JP2003342784A - すず−銀−銅はんだ合金の形成方法並びに当該合金を使用する鉛フリーバンプおよび半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 鉛フリーバンプ等の製造に適用したときに、
実用的に満足のゆくＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金を形
成する手段を提供すること。 【解決手段】 配線パッド上に、すず−銀合金めっきを
行い、次いですず−銅合金めっきを行った後、得られた
多層合金めっき層をリフローさせることを特徴とするす
ず−銀−銅はんだ合金による鉛フリーバンプの製造方法
および半導体素子の半導体基板上に配線パッドを形成す
る工程と、前記配線パッド上にバリアメタルを形成する
工程と、実用的に満足のゆくＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ
合金を形成する手段の開発が求められており、このよう
な手段を提供することすず−銀合金めっき、すず−銅合
金めっきを順次行い、多層合金めっき層を形成する工程
と、前記多層合金めっき層をリフローさせてすず−銀−
銅はんだ合金からなる突起電極を形成する工程とを具備
することを特徴とする半導体素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、すず−銀−銅はん
だ合金の形成方法並びに当該合金を使用する鉛フリーバ
ンプおよび半導体素子の製造方法に関し、更に詳細に
は、電気めっき法によって多層合金めっき層を形成し、
これをリフローさせることにより得られるすず−銀−銅
はんだ合金の形成方法並びに当該合金を使用する鉛フリ
ーバンプおよび半導体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子などの表面実装技術（ＳＭ
Ｔ：Surface Mount Technology）において、はんだ付け
を信頼性よく行うことは非常に重要である。ＳＭＴでこ
れまで広く使われてきたはんだペーストは共晶はんだ
（Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７質量％）である。また、ファ
インピッチに対応できるよう三元合金であるＳｎ−Ｐｂ
−Ｂｉ（８％）もまた使用されている。

【０００３】上記のような合金がはんだとして用いられ
る第１の理由は、強度や耐食性もさることながら、単体
成分より融点が低くなることである。一般に合金は、固
溶体（solid solution）、共晶（eutectic）、金属間化
合物（intermetallic compound）に大別される。現在、
ＪＩＳ Ｚ ３２８２に規定されているはんだには、Ｓｎ
−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系の他、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓ
ｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ
系、Ｐｂ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系等がある。

【０００４】はんだに多く使用される鉛（Ｐｂ）には複
数の同位体がある。これら同位体はウラン（Ｕ）および
トリウム（Ｔｈ）の崩壊系列中の中間生成物あるいは最
終生成物であり、崩壊の際、ヘリウム（Ｈｅ）原子を放
出するα崩壊を伴うことから、鉛を含むはんだでは、必
然的にα線が生じる。そして、このα線が例えばＣＭＯ
Ｓ素子などに到達するとソフトエラーを起こすという問
題があった。また、一方、鉛は土壌に流出すると酸性雨
によって溶け出し、環境に悪影響を及ぼす恐れがある。
以上のような理由から、鉛を用いたはんだは敬遠される
ようになってきている。

【０００５】近年は、鉛を使用しないはんだ、すなわち
鉛フリーのはんだの開発が行われている。最近、印刷法
による鉛フリーの研究と応用も進められているが、印刷
法では金属マスクによるファインピッチへの対応は限界
があり、例えば、ウエハバンプの形成等、半導体素子の
製造において使用されるはんだの形成は電気めっき法が
主流となりつつある。

【０００６】ところで、Ｐｂ系はんだに代わるはんだ材
料としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系がもっとも有望視され
ている。しかし、電気めっき法による、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃ
ｕ系はんだの形成には数多くの問題があった。すなわ
ち、Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕの析出電位が大きく異なるた
め、同時に析出されることが困難であり、無理に共析さ
せるとめっき時に異常成長が起きたり、添加剤の影響に
よりボイドが発生したりする問題があった。また、めっ
き液の濡れ性によっては、レジスト開口部にめっきをす
ることが困難であるといった問題があった。更に、一般
に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ではＳｎ量が多い傾向にあるた
め、高温で放置するとバリアメタルの劣化が早いという
問題がある。更にまた、特にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶で
は、Ａｇ量が３.２４％、Ｃｕ量が０.５７％であるた
め、めっき時の組成制御が困難であるという問題があっ
た。

【０００７】上述したＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの問題
を解決すべく、２回以上に分けてめっきした後、当該め
っき層をリフローする方法も提案されている（特開２０
０１−３０８１２９等）。しかし、これらに開示された
技術では、実用的に満足の行くＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はん
だが得られていないのが現実である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、鉛フリーバン
プ等の製造に適用したときに、実用的に満足のゆくＳｎ
−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金を形成する手段の開発が求め
られており、このような手段を提供することが本発明の
課題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、優れた性
質のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金を形成するための手
段について、種々検討していたところ、複数回に分けて
めっきを行なった後、リフローさせる方法では、使用す
るめっきの種類およびその順序がリフロー後に得られる
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金の物性に大きく影響する
ことを知った。すなわち、めっきとして共に合金である
すず−銀合金めっきおよびすず−銅合金めっきをこの順
序でめっきすることにより、初めてリフロー後に優れた
物性のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金が得られることを
見出し、本発明を完成した。

【００１０】従って本発明は、すず−銀合金めっきを行
い、次いですず−銅合金めっきを行った後、得られた多
層合金めっき層をリフローさせることを特徴とするすず
−銀−銅はんだ合金の形成方法である。

【００１１】また本発明は、配線パッド上に、すず−銀
合金めっきを行い、次いですず−銅合金めっきを行った
後、得られた多層合金めっき層をリフローさせることを
特徴とするすず−銀−銅はんだ合金による鉛フリーバン
プの製造方法である。

【００１２】更に本発明は、半導体素子の半導体基板上
に配線パッドを形成する工程と、前記配線パッド上にバ
リアメタルを形成する工程と、前記バリアメタル上にす
ず−銀合金めっき、すず−銅合金めっきを順次行い、多
層合金めっき層を形成する工程と、前記多層合金めっき
層をリフローさせてすず−銀−銅はんだ合金からなる突
起電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半
導体素子の製造方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のすず−銀−銅はんだ合金
（以下、「Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金」という）の形成方法
は、２回に分けてめっきを行なった後、得られた多層合
金めっき層をリフローさせる方法であるが、使用するめ
っきとして、共に合金めっきである、すず−銀合金めっ
きとすず−銅合金めっきを、この順序で行うことが必要
である。

【００１４】これ以外のめっきの組み合わせでは、例え
ば、バンプとして十分に満足のゆく性質のＳｎ−Ａｇ−
Ｃｕ合金を得ることができない。また、すず−銀合金め
っきとすず−銅合金めっきを使用しても、すず−銅合金
めっき、すず−銀合金めっきの順序でめっきを行った場
合は、リフロー後にボイドが形成されたり、外観が劣化
する等、バンプとして十分に満足のゆく性質のＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ合金にはならない。

【００１５】上記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金は、被めっき物
を常法に従って前処理した後、すず−銀合金めっき、次
いですず−銅合金めっきを行った後、加熱してリフロー
させることにより形成される。

【００１６】前処理は、下地金属表面の酸化膜と異物の
除去、表面への濡れの付与、脱気などのために行われ
る。また、前処理の一環として、ＵＢＭ電解めっき（Ｃ
ｕとＮｉ）等を行っても良い。

【００１７】上記すず−銀合金めっきに使用するめっき
浴およびすず−銅合金めっきに使用する合金めっき浴
は、いずれも公知であるので、それらの組成、得られる
合金組成および条件を検討し、適宜選択、使用すればよ
い。しかし、上記の両合金めっき浴として、同一または
類似のアニオンないし配位子を使用する浴を利用するこ
とが、めっき工程や浴管理の点から好ましい。

【００１８】本発明のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の形成方法
において使用される、すず−銀合金めっき並びにすず−
銅合金めっきの組成例を示せば次の通りである。なお、
両合金めっき浴において、白金等の不溶解性電極や、す
ず電極の何れを用いても良い。

【００１９】（ すず−銀合金めっき ） 組 成： Ｓｎ²⁺ ； １０から１００ｇ／ｌ（好適には３５から
５０ｇ／ｌ） Ａｇ⁺ ； ０.３から８ｇ／ｌ（好適には０.６から４ｇ
／ｌ） メタンスルホン酸； １００ｇ／ｌ程度

【００２０】（ すず−銅合金めっき ） 組 成： Ｓｎ²⁺ ； ５から１００ｇ／ｌ（好適には３０から５
０ｇ／ｌ） Ｃｕ²⁺ ； ０.０５から２０ｇ／ｌ（好適には０.５か
ら５ｇ／ｌ） 硫酸 ； １００ｇ／ｌ程度

【００２１】上記の両合金めっきのめっき厚は特に制約
されるものではないが、例えば、はんだとしての好まし
いＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金は、銀含有量が３.５質量％以
下のものであるから、最終的な合金中の銀含量が上記範
囲となるように、すず−銀合金めっきおよびすず−銅合
金めっきの膜厚の比を定めることが好ましい。例えば、
すず−銀合金めっき層１に対し、すず−銅合金めっき層
が０.１ないし０.５とすることが好ましい。

【００２２】以上の合金めっきにおける装置は、一般の
ディップ式めっき装置を使用することができるが、実施
に当たっては、次のような機械的条件を考慮した装置を
用いることが好ましい。すなわち、シールと導通を考慮
した治具構造、金属イオンをウエハ全面に均一かつ迅速
に提供するための攪拌機構（パドル構造）、電場分布を
均一にさせるためのマスクの形状と大きさ、異物を取
り、液の変質を防ぎ、金属イオンをウエハ全面に均一か
つ迅速に提供するためのめっき液循環システム等を考慮
することが好ましい。

【００２３】また、電流についても、直流めっきであっ
ても良いが、周期的に休止期が存在する間歇めっきであ
っても良い。直流めっきの場合、１０−１００ｍＡ／ｃ
ｍ²程度の電流密度が好ましく、間歇めっきの場合は、
印加時電流密度が、１０−２００ｍＡ／ｃｍ²程度で休
止時間（ゼロ電流）が印加時間の１０分の１から１対１
の範囲であることが好ましい。また、電流強度はウエハ
のめっき面積によって変動するが、０.０３−１０Ａ程
度、電圧は電流強度、下地材料、厚さ及びめっき液、ア
ノードなどの条件によって変動するが、１−５Ｖ程度で
あることが好ましい。

【００２４】上記のように形成された、すず−銀合金め
っきおよびすず−銅合金めっき多層合金めっき層は、次
にリフロー工程に付される。このリフロー工程は、不活
性気体、例えば、窒素やアルゴンガス等の雰囲気中で加
熱することにより行うことが好ましい。具体的には、例
えば、赤外線加熱炉等を用い、この加熱炉中に窒素ガス
を８から３０ｌ／ｍｉｎ程度で流し、十分にガス置換を
行った後行うことが好ましい。また、このリフローの温
度は、上記多層合金めっき層をピーク温度として２３０
ないし２７０℃の温度に、２分程度以内、好ましくは３
０秒程度保持すればよい。なお、このリフロー工程にお
いて、不活性ガスを使用した場合には、従来用いられて
いたフラックスは必要でなく、バンプへのフラックス混
入に起因するボイド発生を防ぐことができる。

【００２５】かくすることにより、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合
金が形成されるが、この合金の融点は、後記するように
２１７℃程度であり、すず−銀合金の２２０℃およびす
ず−銅合金の２２７℃より低いものである。

【００２６】以上説明した、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の形
成方法は、例えば、配線パッド上に、鉛フリーバンプを
製造するために使用される。

【００２７】すなわち、金属ボンドパッドを形成した
後、バンプの形状を残してレジストを塗布し、レジスト
パターンを形成する。次いで、前記方法に従ってすず−
銀合金めっき、次いですず−銅合金めっきを行ない、多
層合金めっき層でバンプを形成する。その後、レジスト
を剥離し、所定温度でリフロー処理することにより、す
ず−銀−銅はんだ合金による鉛フリーバンプが製造され
る。

【００２８】上記方法における、金属ボンドパッドの形
成、レジストパターンの形成およびレジストの除去は、
何れもこの技術分野における常法に従って行うことがで
きる。

【００２９】本発明方法による鉛フリーバンプは、種々
の半導体素基板上に配線パッドを形成するために使用さ
れる。具体的には、次のからの工程により、半導体
素子の半導体基板上に鉛フリーバンプを形成することが
できる。

【００３０】 半導体素子の半導体基板上に配線パッ
ドを形成する工程 形成された配線パッド上にバリアメタルを形成する
工程 バリアメタル上にすず−銀合金めっき、すず−銅合
金めっきを順次行い多層合金めっき層を形成する工程 前記多層合金めっき層をリフローさせてすず−銀−
銅はんだ合金からなる突起電極を形成する工程

【００３１】上記の半導体素子としては、集積回路
（ＩＣ）等が含まれる。また、配線パッドに形成される
のバリアメタルとしては、公知のバリアメタルが使用
される。

【００３２】このように、本発明のすず−銀−銅はんだ
合金の形成方法並びに当該合金を使用する鉛フリーバン
プの製造方法は、半導体素子などの表面実装技術（ＳＭ
Ｔ）において広く使用することができ、鉛フリーであり
ながらはんだ付けを信頼性よく行うことが可能となる。

【００３３】

【実施例】次に、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より
何ら制約されるものではない。

【００３４】参 考 例 １ Ｓｎ−Ａｇ合金バンプの調製： （１）Ｓｎ−Ａｇ合金の電解めっき ウエハに、数多くの開口径φ１００μｍの穴ができるよ
うレジストを１２０μｍ厚で塗布し、試料とした。この
試料のめっき面積は、１４９.６３ｃｍ²であった。

【００３５】この試料について、次の工程および条件で
めっきを行った。 （ めっき工程 ） 脱気１０分→１０％硫酸１分→銅めっき→水洗→Ｎｉめ
っき→水洗→Ｓｎ−Ａｇめっき

【００３６】（ めっき条件 ） （ａ）Ｃｕめっき： めっき浴組成； Ｃｕ²⁺ ２２０ｇ／ｌ Ｈ₂ＳＯ₄ ２００ｇ／ｌ ＨＣｌ ５０ｍｌ／ｌ 添加剤 ５ｍｌ／ｌ めっき温度； ２５℃ 攪拌； 機械攪拌（パドル速度１０ｍ／ｍｉｎ） めっき液循環； 流量 ２.５ｌ／ｍｉｎ 電極； 陽極 銅 極間 約７５ｍｍ アノードマスク φ２５０ｍｍ 陰極電流密度（総電流）； ５Ａ／ｄｍ²（７.４８Ａ） めっき厚； ２μｍ

【００３７】（ｂ）Ｎｉめっき： めっき浴組成； Ｎｉ（ＮＨ₂ＳＯ₄）・４Ｈ₂Ｏ ４５０ｇ／ｌ Ｈ₃ＢＯ₃ ３０ｇ／ｌ ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ １０ｇ／ｌ 添加剤 ２ｍｌ／ｌ めっき温度； ５０℃ 攪拌； 機械攪拌（パドル速度１０ｍ／ｍｉｎ） めっき液循環； 流量 ２.５ｌ／ｍｉｎ 電極； 陽極 ニッケル 極間 約７５ｍｍ アノードマスク φ２５０ｍｍ 陰極電流密度（総電流）； ３Ａ／ｄｍ²（４.４９Ａ） めっき厚； ３μｍ

【００３８】（ｃ）Ｓｎ−Ａｇ合金めっき： めっき浴組成； Ｓｎ²⁺ ４０ｇ／ｌ Ａｇ⁺ １.５ｇ／ｌ ＣＨ₃ＳＯ₃Ｈ １００ｇ／ｌ 添加剤 １５０ｍｌ／ｌ めっき温度； ２５℃ 攪拌； 機械攪拌（パドル速度１０ｍ／ｍｉｎ） 電極； 陽極 白金電極（またはすず） 極間 約７５ｍｍ アノードマスクφ２５０ｍｍ 陰極電流密度（総電流）； １０Ａ／ｄｍ²（１４.９Ａ） めっき厚； １４０μｍ

【００３９】（２）リフロー処理 上記（１）のめっき後、レジストを除去し、めっき部分
を露出させてバンプとした。このバンプについて、赤外
線加熱炉を用いてリフロー処理を行った。赤外線加熱炉
の温度の制御は、中心の表層に熱電対を埋め込んだ２イ
ンチＳｉウエハ（センサレー社製、温度計測ウエハ）を
赤外線炉のステージ上に置くことにより行った。また、
リフローする試料は、そのシリコンウエハ上の、熱電対
に近づけた位置に置いた。リフローの温度条件は、予備
加熱を１５０℃から１７０℃で、６０秒で行った後に、
３０秒でピーク温度まで昇温させ、ピーク温度２３８℃
を３０秒間保持した後、冷却するものであった。また、
熱処理雰囲気は、窒素を８Ｌ／ｍｉｎで流すものであ
り、炉内のガス置換を十分行ってから上記加熱を開始し
た。なお、赤外線加熱炉を使用したのは、このものが雰
囲気を制御しながら、急加熱、急冷が容易に行えるとい
う特徴を持つためである。

【００４０】ピーク温度を変化させリフローを行った結
果、２１０、２２０℃では熱処理前とほとんど変化はな
いが、２２５℃において、バンプが溶解し始めた。さら
に、２３８℃でボール状になった。このバンプの形状の
変化を図５に示す。

【００４１】参 考 例 ２ Ｓｎ−Ｃｕ合金バンプの調製： （１）Ｓｎ−Ｃｕ合金の電解めっき Ｓｎ−Ａｇめっきを、下記組成および条件のＳｎ−Ｃｕ
合金めっきに代える以外は、参考例１の試料および工程
によりＳｎ−Ｃｕ合金の電解めっきを行った。

【００４２】Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき： めっき浴組成； Ｓｎ²⁺ ３０ｇ／ｌ Ｃｕ²⁺ ０.８ｇ／ｌ Ｈ₂ＳＯ₄ ２００ｇ／ｌ 添加剤 １００ｍｌ／ｌ めっき温度； ２５℃ 攪拌； 機械攪拌（パドル速度１０ｍ／ｍｉｎ） 電極； 陽極 白金電極（またはすず） 極間 約７５ｍｍ アノードマスクφ２５０ｍｍ 陰極電流密度（総電流）； １０Ａ／ｄｍ²（１.４９Ａ） めっき厚； １４０μｍ

【００４３】（２）リフロー処理 上記めっき後、レジストを除去し、めっき部分を露出さ
せてバンプとした。このバンプについて、ピーク時の温
度を２６０℃とする以外は、参考例１の（２）と同様に
してリフロー処理を行った。

【００４４】実 施 例 １ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金パンプの調製 （１）Ｓｎ−ＡｇおよびＳｎ−Ｃｕ合金電解めっき 参考例１（１）において、Ｎｉめっきまで施した試料を
用い、下記条件でＳｎ−Ａｇ合金めっきおよびＳｎ−Ｃ
ｕ合金めっきを順次行った。

【００４５】（ａ）Ｓｎ−Ａｇ合金めっき： めっき浴組成；参考例１と同じ めっき温度；参考例１と同じ 攪拌；参考例１と同じ 電極；参考例１と同じ 陰極電流密度（総電流）； １０Ａ／ｄｍ²（１.４９Ａ） めっき厚； ７０μｍ

【００４６】（ｂ）Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき： めっき浴組成；参考例２と同じ めっき温度；参考例２と同じ 攪拌；参考例２と同じ 電極；参考例２と同じ 陰極電流密度（総電流）； １０Ａ／ｄｍ²（１４.９Ａ） めっき厚； ３０μｍ

【００４７】（２）リフロー処理 上記めっき後、レジストを除去し、めっき部分を露出さ
せてバンプとした。このバンプについて、ピーク時の温
度を２５０℃とする以外は、参考例１の（２）と同様に
してリフロー処理を行い、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金バンプ
とした。このリフロー後のバンプ外観を図１に示す。

【００４８】実 施 例 ２ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の融点測定：下記方法により、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金パンプの融点を測定した。すなわ
ち、実施例１（２）のリフローで得たバンプを削りと
り、熱重量測定−示差熱分析装置（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａ
ｖｉｍｅｔｏｒｙ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ；ＴＧ−ＤＴＡ）により、
融点などの熱分析を行った。昇温冷却速度は５℃／分、
走査範囲は４０℃〜３００℃、雰囲気は空気でおこなっ
た。なお、参考例１および２のＳｎ−ＣｕおよびＳｎ−
Ａｇ合金についてもその融点の測定を行った。この結果
を表１に示す。

【００４９】（ 融点測定値 ）

【表１】

【００５０】この結果から明らかなように、Ｓｎ−Ｃｕ
／Ｓｎ−Ａｇの積層膜をリフローして作成したＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ合金の融点は、Ｓｎ−Ｃｕ合金およびＳｎ−Ａ
ｇ合金よりも低い値となった。

【００５１】実 施 例 ３ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の結晶構造：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合
金皮膜に対して、Ｘ線回析装置（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆ
ｒａｃｔｍｅｔｅｒ；ＸＲＤ）により結晶構造を調べ
た。Ｘ線源はＣｕＫα（波長１.５４０５オングストロ
ーム）である。また、比較としてＳｎ−Ａｇ合金および
Ｓｎ−Ｃｕ合金についても同様に結晶構造を調べた。こ
れらのバンプについてのリフロー前のＸＲＤスペクトル
を図２に、リフロー後のＸＲＤスペクトルを図３に示
す。

【００５２】図２および３のＣに示すように、Ｓｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ合金については、リフロー前後のスペクトル
に、Ｓｎ以外の合金の存在を示すピークは見られなかっ
た。また、リフロー後に、下層からＡｇが拡散し、表層
近くにもＡｇ₃Ｓｎの存在を示すピークが現れた。Ｓｎ
−Ｃｕに関してのピークは確認できなかった。これは恐
らく積層したＳｎ−Ｃｕ膜中のＣｕ含有率が低いものと
思われる。

【００５３】一方、図２および３のＡに示すようにＳｎ
−Ａｇ合金については、ベースライン付近を拡大するこ
とにより、Ａｇ₃Ｓｎに帰属するピークが確認できた。
リフロー前後でＡｇ₃Ｓｎの結晶配向性が異なることが
分かる。また、図２および３のＢに示すようにＳｎ−Ｃ
ｕに関しては、ベースライン付近を拡大することで、Ｃ
ｕ₃Ｓｎの存在が確認できた。

【００５４】実 施 例 ４ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の組成分析：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合
金の元素分布状態を次のようにして評価した。すなわ
ち、当該合金を樹脂に埋め込み、断面を削り出し、研磨
した後に、電子線マイクロ分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐ
ｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ；ＥＰＭＡ）で
元素マッピングを行った。同時に同じ合金を、硝酸と硫
酸との１：３の混合液に溶解させた後、誘導結合プラズ
マ質量分析計（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅ
ｒ；ＩＣＰ−ＭＳ）によりウエハ内の組成分布を分析し
た。

【００５５】ウエハにおいての５箇所のチップから図４
に示すようにバンプを削り取り、ＩＣＰ−ＭＳによるそ
れらのバンプの合金組成を分析し、ウエハ内のバンプ組
成の分布を評価した。また、リフロー後のバンプ断面に
おいて、約１０μｍ×１０μｍの微小領域の３箇所（図
４中の１、ｃ、ｒ部）に対してＥＰＭＡによる微小領域
組成分析を行い、それらの平均値を合金組成とした。こ
の結果を表２に示す。

【００５６】（ 合金の組成分析 ）

【表２】

【００５７】実 施 例 ５ ボイドの確認：Ｓｎ−Ａｇ合金めっきおよびＳｎ−Ｃｕ
合金めっきを順次行った後、リフローして得たＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ合金でのボイドを、次のようにして調べた。す
なわち、ウエハごとバンプを樹脂に埋め込み、断面を削
り出し、研磨した後に、ＳＥＭ観察より行った。この結
果、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金では、小さなボイドが若干観
察されたものの、問題になるようなものでなく、ボイド
が抑制されていることが分かった。

【００５８】これに対し、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきおよび
Ｓｎ−Ａｇ合金めっきを順次行った後、リフローして得
たＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金では、リフロー前においてバン
プ上面が、花の様な形状で凹凸が激しく、また、リフロ
ーすることで、いずれもボール状になったが、ボール径
が極端に大きいものであった。そして、断面を見ると、
すべてのバンプ内に、巨大なボイドが発生していた。こ
れは、下地めっきであるＳｎ−Ｃｕ合金と、Ｓｎ−Ａｇ
合金との不整合のため大きな歪が生じているものと考え
られる。

【００５９】このことから、積層めっきにてＳｎ−Ａｇ
−Ｃｕの３元合金を作製する場合、Ｓｎ−Ａｇを先にめ
っきし、後からＳｎ−Ｃｕを積層することが、良い結果
を得られることがわかった。

【００６０】

【発明の効果】すず−銀合金めっきを行い、次いですず
−銅合金めっきを行った後、これをリフローして得られ
るＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金めっき皮膜は、従来のはんだめ
っきと比べ、ほぼ同等の濡れ性を有しながら、ウイスカ
ーの発生がなく、より高い信頼性を有するものである。
また、上記の多段合金めっきは、安定的に電気めっきと
して行なうことができるものであり、はんだ組成は各合
金層のめっき層の厚みによって簡単に制御できるもので
ある。

【００６１】そして、上記のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金めっ
きは、ボイドの発生がなく、しかも鉛を含んでいないの
で、α線放出による集積回路の誤動作がない等、バンプ
の製造などの半導体素子の製造に有利に使用できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 リフロー後のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕバンプを示す
写真。

【図２】 各バンプについて、リフロー前のＸＲＤスペ
クトルを示す図面。図中、ＡはＳｎ−Ａｇ、ＢはＳｎ−
Ｃｕ、ＣはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを示す。

【図３】 各バンプについて、リフロー後のＸＲＤスペ
クトルを示す図面。Ａ、ＢおよびＣは図３と同じ。

【図４】 ＥＰＭＡによる組成分析箇所を示す図面。

【図５】 すず−銀合金バンプについて、加熱によるバ
ンプ形状の変化を示す写真。

【符号の説明】

１ … … シリコンウエハ ２ … … バンプ ｌ、ｃ、ｒ … … 測定箇所 以 上

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 7/12 Ｃ２５Ｄ 7/12 // Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｃ２２Ｃ 13/00 (72)発明者 栗山 文夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 齋藤 信利 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 下山 正 神奈川県藤沢市本藤沢四丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 Ｆターム(参考） 4K024 AA15 AA21 AA24 AB02 BA01 BB12 CA01 CA02 CA04 CA06 DB02 FA05 GA14

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 すず−銀合金めっきを行い、次いですず
   −銅合金めっきを行った後、得られた多層合金めっき層
   をリフローさせることを特徴とするすず−銀−銅はんだ
   合金の形成方法。
2. 【請求項２】 すず−銀−銅はんだ合金中の銀の含有量
   が、３.５質量％以下である請求項第１項記載のすず−
   銀−銅はんだ合金の形成方法。
3. 【請求項３】 すず−銀合金めっきが、ノーシアンタイ
   プの酸性浴により行われる請求項第１項または第２項記
   載のすず−銀−銅はんだ合金の形成方法。
4. 【請求項４】 すず−銅合金めっきが、ノーシアンタイ
   プの酸性浴により行われる請求項第１項ないし第３項の
   何れかの項記載のすず−銀−銅はんだ合金の形成方法。
5. 【請求項５】 すず−銀合金めっきによる被膜と、すず
   −銅合金めっきによる被膜の厚さの比が、すず−銀合金
   めっき層１に対し、すず−銅合金めっき層が０.１ない
   し０.５である請求項第１項ないし第４項の何れかの項
   記載のすず−銀−銅はんだ合金の形成方法。
6. 【請求項６】 リフローを不活性気体雰囲気中で加熱す
   ることにより行う請求項第１項ないし第５項の何れかの
   項記載のすず−銀−銅はんだ合金の形成方法。
7. 【請求項７】 配線パッド上に、すず−銀合金めっきを
   行い、次いですず−銅合金めっきを行った後、得られた
   多層合金めっき層をリフローさせることを特徴とするす
   ず−銀−銅はんだ合金による鉛フリーバンプの製造方
   法。
8. 【請求項８】 すず−銀−銅はんだ合金中の銀の含有量
   が、３.５質量％以下である請求項第７項記載の鉛フリ
   ーバンプの製造方法。
9. 【請求項９】 すず−銀合金めっきが、ノーシアンタイ
   プの酸性浴により行われる請求項第７項または第８項記
   載の鉛フリーバンプの製造方法。
10. 【請求項１０】 すず−銅合金めっきが、ノーシアンタ
    イプの酸性浴により行われる請求項第７項ないし第９項
    の何れかの項記載の鉛フリーバンプの製造方法。
11. 【請求項１１】 すず−銀合金めっきによる被膜と、す
    ず−銅合金めっきによる被膜の厚さの比が、すず−銀合
    金めっき層１に対し、すず−銅合金めっき層が０.１な
    いし０.５である請求項第７項ないし第１０項の何れか
    の項記載の鉛フリーバンプの製造方法。
12. 【請求項１２】 リフローを不活性気体雰囲気中で加熱
    することにより行う請求項第７項ないし第１１項の何れ
    かの項記載の鉛フリーバンプの製造方法。
13. 【請求項１３】 半導体素子の半導体基板上に配線パッ
    ドを形成する工程と、前記配線パッド上にバリアメタル
    を形成する工程と、前記バリアメタル上にすず−銀合金
    めっき、すず−銅合金めっきを順次行い、多層合金めっ
    き層を形成する工程と、前記多層合金めっき層をリフロ
    ーさせてすず−銀−銅はんだ合金からなる突起電極を形
    成する工程とを具備することを特徴とする半導体素子の
    製造方法。