(57)【要約】  配線基板は、基体と、前記基体上に形成されたＣｕ配線パターンと、前記Ｃｕ配線パターンの表面に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層の表面に形成された第２の金属層と、を含み、前記第１の金属層は、前記第２の金属層と比べて、Ｃｕとの反応性が低く、前記第１の金属層と第２の金属層は共晶反応を生じる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に形成されたＣｕ配線パターンと、
前記Ｃｕ配線パターンの表面に形成された第１の金属層と、
前記第１の金属層の表面に形成された第２の金属層と、
を含み、
前記第１の金属層は、前記第２の金属層と比べて、Ｃｕとの反応性が低く、
前記第１の金属層と第２の金属層は共晶反応を生じる配線基板。
【請求項２】
前記第２の金属層はＣｕと金属間化合物を形成し、前記第１の金属層は、Ｃｕと金属間化合物を形成しない請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記共晶反応は、１３９℃以上、１５０℃以下の温度で生じる請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
前記第１の金属層は、ビスマス、鉛、インジウム、銀、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなり、前記第２の金属層は、錫、金、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなる請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の配線基板。
【請求項５】
さらに前記Ｃｕ電極パターンは、前記第１の金属層との界面に沿って、前記第２の金属層を構成する金属元素を含む第１の界面領域を有し、前記第２の金属層は、前記第１の金属層との界面に沿って、Ｃｕを含む第２の界面領域を有する請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の配線基板。
【請求項６】
請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の配線基板上に電子部品を、前記電子装置の端子が前記第２の金属層と当接するように載置する工程と、
前記第１および第２の金属層をリフローさせ、前記電子部品の前記端子を前記Ｃｕ配線パターンに接合する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項７】
基体上に形成されたＣｕ配線パターン上に第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層上に、前記第１の金属層との間で共晶反応を生じる第２の金属層を形成する工程と、
リフローを行い、前記第１の金属層と第２の金属層との間に共晶反応を生じさせる工程と、
を含み、
前記第１の金属層は前記第２の金属層と比べてＣｕとの反応性が低い配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２の金属層はＣｕと金属間化合物を形成し、第２の金属層はＣｕと金属間化合物を形成しない請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
さらに前記基体と前記第１の金属層との間に、前記第２の金属層と同じ組成の第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に、Ｃｕよりなる第２の犠牲層を形成する工程を含み、前記第１の犠牲層は前記第１の金属層の形成工程で消失し、前記第２の犠牲層は、前記第２の金属層の工程で消失する請求項７または８記載の配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の金属層は、ビスマス、鉛、インジウム、銀、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなり、前記第２の金属層は、錫、金、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなる請求項７〜９のうち、いずれか一項記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電子装置に係り、特に電子装置で使われる配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やデジタルカメラなどを含む今日の電子装置では、高速動作について厳しい要求が課せられている。このため、半導チップの層間絶縁材料には、配線パターン間の寄生容量を低減すべく、ポーラスシリカなどのいわゆるｌｏｗ−Ｋ材料を使う必要が生じている。【０００３】
しかしｌｏｗ−Ｋ材料は一般に機械的に脆弱であり、接合時の熱歪みにより損傷を受けやすい。例えばポーラスシリカは、弾性率が４〜８ＧＰａと従来の層間絶縁材料よりも機械的強度が低下している。【０００４】
このため、このようなｌｏｗ−Ｋ材料を使った半導体チップでは、接合工程を低温で行い、接合時における基板の熱歪みを低減することが必要である。ところが今日一般に使われている鉛フリーはんだでは、２１７℃以上の接合温度が必要であり、このため従来は、ｌｏｗ−Ｋ材料を使った半導体チップを配線基板に実装することが困難であった。【０００５】
このような事情に鑑み、特許文献１では、配線基板上のＣｕ配線パターンにはんだ層を、スズ（Ｓｎ）層とビスマス（Ｂｉ）層を順次積層した積層構造の形で形成する技術が提案されている。かかる技術では、リフロー工程の際、ＳｎとＢｉの共晶反応により前記はんだ層が１３９℃の温度で溶融し、半導体チップなどの他の素子を、前記接続電極に低温で接合することが可能となると考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１のようにＣｕ層上にＳｎ層を直接に形成した配線基板では、Ｓｎ層のメッキ成膜工程中に、Ｓｎ層中のＳｎ原子がＣｕ層中に拡散により取り込まれ、前記Ｃｕ電極パッドに金属間化合物Ｃｕ6Ｓｎ5が形成される問題が発生する。このような金属間化合物の形成の結果、前記Ｃｕ電極パッド３上に存在していたＳｎ層は消費されてしまっており、その上にＢｉ層を形成しても、所望の共晶反応は生じない。【０００７】
このため前記特許文献１の技術では、Ｃｕ層上に形成されるＳｎ層の膜厚を大きく設定し、多量のＳｎ原子がＣｕ電極パッドに取り込まれてもＣｕ電極パッドの表面にＳｎ層が残り、Ｓｎ原子の枯渇が生じないようにすることが必要であるが、このような構成では、Ｓｎ層の膜厚が増大してしまい、微細なパターンを細かいピッチで形成するような場合には、隣接する電極パッドどうしが、厚いはんだ層を介して短絡する問題が生じる。
【特許文献１】特開２００１−２７４２０１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４２５２公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一の側面によれば、基体と、前記基体上に形成されたＣｕ配線パターンと、前記Ｃｕ配線パターンの表面に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層の表面に形成された第２の金属層と、を含み、前記第１の金属層は、前記第２の金属層と比べて、Ｃｕとの反応性が低く、前記第１の金属層と第２の金属層は共晶反応を生じる配線基板、およびかかる配線基板を使った電子装置の製造方法が、提供される。【０００９】
他の側面によれば、基体上に形成されたＣｕ配線パターン上に第１の金属層を形成する工程と、前記第１の金属層上に、前記第１の金属層との間で共晶反応を生じる第２の金属層を形成する工程と、リフローを行い、前記第１の金属層と第２の金属層との間に共晶反応を生じさせる工程と、を含み、前記第１の金属層は前記第２の金属層と比べてＣｕとの反応性が低い配線基板の製造方法が、提供される。
【発明の効果】
【００１０】
Ｃｕ配線パターンの表面にＣｕとの反応性がより低い第１の金属層を形成し、その上にＣｕとの反応性がより高く前記第１の金属層と共晶反応を生じる第２の金属層を形成することにより、リフロー工程の際に第１の金属層がＣｕ配線パターン中に拡散してＣｕ配線パターン表面において枯渇し、所望の共晶反応が生じなくなる問題が解消する。その結果、従来よりも低温でのリフロー工程が可能となり、半導体チップに耐熱性の低いｌｏｗ−Ｋ材料を使うことが可能となる。また、Ｃｕ配線パターン上に形成されるはんだ層の膜厚を増大させる必要がなく、このためＣｕ配線パターンないしＣｕ電極パッドを微細なピッチで形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態による配線基板を示す図である。
【図２Ａ】図１の配線基板の製造工程を説明する図（その１）である。
【図２Ｂ】図１の配線基板の製造工程を説明する図（その２）である。
【図２Ｃ】図１の配線基板の製造工程を説明する図（その３）である。
【図３】図２Ｂの一部を拡大して示す図である。
【図４】図２Ｃの一部を拡大して示す図である。
【図５Ａ】Ｓｎ−Ｂｉ系共晶はんだが形成されていることを実証する図（その１）である。
【図５Ｂ】Ｓｎ−Ｂｉ系共晶はんだが形成されていることを実証する図（その２）である。
【図５Ｃ】Ｓｎ−Ｂｉ系共晶はんだが形成されていることを実証する図（その３）である。
【図６Ａ】図２の配線基板上への半導体チップの実装工程を示す図（その１）である。
【図６Ｂ】図２の配線基板上への半導体チップの実装工程を示す図（その２）である。
【図７】第１の実施形態で使われる温度カーブを示す図である。
【図８】第１の実施形態の一変形例による配線基板を示す図である。
【図９Ａ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その１）である。
【図９Ｂ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その２）である。
【図９Ｃ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その３）である。
【図９Ｄ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その４）である。
【図９Ｅ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その５）である。
【図９Ｆ】第２の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その６）である。
【図１０Ａ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その１）である。
【図１０Ｂ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その２）である。
【図１０Ｃ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その３）である。
【図１０Ｄ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その４）である。
【図１０Ｅ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その５）である。
【図１０Ｆ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その６）である。
【図１０Ｇ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その７）である。
【図１０Ｈ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その８）である。
【図１０Ｉ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その９）である。
【図１０Ｊ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その１０）である。
【図１０Ｋ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その１１）である。
【図１０Ｌ】第３の実施形態による配線基板の製造工程を説明する図（その１２）である。
【符号の説明】
【００１２】
１０，１０Ａ，２０  配線基板
１１  基体
１１Ａ，１１Ｂ，６５Ａ〜６５Ｃ  Ｃｕ電極パッド
１１Ｓ  Ｃｕ電極パッド表面領域
１１Ｔ  Ｃｕ犠牲層
１２．６６  Ｂｉメッキ層
１２Ａ，１２Ｂ  はんだ層
１２Ｅｕ  Ｓｎ−Ｂｉ共晶はんだ
１３，６７  Ｓｎメッキ層
１３Ｓ  Ｓｎ犠牲層
１３Ｔ  Ｃｕ犠牲層
１３Ｕ  Ｓｎメッキ層界面領域
３０  電子装置
３１  半導体チップ
３１Ａ，３１Ｂ  電極パッド
６１  コア基板
６１Ａ，６１Ｂ  スルービア
６１ａ〜６１ｄ，６４Ａ〜６４Ｈ  Ｃｕ配線パターン
６２Ａ，６２Ｂ  低誘電率樹脂膜
６２ａ〜６２ｄ  開口部
６３Ａ，６３Ｂ  Ｃｕシード層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による配線基板１０の構成を示す。【００１４】
図１を参照するに、配線基板１０はエポキシ材料よりなる基体１１を有し、その上にＣｕ配線パターン１１Ａ，１１Ｂが形成されている。【００１５】
図１において前記Ｃｕ配線パターン１１Ａ，１１Ｂは電極パッドを構成しており、それぞれＢｉ層１２とＳｎ層１３を順次積層したＳｎ／Ｂｉ積層構造を有するはんだ層１２Ａ，１２Ｂを担持している。【００１６】
このような構成では、Ｂｉ層１２がＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂに直接に接しているが、ＢｉはＣｕとの間に金属間化合物を形成しないため、前記Ｂｉ層１２中のＢｉ原子がＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂ中に拡散してもその程度は無視できる程度であり、Ｂｉ層１２が消失するような状況は生じない。そのため、前記Ｂｉ層１２上にＳｎ層１３を形成した場合、リフローによりＢｉ層１２とＳｎ層１３は確実に共晶反応を生じ、前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂは、確実に２００℃を切る低温で溶融する。【００１７】
以下、本実施形態を実施例について説明する。
【実施例】
【００１８】
図２Ａに示すように、樹脂基体１１上に前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂを含むＣｕ配線層を、無電解メッキ法あるいは図示しないレジストパターンを介して行う電解メッキ法により、２５μｍのピッチで形成する。前記電極パッド１１Ａ，１１Ｂの幅Ｗは２０μｍに設定され、その結果、電極パッド１１Ａ，１１Ｂの間の間隔Ｇは、５μｍとなる。【００１９】
さて、図２Ａに示す工程では、前記基体１１上に形成されたＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂを、最初は１０％の硫酸により３０秒間洗浄し、次いで純水により３０秒間洗浄し、さらに乾燥窒素雰囲気中にて乾燥させる。【００２０】
次に、このようにして得られた構造に対し、Ｂｉの無電解メッキ浴によりＢｉメッキ処理を行い、図２Ｂに示すように、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面に、Ｂｉメッキ層１２を、平均で約１μｍの膜厚に形成する。【００２１】
ただし図２Ｂに示す工程では前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面において無電解メッキの置換反応が生じにくく、このため前記Ｂｉメッキ層１２は前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面に均一には析出せず、図３に示すように島状に析出する。このようにして析出した島状のＢｉメッキ層１２は、島の各々が２〜５μｍ程度の大きさを有している。ただし図３は、前記図２ＢにおけるＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂの表面近傍の状態を拡大して示す図である。【００２２】
図２Ｂに示すＢｉの無電解メッキ工程においては前記Ｂｉメッキ層１２の形成プロセスを、硝酸ビスマスを１〜１０ｇ／Ｌ、チオ尿酸を５〜６０ｇ／Ｌ、硝酸を５〜１０ｍＬの割合で含む無電解メッキ液を使った７０℃の無電解メッキ浴を、５分間行うことで実行している。上記メッキ条件を使うことにより、前記Ｂｉメッキ層１２を、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面面積の約６０％を覆うように形成することができる。【００２３】
次にＢｉメッキ層１２の無電解メッキ工程の後、図２Ｂの構造を純水中で３０秒間洗浄し、Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面を１０％の硫酸により３０秒間洗浄し、さらに純水により３０秒間洗浄する。【００２４】
次に図２Ｃの工程において、このようにして洗浄した構造上に、Ｓｎの無電解メッキ浴により、Ｓｎメッキ層１３が、約１μｍの膜厚で形成され、先に図１で説明した積層はんだ層１２Ａ，１２Ｂを有する配線基板１０が得られる。例えば前記図２Ｃの工程において前記Ｓｎメッキ層１３の形成プロセスを、ＳｎＣｌ2を２５ｇ／Ｌ、ＣＳ（ＮＨ2）2を７０ｇ／Ｌ、塩酸を５０ｇ／Ｌ、ＮａＨＰＯ2・２Ｈ2Ｏを１５ｇ／Ｌ、界面活性剤を０．５ｇ／Ｌの割合で含む無電解メッキ液を使った７０℃の無電解メッキ浴を、１０分間行うことで実行している。【００２５】
その結果、図４に示すように、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上に、前記島状のＢｉメッキ層１２を覆ってＳｎメッキ層１３が、連続的に形成される。本実施例では、共晶点組成（Ｓｎ４２ｗｔ％−Ｂｉ５８ｗｔ％）を考慮して、前記Ｓｎメッキ層１３は、前記Ｂｉメッキ層１２と略同一の膜厚に形成している。【００２６】
このようにして形成されたＳｎメッキ層１３は、図４に示すように一部がＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂに直接に接しているが、その面積は比較的少なく、このため、図２Ｃの構造において積層はんだ層１２Ａ，１２Ｂをリフローさせた場合、前記Ｂｉメッキ層１２とＳｎメッキ層１３の間に有効な共晶反応を生じさせることが可能である。【００２７】
図５Ａ〜５Ｃは、前記図１の配線基板１０と同様なＢｉメッキ層とＳｎメッキ層を積層したはんだ層を有する試料に対し、加熱処理によりリフローを試みた結果を示す。ただし図５Ａ〜５Ｃの実験で使った試料では、前記図２Ａ〜２Ｃの工程により前記Ｂｉメッキ層とＳｎメッキ層を、略円形のＣｕパターン上に形成している。【００２８】
実験では、前記Ｂｉメッキ層は前記Ｃｕパターン上に直接に、約１．０μｍの平均膜厚で形成されており、Ｓｎメッキ層は前記Ｂｉメッキ層上に約０．７μｍの膜厚で形成されている。また実験では、試料表面にＲＭＡタイプのフラックスを塗布し、加熱を２℃／分の昇温速度で行っている。【００２９】
図５Ａは、試料の温度が１３０℃に到達した時点での試料表面の様子であるが、昇温開始時点から試料表面の状態に変化は生じていない。【００３０】
これに対し、図５Ｂは試料の温度が、Ｓｎ−Ｂｉ系の共晶点である１３９℃をわずかに超えた１４０℃に到達した時点での、試料表面の様子を示す。【００３１】
図５Ｂを参照するに、表面を覆う積層はんだ層に溶融が生じており、表面の外観が白く輝いていることがわかる。【００３２】
さらに図５Ｃは、温度を１５０℃まで昇温させた場合の試料表面の様子を示すが、前記はんだ層の溶融が継続していることがわかる。【００３３】
このように、１４０℃の温度において前記Ｂｉメッキ層１２とＳｎメッキ層１３の積層はんだ層１２Ａ，１２Ｂに溶融が生じていることから、図１の配線基板１０では、図３，４に示すようにＳｎメッキ層１３の一部分が直接にＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂに接していても、前記Ｓｎメッキ層１３の大部分では、Ｓｎ原子のＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂへの拡散が、効果的に抑制されており、１３９℃おの共晶点近傍において溶融が生じることが確認された。これは、前記Ｓｎメッキ層１３とＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂの間にＢｉメッキ層１２が介在する効果であると考えられる。【００３４】
以下の表１は、このようにして得られた前記図１の構造に対して行った、Ｓｎメッキ層１３の成膜直後におけるＳｎＣｕ拡散層、すなわちＣｕ6Ｓｎ5金属間化合物の形成の有無、およびその後１８０℃でリフローを行った場合の前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂの溶融の有無、さらに隣接する電極１１Ａ，１１Ｂ間での短絡の有無を、前記Ｂｉメッキ層１２およびＳｎメッキ層１３の厚さを様々に変化させた比較対照試料（試料＃５，６）、およびＢｉメッキ層１２とＳｎメッキ層１３の順序を入れ替えた、従来例に相当する比較対照試料（試料＃１〜３）と比較して示す表である。本発明の試料は、試料＃４である。ただし表１の結果は、幅Ｗが２０μｍのＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂを５μｍ間隔で配置した場合についてのものである。【００３５】
【表１】
2009133625.tif 000003
表１を参照するに、対照標準試料＃１ではＳｎ層の無電解メッキ成膜と同時にＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面から約１μｍの厚さの範囲にＳｎ原子が拡散して金属間化合物Ｃｕ6Ｓｎ5を形成しており、これに伴い、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ表面ではＳｎ層が枯渇してしまっている。その結果、Ｂｉ層を形成してリフローを行っても、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上のはんだ層は溶融しない。【００３６】
一方、前記Ｓｎメッキ層の膜厚を対照標準試料＃２，＃３のように増加させれば、Ｓｎ層が残留し、はんだ層は溶融するが、Ｓｎメッキ層の膜厚が増大することから、隣接する電極パッド１１Ａ，１１Ｂ間において短絡が生じてしまうのがわかる。表１中、「×」は、はんだ層に溶融が生じなかったことを、「△」は不完全溶融が生じたことを、「○」は完全溶融が生じたことを表す。【００３７】
一方、本実施形態のようにＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上にＢｉメッキ層とＳｎメッキ層を順次形成した構成では、無電解メッキ処理後の金属間化合物の形成は認められず、またＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上のはんだ層は確実に溶融することがわかる。【００３８】
しかし、前記Ｓｎメッキ層１３の膜厚を増大させると、隣接するＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ間での短絡が発生するため、前記Ｓｎメッキ層１３の膜厚は、１μｍ程度に止めるのが好ましいことが結論される。【００３９】
なお本実施形態において、前記図２ＢのＢｉメッキ層１２を形成する無電解メッキ工程を、ＢｉＣｌ3を３０ｇ／Ｌ，Ｃ5Ｈ5Ｏ7Ｎａ3・２Ｈ2Ｏを１００ｇ／Ｌ，Ｃ10Ｈ14Ｎａ2Ｏ3・２Ｈ2Ｏを３０ｇ・Ｌ、Ｎ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）3を４０ｇ／Ｌ，ＳｎＣｌ2・２Ｈ2Ｏを５ｇ／Ｌの割合で含む無電解メッキ液を使った４０℃での無電解メッキ浴により実行することも可能である。【００４０】
さらに、本実施形態において、前記図１の配線基板１０上に図６Ａに示すように半導体チップ３１をフリップチップ実装し、例えば図７に示す温度カーブ熱処理によりリフローを行うことにより、前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂに２００℃を切る温度で溶融を誘起し、図６Ｂに示すように半導体チップ３１が実装された電子装置３０を製造することができる。図６Ｂでは、前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂは、リフローの結果、共晶組成、あるいは共晶組成に近い組成のＳｎ−Ｂｉ合金はんだ層１２Ｅｕに変化している。その結果、半導体チップ３１下面の電極パッド３１Ａ，３１Ｂを、それぞれＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂに、２００℃を切る低温において、接合することが可能となる。【００４１】
図７の温度カーブでは、最高温度が２００℃未満であるので、半導体チップの層間絶縁材料にポーラス低誘電率材料を使った場合でも、半導体チップの損傷を回避することができる。また図７の温度カーブでは、最高温度をＳｎ−Ｂｉ系の共晶点である１３９℃よりも昇温させているが、これにより、Ｂｉメッキ層１２とＳｎメッキ層１３の量比が多少共晶点組成からずれていても、はんだ層の確実な溶融が可能となる。【００４２】
また図８に示すように、図１の配線基板１０において、前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂをリフローさせ、Ｓｎ−Ｂｉ合金はんだ層１２Ｅｕに変化させた配線基板１０Ａを形成することも可能である。
［第２の実施形態］
図９Ａ〜９Fは、本発明の第２の実施形態による配線基板２０の製造工程を示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。【００４３】
図９Ａを参照するに、前記配線基板２０の基体１１上には前記図２Ａの場合と同様に、Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂが形成されているが、本実施形態では図９Ｂの工程において前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上にＳｎ犠牲層１３Ｓが、無電解メッキ法により、例えば約１μｍの膜厚で成膜されるように形成される。【００４４】
例えば前記Ｓｎ犠牲層１３Ｓの成膜は、前記図９Ａの構造においてＣｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂを、先の実施例１と同様に、１０％の硫酸で３０秒間洗浄し、その後純水により３０秒間洗浄し、窒素ガス中で乾燥させてから行う。【００４５】
さらに図９Ｂの段階において図９Ａの構造を、ＳｎＣｌ2を２５ｇ／Ｌ、ＣＳ（ＮＨ2）2を７０ｇ／Ｌ、ＨＣｌを５０ｇ／Ｌ、ＮａＨＰＯ2・２Ｈ2Ｏを１５ｇ／Ｌ、界面活性剤を０．５ｇ／Ｌの割合で含む無電解メッキ液中に浸漬し、７０℃で３分間、無電解メッキ浴を行い、前記Ｓｎ犠牲層１３Ｓを形成する。ここで前記Ｓｎ犠牲層１３Ｓは成膜中に一部のＳｎ原子が前記Ｃｕパッド電極１１Ａあるいは１１Ｂに拡散し、先に説明した金属間化合物Ｃｕ6Ｓｎ5を形成するが、成膜時間が短いため、図９Ｂの状態では、大部分のＳｎ犠牲層１３Ｓは、前記Ｃｕパッド電極１１Ａあるいは１１Ｂ上に残留する。【００４６】
次に図９Ｃの段階において前記図９Ｂの構造を純水中で３０秒間洗浄した後、前記図９Bの構造を、硝酸ビスマスを１〜１０ｇ／L、チオ尿素を５〜６０ｇ／L、硝酸を５〜１０ ｍＬの割合で含む無電解メッキ液に浸漬し、５０℃で１０分間無電解メッキ浴を行う。これにより、図９Ｃに示すように前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂ上にＢｉメッキ層１２が、約１μｍの膜厚で形成される。またこのＢｉメッキ層１２が形成されている間に、前記Ｓｎ犠牲層１３Ｓを構成するＳｎ原子は前記Ｃｕパッド電極１１Ａあるいは１１Ｂ中に拡散する。その結果、前記金属間化合物Ｃｕ6Ｓｎ5を含む界面領域１１Ｓが、前記Ｃｕパッド電極１１Ａあるいは１１Ｂの表面に沿って形成される。ただ、図９Ｃの状態では、Ｓｎ原子の供給源となるＳｎ犠牲層１３Ｓの膜厚が１μｍ程度と薄いので、前記界面領域１１Ｓは前記Ｃｕ電極パッド１１Ａあるいは１１Ｂの表面の０．２μｍ程度の範囲に限定される。また前記Ｃｕ電極パッド１１Ａ，１１Ｂの表面には、Ｓｎ犠牲層１３Ｓは残らない。すなわち、前記Ｃｕ電極パッド１１Ａあるいは１１ＢとＢｉメッキ層１２の間に、Ｓｎ層は存在しない。【００４７】
次に図９Ｃの構造が純水により３０秒間洗浄され、さらに図９Ｄの段階で、例えば上村工業株式会社製のＣｕ無電解メッキ液「スルカップＰＲＸ」を使い、前記図９Ｃの構造を前記Ｃｕ無電解メッキ液に浸漬し、４０℃で５分間、無電解メッキ浴を行う。これにより、前記Ｂｉメッキ層１２の外側に、図９Ｄに示すように厚さが約０．５μｍのＣｕ犠牲層１１Ｔが形成される。【００４８】
次に図９Ｄの構造を、純水中で３０秒間洗浄され、さらにＳｎＣｌ2を２５ｇ／Ｌ、ＣＳ（ＮＨ2）2を７０ｇ／Ｌ、ＨＣｌを５０ｇ／Ｌ、ＮａＨＰＯ2・２Ｈ2Ｏを１５ｇ／Ｌ、界面活性剤を０．５ｇ／Ｌの割合で含む無電解メッキ液に浸漬し、７０℃で３分間無電解メッキ浴を行い、図９Ｅに示すように前記Ｓｎメッキ層１３を形成する。その際、先に形成されていたＣｕ犠牲層１１ＴにＳｎ原子が拡散し、結局、図９Ｆに示すように前記Ｃｕ犠牲層１１ＴはＣｕ原子を含んだＳｎ層界面領域１３Ｕに変換される。【００４９】
本実施形態では、前記Ｂｉメッキ層１２を形成する際に、Ｂｉメッキ層１２の形成がＢｉ層に対して親和性のよいＳｎ犠牲層１３Ｓ上においてなされるため、形成されるＢｉメッキ層１２は平坦で、先の実施形態の場合のように島状成長は生じない。このため、Ｓｎメッキ層１３を形成する場合に、Ｓｎメッキ層１３からＣｕ電極パッド１１Ａあるいは１１ＢへのＳｎ原子の拡散が、先の実施形態の場合よりもより効率的に阻止され、形成されるＳｎ／Ｂｉ積層構造を有するはんだ層１２Ａ，１２Ｂの組成を、より正確に共晶組成近傍に制御することが可能となる。これに伴い、前記はんだ層１２Ａ，１２Ｂの融点をさらに低下させることが可能となる。
［第３の実施形態］
次にコア基板を有する配線基板に対して適用した本発明の第３の実施形態について、図１０Ａ〜１０Ｌを参照しながら説明する。【００５０】
図１０Ａを参照するに、コア基板６１中にはＣｕプラグよりなるスルービア６１Ａ，６１Ｂが形成されており、またその上面には、配線パターン１１ａ，１１ｂが、下面にはＣｕ配線パターン１１ｃ，１１ｄが形成されている。【００５１】
次に図１０Ｂに示すように前記コア基板６１の上面に、前記配線パターン１１ａ，１１ｂを覆って低誘電率樹脂膜６２Ａが形成されて、前記コア基板６1の下面には、前記配線パターン１１ｃ，１１ｄを覆ってＮＣＳなどの低誘電率樹脂膜６２Ｂが形成される。【００５２】
次に図１０Ｃに示すように前記低誘電率樹脂膜６２Ａに前記Ｃｕ配線パターン６１ａおよび６１ｂをそれぞれ露出する開口部６２ａおよび６２ｂが形成され、また前記低誘電率樹脂膜６２Ｂには、前記Ｃｕ配線パターン６１ｃおよび６１ｄをそれぞれ露出する開口部６２ｃおよび６２ｄが形成される。【００５３】
次に図１０Ｄに示すように前記低誘電率樹脂層６２Ａ上に無電解メッキによりＣｕシード層６３Ａが、前記開口部６２ａおよび６２ｂを覆うように形成され、同時に前記低誘電率樹脂層６２Ｂ上に無電解メッキによりＣｕシード層６３Ｂが、前記開口部６２ｃおよび６２ｄを覆うように形成される。【００５４】
さらに図１０Ｅに示すように前記Ｃｕシード層６３Ａ上に、形成しようとしている配線パターンに対応した開口部を有するレジストパターンＲ１が形成され、同様に前記Ｃｕシード層６３Ｂ上に、形成しようとしている配線パターンに対応した開口部を有するレジストパターンＲ２が形成される。【００５５】
さらに図１０Ｅに示す段階では、前記Ｃｕシード層６３Ａ，６３Ｂを電極として電解メッキを行い、前記開口部においてＣｕ配線パターン６４Ａ〜６４Ｈを形成する。【００５６】
さらに図１０Ｆに示すように前記レジストパターンＲ１，Ｒ２を除去し、スパッタにより露出したＣｕシード層６３Ａ，６３Ｂを除去し、形成されたＣｕ配線パターン６４Ａ〜６４Ｈを切り離す。【００５７】
さらに、図１０Ｇ〜１０Ｉに示すように、このようにして形成された配線基板の上面に、パッド電極形成部を除き、ソルダレジスト膜Ｒ３を、前記配線パターン６４Ａ〜６４Ｄを含む前記配線基板上面に形成されたＣｕ配線パターンのうち、パッド電極形成部６５Ａ〜６５Ｃを露出するように形成する。ただし図１０Ｇは配線基板上面を示す平面図であり、図１０Ｈおよび１０Ｉは、それぞれラインＡ−ＢおよびＣ−Ｄに沿った断面図である。【００５８】
次に図１０Ｊ〜１０Ｌに示すように、前記ソルダレジスト膜Ｒ３をマスクに無電解メッキを行い、最初に先の実施形態におけるＢｉメッキ層１２に対応するＢｉメッキ層６６を、次に先の実施形態におけるＳｎメッキ層１３に対応するＳｎメッキ層６７を、それぞれ約１μｍの膜厚で形成する。【００５９】
前記Ｂｉメッキ層６６とＳｎメッキ層６７は、Ｓｎ−Ｂｉ系の積層構造を有する共晶はんだ層を形成するが、先にも説明したように、Ｃｕパッド電極６５Ａ〜６５Ｃに接する部分にはＢｉメッキ層６６が形成されている。このため、Ｓｎメッキ層が直接に接する従来の積層構造を有する共晶はんだ層と異なり、Ｓｎ原子が枯渇することがない。そこで、Ｓｎメッキ層の厚さを増大させずとも、リフローさせた場合、融点が低いＳｎ−Ｂｉ系共晶はんだが形成され、電子装置をかかる配線基板上に２００℃を切る接合温度で実装することが可能となる。【００６０】
本発明によれば、Ｃｕ電極パッド上に形成されるはんだ層の膜厚を低減できるため、Ｃｕ電極パッドが微細な間隔で配置されるような構成においても、短絡が生じることがない。【００６１】
以上に説明した各実施形態において、前記Ｂｉメッキ層１２あるいは６６の代わりに、Ｃｕとの反応性が小さく、Ｃｕとの間で金属間化合物を形成しない他の金属元素を使うことが可能である。例えばＢｉの代わりに、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、あるいはＢｉ，Ｐｂ，Ｉｎ，Ａｇのいずれかを主成分とする合金を使うことが可能である。【００６２】
また前記Ｓｎメッキ層１３あるいは６７の代わりに、前記メッキ層１２あるいは６６と共晶はんだを形成する他の金属、例えば金（Ａｕ）、あるいはＳｎあるいはＡｕを主成分とする合金を使うことができる。【００６３】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【図１】
2009133625.tif 000004
【図２Ａ】
2009133625.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
2009133625.tif 000020
【図１０Ｂ】
2009133625.tif 000021
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
2009133625.tif 000028
【図１０Ｊ】
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【図１０Ｋ】
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【図１０Ｌ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に形成されたＣｕ配線パターンと、
前記Ｃｕ配線パターンの表面に形成された第１の金属層と、
前記第１の金属層の表面に形成された第２の金属層と、
を含み、
前記第１の金属層は、前記第２の金属層と比べて、Ｃｕとの反応性が低く、
前記第１の金属層と第２の金属層は共晶反応を生じる配線基板。
【請求項２】
前記第２の金属層はＣｕと金属間化合物を形成し、前記第１の金属層は、Ｃｕと金属間化合物を形成しない請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記共晶反応は、１３９℃以上、１５０℃以下の温度で生じる請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
前記第１の金属層は、ビスマス、鉛、インジウム、銀、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなり、前記第２の金属層は、錫、金、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなる請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の配線基板。
【請求項５】
さらに前記Ｃｕ配線パターンは、前記第１の金属層との界面に沿って、前記第２の金属層を構成する金属元素を含む第１の界面領域を有し、前記第２の金属層は、前記第１の金属層との界面に沿って、Ｃｕを含む第２の界面領域を有する請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の配線基板。
【請求項６】
請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の配線基板上に電子部品を、前記電子装置の端子が前記第２の金属層と当接するように載置する工程と、
前記第１および第２の金属層をリフローさせ、前記電子部品の前記端子を前記Ｃｕ配線パターンに接合する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項７】
基体上に形成されたＣｕ配線パターン上に第１の金属層を形成する工程と、
前記第１の金属層上に、前記第１の金属層との間で共晶反応を生じる第２の金属層を形成する工程と、
リフローを行い、前記第１の金属層と第２の金属層との間に共晶反応を生じさせる工程と、
を含み、
前記第１の金属層は前記第２の金属層と比べてＣｕとの反応性が低い配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２の金属層はＣｕと金属間化合物を形成し、第１の金属層はＣｕと金属間化合物を形成しない請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
さらに前記基体と前記第１の金属層との間に、前記第２の金属層と同じ組成の第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に、Ｃｕよりなる第２の犠牲層を形成する工程を含み、前記第１の犠牲層は前記第１の金属層の形成工程で消失し、前記第２の犠牲層は、前記第２の金属層の工程で消失する請求項７または８記載の配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の金属層は、ビスマス、鉛、インジウム、銀、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなり、前記第２の金属層は、錫、金、あるいはこれらのいずれかを主成分とする合金よりなる請求項７〜９のうち、いずれか一項記載の配線基板の製造方法。
【国際調査報告】
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2009133625.tif 000036
2009133625.tif 000037