特開 2024-47995 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047995

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240401BHJP

   H01L 21/288 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

H01L21/92 604B

H01L21/60 301P

H01L21/92 602D

H01L21/288 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153807

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 裕也

(72)【発明者】

【氏名】田中 俊介

【テーマコード（参考）】

4M104

5F044

【Ｆターム（参考）】

4M104AA01

4M104AA03

4M104AA04

4M104BB02

4M104BB03

4M104BB05

4M104BB09

4M104CC01

4M104DD52

4M104DD53

4M104GG06

5F044AA01

5F044EE04

5F044EE06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】方法は、半導体基板の上方に第１金属層２２を設けＳ１００、第１金属層２２の上方をジンケート液でジンケート処理しＳ１０２、第１金属層２２の上方にニッケルめっき層２４を形成し１０４、ニッケルめっき層２４の上方に金めっき層２６を形成するＳ１０６。ジンケート処理Ｓ１０２において、ジンケート処理するための浴槽に供給するジンケート液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の上方に設けられた第１金属層の上方をジンケート液でジンケート処理する段階と、
前記第１金属層の上方にニッケルめっき層を形成する段階と、
前記ニッケルめっき層の上方に金めっき層を形成する段階と、
を備え、
ジンケート処理する前記段階において、前記ジンケート処理するための浴槽に供給する前記ジンケート液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下である、
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記ニッケルめっき層を形成する前記段階において、前記半導体基板をニッケルめっき処理するための浴槽に供給するニッケルめっき液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以上である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記ニッケルめっき液中のニッケル濃度は、４．５ｇ／Ｌ以上、４．７ｇ／Ｌ以下である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記ジンケート液は、水酸化ナトリウム、オキシカルボン酸塩、硫酸ナトリウム、酸化亜鉛、および、鉄を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記ジンケート液中の亜鉛濃度は、２．０ｇ／Ｌ以上、３．０ｇ／Ｌ以下である、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記ジンケート液中の鉄濃度は、０．２５ｇ／Ｌ以上、０．３５ｇ／Ｌ以下である、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記金めっき層の上方にはんだを塗布した場合の前記はんだの濡れ性は、８０％以上、９０％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記はんだは、錫、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウムを含む、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記ニッケルめっき層の成膜速度は、０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記金めっき層の膜厚は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記第１金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金の少なくともいずれか一方を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記第１金属層の上方に前記ニッケルめっき層を形成する前記段階の後であって、前記ニッケルめっき層の上方に前記金めっき層を形成する前記段階の前に、前記ニッケルめっき層の上方にパラジウムめっき層を形成する段階を備える、請求項１から３のいずれか１項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、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「金属めっきの表面を、ネオペンチル脂肪酸エステル、二塩基酸、二塩基酸のアミノ塩のうち少なくとも一種類を、アルコール系、塩素系、フッ素系のうち少なくとも一種類の溶剤に溶解して調製した封孔処理剤で処理する」ことが記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００１－２３７２６２号公報
［特許文献２］ 国際公開第２０２１／０２００６４号
［特許文献３］ 特開２００８－２４８３７１号公報
［特許文献４］ 国際公開第２０１９／１６３４８４号
［特許文献５］ 特開２０２０－１２０１３３号公報

【発明の概要】

【0003】

本発明の態様は、半導体基板の上方に設けられた第１金属層の上方をジンケート液でジンケート処理する段階と、前記第１金属層の上方にニッケルめっき層を形成する段階と、前記ニッケルめっき層の上方に金めっき層を形成する段階と、を備え、ジンケート処理する前記段階において、前記ジンケート処理するための浴槽に供給する前記ジンケート液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以上である、半導体装置の製造方法を提供する。

【0004】

前記半導体装置の製造方法において、前記ニッケルめっき層を形成する前記段階において、前記半導体基板をニッケルめっき処理するための浴槽に供給するニッケルめっき液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以上であってよい。

【0005】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ニッケルめっき液中のニッケル濃度は、４．５ｇ／Ｌ以上、４．７ｇ／Ｌ以下であってよい。

【0006】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ジンケート液は、水酸化ナトリウム、オキシカルボン酸塩、硫酸ナトリウム、酸化亜鉛、および、鉄を含んでよい。

【0007】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ジンケート液中の亜鉛濃度は、２．０ｇ／Ｌ以上、３．０ｇ／Ｌ以下であってよい。

【0008】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ジンケート液中の鉄濃度は、０．２５ｇ／Ｌ以上、０．３５ｇ／Ｌ以下であってよい。

【0009】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記金めっき層の上方にはんだを塗布した場合の前記はんだの濡れ性は、８０％以上、９０％以下であってよい。

【0010】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記はんだは、錫、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウムを含んでよい。

【0011】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ニッケルめっき層の成膜速度は、０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下であってよい。

【0012】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記金めっき層の膜厚は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であってよい。

【0013】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金のいずれか一方を含んでよい。

【0014】

上記いずれかの半導体装置の製造方法は、前記第１金属層の上方に前記ニッケルめっき層を形成する前記段階の後であって、前記ニッケルめっき層の上方に前記金めっき層を形成する前記段階の前に、前記ニッケルめっき層の上方にパラジウムめっき層を形成する段階を備えてよい。

【0015】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】半導体装置１００の断面図の一例を示す。

【図2】電極部２０の製造工程の一例を示す。

【図3A】ジンケート工程Ｓ１０２の断面図の一例を示す。

【図3B】比較例のジンケート工程の断面図の一例を示す。

【図4】比較例のジンケート工程から金めっき工程における模式図の一例を示す。

【図5A】実施例の金めっき工程後の電極部２０の表面写真の一例を示す。

【図5B】比較例の金めっき工程後の電極部の表面写真の一例を示す。

【図6】比較例の金めっき工程とダイシング工程の断面図の一例を示す。

【図7A】実施例の金めっき工程後の電極部２０にはんだを滴下した場合の表面写真の一例を示す。

【図7B】比較例の金めっき工程後の電極部にはんだを滴下した場合の表面写真の一例を示す。

【図8】電極部２０の製造工程の変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0018】

本明細書においては、半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。

【0019】

図１は、半導体装置１００の断面図の一例を示す。半導体装置１００は、半導体基板１０と電極部２０とを備える。電極部２０は、第１金属層２２と、ニッケルめっき層２４と、金めっき層２６とを有する。

【0020】

半導体装置１００はウエハ状態であってよく、チップ状態であってもよい。一例として、半導体装置１００は、逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）であってよい。

【0021】

半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。

【0022】

電極部２０は、半導体基板１０の上方に設けられる。電極部２０は、半導体装置１００を半導体装置１００の外部と電気的に接続するために用いられてよい。電極部２０は、ボンディングワイヤによって半導体装置１００の外部と電気的に接続されてよい。電極部２０は、はんだを用いて、リードフレーム等の導電部材と電気的に接続されてよい。一例として、電極部２０は、ＲＣ－ＩＧＢＴに設けられるエミッタ電極であってよい。別の例として、電極部２０は、ＲＣ－ＩＧＢＴに設けられるコレクタ電極であってよい。

【0023】

第１金属層２２は、半導体基板１０の上方に設けられる。第１金属層２２は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金の少なくともいずれか一方を含んでよい。本例において、第１金属層２２は、アルミニウム‐シリコン合金を含む。

【0024】

ニッケルめっき層２４は、第１金属層２２の上方に設けられる。ニッケルめっき層２４は、リンを含有していてよい。ニッケルめっき層２４中のリン含有量は、５質量％以上、１０質量％以下であってよい。ニッケルめっき層２４がリンを含有することで、ニッケルめっき層２４が頑丈となり、割れにくくなる。

【0025】

金めっき層２６は、ニッケルめっき層２４の上方に設けられる。金めっき層２６の膜厚は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であってよい。金めっき層２６の膜厚を０．１μｍ以下にすることによって、金とリードフレーム等の導電部材との接合を改善し、金とリードフレーム等の導電部材との接続の信頼性を確保することができる。

【0026】

図２は、電極部２０の製造工程の一例を示す。本例は、電極部２０の製造工程の一例を示しており、これに限定されない。本例においては、第１金属層２２の下方に設けられる半導体基板１０の図示は省略してある。

【0027】

半導体基板１０の上方に第１金属層２２を設ける（Ｓ１００）。半導体基板１０の上方に第１金属層２２を設ける方法は、特に限定されない。第１金属層２２は、スパッタまたは蒸着等の方法によって形成されてよい。第１金属層２２が設けられた半導体基板１０に対して、脱脂工程、エッチング工程、および／または、酸洗浄工程が行われてよい。めっき形成の準備のための他の工程が行われてもよい。

【0028】

第１金属層２２の上方をジンケート液でジンケート処理する（Ｓ１０２）。ジンケート液は、水酸化ナトリウム、オキシカルボン酸塩、硫酸ナトリウム、酸化亜鉛、および、鉄を含んでよい。ジンケート液中のアルカリ性溶液により、第１金属層２２の表面に含まれるアルミニウムが溶解し、代わりに、ジンケート液中の亜鉛および／または鉄が第１金属層２２の表面に析出してよい。結果として、亜鉛および／または鉄を含むジンケート層２８が形成されてよい。

【0029】

ジンケート処理するための浴槽に供給するジンケート液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下であってよい。ジンケート液の流量を多くすることによって、第１金属層２２の表面に供給される亜鉛イオンおよび鉄イオンの量を増加することができる。これにより、亜鉛イオンおよび鉄イオンが供給されずに、第１金属層２２のエッチングのみが進行し、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができる。

【0030】

ジンケート液中の亜鉛濃度は、２．０ｇ／Ｌ以上、３．０ｇ／Ｌ以下であってよい。ジンケート液中の亜鉛濃度を２．０ｇ／Ｌ以上にすることによって、第１金属層２２の表面に供給される亜鉛イオンの量を増加することができる。これにより、亜鉛イオンが供給されずに、第１金属層２２のエッチングのみが進行し、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができる。ジンケート液中の亜鉛濃度を３．０ｇ／Ｌより高くすると、亜鉛濃度の上昇に伴って、ジンケート液中のアルカリ性溶液の量も増加することとなり、第１金属層２２の表面のエッチングが必要以上に進行してしまうおそれがある。そのため、ジンケート液中の亜鉛濃度は３．０ｇ／Ｌ以下であってよい。

【0031】

既存の濃度比のジンケート液の原液を希釈して用いる場合、ジンケート液中のアルカリ性溶液の量を増加することなく、ジンケート液中の亜鉛濃度を向上することは困難であるという問題がある。本例のように、ジンケート液の流量を多くすることで、既存の濃度比のジンケート液の原液を用いた場合であっても、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができる。

【0032】

第１金属層２２の表面に供給される亜鉛イオンの量を増加するため、ジンケート液に浸漬する時間を長くすることが考えられる。しかし、ジンケート液の流量が少ない場合、瞬時的に亜鉛イオンの供給される量が少なくなる部分においては、第１金属層２２の表面のエッチングがより進行し、第１金属層２２の表面が荒れることとなる。よって、ジンケート液に浸漬する時間を長くすることなく、ジンケート液の流量を多くすることが好ましい。ジンケート液の流量を多くすることで、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができる。

【0033】

ジンケート液中の鉄濃度は、０．２５ｇ／Ｌ以上、０．３５ｇ／Ｌ以下であってよい。ジンケート液中の鉄濃度を０．２５ｇ／Ｌ以上にすることによって、後に形成されるニッケルめっき層２４と第１金属層２２との間の密着性を向上させることができる。一方、ジンケート液中の鉄濃度が高すぎる場合、ジンケート工程における亜鉛の析出が阻害され、後に形成されるニッケルめっき層２４が成膜不良を生じるおそれがある。そのため、ジンケート液中の鉄濃度は０．３５ｇ／Ｌ以下であってよい。

【0034】

半導体基板１０の上方に設けられた第１金属層２２の上方をジンケート液でジンケート処理する段階（Ｓ１０２）の後、第１金属層２２の上方にニッケルめっき層２４を形成する（Ｓ１０４）。ジンケート層２８内の亜鉛および／または鉄が溶解し、代わりに、ニッケルめっき液中のニッケルが第１金属層２２の表面に析出することで、ニッケルめっき層２４が形成されてよい。ニッケルめっきは、ジンケート層２８内の亜鉛粒子を反応起点として析出してよい。ニッケルめっき層の綿密な析出のために、ジンケート層２８内の亜鉛粒子による第１金属層２２の綿密な表面被覆が形成されてよい。ジンケート処理（Ｓ１０２）において、ジンケート液の流量を多くすることで、ジンケート層２８内の亜鉛粒子による第１金属層２２の綿密な表面被覆を形成することが可能である。

【0035】

半導体基板１０をニッケルめっき処理するための浴槽に供給するニッケルめっき液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下であってよい。ニッケルめっき液の流量を多くすることによって、ジンケート層２８の表面に供給されるニッケルイオンの量を増加することができる。これにより、ニッケルイオンが供給されずに、第１金属層２２のエッチングが進行し、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができ、綿密なニッケルめっき層２４を形成することができる。

【0036】

ニッケルめっき液中のニッケル濃度は、４．５ｇ／Ｌ以上、４．７ｇ／Ｌ以下であってよい。ニッケルめっき液中のニッケル濃度を４．５ｇ／Ｌ以上にすることによって、ジンケート層２８の表面に供給されるニッケルイオンの量を増加することができる。これにより、ニッケルイオンが供給されずに、第１金属層２２のエッチングが進行し、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができ、綿密なニッケルめっき層２４を形成することができる。

【0037】

ニッケルめっき層２４の成膜速度は、０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下であってよい。ニッケルめっき層２４の成膜速度は、ニッケルめっき層２４が厚さ方向に成膜される速度であってよい。一例として、ニッケルめっき層２４の成膜速度が０．１μｍ／ｍｉｎである場合、ニッケルめっき層２４の形成開始から１分間が経過したときのニッケルめっき層２４の下面から上面までの厚さは、０．１μｍである。ニッケルめっき層２４の成膜速度０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下は、ニッケルめっき液中のニッケル濃度が４．５ｇ／Ｌ以上、４．７ｇ／Ｌ以下であり、かつ／または、ニッケルめっき液の流量が１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下であるときの成膜速度であってよい。すなわち、ニッケルめっき層２４の成膜速度０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下は、ジンケート層２８の表面に十分な量のニッケルイオンが供給されているときの成膜速度であってよい。

【0038】

次に、ニッケルめっき層２４の上方に金めっき層２６を形成する（Ｓ１０６）。ニッケルめっき層２４の表面のニッケルが溶解し、代わりに、金めっき液中の金がニッケルめっき層２４の表面に析出することで、金めっき層２６が形成されてよい。金めっき層２６の膜厚は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であってよい。金めっき層２６の膜厚を０．１μｍ以下にすることによって、金とリードフレーム等の導電部材との接合を改善し、金とリードフレーム等の導電部材との接続の信頼性を確保することができる。

【0039】

金めっき層２６の膜厚が薄い場合、ニッケルめっき層２４の表面が面荒れしていると、面荒れの多重点が局所エッチングされ、ピンホールが発生するおそれがある。金めっき層２６にピンホールが形成されると、半導体基板１０のダイシング時に、ピンホール部からニッケルイオンが拡散し、ニッケル酸化物層が金めっき層２６の表面に形成されるおそれがある。

【0040】

本例においては、ジンケート処理（Ｓ１０２）においてジンケート液の流量とジンケート液中の亜鉛濃度および／または鉄濃度を適切に設定することにより、ジンケート層の綿密な形成をしている。また、ニッケルめっき形成（Ｓ１０４）においてニッケルめっき液の流量とニッケルめっき液中のニッケル濃度を適切に設定することにより、綿密なニッケルめっき層２４を形成している。これにより、ニッケルめっき層２４の表面の面荒れを抑制し、ひいては、金めっき形成（Ｓ１０６）において、金めっき層２６にピンホールが形成されることを抑制することができる。

【0041】

金めっき層２６の形成後の電極部２０の表面の面荒れの程度は、金めっき層２６の上方にはんだを塗布した場合のはんだの濡れ性によって評価されてよい。はんだの濡れ性は、下記数学式１により計算されてよい。

【0042】

［数学式１］
Ｐ＝（１－ｈ_ａ／ｈ_ｂ）×１００

【0043】

ここで、Ｐははんだの濡れ性であり、ｈ_ａははんだ広がり後のはんだの高さであり、ｈ_ｂははんだ塗布時のはんだの高さである。はんだの高さとは、はんだの下面から上面までの高さのうち、最も高い位置におけるはんだの高さであってよい。

【0044】

はんだを塗布した後、はんだが金めっき層２６の上方において広がり、そのはんだの高さが、はんだ塗布時の高さよりも低くなればなるほど、はんだの濡れ性は高くなる。一例として、はんだ塗布時のはんだの高さが０．１ｍｍ、はんだ広がり後のはんだの高さが０．０１５ｍｍであるときのはんだの濡れ性は８５％である。本例における金めっき層２６の上方にはんだを塗布した場合のはんだの濡れ性は、８０％以上、９０％以下であってよい。

【0045】

はんだは、錫、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウムを含んでよい。一例として、各元素の含有率は、錫９５．２％、銀３．５％、銅０．５％、ニッケル０．０７％、ゲルマニウム０．０１％であってよい。鉛が含まれないはんだを用いる場合、対環境性に優れ、共晶に近く、熱疲労特性、強度、濡れ性に優れる。濡れ性の評価に用いられるはんだと、ボンディングワイヤの接続あるいはリードフレームの接合に用いられるはんだとは、同一の組成であってよい。

【0046】

図３Ａは、ジンケート工程Ｓ１０２の断面図の一例を示す。ジンケート工程Ｓ１０２では、ジンケート処理するための浴槽５０内に半導体基板１０が設置される。ジンケート液５２は、噴出孔５４から噴出される。

【0047】

半導体基板１０はウエハ状態であってよい。浴槽５０内に設けられる半導体基板１０の数は、１つであってよく、複数であってよい。浴槽５０内に設けられる半導体基板１０の表面積に対する浴槽５０の体積の割合を表す浴負荷は、１０以上、２０以下であってよい。一例において、浴負荷は１０であってよい。

【0048】

図３Ａにおいては、半導体基板１０の表面に設けられている第１金属層２２の図示は省略してある。半導体基板１０の表面に設けられている第１金属層２２は、半導体基板１０の一部に設けられていてよく、ウエハ上でチップに対応する位置に複数に分かれて設けられていてよい。

【0049】

図３Ａにおいて、破線の矢印は、ジンケート液５２の流れを表している。一例において、ジンケート液５２の流量は、１８Ｌ／ｍｉｎであってよい。ジンケート液の流量を多くすることによって、第１金属層２２の表面に供給される亜鉛イオンおよび鉄イオンの量を増加することができる。これにより、亜鉛イオンおよび鉄イオンが供給されずに、第１金属層２２のエッチングのみが進行し、第１金属層２２の表面が荒れるのを抑制することができる。

【0050】

図３Ｂは、比較例のジンケート工程の断面図の一例を示す。本例のジンケート工程は、ジンケート液５２の流量が少ない点で、図３Ａの実施例と相違する。一例において、ジンケート液５２の流量は、１５Ｌ／ｍｉｎであってよい。ジンケート液５２の流量が少ない場合、第１金属層２２の表面に、亜鉛イオンおよび鉄イオンが十分に供給されずに、第１金属層２２のエッチングのみが進行してしまうおそれがある。第１金属層２２のエッチングのみが進行し、ジンケート層２８が十分に形成されない場合、ニッケルめっき層２４の面荒れが生じるおそれがある。ニッケルめっき層２４の面荒れが生じると、金めっき層２６にピンホールが発生するおそれがある。

【0051】

図４は、比較例のジンケート工程から金めっき工程における模式図の一例を示す。ジンケート工程では、第１金属層２２の表面の金属が、金属イオン２２ａとなって析出し、代わりに、亜鉛イオン３０ａおよび鉄イオン３２ａが、それぞれ亜鉛３０ｂおよび鉄３２ｂとなって、第１金属層２２の表面に析出し、ジンケート層２８を形成する。図４中の破線の矢印は、ジンケート液５２の流れを表している。矢印の始点側を上流側と呼び、矢印の終点側と下流側と呼ぶ場合がある。

【0052】

ジンケート液５２の流量が少ない場合であっても、ジンケート液５２の上流側では、亜鉛イオン３０ａおよび鉄イオン３２ａが第１金属層２２の表面に十分に供給されるため、金属イオン２２ａの溶解と共に、亜鉛３０ｂおよび鉄３２ｂが析出し、ジンケート層２８が形成される。一方、ジンケート液５２の下流側では、亜鉛イオン３０ａおよび鉄イオン３２ａが含まれない純水部５６が生じ、その結果、亜鉛イオン３０ａおよび鉄イオン３２ａが第１金属層２２の表面に十分に供給されず、第１金属層２２のエッチング、すなわち、金属イオン２２ａの溶解のみが進行する。これにより、第１金属層２２の表面に面荒れが生じ、後に形成されるニッケルめっき層２４の面荒れ、および、金めっき層２６のピンホールが生じるおそれがある。本例において、金めっき層２６には、１０個のピンホールが生じている。

【0053】

図５Ａは、実施例の金めっき工程後の電極部２０の表面写真の一例を示す。図中の金めっき層２６の表面に見られる黒の斑点６０が面荒れを表している。実施例においては、ジンケート液の流量、ジンケート液中の亜鉛および鉄の濃度、ニッケルめっき液の流量、および、ニッケルめっき液中のニッケルの濃度を適切に設定することにより、面荒れを抑制し、斑点６０の数が少なく、かつ、斑点６０の密度が小さくなっている。

【0054】

図５Ｂは、比較例の金めっき工程後の電極部の表面写真の一例を示す。比較例においては、ジンケート液の流量、ジンケート液中の亜鉛および鉄の濃度、ニッケルめっき液の流量、および、ニッケルめっき液中のニッケルの濃度が適切に設定されておらず、面荒れが生じ、斑点６０の数が多く、かつ、斑点６０の密度が高くなっている。

【0055】

図６は、比較例の金めっき工程とダイシング工程の断面図の一例を示す。

【0056】

段階Ｓ５００では、第１金属層２２の上方にニッケルめっき層２４が設けられており、ニッケルめっき層２４の表面は面荒れを生じている。段階Ｓ５０２では、金めっき液中のアルカリ性溶液により、ニッケルめっき層２４の表面がニッケルイオン２４ａとなって溶解する。この際、面荒れの多重点では、局所的なエッチングが進行し、ピンホールが形成される。本例においては、２つのピンホールが形成されている。段階Ｓ５０４では、溶解したニッケルイオン２４ａの代わりに、金めっき層２６が形成される。段階Ｓ５０６では、半導体基板１０のダイシング工程において、半導体基板１０が水５８に浸される。この際、金めっき層２６に形成されたピンホール部から、ニッケルイオン２４ａが、水５８に溶解する。段階Ｓ５０８では、水５８に溶解したニッケルイオン２４ａの残渣によって、金めっき層２６の表面にニッケル酸化物層３４が形成される。このようにして形成されたニッケル酸化物層３４は、電極部２０の表面の面荒れとともに、はんだの濡れ性を低下させるおそれがある。

【0057】

ピンホールによって、ニッケル酸化物層３４が形成されるのを防止するため、特許文献１のように、封孔処理を行う技術が知られている。封孔処理は耐熱性が弱く、はんだリフロー時の加熱で耐食性が低下するという問題がある。

【0058】

実施例においては、ジンケート工程Ｓ１０２およびニッケルめっき工程Ｓ１０４において、ジンケート液の流量、ジンケート液中の亜鉛および鉄の濃度、ニッケルめっき液の流量、および、ニッケルめっき液中のニッケルの濃度を適切に設定することで、面荒れを抑制することにより、金めっき工程Ｓ１０６におけるピンホールの形成を抑制し、ニッケル酸化物層３４の形成が抑制されている。そして、面荒れおよびニッケル酸化物層３４の形成の抑制により、電極部２０のはんだの濡れ性を向上することができる。

【0059】

図７Ａは、実施例の金めっき工程後の電極部２０にはんだ６２を滴下した場合の表面写真の一例を示す。図７Ｂは、比較例の金めっき工程後の電極部にはんだ６２を滴下した場合の表面写真の一例を示す。実施例においては、比較例と比較して、電極部２０に滴下されたはんだ６２が、面内方向に等方的に広がっており、はんだの濡れ性は８５．６％であった。比較例においては、はんだ６２の広がりが小さく、広がり方も異方的であり、はんだの濡れ性は７８．１％であった。

【0060】

実施例においては、ジンケート液の流量、ジンケート液中の亜鉛および鉄の濃度、ニッケルめっき液の流量、および、ニッケルめっき液中のニッケルの濃度を適切に設定することにより、電極部２０のはんだの濡れ性を向上することができる。

【0061】

図８は、電極部２０の製造工程の変形例を示す。変形例におけるＳ２０６以外の工程は、Ｓ１００からＳ１０６と同様であるため、説明を省略する。

【0062】

変形例においては、第１金属層２２の上方にニッケルめっき層２４を形成する段階（Ｓ２０４、Ｓ１０４）の後であって、ニッケルめっき層２４の上方に金めっき層２６を形成する段階（Ｓ２０８、Ｓ１０６）の前に、ニッケルめっき層２４の上方にパラジウムめっき層３６を形成する段階を備えてよい。ニッケルめっき層２４と金めっき層２６の間にパラジウムめっき層３６を設けることで、金めっき層２６にピンホールが形成した場合であっても、ニッケルめっき層２４からピンホールを通してニッケルイオン２４ａが拡散されるのを抑制し、ニッケル酸化物層３４の形成を抑制することができる。

【0063】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0064】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0065】

１０ 半導体基板、２０ 電極部、２２ 第１金属層、２４ ニッケルめっき層、２６ 金めっき層、２８ ジンケート層、３０ 亜鉛、３２ 鉄、３４ ニッケル酸化物層、３６ パラジウムめっき層、５０ 浴槽、５２ ジンケート液、５４ 噴出孔、５６ 純水部、５８ 水、６０ 斑点、６２ はんだ、１００ 半導体装置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-06-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の上方に設けられた第１金属層の上方をジンケート液でジンケート処理する段階と、
前記第１金属層の上方にニッケルめっき層を形成する段階と、
前記ニッケルめっき層の上方に金めっき層を形成する段階と、
を備え、
ジンケート処理する前記段階において、前記ジンケート処理するための浴槽に供給する前記ジンケート液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下である、
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記ニッケルめっき層を形成する前記段階において、前記半導体基板をニッケルめっき処理するための浴槽に供給するニッケルめっき液の流量は、１６Ｌ／ｍｉｎ以上、２０Ｌ／ｍｉｎ以下である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記ニッケルめっき液中のニッケル濃度は、４．５ｇ／Ｌ以上、４．７ｇ／Ｌ以下である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記ジンケート液は、水酸化ナトリウム、オキシカルボン酸塩、硫酸ナトリウム、酸化亜鉛、および、鉄を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記ジンケート液中の亜鉛濃度は、２．０ｇ／Ｌ以上、３．０ｇ／Ｌ以下である、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記ジンケート液中の鉄濃度は、０．２５ｇ／Ｌ以上、０．３５ｇ／Ｌ以下である、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記金めっき層の上方にはんだを塗布した場合の前記はんだの濡れ性は、８０％以上、９０％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記はんだは、錫、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウムを含む、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記ニッケルめっき層の成膜速度は、０．１μｍ／ｍｉｎ以上、０．２μｍ／ｍｉｎ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記金めっき層の膜厚は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記第１金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金の少なくともいずれか一方を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記第１金属層の上方に前記ニッケルめっき層を形成する前記段階の後であって、前記ニッケルめっき層の上方に前記金めっき層を形成する前記段階の前に、前記ニッケルめっき層の上方にパラジウムめっき層を形成する段階を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0002】

特許文献１には、「金属めっきの表面を、ネオペンチル脂肪酸エステル、二塩基酸、二塩基酸のアミン塩のうち少なくとも一種類を、アルコール系、塩素系、フッ素系のうち少なくとも一種類の溶剤に溶解して調製した封孔処理剤で処理する」ことが記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００１－２３７２６２号公報
［特許文献２］ 国際公開第２０２１／０２００６４号
［特許文献３］ 特開２００８－２４８３７１号公報
［特許文献４］ 国際公開第２０１９／１６３４８４号
［特許文献５］ 特開２０２０－１２０１３３号公報

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0045】

はんだは、錫、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウムを含んでよい。一例として、各元素の含有率は、錫９５．２％、銀３．５％、銅０．５％、ニッケル０．０７％、ゲルマニウム０．０１％であってよい。鉛が含まれないはんだを用いる場合、耐環境性に優れ、共晶に近く、熱疲労特性、強度、濡れ性に優れる。濡れ性の評価に用いられるはんだと、ボンディングワイヤの接続あるいはリードフレームの接合に用いられるはんだとは、同一の組成であってよい。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0051】

図４は、比較例のジンケート工程から金めっき工程における模式図の一例を示す。ジンケート工程では、第１金属層２２の表面の金属が、金属イオン２２ａとなって析出し、代わりに、亜鉛イオン３０ａおよび鉄イオン３２ａが、それぞれ亜鉛３０ｂおよび鉄３２ｂとなって、第１金属層２２の表面に析出し、ジンケート層２８を形成する。図４中の破線の矢印は、ジンケート液５２の流れを表している。矢印の始点側を上流側と呼び、矢印の終点側を下流側と呼ぶ場合がある。