JPH0360192A - 銅配線セラミック基板および製造方法 - 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〕 本発明は銅配線層を有するセラミック基板、特にセラ旦
ツタ基板上に銅配線を設けたビングリッドアレイ（以下
ＰＧＡと記す）、およびそ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（ピ
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、セラミックの基板の上にアル藁
ニウムの配線層を有するものが多く用いられていたゆし
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。

例えば、アル旦す基板の上にクロム蒸着層と銅蒸着層を
設け、その上にニッケルめっき層、金めつき層が順次形
成された構造を有する。セラミック基板における銅配線
層は一般に、蒸着法またはスパッタリング法により形成
され、この目的には純度９９．９９％ないし９つ。９９
９％の銅が一般的に用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

蒸着法またはスパッタリング法により形成された上記の
ような銅配線層は、溶解鍛練加工により得られた銅の層
に比して緻密性において劣り、電気抵抗が高くなったり
、配線間容量が増大する等の欠点があった。電気抵抗が
増すと配線層の断面積を大きくする必要を生じ、回路の
集積密度を低下させ、パッケージの小型化を困難にする
。配線間容量が増大すると、伝送パルスの特性劣化をも
たらす。

また蒸着法またはスパッタリング法により形成された上
記のような銅配線層は、酸化性あるいは高湿度の雰囲気
下で、配線層のξクロポロシティ（微細空隙）に沿って
酸化または腐食が進行するという問題もあった。

それ飲水発明の目的は、蒸着法またはスパッタリングに
より形成された電気抵抗が低い銅配線層を有し、回路の
高い集積密度とパッケージの小型化を容易にした、ＰＧ
Ａ等の銅配線セラミック基板およびその製造方法を提供
することである。

また本発明の他の目的は、蒸着法またはスパッタリング
により形成された電気抵抗が低い銅配線層を有し、配線
間電気容量の小さい、従ってパルス伝送特性のすぐれた
ＰＧＡ等の銅配線セラミック基板およびその製造方法を
提供することである。

本発明のさらに他の目的は、酸化性あるいは高湿度の雰
囲気下でも配線層の酸化または腐食を受けにくい銅配線
層を有するＰＧＡ等の銅配線セラ旦ツタ基板およびその
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、蒸着法により銅
配線層を形成するための銅の純度を９９．９９９９％以
上にした。

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。

本発明の銅配線セラミック基板は下記要素から成る。

（１）セラミック基板 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。

（２）セラミック基板に蒸着された銅層本発明のセラご
ツタ基板（ＰＧＡ等）は９９゜９９９９％以上の純度の
銅から戊る銅配線層を有することを特徴とする。、この
層は後述する蒸着法によって形成される。銅蒸着層には
通常のフォトエツチングの方法により回路パターンが形
成されて配線層となる。

配線層の銅の純度が９９．９９９９％未満の場合に比し
、銅の純度を９９．９９９９％以上とすると、同じ断面
積で電気抵抗が１０％以上低くなる。そして線間容量も
小さくなり、電気抵抗、線間容量ともばらつきが小さく
なる。

配線層の厚さは普通１μｍから２０μｍ程度であり、３
μｍから１０μｍとすることが多い。

本発明の銅配線セラミック基板は、必要に応じ下記の要
素を有してもよい。

（３）セラミック基板上に下地として設けられた銅以外
の金属の層 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、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
。

（４）銅配線層の上に設けた絶縁層 上記（２）の銅配線層の上の少なくとも一部に、必要に
応じセラミック、有機樹脂類等から戒る絶縁層を設ける
。絶縁層は電気抵抗が高く、誘電率が低く、耐熱性があ
ることが望ましい。ポリイミド樹脂はこれらの特性を具
えた好ましい材料である。

絶縁層はさらにフォトエツチングによるパターン形成が
できるような感光性を有する物質であることが好ましい
。感光性ポリイミド樹脂はこの目的に適した好ましい材
料である。ボリイ柔ド樹脂および感光性ポリイミド樹脂
については日経エレクトロニクス１９８４年８月２７日
号、１４９ページから１５９ページに記載がある。

（５）銅配線層の上に設けた銅以外の金属の層上記工程
（２）で得られた銅配線層に、電気めっき法によりニッ
ケル等の銅以外の金属のめっき、またはこれを下地とす
る金、銀等の貴金属めっきを施してもよい。

銅以外の金属としてニッケル、コバルト、クロム、モリ
ブデン、タングステン等を用いることができる。

ニッケル等の銅以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。

銅以外の金属層は、銅配線層の上に前記絶縁層を設けた
後に、パターン形成により必要な部位に透孔（ピアホー
ル）を作り、この部分で銅配線層に積層されてもよい。

本発明の銅配線セラミック基板の製造方法は下記工程か
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ξす、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。

本発明のセラミック基板（ＰＧＡ等）は９９゜９９９９
％以上の純度の銅から成る調書４’ｆｆ層を有すること
を特徴とし、従って蒸着には純度９９゜９９９９％以上
の銅を用いる。なおここで言う蒸着には前述のように真
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、スパックリング法等の物理的蒸着法（ＰＶ
Ｄ）を包含する。

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、例えばアル柔ニウム、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
。

蒸着層の厚さは普通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、通常のフォトエツチン
グの方法により回路パターンを形成させる。

〔作用〕

本発明の、また本発明の方法により製造される、セラミ
・ンク基板上に９９．９９９９％以上の純度の銅から成
る銅配線層を有する銅配線セラミック基板は、銅配線層
が蒸着法またはスパッタリングにより形成されても、銅
配線層が緻密で、電気抵抗が低く、線間容量が小さい。

また酸化性あるいは高湿度の雰囲気下でも銅配線層が酸
化または腐食を受けにくい。

配線層に高純度の銅を用いた本発明の配線基板において
、配線層の電気抵抗が低く、線間容量が低いのは、欠陥
の少ない緻密な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１〕 第１図に示すように、アルξす基板ｌの上にクロム層２
および銅層３を真空蒸着し、クロム層２とｆＩＮ３から
戒る蒸着金属層５をエッチして配線パターンを形成した
後、電気めっきによりニッケル層６および金Ｎ７を被覆
し配線リード部８を形成した。詳細は下記の通りである
。

厚さ２ｍｍのアル旦す基板上に、クロムを厚さ０．０３
μｍに真空蒸着後、純度９９．９９９９％の銅および比
較のため９９．９９９％の銅をそれぞれ、基板温度３０
０　’Ｃ１真空度２Ｘ１０−６Ｔｏｒｒ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（銅／クロム層）をエッチし、線Ｉ
！４０μｍ、線間４０μｍ、長さ３０ｍｍ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０６２μｍ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℃、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°Ｃ２電流密度１．０Ａ／ｄｍ２とし
た。

得られた２種の配線層の電気抵抗およ、び線間容量を測
定した。純度９９．９９９９％の銅を用いた場合は純度
９９．９９９％の銅を用いた場合に比し電気抵抗は平均
で約１５．７％低く、線間容量は約５．２％小さかった
。純度９９．９９９９％の銅を用いた場合はそれらの変
動も小さかった。

〔実施例２〕 第２図に示すように、２０８本のビンを設けたアルミナ
基板１の上にクロム層２、銅層３およびクロム層４を順
に真空蒸着し、蒸着金属Ｎ５（クロム層＋銅層＋クロム
Ｎ）をエッチして配線パターンを形成した後、ポリイミ
ド樹脂膜９を被覆し、再びクロム層２ａ、銅層３ａおよ
びクロム層４ａを蒸着により形成し、蒸着金属層５ａを
エッチして配線パターンを形成した。さらに配線パター
ンの先端部を除きポリイミド樹脂膜９ａを被覆し、先端
部には実施例１におけると同様、ニッケルメッキ被膜６
と金メツキ被膜７を施した。詳細は下記の通りである。

厚さ２ｍｍのピン付アルξす基板の表面に、クロムを厚
さ０．０３μｍに真空蒸着後、純度９９゜９９９９％の
銅および比較のため９９，９９９％の銅をそれぞれ、基
板温度３００°Ｃ１真空度２×１０−６Ｔｏ　ｒ　ｒで
、厚さ５μｍに真空蒸着し、その上にさらにクロムを厚
さ０．０３μｍに真空蒸着した。３層から戒る蒸着金属
層を通常のフォトエツチング法により塩化銅溶液を用い
てエッチし、線幅２０μｍ、線間２０μｍ、長さ３０ｍ
ｍ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ミナ基板上
の銅配線パターンの上に厚さ１０μｍのポリイミド樹脂
膜を被覆し、その上に前記と同様の方法で厚さ０．０３
μｍのクロム層、厚さ５μｍの銅層および厚さ０．０３
μｍのクロム層から成る配線パターンを形成した。ワイ
ヤボンディングのために配線部の先端部を残してポリイ
ミド樹脂膜で被覆した。配線部のポリイミド樹脂膜で被
覆してない先端部には、実施例１と同様の方法により０
．５μｍの厚さにニッケル下地めっきした後、０．３μ
ｍの厚さに金めっきした。

得られた２種のＰＧＡについて、配線層の電気抵抗およ
び線間容量を測定した。純度９９゜９９９９％の銅を用
いた場合は純度９９，９９９％の銅を用いた場合に比し
電気抵抗は平均で約１７．３％低く、線間容量は約７．
７％小さかった。

これらのＰＧＡを３００　’Ｃで３０分間加熱後に同様
に電気抵抗と線間容量の測定を行ったところ、純度９９
．９９９９％の銅を用いた場合は抵抗の増加は３％、容
量の増加は１％に過ぎなかった。

これに対し純度９９，９９９％の銅を用いた場合は電気
抵抗が１５％、容量が１２％増加した。

〔発明の効果〕

本発明によると、基板上の銅蒸着層のエツチングにより
形成された配線層の、電気抵抗が低くしかも線間容量が
低い、銅配線セラミック基板を得ることができる。

本発明によると配線層の電気抵抗が低い配線基板が得ら
れるので、回路パターンを微細にすることができる。ま
た、配線基板の銅配線層の線間容量を小さくできるから
、電子回路の高速化に対応することができる。本発明は
、特にＰＧＡ　（ビングリッドアレイ）の製造に適して
いる。

本発明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設けた他の金属または有機
物質、例えばポリイくドの、下地層を介して銅を蒸着す
る場合にも、有用である。

また本発明は、回路パターンを形成した鋼重導層がニッ
ケル等の銅基外の金属のめっき層を有する場合、またこ
れらの金属めっき層を下地としてさらに金、銀等の貴金
属のめっき層を有する場合にも有用である。

本発明は特にセラ”Ｑ　７り基板上に洞導電層が蒸着さ
れる場合に有効であるが、基板がガラス補強エポキシ樹
脂、金属から戒る場合にも適用可能である。ガラス補強
エポキシ樹脂基板の導電部には一般に銅箔が用いられる
が、微細配線の場合には気相成膜が有利であるから、本
発明を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１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図は実施例２で得られたビングリッ
ドアレイの配線層の拡大断面図である。 符号の説明 １−−−−−−・・・−セラごツタ基板２−−−−一・
・−クロム蒸着層　２　ａ−−−−−−−−−−クロム
蒸着層３−・・・−−−一−−銅蒸着層　　　３ａ−・
−一−−−−−−・銅蒸着層４−−−−−−・・・−ク
ロム蒸着層　４　ａ−−−−−−−−−クロム蒸着層５
−・・−−−−−ｍ−蒸着金属層　　５ａ−・・−・・
−・蒸着金属層６−・・・−−−−−ニッケルめっき層
７−−−−−−−・・−金めつき層

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設けられた銅
   導電層が９９．９９９９％以上の純度の銅から成ること
   を特徴とする銅配線セラミック基板。
2. （２）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被膜または該金属を下地とする貴
   金属の被膜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９９．９
   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。