JPH0360185A - 銅配線セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は銅配線基板、特に最終的に電気めっきにより他
の金属のめっきを施した銅配線セラミック基板の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

高密度実装が可能なＩＣパッケージとして、ＰＧＡ（ビ
ングリッドアレイ）基板がある。高信頼性を必要とする
用途のＰＧＡ基板には、セラミックを基板とし配線層が
アルミニウムのものが多く用いられていた。しかし最近
、電子回路の高速化に対応するため、アルミニウムに代
わり電気抵抗の小さい銅が用いられるようになった。銅
は高温では勿論常温でも酸化しやすく、そのままではワ
イヤボンディングに適しないため、銅配線層にはニッケ
ル等の銅以外の金属の被膜、またはニッケル等を下地と
して金等の貴金属の被膜を、電気めっき法により施す。

例えば第２図に示すように、セラミック基板１の上に蒸
着法によりクロム蒸着Ｎ２、銅蒸着Ｎ３を設け、導電層
を形威し、フォトエツチングにより回路パターンを形成
（パターニングと呼ばれる）した後、ニッケルめっき層
５、金めつき層６が順次形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

セラミック基板ｌの上に蒸着法により形成した銅導電層
３に、フォトエツチングにより回路パターンを形成（バ
ターニングと呼ばれる）した後、ニッケル等の銅以外の
金属の被膜５を電気めっき法により施す際に、ニッケル
等のめっき層５が第３図に示すように局部的に、ボイス
カー状、または水平方向にひれ状に、異常成長すること
がしばしばあり（第２図で５ａは異常成長部）、甚だし
い場合には本来電気的に独立でなければならないリード
部８同士が短絡したり、短絡寸前の状態になる。具体例
を述べると、平均めっき厚さが１μｍの場合に異常成長
の長さが１０ａｍ以上、場合により４０μｍにも及ぶ（
これは、異常成長部分では平均めっき速度の１０ないし
４０倍にも及ぶ速度で電析が起きていることを意味する
）、ニッケル等を下地としてさらに金等の貴金属の被膜
６を形成する場合も、下地のめっきの局部的な異常成長
で同様の障害が生ずる。このようなめっき部の異常成長
によって、製造された銅配線基板の信頼性あるいは歩留
まりが甚だしく損なわれる。まためっき速度も制限され
、さらに微細なパターンの配線層の製造が難しい。

それ飲水発明の目的は、蒸着法により形成した鋼重導層
に回路パターン形成後、電気めっき法によるニッケル等
銅以外の金属の被膜を形成する際に生ずるめっき部の局
部的な異常成長を防止した、信頼性あるいは歩留まりの
高い銅配線セラミック基板の製造方法を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、めっき速度を高めることができ、
従って製造に要する時間の短縮が可能であり、また微細
な配線パターンが得られる銅配線セラミック基板の製造
方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明では上記目的を達成するために、銅蒸着層を形成
する際に、蒸着源として９９，９９９％以上の純度の銅
に４ないし３０ｐｐｍの希土類元素を添加した合金を用
いるようにした。

本発明における銅蒸着層には、真空蒸着法のほかイオン
ブレーティング、クラスタイオンビーム法、スパッタリ
ング法等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）により形成された銅
層を包含する。

本発明の方法は下記工程から成る。

（１）セラミック基板に銅層を蒸着する工程基板として
用いるセラミックは、アルミナ、ムライト、マグネシア
、窒化アルミニウム、ジルコニア、炭化珪素等のいずれ
でもよい。

本発明は金属基板、プラスチック基板、ガラスエポキシ
基板にも適用できるが、セラミック基板は他に比して表
面が粗いので、とくに効果が顕著である。

本発明は蒸着源として９９，９９９％以上の純度の銅に
４ないし３０ｐｐｍの希土類元素を添加した合金を用い
ることを特徴とする。好ましくは９９．９９９５％以上
の純度の銅を用いる。純度９９．９９９％未満の銅を用
いると、ニッケルめっき等の際に前記のようなホイスカ
状またはひれ状の異常な成長が起きる。純度９９．９９
９％以上であれば、希土類元素を添加しなくともホイス
カ状の成長は皆無に近いが、ひれ状の成長がなお若干比
められる。希土類元素を４ｐｐｍないし３０ｐｐｍ添加
すると、ひれ状の成長も抑制される。３０ｐｐｍを超え
る希土類元素を添加すると、配線膜の硬度が増してワイ
ヤボンディング性が悪くなるので、望ましくない。

希土類元素は１３種の元素のいずれでもよいが、中でも
セリウム、ランタン、ネオジムは特に酸素、炭素、水素
との親和力が強く、また溶融後の蒸気圧が小さいため蒸
着膜に混入しにくいので、有利である。

銅を蒸着する前にセラミック基板上に予め下地として銅
以外の金属の層２例えばアルミニウム、チタン、ジルコ
ニウム、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル
等の１種または２種以上を蒸着により形成させてもよい
。

蒸着する厚さは普通１μｍから２０μｍ程度であり、３
μｍから１０μｍとすることが多い。

（２）フォトエツチングによる回路パターン形成上記工
程（１）で得られた銅蒸着層に、通常のフオドエツチン
グの方法により回路パターンを形成させる。

（３）銅配線層の上に銅塩外の金属をめっきする工程 上記工程（２）で得られた銅配線層に、電気めっき法に
よりニッケル等の銅塩外の金属のめっき、またはニッケ
ル等を下地とする金めつきを施す。

めっきのために用いる金属はニッケル、コバルト、クロ
ム、モリブデン、タングステン等から選ぶことができる
が、ニッケル、コバルト、クロムのようにめっき時に樹
枝状成長を生し易い金属の場合本発明の効果が顕著であ
る。

必要に応じ、上記の銅塩外の金属のめっきの上に別の金
属、特に金、銀等の貴金属をさらにめっきしてもよい。

めっきの方法、条件等に特に制限はなく、通常の通りで
よい。ニッケル等の銅塩外の金属のめっきの厚さは０．
１ないし５μｍ程度、ニッケル等を下地としてめっきし
た上に施す金等のめっきの厚さは０．　１ないし２μｍ
程度である。

〔作用〕

本発明において、蒸着に高純度の銅にごく少量の希土類
元素を添加したものを用いるとその後のめっき工程での
めっき層の異常成長が生じないのは、希土類元素が鋼中
の酸素、炭素、水素等を捕捉してこれらの蒸着膜中への
混入を防止するため、不純物の少ない銅蒸着層が形成さ
れ、従ってエツチングの際に銅蒸着層の表面の結晶粒子
の欠落が生ぜず、表面の凹凸が少ないため、めっきの際
の電流分布が比較的均一になるためと推定される。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図に示すように、アルミナ基板１の上に蒸着法によ
りクロム蒸着層２、銅蒸着層３から成る導電層を形成し
、フォトエツチングにより回路パターンを形成した後、
電気めっきによりニッケルめっき層５、金めつきＮ６を
形成した。詳細は下記の通りである。

厚さ２ｍｍのアルミナ基板上に、チタンを厚さ０．０３
μｍに真空蒸着後、第１表に示すように異なる５種の銅
蒸着材料を、基板温度３００°Ｃ１真空度２Ｘ１０−６
Ｔｏｒｒで、厚さ５ｕｍに１を空蒸着後、通常のフォト
エツチング法により過硫酸アンモニウムと塩化アンモニ
ウム溶液を用いて金属Ｎ（銅／チタン層）をエッチし、
線幅２０ｕｍ、線間２０μｍ、長さ５ｍｍの直線状の配
線パターン（リード部）１０００本を互いに平行に形成
した。こうして得られたアルξす基板上の銅配線パター
ンに、通常の電気めっき法によりニッケルを０．５μｍ
の厚さに下地めっきした後、金を０．５μｍの厚さに電
気めっきした。めっき条件は、ニッケルめっきについて
は標準ワンド浴を用い、温度６０°Ｃ１電流密度２．Ｏ
Ａ／ｄｍ”とし、金めつきについてはシアン化合カリウ
ム浴を用い、温度５０’Ｃ１電流密度０．５Ａ／ｄｍ２
とした。なお第１図で４は蒸着層を、７はめっき層を示
す。

ニッケルめっき終了時および金めつきまで終了した配線
パターンの表面を観察した。その結果を第１表に示す。

第１表中セリウム添加量ゼロの欄は本発明の範囲外の比
較例に相当する。第１表で異常成長発生率は、リード部
１０００本について異常成長が発生した本数の百分率を
示す。また蒸着膜のビッカース硬度を測定し、金めつき
終了後の配線層のワイヤボンディング適性を評価した。

第１表で蒸着膜硬さは蒸着膜のビッカース硬度を示す。

第１表 第１表から明らかなように、本発明に従い純度９９．９
９９％の銅に７ｐｐｍまた３０ｐｐｍのセリウムを添加
して蒸着した場合には、ホイスカ状の異常成長もひれ状
の成長も全（生しない。これに対し、純度９９．９９９
％の銅にセリウムを添加しないで蒸着した場合には、ホ
イスカ状の異常成長はごく僅かであるが、ひれ状成長が
いくらか見られ、２ｐｐｍのセリウムを添加して蒸着し
た場合には、ホイスカ状の異常成長は皆無となるが、ひ
れ状成長がなお僅かに見られた。

他方、５５ｐｐｍのセリウムを添加した場合には導電層
の硬度が増し、ワイヤポンディング性が若干悪くなった
。

〔発明の効果〕

本発明の方法によると、セラミック基板上に蒸着法によ
り形成した銅導電層に、フォトエツチングにより回路パ
ターンを形成した後、電気めっき法によりニッケル等の
銅以外の金属のめっきを施す際に、めっき層が局部的に
ホイスカ状に、または水平方向にひれ状に、異常成長す
る現象が生じなくなり、電気的に独立でなければならな
いリード同士の短絡または短絡寸前の状態になることが
防がれる。本発明の方法は特にセラミック基板上に銅導
電層を蒸着する場合に有効である。

本発明の方法によると、セラミック基板上に蒸着した銅
配線層に、前記のようなめっき層の異常成長を生ずるこ
となくニッケル等の銅以外の金属をめっきすることが可
能になるから、導電層に電気抵抗の小さい銅を用いたワ
イヤボンディングに適するセラごツタ配線基板を作るこ
とができ、電子回路の高速化に対応することができる。

本発明の方法は、例えばＰＧＡ（ビングリッドアレイ）
の製造に適用できる。

本発明の方法によると、洞導電層に銅以外の金属のめっ
きを施す際に異常成長がないだけでなく、メツキ後の回
路パターンのエツジの凹凸が少なくなり、鮮鋭な回路パ
ターンが得られる。その結果パターンを微細にすること
も可能となる。

希土類元素を加えずに単に蒸着する銅の純度を９９．９
９９％より高くすることによっても本発明の方法と類似
の効果が得られるが、原材料の精製のために多大の費用
を要する。本発明の方法によると、銅の純度をさらに純
度を高める必要がないので、原料精製のためのコストを
節約できる。

希土類元素の量をさらに増せば銅の純度が９９．９９９
％より低くても、めっき層の異常成長を防止できるが、
高価な希土類元素を多量に使用するので、原材料のコス
トが増大する。

本発明の方法によると、銅導電層に銅以外の金属のめっ
きを施す際にめっき速度を上昇しても異常成長が生じな
いので、めっきに要する時間を短縮でき、生産効率を高
め、製造コストを低下させることができる。

本発明の方法はセラミック基板上に銅を直接蒸着する場
合のみならず、セラミック基板上に蒸着等により設けた
他の金属の下地層を介して銅を蒸着する場合にも、有用
である。

また本発明の方法は、回路パターンを形成した消電導層
にニッケル等の銅以外の金属のめっきを施した後、この
層を下地としてさらに金、銀等の貴金属をめっきする場
合にも、有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で得られたセラミック基板上の配線層の
拡大断面図、第２図はめっき層の異常成長の部分におけ
るセラミック基板上の配線層の拡大断面図、第３図はセ
ラミック基板上の蒸着洞配線層にニッケル等を電気めっ
きした際に生ずるホイスカ状及びひれ状の異常成長の状
態を示す説明図である。 符号の説明 １・・−・−−−一−−−セラξンク基板　２−−−−
−−−−−−−クロム蒸着層３−、−−−−−−・−銅
蒸着層　　　　４・・−−−−−−一・−蒸着層５−−
−−−−−−ニッケルめっき層 ５ａ−・−・−・ニッケルめっき層の異常成長部６−−
−−−−−−金めつき層　　　７〜−−−−−−−−−
−めっき層８・・−・−−−ｍ−−・配線層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック基板の上に蒸着法により銅導電層を形
   成し、該銅導電層に回路パターン形成後、電気めっき法
   により銅以外の金属のめっきまたは該金属を下地とする
   貴金属めっきを施す銅配線セラミック基板の製造方法に
   おいて、銅蒸着層を形成するための蒸着源として９９．
   ９９９％以上の純度の銅に４ないし３０ｐｐｍの希土類
   元素を添加して成る合金を用いることを特徴とする銅配
   線セラミック基板の製造方法。
2. （２）前記銅以外の金属がニッケル、コバルト、クロム
   のうちから選ばれる請求項第１項の銅配線セラミック基
   板の製造方法。