(57)【要約】【課題】  貴合金、例えばＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＩｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＩｎ、ＡｇＩｎをメッキする比較的簡単且つ安価な方法を提供する。【解決手段】  アノード（３２，３４）が合金中の金属成分の各々から形成され、導電性溶液（２６）中に配置される。各金属成分の質量をファラデーの法則により求める。ターゲット（２８）も又、導電性溶液中に配置する。メッキ電流を各アノードに別個独立に印加する。メッキ方法の最適化のためにメッキを紫外光源（３７）の作用下で行う。本発明は、メッキ用合金を基板への半導体の取付けを含む種々の目的に利用できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貴合金をターゲットに被着させる方法であって、
ａ）ターゲットを導電性浴内に配置する工程と、
ｂ）貴合金を前記ターゲット上に電気メッキする工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記貴合金は、ＡｕＳｎであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記貴合金は、ＡｇＳｎＩｎであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記貴合金は、ＡｕＩｎであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記貴合金は、ＡｇＳｎであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記貴合金中の各金属について別個のアノードが設けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
工程ｂ）は、紫外線エネルギの源を前記導電浴に与える工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
工程ｂ）は、電気エネルギの連続ＤＣ源を前記アノードに印加する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
電気エネルギの源を複合波の形態で前記アノードに印加する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
工程ｂ）は、電気エネルギの源をパルス源の形態で前記アノードに印加する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスに関し、特に、例えば半導体ダイを高信頼度用途で基板又はハウジングに取り付けるために用いられる貴重な合金、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＩｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＩｎ及びＡｇＩｎのメッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型集積回路は、半導体ウェーハから標準型チップサイズに切断された半導体ダイを有している。半導体ダイは通常、接着剤、例えば、エポキシ又ははんだによって基板又はハウジングに取り付けられる。接着剤は、比較的高い温度、例えば、１５０℃〜１６０℃で硬化することが知られている。残念ながら、かかる技術では、半導体ダイと基板との間に空気ポケットが生じることが知られており、かかる空気ポケットにより、半導体ダイと基板との間にボイドが生じることがある。
【０００３】
半導体ダイを基板に取り付けるエポキシの使用と関連して他の問題がある。例えば、エポキシは或る状況ではどの材料でもこれを事実上湿潤する可能性があるので、エポキシは、半導体ダイの縁部から頂部まで湿潤させ、それにより短絡を生じさせることが知られている。
【０００４】
比較的高い信頼度を要する用途、例えば、軍事用途及び宇宙用途においてこれらの問題を解決するため、半導体ダイは、貴合金、例えば、金−錫（ＡｕＳｎ）、銀−錫（ＡｇＳｎ）、金−インジウム（ＡｕＩｎ）、銀−インジウム（ＡｇＩｎ）を用いて基板に取り付けられることが知られている。しかしながら、合金中の金属成分の融点が大きく異なるので、かかる合金は蒸発には適しておらず、しかも５μｍ〜２５μｍのはんだ合金の厚さを得るためにはスパッタリング中、合金が大幅に無駄になる。
【０００５】
したがって、貴合金のはんだ法が開発されたことが知られている。これら方法は、かなり手が込んでいて、しかも高価であることが知られている。例えば、公知の一方法では、貴合金プレフォームが用いられる。かかる貴金属合金プレフォームは、かなり複雑な冶金学的手法によって製造されることが知られており、かくして高価である。かかる貴合金プレフォームの一例が、米国特許第５，４２７，８６５号明細書に開示されており、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとして引用する。米国特許第５，２３４，８６５号明細書に開示されているように、はんだプレフォーム、例えば、貴合金はんだプレフォームをはんだ付けされるべき２つのコンポーネント、例えば、半導体ダイと基板との間に配置する。組立体を貴合金の融点よりも高い温度まで加熱し、それにより、はんだが再び流れ、冷却時に半導体ダイの湿潤可能な表面を基板にくっつける。
【０００６】
貴合金はんだプレフォームの製造コストに鑑みて、他の方法が開発された。例えば、金／錫／金の層を真空蒸着法で基板上に被着させることにより金−錫合金はんだが形成されることが知られている。次に、これら層を比較的高い温度、例えば２２０℃で、少なくとも３時間かけて互いに合金化して、金及び錫の層が内部拡散して金−錫合金を形成することができる。かかる方法は金−錫合金を作るのに有効であるが、この方法は、極めて高価であり、しかも比較的大きな資本設備費を必要とし、しかも比較的高い労務費を伴う。さらに、半導体ダイは、ワックス又はサーマルフィルム（thermal film）により基板に一時的に取り付けられることが知られている。比較的長い期間にわたって比較的高い温度にさらされることに起因して、かかる方法の結果として、ワックスによる半導体ダイの汚染が生じる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、公知の方法よりも比較的簡単且つ安価であって、半導体ダイの汚染又は短絡の恐れを生じさせない貴合金による基板への半導体ダイの取付け方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高価な合金、例えばＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＩｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＩｎ、ＡｇＩｎをメッキする比較的簡単且つ安価な方法に関する。アノードが合金中の金属成分の各々から形成され、導電性溶液中に配置される。各金属成分の質量をファラデーの法則により求める。ターゲットも又、導電性溶液中に配置する。メッキ電流を各アノードに別個独立に印加する。メッキ方法の最適化のためにメッキを紫外光源の作用下で行う。
【発明の効果】
【０００９】
メッキ用合金を基板への半導体の取付けを含む種々の目的に利用できる。この方法では半導体ダイが比較的長い時間にわたって比較的高い温度にさらされることはないので、かかる方法は、処理中半導体ダイをキャリヤ上の定位置に保持するのに用いられる接着剤又はワックスによる半導体の汚染の恐れを生じさせない。さらに、エポキシを用いる初期に開発された公知の方法とは異なり、貴合金は、ダイ全体ではなく、金属接触領域のみを湿潤し、かくしてダイに対する潜在的な短絡の恐れが無い。
本発明の上記利点並びに他の利点は、以下の説明及び添付図面を参照すると容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、半導体プロセスに関し、特に、例えば半導体ダイを高信頼度用途で基板又はハウジングに取り付けるために用いられる貴重な合金、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＩｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＩｎ及びＡｇＩｎをメッキする半導体メッキ方法に関する。本発明のメッキ方法は、比較的簡単且つ安価であり、本発明のかかるメッキ方法では、貴合金はんだプレフォームが使用されない。さらに、ダイを基板上の定位置に保持するのに用いられる接着剤、例えば、ワックスによる汚染の恐れが最小限に抑えられる。本発明のメッキ方法は半導体ダイ上の金属接触部だけを湿潤するので、アタッチメント媒体による短絡の恐れが事実上無くなる。本発明の方法は、軍事及び宇宙で利用される高信頼度用途に特に適しており、かかる高信頼度用途により、かかる半導体を自動化電子組み立てラインで一様に処理できる。
【００１１】
本発明は、例えば種々の処理方法で処理され、そして半導体ウェーハから切断された半導体ダイを基板に固定するのに用いることができる貴合金、例えば、金−錫（ＡｕＳｎ）、銀−錫（ＡｇＳｎ）、金−インジウム（ＡｕＩｎ）、銀−インジウム（ＡｇＩｎ）をメッキする電気メッキ法に関する。本発明の電気メッキ法は、かかる貴合金について最初に知られている電気メッキ法である。
【００１２】
本発明の電気メッキ法を実施する略図が、図１に示されており、全体が符号２０で示されている。図１に示すように、本発明の電気メッキ法は、複合波タイプの電気メッキ法と関連して示されているが、本発明の原理は、他のタイプの電気メッキシステム、例えば、ＤＣ、パルス及びマイクロ波への使用にも適している。ＤＣメッキ電気システムは、上記特許文献において周知である。パルスメッキシステムの例が、チン他（Chin et al.,）著，「セレクティブ・パルス・プレーティング・オブ・ゴールド・ティン・リード・ソルダー（Selective Pulse plating of Gold-Tin-Lead Solder ）」，http://dynatronix.com/goldtin.html），copyright 1998、ヴァンホーン（Vanhorn ）著，「パルス・プレーティング（Pulse Plating）」， http:/dynatronix.com/chuch,html，copyright 1998、及びオセロ（Osero）著，「アン・オーバービュー・オブ・パルス・プレーティング（An Overview of Pulse Plating）」，http:/dynatronix.com/overview.html，copyright 1998に開示されている。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の貴合金メッキ法では、開放頂部２４を備えたタンク２２が必要である。タンク２２は、導電性溶液２６、例えば、有機導電性塩溶液を収容するのに用いられる。導電性溶液は、どの金属成分とも反応しないよう選択されており、かかる導電性溶液は、有機導電性塩溶液、例えば、蓚酸カリウム（Ｋ2Ｃ2Ｏ4）であるのがよい。有機導電性塩溶液２６は、金属イオンをターゲット２８に（即ち、メッキされるべき部品）に移送するための原子移送媒体として用いられる。図示のように、ターゲット２８は、導電性金属、例えば、プラチナで作られていて、タンク２２の一方の壁に当てて配置されたキャリヤ３０によって支持されている。１対のアノード３２，３４がタンク２２の反対側の壁に設けられている。
【００１４】
各アノード３２，３４は、所望の貴合金中の金属の１つからそれぞれ作られている。例えば、金−錫貴合金が示されている。かくして、アノード３２は金から作られ、アノード３４は錫から作られている。例えば、銀−錫（ＡｇＳｎ）であれば、アノード３２は銀（Ａｇ）から作られ、アノード３４は錫（Ｓｎ）から作られることになる。アノード３２，３４は、ターゲットと反対側の側壁と対向した側壁に沿ってタンク２２内に設けられている。予備隔離壁３６が、アノード３２，３４を互いに分離してアノード３２，３４が偶発的に互いに接触するのを阻止し、一方のアノードから他方のアノードへの初期電流漏れを最小限に抑えるために用いられている。
【００１５】
本発明の重要な特徴によれば、紫外光源３６、例えば、スペクトル形態が０．２ミクロン〜０．４ミクロンの波長の蛍光がタンク２２の開放端部２４に隣接して照明されている。特に、紫外光源３７は、メッキ溶液中の自由電子を活性化させ、この電子を高エネルギレベルに維持してこの電子とアノード３２，３４から出た金属陽イオンとの相互作用を回避すると共にターゲット２８に到達する前における金属のうち任意のものの沈澱を阻止するようになっている。
【００１６】
アノード３２，３４は各々、電位差計又は組成制御器４２により電源４０に電気的に結合されている。組成制御器４２により、メッキ電流の大きさを変化させることができる。電源４０に設けられている正のＤＣ電圧端子が、組成制御器４２によりアノード３２，３４の各々に電気的に結合されている。電源４０からの負のＤＣ電圧端子が、キャリヤ３０に結合されている。
【００１７】
上述したように、複合波を用いるとメッキ溶液の付き回り（throw power）を増大させることができ、それにより、合金成分及び厚さの一様性が向上する。したがって、図５に示すように複合波を発生させる波発生器４３が利用される。
貴合金はんだの厚さは、アノード３２，３４に印加される電流密度及びメッキ時間で決まる。ファラデーの法則を用いて各メッキ金属の重さを計算する。具体的に説明すると、貴金属の重量は、以下の方程式１に示されるようなファラデーの法則に従って計算される。
【００１８】
ｍ（ｇ）＝（ａ／ｅ）ＷＱ／ｖ
上式において、ｍは金属付着物の質量（メッキ要件）、ａ＝原子重量を持つ原子の質量（ｇ）、ｅ＝電子の電荷ａ／ｅ＝１ｆであり、ここにおいてｆ＝ファラデーの定数＝９６４８５クーロン／モル、ｖ＝被着又は遊離原子の原子価数、ｗ＝金属の所要被着原子重量、Ｑ＝ＩＴ＝電池を通過する電気量である。
金−錫貴合金（Ａｕ−Ｓｎ）の場合、次の通りである。
【００１９】
Ａｕ：Ｗ＝１９７；ｖ＝３；  Ｓｎ：Ｗ＝１１９；ｎ＝４
ｍAu／ｍSn＝（ｖSn／ｖAu）・（ＷAu／ＷSn）・（ＩAu／ＩSn）＝
４／３（１９７／１１９）（ＩAuＩSn）
金−錫ＡｕＳｎ合金（８０／２０重量％）の場合、次の通りである。
８０／２０＝４＝２２０７（ＩAu／ＩSn）
ＩAu＝１．８１２４ＩSn＝メッキ電流比
【００２０】
上述のメッキ電流の比も又、他の要因、例えば、紫外原子移動活性化エネルギの用量、電極／メッキターゲットのサイズ／距離、メッキ方法、例えば、ＤＣ及びパルス複合波で決まる。これら要因は、合金中の各金属成分のメッキ方法の付き回りを制御する。当業者には理解されるように、合金組成比を維持するには電流比を調節する必要がある。
【００２１】
本発明の一用途では、ＵＶ源、複合波源又は攪拌源（agitation source）を用いないでＤＣ電源を使用した。ターゲットとして２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）金属化（Ｎｉ／Ａｕ）セラミック基材を用い、これを導電性溶液（メッキ溶液）内に配置した。メッキ溶液は、２０％蓚酸カリウムと、２％塩化カリウムと７８％脱イオン（ＤＩ）水の混合物であった。（なお、割合表示は、重量％である）。２つの純粋な金属片、即ち、一辺が１インチ（２．５４ｃｍ）の正方形の金及び一辺が１インチの正方形の錫を電極として用いた。これらアノードを、カソードから３インチ（７．６２ｃｍ）離すと共に互いに１インチ離してメッキ溶液中に配置した。２つのアノード相互間に予備隔離壁を挿入した。この壁は、高密度ポリマーフォームから作られたものであった。挿入された壁は、２つのアノードが偶発的に互いに接触するのを阻止するのに役立ち、そして、一方のアノードから他方のアノードへの（高い電流設定値から低い電流設定値への）電流の予備漏れを最小限に抑える。全メッキ電流密度は、３アンペア／１平方インチであり、２つのアノード相互間に分布し、計算すると比が１．８であった（ファラデーの法則を利用して）。錫アノードは、塩素イオンＣｌ-の存在下では、塩化カリウム（酸化防止剤）から酸化されず、メッキ法の停止を阻止した。（塩素が存在していない場合、錫アノードは、酸化され、次に、錫イオン（Ｓｎ++++）は、錫を生じさせず、メッキ法は停止される。）
【００２２】
ＳＥＭ画像は、金−錫合金表面の形態学的状態が非常に滑らかであり、サンプルを通じて一様であることを表した。図２〜図４は、このサンプルのエネルギ分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析結果を示している。このメッキ法の目的は、金−錫はんだ合金８０％Ａｕ（金）２０％Ｓｎ（錫）を生じさせることにあった。ＥＤＸ分析の示すところによれば、この実験で得られた金−錫合金は、理論的計算結果とよくマッチしている。
【００２３】
当該技術分野において認識されているように、複合波源、ＵＶ光源及び攪拌源が存在している状態で２つのアノード相互間の電流比の設定値の微調整を行うことにより、サンプルを通じて組成（金と錫の比）の一様性及び制御性が向上する。本発明は、二元（２種類の金属成分）合金を作るための２つのアノードの使用には限定されず、三元、四元又は多元合金を作るために３つ、４つ又は多くのアノードを用いることができる。
【００２４】
明かなこととして、上記教示に照らして本発明の多くの設計変更例及び改造例を想到できる。かくして、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で、具体的に上述した形態以外の形態で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の貴合金はんだメッキ設備の略図である。
【図２】例示のサンプルの頂部のエネルギ分散Ｘ線（ＥＤＸ）分析の結果を示す図である。
【図３】図２の例示のサンプルの中央部分のＥＤＸ分析結果を示す図である。
【図４】図２の例示のサンプルの底部のＥＤＸ分析結果を示す図である。
【図５】本発明に用いられる複合波の略図である。
【符号の説明】
【００２６】
２２  タンク
２６  導電性溶液
２８  ターゲット
３０  キャリヤ
３２，３４  アノード
３６  予備隔離壁
３７  紫外光源
４０  電源
４２  組成制御器
４３  波発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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