酸性電解銅めっき液

【課題】ビアランドパッドや回路配線の上部稜線部の丸みをなくし、上面を平坦に形成しながら、均一なめっき回路基板を作製することのできるめっき液を提供する。
【解決手段】少なくとも銅イオン、有機酸あるいは無機酸、塩素イオンを含有する酸性銅めっき基本組成に、銅めっき析出抑制剤および光沢化剤を添加した酸性電解銅めっき液に、更にホルマリンをその36質量%水溶液として0.5〜2ml/Lまたはカテコールをその11質量%水溶液として0.5〜5ml/L添加したことを特徴とする被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分への銅充填用酸性電解銅めっき液。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸性電解銅めっき液およびこれを用いる微細配線回路の作製方法に関し、更に詳しくは、特定の酸性電解銅めっき液およびこの酸性電解銅めっき液を用いる電気めっきにより配線を形成することで、ランドパット上面部又は銅回路の上部稜線部の丸みをなくし、銅回路上面部を平坦にすることのできる微細配線回路の作製方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品等の配線の形成方法として、近年はビルドアップ工法が採用されることが多い。このビルドアップ工法は、複数の配線回路板をスルーホールやビアホールを用いて導通させるものであり、その作製手法としては、サブトラクティブ法とセミアデティブ法が知られている。
【0003】
従来は、サブストラクティブ法が採用されることが多かったが、最近では、高精細パターンが形成できることから、セミアデティブ法が注目されている。このセミアデティブ法には幾つかのバリエーションが存在するが、一般的なものとしては、次の方法が挙げられる。すなわち、両面銅張り基板や多層板を用い、まず所定の位置に貫通スルーホールを開ける。次に、その基板表面及びスルーホール内壁に導電化処理を行った後にスルーホールめっきを行う。その後、所望の配線回路パターンが残るよう、エッチングレジストを用いて銅エッチングを行い、エッチングレジストを除去したものをコア基板とする。
【0004】
次いで、このコア基板に対し、樹脂を塗布して絶縁樹脂層を形成後、コア基板の銅回路部分にまで届くブラインドビアを開け、再度絶縁樹脂層全面に導電化処理を行った後、その上にめっきレジストを塗布し、配線回路の形状に露光した後、めっきレジストを部分的に除去し、その部分に酸性銅めっきを行い、配線回路を形成するというものである。
【0005】
そして、絶縁樹脂の塗布から、酸性銅めっきによる配線回路の形成までの工程を繰り返すことにより、何重にも重なった回路基板が得られるのである。
【0006】
ところで、セミアデティブ法に用いられる酸性銅めっきプロセスの多くは、直流電源を用いるものであり、めっきレジストにより形成された溝を充填でき、ランドパッドや配線回路が形成できるという利点がある反面、得られたランドパットや銅回路の上部稜線部が丸まる傾向を有するという問題点があった。
【0007】
このような、銅回路等の丸まる傾向や、均一性能のばらつきの主原因は、めっき液の添加剤に起因しているものとされている。すなわち、均一にめっきを行うためには、電流の高い部分の析出を抑え、電流の低い部分の析出を優先させる必要がある。しかし、その場合には、高電流部となるランドパッド端部や回路配線端部の析出も同時に抑制され、結果として、低電流部となる配線中央部に金属が優先的に析出されるため、めっき部分の断面が丸みを帯びた形状となってしまうことになる。
【0008】
一方、丸みの発生しない均一性の悪い添加剤を使用した場合では、高精細回路への付きまわり不足などの不都合が生じやすかった。
【0009】
上記問題でも、従来はあまり問題とはなっていなかった。すなわち、これまでの基板ではランドパット径が大きく(例えば150μmφ以上)、配線溝幅も広く(例えば50μm以上)設計されており、均一性や丸み性について困難性もなかった。
【0010】
しかしながら、近年の電子部品の小型化は、基板に設計される配線幅をより狭くし、正確にビアを開けて導通を確保することが要求され、同時に、絶縁樹脂層の厚みを減少させることも要求されているため、既に一部の高機能基板では、ランドパット部やめっきレジストによる配線溝内に形成された銅回路部の上部稜線部における丸み傾向が問題となっている。そして、今後も基板設計においてますます狭ピッチ化が進むものと思われ、それに伴う丸み傾向および均一性の問題が重要になってくることが予想される。
【0011】
そこで、上記の問題を解決する別の方法として、PRパルスめっきも提案されているが、酸性銅めっき浴でPRパルスめっきを行うと、浴が不安定となり管理しにくく、また接点切れやボイド発生、皮膜物性やアノード起因によるざらつきなどの問題が生じやすく、好ましい手段ではないとされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
従って、ランドパット径をより小さくし、配線溝幅もより狭くした微細配線を得るためには、そのビアランドパッドや回路配線の上部稜線部の丸みをなくし、上面を平坦に形成しながら、均一なめっき回路基板を作製することのできる技術開発が望まれており、本発明は、このような技術の提供をその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を行っていたところ、酸性電解銅めっき液中に還元剤を添加することにより、ビアフィリング特性を損なうことなく、銅の微細配線回路における上部稜線部の丸み傾向をなくすことができることを知った。そして、この知見を利用した硫酸銅めっき液によれば、ランドパット径が小さく、また細い銅配線であっても、電子部品を実装するのに充分広い平坦なエリアを、その銅回路上部に確保することができることを見出し本発明に至った。
【0014】
すなわち本発明は、少なくとも銅イオン、有機酸あるいは無機酸、塩素イオンを含有する酸性銅めっき基本組成に、銅めっき析出抑制剤および光沢化剤を添加した酸性電解銅めっき液であって、更に還元剤を添加した酸性電解銅めっき液である。
【0015】
また本発明は、上記の酸性電解銅めっき液を用い、電気めっきにより被めっき物上のレジストで形作られた配線回路部分に銅を充填する微細配線回路の作製方法である。
【0016】
更に本発明は、前記酸性電解銅めっき液を用い、電気めっきにより被めっき物上のレジストで形作られた配線回路部分に銅を充填する微細配線回路の作製方法である。
【発明の効果】
【0017】
本発明の酸性電解銅めっき液は、微細な回路配線上にめっきしても、回路中央部の膨らみないし丸みをなくすことができるので従来の通常の硫酸銅めっき条件により酸性電解銅めっきで銅回路を形成した場合に生じる、配線設計が狭くなるに従い銅回路上部が平坦でなくなり、回路中央部が膨らむという問題点が解消できる。さらに、それと同時に均一なめっき析出性能の向上も得られる。
【0018】
そして、本発明方法により銅回路を平坦にすることによって、後工程において生じる不都合、例えばワイヤーボンディングを行う際、ワイヤーが滑り落ちることや、ハンダボールをリフローで作製する場合のハンダ流れの問題等を解決できる。
【0019】
更に、本発明方法により形成された微細回路配線は、その接続信頼性の向上も得られる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】回路部分で生じる丸みの測定方法を示す図面
【図2】実施例1の酸性銅めっき液1でめっきした配線の断面と、酸性めっき5でめっきした配線の断面を比較した図面である。向かって左が酸性めっき1、右が酸性めっき5でめっきしたものである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明方法に使用する酸性電解銅めっき液は、銅イオン、有機酸または無機酸および塩素イオンを含有する酸性電解銅めっき基本液に、当該酸性電解銅めっき液において使用できる析出抑制剤および光沢化剤を添加剤として加えた液に、還元剤を添加したものである。
【0022】
この酸性電解銅めっき液に添加する還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、ホルマリン、グリオキシル酸、三塩化チタン、カテコール、レゾルシン、ヒドロキシキノン、L−アスコルビン酸、フェニレンジアミン、硫酸第一鉄、硫酸コバルト等が挙げられる。このうち、液状であることや、金属イオンを導入しない等の点でホルマリンやカテコールが好ましい。
【0023】
酸性電解銅めっき液への還元剤の添加量は、それぞれの化合物によって相違するが、たとえばホルマリンを添加する場合は、その36質量%水溶液として、0.1ないし10ml/Lであり、好ましくは0.5ないし2ml/Lである。また、カテコールを添加する場合は、その11質量%水溶液として0.1ないし10ml/Lであり、好ましくは0.5ないし5ml/Lである。他の化合物も、これに準じ、実験的に最適濃度を決めて添加すればよい。
【0024】
また、本発明の酸性電解銅めっき液において、銅は酸性で溶解しうる塩類として添加される。その銅塩の具体例としては、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅;メタンスルホン酸銅、プロパン酸銅等のアルカンスルホン酸銅;イセチオン酸銅、プロパノールスルホン酸銅等のアルカノールスルホン酸銅;酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅などの有機酸銅などが挙げられる。これらは1種又は2種以上混合して使用することができ、その濃度には特に制約はないが、金属銅として10〜70g/Lであることが好ましく、特に、20〜50g/Lが好ましい。
【0025】
更に、酸性電解銅めっき浴における有機酸または無機酸としては、通常、酸性電解銅めっき浴に用いられているものであれば特に限定はないが、好ましい具体例としては、硫酸;メタンスルホン酸、プロパンスルホン酸等のアルカンスルホン酸類;イセチオン酸、プロパノールスルホン酸等のアルカノールスルホン酸類;クエン酸、酒石酸、ギ酸などの有機酸類などが挙げられる。これらは、1種又は2種以上混合して使用することができ、その濃度は、10〜300g/L、特に50〜200g/Lが好ましい。更に、塩素イオンの濃度は、10〜100ppm、特に40〜60ppmが好ましい。
【0026】
上記した酸性電解銅めっき液に添加する添加剤のうち、銅めっき析出抑制剤としては、酸性銅めっきで一般に用いられるポリマー成分と称される物質が挙げられ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテル化合物または、その誘導体を例示することができる。また、光沢化剤としては、同じく酸性銅めっきで一般に用いられる硫黄系化合物が挙げられ、通常、ブライトナーと称される公知の添加剤を適宜選択して用いることができる。この光沢化剤としては、例えば、3−メルカプトプロパンスルフォン酸やビス(3―スルフォプロピル)ジスルフィド2ナトリウム塩などの有機硫黄化合物を挙げることができる。なお、一般的に市販されている酸性電解銅めっき用の添加剤には、これらが含まれているので、適宜選択、使用することができる。また、この市販の添加剤を用いる場合、その酸性銅めっき液中への添加量も、薬品メーカーより推奨されている量の範囲とすれば良い。市販の添加剤の例としては、荏原ユージライト社製CU−BRITE VFII-A(20ml/L)とCu−BRITE VFII-B(1ml/L)からなるCU−Brite VFIIプロセスや、荏原ユージライト社製Cu−BRITE 21MU(5ml/L)とSTB(0.5ml/L)からなるCU−BRITE 21プロセスなどが挙げられる。
【0027】
上記酸性電解銅めっき液を用い、電気めっきにより微細配線回路を作製するには、次のようにすればよい。すなわち、まず、レジストなどを用い、導電層上に配線回路部分が形成された被めっき物を用意する。この表面に配線回路部分が形成された被めっき物としては、種々の基板、例えば、セミアデティブ法において作製されるパターン基や、それに準ずる工法によって配線回路部分が形成されたものであれば、特に限定なく使用できる。通常はエポキシ系の基板上に、常法により導電化層を施した後、めっきレジストを用いて微細回路形状をパターニングし、エッチングにより銅箔の微細回路を形成したものが用いられる。得られたレジストパターン基板上には、一般にブラインドビアホールの他、配線用のレジスト溝や基板を貫通するスルーホールが混在している。
【0028】
このうち、本発明の微細配線回路の作製方法を有利に利用できる被めっき物(基板)は、ランドパッド径20〜200μmφ程度、深さ(めっきレジスト厚さ)10〜50μm、配線幅5〜50μm程度を有する基板であり、特に効果を発揮するのは、ランドパッド径30〜100μmφ程度、深さ(めっきレジスト厚さ)10〜30μm、配線幅30μm以下程度を有する基板の場合である。このような基板の具体的な例としては、ICチップが直接実装されるパッケージ基板などが挙げられる。
【0029】
めっきレジストによりパターニングされた基板は、次いで本発明の酸性電解銅めっき液を用いて電解銅めっきがなされ、銅回路が形成される。この銅回路は、微細配線部においても相対的に平坦形状のものとして形成される。この時、当該酸性電解銅めっきの条件は、通常の条件であれば特に限定はなく実施することができるが、より好ましくは被めっき物であるパターニングされた基板を、慣用の前処理の後に本発明の電解銅めっき液のめっき槽に移送し、電流を流すことなく、まず前記めっき液に浸漬し0.5〜5分間撹拌だけを行った後に、通常の条件で酸性銅めっきを行う。このようにすることにより、微細配線部の隅々まで当核めっき用添加剤が均一に供給され、さらに良い結果が得られる。
【0030】
本発明の酸性電解銅めっき液を用いる電気めっきの条件は、一般的な電気めっきの条件と同様で良い。例えば、直流電源を用い、被めっき物での電流密度を、0.1ないし5A/dm程度、好ましくは1.0ないし2.0A/dmとし、空気および噴流撹拌または揺動撹拌下、30ないし120分間程度、好ましくは、60ないし90分間程度の条件で電気めっきを行えばよい。
【0031】
この電気めっきにより得られた被めっき物上の銅配線回路では、一般的な回線部分での平坦性が従来のものに比べ高くなる。すなわち、断面が図1に示すような回路部分において、その線幅が15μm程度の場合に、その中央部のめっき厚(b)と端部のめっき厚(a)の比を、20%以内にすることが可能である。従って、本明細書で「相対的に平坦」とは、線幅15μmの配線において、中央部のめっき厚(b)と端部のめっき厚(a)の比が20%以内であることを意味する。このように平坦性が高くなるため、ワイヤーボンディングでのワイヤーの滑り落ちの問題や、リフローの際のハンダ流れ問題等が極めて起こりにくくなる。
【実施例】
【0032】
以下、参考例および実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例等に何ら制約されるものではない。
【0033】
実 施 例 1
ホルマリン添加による効果:
試験用試料として、慣用のメタライズ処理(無電解銅めっき)後に、めっきレジストで配線幅30μmとなるように露光/現像処理された基板を用意した。この試験用試料では、めっきレジスト厚は30μmのものを用いた。
【0034】
硫酸銅・5水塩が200g/L、硫酸が30g/L、塩素が40mg/Lである基本液組成αを用い、表1に示す酸性銅めっき液をそれぞれ1L調製した。この酸性めっき液を用い、上記試験用試料について、電気めっきを行った。めっき条件は陽極として含りん銅を用い、電流密度1.5A/dmで、平坦部めっき厚24μmを目標に、80分間めっきした。また、めっき液の浴温は20〜25℃とし、撹拌には空気を用いた。
【0035】
めっき終了後の各試料について、図1で模式的に示すように、配線回路部を含むように切断し、配線回路部の横断部分での中央部のめっき厚(b)と端部のめっき厚(a)を測定した。更に、aとbから、丸まる傾向を示す(b−a)/aの数値を算出した。これらの結果を表2に示す。なお、酸性銅めっき液として、表1中の1液(36%ホルマリン無添加)を用いてめっきした配線と、酸性銅めっき表1中の5液(36%ホルマリンを1.2ml/L添加)を用いてめっきした配線の断面を比較した図(写真)を図2に示す。
【0036】
< 酸性銅めっき液の組成>
【表1】

【0037】
< 結 果 >
【表2】

【0038】
この結果から、ホルマリンの添加により、配線回路部での中央部と端部のめっき厚の差が小さくなることが示された。
【0039】
実 施 例 2
カテコール添加による効果:
硫酸銅・5水塩が75g/L、硫酸が180g/L、塩素が40mg/Lである基本液組成βを用い、表3に示す酸性銅めっき液を1L調製した。その後、表3に示すカテコールを含有する酸性銅めっき液を調製し、これを用いて実施例1と同様の条件で、実施例1で用いた試験用試料に電気めっきした。
【0040】
電気めっき後の各試料について、実施例1と同様、めっき後の状況を、観察・測定した。この結果を表4に示す。
【0041】
<酸性銅めっき液の組成>
【表3】

【0042】
< 結 果 >
【表4】

【0043】
この結果から、ホルマリンと同様、カテコールにも配線回路の中央部と端部のめっき厚の差を小さくする作用を有することが示された。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明方法によれば、平坦性の高い回路部分や、ビアランドパッド部分を得ることができるため、ワイヤーボンディングでのワイヤーの滑り落ちの問題や、リフローの際にハンダ流れの問題等が生じにくく、電子部品製造において、生産効率を高めることが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも銅イオン、有機酸あるいは無機酸、塩素イオンを含有する酸性銅めっき基本組成に、銅めっき析出抑制剤および光沢化剤を添加した酸性電解銅めっき液に、更にホルマリンをその36質量%水溶液として0.5〜2ml/Lまたはカテコールをその11質量%水溶液として0.5〜5ml/L添加したことを特徴とする被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分への銅充填用酸性電解銅めっき液。
【請求項2】
銅イオンの量が10〜70g/L、有機酸または無機酸の量が10〜300g/L、塩素イオンの量が10〜100ppmである請求項1記載の被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分への銅充填用酸性電解銅めっき液。
【請求項3】
銅充填が、ビアフィリングである請求項1または2記載の被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分への銅充填用酸性電解銅めっき液。
【請求項4】
被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分が、ランドパッド径20〜200μm、深さ10〜50μm、配線幅5〜50μmである請求項1〜3の何れかに記載の被めっき物上にレジストで形作られた配線回路部分への銅充填用酸性電解銅めっき液。


【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−57127(P2013−57127A)
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−243221(P2012−243221)
【出願日】平成24年11月5日(2012.11.5)
【分割の表示】特願2008−10010(P2008−10010)の分割
【原出願日】平成20年1月21日(2008.1.21)
【出願人】(000120386)株式会社JCU (48)
【Fターム(参考)】