JP2009057631A - バンプ形成用非シアン系電解金めっき浴及びバンプ形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異方性導電接着剤を用いた熱圧着による接合に適したバンプ硬度と形状を有する金バンプが得られるバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴及びバンプ形成方法を提供する。
【解決手段】金源としての亜硫酸金アルカリ塩または亜硫酸金アンモニウムと、結晶調整剤と、亜硫酸カリウムからなる伝導塩5〜150ｇ／Ｌと、分子量が200〜6000のポリアルキレングリコール１ｍｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌ及び／又は両性界面活性剤0.1ｍｇ〜1ｇ／Ｌと、水溶性アミン及び/又は緩衝材とを含有するバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。パターンニングされたウエハ上に本発明の金めっき浴を用いて電解金めっきを行った後、２００〜４００℃で５分以上熱処理することにより、皮膜硬度が５０〜９０Ｈｖ、表面の高低差が１．８μｍ以下のバンプが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハのバンプ形成用非シアン系の電解金めっき浴に関する。詳細には、平坦な表面と所定の硬度を有するバンプを形成する非シアン系電解金めっき浴に関する。形成するバンプは、異方性導電接着剤を用いる回路接合に適する。

非シアン系電解金めっき浴には、一般に、金塩として亜硫酸金アルカリ塩、又は亜硫酸金アンモニウムが含まれている。これらの金塩と、金錯体の安定化剤として水溶性アミンと、めっき皮膜の結晶調整剤として微量のTl、Pb、又はAs化合物と、更に電解質として亜硫酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムと、緩衝剤とからなる基本浴が知られている（特許文献１、２）。

金めっき浴を用いて半導体ウエハ上に形成される金バンプは、近年、IC、LSIの電極として広く利用されている。

第３図は、半導体ウエハ上に形成される従来の金バンプの断面図である。

半導体ウエハ上に金バンプを形成する際には、まず半導体ウエハ１上に短軸柱状のアルミニウム（Ａｌ）電極２をスパッタリング等で形成する。半導体ウエハ１には、シリコンウエハ又はＧａＡｓ等の化合物ウエハが用いられる。ウエハ１の表面には、予め集積回路を含む回路層１’が形成されている。次いで、パッシベーション膜３でパターニングを行う。パッシベーション膜３には、Ａｌ電極２の上方に開口部３ａを形成する。

その後、チタン−タングステン（TiW）スパッタ膜４と、金スパッタ膜５とからなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）層６をスパッタリングにより形成する。ＵＢＭ層６は、パッシベーション膜３及びその開口部３ａに露出しているＡｌ電極２を被覆する。ＵＢＭ層６上に、レジスト膜８でマスクを行う。Ａｌ電極２の上方のレジスト膜８には、開口部８ａが形成されている。続いて、レジスト膜８の開口部８ａ内に、電解金めっきにて金バンプ７を形成する。その後、レジスト膜８と、金バンプ７で被覆されている領域以外の金スパッタ膜５の領域及びTiWスパッタ膜４とが除去される。その結果、パッシベーション膜３が露出し、金バンプ７が形成されたウエハが得られる。

金バンプが形成された半導体ウエハ（即ち、半導体チップ）はその後の工程でプリント配線基板に取り付けられる。取り付けの際には、プリント配線基板上に形成された配線パターンの基板電極と、半導体ウエハに形成された金バンプとの間が接続される。接続には、ワイヤを用いるワイヤボンディングと、ワイヤを用いずにバンプと基板電極とを接合するフリップチップボンディングとがある。

近年、半導体パッケージの製造工程を簡略化し、接合を確実に行うことを目的として、フリップチップボンディングにフィルム状の異方性導電接着剤が多用されている。異方性導電接着剤は、導電粒子がエポキシ樹脂等に均一に分散されたものである。導電粒子としては、アクリル樹脂で形成された粒子の表面をニッケル、金で順次被覆した導電粒子が使用される。

バンプの形状と硬度は、バンプと基板との接合性に大きな影響を及ぼす。金バンプは電気伝導性、耐酸化性等に優れていることに加えて所定の形状、硬度を有していることが要求される。

第３図中、７’は金バンプ表面（基板電極との接合面）を示す。この表面７’は、ウエハ１の表面に平行な平面ではなく、中央が上方に突き出た凸型になっている。上記以外に、バンプ表面が凹型の形状の場合や、周縁部を切り欠く形状の場合もある。これらの形状のバンプと基板とを接合する場合、接着剤中の導電粒子がバンプ表面のくぼみや周縁部に落ち込みやすい。そのため導電粒子はバンプ表面に均一に分散配置されず、表面の一部に偏在する。その結果、接合面積が減少し、金バンプと相手基板との接合力が弱まる。この場合は、組み立て工程後に断線や接合不良による電気的欠陥が生じやすい。

また、導電粒子に比べてバンプの硬度が低い場合には、導電粒子がバンプ側に埋まってしまう。その結果、金バンプと相手基板等との間で導電粒子が熱圧着されず、接合が保たれない。

一方、バンプ硬度が高すぎると導電粒子が押しつぶされるのみで接合せず、断線や接合不良による電気的欠陥が生じる原因となる。
特願２００５−２８６１４７（特許請求の範囲） 特願２００５−１４５７６７（特許請求の範囲）

上述したように、バンプ表面が平坦でなく、凸型や凹型のバンプ形状であったり、バンプの周縁を切り欠いたりすると、異方性導電接着剤の導電粒子がバンプ表面に均一に分散配置されず、一部に局在化した配置となる。その結果、粒子を介した接合面積が減少し、接合強度が低下する。

そのため、異方性導電接着剤を用いて接合を行う場合、上述したように適切な硬度を有するとともに、接合面として平滑性の高い平面を有する金バンプを形成する必要がある。

従来の電解金めっき浴を用いてバンプを形成する場合には、金バンプ硬度を所望の硬度とすることができない。その結果、電気的欠陥を生ずることなく異方性導電接着剤の導電粒子を介して、バンプと基板電極との接合を行うことが困難になっている。

従って、本発明の目的は、異方性導電接着剤を用いる熱圧着による接合に適する硬度と形状とを有する金バンプが得られる、バンプ形成用非シアン系電解金めっき浴を提供することにある。

本発明者は上記課題を解決すべく検討を行った。その結果、所定の分子量を有するアルキレングリコール又は両性界面活性剤のめっき浴への添加量を調整することにより、金バンプの硬度を所望の範囲に制御できることを見出した。更に伝導塩として、亜硫酸カリウムと上記アルキレングリコール又は両面活性剤とを併せて使用することにより接合面が平坦なバンプが得られること見出した。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 亜硫酸金アルカリ塩または亜硫酸金アンモニウムと、結晶調整剤と、亜硫酸カリウム5〜150ｇ／Ｌと、分子量が200〜6000のポリアルキレングリコール１ｍｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌ及び／又は両性界面活性剤0.1ｍｇ〜1ｇ／Ｌと、水溶性アミン及び/又は緩衝剤とを含有するバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。

〔２〕 両性界面活性剤が、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドリキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウリン酸アミドプロピルヒドロキシスルホベタイン、脂肪酸アミドプロピルベタイン、および脂肪酸アシル-Ｎ-カルボキシエチル-Ｎ-ヒドロキシエチルエチレンジアミンアルカリ塩から選択される１種または2種以上である〔１〕に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。

〔３〕 結晶調整剤が、Ｔｌ化合物、Ｐｂ化合物、またはＡｓ化合物であり、結晶調整剤を金属濃度として0.1〜100ｍｇ／Ｌ配合する〔１〕に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。

〔４〕 パターンニングされたウエハ上に〔１〕に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴を用いて電解金めっきを行った後、２００〜４００℃で５分以上熱処理することにより、皮膜硬度が５０〜９０Ｈｖ、表面の高低差が１．８μｍ以下のバンプを形成するバンプ形成方法。

〔５〕 プリント配線基板上に形成された基板配線パターンの有する基板電極と、半導体ウエハ上に形成された集積回路の金バンプと、を異方性導電接着剤を用いて接続する接続構造であって、前記金バンプの皮膜硬度が５０〜９０Ｈｖである接続構造。

本発明の非シアン系電解金めっき浴は、伝導塩として亜硫酸ナトリウムを用いずに亜硫酸カリウムを用い、更に両性界面活性剤又はポリアルキレングリコールを必須の成分として含有する。これにより、シリコン半導体ウエハやGa/Asなどの化合物半導体ウエハ上にバンプを形成する際に、好ましい硬度を持ち、凹凸のない平坦な表面を有する電解金めっき皮膜からなるバンプを作製することができる。

特に、ポリアルキレングリコールの分子量、添加量を選択して亜硫酸カリウムと共にめっき浴に配合することにより、異方性導電接着剤との熱圧着に適した５０〜９０Ｈｖの範囲の任意の値のバンプ硬度に制御することができる。

本発明のめっき浴により形成される金バンプは、平担な圧着面と所定の硬度を有している。そのため、半導体製造工程において使用する異方性導電膜、異方導電用接着フィルム等の異方性導電接着剤を介する電極接合が容易である。加えて、断線や接合不良を生じる割合が極めて少ない。

本発明のめっき浴を用いて形成される金バンプは接合面のみならずレジスト膜と接するバンプの側面にもふくらみが生じないので、レジスト膜の開口部形状に倣う金バンプが形成できる。従って、側面及び上面が平面で構成された角柱状、多角柱状の金バンプや、均一径の円柱状金バンプを形成できる。

本発明の電解金めっき浴は、非シアン系の金めっき浴であって、金源としての亜硫酸金アルカリ塩または亜硫酸金アンモニウムと、金錯塩の安定化剤としての水溶性アミンと、微量の結晶調整剤と、緩衝剤とからなる浴に、伝導塩としての亜硫酸カリウムと、ポリアルキレングリコールおよび／または両性界面活性剤とを含有する電解金めっき浴である。伝導塩として亜硫酸ナトリウムを実質的に含まない。

以下、本発明の電解金めっき浴の必須成分につき、成分ごとに説明する。

（1）亜硫酸金アルカリ塩、亜硫酸金アンモニウム（金源）
本発明に用いる亜硫酸金アルカリ塩としては、公知の亜硫酸金アルカリ塩を制限することなく使用できる。亜硫酸金アルカリ塩としては、例えば亜硫酸金（Ｉ）ナトリウム、亜硫酸金（Ｉ）カリウム等を挙げることができる。これらは、1種を単独で、あるいは2種以上を併用しても良い。

本発明の電解金めっき浴には、金源として、上述した亜硫酸金アルカリ塩又は亜硫酸金アンモニウムを使用するが、その配合量は、金量として通常1〜20ｇ／Ｌ、好ましくは8〜15ｇ／Ｌである。亜硫酸金アルカリ塩又は亜硫酸金アンモニウムの配合量が1ｇ／Ｌ未満であると、めっき皮膜の厚みが不均一になる場合がある。20ｇ／Ｌを超えると、めっき皮膜の特性等には問題はないが、製造コストが高くなり経済的に負担となる。

（2）水溶性アミン（安定化剤）
水溶性アミンとしては、炭素数２以上、好ましくは炭素数２〜６のジアミンを使用することができ、例えば1, 2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1, 6-ジアミノヘキサン等を挙げることができる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても良い。

水溶性アミンの配合量は通常0.1〜30ｇ／Ｌ、好ましくは1〜12ｇ／Ｌである。水溶性アミンの配合量が30ｇ／Ｌを超えると金錯塩の安定性は増大するが、一方でめっき皮膜が過度に緻密化し、接合性に関して不具合が生じる場合がある。0.1ｇ／Ｌ未満では、限界電流密度が低下してヤケめっきになる場合がある。

（3）Ｔｌ化合物、Ｐｂ化合物、Ａｓ化合物（結晶調整剤）
本発明の電解金めっき浴に使用する結晶調整剤としては、例えば蟻酸タリウム、マロン酸タリウム、硫酸タリウム、硝酸タリウム等のＴｌ化合物； クエン酸鉛、硝酸鉛、アルカンスルホン酸鉛等のＰｂ化合物； 三酸化二砒素等のＡｓ化合物を挙げることができる。これらのＴｌ化合物、Ｐｂ化合物、Ａｓ化合物は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。

結晶調整剤の配合量は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設定することができるが、金属濃度として通常0.1〜100ｍｇ／Ｌ、好ましくは0.5〜50ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは3〜25ｍｇ／Ｌである。結晶調整剤の配合量が0.1ｍｇ／Ｌ未満であると、めっき付きまわり、めっき浴安定性および耐久性が悪化し、めっき浴の構成成分が分解する場合がある。100ｍｇ／Ｌを超えると、めっき付きまわりの悪化、およびめっき皮膜の外観ムラが生じる場合がある。

（4）亜硫酸カリウム（伝導塩）
本発明の電解金めっき浴においては、伝導塩として亜硫酸カリウムを使用する。

本発明の電解金めっき浴における亜硫酸カリウムの配合量としては本発明の目的を損なわない範囲で適宜設定することができるが、以下の配合量とすることが好ましい。

亜硫酸カリウムの配合量は、通常5〜150ｇ／Ｌとするが、好ましくは10〜150ｇ／Ｌ、より好ましくは50〜100ｇ／Ｌ、特に好ましくは60〜90ｇ／Ｌである。亜硫酸カリウムの配合量が5ｇ／Ｌ未満であると、バンプ形状の膨らみを充分に抑制してバンプ表面を平坦とすることができない。更に、めっき付きまわりおよび液安定性が悪化し、めっき浴の分解が生じる場合がある。150ｇ／Ｌを超えると、限界電流密度が低下しヤケめっきになる場合がある。

本発明のめっき浴には、伝導塩として亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム等のナトリウム塩は実質的に含まれない。めっき浴に含まれるナトリウムは、金源である亜硫酸金ナトリウム由来のものに限られる。

（5）緩衝剤
本発明に用いる緩衝剤としては、通常電解金めっき浴に使用されるものであれば特に限定されるものではない。例えば、リン酸塩、ホウ酸塩等の無機酸塩、クエン酸塩、フタル酸塩、エチレンジアミン四酢酸塩等の有機酸（2から5価の多価カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸）塩等を単独で用いても良いし、2種以上を用いることもできる。

本発明の非シアン系電解金めっき浴における緩衝剤の配合量としては、通常1〜30ｇ／Ｌとするが、好ましくは2〜15ｇ／Ｌ、特に好ましくは2〜10ｇ／Ｌである。緩衝剤の配合量が１ｇ／Ｌ未満であると、ｐＨが低下することにより液安定性が悪化し、めっき浴成分の分解が生じる場合がある。30ｇ／Ｌを超えると、限界電流密度が低下しヤケめっきになる場合がある。

（6）ポリアルキレングリコール、両性界面活性剤
本発明の非シアン系電解金めっき浴に配合するポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等を挙げることができる。

両性界面活性剤としては、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドリキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウリン酸アミドプロピルヒドロキシスルホベタイン、脂肪酸アミドプロピルベタイン等のベタイン系両性界面活性剤；脂肪酸アシル-Ｎ-カルボキシエチル-Ｎ-ヒドロキシエチルエチレンジアミンアルカリ塩等のアミノカルボン酸塩系両性界面活性剤；イミダゾリン誘導体系両性界面活性剤等を挙げることができる。

ポリアルキレングリコールの配合量は、１ｍｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌであり、好ましくは２０〜３０００ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは１００〜１０００ｍｇ／Ｌである。一方、両性界面活性剤の配合量は通常0.1ｍｇ／Ｌ〜1ｇ／Ｌであり、好ましくは５〜５００ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは１０〜３００ｍｇ／Ｌである。ポリアルキレングリコールと両性界面活性剤の配合量がいずれも上記範囲より少ない場合には、熱処理後のバンプの皮膜硬度が５０Ｈｖ未満となり、更にバンプの表面を平坦な形状とすることができない。上記範囲を超える場合には、熱処理後のバンプの皮膜硬度が９０Ｈｖ以上となり接合に適する硬度が得られない。

ポリアルキレングリコールと両性界面活性剤は、どちらか一方のみを使用してもよいし、両方を併用してもよい。両方を併用する場合は、両者の配合量は上記各範囲内で、目的に合わせて適宜調節する。

ポリアルキレングリコールを使用する場合、熱処理後の金バンプの皮膜硬度を異方導電用接着フィルムの接合に適した５０〜９０Ｈｖとするために、分子量２００〜６０００、好ましくは４００〜２０００、より好ましくは４００〜１０００のものを使用する。分子量が6000を超えると、熱処理後の皮膜硬度を５０〜９０Ｈｖとするために、配合量１ｍｇ／Ｌ未満の極めて低い濃度とする必要がある。このような低濃度の配合量のめっき液は、濃度管理が難しく実用的でない。

分子量6000以下のポリアルキレングリコールの配合量を調整することにより、めっきにより形成される皮膜の硬度を５０〜９０Ｈｖの範囲で所望の値に調整することが可能である。低分子量のポリアルキレングリコールの場合は配合量を多くすることにより、高分子量の場合は配合量を少なくすることにより５０〜９０Ｈｖの皮膜硬度を得ることができる。いずれの分子量においても、配合量を多くすることにより皮膜硬度が高くなり、９０Ｈｖに近い比較的高い硬度を得ることができる。

例えば、熱処理後の皮膜硬度を70Ｈｖとする場合には、分子量6000以下のポリアルキレングリコールの配合量を１ｍｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌ、好ましくは２０〜３０００ｍｇ／Ｌとすることにより達成することができる。更に、この場合両性界面活性剤の配合量を１０〜３００ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。

一般に、ポリアルキレングリコール又は両性界面活性剤の配合量を多くすることにより、熱処理による皮膜硬度の低下が減少する。更に、亜硫酸カリウムを配合し、ポリアルキレングリコール又は両性界面活性剤を配合しない場合はバンプ表面の高低差が充分に小さくならない。亜硫酸カリウムと、ポリアルキレングリコール又は両性界面活性剤の両方を加えた場合にのみ、バンプ表面の高低差及び皮膜硬度の両方が望ましい値になる。

本発明の非シアン系電解金めっき浴には、本発明の目的を損なわない範囲でｐＨ調整剤等の他の成分を適宜使用してもよい。

ｐＨ調整剤としては、例えば酸として硫酸、亜硫酸水、りん酸等、アルカリとして水酸化カリウム、アンモニア水等が挙げられる。

本発明の非シアン系電解金めっき浴を用いてめっきにより半導体ウエハへバンプを形成する際には、常法に従ってめっき操作を行えば良い。例えば、ＵＢＭ層としてＴｉ-Ｗスパッタ膜、その上にＡｕスパッタ膜等を形成したウエハにマスク材を用いてマスキングを行う。その後、ウエハを被めっき物として電解金めっきを行う。次いでマスク材を溶剤に溶解させて除去する方法等がある。マスク材を除去した後、ＵＢＭ層の金バンプに被覆されていない部分をエッチング等により除去し、ウエハの熱処理を行う。

マスク剤には、ノボラック系ポジ型フォトレジストを使用することができる。市販品としては、例えばＬＡ−900、ＨＡ−900（以上、東京応化工業株式会社製）等を挙げることができる。

めっき温度は通常40〜70℃とするが、好ましくは50〜65℃である。めっき浴の温度が40〜70℃の範囲を外れると、めっき皮膜が析出しにくい場合や、めっき浴が不安定となりめっき浴成分の分解が生じる場合がある。

めっきに使用する設定電流密度はめっき液の組成、温度等の条件により適切な範囲が異なるので一義的に決定することは難しい。金濃度が8〜15ｇ／Ｌ、60℃のめっき浴温度の条件下においては、通常2.0Ａ／ｄｍ²以下、好ましくは0.2〜1.2Ａ／ｄｍ²である。設定電流密度が上記範囲を外れると、作業性が悪くなる場合や、めっき皮膜外観やめっき皮膜特性に異常が生じる場合、または著しくめっき浴が不安定となり、めっき浴成分の分解が生じる場合がある。

本発明の非シアン系電解金めっき浴のｐＨとしては、通常7.0以上、好ましくは7.2〜10.0である。非シアン系電解金めっき浴のｐＨが7.0未満であると、著しくめっき浴が不安定となり分解が生じる場合がある。一方ｐＨが10.0を超えると、マスク材が溶解し、所望の金バンプ等が形成できない場合がある。

金バンプの熱処理温度は、200〜400℃、好ましくは200〜300℃とする。熱処理時間は5分以上とするが、好ましくは30〜60分である。熱処理はチャンバー内部を設定温度で一定時間保持できるファインオーブン等を用いて行う。

本発明の非シアン系電解金めっき浴は、金源およびめっき浴を構成するその他の成分を補充管理することにより、2ターン（めっき浴中の金量を全てめっきに消費した場合を1ターンとする）以上の使用を達成できる。

本発明の非シアン系電解金めっき浴は、素地がメタライズされ導通のとれるものであれば被めっき物を選ばない。ノボラック系ポジ型フォトレジストをマスク材に使用してパターンニングしたシリコンウエハ上やＧａ／Ａｓウエハなど化合物ウエハ上にバンプを形成する際に特に好適に使用することができる。

第１図は、本発明の金めっき浴を用いて半導体ウエハ上に形成した金バンプの一例を示す断面図である。第１図中、１は半導体ウエハ、１’は半導体ウエハの表面に形成された集積回路を含む回路層、２はＡｌ電極、３はパッシベーション膜、３ａはパッシベーション膜の開口部、４はＴｉＷスパッタ膜、５は金スパッタ膜、６はＴｉＷスパッタ膜４と金スパッタ膜５とからなるＵＢＭ層、７は金バンプ、７’は金バンプ７の表面、８はレジスト膜、８ａはレジスト膜の開口部である。金バンプの表面７’は平坦に形成されており、中央部７’ａとレジスト膜に接する周端部７’ｂとの高低差（ウエハ１からの距離の差）は１．８μｍ以内で、１．７μｍ以内が好ましく、１．６μｍ以内がより好ましく、１．５μｍ以内が特に好ましい。

第２図は、第１図に示す金バンプを形成した半導体チップをプリント配線基板に取り付けた状態を示す断面図である。第１図と同一部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

プリント配線基板１０の硬質基板１１上には、銅等の導電性材料で形成された基板配線パターン１２が形成されている。基板配線パターン１２には、金等の導電性材料で形成された基板電極１４が形成されている。一方、プリント配線基板１０と平行に基板１０に取り付けられた半導体チップ１６には、基板電極１４に対向して金バンプ７が形成されている。上記基板電極１４と金バンプ７とは、異方性導電接着剤２０により接合されている。硬質基板１１と半導体ウエハ１との間は、封止材１８により封止されている。

硬質基板１１の材質は硬質プリント配線基板に使用されるものであれば特に制限されないが、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、セラミック等を挙げることができる。封止材１８としては、通常半導体チップの封止に使用される公知の樹脂を使用することができる。硬質基板１１上への基板配線パターン１０、基板電極１４の形成は、蒸着、めっき、金属薄膜のエッチング、導電塗料の塗布等により行う。

プリント配線基板１０上への半導体チップ１６の取り付け方法は、以下のようにして行う。まず基板電極１４の上方に金バンプ７が位置するよう半導体チップ１６を位置決めし、フィルム状異方性導電接着剤２０を挟んで半導体チップ１６をプリント配線基板１０上に載せる。次いで異方性導電接着剤２０を介して金バンプ７と基板電極１４とを熱圧着する。プリント配線基板１０への半導体チップ１６の取り付けにより、回路層１’内に形成された集積回路の電極としての金バンプ７と、基板配線パターン１２上に形成された基板電極１４とは、異方性導電接着剤２０を介して接続される。

表１〜４に示す配合にて非シアン系電解金めっき浴を調製した。各原料の配合濃度の単位は特に断りのない限りｇ／Ｌである。但し、Ｎａ₃Ａｕ（ＳＯ_３）₂、亜硫酸金アンモニウムは、Ａｕ量についての濃度を示してある。

被めっき物としてノボラック系ポジ型フォトレジストでパターンニングされたバンプ開口部を有するシリコンウエハ（素地断面組成は金スパッタ膜／TiW／SiO₂）を用いた。調製した非シアン系電解金めっき浴1Ｌ中に被めっき物を浸漬し、通電を施すことにより15μｍの膜厚を有する金めっき皮膜を形成した。なお非シアン系電解金めっき浴の電流効率は定常のめっき操作条件下では、通常100％である。

所定膜厚を有する皮膜を形成した後、マスク材を除去し、形成したバンプの形状、浴安定性、めっき皮膜外観、皮膜硬度（未熱処理および300℃30分熱処理後）、Ａｕスパッタ膜のヨウ素系エッチャントによるエッチング性につき下記方法および基準にて評価を行った。結果を表１〜４に併せて示す。

〔バンプ表面の高低差（μｍ）〕
図１に示すように、シリコンウエハ１上にノボラック系ポジ型フォトレジスト８を使用して、長辺80〜20μｍ、短辺80〜20μｍの長方形状開口部を有するパターンニングを行った。電解金めっき浴を用いてめっきを施した後、ノボラック系ポジ型フォトレジストを溶剤であるメチルエチルケトンで溶解した。得られたバンプについて、キーエンス社製レーザー顕微鏡ＶＫ−9710を用いてバンプ上面の最高点と上面外側の最下点の差を高低差として計測し、平滑さの指標とした。なお、通常バンプめっき用途において求められる高低差は3μｍ以下であるが、望ましくは2μm以下であり、さらに望ましくは1.5μm以下である。

〔浴安定性〕
被めっき物へめっきを施した後の、めっき浴の様子を観察し、下記基準にて評価した。
分解： めっき浴中の成分が分解した。
× ： めっき浴中に金の沈殿が肉眼で判るレベルで観察された。
△ ： めっき浴中に金の沈殿が僅かに認められた。0.2μｍメンブランフィルタでろ過して観察できるレベル。
○ ： めっき浴中に金の沈殿は観察されなかった。

〔めっき皮膜外観〕
被めっき物上に形成された金バンプの表面皮膜外観を観察し、下記基準にて評価した。
× ： 色調が赤い、デンドライト状析出が見られる、ムラが認められる、またはヤケが発生している。
△ ： 異常析出はないが、光沢外観である。
○ ： 色調がレモンイエローで無〜半光沢均一外観である。

〔皮膜硬度（ビッカース硬度；Hv）〕
被めっき物上に形成された特定のバンプ部位を用い、その皮膜硬度（未熱処理および300℃30分熱処理後）を、ビッカース硬度計にて測定した。中硬度用途のバンプにおいて求められる特性としては、アニール後の皮膜硬度が70Hv程度である。なお測定条件は、測定圧子を25ｇｆ荷重で10秒保持する条件によった。

〔Ａｕスパッタ膜のヨウ素系エッチャントによるエッチング性〕
被めっき物を常温で十分に撹拌されたヨウ素系エッチャントの中に90秒浸漬し、アルコール系リンス液でとも洗いした後、エタノールを噴霧してドライヤーで乾燥した。その後、金属顕微鏡を用いて50〜200倍の倍率で被めっき物上に形成された全バンプの表面状態を観察し、下記基準にて評価した。
× ： ５０％以上のバンプの表面にムラが観察される。
△ ： 一部の限られたエリアのバンプの表面にムラが観察される。
○ ： 被めっき物上の全バンプの表面にムラが観察されない。

〔総合評価〕
上記各評価結果から、下記評価基準にて評価した。
× ： 形成された金めっき皮膜（金パンプ）およびめっき処理後の非シアン系電解金めっき浴に関する上記評価結果に、好ましくない結果が含まれた。
△ ： 形成された金めっき皮膜（金パンプ）およびめっき処理後の非シアン系電解金めっき浴に関する上記評価結果が、概ね良好であるものの一部好ましくない結果が含まれた。
○ ： 形成された金めっき皮膜（金パンプ）およびめっき処理後の非シアン系電解金めっき浴に関する上記評価結果が、全て良好な結果であった。

実施例、比較例を比較することにより、以下のことが明らかである。
（１）亜硫酸カリウムは、バンプ表面の高低差を低減させる効果が原則としてある。亜硫酸カリウムを含む実施例１〜２０の高低差１．０１〜１．５６は、亜硫酸カリウムのかわりに亜硫酸ナトリウムを含む比較例２〜１２との高低差１．８５〜３．１１と比較して、バンプ表面の高低差が明らかに小さい。
（２）ポリアルキレングリコール、両性界面活性剤は、３００℃熱処理後の皮膜硬度の低下を少なくする効果が原則としてある。ポリアルキレングリコール又は両性界面活性剤を含む実施例１〜２０は、３００℃熱処理後の皮膜硬度が適度（５０〜９０Ｈｖ）である。これに対し、ポリアルキレングリコールと両性界面活性剤を含まない比較例１、２の硬度は４５Ｈｖ、４３Ｈｖと低い。
（３）しかし、単に亜硫酸カリウムを加えるだけでは、バンプ表面の高低差は充分小さくならない。比較例１は、実施例１〜２０と同量の亜硫酸カリウムを加えているにもかかわらず、高低差が大きい（１．８３）。亜硫酸カリウムにポリアルキレングリコール又は両性界面活性剤を加えることにより、はじめて高低差は１．５６以下（実施例１〜２０）になる。

本発明の金めっき浴を用いて形成された金バンプの一例を示す断面図である。 図１に示す金バンプを有する半導体チップをプリント配線基板に取り付けた状態の一例を示す断面図である。 従来の金めっき浴を用いて形成された金バンプを示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ
１’ 回路層
２ Ａｌ電極
３ パッシベーション膜
３ａ パッシベーション膜の開口部
４ ＴｉＷスパッタ膜
５ 金スパッタ膜
６ ＵＢＭ層
７ 金バンプ
７’ 金バンプの表面
８ レジスト膜
８ａ レジスト膜の開口部
１０ プリント配線基板
１１ 硬質基板
１２ 基板配線パターン
１４ 基板電極
１６ 半導体チップ
１８ 封止材
２０ 異方性導電接着剤

Claims (5)

1. 亜硫酸金アルカリ塩または亜硫酸金アンモニウムと、結晶調整剤と、亜硫酸カリウム5〜150ｇ／Ｌと、分子量が200〜6000のポリアルキレングリコール１ｍｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌ及び／又は両性界面活性剤0.1ｍｇ〜1ｇ／Ｌと、水溶性アミン及び/又は緩衝剤とを含有するバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。
2. 両性界面活性剤が、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドリキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウリン酸アミドプロピルヒドロキシスルホベタイン、脂肪酸アミドプロピルベタイン、および脂肪酸アシル-Ｎ-カルボキシエチル-Ｎ-ヒドロキシエチルエチレンジアミンアルカリ塩から選択される１種または2種以上である請求項１に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。
   
3. 結晶調整剤が、Ｔｌ化合物、Ｐｂ化合物、またはＡｓ化合物であり、結晶調整剤を金属濃度として0.1〜100ｍｇ／Ｌ配合する請求項１に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴。
   
4. パターンニングされたウエハ上に請求項１に記載のバンプ形成用非シアン系電解金めっき浴を用いて電解金めっきを行った後、２００〜４００℃で５分以上熱処理することにより、皮膜硬度が５０〜９０Ｈｖ、表面の高低差が１．８μｍ以下のバンプを形成するバンプ形成方法。
   
5. プリント配線基板上に形成された基板配線パターンの有する基板電極と、半導体ウエハ上に形成された集積回路の金バンプと、を異方性導電接着剤を用いて接続する接続構造であって、前記金バンプの皮膜硬度が５０〜９０Ｈｖである接続構造。

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