JP2006322037A

JP2006322037A - 金めっき液

Info

Publication number: JP2006322037A
Application number: JP2005145767A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Sone; 孝之曽根; Junko Tsuyuki; 純子露木
Original assignee: Electroplating Engineers of Japan Ltd
Current assignee: EEJA Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR20060119691A; KR100755378B1

Abstract

【課題】ノンシアン系の金めっき液について、バンプ形状の形成能力に優れ、熱処理を行った場合であっても、下地との密着性が良好で、且つ、バンプの接合性を確保するために適度な硬度を有した金めっきを処理することが可能な金めっき液を提供する。
【解決手段】金濃度５〜２０ｇ／Ｌの亜硫酸金ナトリウム又はそのエチレンジアミン錯体と、１０〜１００ｇ／Ｌの亜硫酸ナトリウムと、タリウム濃度１〜５０ｐｐｍのタリウム化合物とを含有する金めっき液において、亜硫酸カリウムを０．１〜５０ｇ／Ｌ含有するものとした。
【選択図】なし

Description

本発明はノンシアン系の金めっき液に関し、特に、バンプ形成に好適な金めっき処理が行える金めっき液及びそれを用いた金めっき方法に関する。

金めっき処理は、その優れた電気的特性から電子、電気部品、音響機器部品等の工業分野において広く利用されている。例えば、半導体の電気素子等におけるバンプの形成においては、電気的な接合を確保すべく金めっき処理が多く利用されている。

近年は、環境問題等の観点から、従来から使用されていたシアン系金めっき液に替えて、ノンシアン系の金めっき液が各種提案されている。このノンシアン系の金めっき液としては、亜硫酸金ナトリウムなどの亜硫酸金塩を金の供給源とし、電導塩としての亜硫酸塩、結晶調整剤、光沢剤等を含有したものが知られている。（特許文献１、特許文献２）
特開昭６４−６８４８９号公報特開昭５６−１０８８９２号公報

ところで、バンプを形成する際の金めっきとしては、良好な接合特性を実現するために、ある程度の硬さ、特に、熱処理後の硬度があまり高くない金めっきであることが要求される。また、バンプを形成する際の下地との密着性、例えば、バンプ下地がＴｉＷ／Ａｕ或いはＴｉ／Ｐｄ等のスパッタ皮膜の場合、その下地表面に金めっきを施しても剥がれを生じないことも要求されている。

さらに、製造する電気素子の軽薄短小化が目覚ましく、形成されるバンプ形状も微小なものとなっていおり、最近では数十μｍ角のバンプの形成も行われている。そのような微小なバンプを形成する場合、上述した硬度や密着性の要求はもとより、バンプ形状を精度良く形成できる金めっき処理であることが要求されている。例えば、角柱状バンプを形成する場合、角柱側面が膨らむような金めっき処理が施されるものは好ましくなく、レジストのプロファイルに従った直線性の高い金めっきを処理できることが要求されている。

しかしながら、上記した先行技術における金めっき液では、例えば、結晶調整剤としてタリウム化合物を含有する特許文献１の金めっき液では、比較的粗めの結晶状態の金めっきが施されるが、熱処理後の金めっき硬度がやや高いものとなったり、角柱状バンプを形成する場合、角柱側面が膨らむような析出となり易い。接合性の点において満足できるものといえないない。また、めっきの均一性や光沢性の向上のためにポリエチレンイミンなどの有機光沢剤を含有する特許文献２の金めっき液では、結晶粒が細かくバンプ形状の形成能力に優れ、熱処理後の金めっきの硬度も低下する。しかし、特許文献２のように有機光沢剤を含有する金めっき液では、下地との密着性が良好でないこと、例えば、ＴｉＷ／Ａｕのような下地に対して金めっきを施し、その後熱処理を行うと、その金めっきが下地との界面で剥離現象を生じることがあった。この点、特許文献１の金めっき液は下地との密着性は良好であったが、上述のように結晶状態の粗いことと硬度がやや高いことが接合性の点で満足できるものではなかった。

本発明は、このような事情を背景になされたものであり、ノンシアン系の金めっき液について、バンプ形状の形成能力に優れ、熱処理を行った場合であっても、下地との密着性が良好で、且つ、バンプの接合性を確保するために適度な硬度を有した金めっきを処理することが可能な金めっき液を提供するものである。

本発明者は、従来のノンシアン系の金めっき液について、様々な組み合わせの液組成を評価して鋭意研究を行った結果、本発明に係る金めっき液を想到するに至った。

本発明に係る金めっき液は、金濃度５〜２０ｇ／Ｌの亜硫酸金ナトリウム又はそのエチレンジアミン錯体と、１０〜１００ｇ／Ｌの亜硫酸ナトリウムと、タリウム濃度１〜５０ｐｐｍのタリウム化合物とを含有する金めっき液において、亜硫酸カリウムを０．１〜５０ｇ／Ｌ含有することを特徴とする。

この本発明に係る金めっき液は、従来の亜硫酸金塩をベースとするノンシアン系の電解金めっき液であるが、電導塩としての亜硫酸ナトリウム以外に、所定量の亜硫酸カリウムをさらに添加したことを特徴とするものである。この亜硫酸カリウムを含有させると、バンプ形状の形成能力に優れ、熱処理を行った場合であっても、下地との密着性が良好で、且つ、バンプの接合性を確保するために適度な硬度を有した金めっきを処理することが可能となる。

この亜硫酸カリウムの働きについては明確に判っていないが、結晶調整剤として含有されているタリウムと共存することで、適度な金めっきの析出を促進し、有機光沢剤と同様にめっきの均一性に寄与しているものと推測している。また、この亜硫酸カリウムは、無機の添加剤であるため、有機光沢剤を含有した金めっき液のように下地との密着性を低下させることがないものと考えられる。

本発明に係る金めっき液では、各液組成が所定濃度であることが必要である。金の供給源である亜硫酸金ナトリウム又はそのエチレンジアミン錯体は、金濃度で５〜２０ｇ／Ｌとする。５ｇ／Ｌ未満では、粗い結晶となり易くバンプ形状の形成能力が低下し、２０ｇ／Ｌを超えるとコスト的に不利になるからである。この金濃度は、実用上１０〜１６ｇ／Ｌであることが特に望ましい。次に電導塩としての亜硫酸ナトリウムは１０〜１００ｇ／Ｌとする。１０ｇ／Ｌ未満では、金の錯体の安定性が低下する傾向となり、１００ｇ／Ｌを超えると粗い結晶となり易くバンプ形状の形成能力が低下するからである。この亜硫酸ナトリウム濃度は、実用上５０〜８０ｇ／Ｌであることが特に望ましい。また、結晶調整剤としてのタリウム化合物は、タリウム濃度で１〜５０ｐｐｍとする。１ｐｐｍ未満では、粗い結晶となり易くバンプ形状の形成能力が低下し、５０ｐｐｍを超えると析出する金の純度低下を招くからである。このタリウム濃度は、実用上５〜２０ｐｐｍであることが特に望ましい。このタリウム化合物としては、ギ酸タリウム、硫酸タリウム、硝酸タリウム、酸化タリウムなど用いることができる。そして、亜硫酸カリウムは、０．１〜５０ｇ／Ｌ含有することが望ましい。０．１ｇ／Ｌ未満では、緻密な結晶を析出される作用が不十分となり、５０ｇ／Ｌを超えると逆に粗い結晶となりバンプ形状の形成能力が低下するからである。この亜硫酸カリウム濃度は、実用上０．５〜３０ｇ／Ｌであることが特に望ましい。

また、本発明に係る金めっき液は、ｐＨ６．０〜１０．０で、液比重１０〜３０°Ｂｅ′（ボーメ度）であることが望ましい。ｐＨ６．０未満では、金の錯体が不安定になる傾向となり、ｐＨ１０を超えると光沢のある結晶状態となり、硬い金めっきとなる傾向が強くなるからである。このｐＨ値は、実用上７．０〜９．０で有ることが特に望ましい。このｐＨ調整には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを用いることができる。また、液比重はめっき液の電気伝導度を適切に維持する指標となるため、液比重１０〜３０°Ｂｅ′（ボーメ度）の範囲が好ましく、実用的には１３〜２０°Ｂｅ′（ボーメ度）で有ることが特に望ましい。

本発明に係る金めっき液を用いて電解金めっき処理をする場合、めっき条件は、電流密度０．１〜２．０Ａ／ｄｍ^２、液温４０〜７０℃とすることが好ましい。電流密度が０．１Ａ／ｄｍ^２未満であると粗い結晶状態となる傾向があり、２．０Ａ／ｄｍ^２を超えると光沢性が高く、硬い金めっきとなるからである。また液温が４０℃未満であると、いわゆるヤケめっき状態となる傾向があり、７０℃を超えると、粗い結晶状態となる傾向があるからである。実用的には、電流密度０．２〜１．０Ａ／ｄｍ^２、液温５０〜６０℃とすること特に望ましい。

上述した本発明に係る金めっき液は、液の安定性を高めるための酸化防止剤や、析出物の平滑性を高めるための平滑化剤、若しくは、めっき液の表面張力を下げるための界面活性剤を適宜添加することも可能である。

本発明によれば、バンプ形状の形成能力に優れ、熱処理を行った場合であっても下地との密着性が良好で、且つ、バンプの接合性を確保するために適度な硬度を有した金めっきを処理することが可能となる。

以下、本発明に係る金めっき液の最良の形態について、実施例に基づいて説明する。

表１には、本発明の金めっき液として評価した実施例１〜４の各組成を示す。

まず、表１に示す各実施例の金めっき液を作製した。Ａｕ（金）は、亜硫酸金ナトリウムを用いて金めっき液を作成した。そして、ＴｉＷ下地が被覆された表面に、６０μｍ角のバンプ（高さ２０μｍ）を形成できるようにパターニングしたレジストが塗布された試験サンプル基板を準備し、各実施例の金めっき液にて、電流密度０．８Ａ／ｄｍ^２、液温６０℃にして、金めっき処理を行った。

そして、レジストを除去後、角柱状のバンプ表面の硬度、金属顕微鏡によるバンプ形状観察を行った。そして、２８０℃、３０ｍｉｎの熱処理を行い、熱処理後における金めっきのビッカース硬度測定及び密着性評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例１〜４の金めっき液では、バンプ形状の観察をしたところ、非常に直線性の良い角形状が形成されていた。また、熱処理後の硬度も、Ｈｖ４０〜５０程度であり、接合の際に好適な硬さであることが判った。さらに、下地であるＴｉＷとは、熱処理後においても剥離することなく安定して密着していることが確認された。

比較例：比較として、従来から用いられている金メッキ液について評価を行った。表２に、比較例として評価した金めっき液の各組成を示す。

比較として評価した金めっき液は、上記した実施例の液組成のうち、亜硫酸カリウムを添加していないもの（比較例１−１及び１−２）と、亜硫酸カリウムの替わりに有機光沢剤であるポリエチレンイミンを添加したもの（比較例２−１及び２−２）とした。メッキ条件については、上記実施例と同様とした。また、評価につても、金属顕微鏡によるバンプ形状観察、熱処理後の金めっきのビッカース硬度測定及び密着性評価を行った。その結果を表２に示す。

表２から判るように、比較例の金メッキ液では、基本的にバンプ形状の形成能力が十分なものではなかった。一部のバンプでは、角柱の側面側に膨らんだ状態となるものも存在していた。また、比較例１−１、１−２では、熱処理後の硬度がＨｖ６０〜７０となり、接合には硬すぎる傾向の金めっきであることが確認された。また、比較例２−１、２−２では、熱処理後の硬度はＨｖ４０〜４５の低い値であったが、この比較例２−１、２−２ともに、下地のＴｉＷとの密着性が良好でなく、熱処理後に下地ＴｉＷとの界面から剥離していることが確認された。

Claims

金濃度５〜２０ｇ／Ｌの亜硫酸金ナトリウム又はそのエチレンジアミン錯体と、１０〜１００ｇ／Ｌの亜硫酸ナトリウムと、タリウム濃度１〜５０ｐｐｍのタリウム化合物とを含有する金めっき液において、
亜硫酸カリウムを０．１〜５０ｇ／Ｌ含有することを特徴とする金めっき液。
ｐＨ６．０〜１０．０で、液比重１０〜３０°Ｂｅ′（ボーメ度）である請求項１に記載の金めっき液。
請求項１または請求項２に記載の電解金めっき液を用いる金めっき方法であって、
電流密度０．１〜２．０Ａ／ｄｍ^２、液温４０〜７０℃の条件で電解めっきをする金めっき方法。