TWI419995B - 鋁或鋁合金之表面處理方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於鋁或鋁合金之表面處理方法，尤其於晶圓上藉由電鍍形成UMB(金屬墊層)或凸塊時之鋁或鋁合金之表面處理方法。
傳統上，作為於矽圓上形成UMB或凸塊之方法，可使用於晶圓上所圖型化之鋁薄膜電極，施以鋅取代處理，形成鋅被膜後，由無電解電鍍形成凸塊之方法，取代上述鋅取代處理，施以鈀處理後，由無電解鍍鎳形成凸塊之方法，或以鎳直接取代鋁薄膜電極之表面後，由自己觸媒型無電解鍍鎳形成凸塊之方法等。
另外，由如此方法形成無電解鍍鎳被膜之UMB或凸塊，為改善電氣特性，尤其降低電阻，於無電解鍍鎳被膜上，再施以無電解鍍銅。此時，因無電解鍍鎳被膜無觸媒性，不能直接無電解鍍銅於無電解鍍鎳被膜上，所以傳統上施以用以賦予觸媒性於無電解鍍鎳被膜之銅取代處理。
然而，此銅取代處理容易侵蝕無電解鍍鎳被膜，該結果係底層(鋁或鋁合金)攻擊(侵蝕)，而有銅取代處理形成之無電解鍍銅被膜之密合性變低之問題。
本發明係有鑑於上述情況所實施者，提供於鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於此無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜，處理鋁或鋁合金之表面時，不過度侵蝕無電解鍍鎳被膜，賦予良好的觸媒性，形成無電解鍍銅被膜，可賦予無電解鍍銅被膜之高密合性之鋁或鋁合金之表面處理方法為目的。
本發明者為達成上述目的，努力檢討的結果係發現於鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於此無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜，處理鋁或鋁合金之表面時，於無電解鍍鎳被膜之表面，藉由取代電鍍或無電解電鍍，形成Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜，藉由形成無電解鍍銅被膜，可賦予良好的觸媒性之無電解鍍銅被膜，另外，所得之無電解鍍銅被膜亦具有高密合性者，而完成本發明。
因此，本發明係提供下述鋁或鋁合金之表面處理方法。
(1)：至少於表面上具有鋁或鋁合金之被處理物之上述鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於該無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜之鋁或鋁合金之表面處理方法，包含除去上述被處理物之上述鋁或鋁合金表層上所形成之鋁氧化被膜，於上述鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜之
鍍鎳步驟，
於上述無電解鍍鎳被膜之表面，藉由取代電鍍或無電解電鍍，形成Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜之中間電鍍步驟，及於上述中間電鍍被膜之表面，形成無電解鍍銅被膜之鍍銅步驟為特徵之鋁或鋁合金之表面處理方法。
(2)：上述鍍鎳步驟係包含浸漬上述被處理物於含有可取代鋁之金屬之鋁氧化被膜用除去液，除去上述鋁氧化被膜，並形成上述除去液中所含可取代鋁之金屬之取代金屬層之步驟，以具有氧化作用之酸性液除去該取代金屬層之步驟，及除去上述取代金屬層所露出之鋁或鋁合金上，形成無電解鍍鎳被膜之步驟為特徵之(1)記載之表面處理方法。
(3)：上述鋁氧化被膜用除去液係含有可取代鋁之金屬的鹽、及酸而成為特徵之(2)記載之表面處理方法。
(4)：上述鋁氧化被膜用除去液係含有可取代鋁之金屬的鹽
或氧化物、及該金屬離子之可溶化劑、及鹼而成，pH為10~13.5為特徵之(2)記載之表面處理方法。
(5)：上述鋁氧化被膜用除去液係更含有界面活性劑而成為特徵之(3)或(4)記載之表面處理方法。
依據本發明，於鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於此無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜，處理鋁或鋁合金之表面時，可賦予良好的觸媒性，形成無電解鍍銅被膜，所得之無電解鍍銅被膜，為具有高密合性者。
以下係更詳細地說明本發明。
本發明之表面處理方法係至少於表面上具有鋁或鋁合金之被處理物之上述鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於該無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜之鋁或鋁合金之表面處理方法，包含除去上述被處理物之上述鋁或鋁合金表層上所形成之鋁氧化被膜，於上述鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜之鍍鎳步驟，於上述無電解鍍鎳被膜之表面，藉由取代電鍍或無電解電鍍，形成Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜之中間電鍍步驟，及於上述中間電鍍被膜之表面，形成無電解鍍銅被膜之
鍍銅步驟者。以下係說明關於上述各步驟。
本發明中，除去被處理物之鋁或鋁合金表層上所形成之鋁氧化被膜，於鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，除去鋁氧化被膜，可使用傳統己知方法，除去鋁氧化被膜，於露出之鋁或鋁合金上，形成無電解鍍鎳被膜。
此時，浸漬被處理物於含有可取代鋁之金屬之鋁氧化被膜用除去液，除去鋁氧化被膜，並形成除去液中所含可取代鋁之金屬之取代金屬層，以具有氧化作用之酸性液除去此取代金屬層，亦可於除去取代金屬層所露出之鋁或鋁合金上，形成無電解鍍鎳被膜。
作為此鋁氧化被膜用除去液，可適合使用含有可取代鋁之金屬的鹽、及酸、及含有界面活性劑尤佳而成者(酸性除去液)、或可取代鋁之金屬的鹽或氧化物、及該金屬離子之可溶化劑、及鹼、及含有界面活性劑尤佳而成，pH為10~13.5者(鹼性除去液)。
作為酸性除去液所含之構成金屬鹽之金屬，只要可取代鋁之金屬即可，並無特別的限制，但以比鋁之離子化傾向小之金屬為宜，可舉例如鋅、鐵、鈷、鎳、錫、鉛、銅、水銀、銀、鉑、金、鈀等，作為上述金屬鹽，可舉例如此金屬之硝酸鹽或硫酸鹽等之水溶性鹽。尤其，就除去液
之安定性或對鋁或鋁合金素材攻擊性少等之理由，以硫酸鹽為宜。此等係可單獨1種或併用2種以上。其中，因銀、鎳、銅於其他部位析出之虞少，所以適宜，尤其，銅、銀之離子化傾向比鋁小許多，所以更容易進行取代反應，可縮短蝕刻處理時間，所以適宜。
作為酸性除去液所使用之金屬鹽濃度，雖非特別限制者，作為金屬量，通常為1ppm以上，以10ppm以上為宜，上限通常為10,000ppm以下，以5,000ppm以下為宜。金屬鹽的濃度過小時，不能與底層之鋁充分地進行取代，發生必須進行金屬鹽補給。另一方面，濃度過大時，鋁或鋁合金係於晶圓上所圖型化之電極時，侵蝕鋁或鋁合金底層以外之構件，或超出於鋁或鋁合金底層以外之構件而析出。
作為酸性除去液所含酸，雖非特別限定者，但必須為溶解氧化膜的酸，可舉例如硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸等，此等係可單獨1種或併用2種以上。其中，就除去液之安定性、或對鋁或鋁合金素材攻擊性少等之觀點上，以硫酸為宜。
酸於除去液中之濃度，雖非特別限制者，但通常為10g/L以上，以5g/L以上為宜，上限通常為500g/L以下，以300g/L以下為宜。酸的濃度過小時，不能溶解氧化膜而無效果，另－方面，濃度過大時，侵蝕鋁或鋁合金底層以外之構件。
作為鹼性除去液所含之構成金屬鹽或金屬氧化物之金屬，只要可取代鋁之金屬即可，並無特別的限制，但以比鋁之離子化傾向小之金屬為宜，可舉例如錳、鋅、鐵、鈷、鎳、錫、鉛、銅、水銀、銀、鉑、金、鈀等，作為上述金屬鹽，可舉例如如此金屬之硝酸鹽或硫酸鹽等之水溶性鹽。其中，以錳、鋅與底層之鋁之還原電位差小為宜。
作為鹼性除去液所使用之金屬鹽或金屬氧化物之濃度，雖非特別限制者，作為金屬量，通常為1ppm(mg/L)以上，以10ppm(mg/L)以上為宜，上限通常為10,000ppm(mg/L)以下，以5,000ppm(mg/L)以下為宜。金屬鹽或金屬氧化物的濃度過小時，不能與底層之鋁充分地進行取代，發生必須進行金屬鹽或金屬氧化物補給。另一方面，濃度過大時，於鋁或鋁合金係晶圓上所圖型化之電極時，侵蝕鋁或鋁合金底層以外之構件，或超出於鋁或鋁合金底層以外之構件而析出。
作為鹼性除去液所含金屬離子之可溶化劑，雖非特別限定者，但可使用通常的配位劑、螯合劑。具體上，可使用如乙醇酸、乳酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、葡糖酸、庚葡糖酸等之羥基羧酸及該鹽、甘油、胺基二羧酸、氮川三乙酸、EDTA(乙二胺四乙酸)、羥乙基伸乙基二胺三乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、聚胺基聚羧酸等之胺基羧酸及該鹽、HEDP(羥基亞乙基二磷酸)、胺基三甲基磺酸、伸乙基二胺四甲基磺酸等之亞磷酸系螯合劑及該鹽、伸乙基二胺
、二伸乙基三胺、三伸乙基四胺等之胺系螯合劑等。
作為鹼性除去液所使用之可溶化劑之濃度，雖非特別限定者，但相對於所使用之金屬鹽，可溶化劑之總濃度為0.5~10(莫耳比)，以0.8~5(莫耳比)為宜。
作為鹼性除去液所含的鹼，雖非特別限定者，但必須為溶解氧化膜的鹼，可舉例如LiOH、NaOH、KOH等之鹼金屬或氫氧化三甲基銨(TMAH)銨、膽鹼等之四級銨之氫氧化物等。另外，鹼之添加量係使除去液之pH為規定範圍的量，亦即，使pH為10~13.5，以11~13為宜的量。pH若未滿10時，溶解速度有明顯降低之虞，pH若超過13.5時，溶解速度過快而不能控制。
上述氧化被膜除去液中，對於酸性除去液及鹼性除去液中任一種，就賦予水沾濕性之觀點，以含界面活性劑為宜。作為所使用之界面活性劑，雖非特別限定者，但可舉例如聚乙二醇、聚環氧乙烷．聚環氧丙烷嵌塊共聚型活性劑之非離子型界面活性劑、其他之陰離子型、陽離子型界面活性劑，就均勻處理性之觀點，其中以非離子型、陰離子型為宜。此等係可單獨1種或併用2種以上。
例如使用聚乙二醇作為界面活性劑，該分子量雖非特別限定者，但通常為100以上，以200以上為宜，上限通常為20,000以下，以6,000以下為宜。分子量若過大時，溶解性變差，另一方面，分子量若過小時，不能賦予水沾濕性。另外，作為聚乙二醇，可使用市售物。
另外，作為界面活性劑之除去液中之濃度，雖非特別
限定者，通常為1ppm(mg/L)以上，以10ppm(mg/L)以上為宜，上限通常為5,000ppm(mg/L)以下，以2,000ppm(mg/L)以下為宜。界面活性劑於除去液中之濃度若過小時，所得之水沾濕性效果低，另一方面，濃度若過大時，於鋁或鋁合金以外之構件上析出取代金屬。
另外，上述氧化被膜用除去液係酸性除去液及鹼性除去液中任一種，就操作安全性之觀點，以調製為水溶液為宜，但亦可使用其他溶劑，例如甲醇、乙醇、IPA(異丙醇)等，或與水之混合溶劑。另外，此等溶劑係可單獨1種或併用2種以上。
浸漬具有鋁或鋁合金之被處理物於除去液時之浸漬條件，雖非特別限定者，但有鑑於應除去鋁氧化被膜之厚度等而可適當設定，但通常為1分鐘以上，以2分鐘以上為宜，上限通常為20分鐘以下，以15分鐘以下為宜。浸漬時間過短時，未進行取代，氧化被膜不能充分除去，另一方面，浸漬時間若過長時，自取代金屬層之小孔侵入除去液，有溶出鋁或鋁合金之虞。
另外，作為浸漬時之溫度，雖非特別限定者，但通常為20℃以上，以25℃以上為宜，上限通常為100℃以下，以95℃以下尤佳。浸漬溫度若過低時，不能溶解氧化被膜，另一方面，浸漬溫度若過高時，侵入鋁或鋁合金以外之構件。另外，浸漬時，就均勻處理之觀點，以進行液攪拌或被處理物搖動為宜。
使用上述氧化被膜除去液時，除去鋁氧化被膜，並且
形成可取代鋁之金屬之取代金屬層，此取代金屬層係可由具有氧化作用之酸性液除去，於除去取代金屬層之鋁或鋁合金上，直接或進行鋅取代處理或鈀處理後，進行電鍍。
以具有氧化作用之酸性液除去取代金屬層時，就緩和底層之鋁或鋁合金之反應性之觀點，可使用氧化作用之酸性液。此時，作為具有氧化作用之酸性液係以使用於硝酸等之具有氧化作用的酸或該水溶液、硫酸、鹽酸等之不具有氧化作用的酸或該水溶液中，添加1種或2種以上之氧化劑，例如過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀等者為宜。此時，酸係具有溶解取代金屬之作用，氧化劑係具有緩和對鋁或鋁合金底層反應性之作用。另外，氧化劑中，由氫及氧所形成，就還原時成為水之觀點，以過氧化氫為宜，另外，就具有安定性，容易操作之觀點，以過硫酸鈉、過硫酸鉀為宜。
在此，使用硝酸作為酸(及氧化劑)時，溶解液(水溶液)中之硝酸量，通常為200mI/L以上，以300mI/L以上為宜，上限通常為1,000mI/L以下，以700mI/L以下為宜。硝酸量若過少時，氧化力低，反應不停止。另外，所謂1,000mI/L之硝酸係指總量為硝酸。
另外，使用氧化劑時，溶解液中之氧化劑量，通常為50g/L以上，以75g/L以上為宜，上限通常為500g/L以下，以300g/L以下為宜。氧化劑量若過少時，氧化力低，反應不停止，另一方面，若過多時，經濟性差。另外，如此與氧化劑共同使用之鹽酸、硫酸等酸的濃度，通常為
10g/L以上，以15g/L以上為宜，上限通常為500g/L以下，以300g/L以下為宜。酸的濃度若過小時，發生難以溶解取代金屬層，另一方面，濃度若過大時，有侵蝕鋁或鋁合金以外之構件之虞。另外，在此使用的酸係以非氧化性者為宜，但亦可為硝酸等之氧化性酸，另外，亦可混合氧化性酸及非氧化性酸使用。
於此溶解處理，作為處理時間，並無特別限制，例如可以5~300秒進行溶解處理，作為溶解處理溫度，例如可採用10~40℃之條件。另外，溶解處理中，電鍍被處理物係可靜止，或可搖動，亦可進行液攪拌。
除去鋁氧化被膜，露出的鋁或鋁合金上，形成無電解鍍鎳被膜。此無電解鍍鎳係可使用已知之無電解鍍鎳浴，可舉例如含有硫酸鎳、有機酸(琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸等)、次亞磷酸鈉等之無電解鍍鎳浴，亦可使用市售之電鍍浴。
形成無電解鍍鎳被膜之膜厚通常為1~20μm程度，配合形成電鍍被膜的膜厚，選定電鍍溫度及電鍍時間，通常電鍍溫度為50~95℃，電鍍時間為5~120分鐘。
另外，無電解鍍鎳係可直接施於鋁或鋁合金表面，另外，亦可由鋅取代處理、鈀處理等，對鋁或鋁合金表面進行活化處理後，進行無電解鍍鎳處理。作為如此活性化處理，尤其鋅取代處理，其中藉由施以鹼鋅取代處理，於鋁或鋁合金表面，形成鋅被膜，就提升電鍍被膜之密合性上之觀點係適合的。
在此，作為鋅取代處理，具體上係指使用含鋅鹽之溶液，進行取代析出鋅之處理者。鹼鋅取代處理時，使用鹼性之鋅酸溶液者，另外，作為酸性鋅取代處理時，使用含酸性鋅鹽之溶液，進行取代析出鋅之處理者，此等係可以已知方法進行。另外，作為鈀處理，使用含鈀鹽之溶液，進行取代析出鈀之處理者，可以已知方法進行。
本發明中以上述鍍鎳步驟形成之無電解鍍鎳被膜之表面上，藉由取代電鍍或無電解電鍍，形成Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜。此取代電鍍或無電解電鍍係可使用含有Ag、Au、Pd、Pt或Rh之已知取代電鍍浴或無電解電鍍浴，可舉例如含有金屬(Ag、Au、Pd、Pt、Rh)鹽、無機酸(硫酸、鹽酸等)、有機酸(琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸等)等之取代電鍍浴、含有金屬(Ag、Au、Pd、Pt、Rh)鹽、配位劑(有機酸、EDTA等)、還原劑(甲酸、次亞磷酸鈉、聯氨等)等之無電解電鍍浴，亦可使用市售之電鍍浴。
形成中間電鍍被膜之膜厚通常為0.005~1.0μm，以0.01~0.5μm程度為宜，配合形成電鍍被膜之膜厚，選定電鍍溫度及電鍍時間，通常電鍍溫度係30~80℃，電鍍時間為10秒~10分鐘。形成此Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜，藉由後述的鍍銅步驟，形成無電解鍍銅被膜，可賦予良好觸媒性，形成無電解鍍銅被膜。
本發明中，於上述中間電鍍步驟形成之中間電鍍被膜表面，形成無電解鍍銅被膜。對此無電解鍍銅係可使用已知之無電解鍍銅浴，可舉例如含有硫酸銅、配位劑(酒石酸、EDTA等)、甲醛水等之無電解鍍銅浴，亦可使用市售之電鍍浴。
形成的無電解鍍銅被膜之膜厚通常為0.05~10μm程度，配合形成電鍍被膜的膜厚，選定電鍍溫度及電鍍時間，通常電鍍溫度係20~75℃，電鍍時間為5分鐘~6小時。
本發明對象之至少於表面上具有鋁或鋁合金之被處理物，可為被處理物整體為鋁或鋁合金所形成，亦可為以鋁或鋁合金被覆於非鋁材質(例如矽、FRA(印刷基板之基材))之全部或部份表面者。另外，作為該鋁或鋁合金之形態，並無特別限定，對於例如坯料材、壓延材、鑄造材、被膜等，可良好適用。另外，於非鋁材質表面形成鋁或鋁合金之被膜時，作為此被膜之形成方法，雖無特別限定者，但作為該形成方法，例如真空蒸著法、濺鍍法、離子電鍍法等之氣相電鍍法係適合的。
作為此被膜厚度，就使確實殘留鋁或鋁合金底層之觀點上，通常為0.5μm以上，以1μm以上為宜。另外，該厚度上限雖無特別限定，但通常為100μm以下。
另外，作為上述被膜成份，只要為鋁或鋁合金即可，並非特別的限定者，對於例如A1－si(Si含有率為0.5~1.0
重量%)、A1－Cu(Cu含有率為0.5~1.0重量%)等之合金被膜，亦可適用。
以下係表示實施例及比較例，由本發明具體地說明，但本發明並非侷限於下述實施例者。
作為電鍍被處理物，使用由濺鍍法被覆鋁層厚度為5μm之矽板，對此鋁層，依序施以如表1所示處理。關於所得電鍍被膜之特性，評估結果如表2所示。
氧化被膜除去液：含作為金屬鹽之2g/L之硫酸鋅、
作為可溶化劑之10g/L之EDTA．2Na、作為界面活性劑之1g/L之PEG(聚乙二醇)－1000、作為鹼之NaOH，調整成pH12.4之水溶液
除了以(8)之取代鍍金(亞硫酸金)作為取代鍍金(氰化金)(藥液：Epitas TDL－20(上村工業股份有限公司製)，條件：膜厚為0.05μm)以外，與實施例1同樣地施以處理。關於所得之電鍍被膜之特性，評估結果如表2所示。
除了以(8)之取代鍍金(亞硫酸金)作為無電解鍍Pd(藥液：Epitas TFP－30(上村工業股份有限公司製)，條件：膜厚為0.06μm)以外，與實施例1同樣地施以處理。關於所得之電鍍被膜之特性，評估結果如表2所示。
除了未實施(8)之取代鍍金(亞硫酸金)以外，與實施例1同樣地施以處理。關於所得之電鍍被膜之特性，評估結果如表2所示。
除了以(8)之取代鍍金(亞硫酸金)作為銅取代處理(藥液：硫酸銅為0.5g/L硫酸(62.5%)10g/L，條件：20℃ 30
秒鐘)以外，與實施例1同樣地施以處理。關於所得之電鍍被膜之特性，評估結果如表2所示。
Claims (7)
- 一種鋁或鋁合金之表面處理方法，為至少於表面上具有鋁或鋁合金之被處理物之該鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜，進而於該無電解鍍鎳被膜上形成無電解鍍銅被膜之鋁或鋁合金之表面處理方法，其特徵為包含浸漬該被處理物於含有可取代鋁之金屬之鋁氧化被膜用除去液，除去該被處理物之該鋁或鋁合金表層上所形成之鋁氧化被膜，並形成該除去液中所含可取代鋁之金屬之取代金屬層之步驟、具有氧化作用之酸性液除去該取代金屬層之步驟、以及於除去該取代金屬層所露出之鋁或鋁合金上形成無電解鍍鎳被膜之步驟之鍍鎳步驟，於該無電解鍍鎳被膜之表面，藉由取代電鍍或無電解電鍍，形成Ag、Au、Pd、Pt、Rh或此等合金之中間電鍍被膜之中間電鍍步驟，及於該中間電鍍被膜之表面，形成無電解鍍銅被膜之鍍銅步驟。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中該鋁氧化被膜用除去液係含有可取代鋁之金屬的鹽、及酸而成。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中該鋁氧化被膜用除去液係含有可取代鋁之金屬的鹽或氧化物、及該金屬離子之可溶化劑、及鹼而成，pH為10~13.5。
- 如申請專利範圍第2項或第3項之表面處理方法， 其中該鋁氧化被膜用除去液係更含有界面活性劑而成。
- 如申請專利範圍第2項之表面處理方法，其中可取代鋁之金屬為鋅、鐵、鈷、鎳、錫、鉛、銅、水銀、銀、鉑、金、鈀。
- 如申請專利範圍第3項之表面處理方法，其中可取代鋁之金屬為錳、鋅、鐵、鈷、鎳、錫、鉛、銅、水銀、銀、鉑、金、鈀。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中該無電解鍍鎳被膜係於除去取代金屬層而露出之鋁或鋁合金上，直接或進行鋅取代處理之後而形成。
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