JP3946232B2 - 混成集積回路装置の製造方法およびローラーを有したエッチング液残留装置。 - Google Patents

Description

本発明は、混成集積回路装置の製造方法およびローラーを有したエッチング液残留装置に関するものである。

一般に、混成集積回路装置において、例えば導電路としてＣｕを使うことがある。図７はその一例であり、例えば少なくとも表面が絶縁性を有する基板（１）に所望の回路を達成するための導電路（２）が形成され、この導電路（２）またはこれと一体または島状に独立してなる導電ランドに半導体チップやチップ抵抗等が実装され、前記回路が実現されている。

ここでは基板（１）としてはＡｌ金属により成り、表面を陽極酸化して酸化アルミニウム（３）を生成し、導電路との接着性を考えエポキシ系の樹脂（４）がその全面に被着されている。いわゆるホットプレスにより導電路が熱圧着されている。

前記構成において、Ｃｕ（５）の酸化防止や金属細線のボンディング性を考慮してその表面にＮｉ（６）がメッキされている。

一方、エッチングとしては、ドライエッチとウェットエッチングの２通りが主に有るがスループットを考えてウェットがその主流となっている。一般に数μｍ〜数十μｍの金属をドライで行った場合、数時間以上かかるものが、シャワー式のウェットエッチングで行えば数分〜数十分程度でエッチングできる。

特に全面にＣｕ、Ｎｉを被着し、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ2）のエッチャントでウェットエッチングをした場合、Ｃｕの方がエッチングレートが大きいため、図７のようにＮｉの庇（７）が形成される。

一方、製造工程中において、レジストゴミやその他のゴミの除去、およびＮｉ表面が平らであるためボンディング性の向上を考えてブラッシングが行われる。つまりこのブラッシングによりゴミは除去され、Ｎｉの表面は粗面になる。

しかし図７のようにＮｉの庇が設けられているため、ブラシの毛足がこの庇に当り、Ｎｉヒゲ（８）を生成し、導電路（２）間の短絡を発生させたり、膜剥がれ等を発生させていた。

またＮｉの成膜領域以外をレジストで覆い、電解メッキで選択的にＮｉを被着させる場合、レジストの周辺に電流が集中し、レジストを除去してみると、Ｎｉパターンの周辺に突起が生成され、これがボンディング性を悪化させていた問題もあった。

そのため特開平７−１４７４７６号公報のような対策がとられた。つまり、強制供給法であるシャワーによるウェットエッチングでまず庇のある導電路（図２を参照）を形成し、その後に例えば図５のようにエッチング液（塩化第２鉄を主とする水溶液）に基板（１）をディップさせ、Ｃｕ（５）側面にエッチング液の一要素、例えば塩素Ｃｌと化合した保護膜（塩化銅）を生成した状態で、Ｎｉ膜を選択的に除去させることにより、Ｎｉの庇を取り除いていた。

つまり強制供給法でウェットエッチするとこの保護膜が剥げ、常時新しいＣｕ表面が露出されエッチングが進むが、ディップでしかも液は静止状態に保持されると、この保護膜は、Ｃｕの側辺に付着したままの状態を維持し、Ｎｉの選択エッチングが可能となるわけである。

また前述したようにＮｉの選択エッチングが可能となるため、Ｎｉのパターン周辺にできた突起も除去することができるわけである。

一方、基板の搬送として例えば実公平５−４４０８０号公報のような技術があった。つまり図６のように、上下対のスポンジローラー３３，３３により基板２０を保持して搬送するものであり、材質がスポンジであるため厚さの異なる基板や凹凸のある基板が搬送可能なものである。

前記保護膜は、膜と言うよりはＣｕＣｌｘ（Ｘ＝１，２）がＣｕの表面に残留しており、膜と言うよりは液膜が層状に残留している状態であると推察している。従って、静止状態のエッチング液に基板を投入すれば、最初はＣｕがエッチングされるが、その後ＣｕＣｌｘが生成し、前記保護液層がＣｕの側壁に残留するあるため、エッチング液がニッケルをアッタクする量が増加してくる。しかし塩化第２鉄の量が多いと、その相対比は程度の差であり、やはりＣｕをアタックし、ＮｉよりもＣｕの方が相対的に多く選択される。Ｃｕと比べてエッチングレートは小さいがＮｉはエッチングはされているのでいつかは庇が無くなるが、やはりエッチング時間が長いことは非常に問題である。

またローラーは、スポンジであるため柔軟性があり、配線間の幅の狭い凹み部分を除き、実質全面に当接する。そのためエッチング工程を含め色々な工程で搬送に使おうとすると、配線、配線間に固定された素子等に傷を加えたりする問題があった。

本発明は前述の課題に鑑みてなされ、
第一に、表面に回路を構成する導電パターンが形成された基板上に、ローラーをころがすことで、前記基板にエッチング液を残留させる混成集積回路装置の製造方法であり、
前記ローラーは、山と谷が交互に配置され、前記基板と前記ローラーの谷の部分でエッチングを保持し、前記基板にエッチング液を残留させることで解決するものである。

第二に、前記ローラーは、算盤玉を複数個貼りあわせた形状で、谷に沿って一回転すると元の位置に戻ることで解決するものである。

第三に、前記ローラーは、算盤玉を複数個貼りあわせた形状で、谷に沿って一回転すると螺旋状になることで解決するものである。

第四に、表面に回路を構成する導電パターンが形成された基板上にエッチング液を残留させるためのローラーを有したエッチング液残留装置であり、
前記ローラーをころがすことで、前記基板にエッチング液を残留させ、
前記ローラーは、山と谷が交互に配置され、前記基板と前記ローラーの谷の部分でエッチングを保持し、前記基板にエッチング液を残留させることで解決するものである。

第五に、前記ローラーは、算盤玉を複数個貼りあわせた形状で、谷に沿って一回転すると元の位置に戻ることで解決するものである。

第六に、前記ローラーは、算盤玉を複数個貼りあわせた形状で、谷に沿って一回転すると螺旋状になることで解決するものである。
ローラーを転がしながエッチング液を切ると、ローラーが基板に接触した際、ローラーのへこみ部分と基板の間の空間にエッチング液が取り込まれながら、エッチング液を切って行くため、基板表面にある程度のエッチング液を残留させることができる。またローラーの加圧具合、あるいはローラーに凹凸や突起を設け、この凹凸や突起のサイズによりエッチング液のコントロールが可能であるため、最適条件の選定により、Ｎｉ庇を選択的にエッチングすることができる。

以上の説明からも明らかなように、ローラーに凹凸を設け、このローラーを使用して基板を搬送するので、基板全面にローラーが接触せず、基板に損傷を与えることが少なくなる。

第２に基板表面にローラーを転がすことで、基板表面に有るエッチング液を切りながら、或る一定の量を残留させることができる。従って基板の上に残留させたエッチング液のみでエッチングを行う場合、非常に簡単な手法で簡単に実施できる。また柔軟性を有せば、基板の厚みの異なる複数枚の基板を一度にローリングでき、且つエッチング液を残留させることができる。

第３に、Ｃｕの上に庇のあるＮｉ層が積層された配線間において、ローリングによりエッチング液を残留させることができ、配線間の塩化第２鉄エッチング液は極限られた量であるため、すぐにＣｕと反応してＣｕＣｌｘリッチとなり、Ｎｉ庇を取り除くことができる。

第４に、ローラーに凹凸を設ければ、基板とローラーの凹み部分の間の空間にエッチング液を取り込むことができ、このエッチング液を基板に残留させることができる。従って凹凸のないものに比べもエッチング量を増やすことができ、また凹凸のサイズにより量のコントロールも可能となる。つまり機種ごとに配線の間隔、配線の厚みがまちまちであり、エッチング量をコントロールする必要があるが、凹凸のサイズにより量をコントロールすることができる。

まず図６および図３を参照しながら搬送方法について説明する。

図６は、搬送方法においては従来例を示し、詳しくは実公平５−４４０８０号に詳述されている。大まかに説明すれば、スポンジのようなローラーで搬送するため、上下一対のローラーの間を通り、凹凸のある基板、厚みの異なる基板を並列あるいは直列に搬送させることができる。

しかしこのローラーでは、配線間の凹み部分（エッチングされた部分）を除き全ての面と当接するため、ローラーの加圧力によっては配線にキズ等を発生させる問題があった。

本発明は、この搬送方法において、ローラーに突出部を設けることであり、基板の当接部分は従来のもの（図６）から比べたら大幅に当接部分を減少させることができる。

ここでは、ＥＰＴゴム（エチレン・プロピレン・ターポリマー）のような材質で、図３のような凹凸のあるローラーにすることで、特に凹凸のピッチ、山から谷までの高さをコントロールすることでローラー自身に柔軟性を与え、また凹凸があるためにローラーが基板全面に当接しないため、基板の回路構成要素にひっかかったり、傷を与えたりすることが無くなる。従って基板を搬送する全ての工程において有効なものである。

次にこのローラーを使ってエッチング液を残留させる方法を説明する。ここで前実施の形態の説明では、図６は公知であったが、これを使って基板の表面に有るエッチング液を切りながら、決まった量だけ基板表面にエッチング液を残留させる方法は、新規であると考えるので、混成集積回路装置の製造方法を図６や図３の２種類のローラーを使って説明してゆく。

まず基板構造を図４を使って説明すると、少なくともその表面が絶縁性を有する基板（２０）があり、この上には導電路（２１）が形成される。この基板（２０）は、ここではＡｌ基板よりなり、その表面は陽極酸化により酸化アルミニウム（２２）が生成され、更に導電路（２１）との接着性を考えて、エポキシ系の樹脂（２３）が被膜されている。しかし少なくとも表面が絶縁処理されていればよく、他の方法（例えばスパッタリング等）で直接配線材料が成膜できるのであれば、セラミック、プリント基板またはガラス基板等でも良い。

前記導電路（２１）は、２層構造で成り、下層の第１の導電路（２４）は、Ｃｕで形成され、ここでは３５μｍの厚さでこの導電路（２１）の主となる。また第１の導電路（２４）上には、この導電路よりもエッチングレートの小さい材料、例えば数μｍ〜１０μｍ程度、実際ここでは５μｍのＮｉより成る第２の導電路（２５）が被着されている。詳しくは後述するが、第１の導電路（２４）の方がエッチングレートが大きいエッチャント（塩化第２鉄水溶液）でウェットエッチングし、第１の導電路（２４）と第２の導電路（２５）を同時にエッチングすると、どうしても第１の導電路（２４）の方が選択されアンダーカッとされ、従来例図７のように庇（７）が形成されるが、本発明の方法を採用することによりＮｉの庇は除去され、図４のようにＣｕのパターンの内側に配置される事になる。従って従来例で説明したように、レジストゴミやその他のゴミの除去、Ｎｉ表面の粗面化のためにブラッシングを行っても、Ｎｉ庇が形成されないため、Ｎｉヒゲが発生せずショート等を抑制することができる。

この導電路２１は、所定の回路を達成するために所定のパターンに形成されており、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子、ベアのトランジスタチップ、ＬＳＩチップ等の能動素子が電気的に接続されている。特に能動素子は、アイランド状の導電路に必要によりヒートシンク等を介して固着される。チップ表面には電極があるため、金属細線がワイヤーボンデイングにより他の導電路と電気的に接続されている。また半導体基板（２０）の周辺には、回路の一部が延在されリード端子が形成され、ここには半田を介してリードが電気的に接続されている。

また回路規模が大きい場合、これら半導体基板の上には、第２層目の配線が設けられた絶縁性フレキシブルシートが貼着されていても良い。予めパターン化されたもの、またはパターン化されていない銅箔が基板全面に貼り付けられ、その後にフレキシブルシートの銅箔がパターン化されても良い。この場合、Ｃｕパターンの上にＮｉが被覆される場合、本発明を採用できることは言うまでもない。当然、第２層目の配線にも前記受動素子および能動素子が形成され、第１および第２層目のこれらの要素を含めて所定の回路が実現される。

前述した１層または多層の基板は、封止される。金属性のカンで封止されても良いし、樹脂モールドされても良い。またケース材が基板に当てがわれ、中に樹脂が注入されても良い。

続いて製造方法について説明する。

まずＡｌ金属基板（２０）を用意し、その表面を陽極酸化して酸化アルミニウム（２２）を形成し、エポキシ系の樹脂（２３）を成膜した後、この樹脂の接着性を利用して、全面にＣｕ箔（２４）をプレス接着し、更にこの全表面にＮｉ層（２５）をメッキにより成膜している。ここでは予め全面にＮｉが被覆されている銅箔を貼着させても良い。またＮｉはメッキ以外の方法で成膜されても良い（以上図１参照）
続いて、ホトリソグラフィ技術により、導電路（２１）を形成する領域にホトレジスト（３０）を成膜し、被エッチング面に常時新しいエッチャントが供給されるようにしてウェットエッチングする。この新しいエッチャントを被エッチング面に供給すると同時に、反応物を取り除くためにエッチャントに流れを与える方式を、ここでは強制供給法と仮称する。この方法は、シャワー、液層内を循環させる方法等色々考えられ、ここでエッチャントは塩化第２鉄であり、強制循環方式としてシャワーを採用した。塩化第２鉄のエッチングレートＲは、Ｒ（Ｃｕ）＞Ｒ（Ｎｉ）であるため、図５にも示したような庇（７）がレジスト３０の真下に符号３１としてでき、この状態で第１の導電路（２４）と第２の導電路（２５）が形成される。（以上図２参照）
続いて、基板２０の面にロール２３を転がし、エッチング液を切ると同時に有る程度の量を残留させる工程がある。

本工程は、本発明の特徴とするところであり、最大のポイントは、ロールでエッチング液を金属基板の配線間に残し、強制供給法とは異なり、静止したエッチング液でエッチングすることにある。

まず静止したエッチャントについて説明する。つまり静止したエッチングを行うとその反応物がＣｕのエッチング面に残り、この反応物が保護膜として働き、エッチャントがＣｕをアタックしにくくなり、相対的にＮｉがエッチングされやすくなる。ここで「静止した」と表現した意味について説明する。図２のＣｕのエッチングの場合、エッチング液がシャワーやスクリュのような手段で、エッチング面には絶えず新鮮なエッチング液が供給され、エッチングレートが非常に高くなる。そのため図２までのエッチングは、手段の意味から強制的に循環させて動的に行う意味で強制供給法と名付けた。

それに対し、強制循環を弱くすれば、前記保護膜として働く層が破壊されないため、Ｃｕの表面に新鮮なエッチング液が供給されない。つまり強制的に循環させるに対して静的なと表現した。

これはエッチング液が全く静止していた方が良いが、製造工程において静止は難しいので若干前記保護膜が動く程度で有れば、前記動的に対してエッチング液が静止しているといえる事を付け加えておく。つまり保護膜が破壊に至らない程度で有れば静止の範疇に含まれると考える。

またこの保護膜は、定かではないが、膜と言うよりはＣｕＣｌｘ（Ｘ＝１，２）がＣｕの表面に残留しており、液膜が層状に残留している状態であると推察している。従って、静止状態のエッチング液に基板を投入すれば、Ｃｕのエッチングにより生成する前記保護液層がＣｕの側壁に残留したままであるため、エッチング液のニッケルアッタク量が相対的に多くなるが、塩化第２鉄の量が多いと、その相対比は程度の差であり、やはりＣｕをアタックし、ＮｉよりもＣｕの方が相対的に多く選択エッチされやはりＮｉの庇がエッチングしにくい事が判った。

そのため図５の従来例のように、エッチング材料に対してエッチング液が非常に多い体系にせず、エッチング液を減らせば、塩化第２鉄がすぐに反応して無くなり、ＣｕＣｌｘ（Ｘ＝１，２）がリッチとなり、これはＣｕよりもＮｉの方がエッチングレートが高いため、庇が除去されると判断した。

そこで基板表面にエッチング液を残留させる程度にしたらどうかと考え、図６のように基板（１）表面にローラー３３を当接させながら転がし、エッチング液を切ってみた。

ここで基板に載せられるエッチング液は、図２の強制供給の時に載せられたものをローリングして量を限定しても良いし、また別途エッチング液を載せ返してローリングしても良い。

図６のようにローラー３３の接触強度により基板２０に載せられるエッチング液の量がコントロールできる。具体的には、配線２１間に示すハッチング領域のように、実質配線間に取り込まれているエッチング液を残留させながら他の余分なエッチング液を切ることができる。

従ってエッチング液量を限定でき、ＣｕＣｌｘ過多に生成されるため、時間を掛ければＮｉを選択的にエッチングできる。

ところが、ローラー３３とエッチング液の当接界面は、表面張力の関係により（実際に原因ははっきりしていない）、導電路間のエッチング液が回転時にローラーに吸い取られ（図面では量が減るためこれを符号Ｓで示し、模式的にエッチング表面が下に凸のように示した。）、逆にエッチング液が足りずＮｉ庇を全て完全に取るまでに至らない問題があった。また庇の長さは減るが安定して庇を取りずらい問題があった。

そこで、配線間を主体として、エッチング液を残留させる際、図３のような凹凸のあるローラーを用い、配線間に、この基板とローラーのへこみ部分の間にあるエッチング液を盛り、図６の残留量よりもエッチング液を多くすることができる。つまりこの凹凸のサイズ、ローラーの柔軟性および加圧によりエッチング液をコントロールして残留させることができる。従って、Ｃｕの側壁をエッチングする塩化第２鉄のエッチング液が最初はあるが、全体としては量が少ないために、殆ど消費され残ったＣｕＣｌｘ（Ｘ＝１，２）で相対的にＮｉをアタックし、庇を取り除くことができる。

ここでローラー３２は、基板の上面にしかないが、図６のように下にもローラーを配置して良い。下のローラーは、エッチング液を切る必要がないため、特に凹凸のあるものを用意する必要はない。またローラーの材質としては、ＥＰＴ（エチレン・プロピレン・ターポリマー）ゴムで、凹凸は、ちょうど算盤玉を複数個貼り合わせたような形状で、ピッチは３ミリ程度、山から谷間での高さは約１ミリ程度である。また図３の谷Ｖは、１回転すると元の位置に戻る形状であるが、螺旋状に成っていても良い。また和菓子の金平糖のように凹凸部が島状に点在する形状であっても良い。

次に、エッチング液を例えば純水で取り除き、その後に従来例で説明したようにブラッシングを行う。従って図４のように最終的にＮｉ庇を除去してパターニングできるので、Ｎｉヒゲの発性を抑制することができる。

この後、スクリーン印刷で厚膜抵抗を形成したり、チップ状の受動素子や能動素子を半田、銀ペーストや半田ペースト等を介して電気的に接続し、必要によっては素子と配線とを金属細線にてワイヤーボンディングする。更に必要によりリードを付け、封止される。

右側配線２１は、エッチング液が流れ出してしまうため、符号Ｄのように、基板（２０）の周辺を囲み、導電手段と同じ材質のダム部を設けても良い。

以上の説明からも明らかなように、ローラーに凹凸を設け、このローラーを使用して基板を搬送するので、基板全面にローラーが接触せず、基板に損傷を与えることが少なくなる。

第２に基板表面にローラーを転がすことで、基板表面に有るエッチング液を切りながら、或る一定の量を残留させることができる。従って基板の上に残留させたエッチング液のみでエッチングを行う場合、非常に簡単な手法で簡単に実施できる。また柔軟性を有せば、基板の厚みの異なる複数枚の基板を一度にローリングでき、且つエッチング液を残留させることができる。

第３に、Ｃｕの上に庇のあるＮｉ層が積層された配線間において、ローリングによりエッチング液を残留させることができ、配線間の塩化第２鉄エッチング液は極限られた量であるため、すぐにＣｕと反応してＣｕＣｌｘリッチとなり、Ｎｉ庇を取り除くことができる。

第４に、ローラーに凹凸を設ければ、基板とローラーの凹み部分の間の空間にエッチング液を取り込むことができ、このエッチング液を基板に残留させることができる。従って凹凸のないものに比べもエッチング量を増やすことができ、また凹凸のサイズにより量のコントロールも可能となる。つまり機種ごとに配線の間隔、配線の厚みがまちまちであり、エッチング量をコントロールする必要があるが、凹凸のサイズにより量をコントロールすることができる。

本発明の製造方法を説明する断面図である。 本発明の製造方法を説明する断面図である。 本発明の製造方法を説明する断面図である。 本発明の製造方法を説明する断面図である。 従来の製造方法を説明する断面図である。 基板の搬送法またはエッチングの液切りを説明する図である。 従来の混成集積回路装置を説明する断面図である。

符号の説明

２０ 基板
２１ 導電路
２４ Ｃｕの導電路
２５ Ｎｉの導電路
３１ 庇
３２，３３ ロール

Claims (6)

1. 表面に回路を構成する導電パターンが形成された基板上に、ローラーをころがすことで、前記基板にエッチング液を残留させる混成集積回路装置の製造方法であり、
   前記ローラーは、山と谷が交互に配置され、前記基板と前記ローラーの谷の部分でエッチング液を保持し、前記基板にエッチング液を残留させることを特徴とした混成集積回路装置の製造方法。
2. 前記ローラーは、算盤玉を複数個並べて貼りあわされた形状で、前記ローラーの谷に沿って一回転すると元の位置に戻ることを特徴とした請求項１に記載の混成集積回路装置の製造方法。
3. 前記ローラーの谷は、前記ローラーの谷に沿って一回転すると元に戻る形状、または前記ローラーの谷は、螺旋状になることを特徴とした請求項１に記載の混成集積回路装置の製造方法。
4. 表面に回路を構成する導電パターンが形成された基板上にエッチング液を残留させるためのローラーを有したエッチング液残留装置であり、
   前記ローラーをころがすことで、前記基板にエッチング液を残留させ、前記ローラーは、山と谷が交互に配置され、前記基板と前記ローラーの谷の部分でエッチング液を保持し、前記基板にエッチング液を残留させることを特徴としたローラーを有したエッチング液残留装置。
5. 前記ローラーは、算盤玉を複数個並べて貼りあわされた形状で、前記ローラーの谷に沿って一回転すると元の位置に戻ることを特徴とした請求項４に記載のローラーを有したエッチング液残留装置。
6. 前記ローラーの谷は、前記ローラーの谷に沿って一回転すると元に戻る形状、または前記ローラーの谷は、螺旋状になることを特徴とした請求項４に記載のローラーを有したエッチング液残留装置。