説明

無電解金めっき液

【課題】ソルダーレジストや下地ニッケルに腐食を生じさせることなく、配線基板に半田接合性やワイヤーボンディング特性が良好な金めっき皮膜を形成できる安全性の高い置換金めっき液を提供する。
【解決手段】金イオンとして0.5−5g/Lの水溶性亜硫酸金化合物と、5−200g/Lの亜硫酸及び/又はその塩と、5−50g/Lの水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩とを含有し、エチレンジアミン及びタリウムを含まない無電解金めっき液。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、銅素地で形成した微細配線上に無電解ニッケルめっきを施した微細配線基板の微細配線上への金めっき又はニッケルめっきを施したシリコンウエハ等への金めっきに適した非シアン系の無電解金めっき液に関する。
【背景技術】
【0002】
プリント基板等の配線基板は、通常、絶縁性の基板上に微細な銅配線を形成し、この銅配線上にニッケルめっき、金めっきを順次行うことにより配線が形成される。
【0003】
近年では、電子部品の小型化に伴い配線基板上に形成される配線は微細化され、かつ、電気的に独立した配線が主流になってきている。
【0004】
基板上の電気的に独立した銅配線に厚付け金めっきを施すためには、無電解ニッケルめっきによるニッケル皮膜を形成した後、ニッケル皮膜上に無電解金めっき(例えば、特許文献1参照)による皮膜の形成が必要とされる。
【0005】
一般に厚付け金めっきを施すに際しては、無電解ニッケルめっきにより形成したニッケル皮膜上に置換無電解金めっきにより厚さ0.1μm程度の金皮膜を形成する。その上に更に還元無電解金めっき(自己触媒型無電解金めっき:例えば、特許文献2参照)を行うことにより厚付け金皮膜を形成している。
【0006】
従来の置換無電解金めっき液は、シアン化合物を含んだものが多いために、半田漏れ防止の為に用いられるソルダーレジストに対する腐食性が強い。また、シアン化合物を含む金めっき液は、毒性が高い。そのため、シアン化合物を含有せず、品質の良い金皮膜が得られる置換無電解金めっき液の開発が望まれている。
【0007】
無電解ニッケルめっき、無電解金めっきで処理された銅配線基板は、ワイヤーボンディング強度、半田付け性、半田ボールプル強度等の特性評価が行われ、これらの特性に優れていることが要求される。
【0008】
しかしながら、従来のノンシアン置換無電解金めっき液を用いる金めっき処理(例えば、特許文献3参照)においては、置換金めっきが進行する際に銅配線上にめっきされた無電解ニッケル皮膜の粒界部分が優先的に腐食される。その結果、半田濡れ性が低下するばかりか、半田ボールプル強度も低下する傾向にある。
【特許文献1】特許第3146757号公報 (段落番号[0002]〜[0003])
【特許文献2】特開2000−87251号公報 (特許請求の範囲、段落番号[0007]〜[0022])
【特許文献3】特許第3030113号公報 (特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述のとおり、既存のシアン系置換無電解金めっき液の場合には、めっき液のソルダーレジストに対する腐食性に起因する問題、即ちレジストパターンが破壊される等の問題がある。ノンシアン系置換無電解金めっき液の場合には、ニッケル腐食に伴って半田接合が不良となる等の問題が生じている。
【0010】
本発明の目的は、ソルダーレジストや下地ニッケルに腐食を生じさせることなく、配線基板に半田接合性やワイヤーボンディング特性が良好な金めっき皮膜を形成できる安全性の高い非シアン系の置換金めっき液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は上記問題を解決すべく検討を行った結果、所定の非シアン系無電解金めっき液を用いることにより、置換無電解金めっきに伴うソルダーレジストの破壊や下地ニッケルの腐食が生じず、半田接合性やワイヤーボンディング特性が良好な金めっき皮膜が形成できることを知得した。
【0012】
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。
【0013】
〔1〕 表面にニッケル皮膜を形成した、銅配線基板、シリコンウエハ又は化合物ウエハに用いられる無電解金めっき液であって、金イオンとして0.5−5g/Lの水溶性亜硫酸金化合物と、5−200g/Lの亜硫酸及び/又はその塩と、5−50g/Lの水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩とを含有し、エチレンジアミン及びタリウムを含まない無電解金めっき液。
【0014】
〔2〕 水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩が、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二カリウム、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、又は1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸である〔1〕に記載の無電解金めっき液。
【0015】
〔3〕 表面にニッケル皮膜を形成した、銅配線基板、シリコンウエハ又は化合物ウエハに用いられる無電解金めっき液であって、金イオンとして0.5−5g/Lの水溶性亜硫酸金化合物と、5−200g/Lの亜硫酸及び/又はその塩と、5−50g/Lの水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩とを含有し、作用極に厚さ5μmのNiめっきを施したCu板、対極にPt板、参照極にAg/AgCl電極を用いて測定した70℃における平衡電位が−0.4V以下である無電解金めっき液。
【発明の効果】
【0016】
本発明のノンシアン置換無電解金めっき液は、水溶性亜硫酸金化合物と亜硫酸及び/又はその塩と水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩を含有し、エチレンジアミンとタリウムを含まない。本発明のめっき液を用いて金めっきを行うと、下地ニッケルを腐食することなく、均一な金めっき皮膜が形成される。この金めっき皮膜は、半田濡れ性、ボールプル強度、ワイヤーボンディング特性が良好である。
【0017】
本発明の金めっき液により形成された金皮膜はニッケル皮膜に対して微細なアンカー効果を有しており、適度な密着性を示す。その結果、本発明の金めっき液により形成された金めっき皮膜は、半田接合性、ボールプル強度、ワイヤーボンディング特性が良好である。
【0018】
本発明の置換無電解金めっき液により形成した金皮膜の表面に還元無電解金めっきを行った場合についても、ニッケル皮膜と置換無電解金めっき皮膜の密着性が高いので、下地ニッケルには腐食が発生しない。そのため、半田接合性及びワイヤーボンディング特性が良好な厚付け金めっき皮膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の置換無電解金めっき液について詳細に説明する。
【0020】
本発明の無電解金めっきに配合する水溶性亜硫酸金化合物としては、例えば亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウムなどを挙げることができる。無電解金めっき液の金イオン濃度は、好ましくは0.5〜5g/L、より好ましくは0.5〜3g/L、更に好ましくは0.5〜1.5g/Lである。金イオン濃度が0.5g/L未満であるとめっきの進行が遅くなり、5g/Lを超えると製造コストが高くなるので経済的でない。
【0021】
本発明の無電解金めっき液における亜硫酸及び/又はその塩の濃度は、好ましくは5〜200g/L、更に好ましくは10〜100g/Lである。これらの濃度が5g/L未満ではめっき液の安定性に欠け、200g/Lを超えると添加量に見合った効果が得られなくなるので不経済となる。亜硫酸塩としては、例えば亜硫酸アンモニウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸ナトリウムなどを挙げることができる。
【0022】
本発明の無電解金めっき液に配合する水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩の濃度は、好ましくは5〜50g/L、より好ましくは10〜40g/L、更に好ましくは15〜35g/Lである。水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩の濃度が5g/L未満では溶出金属の隠蔽効果が弱く、50g/Lを超えると下地ニッケル皮膜の腐食を起こしやすくなる。
【0023】
ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩としては、例えば、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二カリウム、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸等を挙げることができる。ポリアミノポリカルボン酸の塩としてはナトリウム又はカリウムが好ましい。
【0024】
本発明の無電解金めっき液にはpH緩衝剤を配合することが好ましい。pH緩衝剤としては、例えば、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウム等のリン酸塩を好適に用いることができる。無電解金めっき液におけるpH緩衝剤の濃度は、好ましくは1〜50g/L、更に好ましくは3〜30g/Lである。緩衝剤濃度が1g/L未満ではめっき液のpHの変動が大きくなり、50g/Lを超えると緩衝剤配合による効果は向上せず、経済的でない。
【0025】
本発明の無電解金めっき液のpHは5.0〜9.0が好ましく、6.5〜7.5がより好ましい。pHが5.0未満では液の安定性が悪くなり、pHが9.0を超えると下地金属を腐食しやすくなる傾向にある。pHの調整には、亜硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどを使用することが可能である。
【0026】
本発明の無電解金めっき液には、めっき液に通常使用される他の添加剤、例えば、亜硫酸のアルカリ土類金属、ピロ亜硫酸のアルカリ金属、リン酸のアルカリ金属やアルカリ土類金属、ピロリン酸塩等を通常使用される配合量で添加してもよい。
【0027】
本発明の無電解金めっき液には、エチレンジアミン及びタリウムを添加すると、下地ニッケルが腐食され、良好な金めっき皮膜を形成することができない。
【0028】
本発明の無電解金めっき液は、液温50〜95℃の範囲で使用可能であるが、65〜80℃で使用することが好ましい。めっき液の温度が50℃未満の場合はめっきの進行が遅くなり、95℃を超えるとめっき液が分解しやすくなる。
【0029】
本発明の無電解金めっき液は、所定の方法により測定した平衡電位が−0.4V以下となるように配合する成分の種類、濃度を決定することが好ましい。めっき液の平衡電位は、作用極として厚さ5μmのNiめっきを施したCu板、対極としてPt板、参照極としてAg/AgCl電極を使用し、70℃のめっき液について測定した値である。平衡電位が−0.4V以下のめっき液は、下地に使用するニッケルの腐食が生じにくく、良好な金めっき皮膜を形成することができる。めっき液の平衡電位は、本発明の範囲内でめっき液の組成を調整することにより−0.4V以下とすることが可能である。
【0030】
更に、本発明のめっき液には、金源以外の成分として、成分毎にめっき液に配合される濃度で水に溶解させてpH7の条件で上記の方法により平衡電位を測定したときに平衡電位−0.4V以下を示す成分のみを配合することが好ましい。平衡電位が低い成分のみを使用することにより、ニッケルのめっき液への溶解を抑制することができる。
【実施例】
【0031】
実施例1
ソルダーレジスト(太陽インキ株式会社製PSR4000)を使用して、大きさ50×50mmの銅素地微細回路を有する樹脂製テスト基板(線幅50〜100μm、ボンディング用パッド、プル強度用のランド径0.6mm)を形成した。次いで、テスト基板上に、市販の無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業株式会社製 ICPニコロンGM)を用いて、各使用方法に従い、厚さ5μmの無電解ニッケルめっき皮膜を形成してめっき用の試料を得た。
【0032】
純水に亜硫酸金ナトリウムを金として1g/L、亜硫酸ナトリウムを100g/L、エチレンジアミン四酢酸を30g/L溶解させ、置換無電解金めっき液を調製した。このめっき液をアルカリ(カセイソーダ水)でpH7.0に調整した後、液温70℃として試料を10分間浸漬した。10分後に試料を取出し、膜蛍光X線厚計測定器(SII製SEA5120)で析出膜厚を測定したところ、金膜厚は0.02μmであった。
金皮膜を剥離した後のニッケル表面を電子顕微鏡で観察した。その結果を図1に示す。
【0033】
実施例2,3,4,5
エチレンジアミン四酢酸に代えて、実施例2〜5の順にイミノ二酢酸(15g/L)、ニトリロ三酢酸(20g/L)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(35g/L)、1,2−シクロへキサンジアミン四酢酸(30g/L)を使用し、実施例1と同様に試料の金めっきを行った。10分間浸漬後の金めっき膜厚は、いずれも0.02μmであった。
金皮膜を剥離した後のニッケル表面を電子顕微鏡で観察した。その結果を図2〜図5に示す。
【0034】
実施例6
実施例1と同じ組成、同じpHの置換無電解金めっき液を調整し、液温70℃として試料を30分間浸漬した。30分後に試料を取出し、膜蛍光X線厚計測定器で析出膜厚を測定したところ、金膜厚は0.04μmであった。
金皮膜を剥離した後のニッケル表面の電子顕微鏡写真を図6に示す。
【0035】
実施例7
実施例1と同じ組成、同じpHの置換無電解金めっき液を調整し、液温70℃として試料を10分間浸漬した。その後、更にこの試料を還元無電解金めっき(エヌ・イー ケムキャット社製 スーパーメックス#850建浴液)に浸漬し、金めっきを行った。還元無電解金めっき条件は、浴温65℃、めっき時間25〜30分とした。試料に形成された金めっき皮膜の膜厚は合計で0.3μmであった。
【0036】
実施例8
実施例1のめっき液を使用して、以下の手順によりめっき液の寿命試験を行った。ニッケルめっきを行ったハルセル板(70x100x0.2mm 銅板)に無電解置換金めっきを行い、ハルセル板を差し替えながらめっき操作を繰り返し行った。
【0037】
めっき試験中は、金補充液(エヌ・イー ケムキャット社製)を添加することにより適時金イオンを補充した。3ターン(1ターンは、めっき浴中の全金量を1回消費するめっき量に相当する)の試験後でも金めっき皮膜にはニッケル腐食に伴うクラックが観察されなかった。
【0038】
実施例9
レジスト処理されたシリコンウエハ(6インチφ)を用い、100μmの開口部のアルミニウムパッドにジンケート処理(日本カニゼン社製 K−123を用いて所定の条件にて約30秒間)を行った。続いて、硝酸処理を行い、ジンケート処理を再度行った。
【0039】
その後、無電解ニッケルめっき(日本カニゼン社製 SN−200)にて所定のめっき条件下でめっきを行い、5μm厚のニッケルめっき皮膜を得た。
【0040】
続いて、実施例1と同じ置換金めっき液にて70℃で10分間めっきを行い、0.02μm厚の金めっき皮膜を得た。
【0041】
金めっき皮膜剥離後のニッケル表面状態はニッケル腐食に伴うクラックは観察されなかった。
【0042】
比較例1
純水に亜硫酸金ナトリウムをAuとして3g/L、亜硫酸ナトリウムを60g/L、エチレンジアミン四酢酸を20g/L、エチレンジアミンを2ml/L、硫酸タリウムを2mg/L溶解させ、置換無電解金めっき液を調製した。
【0043】
このめっき液をpH7.0に調整し、液温70℃として試料を10分間浸漬した。10分後に試料を取出し、膜蛍光X線厚計測定器で析出膜厚を測定したところ、金膜厚は0.03μmであった。金を剥離した後のニッケル表面の電子顕微鏡写真を図7に示す。図7から明らかなように、ニッケル表面は粒界部分が腐食され、黒点で示される孔が腐食により形成されていた。
【0044】
比較例2
試料を従来のシアン系置換金めっきにて5分間浸漬し、金めっき皮膜を形成した。めっき液はシアン化金カリウム(金:2g/L)、クエン酸カリウム 20g/L、エチレンジアミン四酢酸 10g/Lにより建浴した。
【0045】
その後、更にこの試料を還元無電解金めっき(エヌ・イー ケムキャット社製 スーパーメックス#850建浴液)に浸漬したところ、試料の表面に膜厚0.3μmの金めっき皮膜が形成された。
【0046】
比較例3
実施例1において硫酸タリウム 2mg/Lを添加しためっき液を調製し、実施例1と同じ条件で試料のめっきを行った。金膜厚は0.04μmであった。金めっき皮膜剥離後のニッケル表面にはニッケルの粒界腐食に伴うクラックが観察された(図8)。
【0047】
比較例4
実施例1において、エチレンジアミンを2ml/L添加してめっき液を調製し、実施例1と同じ条件で試料のめっきを行った。金膜厚は0.04μmであった。めっき皮膜はニッケルの粒界腐食は比較的抑制されているが、ところどころにそれに伴う皮膜表面のクラックが観察された(図9)。
【0048】
[平衡電位の測定]
銅板(15×32mm、厚さ1mm)に市販の無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業社製 ICPニコロンGM)を用いて5μm厚の無電解ニッケルめっき皮膜を形成した。次いで、この銅板上にφ6mmの開口部を残してカプトンテープでマスクし、作用極を形成した。
【0049】
この作用極を、白金で形成した対極、参照極(Ag/AgCl)とともに、実施例1で調整した置換無電解金めっき液と、比較例1で調整した置換無電解金めっき液にそれぞれ浸漬してめっき液の平衡電位の測定を行った。めっき液の温度は70℃とした。平衡電位測定の結果を図10に示す。
【0050】
比較例1の置換無電解金めっき中でのニッケル試料電極の平衡電位は、約−0.38V(vs.Ag/AgCl)で一定していた。実施例1の置換無電解金めっき液中における平衡電位は、約−0.56V(vs.Ag/AgCl)で一定となった。
【0051】
ニッケル腐食のアノード溶解に対して比較例1の置換無電解金めっき液は本発明のめっき液より作用極が高電位の状態で無電解金めっきが進行していることがわかる。この結果は、比較例1の置換無電解金めっき液中では実施例1のめっき液に比較して、より作用極(アノード)が溶解しやすい環境にあることを示している。ニッケル腐食はアノードの溶解に起因するので、比較例1のめっき液中においては、よりニッケル腐食が進行するものと考えられる。
【0052】
[半田ボールプル強度の測定]
実施例7と比較例2で金めっきした試料に半田ボール(0.76μmφ)を載せ、温度265℃でリフローした。この試料の半田ボールプル強度を測定した。測定装置にはdage社製4000を用い、引っ張り強度を1mm/秒とした。測定した結果を図11,12に示す。
【0053】
図12中、A、B、Cで示される破断モードは以下のとおりである。
A:半田中での破断
B:半田−Ni界面での破断
C:銅箔−基材界面での破断
なお、破断モードBは、半田とニッケル皮膜の密着性が低いことを示す。
【0054】
図11に示すように、半田ボールプル強度の値については実施例7と比較例2の間で差は見られなかった。
【0055】
図12に示す破断モードにおいては、実施例7と比較例2とでは明らかに異なる結果となった。シアン系置換金めっき液によるめっき後に還元金めっきを施した比較例2のめっき皮膜については、半田とニッケル界面での破断モードが支配的である。一方、当該置換金めっき液による置換金めっき後に還元金めっきを施した実施例7のめっき皮膜については半田中での破断が支配的であり、めっき接合部での破断モードは認められなかった。
【0056】
以上の結果から、本発明による無電解置換金めっき皮膜はニッケル腐食が生ずることなく無電解金めっきが進行し、ニッケルと半田界面の接合性が良く、ニッケルと半田界面での破断モードが発生しないものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0057】
本発明の無電解金めっきは、微細な銅配線が形成されたプリント基板への金配線の形成や、シリコンウエハ、Ga/Asウエハ等の化合物ウエハへの金配線、金バンプ等の形成に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】実施例1で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図2】実施例2で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図3】実施例3で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図4】実施例4で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図5】実施例5で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図6】実施例6で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図7】比較例1で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図8】比較例3で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図9】比較例4で金めっきした試料のニッケル表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図10】実施例1と比較例1の金めっき液について測定した平衡電位の経時変化を示すグラフである。
【図11】実施例7と比較例2で金めっきした試料の半田ボールプル強度を示すグラフである。
【図12】実施例7と比較例2で金めっきした試料の破断モード率を示すグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面にニッケル皮膜を形成した、銅配線基板、シリコンウエハ又は化合物ウエハに用いられる無電解金めっき液であって、金イオンとして0.5−5g/Lの水溶性亜硫酸金化合物と、5−200g/Lの亜硫酸及び/又はその塩と、5−50g/Lの水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩とを含有し、エチレンジアミン及びタリウムを含まない無電解金めっき液。
【請求項2】
水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩が、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二カリウム、イミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、又は1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸である請求項1に記載の無電解金めっき液。
【請求項3】
表面にニッケル皮膜を形成した、銅配線基板、シリコンウエハ又は化合物ウエハに用いられる無電解金めっき液であって、金イオンとして0.5−5g/Lの水溶性亜硫酸金化合物と、5−200g/Lの亜硫酸及び/又はその塩と、5−50g/Lの水溶性ポリアミノポリカルボン酸及び/又はその塩とを含有し、作用極に厚さ5μmのNiめっきを施したCu板、対極にPt板、参照極にAg/AgCl電極を用いて測定した70℃における平衡電位が−0.4V以下である無電解金めっき液。

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2008−240083(P2008−240083A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−83458(P2007−83458)
【出願日】平成19年3月28日(2007.3.28)
【出願人】(000228198)エヌ・イーケムキャット株式会社 (87)
【Fターム(参考)】