めっき層と、を備え、前記無電解ニッケル含有めっき層と前記無電解金めっき層との界面に、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する、半導体装置である。【００１１】
本発明は、表裏導通型半導体素子の片側に表側電極を形成する工程と、前記表側電極上に、無電解ニッケル含有めっき液を用いて無電解ニッケル含有めっき層を形成する工程と、前記無電解ニッケル含有めっき層上に、無電解金めっき液を用いて無電解金めっき層を形成する工程と、を備え、前記無電解ニッケル含有めっき液が、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素を含む、半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表裏導通型半導体素子を実装する際の半田付け品質を向上させることで、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における半導体装置の模式断面図である。
【図２】実施の形態２における半導体装置の模式断面図である。
【図３】実施の形態３における半導体装置の模式断面図である。
【図４】実施の形態４における半導体装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による半導体装置の模式断面図である。
図１において、本実施の形態の半導体装置は、表裏導通型半導体素子１と、表裏導通型半導体素子１の表側面上に形成された表側電極２と、表側電極２上に形成された無電解ニッケル含有めっき層３と、無電解ニッケル含有めっき層３上に形成された無電解金めっき層４と、表裏導通型半導体素子１の裏側面上に形成された裏側電極５とを備える。無電解ニッケル含有めっき層３の無電解金めっき層４と接する側には、ニッケル濃度が低い層３ａが形成されている。また、表側電極２、無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４の周囲を囲うように、表裏導通型半導体素子１の表側面上には保護膜６が設けられている。
【００１５】
無電解ニッケル含有めっき層３は、無電解ニッケル含有めっき液を用いた無電解めっき法により形成されるものであれば特に限定されるものではないが、ニッケルリン（ＮｉＰ）又はニッケルボロン（ＮｉＢ）から形成されることが好ましい。
【００１６】
無電解金めっき層４としては、無電解金めっき液を用いた無電解めっき法により形成されるものであれば特に限定されない。
【００１７】
本実施の形態において、ニッケル濃度が低い層３ａとは、ニッケル濃度をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって半導体装置の断面を厚さ方向に測定したときに、無電解ニッケル含有めっき層３と表側電極２との界面付近のニッケル濃度よりも厚さ方向で０．１質量％以上ニッケル濃度が低くなっている層と定義する。本実施の形態の半導体装置では、ニッケル濃度が低い層３ａの厚さが、無電解金めっき層４の厚さよりも薄くなるように構成されている。無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚測定装置によって測定することができる。高い接合信頼性を得る観点から、無電解ニッケル含有めっき層３の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、２．０μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。高い接合信頼性を得る観点から、無電解金めっき層４の厚さは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。ニッケル濃度が低い層３ａの厚さは、０．２μｍ以下であることがより好ましい。
【００１８】
無電解金めっき層４の厚さよりもニッケル濃度が低い層３ａの厚さを薄く形成しやすいという点で、ニッケル濃度が低い層３ａは、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）及びヒ素（Ａｓ）からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素を含有することが好ましい。ニッケル濃度が低い層３ａにおける金析出促進元素の含有量は、特に限定されるものではないが、ニッケル濃度が低い層３ａ全体の平均値として０．０１ｐｐｍ以上８００ｐｐｍ以下であることが好ましい。ニッケル濃度が低い層３ａにおける金析出促進元素の含有量は、得られた半導体装置の断面についてエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）又は飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ-ＳＩＭＳ）を行うことによって測定することができる。
【００１９】
表裏導通型半導体素子１としては、特に限定されず、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）等からなる公知の半導体素子を用いることができる。
【００２０】
表側電極２及び裏側電極５は、特に限定されず、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、金等の当該技術分野において公知の電極材料から形成することができる。アルミニウム合金としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。アルミニウム合金は、アルミニウムよりも貴な元素を含有することが好ましい。アルミニウムよりも貴な元素を含有させることにより、ジンケート処理を行う際に、当該元素の周囲に存在するアルミニウムから電子が流れ易くなるため、アルミニウムの溶解が促進される。アルミニウムが溶解した部分に亜鉛が集中して析出し、無電解ニッケル含有めっき層３の形成の起点となる亜鉛の析出量が多くなる。そのため、無電解ニッケル含有めっき層３が形成され易くなる。アルミニウムよりも貴な元素としては、特に限定されないが、例えば、鉄、ニッケル、スズ、鉛、ケイ素、銅、銀、金、タングステン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムなどが挙げられる。アルミニウム合金中のアルミニウムよりも貴な元素の含有量は、特に限定されず、好ましくは５質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以上３質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以上２質量％以下である。
【００２１】
本実施の形態において、接合性に優れるという観点から、表側電極２は、アルミニウム、アルミニウム合金又は銅から形成し、裏側電極５は、ニッケル又は金から形成することが好ましい。
【００２２】
表側電極２の厚さは、特に限定されず、一般的に１μｍ以上８μｍ以下、好ましくは２μｍ以上７μｍ以下、より好ましくは３μｍ以上６μｍ以下である。
【００２３】
裏側電極５の厚さは、特に限定されず、一般的に０．１μｍ以上４μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下、より好ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下である。
【００２４】
保護膜６は、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。耐熱性に優れるという点で、保護膜６としては、ポリイミド膜、シリコン等を含むガラス系の膜が好ましい。
【００２５】
上記のような構造を有する半導体装置は、無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成する工程を除き、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。
【００２６】
具体的には、以下のように半導体装置を製造することができる。
まず、表裏導通型半導体素子１に表側電極２及び裏側電極５を形成する。表側電極２の側面を保護膜６で覆うことができるように、表裏導通型半導体素子１の表側面上の外縁部には表側電極２を形成しない。表裏導通型半導体素子１に表側電極２及び裏側電極５を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
次に、表裏導通型半導体素子１の表側面上の外縁部と表側電極２上の一部分とに保護膜６を形成する。保護膜６を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
【００２７】
続いて、表裏導通型半導体素子１に形成された表側電極２及び裏側電極５をプラズマクリーニングする。プラズマクリーニングは、表側電極２及び裏側電極５に強固に付着した有機物残渣、窒化物又は酸化物をプラズマで酸化分解することによって除去し、表側電極２と、めっきの前処理液又はめっき液との反応性、及び裏側電極５と保護フィルムとの付着性を確保するために行われる。プラズマクリーニングは、表側電極２及び裏側電極５の両方に対して行われるが、表側電極２を重点的に行うことが好ましい。また、プラズマクリーニングの順番としては、特に限定されないが、裏側電極５をプラズマクリーニングした後に、表側電極２をプラズマクリーニングすることが好ましい。その理由は、表裏導通型半導体素子１の表側面には、表側電極２と共に有機物等で構成された保護膜６が存在しており、この保護膜６の残渣が表側電極２に付着していることが多いためである。なお、プラズマクリーニングは、保護膜６が消失しないように行う必要がある。
【００２８】
プラズマクリーニング工程の条件は、特に限定されないが、一般に、アルゴンガス流量：１０ｃｃ／分以上３００ｃｃ／分以下、印加電圧：２００Ｗ以上１０００Ｗ以下、真空度：１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下、処理時間：１分以上１０分以下である。
【００２９】
次に、裏側電極５が無電解ニッケル含有めっき液と接触しないように、プラズマクリーニングされた裏側電極５に保護フィルムを貼り付ける。この保護フィルムは、無電解金めっき層４の形成後、表裏導通型半導体素子１を６０℃以上１５０℃以下の温度で１５分以上６０分以下乾燥させた後、剥がせばよい。保護フィルムとしては、特に限定されず、めっき工程の保護用に用いられる公知の紫外線剥離型テープを用いることができる。保護フィルムとして紫外線剥離型テープを用いる場合、無電解金めっき層４の形成後、表裏導通型半導体素子１の裏面に紫外線を照射することで保護フィルムを剥離することができる。
【００３０】
プラズマクリーニングされた裏側電極５に保護フィルムを貼り付けた後、保護膜６が形成されていない残りの部分の表側電極２上に無電解ニッケル含有めっき層３を形成する。表側電極２がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３の形成は、脱脂工程、酸洗い工程、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程、第二ジンケート処理工程及び無電解ニッケル含有めっき処理によって行われる。表側電極２が銅からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３の形成は、脱脂工程、酸洗い工程、パラジウム触媒処理及び無電解ニッケル含有めっき処理によって行われる。各工程の間は、十分な水洗を行い、前工程の処理液又は残渣が次工程に持ち込まれないようにすることが重要である。
【００３１】
脱脂工程では、表側電極２の脱脂を行う。脱脂は、表側電極２の表面に付着した軽度の有機物、油脂分及び酸化膜を除去するために行われる。一般に、脱脂は、表側電極２に対してエッチング力が強いアルカリ性の薬液を用いて行われる。脱脂工程により、油脂分は鹸化される。また、鹸化されない物質については、アルカリ可溶の物質が当該薬液に溶解し、アルカリ可溶でない物質が表側電極２のエッチングによってリフトオフされる。
【００３２】
脱脂工程の条件は、特に限定されないが、一般に、アルカリ性薬液のｐＨ：７．５以上１０．５以下、温度：４５℃以上７５℃以下、処理時間：３０秒以上１０分以下である。
【００３３】
酸洗い工程では、表側電極２を酸洗いする。酸洗いは、硫酸等を用いて表側電極２の表面を中和すると共にエッチングによって荒らし、後工程における処理液の反応性を高め、めっきの付着力を向上させるために行われる。
【００３４】
酸洗い工程の条件は、特に限定されないが、一般に、温度：１０℃以上３０℃以下、処理時間：３０秒以上２分以下である。
【００３５】
続いて、表側電極２がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、無電解ニッケル含有めっき処理前に、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程及び第二ジンケート処理工程を有するジンケート処理を行うことが好ましい。表側電極２が銅からなる場合、無電解ニッケル含有めっき処理前に、パラジウム触媒処理を行うことが好ましい。
【００３６】
第一ジンケート処理工程では、表側電極２をジンケート処理する。ジンケート処理とは、表側電極２の表面をエッチングして酸化膜を除去しつつ亜鉛の皮膜を形成する処理である。一般的には、亜鉛が溶解した水溶液（ジンケート処理液）に、表側電極２を浸漬すると、表側電極２を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金よりも亜鉛の方が、標準酸化還元電位が貴であるため、アルミニウムがイオンとして溶解する。このとき生じた電子により、亜鉛イオンが表側電極２の表面で電子を受け取り、表側電極２の表面に亜鉛の皮膜が形成される。
【００３７】
ジンケート剥離工程では、表面に亜鉛の皮膜が形成された表側電極２を硝酸に浸漬し、亜鉛を溶解させる。
【００３８】
第二ジンケート処理工程では、ジンケート剥離工程によって得られた表側電極２をジンケート処理液に再度浸漬する。これにより、アルミニウム及びその酸化膜を除去しつつ、表側電極２の表面に亜鉛の皮膜が形成される。
上記のジンケート剥離工程及び第二ジンケート処理工程を行う理由は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる表側電極２の表面を平滑にするためである。なお、ジンケート処理工程及びジンケート剥離工程の繰り返しは、回数を増やすほど、表側電極２の表面が平滑になり、均一な無電解ニッケル含有めっき層３が形成される。表面平滑性を考慮すると、ジンケート処理を２回以上行うことが好ましいが、表面平滑性と生産性とのバランスを考慮すると、ジンケート処理を２回ないし３回行うことが好ましい。
【００３９】
パラジウム触媒処理では、表側電極２をパラジウム触媒液に浸漬することにより、表側電極２上にパラジウムを析出させ、パラジウム触媒層を形成する。パラジウム触媒層は、化学的に極めて安定であり、腐食などの損傷を受け難い。そのため、この後に続く無電解ニッケル含有めっき処理において表側電極２が腐食することを防止できる。パラジウム触媒液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【００４０】
パラジウム触媒液におけるパラジウムの濃度は、特に限定されないが、一般に０．１ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは０．３ｇ／Ｌ以上１．５ｇ／Ｌ以下である。パラジウム触媒液のｐＨは、特に限定されないが、一般に１．０以上３．５以下、好ましくは１．５以上２．５以下である。パラジウム触媒液の温度は、パラジウム触媒液の種類等に応じて適宜設定すればよいが、一般に３０℃以上８０℃以下、好ましくは４０℃以上７５℃以下である。処理時間は、パラジウム触媒層の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に２分以上３０分以下、好ましくは５分以上２０分以下である。
【００４１】
無電解ニッケル含有めっき処理工程では、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が添加された無電解ニッケル含有めっき液に、表側電極２を浸漬することにより、無電解ニッケル含有めっき層３を形成する。亜鉛の皮膜又はパラジウム触媒層が形成された表側電極２を無電解ニッケル含有めっき液に浸漬すると、亜鉛及びパラジウムの方がニッケルよりも標準酸化還元電位が卑であるため、表側電極２上にニッケルが析出する。続いて、表面がニッケルで覆われると、無電解ニッケル含有めっき液中に含まれる還元剤（例えば、次亜リン酸等のリン化合物系還元剤、ジメチルアミンボラン等のホウ素化合物系還元剤）の作用によって、ニッケルが自触媒的に析出する。析出したニッケル中には、還元剤に由来する元素及び金析出促進元素が取り込まれて、無電解ニッケル含有めっき層３が形成される。無電解ニッケル含有めっき液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものに金析出促進元素を添加したものを用いることができる。
【００４２】
無電解ニッケル含有めっき液におけるニッケルの濃度は、特に限定されないが、一般に４．０ｇ／Ｌ以上７．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは４．５ｇ／Ｌ以上６．５ｇ／Ｌ以下である。無電解ニッケル含有めっき液における金析出促進元素の濃度は、特に限定されないが、好ましくは０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは０．０５ｐｐｍ以上７５ｐｐｍ以下である。無電解ニッケル含有めっき液にビスマスを含有させる場合には、酸化ビスマス又は酢酸ビスマスの形態で添加することが好ましい。無電解ニッケル含有めっき液にタリウム及びヒ素を含有させる場合には、金属単体の形態で添加することが好ましい。無電解ニッケル含有めっき液に鉛を含有させる場合には、酸化鉛又は酢酸鉛の形態で添加することが好ましい。無電解ニッケルリンめっき液における次亜リン酸の濃度は、特に限定されないが、一般に２ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下、好ましくは１０ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下である。また、無電解ニッケルボロンめっき液におけるジメチルアミンボランの濃度は、特に限定されないが、一般に０．２ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは１ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下である。
【００４３】
無電解ニッケル含有めっき液のｐＨは、特に限定されないが、一般に４．０以上６．０以下、好ましくは４．５以上５．５以下である。無電解ニッケル含有めっき液の温度は、無電解ニッケル含有めっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に７０℃以上９０℃以下、好ましくは８０℃以上９０℃以下である。めっき時間は、めっき条件及び無電解ニッケル含有めっき層３の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に５分以上４０分以下、好ましくは１０分以上３０分以下である。
【００４４】
無電解ニッケル含有めっき処理が終了する直前（数分前）に、無電解ニッケル含有めっき液の供給量を増大させたり、無電解ニッケル含有めっき液の撹拌速度を速くしたり、無電解ニッケル含有めっき液の揺動を増加させたり、無電解ニッケル含有めっき液中の金析出促進元素の濃度を増大させたりすることによって、金析出促進元素を無電解ニッケル含有めっき層３の表層に偏析させることができる。また、無電解ニッケル含有めっき処理終了後に、表裏導通型半導体素子１をめっき槽からの引き上げる際に、温度の低い無電解ニッケル含有めっき液をめっき面に接触させて、無電解ニッケル含有めっき層３の表層に金析出促進元素を偏析させてもよい。特に、ビスマス及びヒ素は水溶液に対する溶解度が低いため、めっき液の温度が低いと析出しやすくなる。このように、金析出促進元素が無電解ニッケル含有めっき層３の表層に偏析することにより、後述する無電解金めっき処理工程において金の析出をより促進することができるので好ましい。
【００４５】
無電解金めっき処理工程では、無電解ニッケル含有めっき層３を形成した表側電極２を無電解金めっき液に浸漬することにより、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成する。無電解金めっき処理では、例えば置換型の無電解金めっき液中に含まれる錯化剤の作用により無電解ニッケル含有めっき層３のニッケルが金と置換されると共に、無電解ニッケル含有めっき層３の金析出促進元素を起点として金の析出が促進される。これにより、無電解金めっき層４が形成されると共に、無電解ニッケル含有めっき層３の無電解金めっき層４と接する側にニッケル濃度が低い層３ａが形成される。従来の無電解ニッケル含有めっき層の表面が金で覆われると、ニッケルと金との置換反応が停止するため、無電解金めっき層の厚さを厚くすることが難しい。そのため、従来技術では、無電解金めっき層の厚さが、ニッケル濃度が低い層の厚さよりも薄くなり、その厚さは最大で０．０５μｍ程度である。本実施の形態では、無電解ニッケル含有めっき層３の表層に金析出促進元素が偏析しているため、ニッケルと金との置換反応が停止せず、無電解金めっき層４の厚さを厚くすることができる。上記では、置換型の無電解金めっき液を用いた場合について説明したが、還元型の電解金めっき液等を用いてもよい。無電解金めっき液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【００４６】
無電解金めっき液における金の濃度は、特に限定されないが、一般に０．３ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下である。無電解金めっき液のｐＨは、特に限定されないが、一般に６．０以上９．０以下、好ましくは６．５以上８．０以下である。無電解金めっき液の温度は、無電解金めっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に７０℃以上９０℃以下、好ましくは８０℃以上９０℃以下である。めっき時間は、めっき条件及び無電解金めっき層４の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に５分以上３０分以下、好ましくは１０分以上２０分以下である。
【００４７】
必要に応じて、無電解金めっき処理後の表裏導通型半導体素子１を乾燥させる。具体的には、表裏導通型半導体素子を高速で回転させて水を吹き飛ばした後、オーブンに入れて９０℃で３０分乾燥させればよい。
【００４８】
実施の形態１によれば、表裏導通型半導体素子の実装時における半田付け品質を向上させることができるので、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００４９】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２による半導体装置の模式断面図である。
図２において、本実施の形態の半導体装置は、表裏導通型半導体素子１と、表裏導通型半導体素子１の表側面上に形成された表側電極２と、表裏導通型半導体素子１の裏側面上に形成された裏側電極５と、表側電極２及び裏側電極５上にそれぞれ形成された無電解ニッケル含有めっき層３と、それぞれの無電解ニッケル含有めっき層３上に形成された無電解金めっき層４とを備える。無電解ニッケル含有めっき層３の無電解金めっき層４と接する側には、ニッケル濃度が低い層３ａが形成されている。また、表側電極２、無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４の周囲を囲うように、表裏導通型半導体素子１の表側面上には保護膜６が設けられている。すなわち、本実施の形態の半導体装置は、裏側電極５上にも無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４が順次形成されている点が実施の形態１と異なる。
【００５０】
表側電極２上に無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成すると共に裏側電極５上に無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成する方法としては、裏側電極５に保護フィルムを貼り付けずに、表側電極２及び裏側電極５の両方に対して同時に無電解めっき処理を行えばよい。表側電極２及び裏側電極５がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成するプロセスは、実施の形態１で説明したプロセスと同様に、脱脂工程、酸洗い工程、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程、第二ジンケート処理工程、無電解ニッケル含有めっき処理及び無電解金めっき処理によって行われるので説明を省略する。また、表側電極２及び裏側電極５が銅からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を形成するプロセスは、実施の形態１で説明したプロセスと同様に、脱脂工程、酸洗い工程、パラジウム触媒処理、無電解ニッケル含有めっき処理及び無電解金めっき処理によって行われるので説明を省略する。
【００５１】
実施の形態２によれば、表裏導通型半導体素子の実装時における半田付け品質を向上させることができるので、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００５２】
実施の形態３．
図３は、実施の形態３による半導体装置の模式断面図である。
図３において、本実施の形態の半導体装置は、表裏導通型半導体素子１と、表裏導通型半導体素子１の表側面上に形成された表側電極２と、表側電極２上に形成された無電解ニッケル含有めっき層３と、無電解ニッケル含有めっき層３上に形成された無電解金めっき層４と、表裏導通型半導体素子１の裏側面上に形成された裏側電極５とを備える。無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との少なくとも界面に、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）及びヒ素（Ａｓ）からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する。また、表側電極２、無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４の周囲を囲うように、表裏導通型半導体素子１の表側面上には保護膜６が設けられている。
【００５３】
無電解ニッケル含有めっき層３は、無電解ニッケル含有めっき液を用いた無電解めっき法により形成されるものであれば特に限定されるものではないが、ニッケルリン（ＮｉＰ）又はニッケルボロン（ＮｉＢ）から形成されることが好ましい。
【００５４】
無電解金めっき層４としては、無電解金めっき液を用いた無電解めっき法により形成されるものであれば特に限定されない。
【００５５】
本実施の形態の半導体装置では、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）及びヒ素（Ａｓ）からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が、無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面近傍に存在する。本実施の形態において、無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面近傍とは、無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面から無電解ニッケル含有めっき層３側の厚さ０．２μｍまでの領域であると定義する。無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面近傍における金析出促進元素の含有量は、特に限定されるものではないが、界面近傍全体の平均値として０．０１ｐｐｍ以上８００ｐｐｍ以下であることが好ましい。金析出促進元素の含有量は、得られた半導体装置の断面についてエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）又は飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ-ＳＩＭＳ）を行うことによって測定することができる。更に、金析出促進元素は、無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面近傍のみに存在するわけではなく、界面近傍から離れた無電解ニッケル含有めっき層３中にも存在する。本実施の形態の半導体装置では、無電解金めっき層４の厚さが０．０５μｍ以上０．３μｍ以下と厚くなるように構成されている。無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚測定装置によって測定することができる。高い接合信頼性を得る観点から、無電解ニッケル含有めっき層３の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、２．０μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。高い接合信頼性を得る観点から、無電解金めっき層４の厚さは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
表裏導通型半導体素子１としては、特に限定されず、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）等からなる公知の半導体素子を用いることができる。
【００５７】
表側電極２及び裏側電極５は、特に限定されず、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、金等の当該技術分野において公知の電極材料から形成することができる。アルミニウム合金としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。アルミニウム合金は、アルミニウムよりも貴な元素を含有することが好ましい。アルミニウムよりも貴な元素を含有させることにより、ジンケート処理を行う際に、当該元素の周囲に存在するアルミニウムから電子が流れ易くなるため、アルミニウムの溶解が促進される。アルミニウムが溶解した部分に亜鉛が集中して析出し、無電解ニッケル含有めっき層３の形成の起点となる亜鉛の析出量が多くなる。そのため、無電解ニッケル含有めっき層３が形成され易くなる。アルミニウムよりも貴な元素としては、特に限定されないが、例えば、鉄、ニッケル、スズ、鉛、ケイ素、銅、銀、金、タングステン、コバルト、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムなどが挙げられる。アルミニウム合金中のアルミニウムよりも貴な元素の含有量は、特に限定されず、好ましくは５質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以上３質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以上２質量％以下である。
【００５８】
本実施の形態において、接合性に優れるという観点から、表側電極２は、アルミニウム、アルミニウム合金又は銅から形成し、裏側電極５は、ニッケル又は金から形成することが好ましい。
【００５９】
表側電極２の厚さは、特に限定されず、一般的に１μｍ以上８μｍ以下、好ましくは２μｍ以上７μｍ以下、より好ましくは３μｍ以上６μｍ以下である。
【００６０】
裏側電極５の厚さは、特に限定されず、一般的に０．１μｍ以上４μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下、より好ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下である。
【００６１】
保護膜６は、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。耐熱性に優れるという点で、保護膜６としては、ポリイミド膜、シリコン等を含むガラス系の膜が好ましい。
【００６２】
上記のような構造を有する半導体装置は、無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４を形成する工程を除き、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。
【００６３】
具体的には、以下のように半導体装置を製造することができる。
まず、表裏導通型半導体素子１に表側電極２及び裏側電極５を形成する。表側電極２の側面を保護膜６で覆うことができるように、表裏導通型半導体素子１の表側面上の外縁部には表側電極２を形成しない。表裏導通型半導体素子１に表側電極２及び裏側電極５を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
次に、表裏導通型半導体素子１の表側面上の外縁部と表側電極２上の一部分とに保護膜６を形成する。保護膜６を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行なうことができる。
【００６４】
続いて、表裏導通型半導体素子１に形成された表側電極２及び裏側電極５をプラズマクリーニングする。プラズマクリーニングは、表側電極２及び裏側電極５に強固に付着した有機物残渣、窒化物又は酸化物をプラズマで酸化分解することによって除去し、表側電極２と、めっきの前処理液又はめっき液との反応性、及び裏側電極５と保護フィルムとの付着性を確保するために行われる。プラズマクリーニングは、表側電極２及び裏側電極５の両方に対して行われるが、表側電極２を重点的に行うことが好ましい。また、プラズマクリーニングの順番としては、特に限定されないが、裏側電極５をプラズマクリーニングした後に、表側電極２をプラズマクリーニングすることが好ましい。その理由は、表裏導通型半導体素子１の表側面には、表側電極２と共に有機物等で構成された保護膜６が存在しており、この保護膜６の残渣が表側電極２に付着していることが多いためである。なお、プラズマクリーニングは、保護膜６が消失しないように行う必要がある。
【００６５】
プラズマクリーニング工程の条件は、特に限定されないが、一般に、アルゴンガス流量：１０ｃｃ／分以上３００ｃｃ／分以下、印加電圧：２００Ｗ以上１０００Ｗ以下、真空度：１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下、処理時間：１分以上１０分以下である。
【００６６】
次に、裏側電極５が無電解ニッケル含有めっき液と接触しないように、プラズマクリーニングされた裏側電極５に保護フィルムを貼り付ける。この保護フィルムは、無電解金めっき層４の形成後、表裏導通型半導体素子１を６０℃以上１５０℃以下の温度で１５分以上６０分以下乾燥させた後、剥がせばよい。保護フィルムとしては、特に限定されず、めっき工程の保護用に用いられる公知の紫外線剥離型テープを用いることができる。保護フィルムとして紫外線剥離型テープを用いる場合、無電解金めっき層４の形成後、表裏導通型半導体素子１の裏面に紫外線を照射することで保護フィルムを剥離することができる。
【００６７】
プラズマクリーニングされた裏側電極５に保護フィルムを貼り付けた後、保護膜６が形成されていない残りの部分の表側電極２上に無電解ニッケル含有めっき層３を形成する。無電解ニッケル含有めっき層３の形成は、脱脂工程、酸洗い工程、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程、第二ジンケート処理工程及び無電解ニッケル含有めっき処理によって行われるか、又は脱脂工程、酸洗い工程、パラジウム触媒処理及び無電解ニッケル含有めっき処理によって行われる。各工程の間は、十分な水洗を行い、前工程の処理液又は残渣が次工程に持ち込まれないようにすることが重要である。
【００６８】
脱脂工程では、表側電極２の脱脂を行う。脱脂は、表側電極２の表面に付着した軽度の有機物、油脂分及び酸化膜を除去するために行われる。一般に、脱脂は、表側電極２に対してエッチング力が強いアルカリ性の薬液を用いて行われる。脱脂工程により、油脂分は鹸化される。また、鹸化されない物質については、アルカリ可溶の物質が当該薬液に溶解し、アルカリ可溶でない物質が表側電極２のエッチングによってリフトオフされる。
【００６９】
脱脂工程の条件は、特に限定されないが、一般に、アルカリ性薬液のｐＨ：７．５以上１０．５以下、温度：４５℃以上７５℃以下、処理時間：３０秒以上１０分以下である。
【００７０】
酸洗い工程では、表側電極２を酸洗いする。酸洗いは、硫酸等を用いて表側電極２の表面を中和すると共にエッチングによって荒らし、後工程における処理液の反応性を高め、めっきの付着力を向上させるために行われる。
【００７１】
酸洗い工程の条件は、特に限定されないが、一般に、温度：１０℃以上３０℃以下、処理時間：３０秒以上２分以下である。
【００７２】
続いて、表側電極２がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、無電解ニッケル含有めっき処理前に、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程及び第二ジンケート処理工程を有するジンケート処理を行うことが好ましい。表側電極２が銅からなる場合、無電解ニッケル含有めっき処理前に、パラジウム触媒処理を行うことが好ましい。
【００７３】
第一ジンケート処理工程では、表側電極２をジンケート処理する。ジンケート処理とは、表側電極２の表面をエッチングして酸化膜を除去しつつ亜鉛の皮膜を形成する処理である。一般的には、亜鉛が溶解した水溶液（ジンケート処理液）に、表側電極２を浸漬すると、表側電極２を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金よりも亜鉛の方が、標準酸化還元電位が貴であるため、アルミニウムがイオンとして溶解する。このとき生じた電子により、亜鉛イオンが表側電極２の表面で電子を受け取り、表側電極２の表面に亜鉛の皮膜が形成される。
【００７４】
ジンケート剥離工程では、表面に亜鉛の皮膜が形成された表側電極２を硝酸に浸漬し、亜鉛を溶解させる。
【００７５】
第二ジンケート処理工程では、ジンケート剥離工程によって得られた表側電極２をジンケート処理液に再度浸漬する。これにより、アルミニウム及びその酸化膜を除去しつつ、表側電極２の表面に亜鉛の皮膜が形成される。
上記のジンケート剥離工程及び第二ジンケート処理工程を行う理由は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる表側電極２の表面を平滑にするためである。なお、ジンケート処理工程及びジンケート剥離工程の繰り返しは、回数を増やすほど、表側電極２の表面が平滑になり、均一な無電解ニッケル含有めっき層３が形成される。表面平滑性を考慮すると、ジンケート処理を２回以上行うことが好ましいが、表面平滑性と生産性とのバランスを考慮すると、ジンケート処理を２回ないし３回行うことが好ましい。
【００７６】
パラジウム触媒処理では、表側電極２をパラジウム触媒液に浸漬することにより、表側電極２上にパラジウムを析出させ、パラジウム触媒層を形成する。パラジウム触媒層は、化学的に極めて安定であり、腐食などの損傷を受け難い。そのため、この後に続く無電解ニッケル含有めっき処理において表側電極２が腐食することを防止できる。パラジウム触媒液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【００７７】
パラジウム触媒液におけるパラジウムの濃度は、特に限定されないが、一般に０．１ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは０．３ｇ／Ｌ以上１．５ｇ／Ｌ以下である。パラジウム触媒液のｐＨは、特に限定されないが、一般に１．０以上３．５以下、好ましくは１．５以上２．５以下である。パラジウム触媒液の温度は、パラジウム触媒液の種類等に応じて適宜設定すればよいが、一般に４０℃以上８０℃以下、好ましくは４５℃以上７５℃以下である。処理時間は、パラジウム触媒層の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に２分以上３０分以下、好ましくは５分以上２０分以下である。
【００７８】
無電解ニッケル含有めっき処理工程では、ビスマス、タリウム、鉛及びヒ素からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が添加された無電解ニッケル含有めっき液に、表側電極２を浸漬することにより、無電解ニッケル含有めっき層３を形成する。亜鉛の皮膜又はパラジウム触媒層が形成された表側電極２を無電解ニッケル含有めっき液に浸漬すると、亜鉛及びパラジウムの方がニッケルよりも標準酸化還元電位が卑であるため、表側電極２上にニッケルが析出する。続いて、表面がニッケルで覆われると、無電解ニッケル含有めっき液中に含まれる還元剤（例えば、次亜リン酸等のリン化合物系還元剤、ジメチルアミンボラン等のホウ素化合物系還元剤）の作用によって、ニッケルが自触媒的に析出する。析出したニッケル中には、還元剤に由来する元素及び金析出促進元素が取り込まれて、無電解ニッケル含有めっき層３が形成される。無電解ニッケル含有めっき液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものに金析出促進元素を添加したものを用いることができる。
【００７９】
無電解ニッケル含有めっき液におけるニッケルの濃度は、特に限定されないが、一般に４．０ｇ／Ｌ以上７．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは４．５ｇ／Ｌ以上６．５ｇ／Ｌ以下である。無電解ニッケル含有めっき液における金析出促進元素の濃度は、特に限定されないが、好ましくは０．０１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは０．０５ｐｐｍ以上７５ｐｐｍ以下である。無電解ニッケル含有めっき液にビスマスを含有させる場合には、酸化ビスマス又は酢酸ビスマスの形態で添加することが好ましい。無電解ニッケル含有めっき液にタリウム及びヒ素を含有させる場合には、金属単体の形態で添加することが好ましい。無電解ニッケル含有めっき液に鉛を含有させる場合には、酸化鉛又は酢酸鉛の形態で添加することが好ましい。無電解ニッケルリンめっき液における次亜リン酸の濃度は、特に限定されないが、一般に２ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下、好ましくは１０ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下である。また、無電解ニッケルボロンめっき液におけるジメチルアミンボランの濃度は、特に限定されないが、一般に０．２ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下である。
【００８０】
無電解ニッケル含有めっき液のｐＨは、特に限定されないが、一般に４．０以上６．０以下、好ましくは４．５以上５．５以下である。無電解ニッケル含有めっき液の温度は、無電解ニッケル含有めっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に７０℃以上９０℃以下、好ましくは８０℃以上９０℃以下である。めっき時間は、めっき条件及び無電解ニッケル含有めっき層３の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に５分以上４０分以下、好ましくは１０分以上３０分以下である。
【００８１】
無電解ニッケル含有めっき処理が終了する直前（数分前）に、無電解ニッケル含有めっき液の供給量を増大させたり、無電解ニッケル含有めっき液の撹拌速度を速くしたり、無電解ニッケル含有めっき液の揺動を増加させたり、無電解ニッケル含有めっき液中の金析出促進元素の濃度を増大させたりすることによって、金析出促進元素を無電解ニッケル含有めっき層３の表層に偏析させることができる。また、無電解ニッケル含有めっき処理終了後に、表裏導通型半導体素子１をめっき槽からの引き上げる際に、温度の低い無電解ニッケル含有めっき液をめっき面に接触させて、無電解ニッケル含有めっき層３の表層に金析出促進元素を偏析させてもよい。特に、ビスマス及びヒ素は水溶液に対する溶解度が低いため、めっき液の温度が低いと析出しやすくなる。このように、金析出促進元素が無電解ニッケル含有めっき層３の表層に偏析することにより、後述する無電解金めっき処理工程において金の析出をより促進することができるので好ましい。
【００８２】
無電解金めっき処理工程では、無電解ニッケル含有めっき層３を形成した表側電極２を無電解金めっき液に浸漬することにより、無電解金めっき層４を形成する。無電解金めっき処理では、例えば置換型の無電解金めっき液中に含まれる錯化剤の作用により無電解ニッケル含有めっき層３のニッケルが金と置換されると共に、無電解ニッケル含有めっき層３の金析出促進元素を起点として金の析出が促進される。これにより、無電解金めっき層４が形成されると共に、無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との界面近傍に金析出促進元素が存在することとなる。従来の無電解ニッケル含有めっき層の表面が金で覆われると、ニッケルと金との置換反応が停止するため、無電解金めっき層の厚さを厚くすることが難しい。そのため、従来技術では、無電解金めっき層の厚さは最大で０．０５μｍ程度である。本実施の形態では、無電解ニッケル含有めっき層３の表層に金析出促進元素が偏析しているため、ニッケルと金との置換反応が停止せず、無電解金めっき層４の厚さを厚くすることができる。上記では、置換型の無電解金めっき液を用いた場合について説明したが、還元型の電解金めっき液等を用いてもよい。無電解金めっき液としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【００８３】
無電解金めっき液における金の濃度は、特に限定されないが、一般に０．３ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下である。無電解金めっき液のｐＨは、特に限定されないが、一般に６．０以上９．０以下、好ましくは６．５以上８．０以下である。無電解金めっき液の温度は、無電解金めっき液の種類及びめっき条件に応じて適宜設定すればよいが、一般に７０℃以上９０℃以下、好ましくは８０℃以上９０℃以下である。めっき時間は、めっき条件及び無電解金めっき層４の厚さに応じて適宜設定すればよいが、一般に５分以上３０分以下、好ましくは１０分以上２０分以下である。
【００８４】
必要に応じて、無電解金めっき処理後の表裏導通型半導体素子１を乾燥させる。具体的には、表裏導通型半導体素子を高速で回転させて水を吹き飛ばした後、オーブンに入れて９０℃で３０分乾燥させればよい。
【００８５】
実施の形態３によれば、表裏導通型半導体素子の実装時における半田付け品質を向上させることができるので、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００８６】
実施の形態４．
図４は、実施の形態４による半導体装置の模式断面図である。
図４において、本実施の形態の半導体装置は、表裏導通型半導体素子１と、表裏導通型半導体素子１の表側面上に形成された表側電極２と、表裏導通型半導体素子１の裏側面上に形成された裏側電極５と、表側電極２及び裏側電極５上にそれぞれ形成された無電解ニッケル含有めっき層３と、それぞれの無電解ニッケル含有めっき層３上に形成された無電解金めっき層４とを備える。無電解ニッケル含有めっき層３と無電解金めっき層４との少なくとも界面に、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）及びヒ素（Ａｓ）からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する。また、表側電極２上に形成された無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４の周囲を囲うように、無電解ニッケル含有めっき層３が形成されていない表側電極２上には保護膜６が設けられている。すなわち、本実施の形態の半導体装置は、裏側電極５上にも無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４が順次形成され且つそれらの層の界面近傍に、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）及びヒ素（Ａｓ）からなる群から選択される少なくとも一種の金析出促進元素が存在する点が実施の形態３と異なる。
【００８７】
表側電極２上に無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４を形成すると共に裏側電極５上に無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４を形成する方法としては、裏側電極５に保護フィルムを貼り付けずに、表側電極２及び裏側電極５の両方に対して同時に無電解めっき処理を行えばよい。表側電極２及び裏側電極５がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４を形成するプロセスは、実施の形態３で説明したプロセスと同様に、脱脂工程、酸洗い工程、第一ジンケート処理工程、ジンケート剥離工程、第二ジンケート処理工程、無電解ニッケル含有めっき処理及び無電解金めっき処理によって行われるので説明を省略する。また、表側電極２及び裏側電極５が銅からなる場合、無電解ニッケル含有めっき層３及び無電解金めっき層４を形成するプロセスは、実施の形態３で説明したプロセスと同様に、脱脂工程、酸洗い工程、パラジウム触媒処理、無電解ニッケル含有めっき処理及び無電解金めっき処理によって行われるので説明を省略する。
【００８８】
実施の形態４によれば、表裏導通型半導体素子の実装時における半田付け品質を向上させることができるので、接合信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００８９】
なお、上記の各実施の形態の半導体装置は、半導体ウエハをダイシングすることによって得られたチップ（表裏導通型半導体素子１）に対して各めっき処理を行うことによって製造してもよいし、生産性などの観点から、半導体ウエハに対して各めっき処理を行った後にダイシングすることによって製造してもよい。特に、近年、半導体装置の電気特性の改善の観点から、表裏導通型半導体素子１の厚さの低減が求められており、中心部に比べて外周部の厚さが大きい半導体ウエハでなければハンドリングが難しいことがある。このような中心部と外周部との厚さが異なる半導体ウエハであっても、上記の各めっき処理を用いることにより、所望のめっき層を形成することが可能である。
【００９０】
なお、上記の実施の形態１〜４では、表裏導通型半導体素子に表側電極及び裏側電極を形成した後、無電解ニッケル含有めっき層及び無電解金めっき層を形成した場合について説明したが、裏側電極を形成する時期は特に限定されない。裏側電極がどの時期に形成されたとしても本発明の効果は得られる。例えば、表裏導通型半導体素子の片側に表側電極を形成し、その表側電極上に無電解ニッケル含有めっき層及び無電解金めっき層を形成した後に、表裏導通型半導体素子の残りの片側に裏側電極を形成してもよい。
【実施例】
【００９１】
以下、実施例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
〔実施例１〕
実施例１では、図１に示す構造を有する半導体装置を作製した。
まず、表裏導通型半導体素子１として、Ｓｉ半導体素子（１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚さ７０μｍ）を準備した。
次に、Ｓｉ半導体素子の表側面上に、表側電極２としてのアルミニウム合金電極（ケイ素含有量：約１質量％、厚さ：５．０μｍ）を形成し、Ｓｉ半導体素子の裏側面上に、裏側電極５として、Ｓｉ半導体素子側からアルミニウム合金層（ケイ素含有量：約１質量％、厚さ：１．３μｍ）、ニッケル層（厚さ：１．０μｍ）及び金層（厚さ：０．０３μｍ）が積層した電極を形成した。その後、表側電極２上の一部分に保護膜６（ポリイミド、厚さ：８μｍ）を形成した。
次に、下記の表１に示す条件にて各工程を行うことによって表側電極２上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成し、半導体装置を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。【００９２】
【表１】
2020208998.tif 000003
【００９３】
得られた半導体装置における無電解ニッケル含有層３及び無電解金めっき層４の厚さを、市販の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を用いて測定した。その結果、無電解ニッケル含有層３の厚さは５．０μｍであり、無電解金めっき層４の厚さは０．１３μｍであった。半導体装置におけるニッケル濃度が低い層３ａの厚さ及びビスマス濃度を、市販のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、ニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０２μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであった。【００９４】
実装工程を模擬するため、得られた半導体装置の無電解金めっき層４に金属電極を直接半田付けしたところ、半田付け品質は良好であった。以上から、接合信頼性の高い半導体装置を作製することができたと考えられる。【００９５】
〔実施例２〕
実施例２では、図２に示す構造を有する半導体装置を作製した。
まず、表裏導通型半導体素子１として、Ｓｉ半導体素子（１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚さ７０μｍ）を準備した。
次に、Ｓｉ半導体素子の表側面上に、表側電極２としてのアルミニウム合金電極（ケイ素含有量：約１質量％、厚さ：５．０μｍ）を形成し、Ｓｉ半導体素子の裏側面上に、裏側電極５としてのアルミニウム合金電極（ケイ素含有量：約１質量％、厚さ：１．５μｍ）を形成した。その後、表側電極２上の一部分に保護膜８（ポリイミド、厚さ：８μｍ）を形成した。
次に、下記の表２に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極２上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成すると共に裏側電極５上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成し、半導体装置を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。【００９６】
【表２】
2020208998.tif 000004
【００９７】
得られた半導体装置における無電解ニッケル含有層３及び無電解金めっき層４の厚さを、市販の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を用いて測定した。その結果、表側電極２上に形成された無電解ニッケル含有層３の厚さは５．０μｍであり、表側電極２上に形成された無電解金めっき層４の厚さは０．１３μｍであり、裏側電極５上に形成された無電解ニッケル含有層３の厚さは５．１μｍであり、裏側電極５上に形成された無電解金めっき層４の厚さは０．１３μｍであった。半導体装置におけるニッケル濃度が低い層３ａの厚さ及びビスマス濃度を、市販のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、表側電極２上に形成されたニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０３μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであり、裏側電極５上に形成されたニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０２μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであった。【００９８】
実装工程を模擬するため、得られた半導体装置の無電解金めっき層４に金属電極を直接半田付けしたところ、半田付け品質は良好であった。以上から、接合信頼性の高い半導体装置を作製することができたと考えられる。【００９９】
〔実施例３〕
実施例３では、図３に示す構造を有する半導体装置を作製した。
まず、表裏導通型半導体素子１として、Ｓｉ半導体素子（１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚さ７０μｍ）を準備した。
次に、Ｓｉ半導体素子の表側面上に、表側電極２としての銅電極（厚さ：５．０μｍ）を形成し、Ｓｉ半導体素子の裏側面上に、裏側電極５として、Ｓｉ半導体素子側からアルミニウム合金層（ケイ素含有量：約１質量％、厚さ：１．３μｍ）、ニッケル層（厚さ：１．０μｍ）及び金層（厚さ：０．０３μｍ）が積層した電極を形成した。その後、表側電極２上の一部分に保護膜６（ポリイミド、厚さ：８μｍ）を形成した。
次に、下記の表３に示す条件にて各工程を行うことによって表側電極２上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成し、半導体装置を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。【０１００】
【表３】
2020208998.tif 000005
【０１０１】
得られた半導体装置における無電解ニッケル含有層３及び無電解金めっき層４の厚さを、市販の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を用いて測定した。その結果、無電解ニッケル含有層３の厚さは５．０μｍであり、無電解金めっき層４の厚さは０．１３μｍであった。半導体装置におけるニッケル濃度が低い層３ａの厚さ及びビスマス濃度を、市販のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、ニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０２μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであった。【０１０２】
実装工程を模擬するため、得られた半導体装置の無電解金めっき層４に金属電極を直接半田付けしたところ、半田付け品質は良好であった。以上から、接合信頼性の高い半導体装置を作製することができたと考えられる。【０１０３】
〔実施例４〕
実施例４では、図４に示す構造を有する半導体装置を作製した。
まず、表裏導通型半導体素子１として、Ｓｉ半導体素子（１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚さ７０μｍ）を準備した。
次に、Ｓｉ半導体素子の表側面上に、表側電極２としての銅電極（厚さ：５．０μｍ）を形成し、Ｓｉ半導体素子の裏側面上に、裏側電極５としての銅電極（厚さ：５．０μｍ）を形成した。その後、表側電極２上の一部分に保護膜８（ポリイミド、厚さ：８μｍ）を形成した。
次に、下記の表４に示す条件にて各工程を行うことによって、表側電極２上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成すると共に裏側電極５上に無電解ニッケル含有層３、ニッケル濃度が低い層３ａ及び無電解金めっき層４を順次形成し、半導体装置を得た。なお、各工程の間には、純水を用いた水洗を行った。【０１０４】
【表４】
2020208998.tif 000006
【０１０５】
得られた半導体装置における無電解ニッケル含有層３及び無電解金めっき層４の厚さを、市販の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を用いて測定した。その結果、表側電極２上に形成された無電解ニッケル含有層３の厚さは５．０μｍであり、表側電極２上に形成された無電解金めっき層４の厚さは０．１３μｍであり、裏側電極５上に形成された無電解ニッケル含有層３の厚さは４．７μｍであり、裏側電極５上に形成された無電解金めっき層４の厚さは０．１２μｍであった。半導体装置におけるニッケル濃度が低い層３ａの厚さ及びビスマス濃度を、市販のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、表側電極２上に形成されたニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０４μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであり、裏側電極５上に形成されたニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．０３μｍであり、ビスマス濃度は平均で６００ｐｐｍであった。【０１０６】
実装工程を模擬するため、得られた半導体装置の無電解金めっき層４に金属電極を直接半田付けしたところ、半田付け品質は良好であった。以上から、接合信頼性の高い半導体装置を作製することができたと考えられる。【０１０７】
〔比較例１〕
実施例１の無電解ニッケルリンめっき処理において用いた酸性無電解ニッケルリンめっき液（ビスマス濃度：５０ｐｐｍ）の代わりに、ビスマスが添加されていない酸性無電解ニッケルリンめっき液を用いたこと以外は実施例１と同様にして半導体装置を得た。【０１０８】
得られた半導体装置における無電解ニッケル含有層３及び無電解金めっき層４の厚さを、市販の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を用いて測定した。その結果、無電解ニッケル含有層３の厚さは５．０μｍであり、無電解金めっき層４の厚さは０．０３μｍであった。半導体装置におけるニッケル濃度が低い層３ａの厚さを、市販のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した。その結果、ニッケル濃度が低い層３ａの厚さは０．３μｍであった。【０１０９】
実装工程を模擬するため、得られた半導体装置の無電解金めっき層４に金属電極を直接半田付けしたところ、無電解金めっき層４と半田との濡れ性が悪かった。
【符号の説明】
【０１１０】
１  表裏導通型半導体素子、２  表側電極、３  無電解ニッケル含有めっき層、３ａ  ニッケル濃度が低い層、４  無電解金めっき層、５  裏側電極、６  保護膜。
【図１】
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【図２】
2020208998.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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