JP2010144220A - 突起電極の形成方法及び置換金めっき液 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで簡略化した突起電極の形成方法、及びこれに用いる置換金めっき液を提供する。
【解決手段】本発明に係るバンプ２の形成方法は、電極１２上に形成された導電性のコア２１の表面を、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆する被覆工程を包含し、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の金膜２２をコア２１の表面に形成する。これにより、バンプ２を形成するに十分な膜厚の金膜２２を形成するために、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、製造工程を簡略化し、コストを低減させることが可能になる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るバンプ２の形成方法は、電極１２上に形成された導電性のコア２１の表面を、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆する被覆工程を包含し、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の金膜２２をコア２１の表面に形成する。これにより、バンプ２を形成するに十分な膜厚の金膜２２を形成するために、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、製造工程を簡略化し、コストを低減させることが可能になる。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体装置における接続端子となる突起電極の形成方法及び置換金めっき液に関する。
半導体装置は、そのトランジスタ及び配線の大きさが縮小し、その単位面積あたりの集積度が高まっているため、製造コストが逓減する。一方で、半導体装置の機能は、大規模化及び多様化している。半導体装置の製造コストのうち、半導体チップを製造する工程（以下、前半工程という）におけるコストは大きく減少しているが、電子部品として完成させるためにパッケージングし、電子回路基板に組み込む工程（以下、後半工程という）におけるコストはあまり減少していない。この後半工程におけるコストは、半導体装置の製造コストにおいて大きな割合を占める傾向が強くなっており、半導体装置の製造コスト低減に対する大きな阻害要因となっている。
液晶パネル駆動用の半導体装置においては、市場の厳しい低価格要求に加えて、高品質かつ多端子化することが求められており、これらに対応するために後半工程にかかるコストが全体の過半を占めるようになっている。さらに、近年、貴金属価格の高騰が続いている。そのため、液晶パネル駆動用の半導体装置における半導体チップに形成する突起電極（以下、バンプともいう）は、バンプの全体が金（Ａｕ）により構成されている従来の構成から、バンプの主構成部が非貴金属であり、表面のみが金により構成されている新方式の構成に変わりつつある。このような新方式のバンプの形成する方法として、バンプの主構成部をニッケル（Ｎｉ）合金とし、その表面に無電解めっき技術を用いて金めっきを施す方法が知られており、該方法はコスト低下に有利な方法とされている。なお、バンプにおける金めっきは、その後の実装時の接合特性を良好にするために、厚さ０．１μｍ以上の金被膜を形成（厚付け）することが好ましい。
従来の、Ｎｉ又はＮｉ合金表面の金めっき方法においては、まず置換金めっきにより０．０３〜０．０５μｍの薄い金被膜を形成（薄付け）し、続いて還元金めっきにより、所望の厚さの金被膜を形成する方法が一般的に知られている（特許文献１参照）。
また、特許文献２には、錯化剤、水溶性銀化合物を含み、さらに任意で水溶性タリウム化合物、水溶性鉛化合物、水溶性銅化合物、水溶性ニッケル化合物又はこれらの組合せを含む置換無電解金めっき液について記載されている。また、特許文献２には、置換金めっきにより金被膜を薄付けした後に、同じ金めっき液を用いて金被膜を厚付けすることが記載されている。
さらに、特許文献３には、自己触媒型厚付け無電解金めっきの下地として、金被膜を薄付けするための置換無電解金めっき液が記載されており、下地として金被膜を薄付けした後に、所望の厚さの金被膜を形成するために、さらに金めっき処理を行っている。
さらにまた、特許文献４には、金めっきにおいて下地金属の浸食を少なくし、金めっき被膜と下地金属との密着性を向上させるために、ポリエチレンイミンを添加した無電解金めっき液を用いることが開示されている。
特開平６−２３２１３６号公報（１９９４年８月１９日公開）
国際公開第０２／１６６６８号パンフレット（２００２年２月２８日公開）
特開平４−３１４８７０（１９９２年１１月６日公開）
特開２００３−１３２４８（２００３年１月１５日公開）
上述した従来の金めっき方法では、一回の金めっき工程で形成される金被膜の厚さは０．１μｍ以下であり、金めっきにより突起電極に金被膜を厚さ０．１μｍ以上に厚付けする場合、２回以上の金めっき工程（薄付け工程を行った後に厚付け工程を行う等）が必要であった。これにより製造工程が煩雑化し、また製造コストを低減させることが困難であるという問題を有している。
本発明は、一回の置換金めっき工程のみにて、突起部の表面に、良好な接合特性を有する、金を含む膜（金膜）を厚付けすることができる突起電極の形成方法及び置換金めっき液を提供し、その結果、製造工程を簡略化し、コストを低減させることを目的とする。
本発明に係る突起電極の形成方法は、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆膜を形成する被覆工程を包含し、一回の上記被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を上記突起部の表面に形成することを特徴としている。
上記の構成であれば、電極上に形成された導電性の突起部の表面を、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆するので、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の、良好な接合特性を有する被覆膜を上記突起部の表面に形成することができる。すなわち、突起電極を形成するに十分な膜厚の被覆膜を、一回の被覆処理により形成することができるので、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、突起電極の製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることが可能である。
本発明に係る突起電極の形成方法において形成する被覆膜は、０．１μｍ以上であるので、該膜により突起部を完全に被覆することができ、突起電極としての抵抗値を低く保つことができる。また、本発明に係る突起電極の形成方法において形成する被覆膜は０．５μｍ以下であるので、突起部としての十分な機能を備えつつ、製造コストを低くすることができる。
本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液は、亜硫酸カリウムを含んでいることにより、当該亜硫酸カリウムが金の析出速度を向上させるため、一回の被覆工程のみにて十分な厚さの金膜を形成することができる。また、置換金めっき液がポリエチレンイミン又はその誘導体をさらに含んでいることにより、外観、接合特性などに優れた均一な金膜を形成できる。したがって、突起部の表面に、一回の被覆工程のみによって、十分な厚さを有し、さらに外観に優れた均一な金膜を厚付けすることができる。
また、本発明に係る突起電極の形成方法においては、上記置換金めっき液は、上記亜硫酸カリウムを５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。
本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液に含まれる亜硫酸カリウムが５０ｍｇ／Ｌ以上であれば、十分なめっき速度が得られ、また５００ｍｇ／Ｌ以下であれば、めっき液が不安定にならず、自己分解を起こさないため、より安定して突起電極を形成するのに十分に厚い金膜を形成することができる。
また、本発明に係る突起電極の形成方法においては、上記置換金めっき液は、上記ポリエチレンイミン又はその誘導体を０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。
本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液に含まれるポリエチレンイミン又はその誘導体が０．０１ｍｇ／Ｌ以上であれば、被覆された金膜の外観がより良好であり、また１０ｍｇ／Ｌ以下であれば、金の析出速度が低下せず、さらに突起部の表面と金との密着不良を引き起こすことがない。したがって、外観、接合特性などにより優れた均一な金膜を形成することがさらに容易になる。
また、本発明に係る突起電極の形成方法においては、上記置換金めっき液は、金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩と、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下の亜硫酸カリウム以外の亜硫酸塩と、１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下のエチレンジアミン四酢酸塩とをさらに含んでいることが好ましい。
本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液が金量として０．１ｇ／Ｌ以上に相当する金塩を含んでいれば、金の析出速度を適度に維持することができ、また５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩を含んでいれば、突起部の表面と金との密着性をより高めることができる。また、亜硫酸塩は金錯体を安定化させる作用を有しているので、本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液が、亜硫酸カリウム以外に、亜硫酸塩を１０ｇ／Ｌ以上含んでいれば、金がより安定して存在し、亜硫酸塩を７０ｇ／Ｌ以下含んでいれば金の析出速度を低下させず高い生産性を維持することができる。また、本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液がエチレンジアミン四酢酸塩を含んでいれば、被覆工程において突起部を構成する金属が溶出した際、該金属の錯化剤として機能し得る。エチレンジアミン四酢酸塩を１０ｇ／Ｌ以上含んでいれば、溶出した該金属の影響を小さくすることができるため、より良好な外観のめっきを形成させることができる。また、エチレンジアミン四酢酸塩の濃度が５０ｇ／Ｌ以下であれば、より低コストにて突起電極を形成させることができる。
また、本発明に係る突起電極の形成方法においては、上記置換金めっき液は、ｐＨ６以上ｐＨ８以下、及び４５℃以上７０℃以下であることが好ましい。
本発明に係る突起電極の形成方法において使用する置換金めっき液のｐＨが６以上であれば、置換金めっき液が自己分解するおそれがない。また、ｐＨが８以下であれば、金の析出速度が高くなり、十分なめっき速度を得ることができる。また、使用する置換金めっき液を４５℃以上の条件において用いれば、十分なめっき速度が得られ、短時間で好ましい厚さの膜を形成することができる。また、７０℃以下の条件において用いれば、置換金めっき液が自己分解する可能性を低くすることができるので、該めっき液の安定性を向上させることができる。
本発明に係る置換金めっき液は、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液であって、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含むことを特徴としている。
本発明に係る置換金めっき液は、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するために用いられるものであり、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含んでいるので、これを突起電極の形成に用いれば、突起電極を形成するに十分な膜厚であり、良好な接合特性を有する被覆膜を、一回の被覆処理により形成することが可能であり、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、突起電極の製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることが可能である。
本発明に係る置換金めっき液は亜硫酸カリウムを含んでいるので、金の析出速度を向上させることによって、十分な厚さの金膜を形成することができる。さらに、本発明に係る置換金めっき液はポリエチレンイミン又はその誘導体を含んでいるので、外観、接合特性などに優れた均一な金膜を形成することができる。
また、本発明に係る一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液は、上記亜硫酸カリウムを５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。
本発明に係る置換金めっき液に含まれる亜硫酸カリウムが５０ｍｇ／Ｌ以上であれば、十分なめっき速度が得られ、また５００ｍｇ／Ｌ以下であれば、該めっき液が不安定にならず、自己分解を起こさないため、より安定して必要十分な厚い金膜を形成することができる。
また、本発明に係る一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液は、上記ポリエチレンイミン又はその誘導体を０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。
本発明に係る置換金めっき液に含まれるポリエチレンイミン又はその誘導体が０．０１ｍｇ／Ｌ以上であれば、金めっきの外観がより良好になり、また１０ｍｇ／Ｌ以下であれば、金の析出速度が低下せず、さらに突起部の表面と金との密着不良を引き起こすことがない。したがって、外観、接合特性などにより優れた均一な金膜を形成することがさらに容易になる。
また、本発明に係る一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液は、金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩と、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下の亜硫酸塩と、１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下のエチレンジアミン四酢酸塩とをさらに含んでいることが好ましい。
本発明に係る置換金めっき液が金量として０．１ｇ／Ｌ以上に相当する金塩を含んでいれば、金の析出速度を適度に維持することができ、また５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩を含んでいれば、突起部の表面と金との密着性をより高めることができる。また、亜硫酸塩は金錯体を安定化させる作用を有しているので、本発明に係る置換金めっき液が、亜硫酸カリウム以外に、亜硫酸塩を１０ｇ／Ｌ以上含んでいれば、金がより安定して存在し、亜硫酸塩を７０ｇ／Ｌ以下含んでいれば、金の析出速度を低下させず、より高い生産性を維持することができる。また、本発明に係る置換金めっき液がエチレンジアミン四酢酸塩を含んでいれば、金めっき工程において突起部を構成する金属が溶出した際、該金属の錯化剤として機能し得る。さらに本発明に係る置換金めっき液がエチレンジアミン四酢酸塩を１０ｇ／Ｌ以上含んでいれば、溶出した該金属の影響を小さくすることができるため、より良好な外観のめっきを形成させることができる。また、エチレンジアミン四酢酸塩を５０ｇ／Ｌ以下含んでいれば、より低コストにてめっきを形成させることができる。
本発明に係る突起電極の形成方法は、以上のように、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆膜を形成する被覆工程を包含し、一回の上記被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を上記突起部の表面に形成するので、突起電極を形成するに十分な膜厚であり、良好な接合特性を有する被覆膜を、一回の被覆処理により形成することができるので、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、製造工程を簡略化し、コストを低減させることが可能になる。
本発明に係る置換金めっき液は、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するために用いられるものであり、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含んでいるので、これを突起電極の形成に用いれば、突起電極を形成するに十分な膜厚の被覆膜を、一回の被覆処理により形成することが可能であり、被覆処理を繰り返し行う必要がない。その結果、突起電極の製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることが可能である。
本発明に係る突起電極の形成方法は、電極上に形成された導電性の突起部の表面を、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆する被覆工程を有する。本明細書中において、突起電極は、電極に電気的に接続している突起した電極が意図され、例えば半導体装置などに設けられる接続端子などであってもよく、バンプと称することもある。
本発明に係る突起電極の形成方法における一実施形態について、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して以下に説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るバンプ（突起電極）２の形成方法の一実施形態における各工程を模式的に示す断面図である。
〔コア形成工程〕
まず、バンプ２のコア（突起部）２１を形成する工程（コア形成工程）について以下に説明する。なお、本実施形態においては、上述した被覆工程の前に、コア形成工程を行う例について説明するが、本発明においては、電極１２上に形成された導電性のコア２１を別途用意して、後述する被覆工程を行ってもよい。
まず、バンプ２のコア（突起部）２１を形成する工程（コア形成工程）について以下に説明する。なお、本実施形態においては、上述した被覆工程の前に、コア形成工程を行う例について説明するが、本発明においては、電極１２上に形成された導電性のコア２１を別途用意して、後述する被覆工程を行ってもよい。
コア２１を形成する工程においては、まず、図１（ａ）に示すように、表面上に電極１２が設けられた基板１を用意する。電極１２の基板１に接していない方の面は、その一部が露出するように絶縁膜１１によって覆われている。基板１と電極１２とは、接着剤等により貼り合わせられていてよい。
基板１としては、例えば半導体装置において通常用いられている基板であればよく、シリコン基板、ガラス基板等を好適に使用可能である。電極１２としては、半導体装置において通常用いられている電極であればよく、パッド状の電極パッド等を好適に使用可能である。電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、又は、アルミニウム−ケイ素合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウム−ケイ素−銅合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）などのアルミニウム合金、などにより構成されるものを用いることが可能である。
次に、図１（ｂ）に示すように、電極１２及び絶縁膜１１上にコア２１を形成する。コア２１は、導電性を有する金属により構成し、電極１２に電気的に接続されるように形成する。
コア２１を構成する金属としては、置換金めっき液によるめっきにおいて金との置換が起こる金属を用いることが好ましく、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、錫（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）などが挙げられる。これらの金属でコア２１を構成すれば、その後の被覆工程において効率よく金めっきを行うことができる。形成するコア２１の形状は、特に限定されないが、バンプが外部の端子などに接続される場合に、該端子と接続可能な形状であることが好ましい。
コア２１は、例えばニッケルのような金属を含む無電解めっき液を用いて、被覆膜１１及び電極１２上に当該金属を析出させることによって形成することができるニッケルを主な構成成分として含むコアを形成する場合、後述の実施例に示すように、まず、シリコン基板に設けられたアルミニウム電極の表面に亜鉛を置換析出させる（ジンケート処理）。このように、Ａｌと亜鉛とを置換して電極１２の表面に亜鉛粒子を生成することによって、Ａｌが過度に溶解し、ＡｌとＮｉとの密着性が低下することを防ぐことができる。その後、無電解ニッケルめっき液を用いて、所望の大きさ（又は高さ）になるまでニッケルを析出させる。このとき、ジンケート処理により電極１２の表面に亜鉛粒子が生成されていれば、亜鉛粒子とＮｉとが置換され、その後持続的にＮｉが析出する。その結果、電極１２の表面にＮｉにより構成される突起部２１を効率的に形成させることができる。
なお、コア２１を形成する方法はこれに限定されず、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、基板１上に、コア２１を形成させる部分が開口したマスクパターンを絶縁物により形成し、公知の電解めっき技術を用いてコア２１を形成する方法などを用いることができる。
〔被覆工程〕
次いで、図１（ｃ）に示すように、コア２１の表面に金膜（被覆膜）２２を形成する被覆工程を行う。これにより、コア２１と金膜２２とを含むバンプ２を形成することができる。
次いで、図１（ｃ）に示すように、コア２１の表面に金膜（被覆膜）２２を形成する被覆工程を行う。これにより、コア２１と金膜２２とを含むバンプ２を形成することができる。
被覆工程においては、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む本発明に係る置換金めっき液を用いて、コア２１の表面を金膜２２で被覆する。被覆工程においては、コア２１の表面を本発明に係る置換金めっき液に接触させ、置換めっきによりコア２１の表面に金を析出させる。置換めっきとは、無電解めっきの一種であり、めっき液から金属を被めっき面に析出させる方法である。
コア２１の表面を本発明に係る置換金めっき液に接触させる方法としては、例えば、コア２１の表面を置換金めっき液に浸漬する方法、コア２１の表面に置換金めっき液を噴射する方法、コア２１を形成した基板１に直交する軸を中心に基板１を回転させ、置換金めっき液をコア２１の表面に滴下する方法、などを用いることができる。
本発明において、コア２１を本発明に係る置換金めっき液を用いて置換めっきする場合、コア２１は、金よりもイオン化傾向が高い金属により構成されていることが好ましい。例えば、コア２１がニッケル又はニッケル合金により構成されている場合には、コア２１を構成する金属のイオン化傾向が金よりも高いため、置換金めっき液に接触すると、その表面においてコア２１を構成する金属が電子を放出して溶解する。その結果、めっき液中の金が当該電子を受け取ってコア２１表面に析出する。これにより、コア２１の表面に金膜２２を効率よく形成することができる。
また、被覆工程において、本発明に係る置換金めっき液を用いてコア２１表面に金膜２２を形成すれば、一回の被覆工程で、０．１μｍ以上０．５μｍ以下の厚さを有する金膜２２をコア２１の表面に形成することができる。すなわち、本被覆工程においては、上述した置換金めっき液を用いた置換金めっき処理を一度行うのみで、バンプ２として十分な金膜２２を形成することができるので、このような置換金めっき処理を繰り返して膜を積み重ねる必要がない。ここで、金膜２２が、０．１μｍより薄いとコア２１の表面を完全に被覆しきれないおそれがあり、完全に被覆できない場合にはバンプ２としての抵抗値が上昇してしまい好ましくない。そのため、金膜２２としては、０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．２μｍ以上である。また、金膜２２が０．５μｍより厚い場合には、製造コストの上昇を招いてしまうため好ましくない。金膜２２の厚さは、コア２１の表面を置換金めっき液に接触させる時間を調節することによって、調節することができる。したがって、コア２１を置換金めっき液に接触させる時間は、金膜２２の望ましい厚さに基づいて設定すればよい。
〔置換金めっき液〕
ここで、本発明に係る、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液（説明の便宜のため、以下、単に「本発明に係る置換めっき液」という）について以下に説明する。本発明に係る置換金めっき液は、電極１２上に形成されたコア２１の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の金膜２２を形成するために用いることが可能であり、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含んでいる。本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸イオンを包含しているので、亜硫酸系置換金めっき液と称することもある。
ここで、本発明に係る、電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液（説明の便宜のため、以下、単に「本発明に係る置換めっき液」という）について以下に説明する。本発明に係る置換金めっき液は、電極１２上に形成されたコア２１の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の金膜２２を形成するために用いることが可能であり、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含んでいる。本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸イオンを包含しているので、亜硫酸系置換金めっき液と称することもある。
置換金めっき液は、置換めっきにより被めっき物を金により被覆するためのめっき液であり、主な構成成分として、金を含む塩、ｐＨ緩衝剤、および錯化剤を含んでいるものが意図される。置換金めっき液は、上記以外にも、析出する金の結晶を改質したり、析出速度を促進したりするための添加剤が添加されていてもよい。置換金めっき液は、還元金めっきを行うためのめっき液（還元金めっき液）のように、自己触媒作用により金を析出させる還元剤や、めっき液の自己分解を抑制する安定剤などを含む必要がなく、組成がシンプルであるため、調製が容易であるとともに、低コストにて調製することができる。
また、還元金めっき液は、液組成の変化を起こしやすく不安定であり、またバンプの表面以外にも金を析出させることもある。これに対し、置換金めっき液は、還元金めっき液に比べて安定であり、還元剤濃度の管理などの必要がないことから、管理が容易であるという利点を有している。
（亜硫酸カリウム）
本発明に係る置換金めっき液に含まれる亜硫酸カリウムの含有量は、５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。亜硫酸カリウムは、金の析出速度を向上させる作用を有しているが、亜硫酸カリウムが５０ｍｇ／Ｌより少ないと、その効果が十分得られないおそれがある。また５００ｍｇ／Ｌより多いと、析出速度は速くなるが、めっき液が不安定になり、自己分解を起こすおそれがある。したがって、上述した濃度であれば、安定して十分に厚い金膜２２を形成することがさらに容易になる。このように、本発明に係る置換金めっき液は亜硫酸カリウムを含んでいるので、コア２１の表面が、析出した金によって覆われた後も、引き続き金を析出させるため、十分な厚さの金膜２２を形成することができる。
本発明に係る置換金めっき液に含まれる亜硫酸カリウムの含有量は、５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。亜硫酸カリウムは、金の析出速度を向上させる作用を有しているが、亜硫酸カリウムが５０ｍｇ／Ｌより少ないと、その効果が十分得られないおそれがある。また５００ｍｇ／Ｌより多いと、析出速度は速くなるが、めっき液が不安定になり、自己分解を起こすおそれがある。したがって、上述した濃度であれば、安定して十分に厚い金膜２２を形成することがさらに容易になる。このように、本発明に係る置換金めっき液は亜硫酸カリウムを含んでいるので、コア２１の表面が、析出した金によって覆われた後も、引き続き金を析出させるため、十分な厚さの金膜２２を形成することができる。
（ポリエチレンイミン又はその誘導体）
本発明に係る置換金めっき液に含まれるポリエチレンイミンは、エチレンイミンを重合したポリマーであればよい。例えば、このようなポリエチレンイミンとして、特許文献４（特開２００３−１３２４８）に記載されているポリエチレンイミンなどを用いることができる。また、ポリエチレンイミンは、その誘導体であってもよい。
本発明に係る置換金めっき液に含まれるポリエチレンイミンは、エチレンイミンを重合したポリマーであればよい。例えば、このようなポリエチレンイミンとして、特許文献４（特開２００３−１３２４８）に記載されているポリエチレンイミンなどを用いることができる。また、ポリエチレンイミンは、その誘導体であってもよい。
また、本発明に係る置換金めっき液は、ポリエチレンイミン又はその誘導体を０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。ポリエチレンイミン又はその誘導体の含有濃度が０．０１ｍｇ／Ｌより少ないと、めっきの外観が赤みを帯び、さらに粗い析出結晶となり、形成されたバンプとしての機能に不具合が生じることがある。一方、ポリエチレンイミン又はその誘導体の含有濃度が、１０ｍｇ／Ｌより多いと、金の析出速度が低下し、さらにコア２１を構成する金属と金との密着不良を引き起こすことがある。また、ポリエチレンイミン又はその誘導体は、めっきの外観をレモンイエロー色に整える作用を有している。したがって本発明における置換金めっき液を用いれば、外観、接合特性などに優れた均一な金膜２２を形成できる。
本発明に係る置換金めっき液は、電極１２上に形成されたコアの表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の金膜２２を形成することが可能である。すなわち、本発明に係る置換金めっき液を、バンプ２の形成に用いれば、当該置換金めっき液を用いた置換金めっき処理を一度行うのみで、バンプ２として十分な金膜２２を形成することができるので、このような置換金めっき処理を繰り返して膜を積み重ねる必要がない。
（金塩）
また、本発明に係る置換金めっき液は、金塩をさらに含んでいることが好ましい。このような金塩としては、特に限定されないが、例えば亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、亜硫酸金アンモニウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、当該めっき液中の金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩を含んでいることが好ましい。金量が０．１ｇ／Ｌより少ないと、金の析出速度が著しく減少し、５．０ｇ／Ｌより多いと、突起部２１を構成する金属と金との密着性を低下させるおそれがある。
また、本発明に係る置換金めっき液は、金塩をさらに含んでいることが好ましい。このような金塩としては、特に限定されないが、例えば亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、亜硫酸金アンモニウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、当該めっき液中の金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩を含んでいることが好ましい。金量が０．１ｇ／Ｌより少ないと、金の析出速度が著しく減少し、５．０ｇ／Ｌより多いと、突起部２１を構成する金属と金との密着性を低下させるおそれがある。
（亜硫酸塩）
また、本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸カリウム以外の亜硫酸塩をさらに含んでいることが好ましい。亜硫酸塩としては、特に限定されないが、例えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸アンモニウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸塩を、亜硫酸カリウム以外に、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。亜硫酸塩は金錯体を安定化させる作用を有しており、亜硫酸塩が１０ｇ／Ｌより少ないと金が不安定になり沈殿するおそれが生じ、また７０ｇ／Ｌより多いと金が過剰に安定となるため金の析出速度が低下して生産性が低下する。
また、本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸カリウム以外の亜硫酸塩をさらに含んでいることが好ましい。亜硫酸塩としては、特に限定されないが、例えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸アンモニウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、亜硫酸塩を、亜硫酸カリウム以外に、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。亜硫酸塩は金錯体を安定化させる作用を有しており、亜硫酸塩が１０ｇ／Ｌより少ないと金が不安定になり沈殿するおそれが生じ、また７０ｇ／Ｌより多いと金が過剰に安定となるため金の析出速度が低下して生産性が低下する。
（エチレンジアミン四酢酸塩）
また、本発明に係る置換金めっき液は、エチレンジアミン四酢酸塩をさらに含んでいることが好ましい。エチレンジアミン四酢酸塩としては、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸三カリウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、エチレンジアミン四酢酸塩を１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。エチレンジアミン四酢酸塩が１０ｇ／Ｌより少ないと、コア２１から溶出した金属の影響により外観が悪くなることがあり、５０ｇ／Ｌより多いと、材料に要するコストが増加してしまう。エチレンジアミン四酢酸塩は、被覆工程においてコア２１から溶出する金属イオンの錯化剤としての役割を担っており、金属イオンと結合して錯体を形成することで金属イオンを安定化させることによって、めっきする対象物上以外の場所に該金属イオンを析出させない。したがって、より良好な外観のめっきを形成させることができる。
また、本発明に係る置換金めっき液は、エチレンジアミン四酢酸塩をさらに含んでいることが好ましい。エチレンジアミン四酢酸塩としては、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸三カリウムなどが挙げられる。本発明に係る置換金めっき液は、エチレンジアミン四酢酸塩を１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下含んでいることが好ましい。エチレンジアミン四酢酸塩が１０ｇ／Ｌより少ないと、コア２１から溶出した金属の影響により外観が悪くなることがあり、５０ｇ／Ｌより多いと、材料に要するコストが増加してしまう。エチレンジアミン四酢酸塩は、被覆工程においてコア２１から溶出する金属イオンの錯化剤としての役割を担っており、金属イオンと結合して錯体を形成することで金属イオンを安定化させることによって、めっきする対象物上以外の場所に該金属イオンを析出させない。したがって、より良好な外観のめっきを形成させることができる。
本発明に係る置換金めっき液は、４５℃〜７０℃の範囲にて使用することが好ましく、より好ましくは５５℃付近である。４５℃よりも低い場合には、十分なめっき速度が得られず、好ましい厚さの金膜２２を形成するために長い時間を要してしまう。また、７０℃を超える場合には、置換金めっき液の安定性が劣化し、該めっき液の自己分解を生じるおそれがある。
また、本発明に係る置換金めっき液は、中性の状態で使用することが好ましく、さらにｐＨ６〜８の状態で使用することが好ましい。ｐＨが６よりも低い場合には、置換金めっき液に含まれる錯化剤が酸化分解する可能性があり、さらに該めっき液が自己分解するおそれがある。また、ｐＨが８よりも高い場合には、金の析出速度が低下し、十分なめっき速度を得られにくくなる可能性が高い。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本実施例においては、まず、コア形成工程により、シリコン基板上に形成された半導体素子の表面に設けられたアルミニウム電極上に、ニッケルからなるコアを形成した。その後、被覆工程によりコアに金膜を被覆し、バンプを形成した。さらに、そのバンプの金膜について、膜厚、外観及び接合特性を評価した。
コア形成工程では、アルミニウム電極上にニッケルからなるコアを無電解めっきにて形成した。まず、メルクリーナーＳＣ７００１（メルテックス社製）を用いて脱脂を行った後、メルプレートＦＺ−７３５０（メルテックス社製）を用いて第１ジンケート処理を行った。次に、３０ｖｏｌ％硝酸を用いて亜鉛剥離させた後、メルプレートＦＢＺ（メルテックス社製）を用いて第２ジンケート処理を行い、アルミニウム電極の表面においてアルミニウムと亜鉛とを置換することによって亜鉛を析出させた。さらに、メルプレートＮＩ８６９（メルテックス社製）を用いて無電解ニッケルめっきを３０分間行い、高さ１０μｍのコアを形成した。
次に、被覆工程において、コアに金めっきを施し、バンプを形成した。実施例１及び比較例１〜２においては、下記の表１に示す組成の置換金めっき液を用い、ｐＨ６．５、５５℃にて３０分間金めっきを施した。
また、被覆工程において、比較例３では、市販のノンシアン置換金めっき液であるプレシャスファブＩＧ−７９０３（ＥＥＪＡ社製）を用い、ｐＨ６．０、６０℃にて３０分間金めっきを施した。比較例４においては、プレシャスファブＩＧ−７９０３（ＥＥＪＡ社製）を用い、ｐＨ６．０、６０℃にて５分間、置換金めっきを施した後、市販のノンシアン還元金めっき液であるプレシャスファブＡＣＧ３０００（ＥＥＪＡ社製）を用い、ｐＨ７．５、６５℃にて３０分間、還元金めっきを施した。なお、比較例３及び４に用いたノンシアン置換金めっき液は、ポリエチレンイミンと亜硫酸カリウムとを含まない置換金めっき液である。
上述した各工程により、バンプを形成した。各工程を下記の表２に示す。実施例１及び比較例１〜４において、それぞれ実施した工程を○にて示す。
得られたバンプに形成された金膜について、膜厚及び外観を評価した。膜厚の測定では、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）によりバンプの断面を切り出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた。外観の評価は、目視にて行い、レモンイエロー色、金属光沢などであれば「良好」とし、赤みを帯びていたり、褐色であったりした場合には「不良」とした。
また、得られたバンプについて、接合特性を評価した。まず、バンプを形成した基板を半導体装置として実装した。実装には、液晶パネル駆動用半導体装置のパッケージに適するテープキャリアパッケージ（Tape Carrier Package）を用い、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）の手法を用いた。接合端子（リード）を形成したテープキャリアに、バンプを形成した基板を載せ、加熱及び加圧することにより接合し、半導体装置として実装した。このとき、リードに施したスズ（Ｓｎ）めっき被膜と、バンプに形成した金膜とが合金化し、リードとバンプとが接合した。接合特性の評価は、実装した半導体装置のリードに張力を加えて破断させ、その破断した箇所がリードとバンプとの界面以外であれば「良好」とし、リードとバンプとの界面であれば「不良」とした。
表３に、実施例１及び比較例１〜４における評価結果を示す。
〔実施例１〕
実施例１では、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、上記の表１に示すように、亜硫酸金ナトリウム（金量）１．５ｇ／Ｌ、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム３０ｇ／Ｌ、エチレンジアミン２ｇ／Ｌ、ポリエチレンイミン２ｍｇ／Ｌ、及び亜硫酸カリウム２００ｍｇ／Ｌを含む置換金めっき液を用いた。
実施例１では、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、上記の表１に示すように、亜硫酸金ナトリウム（金量）１．５ｇ／Ｌ、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム３０ｇ／Ｌ、エチレンジアミン２ｇ／Ｌ、ポリエチレンイミン２ｍｇ／Ｌ、及び亜硫酸カリウム２００ｍｇ／Ｌを含む置換金めっき液を用いた。
得られたバンプに形成された金膜の膜厚は、上記の表３に示すように、０．３０μｍであり、十分な厚さの金膜が得られた。また、金膜の外観は良好であり、レモンイエローであった。さらに接合特性が良好であり、電極として要求される特性を十分に備えていた。
なお、実施例１における金膜は、非常に緻密であり、厚さの均一性が高かった。また、実施例１における置換金めっき液は、該めっき液のみにて厚さ約０．３μｍを有する金膜を十分に形成できるものであることが証明された。
〔比較例１〕
比較例１においては、置換金めっき液にポリエチレンイミンが含まれていない点が実施例１と異なっており、それ以外は実施例１と同様に行った。
比較例１においては、置換金めっき液にポリエチレンイミンが含まれていない点が実施例１と異なっており、それ以外は実施例１と同様に行った。
得られたバンプに形成された金膜の膜厚は、上記の表３に示すように、０．３４μｍであり、十分な厚さの金膜が得られた。しかし、金膜の外観は赤みがさしており、また金膜の表面の凹凸が非常に粗く、接合するには不向きな外観であり、したがって外観不良であった。また、接合特性も不良であった。
〔比較例２〕
比較例２においては、置換金めっき液に亜硫酸カリウムが含まれていない点が実施例１と異なっており、それ以外は実施例１と同様に行った。
比較例２においては、置換金めっき液に亜硫酸カリウムが含まれていない点が実施例１と異なっており、それ以外は実施例１と同様に行った。
得られたバンプに形成された金膜の膜厚は、上記の表３に示すように、０．０９μｍであり、外観は良好であったが、十分な厚さの金膜が得られなかった。その結果、接合特性が不良であった。
〔比較例３〕
比較例３においては、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、ポリエチレンイミン及び亜硫酸カリウムを含まない置換金めっき液を用いた。
比較例３においては、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、ポリエチレンイミン及び亜硫酸カリウムを含まない置換金めっき液を用いた。
得られたバンプに形成された金膜の膜厚は、上記の表３に示すように、０．０４μｍであり、十分な厚さの金膜が得られなかった。金膜の外観は良好であったが、厚さが薄いため、接合特性は不良であった。
〔比較例４〕
比較例４においては、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、ポリエチレンイミン及び亜硫酸カリウムを含まない置換金めっき液を用いて置換金めっきを行った後、還元金めっきをさらに施した。
比較例４においては、上述したようにバンプを形成し、被覆工程においては、ポリエチレンイミン及び亜硫酸カリウムを含まない置換金めっき液を用いて置換金めっきを行った後、還元金めっきをさらに施した。
得られたバンプに形成された金膜の膜厚は、上記の表３に示すように、０．３０μｍであり、十分な厚さの金膜が得られた。また、金膜の外観及び接合特性は良好であった。
本発明に係る突起電極の形成方法は、製造工程を簡略化し、コストを低減させることができるので、半導体装置などの製造に好適に利用することができる。
２ バンプ（突起電極）
１２ 電極
２１ コア（突起部）
２２ 金膜（被覆膜）
１２ 電極
２１ コア（突起部）
２２ 金膜（被覆膜）
Claims (9)
- 電極上に形成された導電性の突起部の表面に、亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含む置換金めっき液を用いて被覆膜を形成する被覆工程を包含し、
一回の上記被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を上記突起部の表面に形成することを特徴とする突起電極の形成方法。 - 上記置換金めっき液は、上記亜硫酸カリウムを５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下含んでいることを特徴とする請求項１に記載の突起電極の形成方法。
- 上記置換金めっき液は、上記ポリエチレンイミン又はその誘導体を０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の突起電極の形成方法。
- 上記置換金めっき液は、金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩と、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下の亜硫酸カリウム以外の亜硫酸塩と、１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下のエチレンジアミン四酢酸塩とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の突起電極の形成方法。
- 上記置換金めっき液は、ｐＨ６以上ｐＨ８以下、及び４５℃以上７０℃以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の突起電極の形成方法。
- 電極上に形成された導電性の突起部の表面に、一回の被覆工程において、厚さ０．１μｍ以上０．５μｍ以下の被覆膜を形成するための置換金めっき液であって、
亜硫酸カリウムとポリエチレンイミン又はその誘導体とを含むことを特徴とする置換金めっき液。 - 上記亜硫酸カリウムを５０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下含んでいることを特徴とする請求項６に記載の置換金めっき液。
- 上記ポリエチレンイミン又はその誘導体を０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下含んでいることを特徴とする請求項６又は７に記載の置換金めっき液。
- 金量として０．１ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下に相当する金塩と、１０ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下の亜硫酸塩と、１０ｇ／Ｌ以上５０ｇ／Ｌ以下のエチレンジアミン四酢酸塩とをさらに含んでいることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の置換金めっき液。
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