JP2000223442A - 無電解めっき方法およびその前処理方法 - Google Patents

無電解めっき方法およびその前処理方法

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友陵 庄野
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康幸 中岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電解金めっき後のはんだぬれ性、およびは
んだ付着強度を改良する。 【解決手段】 被めっき材を、金イオンを除去した無電
解金めっき液に接触させる工程と、金イオンを含む無電
解金めっき液に接触させる工程を連続して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだぬれ性、は
んだ付着強度が要求される電子部品の無電解金めっき方
法、無電解めっきの前処理方法に関するものである。さ
らには、これらの方法を使用した電子部品の製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子部品等ではんだ付けを行う部分に
は、酸化防止のため、表面に金を成膜している。例え
ば、半導体回路の表面に形成する電極パッドでは、アル
ミニウム配線上にニッケル、金をスパッタ、あるいはめ
っき等で成膜している。めっきで成膜する場合、通常、
無電解ニッケルめっき、無電解金めっきを連続で行って
いる。また、無電解ニッケルめっき後放置した場合、あ
るいはニッケルをスパッタで成膜した場合などは、酸洗
による酸化膜の除去工程、酸のめっき液中への持ち込み
を防ぐための水洗工程を経て金めっきを行っている。
【０００３】また、アルミニウム上に無電解ニッケルめ
っきを行う場合、ニッケルの密着力を向上させるため、
前処理として、エッチング、酸洗、ジンケート処理（亜
鉛置換あるいは亜鉛合金置換）を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無電解
ニッケルめっき、無電解金めっきを連続で行っても、無
電解ニッケルめっき後の水洗工程での酸化のため、無電
解金めっき後のはんだぬれ性、およびはんだ付着強度に
問題があった。また、無電解ニッケルめっき後放置した
場合、あるいはニッケルをスパッタで成膜した場合など
も、酸洗による酸化膜の除去工程後に水洗工程を経るた
め、水洗時に表面酸化膜が形成し、同様の問題があっ
た。
【０００５】また、酸洗後、水洗工程を省略すると、酸
洗の薬液成分がめっき液中に混ざり、めっき膜に析出異
常などの悪影響を及ぼすという問題があった。特に、半
導体回路の表面に形成する電極パッドでは、各パッドの
表面電位が異なるため、図４に示すように、特定のパッ
ドにおいて、表面酸化膜が厚く形成し、はんだ付着強度
低下の傾向が顕著であった。
【０００６】また、アルミニウム上に無電解ニッケルめ
っきを行う場合も、酸洗後に水洗工程を経るため、水洗
時に表面酸化膜が形成し、ジンケート処理で形成する亜
鉛膜の密着力が低下し、そのため無電解ニッケルめっき
膜の密着力が低下する問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、はんだぬれ性、はんだ
付着強度および密着力に優れた無電解めっきを行うこと
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかわる発明
は、被めっき材を、金イオンを除去した無電解金めっき
液に接触させる工程と、金イオンを含む無電解金めっき
液に接触させる工程を連続して行うことを特徴とする無
電解金めっき方法である。
【０００９】請求項２にかかわる発明は、金イオンを含
む無電解金めっき液に接触させる工程が、前記金イオン
を除去した無電解金めっき液に金イオンを添加して接触
させる工程であることを特徴とする請求項１記載の無電
解金めっき方法である。
【００１０】請求項３にかかわる発明は、金イオンの添
加を継続的に行うことを特徴とする請求項２記載の無電
解金めっき方法である。
【００１１】請求項４にかかわる発明は、被めっき材が
ニッケルまたはニッケルを主成分とした金属であること
を特徴とする請求項１記載の無電解金めっき方法であ
る。
【００１２】請求項５にかかわる発明は、被めっき材が
アンダーバンプメタル（以下、「ＵＢＭ」と略す）であ
ることを特徴とする請求項１記載の無電解金めっき方法
である。
【００１３】請求項６にかかわる発明は、被めっき材
を、亜鉛イオンを除去したジンケート液に接触させる工
程と、亜鉛イオンを含むジンケート液に接触させる工程
を連続して行うことを特徴とする無電解めっきの前処理
方法である。
【００１４】請求項７にかかわる発明は、亜鉛イオンを
含むジンケート液に接触させる工程が、前記亜鉛イオン
を除去したジンケート液に亜鉛イオンを添加して接触さ
せる工程であることを特徴とする請求項６記載の無電解
めっきの前処理方法である。
【００１５】請求項８にかかわる発明は、亜鉛イオンの
添加を継続的に行うことを特徴とする請求項７記載の無
電解めっきの前処理方法である。
【００１６】請求項９にかかわる発明は、被めっき材が
アルミニウム、あるいはアルミニウムを主成分とした金
属であることを特徴とする請求項６記載の無電解めっき
の前処理方法である。
【００１７】請求項１０にかかわる発明は、被めっき材
がＵＢＭであることを特徴とする請求項６記載の無電解
めっきの前処理方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は、被めっき材を、金イオ
ンを除去した無電解金めっき液に接触させる工程と、金
イオンを含む無電解金めっき液に接触させる工程を連続
して行うことを特徴とする無電解金めっき方法である。
【００１９】被めっき材としては、たとえばニッケル、
ニッケルを主成分とした金属、アルミニウム、あるいは
アルミニウムを主成分とした金属、チタン、金またはそ
れらの金属により形成されたＵＢＭがあげられる。ＵＢ
Ｍとしては、アルミニウム／ニッケル／金、アルミニウ
ム／チタン／ニッケル／金、アルミニウム／チッ化チタ
ン／ニッケル／金などがあげられる。なかでも、ニッケ
ルめっきの密着力向上の点で、アルミニウム／ニッケル
／金が好ましい。
【００２０】金イオンを除去した無電解金めっき液と
は、無電解金めっき液の調製に用いる化合物のうち金イ
オンを発生させる、たとえばシアン化金カリウムなどを
添加せずに調製しためっき液をいう。
【００２１】無電解金めっき液としては、金イオンの供
給源として、たとえばシアン化金カリウム、シアン化金
ナトリウム、亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、
塩化金酸ナトリウムなどがあげられる。なかでも、めっ
き液の安定性の点で、シアン化金カリウムが好ましい。
なお、シアンを含まない点では、亜硫酸金ナトリウムが
好ましいが、安定性に欠けている。
【００２２】金イオンを含む無電解金めっき液に接触と
は、被めっき材を、別途用意した金イオンを含む無電解
金めっき液に接触させること、または被めっき材を接触
させている前記金イオンを除去した無電解金めっき液
に、金イオンを添加することなどをいう。
【００２３】金イオンを除去した無電解金めっき液に金
イオンを添加する方法としては、所定の金イオンを一度
に添加する方法、または金イオンを除去した無電解金め
っき液に金イオンを継続的に添加する方法などがあげら
れる。金イオンを継続的に添加する場合には、１分間に
０．１〜０．５ｇ／ｌの速度で添加することが好まし
い。０．１ｇ／ｌ未満の場合、めっき時間が長くなり、
０．５ｇ／ｌをこえる場合、添加時間が短くなって継続
的に添加する意味がなくなる。
【００２４】また、本発明は、被めっき材を亜鉛イオン
を除去したジンケート液に接触させる工程と、亜鉛イオ
ンを含むジンケート液に接触させる工程を連続して行う
ことを特徴とする無電解めっきの前処理方法である。
【００２５】亜鉛イオンを除去したジンケート液とは、
ジンケート液の調製に用いる化合物のうち亜鉛イオンを
発生させる、たとえば酸化亜鉛などを添加せずに調製し
ためっき液をいう。
【００２６】亜鉛イオンを含むジンケート液に接触と
は、被めっき材を、別途用意した亜鉛イオンを含むジン
ケート液に接触させること、または被めっき材を接触さ
せている前記亜鉛イオンを除去したジンケート液に、亜
鉛イオンを添加することなどをいう。
【００２７】亜鉛イオンを除去したジンケート液に亜鉛
イオンを添加する方法としては、所定の亜鉛イオンを一
度に添加する方法、または亜鉛イオンを除去したジンケ
ート液に亜鉛イオンを継続的に添加する方法などがあげ
られる。亜鉛イオンを継続的に添加する場合には、１０
秒間に０．２５〜１．０ｇ／ｌの速度で添加することが
好ましい。０．２５ｇ／ｌ未満の場合、ジンケート処理
時間が長くなり、１．０ｇ／ｌをこえる場合、添加時間
が短くなって継続的に添加する意味がなくなる。
【００２８】以下、実施例をもとにして本発明を詳細に
説明する。
【００２９】実施例１ ここでは、電子部品のアルミニウム配線上への電極パッ
ドの形成方法として、チタン層、ニッケル層をスパッタ
で形成し、この上に無電解金めっきで金を成膜した。
【００３０】２５℃に保持した１０％硫酸に浸漬後、水
洗を行った電子部品を、９２℃に保持した塩化アンモニ
ウム（７５ｇ／ｌ）、クエン酸ナトリウム（５０ｇ／
ｌ）、次亜リン酸ナトリウム（１０ｇ／ｌ）の組成を有
する液に浸漬した。引き続き、９２℃に保持した塩化ア
ンモニウム（７５ｇ／ｌ）、クエン酸ナトリウム（５０
ｇ／ｌ）、次亜リン酸ナトリウム（１０ｇ／ｌ）、シア
ン化金カリウム（２ｇ／ｌ）の組成を有する無電解金め
っき液に浸漬し、金を約５０ｎｍ成膜した。
【００３１】その後、電子部品を１９５℃に保持し、各
パッドに、共晶はんだボールを乗せたところ、表１に示
すようにＩ／Ｏ、Ｖｃｃ、グランドに関わらず、良好な
ぬれ性を示した。また、ボールシェア試験においても、
はんだ内で破断しており、十分な接合強度を示した。
【００３２】実施例２ 実施例１と同様に、２５℃に保持した１０％硫酸に浸漬
後、水洗を行った電子部品を、９２℃に保持した塩化ア
ンモニウム（７５ｇ／ｌ）、クエン酸ナトリウム（５０
ｇ／ｌ）、次亜リン酸ナトリウム（１０ｇ／ｌ）の組成
を有する液に浸漬した。
【００３３】この液に、シアン化金カリウムを２ｇ／ｌ
になるように添加し、無電解金めっきを行ったところ
（金薄膜の膜厚約５０ｎｍ）、表１に示すように実施例
１と同様の効果が得られた。
【００３４】実施例３ 実施例１と同様に、２５℃に保持した１０％硫酸に浸漬
後、水洗を行った電子部品を、９２℃に保持した塩化ア
ンモニウム（７５ｇ／ｌ）、クエン酸ナトリウム（５０
ｇ／ｌ）、次亜リン酸ナトリウム（１０ｇ／ｌ）の組成
を有する液に浸漬した。
【００３５】この液に、シアン化金カリウムを３０秒あ
たり０．２５ｇ／ｌの割合で、２ｇ／ｌになるまで添加
し、無電解金めっきを行ったところ（金薄膜の膜厚約５
０ｎｍ）、表１に示すように実施例１と同様の効果が得
られた。
【００３６】比較例１ ここでは、電子部品のアルミニウム配線上への電極パッ
ドの形成方法として、チタン層、ニッケル層をスパッタ
で形成し、この上に無電解金めっきで金を成膜した。
【００３７】２５℃に保持した１０％硫酸に浸漬後、水
洗を行った電子部品を、９２℃に保持した塩化アンモニ
ウム（７５ｇ／ｌ）、クエン酸ナトリウム（５０ｇ／
ｌ）、次亜リン酸ナトリウム（１０ｇ／ｌ）、シアン化
金カリウム（２ｇ／ｌ）の組成を有する無電解金めっき
液に浸漬し、金を成膜した。
【００３８】その後、電子部品を１９５℃に保持し、各
パッドに、共晶はんだボールを乗せたところ、表１に示
すようにグランド部分のはんだぬれ性が大きく劣ってい
た。また、ボールシェア試験においても、グランド部分
で十分な接合強度を有しなかった。
【００３９】実施例４ ここでは、電子部品のアルミニウム配線上への電極パッ
ドは、すべて無電解めっきで行った。
【００４０】５０℃に保持した１％水酸化ナトリウムに
浸漬、水洗、３０％硝酸に浸漬、水洗の工程を経た電子
部品を、２５℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／
ｌ）、酸化亜鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ、酒石酸ナトリウムカ
リウム四水和物）、硝酸ナトリウム（１ｇ／ｌ）の組成
を有する液に浸漬した。これにより形成した亜鉛膜を硝
酸で剥離後、水洗を行った。次に、２５℃に保持した水
酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム
（１ｇ／ｌ）の組成を有する液に浸漬した。引き続き、
２５℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、酸
化亜鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／ｌ）、ロッシ
ェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム（１ｇ／ｌ）の
組成を有する液に浸漬し、約６０ｎｍの亜鉛膜を形成し
た。水洗後、市販の無電解ニッケルめっき液を用い、ニ
ッケル膜を形成した後、実施例１と同様の方法で無電解
金めっきを行った。
【００４１】その後、電子部品を１９５℃に保持し、各
パッドに、共晶はんだボールを乗せたところ、表１に示
すようにＩ／Ｏ、Ｖｃｃ、グランドに関わらず、良好な
ぬれ性を示した。また、ボールシェア試験においても、
はんだ内で破断しており、アルミニウム、ニッケル界面
での破断は発生しなかった。
【００４２】実施例５ ５０℃に保持した１％水酸化ナトリウムに浸漬、水洗、
３０％硝酸に浸漬、水洗の工程を経た電子部品を、２５
℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、酸化亜
鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／ｌ）、ロッシェル
塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム（１ｇ／ｌ）の組成
を有する液に浸漬した。これにより形成した亜鉛膜を硝
酸で剥離後、水洗を行った。次に、２５℃に保持した水
酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム
（１ｇ／ｌ）の組成を有する液に浸漬した。
【００４３】この液に、酸化亜鉛を５ｇ／ｌになるよう
に添加し、約６０ｎｍの亜鉛薄膜を形成した。そのの
ち、市販の無電解ニッケルめっき液を用い、ニッケル膜
を形成した後、実施例１と同様の方法で無電解金めっき
を行ったところ、表１に示すように実施例１と同様の効
果が得られた。
【００４４】実施例６ ５０℃に保持した１％水酸化ナトリウムに浸漬、水洗、
３０％硝酸に浸漬、水洗の工程を経た電子部品を、２５
℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、酸化亜
鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／ｌ）、ロッシェル
塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム（１ｇ／ｌ）の組成
を有する液に浸漬した。これにより形成した亜鉛膜を硝
酸で剥離後、水洗を行った。次に、２５℃に保持した水
酸化ナトリウム（５０ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム
（１ｇ／ｌ）の組成を有する液に浸漬した。
【００４５】この液に、酸化亜鉛を１０秒あたり１．０
ｇ／ｌの割合で、５ｇ／ｌになるまで添加し、約６０ｎ
ｍの亜鉛薄膜を形成した。そののち、市販の無電解ニッ
ケルめっき液を用い、ニッケル膜を形成した後、実施例
１と同様の方法で無電解金めっきを行ったところ、表１
に示すように実施例１と同様の効果が得られた。
【００４６】比較例２ ここでは、電子部品のアルミニウム配線上への電極パッ
ドは、すべて無電解めっきで行った。
【００４７】５０℃に保持した１％水酸化ナトリウムに
浸漬、水洗、３０％硝酸に浸漬、水洗の工程を経た電子
部品を、２５℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／
ｌ）、酸化亜鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム
（１ｇ／ｌ）の組成を有する液に浸漬した。これにより
形成した亜鉛膜を硝酸で剥離後、水洗を行った。引き続
き、２５℃に保持した水酸化ナトリウム（５０ｇ／
ｌ）、酸化亜鉛（５ｇ／ｌ）、塩化第二鉄（２ｇ／
ｌ）、ロッシェル塩（５０ｇ／ｌ）、硝酸ナトリウム
（１ｇ／ｌ）の組成を有する液に浸漬した。水洗後、市
販の無電解ニッケルめっき液を用い、ニッケル膜を形成
した後、実施例１と同様の方法で無電解金めっきを行っ
た。
【００４８】その後、電子部品を１９５℃に保持し、各
パッドに、共晶はんだボールを乗せたところ、表１に示
すようにＩ／Ｏ、Ｖｃｃ、グランドに関わらず、良好な
ぬれ性を示したが、ボールシェア試験において、グラン
ド部分で十分な接合強度を有しなかった。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【発明の効果】本発明の請求項１にかかわる発明によれ
ば、被めっき材を金イオンを除去した無電解金めっき液
に接触させることにより、水洗工程で形成した酸化膜を
除去し、引き続き、金イオンを含む無電解金めっき液に
接触させ、無電解金めっきを行うため、金属層間に酸化
膜の存在しない金めっきが可能であり、はんだぬれ性、
はんだ付着強度に優れた無電解金めっきが可能となる。
【００５１】本発明の請求項２および３にかかわる発明
によれば、金イオンを除去した無電解金めっき液に被め
っき材を浸漬することにより、水洗工程で形成した酸化
膜を除去し、引き続き、該めっき液に金イオンを添加し
て無電解金めっきを行うため、金属層間に酸化膜の存在
しない金めっきが可能となる。
【００５２】本発明の請求項４および５にかかわる発明
によれば、被めっき材がニッケル、ニッケルベースの金
属またはＵＢＭであるため、ニッケル層および金めっき
層間に、またはＵＢＭ層を形成するニッケルおよび金め
っき層間に酸化膜の存在しない金めっきが可能となる。
【００５３】本発明の請求項６にかかわる発明によれ
ば、被めっき材を亜鉛イオンを除去したジンケート液に
接触させることにより、水洗工程で形成した酸化膜を除
去し、引き続き、亜鉛イオンを含むジンケート液に接触
させ、ジンケート処理を行うため、金属層間に酸化膜の
存在しないジンケート処理が可能であり、密着力に優れ
たジンケート処理が可能となる。
【００５４】本発明の請求項７および８にかかわる発明
によれば、亜鉛イオンを除去したジンケート液に被めっ
き材を浸漬することにより、水洗工程で形成した酸化膜
を除去し、引き続き、該めっき液に亜鉛イオンを添加し
てジンケート処理を行うため、金属層間に酸化膜の存在
しないジンケート処理が可能となる。
【００５５】本発明の請求項９および１０にかかわる発
明によれば、被めっき材がアルミニウム、アルミニウム
ベースの金属またはＵＢＭであるため、アルミニウムお
よび亜鉛層間に、またはＵＢＭ層を形成するアルミニウ
ムおよび亜鉛層間に酸化膜の存在しないジンケート処理
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかわる無電解金めっき方法のプロ
セスフロー図である。
【図２】 本発明の無電解金めっき処理を行なった半導
体装置の断面図である。
【図３】 従来の無電解金めっき方法のプロセスフロー
図である。
【図４】 従来の無電解金めっき処理を行なった半導体
装置の断面図である。
【図５】 本発明にかかわる無電解めっきの前処理方法
のプロセスフロー図である。
【図６】 従来の無電解めっきの前処理方法のプロセス
フロー図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板、２ アルミニウム配線部、３ 絶縁膜
１、４ 絶縁膜２、５ 金、６ ニッケル、７ チタ
ン、８ Ｉ／Ｏパッド、９ Ｖｃｃパッド、１０ グラ
ンドパッド、１１ ニッケル酸化膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 和之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA41 BA03 BA14 BA36 CA03 CA15 CA16 CA17 DA01 DA03 DB02 DB04 DB07 4M104 BB02 BB09 BB36 CC01 DD53 FF13 HH08 HH20

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被めっき材を金イオンを除去した無電解
    金めっき液に接触させる工程、および金イオンを含む無
    電解金めっき液に接触させる工程を連続して行うことを
    特徴とする無電解金めっき方法。
  2. 【請求項２】 金イオンを含む無電解金めっき液に接触
    させる工程が、前記金イオンを除去した無電解金めっき
    液に金イオンを添加して接触させる工程であることを特
    徴とする請求項１記載の無電解金めっき方法。
  3. 【請求項３】 金イオンの添加を継続的に行うことを特
    徴とする請求項２記載の無電解金めっき方法。
  4. 【請求項４】 被めっき材がニッケル、またはニッケル
    を主成分とした金属であることを特徴とする請求項１記
    載の無電解金めっき方法。
  5. 【請求項５】 被めっき材がアンダーバンプメタルであ
    ることを特徴とする請求項１記載の無電解金めっき方
    法。
  6. 【請求項６】 被めっき材を亜鉛イオンを除去したジン
    ケート液に接触させる工程と、亜鉛イオンを含むジンケ
    ート液に接触させる工程を連続して行うことを特徴とす
    る無電解めっきの前処理方法。
  7. 【請求項７】 亜鉛イオンを含むジンケート液に接触さ
    せる工程が、前記亜鉛イオンを除去したジンケート液に
    亜鉛イオンを添加して接触させる工程であることを特徴
    とする請求項６記載の無電解めっきの前処理方法。
  8. 【請求項８】 亜鉛イオンの添加を継続的に行うことを
    特徴とする請求項７記載の無電解めっきの前処理方法。
  9. 【請求項９】 被めっき材がアルミニウム、またはアル
    ミニウムを主成分とした金属であることを特徴とする請
    求項６記載の無電解めっきの前処理方法。
  10. 【請求項１０】 被めっき材がアンダーバンプメタルで
    あることを特徴とする請求項６記載の無電解めっきの前
    処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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