はんだ付け用フラックスおよび、はんだ付け用フラックスを用いた半導体装置の製造方法
【課題】はんだバンプが形成された半導体装置をより正確に検査すること。
【解決手段】水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸とその有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり導電性金属との配位結合を有するアミンとを備えているはんだ付け用フラックスとともにはんだボールが加熱されることにより形成されるはんだバンプ７の表面を被覆するフラックス残渣は、水溶性を有し、水洗により容易に除去されることができる。さらに、水洗によりアミンと配位結合していた導電性金属がはんだバンプ７の表面に析出する。このため、このような装置は、はんだバンプ７に接触するコンタクトピン１１を用いてはんだバンプ７が適用された半導体装置１０を検査するときに、コンタクトピン１１が絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピン１１とはんだバンプ７とのより確実に電気的に接触させることができ、半導体装置１０をより正確に検査することができる。
【解決手段】水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸とその有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり導電性金属との配位結合を有するアミンとを備えているはんだ付け用フラックスとともにはんだボールが加熱されることにより形成されるはんだバンプ７の表面を被覆するフラックス残渣は、水溶性を有し、水洗により容易に除去されることができる。さらに、水洗によりアミンと配位結合していた導電性金属がはんだバンプ７の表面に析出する。このため、このような装置は、はんだバンプ７に接触するコンタクトピン１１を用いてはんだバンプ７が適用された半導体装置１０を検査するときに、コンタクトピン１１が絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピン１１とはんだバンプ７とのより確実に電気的に接触させることができ、半導体装置１０をより正確に検査することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け用フラックスおよび、はんだ付け用フラックスを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や電子部品を搭載した配線基板には、はんだボールが配線基板上の電極に接続された、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）実装が用いられることが多い。このようなＢＧＡ実装では、リフロー工程により、はんだボールと配線基板上の電極とを加熱して、はんだボールを溶融させて電極と接合し、はんだバンプを形成することが行われている。
【０００３】
このようなはんだバンプの機械的、電気的信頼性を向上させるための手法が、特開２００４−１５４８４５号公報や、特開２００１−１１４７４７号公報に開示されている。
【０００４】
特開２００４−１５４８４５号公報には、はんだ材料とＣｕでメタライズされたパッケージやプリント基板の端子面との境界に形成される金属間化合物の成長を抑制し、耐衝撃特性にかかわる界面破壊による不良の問題を解決できる鉛フリー電子装置接続用はんだが開示されている。その電子装置接続用はんだは、Ｓｎを主体とし、質量で、Ａｇ５．０％以下、Ｃｕ１．０％以下及び粒界に偏析する元素０．００８〜０．１０％を含有することを特徴としている。
【０００５】
また、特開２００１−１１４７４７号公報には、はんだバンプの形成時に用いるはんだ付け用フラックスが開示されている。このはんだ付け用フラックスは、電気・電子機器に残存しても絶縁信頼性に影響を与えないようにするために、ジシアンジアミドとグリシドールとを反応させて得られる化合物を活性剤として含有する水溶性はんだフラックスであることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５４８４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者の検討の結果、半導体装置のはんだバンプ上に残留するはんだ付け用フラックスの残渣等により、半導体装置の電気的検査工程において、はんだバンプと検査装置のコンタクトピンとの接触不良が発生し、正確に半導体装置の電気的検査を行うことができないという課題があることを見出した。以下は本願発明者の検討結果に基づく。
はんだバンプ近傍における半導体装置１１０の一部を、図１に示す。図１は、図１２における領域Aの部分を拡大した図である。図１２において配線基板１に半導体チップ１５０が搭載され、半導体チップ１５０内の電気回路（図示せず）は、ボンディングワイヤ１６０を介して配線基板１内の配線（図示せず）に接続される。この配線基板１内の配線は、図１における電極２に接続される。電極２は、図１に示すように、配線基板１上に形成されたソルダーレジスト３の開口部に形成される。図１におけるはんだバンプ１０７は、電極２にはんだボール（図示せず）がリフロー工程により加熱接続され、形成される。ここで、電極２とはんだボールとの接続を確実にするために、はんだ付け用フラックスが用いられる（図示せず）。はんだ付け用フラックスにより、リフロー工程において、電極２とはんだボールとが確実に接続される。このはんだ付け用フラックスは、電極２とはんだボールとが接続されて、洗浄され、除去される。
【０００８】
はんだバンプ１０７形成後、半導体装置１１０が正常に動作するかどうかを確認するために、電気的検査が行われる。この電気的検査は、はんだバンプ１０７に検査装置のコンタクトピン１１を接触させて行う。
【０００９】
ここで、はんだバンプ１０７から半導体チップ１５０までの電気的接続に問題がないにも関わらず、コンタクトピン１１を接触させて電気的検査を行うと半導体装置１１０が電気的に動作しないケースが見られた。この時のはんだバンプ１０７の表面の解析を行ったところ、図２のようにはんだバンプ１０７の表面に、絶縁性のポリシリコン化合物およびフラックス残渣等による薄い層１２３（以降、高抵抗層１２３と呼ぶ）が形成され、これがはんだバンプ１０７とコンタクトピン１１との電気的接触を悪化させていることがわかった。図２ははんだバンプ１０７の表面近傍を模式的に図示したものである。
【００１０】
はんだバンプ１０７の表面には、錫（Ｓｎ）を主成分とする基材２１上に、４ｎｍ程度の酸化物層２２と、２ｎｍ程度の高抵抗層１２３とが順次積層された構造になっていることがわかった。酸化物層２２は、第１酸化物層２４と第２酸化物層２５から構成される。第１酸化物層２４は、Ｓｎとリン（P）と酸素（O）との化合物が濃化されている層であり、基材２１を構成する合金にその化合物が混合された物質から形成される。化合物としては、Ｓｎのリン酸塩が例示される。また第２酸化物層２５は金属酸化物が濃化されている層であり、Ｓｎに酸化スズＳｎＯｘが混合された物質から形成される。高抵抗層１２３は、はんだバンプ１０７形成後のはんだバンプ１０７の洗浄後に除去されずに残った絶縁性のはんだ付け用フラックスと、絶縁性のポリシリコン化合物等から構成される。ポリシリコン化合物は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などで、ソルダーレジスト３に含有されているが、フラックス中に微量が溶融し、はんだバンプ１０７の表面にフラックスと共に残ったものである。
【００１１】
この高抵抗層１２３は、はんだバンプ１０７とコンタクトピン１１との電気的接触を悪化させると同時に、電気的検査中に剥離し、コンタクトピン１１のはんだバンプ１０７との接触部に付着・堆積する。そのようなコンタクトピン１１を引き続き導通検査に用いると、コンタクトピン１１とはんだバンプ１０７との電気的接触を阻害し、正確な半導体装置１１０の電気的検査を行うことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるはんだ付け用フラックスは、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸と、その有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属と配位結合ができるアミンとを備えている。
本発明によれば、はんだ付け用フラックスが塗布されたはんだボールを加熱してはんだバンプを形成する際に、はんだバンプの表面を被覆するはんだ付け用フラックスは、水溶性を有し水洗により容易に除去できる。さらにこの水洗工程によりアミンに配位結合した導電性金属をはんだバンプ表面に析出させることができる。このため、コンタクトピンを用いてはんだバンプが適用された半導体装置を検査するときに、コンタクトピンが絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピンとはんだバンプとの電気的接触を確実にすることができる。その結果、半導体装置をより正確に検査することが可能となる。
【００１３】
本発明による半導体装置の製造方法は、はんだ付け用フラックスとともにはんだボールを加熱することによりはんだバンプを形成するステップと、はんだバンプを水洗するステップとを備えている。はんだ付け用フラックスは、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸と、その有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属と配位結合ができるアミンとを含有する。
【００１４】
本発明によれば、はんだバンプの表面を被覆するはんだ付け用フラックスは、水溶性を有し、水洗により容易に除去されることができる。さらにこの水洗工程によりアミンと配位結合した導電性金属をはんだバンプ表面に析出させることができる。このため、はんだバンプに接触するコンタクトピンを用いてはんだバンプが適用された半導体装置を検査するときに、コンタクトピンが絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピンとはんだバンプとのより確実に電気的に接触させることができ、半導体装置をより正確に検査することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、はんだバンプにコンタクトピンを用いて電気的検査を正確に行うことができるはんだ付け用フラックス及び、はんだ付け用フラックスを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の課題を説明するための半導体装置の検査方法を示すはんだバンプ近傍における断面図である。
【図２】図２は、本発明の課題を説明するための、はんだバンプの表面近傍における断面を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明によるはんだ付け用フラックスが塗布された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図４】図４は、はんだボールが搭載された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図５】図５は、はんだボールが加熱された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図６】図６は、はんだバンプが水洗された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図７】図７は、半導体装置を検査するときに用いられるコンタクトピンを示す図である。
【図８】図８は、溶剤に適用される物質の属性を示す表である。
【図９】図９は、水洗された後のはんだバンプの表面近傍における断面を示す模式図である。
【図１０】図１０は、はんだバンプの表面に存在するSnに対するCuの原子の数の比率と半導体装置の良品率との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、はんだバンプの表面に存在するSnに対するSiの原子の数の比率と半導体装置の再検査により良品となる率との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照して、本発明によるはんだ付け用フラックスの実施の形態を説明する。
はじめに、本発明のはんだ付け用フラックス５について説明する。はんだ付け用フラックス５は、溶剤と、有機酸と、アミンとで構成される。必要に応じて、増粘剤と、界面活性剤とが含まれていてもよい。
【００１８】
はんだ付け用フラックス５の溶剤は、はんだボール６が溶融するはんだ溶融温度以上の沸点であり、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である物質から成る。
水への溶解度を６．８重量％以下にしたのは、溶剤と有機物質との親和性を高め、電極２、はんだボール６、はんだバンプ７、の表面等に付着する有機物質を溶解して除去させることができるようにするためである。一方、水への溶解度を０．０１重量％以上としたのは、少なくとも水に溶解するように規定するためである。これにより、はんだ付け用フラックス５が水洗により除去することが可能となる。
【００１９】
このような溶剤としては、図８に示されているように、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとブチルプロピレングリコールとが例示される。
【００２０】
電極２やはんだボール６、はんだバンプ７の表面に付着する有機物質としては、ソルダーレジスト３に含まれる、有機シリコン、アクリル、エポキシ等の有機化合物が例示される。これらの有機化合物を除去するためには、水に対する溶解度は５．０重量％以下であることが望ましい。したがって、溶剤の水に対する溶解度が０．０１重量％以上５．０重量％以下である溶剤を用いることが好ましい。このような溶剤としては、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとが例示される。
なお、はんだ付け用フラックス５の溶剤の含有量は、３９重量％〜６９重量％とする。
【００２１】
はんだ付け用フラックス５のアミンは、１つの金属原子（導電性金属原子）に配位する複数の基を有する多座配位子から構成されている。ここで導電性金属原子は、ＣｕまたはＮｉ、AuやAgを指す。たとえば、このアミンは、エチレンジアミンまたはポリオキシエチレンジアミンまたはそれらの誘導体にCuまたはNi、Au、Agなどが配位結合したものが例示される。これらのアミンにさらに、環状炭化水素または水溶性ポリアミン樹脂を付加したものであってもよい。
【００２２】
はんだ付け用フラックス５のアミンは、CuまたはNi、Au、Agなどの導電性金属が配位結合して一旦溶け込む事ができればよく、はんだ付け用フラック５のアミンにはじめから導電性金属が配位結合していなくても良い。つまり、はんだ付け用フラックス５がはんだボール６と電極２に接触したときに、はんだボール６または電極２に含まれる導電性金属がアミンと配位結合するようになっても良い。
【００２３】
さらに、はんだ付け用フラックス５の水溶性を確保するため、アミンの、水への溶解度は５重量％以上であることが好ましい。また、はんだ付け用フラックス５ははんだ溶融時に用いることから、はんだの融点以上の沸点を有していることが好ましい。具体的には、２５０℃以上の沸点を有するアミンということになる。
【００２４】
これらの条件を満たすアミンとしては、エソデュオミンとジェファーミンとポロキサミンとが例示される。そのエソデュオミンのＣＡＳ番号は、６１７９０−８５−０である。そのジェファーミンのＣＡＳ番号は、６５６０５−３６−９である。そのポロキサミンのＣＡＳ番号は、１１１１１−３４−５である。なお、アミンの含有量は、３０重量％〜６０重量％とする。
【００２５】
はんだ付け用フラックス５の有機酸は、モル当たりの活性を増加させるため、１分子あたり複数の有機酸基を有する分子から構成される。有機酸基としては、カルボキシル基が例示される。有機酸は、金属表面（電極２など）の酸化膜を溶かして除去することで、はんだが金属表面にのりやすくするために用いられる。有機酸は、次のような化学反応が進行し、酸化膜が除去される。
２RCOOH ＋ Cu2O → ２RCOOCu ＋H2O
リフロー工程における予備加熱で、酸化膜を除去する上記化学反応を進行させるため、有機酸の融点は１４５℃以上であることが望ましい。さらに融点を上昇させるために、カルボキシル基を除く箇所に存在する水素を他の官能基に置換してもよい。なお、はんだ付け用フラックス５の有機酸の含有量は、１重量％〜２０重量％とする。
【００２６】
有機酸としては、オキシ二酢酸Ｏ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２とアジピン酸ＨＣＯＯＨ（ＣＨ２）４ＣＯＯＨとジメチロールプロピオン酸Ｃ５Ｈ１０Ｏ４と琥珀酸Ｃ４Ｈ６Ｏ４とクエン酸Ｃ６Ｈ８Ｏ７とが例示される。オキシ二酢酸Ｏ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２のＣＡＳ番号は、１１０−９９−６である。アジピン酸ＨＣＯＯＨ（ＣＨ２）４ＣＯＯＨのＣＡＳ番号は、１２４−０４−９である。ジメチロールプロピオン酸Ｃ５Ｈ１０Ｏ４のＣＡＳ番号は、４７６７−０３−７である。琥珀酸Ｃ４Ｈ６Ｏ４のＣＡＳ番号は、１１０−１５−６である。クエン酸Ｃ６Ｈ８Ｏ７のＣＡＳ番号は、７７−９２−９である。
【００２７】
はんだ付け用フラックス５の増粘剤は、溶剤と有機酸とアミンとの混合物が所定の粘度を有するように、添加される。なお、はんだ付け用フラックス５は、その溶剤と有機酸とアミンとの混合物が所定の粘度を有しているときに、その増粘剤が含有される必要がなく、その増粘剤の添加を省略することもできる。
【００２８】
はんだ付け用フラックス５の界面活性剤は、溶剤と有機酸とアミンとが十分に混合するように、添加されるが、その界面活性剤の添加を省略することもできる。
【００２９】
次に、図３〜図７を参照して、本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた半導体装置１０の製造方法について説明する。図３〜図７は、半導体装置１０のはんだバンプ７近傍における拡大図を示している。これらの図は、図１２における領域Ａの拡大図である。図１２に示すように、図３から図７の製造方法を経て、複数のはんだバンプ７が形成される。
【００３０】
まず、図１２に示す配線基板１のように、半導体チップ１５０が搭載された配線基板１が用意される。配線基板１の表面には複数の電極２が形成されており、電極２を含む配線基板１の表面にソルダーレジスト３が形成され、電極２が露出するようにソルダーレジスト３が開口されている。ソルダーレジスト３は、はんだに濡れにくい材料で構成され、有機シリコン（たとえば、シロキサン）、アクリル、エポキシ等に例示される有機物質を含有している。電極２は、Cu等の金属で構成される。電極２は、配線基板１内の配線（図示せず）を介して、配線基板１に搭載された半導体チップ１５０内の電気回路（図示せず）にボンディングワイヤ１６０を介して電気的に接続されている。
【００３１】
次に、図３に示すように、複数の電極２の上に、前述のはんだ付け用フラックス５が塗布される。はんだ付け用フラックス５は、スキージ印刷法でも、密閉式加圧印刷法でも、その他の方法で行っても良い。
【００３２】
配線基板１は、はんだ付け用フラックス５が塗布された後に、図４に示すように、複数のはんだボール６が搭載される。複数のはんだボール６は、それぞれ、はんだ付け用フラックス５に接触するように配線基板１に配置される。
このとき、はんだ付け用フラックス５のアミンに、はんだボール６または電極２の金属が配位結合して一部溶け込んでもよい。金属が配位結合していないアミンを含有するはんだ付け用フラックス５の場合、この工程において、初めてアミンに金属が配位結合することになる。具体的には、この金属は、電極２やはんだボール６に含まれるCuやAg、Au、Ni等になる。
【００３３】
配線基板１は、複数のはんだボール６が搭載された後に、リフロー工程により、加熱される。加熱により、はんだ付け用フラックス５は、はんだボール６の表面及び電極２の表面を覆うと同時に、はんだボール６が溶融して、はんだバンプ７が形成される。はんだバンプ７の形成が完了した後のはんだバンプ７の表面には、図５に示すようにはんだ付け用フラックス５によるフラックスの層８が形成される。
【００３４】
フラックスの層８は、はんだ付け用フラックス５の他に、ソルダーレジスト３に含まれる成分や、電極２とはんだボール６のそれぞれを被覆する汚染物に由来する物質等が含有されている。フラックスの層８に含有される物質としては、酸化シリコン化合物Ｒ−ＳＯｘとポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル、エポキシ等などである。
【００３５】
その後、はんだバンプ７は水洗され、フラックスの層８が除去され、図６のような半導体装置１０が形成される。
本発明で使用するはんだ付け用フラックス５は、水への溶解度が０．０１重量％以上の溶剤と、水への溶解度が５重量％以上のアミンを含有しているため、水洗により除去することができる。この水洗工程により、アミンに配位結合している導電性金属と配位子であるアミンとの配位結合が切断され、アミンが除去されるため、アミンに配位結合していた導電性金属が析出することになる。
【００３６】
半導体装置１０は、水洗された後に、検査装置を用いて電気的検査が実施される。検査装置には、図７に示すように、導体で形成されたコンタクトピン１１を備えており、コンタクトピン１１をはんだバンプ７に直接接触させて、電気的検査を行う。なお、図７に図示していないが、検査装置には、各はんだバンプ７に対応する複数のコンタクトピン１１を有している。
【００３７】
次に本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた製造方法により製造された半導体装置１０について説明する。
【００３８】
図９は、上記製造方法により製造された図６に示す半導体装置１０における、はんだバンプ７表面近傍の模式図を示す。はんだバンプ７は、Snを主成分とする基材部２９と、基材部２９を覆う表層部２３で構成される。表層部２３の厚さはおよそ２ｎｍから６ｎｍ程度である。基材部２９は、基材２１と、その表面を覆う酸化物層２２と、から構成される。
【００３９】
表層部２３は、Snと導電性金属とを含有する。導電性金属は、はんだ付け用フラックス５に含まれるアミンにより供給された、CuまたはNi、Au、Agなどである。はんだ付け用フラックス５に含まれるアミンは、CuまたはNi、Au、Agなどが配位結合しているため、はんだバンプ７の水洗時に、アミンの配位子が除去され、CuまたはNi、Au、Agなどが析出する。これらの導電性金属により表層部２３が形成される。なお、Cu、Ni、Au、Agなどの一部は、アミンとの配位結合が一部残っていてもよい。
【００４０】
本発明のはんだ付け用フラックス５では、表層部２３は、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率が、０．０１より大きいように形成される。はんだ付け用フラックス５におけるアミンの含有量を増やすことにより、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率は、０．０１５以上とすることができる。なお、この比率は、TOF-SIMS（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy）により定量的に評価することができる。
【００４１】
本発明のはんだ付け用フラックス５では、溶剤の水への溶解度を制限しているため、有機物質との親和性が高まり、表層部２３に含まれるポリシリコン化合物や有機絶縁体等の絶縁物を効果的に除去でき、表層部２３に含まれる絶縁物を減少させることができる。ここで絶縁物としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などがあげられ、SiやCを含有している。図９からわかるように、本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた場合、表層部２３におけるSiやCの含有量は、単位体積あたりのSn原子の数に対するSiまたはC原子の数の比率で０．０１未満に抑制することができ、絶縁物を効果的にはんだバンプ７の表面からほぼ除去できていることがわかる。これは、はんだ付け用フラックス５における溶剤の水への溶解度を６．８重量％以下特に、５．０重量％以下にしたため、有機物質との親和性が高まり、ポリシリコン化合物や有機絶縁体等をはんだバンプ７の表面から除去できたためである。
【００４２】
酸化物層２２は厚さがおよそ４ｎｍ程度であり、基材２１側から、第１酸化物層２４と、第２酸化物層２５とから構成される。第１酸化物層２４は、Snとのリン酸塩SnPxOyで主に構成される。第１酸化物層２４を覆う第２酸化物層２５は、Snの酸化物SnOxで主に構成される。
【００４３】
次に、図１０および図１１を用いて本発明の効果を説明する。
図１０は、はんだバンプ７の表面に存在するSnに対するCuの量と半導体装置１０の良品率との関係を示している。図１０の横軸は、TOF-SIMSにより測定したはんだバンプ７の表面での、単位体積あたりのSn原子の数に対するCu原子の数の比率を示している。また、図１０の縦軸ははんだバンプ７の電気的検査の項目の中の導通検査における良品の割合を示している。図１０から、はんだバンプ７の表面に存在するCuの量が大きいほど半導体装置１０が良品に判別される確率が大きいことを示している。つまり、はんだバンプ７の表面に存在するSuに対するCuの存在量が大きくなると、表層部２３の導電性が向上することを示している。図１０から、単位体積あたりのSn原子の数に対するCu原子の数の比率が０．０１を超えると良品率が顕著に向上しているのが分る。さらに、原子の数の比率が０．０１５以上ではほぼ１００％の良品率になることがわかる。
【００４４】
本発明のはんだ付け用フラックス５のアミンにはCu、Ni、Au、Ag等の導電性金属が配位結合しており、水洗工程によりアミンの配位子が除去され、導電性金属を析出させて、表層部２３を形成することができるので、はんだバンプ７の表層部２３における単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率を０．０１より大きくすることができる。特にアミンの含有量を増加させることにより、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子比率を０．０１５以上にすることができる。
【００４５】
このため、導電性の高い表層部２３をはんだバンプ７の表面に形成させることができ、はんだバンプ７とコンタクトピン１１との接触抵抗を低減できる。そのため、導通検査において、コンタクトピン１１とはんだバンプ７との電気的な接触不良により誤って不良と判断される可能性を大幅に抑制することが可能となる。
【００４６】
なお、図１０では、Cuの場合を示したが、Ni、Au、Agについても同様の傾向が得られた。すなわち、単位体積あたりのSn原子の数に対するNiまたはAu原子の数の比率が０．０１を超えると、良品率が顕著に向上し、比率が０．０１５以上でほぼ１００％の良品率になった。
【００４７】
図１１は、はんだバンプ７の表面に存在するSnに対するSiの量と半導体装置１０の良品率との関係を示している。図１１の横軸は、TOF-SIMSにより測定したはんだバンプ７の表面での、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率を示している。また、図１１の縦軸は、導通検査において、一度不良品であると判定された半導体装置１０に対して、再度導通検査を行った場合に良品となった割合を示している。つまり、この縦軸が高いことは、本来不良品でなかったにも関わらず、最初の導通検査において不良品であると判定された比率が高いことを示している。図１１から、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率が少ないほど、誤判定が少ないことがわかる。特に、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率が０．０１未満であると、誤判定は顕著に減少する。全く同じ傾向がCにおいても得られた。はんだバンプ７表面におけるSiやCを含む物質としては、ソルダーレジスト３に由来する絶縁体、例えば、有機シリコン、アクリル、エポキシやポリジメチルシロキサン等の有機化合物が考えられる。
【００４８】
本発明では、はんだ付け用フラックス５の溶剤はこれらソルダーレジスト３に由来する絶縁体を溶解し除去することができるため、SiやCを含む物質による誤判定を抑制することができる。
【００４９】
なお、以上の説明では、はんだバンプ７の基材の主成分をSnとしたが、Sn以外の金属でも構わない。また、はんだバンプ７の基材がSnとSn以外の金属とで構成されていても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１ ：配線基板
２ ：電極
３ ：ソルダーレジスト
５ ：はんだ付け用フラックス
６ ：はんだボール
７ ：はんだバンプ
８ ：フラックスの層
１０：半導体装置
１１：コンタクトピン
２１：基材
２２：酸化物層
２３：表層部
２４：第１酸化物層
２５：第２酸化物層
２９：基材部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け用フラックスおよび、はんだ付け用フラックスを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や電子部品を搭載した配線基板には、はんだボールが配線基板上の電極に接続された、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）実装が用いられることが多い。このようなＢＧＡ実装では、リフロー工程により、はんだボールと配線基板上の電極とを加熱して、はんだボールを溶融させて電極と接合し、はんだバンプを形成することが行われている。
【０００３】
このようなはんだバンプの機械的、電気的信頼性を向上させるための手法が、特開２００４−１５４８４５号公報や、特開２００１−１１４７４７号公報に開示されている。
【０００４】
特開２００４−１５４８４５号公報には、はんだ材料とＣｕでメタライズされたパッケージやプリント基板の端子面との境界に形成される金属間化合物の成長を抑制し、耐衝撃特性にかかわる界面破壊による不良の問題を解決できる鉛フリー電子装置接続用はんだが開示されている。その電子装置接続用はんだは、Ｓｎを主体とし、質量で、Ａｇ５．０％以下、Ｃｕ１．０％以下及び粒界に偏析する元素０．００８〜０．１０％を含有することを特徴としている。
【０００５】
また、特開２００１−１１４７４７号公報には、はんだバンプの形成時に用いるはんだ付け用フラックスが開示されている。このはんだ付け用フラックスは、電気・電子機器に残存しても絶縁信頼性に影響を与えないようにするために、ジシアンジアミドとグリシドールとを反応させて得られる化合物を活性剤として含有する水溶性はんだフラックスであることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５４８４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者の検討の結果、半導体装置のはんだバンプ上に残留するはんだ付け用フラックスの残渣等により、半導体装置の電気的検査工程において、はんだバンプと検査装置のコンタクトピンとの接触不良が発生し、正確に半導体装置の電気的検査を行うことができないという課題があることを見出した。以下は本願発明者の検討結果に基づく。
はんだバンプ近傍における半導体装置１１０の一部を、図１に示す。図１は、図１２における領域Aの部分を拡大した図である。図１２において配線基板１に半導体チップ１５０が搭載され、半導体チップ１５０内の電気回路（図示せず）は、ボンディングワイヤ１６０を介して配線基板１内の配線（図示せず）に接続される。この配線基板１内の配線は、図１における電極２に接続される。電極２は、図１に示すように、配線基板１上に形成されたソルダーレジスト３の開口部に形成される。図１におけるはんだバンプ１０７は、電極２にはんだボール（図示せず）がリフロー工程により加熱接続され、形成される。ここで、電極２とはんだボールとの接続を確実にするために、はんだ付け用フラックスが用いられる（図示せず）。はんだ付け用フラックスにより、リフロー工程において、電極２とはんだボールとが確実に接続される。このはんだ付け用フラックスは、電極２とはんだボールとが接続されて、洗浄され、除去される。
【０００８】
はんだバンプ１０７形成後、半導体装置１１０が正常に動作するかどうかを確認するために、電気的検査が行われる。この電気的検査は、はんだバンプ１０７に検査装置のコンタクトピン１１を接触させて行う。
【０００９】
ここで、はんだバンプ１０７から半導体チップ１５０までの電気的接続に問題がないにも関わらず、コンタクトピン１１を接触させて電気的検査を行うと半導体装置１１０が電気的に動作しないケースが見られた。この時のはんだバンプ１０７の表面の解析を行ったところ、図２のようにはんだバンプ１０７の表面に、絶縁性のポリシリコン化合物およびフラックス残渣等による薄い層１２３（以降、高抵抗層１２３と呼ぶ）が形成され、これがはんだバンプ１０７とコンタクトピン１１との電気的接触を悪化させていることがわかった。図２ははんだバンプ１０７の表面近傍を模式的に図示したものである。
【００１０】
はんだバンプ１０７の表面には、錫（Ｓｎ）を主成分とする基材２１上に、４ｎｍ程度の酸化物層２２と、２ｎｍ程度の高抵抗層１２３とが順次積層された構造になっていることがわかった。酸化物層２２は、第１酸化物層２４と第２酸化物層２５から構成される。第１酸化物層２４は、Ｓｎとリン（P）と酸素（O）との化合物が濃化されている層であり、基材２１を構成する合金にその化合物が混合された物質から形成される。化合物としては、Ｓｎのリン酸塩が例示される。また第２酸化物層２５は金属酸化物が濃化されている層であり、Ｓｎに酸化スズＳｎＯｘが混合された物質から形成される。高抵抗層１２３は、はんだバンプ１０７形成後のはんだバンプ１０７の洗浄後に除去されずに残った絶縁性のはんだ付け用フラックスと、絶縁性のポリシリコン化合物等から構成される。ポリシリコン化合物は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などで、ソルダーレジスト３に含有されているが、フラックス中に微量が溶融し、はんだバンプ１０７の表面にフラックスと共に残ったものである。
【００１１】
この高抵抗層１２３は、はんだバンプ１０７とコンタクトピン１１との電気的接触を悪化させると同時に、電気的検査中に剥離し、コンタクトピン１１のはんだバンプ１０７との接触部に付着・堆積する。そのようなコンタクトピン１１を引き続き導通検査に用いると、コンタクトピン１１とはんだバンプ１０７との電気的接触を阻害し、正確な半導体装置１１０の電気的検査を行うことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるはんだ付け用フラックスは、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸と、その有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属と配位結合ができるアミンとを備えている。
本発明によれば、はんだ付け用フラックスが塗布されたはんだボールを加熱してはんだバンプを形成する際に、はんだバンプの表面を被覆するはんだ付け用フラックスは、水溶性を有し水洗により容易に除去できる。さらにこの水洗工程によりアミンに配位結合した導電性金属をはんだバンプ表面に析出させることができる。このため、コンタクトピンを用いてはんだバンプが適用された半導体装置を検査するときに、コンタクトピンが絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピンとはんだバンプとの電気的接触を確実にすることができる。その結果、半導体装置をより正確に検査することが可能となる。
【００１３】
本発明による半導体装置の製造方法は、はんだ付け用フラックスとともにはんだボールを加熱することによりはんだバンプを形成するステップと、はんだバンプを水洗するステップとを備えている。はんだ付け用フラックスは、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、有機酸と、その有機酸を中和し水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属と配位結合ができるアミンとを含有する。
【００１４】
本発明によれば、はんだバンプの表面を被覆するはんだ付け用フラックスは、水溶性を有し、水洗により容易に除去されることができる。さらにこの水洗工程によりアミンと配位結合した導電性金属をはんだバンプ表面に析出させることができる。このため、はんだバンプに接触するコンタクトピンを用いてはんだバンプが適用された半導体装置を検査するときに、コンタクトピンが絶縁体により汚染されることを低減し、コンタクトピンとはんだバンプとのより確実に電気的に接触させることができ、半導体装置をより正確に検査することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、はんだバンプにコンタクトピンを用いて電気的検査を正確に行うことができるはんだ付け用フラックス及び、はんだ付け用フラックスを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の課題を説明するための半導体装置の検査方法を示すはんだバンプ近傍における断面図である。
【図２】図２は、本発明の課題を説明するための、はんだバンプの表面近傍における断面を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明によるはんだ付け用フラックスが塗布された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図４】図４は、はんだボールが搭載された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図５】図５は、はんだボールが加熱された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図６】図６は、はんだバンプが水洗された後の半導体装置のはんだバンプ近傍における断面図である。
【図７】図７は、半導体装置を検査するときに用いられるコンタクトピンを示す図である。
【図８】図８は、溶剤に適用される物質の属性を示す表である。
【図９】図９は、水洗された後のはんだバンプの表面近傍における断面を示す模式図である。
【図１０】図１０は、はんだバンプの表面に存在するSnに対するCuの原子の数の比率と半導体装置の良品率との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、はんだバンプの表面に存在するSnに対するSiの原子の数の比率と半導体装置の再検査により良品となる率との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照して、本発明によるはんだ付け用フラックスの実施の形態を説明する。
はじめに、本発明のはんだ付け用フラックス５について説明する。はんだ付け用フラックス５は、溶剤と、有機酸と、アミンとで構成される。必要に応じて、増粘剤と、界面活性剤とが含まれていてもよい。
【００１８】
はんだ付け用フラックス５の溶剤は、はんだボール６が溶融するはんだ溶融温度以上の沸点であり、水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である物質から成る。
水への溶解度を６．８重量％以下にしたのは、溶剤と有機物質との親和性を高め、電極２、はんだボール６、はんだバンプ７、の表面等に付着する有機物質を溶解して除去させることができるようにするためである。一方、水への溶解度を０．０１重量％以上としたのは、少なくとも水に溶解するように規定するためである。これにより、はんだ付け用フラックス５が水洗により除去することが可能となる。
【００１９】
このような溶剤としては、図８に示されているように、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとブチルプロピレングリコールとが例示される。
【００２０】
電極２やはんだボール６、はんだバンプ７の表面に付着する有機物質としては、ソルダーレジスト３に含まれる、有機シリコン、アクリル、エポキシ等の有機化合物が例示される。これらの有機化合物を除去するためには、水に対する溶解度は５．０重量％以下であることが望ましい。したがって、溶剤の水に対する溶解度が０．０１重量％以上５．０重量％以下である溶剤を用いることが好ましい。このような溶剤としては、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとが例示される。
なお、はんだ付け用フラックス５の溶剤の含有量は、３９重量％〜６９重量％とする。
【００２１】
はんだ付け用フラックス５のアミンは、１つの金属原子（導電性金属原子）に配位する複数の基を有する多座配位子から構成されている。ここで導電性金属原子は、ＣｕまたはＮｉ、AuやAgを指す。たとえば、このアミンは、エチレンジアミンまたはポリオキシエチレンジアミンまたはそれらの誘導体にCuまたはNi、Au、Agなどが配位結合したものが例示される。これらのアミンにさらに、環状炭化水素または水溶性ポリアミン樹脂を付加したものであってもよい。
【００２２】
はんだ付け用フラックス５のアミンは、CuまたはNi、Au、Agなどの導電性金属が配位結合して一旦溶け込む事ができればよく、はんだ付け用フラック５のアミンにはじめから導電性金属が配位結合していなくても良い。つまり、はんだ付け用フラックス５がはんだボール６と電極２に接触したときに、はんだボール６または電極２に含まれる導電性金属がアミンと配位結合するようになっても良い。
【００２３】
さらに、はんだ付け用フラックス５の水溶性を確保するため、アミンの、水への溶解度は５重量％以上であることが好ましい。また、はんだ付け用フラックス５ははんだ溶融時に用いることから、はんだの融点以上の沸点を有していることが好ましい。具体的には、２５０℃以上の沸点を有するアミンということになる。
【００２４】
これらの条件を満たすアミンとしては、エソデュオミンとジェファーミンとポロキサミンとが例示される。そのエソデュオミンのＣＡＳ番号は、６１７９０−８５−０である。そのジェファーミンのＣＡＳ番号は、６５６０５−３６−９である。そのポロキサミンのＣＡＳ番号は、１１１１１−３４−５である。なお、アミンの含有量は、３０重量％〜６０重量％とする。
【００２５】
はんだ付け用フラックス５の有機酸は、モル当たりの活性を増加させるため、１分子あたり複数の有機酸基を有する分子から構成される。有機酸基としては、カルボキシル基が例示される。有機酸は、金属表面（電極２など）の酸化膜を溶かして除去することで、はんだが金属表面にのりやすくするために用いられる。有機酸は、次のような化学反応が進行し、酸化膜が除去される。
２RCOOH ＋ Cu2O → ２RCOOCu ＋H2O
リフロー工程における予備加熱で、酸化膜を除去する上記化学反応を進行させるため、有機酸の融点は１４５℃以上であることが望ましい。さらに融点を上昇させるために、カルボキシル基を除く箇所に存在する水素を他の官能基に置換してもよい。なお、はんだ付け用フラックス５の有機酸の含有量は、１重量％〜２０重量％とする。
【００２６】
有機酸としては、オキシ二酢酸Ｏ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２とアジピン酸ＨＣＯＯＨ（ＣＨ２）４ＣＯＯＨとジメチロールプロピオン酸Ｃ５Ｈ１０Ｏ４と琥珀酸Ｃ４Ｈ６Ｏ４とクエン酸Ｃ６Ｈ８Ｏ７とが例示される。オキシ二酢酸Ｏ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２のＣＡＳ番号は、１１０−９９−６である。アジピン酸ＨＣＯＯＨ（ＣＨ２）４ＣＯＯＨのＣＡＳ番号は、１２４−０４−９である。ジメチロールプロピオン酸Ｃ５Ｈ１０Ｏ４のＣＡＳ番号は、４７６７−０３−７である。琥珀酸Ｃ４Ｈ６Ｏ４のＣＡＳ番号は、１１０−１５−６である。クエン酸Ｃ６Ｈ８Ｏ７のＣＡＳ番号は、７７−９２−９である。
【００２７】
はんだ付け用フラックス５の増粘剤は、溶剤と有機酸とアミンとの混合物が所定の粘度を有するように、添加される。なお、はんだ付け用フラックス５は、その溶剤と有機酸とアミンとの混合物が所定の粘度を有しているときに、その増粘剤が含有される必要がなく、その増粘剤の添加を省略することもできる。
【００２８】
はんだ付け用フラックス５の界面活性剤は、溶剤と有機酸とアミンとが十分に混合するように、添加されるが、その界面活性剤の添加を省略することもできる。
【００２９】
次に、図３〜図７を参照して、本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた半導体装置１０の製造方法について説明する。図３〜図７は、半導体装置１０のはんだバンプ７近傍における拡大図を示している。これらの図は、図１２における領域Ａの拡大図である。図１２に示すように、図３から図７の製造方法を経て、複数のはんだバンプ７が形成される。
【００３０】
まず、図１２に示す配線基板１のように、半導体チップ１５０が搭載された配線基板１が用意される。配線基板１の表面には複数の電極２が形成されており、電極２を含む配線基板１の表面にソルダーレジスト３が形成され、電極２が露出するようにソルダーレジスト３が開口されている。ソルダーレジスト３は、はんだに濡れにくい材料で構成され、有機シリコン（たとえば、シロキサン）、アクリル、エポキシ等に例示される有機物質を含有している。電極２は、Cu等の金属で構成される。電極２は、配線基板１内の配線（図示せず）を介して、配線基板１に搭載された半導体チップ１５０内の電気回路（図示せず）にボンディングワイヤ１６０を介して電気的に接続されている。
【００３１】
次に、図３に示すように、複数の電極２の上に、前述のはんだ付け用フラックス５が塗布される。はんだ付け用フラックス５は、スキージ印刷法でも、密閉式加圧印刷法でも、その他の方法で行っても良い。
【００３２】
配線基板１は、はんだ付け用フラックス５が塗布された後に、図４に示すように、複数のはんだボール６が搭載される。複数のはんだボール６は、それぞれ、はんだ付け用フラックス５に接触するように配線基板１に配置される。
このとき、はんだ付け用フラックス５のアミンに、はんだボール６または電極２の金属が配位結合して一部溶け込んでもよい。金属が配位結合していないアミンを含有するはんだ付け用フラックス５の場合、この工程において、初めてアミンに金属が配位結合することになる。具体的には、この金属は、電極２やはんだボール６に含まれるCuやAg、Au、Ni等になる。
【００３３】
配線基板１は、複数のはんだボール６が搭載された後に、リフロー工程により、加熱される。加熱により、はんだ付け用フラックス５は、はんだボール６の表面及び電極２の表面を覆うと同時に、はんだボール６が溶融して、はんだバンプ７が形成される。はんだバンプ７の形成が完了した後のはんだバンプ７の表面には、図５に示すようにはんだ付け用フラックス５によるフラックスの層８が形成される。
【００３４】
フラックスの層８は、はんだ付け用フラックス５の他に、ソルダーレジスト３に含まれる成分や、電極２とはんだボール６のそれぞれを被覆する汚染物に由来する物質等が含有されている。フラックスの層８に含有される物質としては、酸化シリコン化合物Ｒ−ＳＯｘとポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル、エポキシ等などである。
【００３５】
その後、はんだバンプ７は水洗され、フラックスの層８が除去され、図６のような半導体装置１０が形成される。
本発明で使用するはんだ付け用フラックス５は、水への溶解度が０．０１重量％以上の溶剤と、水への溶解度が５重量％以上のアミンを含有しているため、水洗により除去することができる。この水洗工程により、アミンに配位結合している導電性金属と配位子であるアミンとの配位結合が切断され、アミンが除去されるため、アミンに配位結合していた導電性金属が析出することになる。
【００３６】
半導体装置１０は、水洗された後に、検査装置を用いて電気的検査が実施される。検査装置には、図７に示すように、導体で形成されたコンタクトピン１１を備えており、コンタクトピン１１をはんだバンプ７に直接接触させて、電気的検査を行う。なお、図７に図示していないが、検査装置には、各はんだバンプ７に対応する複数のコンタクトピン１１を有している。
【００３７】
次に本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた製造方法により製造された半導体装置１０について説明する。
【００３８】
図９は、上記製造方法により製造された図６に示す半導体装置１０における、はんだバンプ７表面近傍の模式図を示す。はんだバンプ７は、Snを主成分とする基材部２９と、基材部２９を覆う表層部２３で構成される。表層部２３の厚さはおよそ２ｎｍから６ｎｍ程度である。基材部２９は、基材２１と、その表面を覆う酸化物層２２と、から構成される。
【００３９】
表層部２３は、Snと導電性金属とを含有する。導電性金属は、はんだ付け用フラックス５に含まれるアミンにより供給された、CuまたはNi、Au、Agなどである。はんだ付け用フラックス５に含まれるアミンは、CuまたはNi、Au、Agなどが配位結合しているため、はんだバンプ７の水洗時に、アミンの配位子が除去され、CuまたはNi、Au、Agなどが析出する。これらの導電性金属により表層部２３が形成される。なお、Cu、Ni、Au、Agなどの一部は、アミンとの配位結合が一部残っていてもよい。
【００４０】
本発明のはんだ付け用フラックス５では、表層部２３は、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率が、０．０１より大きいように形成される。はんだ付け用フラックス５におけるアミンの含有量を増やすことにより、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率は、０．０１５以上とすることができる。なお、この比率は、TOF-SIMS（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy）により定量的に評価することができる。
【００４１】
本発明のはんだ付け用フラックス５では、溶剤の水への溶解度を制限しているため、有機物質との親和性が高まり、表層部２３に含まれるポリシリコン化合物や有機絶縁体等の絶縁物を効果的に除去でき、表層部２３に含まれる絶縁物を減少させることができる。ここで絶縁物としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などがあげられ、SiやCを含有している。図９からわかるように、本発明のはんだ付け用フラックス５を用いた場合、表層部２３におけるSiやCの含有量は、単位体積あたりのSn原子の数に対するSiまたはC原子の数の比率で０．０１未満に抑制することができ、絶縁物を効果的にはんだバンプ７の表面からほぼ除去できていることがわかる。これは、はんだ付け用フラックス５における溶剤の水への溶解度を６．８重量％以下特に、５．０重量％以下にしたため、有機物質との親和性が高まり、ポリシリコン化合物や有機絶縁体等をはんだバンプ７の表面から除去できたためである。
【００４２】
酸化物層２２は厚さがおよそ４ｎｍ程度であり、基材２１側から、第１酸化物層２４と、第２酸化物層２５とから構成される。第１酸化物層２４は、Snとのリン酸塩SnPxOyで主に構成される。第１酸化物層２４を覆う第２酸化物層２５は、Snの酸化物SnOxで主に構成される。
【００４３】
次に、図１０および図１１を用いて本発明の効果を説明する。
図１０は、はんだバンプ７の表面に存在するSnに対するCuの量と半導体装置１０の良品率との関係を示している。図１０の横軸は、TOF-SIMSにより測定したはんだバンプ７の表面での、単位体積あたりのSn原子の数に対するCu原子の数の比率を示している。また、図１０の縦軸ははんだバンプ７の電気的検査の項目の中の導通検査における良品の割合を示している。図１０から、はんだバンプ７の表面に存在するCuの量が大きいほど半導体装置１０が良品に判別される確率が大きいことを示している。つまり、はんだバンプ７の表面に存在するSuに対するCuの存在量が大きくなると、表層部２３の導電性が向上することを示している。図１０から、単位体積あたりのSn原子の数に対するCu原子の数の比率が０．０１を超えると良品率が顕著に向上しているのが分る。さらに、原子の数の比率が０．０１５以上ではほぼ１００％の良品率になることがわかる。
【００４４】
本発明のはんだ付け用フラックス５のアミンにはCu、Ni、Au、Ag等の導電性金属が配位結合しており、水洗工程によりアミンの配位子が除去され、導電性金属を析出させて、表層部２３を形成することができるので、はんだバンプ７の表層部２３における単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子の数の比率を０．０１より大きくすることができる。特にアミンの含有量を増加させることにより、単位体積あたりのSn原子の数に対する導電性金属原子比率を０．０１５以上にすることができる。
【００４５】
このため、導電性の高い表層部２３をはんだバンプ７の表面に形成させることができ、はんだバンプ７とコンタクトピン１１との接触抵抗を低減できる。そのため、導通検査において、コンタクトピン１１とはんだバンプ７との電気的な接触不良により誤って不良と判断される可能性を大幅に抑制することが可能となる。
【００４６】
なお、図１０では、Cuの場合を示したが、Ni、Au、Agについても同様の傾向が得られた。すなわち、単位体積あたりのSn原子の数に対するNiまたはAu原子の数の比率が０．０１を超えると、良品率が顕著に向上し、比率が０．０１５以上でほぼ１００％の良品率になった。
【００４７】
図１１は、はんだバンプ７の表面に存在するSnに対するSiの量と半導体装置１０の良品率との関係を示している。図１１の横軸は、TOF-SIMSにより測定したはんだバンプ７の表面での、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率を示している。また、図１１の縦軸は、導通検査において、一度不良品であると判定された半導体装置１０に対して、再度導通検査を行った場合に良品となった割合を示している。つまり、この縦軸が高いことは、本来不良品でなかったにも関わらず、最初の導通検査において不良品であると判定された比率が高いことを示している。図１１から、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率が少ないほど、誤判定が少ないことがわかる。特に、単位体積あたりのSn原子の数に対するSi原子の数の比率が０．０１未満であると、誤判定は顕著に減少する。全く同じ傾向がCにおいても得られた。はんだバンプ７表面におけるSiやCを含む物質としては、ソルダーレジスト３に由来する絶縁体、例えば、有機シリコン、アクリル、エポキシやポリジメチルシロキサン等の有機化合物が考えられる。
【００４８】
本発明では、はんだ付け用フラックス５の溶剤はこれらソルダーレジスト３に由来する絶縁体を溶解し除去することができるため、SiやCを含む物質による誤判定を抑制することができる。
【００４９】
なお、以上の説明では、はんだバンプ７の基材の主成分をSnとしたが、Sn以外の金属でも構わない。また、はんだバンプ７の基材がSnとSn以外の金属とで構成されていても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１ ：配線基板
２ ：電極
３ ：ソルダーレジスト
５ ：はんだ付け用フラックス
６ ：はんだボール
７ ：はんだバンプ
８ ：フラックスの層
１０：半導体装置
１１：コンタクトピン
２１：基材
２２：酸化物層
２３：表層部
２４：第１酸化物層
２５：第２酸化物層
２９：基材部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、
有機酸と、
水への溶解度が５重量％以上であり、前記有機酸を中和し、導電性金属との配位結合ができるアミンと、
を具備するはんだ付け用フラックス。
【請求項２】
前記導電性金属は、銅、ニッケル、銀、金のいずれか一つを少なくとも含む
請求項１記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項３】
前記アミンは、前記導電性金属と配位結合して、前記導電性金属を溶かし込むことができる
請求項１または２のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項４】
前記アミンには、前記導電性金属が配位結合して溶け込んでいる
請求項３に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項５】
前記アミンは、エチレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン、エチレンジアミンの誘導体、ポリオキシエチレンジアミンの誘導体のいずれかを少なくとも含む
請求項１から４のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項６】
前記溶剤は、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとから形成される集合から選択される物質である
請求項１から５のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項７】
前記溶剤は、沸点がはんだ溶融温度以上である
請求項１から６のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項８】
前記有機酸は、１分子あたり複数の有機酸基を有する
請求項１から７のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項９】
前記有機酸基は、カルボキシル基である
請求項８に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項１０】
前記有機酸は、融点が１４５℃以上である
請求項８または９のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項１１】
はんだ付け用フラックスとともにはんだボールを加熱することによりはんだバンプを形成する工程と、
前記はんだバンプを水洗する工程と、を具備し、
前記はんだ付け用フラックスは、
水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、
有機酸と、
水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属との配位結合を有し、前記有機酸を中和し、導電性金属と配位結合することができるアミンと、を含有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性金属は、銅、ニッケル、銀、金のいずれか一つを少なくとも含む
請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記はんだバンプを形成する工程は、
電極上に前記はんだ付け用フラックスが塗布される工程と、
前記はんだ付け用フラックスが塗布された電極上に、前記はんだボールが配置される工程と、
前記はんだボールが配置される工程の後に、前記はんだボールを加熱して溶融させはんだバンプを形成するリフロー工程と、を有する請求項１１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記アミンは、前記導電性金属と配位結合して、前記導電性金属を溶かし込むことができる
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記アミンには、前記導電性金属が配位結合して溶け込んでいる
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記溶剤は、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとから形成される集合から選択される物質である
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記溶剤は、沸点がはんだ溶融温度以上であり、
前記有機酸は、融点が１４５℃以上である
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記有機酸は、１分子あたり複数のカルボシル基を有する
請求項１１から１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記アミンは、エチレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン、エチレンジアミンの誘導体、ポリオキシエチレンジアミンの誘導体のいずれかを少なくとも含む
請求項１１から１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記アミンは、１つの導電性金属に配位する複数の基を有する多座配位子から形成される
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、
有機酸と、
水への溶解度が５重量％以上であり、前記有機酸を中和し、導電性金属との配位結合ができるアミンと、
を具備するはんだ付け用フラックス。
【請求項２】
前記導電性金属は、銅、ニッケル、銀、金のいずれか一つを少なくとも含む
請求項１記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項３】
前記アミンは、前記導電性金属と配位結合して、前記導電性金属を溶かし込むことができる
請求項１または２のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項４】
前記アミンには、前記導電性金属が配位結合して溶け込んでいる
請求項３に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項５】
前記アミンは、エチレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン、エチレンジアミンの誘導体、ポリオキシエチレンジアミンの誘導体のいずれかを少なくとも含む
請求項１から４のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項６】
前記溶剤は、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとから形成される集合から選択される物質である
請求項１から５のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項７】
前記溶剤は、沸点がはんだ溶融温度以上である
請求項１から６のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項８】
前記有機酸は、１分子あたり複数の有機酸基を有する
請求項１から７のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項９】
前記有機酸基は、カルボキシル基である
請求項８に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項１０】
前記有機酸は、融点が１４５℃以上である
請求項８または９のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項１１】
はんだ付け用フラックスとともにはんだボールを加熱することによりはんだバンプを形成する工程と、
前記はんだバンプを水洗する工程と、を具備し、
前記はんだ付け用フラックスは、
水に対する溶解度が０．０１重量％以上６．８重量％以下である溶剤と、
有機酸と、
水への溶解度が５重量％以上であり、導電性金属との配位結合を有し、前記有機酸を中和し、導電性金属と配位結合することができるアミンと、を含有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性金属は、銅、ニッケル、銀、金のいずれか一つを少なくとも含む
請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記はんだバンプを形成する工程は、
電極上に前記はんだ付け用フラックスが塗布される工程と、
前記はんだ付け用フラックスが塗布された電極上に、前記はんだボールが配置される工程と、
前記はんだボールが配置される工程の後に、前記はんだボールを加熱して溶融させはんだバンプを形成するリフロー工程と、を有する請求項１１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記アミンは、前記導電性金属と配位結合して、前記導電性金属を溶かし込むことができる
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記アミンには、前記導電性金属が配位結合して溶け込んでいる
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記溶剤は、ヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルグリコールと２−エチルヘキシルジグリコールとフェニルグリコールとフェニルジグリコールとベンジルグリコールとブチルプロピレンジグリコールとフェニルプロピレングリコールとジブチルジグリコールとプロピルプロピレンジグリコールとから形成される集合から選択される物質である
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記溶剤は、沸点がはんだ溶融温度以上であり、
前記有機酸は、融点が１４５℃以上である
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記有機酸は、１分子あたり複数のカルボシル基を有する
請求項１１から１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記アミンは、エチレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン、エチレンジアミンの誘導体、ポリオキシエチレンジアミンの誘導体のいずれかを少なくとも含む
請求項１１から１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記アミンは、１つの導電性金属に配位する複数の基を有する多座配位子から形成される
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２００８８７（Ｐ２０１１−２００８８７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８７７１（Ｐ２０１０−６８７７１）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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