(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル層の上に表層として金層を形成した電極の表面処理方法において、アルキル基ラジカルを前記金層の表面に存在するニッケルと反応させることにより前記金層の表面から前記ニッケルを除去するとともに、前記アルキル基ラジカルの分解に伴って発生する炭素を水素ラジカルと反応させることにより前記金層の表面への前記炭素の付着を防止することを特徴とする電極の表面処理方法。
【請求項２】
前記金層の表面に存在するニッケル化合物を水素ラジカルで還元することにより該ニッケル化合物をニッケルとニッケルを含まない他の物質とに分離し、前記分離されたニッケルを前記方法で前記金層の表面から除去することを特徴とする請求項１に記載の電極の表面処理方法。
【請求項３】
ニッケル層の上に表層として金層を形成した電極の前記金層の表面へのワイヤボンディング方法において、
前記金層の表面を請求項１又は２に記載の方法で処理する工程、及び
前記工程の処理を施した前記金層の表面にワイヤを接続する工程
を備えることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル層の上に表層として金層を形成した電極の表面処理方法、同方法により処理された電極及び電極へのワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅で電極パターンを形成した基板上にチップ部品の実装やワイヤボンディングを行う際、電極パターンとチップ部品とを電気的に接続するため、銅層の上にバリアメタル層としてニッケル層を形成し、更にその上に表層として金層を形成することによりパッド状の電極を作成し、そのパッド状電極にワイヤを接合することが広く行われている（図８参照）。このパッド状電極において、バリアメタル層を成すニッケルの一部が金層に入り込み、そのまま、あるいはニッケル化合物の形で金層の表面に析出することがある。このようにニッケル又はニッケル化合物が析出すると、電極とチップ部品との電気的接続が阻害されたり電極の金層表面へのワイヤの接合性が低下するという問題が発生する。
【０００３】
上記問題に鑑みて成された発明が特許第３０００８７７号公報に開示されている。同公報に開示された金メッキ電極の形成方法は、基板に回路パターンを形成するステップと、前記回路パターンの電極となる部分にニッケルを含むバリアメタル層を形成するステップと、前記バリアメタル層上にメッキ法により金層を形成するステップと、基板を加熱することにより前記金層に存在するニッケルを前記金層の表層部に集め、前記金層内の純度を高め、前記金層の表層部にニッケル又はニッケルの化合物を析出させるステップと、前記金層の表層部に析出したニッケル又はニッケルの化合物を取り除いて、その下層にある純度が高められた金層を露呈させるステップとを含むことを特徴としている（請求項１）。そして、同公報によれば、上記のようにニッケル又はニッケル化合物を除去することにより、金層の表面へのワイヤの接合性を向上させることができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報には、金層の表層部に析出したニッケル又はニッケルの化合物を取り除く方法としてエッチングが挙げられている（請求項２）。しかし、このエッチング処理について、同公報には「ドライエッチングが好ましいがウェットエッチングでも可能である」（段落［００２７］）とあるのみで、ニッケル又はニッケルの化合物の除去効率を高めるためのエッチング処理条件等については何ら開示されていない。このような技術背景に鑑み、本発明の目的とするところは、電極の表層を成す金層に析出したニッケル又はニッケル化合物を効率よく取り除くことができる電極の表面処理方法を提供することにある。また、本発明は、上記本発明に係る方法で処理された電極、及び、同方法による表面処理を含むワイヤボンディング方法も提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る電極の表面処理方法は、
ニッケル層の上に表層として金層を形成した電極の表面処理方法において、アルキル基ラジカルを前記金層の表面に存在するニッケルと反応させることにより前記金層の表面から前記ニッケルを除去するとともに、前記アルキル基ラジカルの分解に伴って発生する炭素を水素ラジカルと反応させることにより前記金層の表面への前記炭素の付着を防止することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る方法では、まずアルキル基ラジカルを金層の表面に存在するニッケルと反応させる。このとき、雰囲気温度及び圧力が適切に設定されていれば、ニッケルとアルキル基ラジカルとの反応により生成される有機ニッケル化合物は金層の表面から揮発し、雰囲気中に飛散する。こうして金層の表面からニッケルが除去される。なお、アルキル基ラジカルは、例えばアルカンガスをプラズマ処理することによって得ることができる。また、アルキル基ラジカルとしては例えばメチルラジカルが好適に利用できる。
【０００７】
このようなアルキル基ラジカルとニッケルとの反応において、有機ニッケル化合物の生成に伴ってアルキル基ラジカルを構成する炭素の一部が分離され、金層の表面に付着してその後の処理に悪影響を及ぼすことがある。そこで、本発明では、アルキル基ラジカルの分解に伴って発生する炭素を水素ラジカルと反応させるようにしている。この反応において、水素ラジカルは炭素を捕獲するラジカル捕獲剤として作用する。このようにすると、たとえ上記のように炭素が発生しても、その炭素は水素ラジカルと反応し、炭化水素等の揮発性物質となって雰囲気中に飛散する。こうして、金層の表面への炭素の付着が防止される。
【０００８】
本発明の一形態においては、前記金層の表面に存在するニッケル化合物を水素ラジカルで還元することにより、そのニッケル化合物をニッケルとニッケルを含まない他の物質とに分離し、分離されたニッケルを上記のような方法で金層の表面から除去するようにする。例えば、金層の表面に存在するニッケル化合物が多量である場合、上記のようなニッケルの還元工程を設け、その後にニッケル除去及び炭素捕獲を行うようにすれば、より確実にニッケルを金層の表面から除去できる。なお、炭素の捕獲に用いられる水素ラジカルは同時にニッケル化合物の還元剤としても作用し得る。つまり、上記のような還元工程を特に設けなくても、金層の表面付近に存在する水素ラジカルの一部がニッケル化合物を還元し、ニッケルを分離するように作用する。従って、上記のようなニッケルの還元工程は必ずしも独立して設ける必要はない。
【０００９】
【実施例】
本発明に係る方法により得られる効果を確かめるため図１のフローチャートに示したような手順で以下のような実験を行った。
【００１０】
（１）初期サンプルの準備
銅板の上に厚さ約７μｍのニッケル層を形成し、更にその上に厚さ約０．０７μｍ（７０ｎｍ）の金層を形成することによりサンプル基板を作成し、そのサンプル基板を大気中にて１８０℃で２時間熱処理した。この処理後の基板をここでは初期サンプルと呼ぶ。
【００１１】
（２）処理後サンプルの準備
初期サンプルに以下の条件でプラズマエッチング処理を施した。この処理後の基板をここでは処理後サンプルと呼ぶ。
・使用した装置：カソードカップリング型プラズマエッチング装置
・高周波電源：周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１００Ｗ
・ガス種：Ａｒ（体積４０％）、Ｈ2（体積４０％）、ＣＨ4（体積２０％）
・ガス流量：Ａｒ＝２０ｓｃｃｍ、Ｈ2＝２０ｓｃｃｍ、ＣＨ4＝１０ｓｃｃｍ
・エッチング深さ：３ｎｍ
【００１２】
（３）比較サンプルの準備
初期サンプルに以下の条件でプラズマエッチング処理を施した。この処理後の基板をここでは比較サンプルと呼ぶ。
・使用した装置：カソードカップリング型プラズマエッチング装置
・高周波電源：周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１００Ｗ
・ガス種：Ａｒ（体積１００％）
・ガス流量：Ａｒ＝１０ｓｃｃｍ
・エッチング深さ：３ｎｍ
【００１３】
（４）分析器による測定
初期サンプル、処理後サンプル及び比較サンプルのそれぞれについて、金層の表面部分の成分をエスカ（ＥＳＣＡ）分析器により測定した。
【００１４】
（５）測定結果のグラフ化
分析器による測定結果を図２〜図７に示したようにグラフ化した。図２は初期サンプルの測定結果を示すグラフ、図３は図２のグラフのＮｉ／Ｎｉ化合物のピークを含む部分の拡大図である。また、図４は処理後サンプルの測定結果を示すグラフ、図５は図４のグラフの一部の拡大図で、図２のグラフの図３で示した部分に対応する。また、図６は処理後サンプルの測定結果を示すグラフ、図７は図６のグラフの一部の拡大図で、図２のグラフの図３で示した部分に対応する。各グラフの横軸は結合エネルギー（ｅＶ）であり、縦軸は分析器による検出強度（カウント数）である。なお、図２、図４及び図６の縦軸の目盛間隔はそれぞれ互いに異なり、図３、図５及び図７の縦軸の目盛間隔はそれぞれ互いに異なる。
【００１５】
（６）測定結果の検討
図２、図４及び図６のグラフを見ると、いずれも金（Ａｕ）のピークが結合エネルギー９０ｅＶ付近に、炭素（Ｃ）のピークが２９０ｅＶ付近に現れているが、ニッケル（Ｎｉ）及びＮｉ化合物のピークについては、図２及び図６のグラフでは８６０ｅＶ付近に現れている一方、図４のグラフではそのようなピークは現れていない（図３、図５及び図７も参照）。このことから、処理後サンプルでは、金層の表面からＮｉ／Ｎｉ化合物が十分に除去されていることが分かる。これは、ニッケルがプラズマ中のメチルラジカルと反応して有機ニッケルとなり、雰囲気中に飛散したためと考えられる。メチルラジカルのこのような効果は、処理後サンプルのグラフと比較サンプルのグラフとの比較によっても確認できる。すなわち、ＣＨ4を含まない反応ガスでプラズマエッチング処理が施された比較サンプルでは、図６及び図７のグラフで示されるように、ニッケル（Ｎｉ）及びＮｉ化合物が十分に除去されていないのである。
【００１６】
また、初期サンプルのグラフ（図２、図３）と比較サンプルのグラフ（図６、図７）との間でＮｉ／Ｎｉ化合物のピークの高さを比較すると、初期サンプルよりも比較サンプルの方がピークが高い。これは次のような理由によると考えられる。すなわち、初期サンプルの作成時の熱処理はＮｉ／Ｎｉ化合物を金層の表面付近に集めることを目的としている。そして、この熱処理により形成されるＮｉ／Ｎｉ化合物の集積層の厚さが３ｎｍよりも厚くなると、エッチングで単純に表層を３ｎｍ程度除去したとき、かえってＮｉ／Ｎｉ化合物の濃度が高い層が露出してしまう可能性がある。従って、従来のように単純に金層の表面を除去する場合には、３ｎｍよりも更に深く（例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ程度）エッチングを行わなければならない。これに対し、本発明に係る方法で処理した処理後サンプルでは、図４及び図５からわかるように、３ｎｍのエッチング深さでも十分にＮｉ／Ｎｉ化合物が除去されている。
【００１７】
また、炭素のピークに着目すると、初期サンプルを測定した図２のグラフにおける炭素のピーク高さと、処理後サンプルを測定した図４のグラフにおける炭素のピーク高さとの間に有意な変化は見られないことから、プラズマ中のメチルラジカルとニッケルとの反応により発生する炭素の金層の表面へ付着は、有効に防止されたことが分かる。これは、ラジカル捕獲剤としての水素ラジカルが炭素を捕獲したことによるものと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る電極の表面処理方法は、金層の表面を物理的にエッチングしてニッケル／ニッケル化合物を他の物質（金等）とともに除去する従来の方法とは異なり、ニッケル／ニッケル化合物を選択的に除去することができる。従って、バリアメタル層の上に形成する金層を従来より薄くしても、十分なワイヤの接合性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る方法の一例のフローチャート。
【図２】  初期サンプルの金層表面の測定結果を示すグラフ。
【図３】  図２のグラフのＮｉ／Ｎｉ化合物のピークを含む部分の拡大図。
【図４】  処理後サンプルの金層表面の測定結果を示すグラフ。
【図５】  図４のグラフの一部の拡大図。
【図６】  比較サンプルの金層表面の測定結果を示すグラフ。
【図７】  図６のグラフの一部の拡大図。
【図８】  ワイヤボンディングのために基板に作成されたパッド状電極の例。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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