(57)【要約】本発明は、半田をめっきする方法に関する。本発明の方法によって、上面に金属シード層を有するダイが提供される。金属シード層は、酸および酸化剤を含有する溶液を用いてマイクロエッチング（８５）されることによって、エッチングされた金属シード層を形成する。その後、エッチングされた金属シード層上にバンプ下金属層（ＵＢＭ）が電気めっきされ（８７）、ＵＢＭ上にＳｎＣｕなどの鉛フリー半田組成物が電気めっきされる（９１）。半田をめっきする方法と共に用いられ得る、半田をリフローする方法もまた提供される。この後者の方法によって、基板は金属シード層をエッチングされ（１３７）、続いてマイクロエッチングされる（１４１）。その後、半田フラックスが基板上に塗布され（１４７）、半田がリフローされる（１４９）。
2006502582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に金属シード層（２１１）を有するダイ（２０１）を設ける工程と、
酸および酸化剤を含有する溶液を用いて、前記金属シード層（２１１）をエッチングする（１３７）ことによって、エッチングされた金属シード層を形成する工程と、
前記エッチングされた金属シード層上にバンプ下金属層（２１５）（ＵＢＭ）を電気めっきする（８７）工程と、
前記ＵＢＭ上に鉛フリー半田組成物（２１６）を電気めっきする（９１）工程とを備え、
前記ＵＢＭは銅を含有する、ダイ上に半田をめっきする方法。
【請求項２】
バンプ下金属層（ＵＢＭ）をエッチングする方法において、
金属シード層（２１１）と、前記金属シード層上に配置されたＵＢＭ（２１５）と、前記ＵＢＭ上に配置された鉛フリー半田組成物（２１６）とを有するダイ（２０１）を設ける工程と、
前記金属シード層をエッチングする（１３７）工程と、
酸および酸化剤を含有する希薄溶液を用いて、前記ＵＢＭをエッチングする（１４１）工程と、
前記半田組成物をリフローする（１４９）工程とを備える、バンプ下金属層（ＵＢＭ）をエッチングする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記金属シード層はＴｉＷを含有し、過酸化物溶液を用いてエッチングされる方法。
【請求項４】
上面に配置されたダイパッド（２０５）を有するダイ（２０１）を設ける工程と、
前記ダイパッドの上方に金属シード層（２１１）を形成する工程と、
前記ダイパッドの上に感光性のポリマー（２１３）を形成する工程と、
前記金属シード層の少なくとも一部を露出する開口部を形成するために、前記ポリマーをパターン形成する工程と、
酸および酸化剤を含有する溶液を用いて、前記金属シード層の前記露出された部分をエッチングする（１３７）ことによって、前記金属シード層のエッチングされた部分を形成する工程と、
前記金属シード層の前記エッチングされた部分上にバンプ下金属層（ＵＢＭ）（２１５）を電気めっきする（８７）工程と、
前記ＵＢＭ上に鉛フリー半田組成物（２１６）を電気めっきする（９１）工程とを備え、
前記ＵＢＭは銅を含有する、ダイ上に半田をめっきする方法。
【請求項５】
上面に配置されたダイパッド（２０５）を有する基板（２０１）を設ける工程と、
前記基板の上方に金属シード層（２１１）を付着させる工程と、
前記ダイパッドの付近において前記金属シード層が露出されるように、前記金属シード層の上方にフォトレジスト（２１２）を付着させ、かつパターン形成する工程と、
過硫酸ナトリウムの酸性水溶液を用いて前記金属シード層をエッチングする（１３７）工程と、
前記金属シード層上にバンプ下金属層（ＵＢＭ）の層（２１５）を電気めっきする（８７）工程と、
前記ＵＢＭ上に半田（２１６）を電気めっきする（９１）工程とを備え、
前記金属シード層は銅を含有し、
前記ＵＢＭは銅を含有し、
前記半田は、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，およびＳｎＡｇＣｕからなる群から選択される、半
田組成物を電気めっきする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半田接合と半田接合を形成する方法とに関し、より詳細には、半田めっきおよびリフローのためにバンプ下金属層を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半田バンプを用いてダイをフリップチップパッケージへ接着することは、当業者には公知である。図１および図２（後者は図１における領域２の拡大図である）に、フリップチップ用途で用いられる、従来技術による半田接合１０の一定型を示す。その中で示すように、ダイ１１は、上面に配置されたＩ／Ｏパッドすなわちダイパッド１３を有して設けられる。フォトポリマーのパッシベーション層１７は、ダイを損傷から保護するために設けられている。ダイパッド上には金属シード層（seed metallization）１４が配置され、金属シード層上にはバンプ下金属（Under Bump Metallization）（ＵＢＭ）層１５が配置されている。続いて、ＵＢＭ構造の頂部の上に半田ボール１９が配置または形成され、リフローによって（すなわち、半田組成物が溶融するように充分に加熱することによって）、下に位置するＵＢＭに結合される。半田ボールは、ダイとプリント回路基板（ＰＣＢ）２１または他のデバイスとの、電気的および機械的な接続を形成するために用いられる。
【０００３】
鉛系半田が原因となる健康および環境の問題のため、現在、この技術分野においては、ダイ接着操作において広範に用いられてきたスズ−鉛半田を、鉛フリー半田と置き換えようとする動向がある。実際に、米国電子機器製造者協会（National Electronics Manufacturing Initiative ）（ＮＥＭＩ）によって、種々の用途において、特定の鉛フリー半田、詳細にはスズ系鉛フリー半田の使用が公式に推奨されている。したがって、例えば、ＮＥＭＩによって、今日製造されるＰＣ基板の大部分に関して用いられている半田リフロー操作においては、ＳｎＡｇ３．９Ｃｕ０．６の使用が提唱されており、また噴流式半田付け用途においては、他の２つの鉛フリー合金、ＳｎＣｕ０．７およびＳｎＡｇ３．５が推奨されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらのスズ系半田は幾つかの有利な特性を有してはいるが、幾つかの欠点もまた有している。詳細には、これらの材料による半田接合では、理論的考察に基づいて予測されるよりも有意に短い寿命が見出される場合が多くある。換言すると、これらの材料による半田接合における単位時間あたりの半田接合不良の発生率は予想外に高いことが、多くの場合で見出されている。
【０００５】
したがって、この技術分野においては、より長い寿命を示す鉛フリー半田（詳細にはスズ系鉛フリー半田）に基づく半田接合の改良に対する需要がある。この技術分野においてはまた、そのような半田接合を達成する方法に対する需要もある。本明細書で開示する方法論は、これらの需要および他の需要に応じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、ダイ上に半田をめっきする方法が提供される。この方法は、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、およびＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田において特に有用である。この方法によって、上面に金属シード層を有するダイが設けられる。金属シード層は、好適には、ＴｉＷからなる第１の層と銅からなる第２の層とを有し、また好適には、上面に配置されたフォトレジストを有する。このフォトレジストはパターン形成され、それを通じて金属シード層の一部分が露出されている少なくとも１つの開口部を形成する。露出された金属シー
ド層は、酸（例えば、硫酸など）および酸化剤（例えば、過硫酸ナトリウム）を含有する溶液（好適には、希薄な水溶液）を用いてエッチングされることによって、エッチングされた金属シード層を形成する。エッチングされた金属シード層の上には、続いて、好適には銅を含有するバンプ下金属層（ＵＢＭ）が電気めっきされる。続いて、ウエハは好適には脱イオン水を用いてリンスされ、ＵＢＭ上に（好適には鉛フリーの）半田組成物が電気めっきされる。
【０００７】
別の態様では、ＵＢＭをエッチングする方法が提供される。この方法によって、金属シード層と、金属シード層上に配置されたＵＢＭと、ＵＢＭ上に配置された鉛フリー半田組成物とを有するダイが設けられる。続いて金属シード層はエッチングされ、場合によってはリンスされ、ＵＢＭは酸および酸化剤を含有する溶液を用いてエッチングされる。続いて、ダイ上に半田フラックスが塗布され、半田組成物がリフローされる。
【０００８】
さらに別の態様では、ダイ上に半田をめっきする方法が提供される。この方法によって、上面に配置されたダイパッドを有するダイが設けられる。ダイパッドの上方には金属シード層が形成されて、金属シード層の上方には感光性のポリマーが配置される。続いて、感光性のポリマーはパターン形成および露出され、金属シード層の少なくとも一部分を露出する開口部を形成し、その後で、酸および酸化剤を含有する溶液を用いて、金属シード層の露出された部分がエッチングされる。続いて、金属シード層のエッチングされた部分の上には、好適には銅を含有するＵＢＭが電気めっきされて、ＵＢＭ上に（好適には鉛フリーの）半田組成物が電気めっきされる。
【０００９】
さらに別の態様では、半田組成物を電気めっきする方法が提供される。この方法によって、上面に配置された金属シード層を有する基板が提供される。続いて、金属シード層は酸および酸化剤を含有する溶液を用いてエッチングされ、金属シード層上に銅ＵＢＭが電気めっきされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の開示におけるこれらのおよび他の態様を、以下でより詳細に説明する。
鉛フリー半田、特にスズ系鉛フリー半田において観察される予想外に高い半田接合不良の発生率は、少なくとも２つの因子によることが今日では見出されている。第１に、スズ系鉛フリー半田はリフローの間にボイド発生する傾向にあることが、多くの場合で見出されている。そのようなボイド発生を示す半田ボールの例を、図３および４に示す（ボイド発生は、図３では暗い点として、および図４では暗い半球として見える）。この種のボイド発生は、半田接合の機械的完全性をひどく損ない、したがって、熱サイクルの間に半田接合不良を生じて、半田接合の寿命を減少させる。現在、このボイド発生は、バンプ下金属層（ＵＢＭ）の上に半田をめっきするために用いられる従来技術によるめっきプロセスと関連付けられている。そのような従来技術によるめっきプロセスの典型的な例を図９に示す。
【００１１】
鉛フリー半田組成物における予想外に高い半田接合不良の発生率を引起すことが見出されている第２の因子は、従来技術による金属シード層エッチングプロセス後の従来技術によるリフローの間に、これらの半田組成物がバンプ下金属層（ＵＢＭ）を充分にはぬらさない傾向にあることである。ＵＢＭが銅ポストの形状である時には、図７に示すように、この問題はポストの側面で特に顕著である。この傾向によって半田と銅の界面がより小さな領域にしか生じないため、強度は減少し、したがって接合の寿命は減少する。
【００１２】
半田接合の形成において典型的に用いられる、従来技術による半田めっきプロセスおよび金属シード層エッチングプロセスに対して適切な変更を行うことによって、上述の問題を回避可能であることを見出した。詳細には、これらのプロセスにおいてマイクロエッチ
ング（microetching）を選択的に用いること（および、半田めっきの場合には、乾燥ステップを除去すること）によって、上述の問題を克服可能である。従来技術による半田めっきプロセスおよび金属シード層エッチングプロセスに対するこれらの変更を、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
本明細書中で説明される方法は、図１３〜２１に示す、ＵＢＭとの半田接合を形成するための一般的な方法に関連して理解され得る。図１３を参照すると、上面に周辺のダイパッド２０３を有するダイ２０１が設けられている。後の段階で導入される半田バンプに適切な配置およびピッチを設けるため、金属ダイパッドは再配線（redistributed ）されて、図１４に示す再配線ダイパッド２０５を形成する。
【００１４】
図１５に示すように、例えば歪み補償層（Stress Compensation Layer ）（ＳＣＬ）であり得る、感光性の封止層２０７がダイ基板の上に被覆され、パターン形成される。その後で、図１６に示すように、ＴｉＷからなる第１の層とＣｕからなる第２の層とを有する金属シード層２１１が、生じた物品の上にスパッタされる。続いて、図１７に示すように、金属シード層の上にフォトレジスト２１３の層が被覆およびパターン形成され、銅溶液を用いる電気めっきによって、図１８に示すように、露出された金属シード層の上方にＵＢＭ２１５が形成される。続いて、図１９に示すように、ＵＢＭの上へ上方にＳｎＣｕなどの半田２１７の層が電気めっきされる。
【００１５】
図２０に示すように、続いて、溶剤付着または他の適切な手段によって、フォトレジストが剥離される。続いて、図２１に示すように、金属シード層がエッチングされて、各ダイパッドは電気的に分離される。金属シード層のＴｉＷ部分は、例えば、過酸化水素溶液を用いてエッチングされ得るのに対して、金属シード層のＣｕ部分は、例えば、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、および亜塩素酸ナトリウムの希薄水溶液を用いてエッチングされ得る。図２１に示すように、続いて半田がリフローされて、一連の半田バンプ２１６が得られる。必要ならば、生じた構造は続いて洗浄されてもよい。
【００１６】
図９には、ＵＢＭ上に半田組成物をめっきするために典型的に用いられる、従来技術によるプロセスを示す。このプロセスは、典型的には金属シード層の形成後、およびフォトレジストがウエハ上に付着されパターン形成されて金属シード層の部分を選択的に露出した後で（例えば、図１７で示されている種類の基板が形成された後で）実施される。このプロセスにおいて用いられる金属シード層は、通常では、ＴｉＷからなる第１の層とＣｕからなる第２の層とを有する。ＴｉＷ層は、典型的には厚さ約２０００Å（約２００ｎｍ）であり、ＵＢＭのダイパッドへの接着を促進する一方でＣｕバリアとしてもまた作用する。Ｃｕ層は、典型的には厚さ約５０００Å（約５００ｎｍ）であり、ＵＢＭめっき操作のために充分な導電性を与える。
【００１７】
このプロセスは典型的には酸素アッシング（すなわち、酸素プラズマを用いるウエハの処理）５１で始まり、続く５３にて、脱イオン水を用いてウエハがリンスされる。これらのステップによってチップ上に存在する任意の有機不純物が除去され、したがって、続く電気めっき操作のために金属シード層が充分に親水性となることが保証される。
【００１８】
銅ポストの形状であるＵＢＭは、続く５５にて、金属シード層がフォトレジストによって露出されている部分の上に電気めっきされる。ウエハは続く５７にて脱イオン水を用いてリンスされ、５９にて半田浴に備えて乾燥される。ＵＢＭの形成と半田電気めっきの開始との間には有意な間隔（時には数日）があり得るので、典型的にはウエハは第２の酸素アッシングステップ６１によって、その間隔の間にウエハ上に蓄積され得た任意の有機不純物を除去される。そうした不純物はウエハのぬれ性に有害な影響を与える傾向にある。続く６３にて、ウエハは脱イオン水を用いてリンスされ、ＳｎＣｕなどの半田組成物がＵ
ＢＭ上に電気めっきされる。続いて、ウエハからフォトレジストが剥離され、金属シード層エッチングおよび半田リフローを通じてウエハが加工される。
【００１９】
先述のように、前述の一連のプロセスを用いて銅ＵＢＭ上にＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、およびＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を電気めっきする場合には、リフローされた半田には相当なボイドが発生し得る。図９で示されている方法論によってめっきされたＳｎＣｕ半田ボールのリフローにおけるそのようなボイド発生の特定の例は、図３および４の断面顕微鏡写真図に示されており、ボイドは半田バンプ内部の黒い領域として見られる。この電気めっきプロセスが用いられる時には、ボイドの発生率は非常に上昇し得る。これに伴って、図９の方法論によってめっきされた一連の半田バンプのファインフォーカス（fine focus）Ｘ線（平面）図を、図５に示す。Ｘ線図では、ボイド発生は半田バンプ内部の明るい部分として見られる（すなわち、ボイドを有さない半田バンプは完全に暗い）。Ｘ線図で完全に認識される２２の半田バンプのうち、１２（半分より多い）が相当なボイド発生を示している。
【００２０】
図１０に、本発明によるめっきプロセスの一実施態様を示す。図９で示されている方法のように、このプロセスは典型的には、金属シード層が形成された後（ただしエッチングされるより前）、およびめっきマスクを形成するために用いられるフォトレジストがウエハ上に付着されパターン形成された後で実施される。
【００２１】
図１０のプロセスは酸素アッシング８１で始まり、続く８３にて（典型的には脱イオン水を用いて）ウエハがリンスされる。金属シード層の露出された部分は、続く８５にてマイクロエッチングされ（マイクロエッチングは、例えば、安定剤として添加された約０．０１％の硫酸銅、１％硫酸および０．２５％過硫酸ナトリウムを含有する脱イオン水溶液を用いる基板の処理を含み得る）、８６にて脱イオン水を用いてリンスされる。その後で８７にて、新たにエッチングされた金属シード層表面の上に、ＵＢＭ（好適には銅を含有する）が電気めっきされる。続く８９にて、ウエハはもう一度リンスされ（再び、好適には脱イオン水を用いて）、ただし乾燥されずに、９１にて即座にＵＢＭ上に半田（好適にはＳｎＣｕなどの鉛フリー半田）が電気めっきされる。続いて、ウエハからフォトレジストが剥離され、金属シード層エッチングおよび半田リフローを通じてウエハが加工される。
【００２２】
図１０で示されている方法は、幾つかの重要な面において、図９で示されている方法と異なる。例えば、図１０で示されている方法では、ウエハ（および詳細には金属シード層）は、ＵＢＭ電気めっきの前にマイクロエッチングされる。プロセスのこの点においてマイクロエッチングを用いることによって、ＵＢＭと金属シード層との間の接着が有意に改良されると同時に、リフローされた半田におけるボイド発生が減少されることが見出されている。理論に拘束されるものではないが、このマイクロエッチングによって、他の方法ではボイド発生の一因となり得る金属酸化物が金属シード層の表面から効率的に除去されると同時に、その上にＵＢＭをめっきするための、酸化されていない金属層（例えば、銅）が新たに設けられることによって、ＵＢＭと金属シード層との間の接着が改良されると考えられる。したがって、金属シード層の表面の上に金属酸化物が再形成される機会を与えないように、マイクロエッチングの直後にＵＢＭめっきが実施されることが好適である。
【００２３】
図１０の方法はまた、最後のリンス後にウエハが乾燥されない点において、図９に示されている方法と異なる。むしろ、ウエハがリンスされた直後に、半田めっきが（例えば、ＳｎＣｕを用いて）実施される。理論に拘束されるものではないが、乾燥するステップを回避することによって（および詳細には、ウエハが乾燥する前にめっきプロセスに移行することによって）、ボイド発生の一因となり得る、乾燥する間の金属酸化物の形成が防止
される。
【００２４】
図１０のめっきプロセスを用いて銅ＵＢＭ上に鉛フリー半田をめっきする場合には、リフローされた半田バンプにおけるボイド発生は事実上回避される。この効果を図６のファインフォーカスＸ線図に示す。この図は、図１０の方法論によってめっきされた一連の半田バンプのリフローにおいて撮影された。そこに見られるように、Ｘ線図で認識される１１の半田バンプの全てが完全に暗く、したがって、識別可能なボイド発生が完全に存在しないことを示している。
【００２５】
上述のように、図１０に示されている方法においては、ＵＢＭがウエハ上にめっきされ、ウエハがリンスされた直後に、半田めっきが実施される。したがって、従来技術による方法（図９を参照）から典型的な乾燥ステップが除去される。しかしながら、幾つかの条件では、２つのめっきプロセスの間にウエハを乾燥する（またはウエハが乾燥するのを可能にする）ことを回避することが可能でない場合がある。これは例えば、両方のめっき操作を同じ場所で、または連続的なプロセスの一部として実施することが可能でない場合である。そのような場合には、図１０のプロセスは幾分変更されてもよく、乾燥したウエハは、半田めっきの前に酸素アッシングされ、続いてマイクロエッチングされる。この変更されたプロセスは、リフローされた半田に幾らかのボイドを生じる場合があり得るため図１０の方法よりも好適ではないが、この変更されたプロセスによって形成される半田接合におけるボイドは、図９に示されている種類の従来型のプロセスにおいて典型的に生じるボイドよりも典型的には充分に小さく、したがって、幾つかの用途では許容可能である。
【００２６】
これまで、本明細書中の教示によって達成され得る半田接合信頼性の改良では、半田めっきプロセスに先行する加工ステップを扱ってきた。しかしながら、半田接合、特に鉛フリー半田に基づく半田接合においては、半田めっきの後、だだし半田リフローの前に生じる標準的な金属シード層エッチングプロセスに対する変更を通じて、半田接合の信頼性のさらなる改良が可能である。標準的な金属シード層エッチングプロセスに対するこれらの変更は、それら自身のみで半田接合寿命における改良を生じることが可能であるが、上述の改良された半田めっきプロセスと共に用いられることが好適である。
【００２７】
図１１に、ＴｉＷ層上の銅層である金属シード層における、金属シード層エッチングに用いられる従来技術によるプロセスを示す。このプロセスは典型的には、図９で説明された種類などの半田電気めっきプロセスの後、およびフォトレジストが剥離された後で（例えば、図２０に示されている種類の構造が形成された後で）実施される。ここで見られるように、プロセスの始まりで１０１にて、脱イオン水を用いてウエハがリンスされる。続く１０３にて、金属シード層は、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、および亜塩素酸ナトリウムの希薄水溶液を用いて銅エッチングされる。１０５にて、ウエハは脱イオン水を用いて再びリンスされ、１０７にて、金属シード層は過酸化水素溶液を用いてＴｉＷエッチングされる。続く１１１にてウエハが乾燥され、１１３にて半田フラックスがウエハ上に塗布され、１１５にて半田がリフローされる。続く１１７にて、半田フラックスが除去され、ウエハが乾燥される。
【００２８】
先述のように、図１１の加工ステップに従う場合には、多くの場合、半田はリフローの間に銅ＵＢＭを完全にはぬらすことができない。ＵＢＭが銅ポストの形状である場合には、この効果は、図７の断面の顕微鏡写真図によって示すように、典型的には、ポストの側面で最も顕著になる。理論に拘束されるものではないが、先行する過酸化水素によるＴｉＷエッチングの間に銅酸化物の厚い層が形成されるため、鉛フリー半田は完全には銅ＵＢＭをぬらさないと考えられる。多くの場合、この酸化物層は厚過ぎるため、特にＵＢＭの側面では、半田フラックスを用いる続く処理によって完全に除去することはできない。この酸化物層が残存している任意の部分においては、ＵＢＭは溶融半田によってぬらされる
ことに抵抗する傾向がある。
【００２９】
図１２に、本明細書中の教示による金属シード層エッチングプロセスの一実施態様を示す。図１１で示されている方法のように、このプロセスは典型的には、半田電気めっき（好適には図１０の方法による）の後に実施され、１３１にてウエハをリンスすることから開始される。このプロセスの種々のリンスするステップにおいて、好適には脱イオン水を用いてウエハがリンスされるが、当業者に公知の他の洗浄剤または溶剤も代わりに用いられ得る。
【００３０】
続く１３３にて、金属シード層は銅エッチングされるが、これには例えば、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、および亜塩素酸ナトリウムの希薄水溶液を用いた処理が含まれ得る。１３５にてウエハはリンスされて、１３７にて、好適には過酸化水素の水溶液を用いて、金属シード層がＴｉＷエッチングされ、その後で１３９にて、もう一度ウエハがリンスされる。続く１４１にて、ウエハはマイクロエッチングされて、その後で１４３にて、もう一度リンスされる。続く１４５にてウエハは乾燥されて、１４７にて、めっき半田上に半田フラックスが塗布され、１４９にて半田がリフローされる。続く１５１にて、半田フラックスが除去され、ウエハが乾燥される。
【００３１】
図１２に示されている方法は、ＴｉＷエッチングおよび続くリンスの後でマイクロエッチングを用いる点で、図１１に示されている方法と異なる。図１２における金属シード層エッチングプロセスが半田リフローの前に用いられる時には、図８に示すように、半田がＵＢＭ（その側面も含み）を完全にぬらすことが見出された。理論に拘束されるものではないが、リフローの間に半田組成物でＵＢＭの表面が容易にぬらされるように、マイクロエッチングによってＵＢＭの表面、特に側面から金属酸化物が除去されていると考えられる。結果として、半田銅の界面の面積は最大化され、半田接合は最適な強度を有し、半田接合の寿命は最大化される。
【００３２】
幾つかの溶液を用いて、本明細書中で説明される方法によるマイクロエッチング溶液を作製することが可能である。好適には、溶液は酸化剤および酸の水溶液であり、より好適には、溶液は酸化剤および酸の希薄水溶液である。最も好適には、充分に制御可能な手法で銅をエッチングすることが可能であることから、マイクロエッチング溶液は過硫酸ナトリウムの希硫酸水溶液である。
【００３３】
本明細書中に説明される方法で実施されるマイクロエッチング溶液においては、過硫酸ナトリウムの使用が好適であるが、本明細書中に説明されるマイクロエッチング溶液においては、他の種々の酸化剤も用いられ得る。それらには例えば、過硫酸カリウムまたはアンモニウム、硫酸アンモニウムセリウム（cerric ammonium sulfate ）、クロム酸、過酸化水素、ヨウ化カリウム、硝酸銀、ヨウ素、オゾン、酸素、亜酸化窒素、および塩化鉄が含まれる。これらの酸化剤のうちの２つ以上の種々の組合せもまた用いられてよい。
【００３４】
同様に、本明細書中に説明される種々の方法で実施されるマイクロエッチング溶液においては、硫酸の使用が好適であるが、適度に酸性である溶液を得るために、他の種々の酸もまた用いられ得る。これらの酸には、例えば、酢酸、アジピン酸、クエン酸、ギ酸、乳酸、およびシュウ酸などの有機酸と、例えば、硝酸、塩酸、ホウ酸、クロム酸、臭化水素酸、シアン化水素酸、フッ化水素酸、リン酸、およびスルホン酸などの無機酸とが含まれる。これらの酸のうちの２つ以上の種々の組合せもまた用いられてよい。
【００３５】
本明細書中で説明される方法論は、スズ−鉛半田（ＳｎＰｂ）と、例えば、ＳｎＰｂＡｇ、ＳｎＰｂＡｇＳｂ、およびＳｎＰｂＳｂ半田などの他の鉛系半田とを含んでいる、ほとんど任意の種類の半田を含む、半田めっきおよび金属シード層エッチング操作において
用いられ得る。しかしながら、これらの方法論の有する、多くの鉛フリー半田において特に頻発する欠点を克服する性能のため、これらの方法論は、鉛フリー半田と共に用いられる時に特に有用である。本明細書中で説明される方法論と共に用いられ得る鉛フリー半田の例には、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｇＣｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＡｇＢｉ，ＳｎＣｕＮｉ，ＳｎＳｂ，およびＳｎＢｉＡｇＣｕが含まれるが、それらに限定されない。これらの半田のうち、ＳｎＣｕ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｇＣｕと共に本明細書中に説明された方法論を用いることが好適であり、ＳｎＣｕと共にそれらの方法論を用いることが特に好適である。
【００３６】
本明細書中で開示された半田電気めっきおよび金属シード層エッチングプロセスは、主として、銅ＵＢＭを有するシステムに関連して説明されている。しかしながら、これらの方法の各々はまた、他の種類のＵＢＭ、特にニッケルを含有するＵＢＭと共に用いられ得る。本明細書中で開示された方法がニッケルＵＢＭと共に用いられる時には、マイクロエッチング溶液として希硝酸を用いることが好適である。
【００３７】
本明細書中では、ダイ上に半田を電気めっきする方法が提供されている。この方法では、ＵＢＭ電気めっきの前にマイクロエッチングが用いられ、従来技術によるプロセスで典型的に見られるＵＢＭ電気めっきと半田電気めっきとの間の乾燥ステップが除去されるが、鉛フリー半田組成物のリフローに頻繁に伴われるボイドの発生率を減少すること、および金属シード層とＵＢＭとの間のより強力な結合を保証することが見出されている。ＵＢＭをエッチングする方法もまた提供されているが、この方法は単独でまたは先の方法との組合せで用いられ得る。この方法では半田リフローの前にＵＢＭのマイクロエッチングが用いられるが、ＵＢＭのぬれを増進することによって、より広い面積に渡る、より大きな平均寿命を示す半田接合を生じる。
【００３８】
本発明に関する上述の説明は例証的なものであって、限定することを意図していない。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施態様に対して種々の追加、置換、および変更がなされ得ることが認められるであろう。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に関連して構成されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半田バンプを用いてダイをフリップチップパッケージへ接着するために一般的に用いられる処置を示す模式図。
【図２】半田バンプを用いてダイをフリップチップパッケージへ接着するために一般的に用いられる処置を示す模式図。
【図３】従来技術のめっきプロセスによってめっきされたＳｎＣｕ半田のリフローにおけるボイド発生の存在を示す断面の顕微鏡写真。
【図４】従来技術のめっきプロセスによってめっきされたＳｎＣｕ半田のリフローにおけるボイド発生の存在を示す断面の顕微鏡写真。
【図５】従来技術の方法論によってめっきされた平面の半田バンプにおけるリフロー後のボイド発生の存在を示すファインフォーカスＸ線写真。
【図６】本明細書中の教示によってめっきされた平面の半田バンプにおけるリフロー後のボイド発生の欠如を示すファインフォーカスＸ線写真。
【図７】半田リフロー前に従来技術の金属シード層エッチングプロセスによって処理されている鉛フリー半田バンプ（と銅ＵＢＭおよびＴｉＷ／Ｃｕ金属シード層）の、ＵＢＭ側面において充分なぬれを示していない、断面の顕微鏡写真。
【図８】本明細書中の教示による金属シード層エッチングプロセスを用いて処理されている鉛フリー半田バンプ（と銅ＵＢＭおよびＴｉＷ／Ｃｕ金属シード層）の断面の顕微鏡写真。
【図９】従来技術によって鉛フリー半田を電気めっきする方法を示す流れ図。
【図１０】本明細書中の教示によって鉛フリー半田を電気めっきする方法を示す流れ図。
【図１１】従来技術によって金属シード層をエッチングする方法を示す流れ図。
【図１２】本明細書中の教示によって金属シード層をエッチングする方法を示す流れ図。
【図１３】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１４】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１５】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１６】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１７】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１８】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図１９】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図２０】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【図２１】ＵＢＭとの半田接合を形成する方法を示す断面図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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