JPH0360186A - 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〕 本発明は調書４１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ごツク基板の製造
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ＰＣ，Ａ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層２、銅蒸着Ｎ３を設け、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
（バターニングと呼ばれる）した後、ニッケルめっきＮ
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１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（パ
ターニングと呼ばれる）した後、ニッケル等の銅以外の
金属の被膜を電気めっき法により施す際に、ニッケル等
のめっき層が第３図に示すように局部的に、ホイスカー
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、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。具体例を示すと、平均めっき厚さが１μｍ
の場合に異常成長の長さが１０μｍ以上、場合により４
０ｕｍ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。第２図にニッケ
ルめっきの局部的なホイスカ状異常成長を５ａとして示
した。このようなめっき部の異常成長にまつって、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。

異常成長部５ａの発生を抑制しようとすると、製造を高
速化できない。

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
鋼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、製造の高速化が可能な銅配線セラ
短ツタ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
を用いるようにした。

好ましくは９９．９９９４％以上の純度の銅を用いる。

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
用いるセラもツクは、アルごす、ムライト、マグネシア
、窒化アル壽ニウム、ジルコニア、炭化珪素等のいずれ
でもよい。

本発明は金属、プラスチック、ガラス、エポキシ等の基
板にも適用できるが、セラミック基板はこれらに比して
表面が粗いので、前述の問題が生じ易く、従ってセラミ
ックに適用すると効果が顕著である。

本発明は蒸着源として９９，９９９％以上の純度の銅を
用いることを特徴とする。好ましくは９９．９９９４％
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．
９９９％以上であればホイスカ状の成長は皆無に近くな
り、ひれ状の成長も目立って減少する。９９．９９９４
％以上の純度とすると、ひれ状の成長も防止される。

９９．９９９９％以上の純度とすると、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が可能となる。

銅を蒸着する前にセラ珈ツク基板上に予め下地として銅
以外の金属の層１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
ル等を下地とする貴金属のめっきを施す。めっきのため
に用いる金属はニッケル、コバルト１．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技状成長を
生じ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〕

本発明の方法に従い蒸着源として９９．９９９％以上の
純度の銅を用いてセラミック基板に銅導電層を蒸着し、
形成した銅導電層に回路パターン形成後、電気めっき法
によりニッケル等銅以外の金属のめっきまたはニッケル
等を下地とする金等の貴金属めっきを施すことにより、
めっき部の局所的な異常成長を伴わないでめっきができ
、銅配線セラミック基板を製造することができる。

蒸着に高純度の銅を用いるとその後のめっき工程でめっ
き層の異常成長が生じないのは、表面の結晶粒子の欠落
のない銅蒸着層が形成され、従ってエツチングの際に生
ずる銅蒸着層の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り、特に先端効果による金属
の急速な析出が起きないた。・４ｚごあると推定される
。

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ｌの上に蒸着法によ
りクロム蒸着層２、銅蒸着Ｎ３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（パター
ニングと呼ばれる）した後、電気めっきによりニッケル
めっき層５、金めつき層６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表に示すように純度の異なる４
種の銅を、基板温度３００　’Ｃ１真空度２Ｘ１０−６
Ｔｏ　ｒ　ｒで、厚さ５μｍに真空蒸着後、通常のフォ
トエツチング法により塩化銅溶液を用いて金属層（鋼／
チタンＮ）をエッチし、線幅４０μｍ１線間４０μｍ１
長さ１０ｍ、ｍの直線状の配線パターン（リード部）１
０００本を互いに平行に形成した。こうして得られたア
ルミナ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ット浴
を用い、温度６０″Ｃ，電流密度２．０Ａ／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’Ｃ，電流密度１．０Ａ／ｄｍ”とした。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表中清純度９９．９９５％の欄は本発明の範囲外の
比較例に相当する。第１表で異常成長割合は、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
示し、短絡の発生数はリード部１０００本のうち隣接す
るリード部間で短絡の発生した本数を示す。異常成長の
部分における配線層の断面を第２図に示す。第２図で５
ａはめっき層の針状の異常成長部を示す。

第１表でエツジ平滑度は、第４図に示すリード部のエツ
ジの凹凸の最高高さＲが５μｍ以内を普通、２μｍ以内
を良、１μｍ以内を優とした。

第１表 第１表から明らかなように、純度９９．９９９％以上の
銅を用いて蒸着した場合には、ホイスカ状の異常成長は
全く生じない。純度９９．９９９％の銅を用いた場合に
は、ひれ状成長が若干見られるが、その長さは銅の純度
９９．９９％の場合の約１／８になっていた。純度９９
．９９９４％以上の銅を用いて蒸着した場合には、ひれ
状成長も皆無となった。純度９９．９９９％以上の洞を
用いた場合には、リード部間の短絡は皆無であった。リ
ード部のエツジの平滑度も銅純度の高くなるほど改善さ
れた。特に純度９９．９９９９％の銅を用いた場合には
、平滑度は非常に良い。

〔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
銅塩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塩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ミック配線基板を作るこ
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、銅導電層に銅塩外の金属のめっ
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。

本発明の方法によると、銅導電層に銅塩外の金属のめっ
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、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、セラごツタ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
にニッケル等の銅塩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
板上の蒸着銅配！Ｉ！Ａ層にニッケル等を電気めっきし
た場合に生ずるホイスカ状およびひれ状の異常成長の状
態を示す説明図である。第４図は直線状リード部のエツ
ジの凹凸の評価方法を示す説明図である。 符号の説明 １−・−・−・−セラミック基板　２−・−−−−−・
・チタン蒸着層３−−−−−−一銅蒸着層　　　　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・−・−
・・−金めっき層　　　７−・・−・−めっき層８・−
−−−一・・・・−配線層

Claims (3)

【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。
3. （３）前記貴金属が金、銀から選ばれる請求項第１項ま
   たは第２項の銅配線セラミック基板の製造方法。