JPH06293581A - AlNセラミックス材の表面へのメタライズ方法 - Google Patents

AlNセラミックス材の表面へのメタライズ方法

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JPH06293581A
JPH06293581A JP7696393A JP7696393A JPH06293581A JP H06293581 A JPH06293581 A JP H06293581A JP 7696393 A JP7696393 A JP 7696393A JP 7696393 A JP7696393 A JP 7696393A JP H06293581 A JPH06293581 A JP H06293581A
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metal
metal layer
ceramic material
aln
ion
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Nakaya Senda
中哉 千田
Masamichi Matsuura
正道 松浦
Yoshiro Otsuka
芳郎 大塚
Kimitachi Watanabe
君達 渡辺
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Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 AlNセラミックス材の表面に密着性に優れ
た金属層を常温で形成する方法。 【構成】 AlNセラミックス材の表面に蒸着中の金属
に金属イオンを照射しながら、該セラミックス材を構成
する元素と被覆する金属層の元素とをミキシング作用に
より連続的に混ざり合わせて該セラミックス材と金属層
を強固に繋ぐ界面ミキシング層を形成し、該界面ミキシ
ング層を介して金属層を強固にAlNセラミックス材の
表面に形成するメタライズ方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、AlNセラミックス材
の表面へのメタライズ方法に関し、更に詳細には、例え
ばIC、半導体素子等の電子デバイス用の配線基板およ
びパッケージ用基板に用いるAlNセラミックス材の表
面へのメタライズ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】AlNセラミックス材は電気絶縁性、高
熱伝導性、Siに近い熱膨脹係数を持つ、毒性がない
等、その優れた材料特性から、IC、LSI等の電子デ
バイス用の配線およびパッケージ用基板として使用され
ている。
【0003】そして、AlNセラミックス材の表面に金
属層を形成する方法としては、次に挙げられる方法が知
られている。
【0004】(1) AlNセラミックス材の表面を酸化雰
囲気中で1000℃以上の高温下で酸化させた後、その
表面上にMo−Mn法によりMoとMnの混合粉末を分
散させたペーストを塗布し、加湿水素気流中で1500
℃前後に加熱することによりMo−Mnの金属層を形成
させ、その後メッキ法により該金属層上にNi層を形成
し、更に蒸着法、メッキ法等により該Ni層を介してA
u、Cu等の導電層を形成する方法。
【0005】(2) AlNセラミックス材の表面を酸化雰
囲気中で1000℃以上の高温下で酸化させて酸化アル
ミニウム層を形成した後、該酸化アルミニウム層の表面
にCu板、或いはCu粉末を載置し、これを1000℃
以上での加熱・焼成処理を施してセラミックス材表面に
Cuの金属層を形成する方法。
【0006】(3) 蒸着法或いはスパッタ法によりAlN
セラミックス材の表面にTi等の活性金属の接着層を形
成した後、蒸着法により該接着層上にAu、Pt、Cu
等の導電層を蒸着形成する方法。この場合、蒸着、或い
はスパッタのみではAlNセラミック材とTi膜の充分
な密着性が得られないので、Ti膜の形成後500℃以
上の加熱処理を施してTi拡散処理を行うようにしてい
る。
【0007】しかしながら、AlNセラミックス材はC
u、Ni等の金属に対して濡れ性が悪く、前記従来法の
場合、次のような問題がある。前記従来方法は、(1)、
(2)の方法のように、先ず、AlNセラミックス材の表
面を酸化処理して酸化アルミニウム(Al23)とし、
その後各種のメタライズを行うか、(3)の方法のように
AlNセラミックス材に対し反応性を有するTi等の活
性金属を界面に介在させ、その上に金属層を密着形成す
る方法により行うようにしている。これら従来法はいず
れも、AlNセラミックス材と金属との間に反応を行わ
しめてAlNセラミックス材の表面に金属層を被覆形成
する方法のため、高温処理が必要となり、コスト高とな
る問題がある。更に詳しく述べる。
【0008】前記(1)および(2)の方法ではAlNセラミ
ックス材の表面の酸化処理を1000℃以上で行い、
(1)の方法ではその後、更にMo−Mn法によるメタラ
イズに1500℃の加熱処理を要する。前記(3)の方法
においても500℃以上の加熱処理が必要である。
【0009】また、このような高温処理は熱膨張係数が
大きく異なるAlNセラミックス材とCu等の金属(A
lNセラミックスの熱膨脹係数は4.4×10-6/℃、
金属の熱膨脹係数は15〜20×10-6/℃)との界面
に熱応力を発生させ、AlNセラミックス材に歪みが生
じる等の問題の原因となり、電子デバイス用基板作成の
製品歩留まりを低下させる。また(3)の方法で作成され
たものはAlNセラミックス材と金属層の付着強度範囲
が20〜50MPaと広範囲にばらつき安定しない。
【0010】そこで、基板のAlNセラミックス材の表
面に対し、密着性(接着強度)の良好な金属層を得るた
めのメタライズ方法として、特開平2-302385号公報(特
願昭63-254531号)で、Arイオンの照射とCuの蒸着
とを同時に行うイオンミキシング法でAlNセラミック
ス材の表面にCuの金属層を形成する方法が、また、特
開平2-188481号公報(特願平1-7177号)で、He、N
e、Kr、Xe、N2から選んだ1または2以上の不活
性ガスイオンの照射とCuの蒸着とを同時に行うイオン
ミキシング法でAlNセラミックス材の表面にCuの金
属膜を形成する方法が提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案のAr等の不活性ガスイオンの照射と、Cu蒸着とを
同時に行う不活性ガスイオンミキシング法によるAlN
セラミックス材の表面へのCu金属層のメタライズ法の
場合、例えばイオンミキシング中のArイオンの照射量
が過大になると、基板のAlNセラミックス材とCu膜
の界面部分に残留したArガスが使用時の熱履歴等によ
り拡散集合してボイドを形成し、Cu層の劣化をまねく
おそれがあり、Ar照射量はボイドが形成し得ない量に
規制され、必ずしも所望の密着性(付着強度)をもつC
u層が得られないという問題がある。
【0012】本発明はかかる問題点を解消したAlNセ
ラミックス材の表面へのメタライズ方法を提供すること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
上へ密着性の良いメタライズ膜を低温で形成する方法と
して、本発明者らが先に特開平3-159979号(特願平1-29
6092号)公報で提案せる、セラミックス上に金属イオン
の照射と金属蒸着を同時に行う方法を、更に発展せしめ
て、AlNセラミックス材の表面への金属層の形成に際
し、主な使用分野である電子デバイス用基板の製造工程
も考慮し、金属配線パターン作成時のエッチング工程の
簡略化、また金属層の厚付けの要求への対応も出来るA
lNセラミックス材の表面へのメタライズ方法を提供す
るものである。
【0014】本発明のAlNセラミックス材の表面への
メタライズ方法は、金属イオンミキシング法によりAl
Nセラミックス材の表面に、Cu、Niのうち少なくと
も1種類の金属の蒸着と、Cu、Al、Niのうち少な
くとも1種類の金属イオンの照射を同時に行って、該表
面に金属層を形成することを特徴とする。
【0015】また、もう一つのメタライズ方法は、金属
イオンミキシング法によりAlNセラミックス材の表面
に、Cu、Niのうち少なくとも1種類の金属の蒸着
と、Cu、Al、Niのうち少なくとも1種類の金属イ
オンの照射を同時に行って、該表面にCu、Ni、Cu
−Niのいずれかの金属層を形成した後、該金属層上に
湿式メッキ法によりCu、Niのうちから少なくとも1
種類の金属層を形成することを特徴とする。
【0016】本発明のAlNセラミックス材の表面への
メタライズ方法は、AlNセラミックス材の表面への金
属層の形成を金属蒸着と金属イオンの照射を同時に行う
併用プロセスで行うことにより、基板となるAlNセラ
ミックス材に対する密着性に優れる金属層を低温下で形
成する。この場合、蒸着金属はCu、Niの中から選択
された1種類或いは2種類の金属、照射する金属イオン
はCu、Al、Niの中から選択された1種類或いは2
種類以上の金属イオンである。また、金属導電層の厚付
けのために、前記方法で作成された金属層を下地層と
し、該下地層の上に、湿式メッキ法によって更にCu、
Niの中から選択された1種類或いは2種類の金属層を
形成する複合プロセスによって金属層を形成する。
【0017】
【作用】AlNセラミックス材の表面に金属を蒸着させ
ながら金属イオンを照射すると該表面でイオンミキシン
グが行われて金属層が形成される。その際、AlNセラ
ミックス材と金属層の間の界面部分で、蒸着金属および
AlNセラミックス材を構成するAl元素とN元素が金
属イオンの照射衝撃により、結合の切断、原子のノック
オン注入、熱的効果等のミキシング作用を受け、AlN
セラミックス材と金属層の元素が互いに連続的に混ざり
合い、AlNセラミックス材と金属層を強固につなぐ界
面ミキシング層を形成する。この界面ミキシング層の存
在によりAlNセラミックス材の表面と密着性に優れた
金属層が形成される。
【0018】また、照射するイオンはそれ自体少なくと
も10keV以上のエネルギーを有するので、室温程度
のプロセス雰囲気温度下でも前記ミキシング作用は十分
に行われ、また、ミキシングに金属イオンを用いること
により、不活性ガスのように界面部分に残留した元素が
拡散、集合してボイドを形成する恐れがなく、照射され
界面部分に残留した金属はそれ自体の反応性によりAl
Nセラミックス材を構成する元素および蒸着金属と結合
し、金属層の密着性を向上させる。
【0019】また、AlNセラミックス材の表面に形成
された金属層を下地層とし、該下地層の上に湿式メッキ
法で金属層を形成すれば、該金属層を厚付け層に形成出
来る。この場合、金属イオンミキシングにより形成され
た金属層(下地層)とAlNセラミックス材との間はミ
キシング作用により強固に結合しているので、下地層と
メッキ法により形成されたメッキ層は強固に結合してA
lNセラミックス材の表面に密着性のよい金属の厚付層
を形成する。
【0020】
【実施例】以下添付図面に従って本発明の実施例を説明
する。
【0021】図1は本発明のAlNセラミックス材の表
面へのメタライズ方法を実施するための装置の1例を示
すもので、図中、1は真空処理室を示す。該真空処理室
1内を外部の真空ポンプ等の真空排気系2に接続すると
共に、真空処理室1内の上方に表面に金属膜を形成すべ
きセラミックス基板3を保持する基板ホルダー4を配置
した。また、真空処理室1内の下方に前記基板ホルダー
4に保持されたセラミックス基板3に対向させて蒸発さ
せる金属5の金属蒸発源6を配置すると共に、金属イオ
ンを発生させるイオン源と、該イオンを加速させる加速
器を備えたイオンビーム源7を配置した。
【0022】そして真空排気系2を作動させて真空処理
室1内を所定の真空度に設定し、セラミックス基板3に
蒸着させる金属5を金属蒸発源ハース6で加熱して真空
処理室1内に蒸発(矢印8)させると共に、セラミック
ス基板3に照射すべき金属元素をイオンビーム源7で1
0keV以上の高エネルギーに加速された高速イオンビ
ーム(矢印9)とし、該高速イオンビームをセラミック
ス基板3に照射出来るようにした。尚、図中、10は真
空処理室1内の圧力を測定する圧力計、11は金属蒸着
速度をモニターするための蒸着速度モニター、12はイ
オン電流をモニターするためのファラデーカップ、13
は電流計および電流積算計を示す。
【0023】次に、前記装置を用いてセラミックス材の
表面への金属材のメタライズ方法の具体的実施例を比較
例と共に説明する。
【0024】実施例1 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属層の形成をCuの蒸着と、Alイオンの照射で
の作成例である。
【0025】真空排気系2により圧力10-4Paに排気
された真空処理室1内で、イオンビーム源7から引き出
されたAlイオンビーム9を基板3上にエネルギー50
keV、電流密度5.0μA/cm2で前照射した。そ
してイオン照射量が1×1016ions/cm2に達し
た時点で、イオン照射はそのまま継続しながら、それと
同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内のCu金属
5を溶融蒸発させ、Cu蒸気8として基板3に蒸着させ
た。Cuの蒸着速度は10.0Å/秒とし、Cuの膜厚
が500Åに達した時点でAlイオンの照射を停止し、
その後はCu蒸着のみで膜厚10000ÅのCuの金属
層を形成した。
【0026】そしてAlNセラミックス材の表面に形成
されたCuの金属層のセラミックス基板に対する密着性
の評価は、Cuの金属層の表面にAl製の丸棒をエポキ
シ系接着剤にて接着し、その丸棒を基板に対して垂直方
向に引っ張り、破断時の荷重からCuの金属層の付着強
度を測定する方法で測定した。その結果を図2に丸印で
示した。
【0027】また、前記方法で表面にCuの金属層を形
成したAlNセラミックス材をCu配線パターンに用い
るべく、該パターン作成時のエッチング試験を行った。
試験方法は該試料上にフォストレジストを塗布した後、
長さ2mm、パターン間ギャップ幅80μmのマスクを
用い、紫外線露光、現像を行いレジストによる電極パタ
ーンを作成した。その後、塩化第2鉄4mol+塩酸
0.02mol/リットルの水溶液から成るエッチング
液に浸漬し、温度60℃で5分間のエッチング処理を行
った。その後、レジスト除去処理工程を経て、最終的に
作成された電極パターン間の抵抗を測定した結果、その
値は1010Ω以上であり、1工程のエッチング処理で、
ミキシング層も含めたCu膜が完全に除去されているこ
とが認められた。
【0028】比較例1 前記実施例1と比較するために、AlNセラミックス材
に照射するイオンとしてArイオンを用い、Arイオン
の照射時の条件をエネルギー50keV、電流密度5.
0μA/cm2、イオン照射量1×1016ions/c
2とした以外は前記実施例1と同様の方法でAlNセ
ラミックス材の表面にArイオンがイオンミキシングさ
れたCuの金属層を形成した。そしてCuの金属層のA
lNセラミックス材に対する付着強度を前記実施例1と
同一条件で測定し、その結果を図2に三角印で示した。
【0029】図2から明らかなように、本発明の実施例
ではAlNセラミックス基板の表面に形成されたCuの
金属層の基板に対する付着強度は55から70MPaを
示し、その値のばらつきは小さく、しかも8試料中5試
料(図2に黒丸印で示す)は付着強度試験時にCuの金
属層が基板より剥離したのではなく、AlNセラミック
ス基板自体の破壊により付着強度試験を続行することが
出来ず、試験を終了せざるを得ず、また1試料(図2に
白四角印で示す)は付着強度試験時にCuの金属層が基
板より剥離したのではなく、AlスタッドとCu膜とを
接着させた接着剤層に亀裂、剥離が発生してAlスタッ
ドとCu膜とが離脱し、付着強度試験を続行することが
出来ず、試験を終了せざるを得なかった。この場合の試
料の正味の付着強度は図2に示した値以上であると言え
る。これに対し、比較例のArイオンをイオンミキシン
グさせて形成されたCuの金属層は付着強度試験中に全
て剥離した。付着強度はその一部で50MPa以上の強
度を示す試料はあるものの、最低値4MPaから最高値
70MPaの範囲でばらついた値を示し、しかも殆どの
試料において50MPa以下であった。
【0030】実施例2 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属層の形成をCuとNiの蒸着と、Cuイオンの
照射での作成例である。
【0031】真空排気系2により圧力10-4Paに排気
された真空処理室1内で、イオンビーム源7から引き出
されたCuイオンビーム9を基板3上にエネルギー50
keV、電流密度20.0μA/cm2で前照射した。
そしてイオン照射量が5×1016ions/cm2に達
した時点で、イオン照射はそのまま継続しながら、それ
と同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内のCu−
10at%Ni合金から成る金属5を溶融蒸発させ、Cu
−Ni蒸気8として基板3に蒸着させた。Cu−Niの
蒸着速度は10.0Å/秒とし、Cu−Niの膜厚が5
00Åに達した時点でCuイオンの照射を停止し、その
後はCu−Ni蒸着のみで膜厚10000ÅのCu−N
i合金から成る金属層を形成した。
【0032】そして、Cu−Ni合金から成る金属層の
AlNセラミックス材に対する付着強度を前記実施例1
と同一条件で測定した。測定結果を図3に特性値(A)
として示した。図3から明らかなように試料のほとんど
において付着強度は50MPa以上であった。
【0033】比較例2 前記実施例2と比較するために、AlNセラミック材に
照射するイオンとしてArイオンを用い、Arイオンの
照射時の条件をエネルギー30keV、電流密度20.
0μA/cm2、イオン照射量1×1016ions/c
2とした以外は前記実施例1と同様の方法でAlNセ
ラミックス材の表面にArイオンがイオンミキシングさ
れたCu−Ni合金から成る金属層を形成した。そして
Cu−Ni合金から成る金属層のAlNセラミックス材
に対する付着強度を前記実施例1と同一条件で測定し、
その結果を図3に特性値(F)として示した。図3から
明らかなようにCu−Ni合金から成る金属層は付着強
度試験中に全て剥離した。付着強度は最低値5MPaか
ら最高値55MPaの範囲でばらついた値を示し、しか
も殆どの試料において50MPa以下であった。
【0034】実施例3 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属膜の形成を、先ず、金属イオンミキシング法で
Cuの蒸着と、Alイオンの照射で金属膜の下地層を形
成し、該下地層の上に湿式メッキ法によりCu層を形成
する作成例である。
【0035】先ず、真空排気系2により圧力10-4Pa
に排気された真空処理室1内で、イオンビーム源7から
引き出されたAlイオンビーム9を基板3上にエネルギ
ー50keV、電流密度5.0μA/cm2で前照射し
た。そしてイオン照射量が1×1016ions/cm2
に達した時点で、イオン照射をそのまま継続しながら、
それと同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内のC
u金属5を溶融蒸発させ、Cu蒸気8として基板3に蒸
着させた。Cuの蒸着速度は10.0Å/秒とし、Cu
の膜厚が500Åに達した時点でAlイオンの照射を停
止し、その後はCu蒸着のみで膜厚10000ÅのCu
の金属膜の下地層を形成した。次に、Cuの下地層が形
成されたAlNセラミックス材を陰極とし、硫酸銅、硫
酸溶液を用いる湿式メッキ法に従って、純銅製対極(陽
極)との間に直流電流0.05A/cm2を通電して、
Cuの下地層の上に最終的に5μm(50000Å)の
Cuの金属層を形成した。
【0036】そしてAlNセラミックス材の表面に金属
イオンミキシング法および湿式メッキ法で形成されたC
uの金属層のAlNセラミックス材に対する付着強度を
前記実施例1と同一条件で測定した。測定結果に図3に
特性値(B)として示した。図3から明らかなように試
料のほとんどにおいて付着強度は全ての試料で30MP
a以上であり、また、半数の試料は50MPa以上であ
った。8試料中、膜が剥離を起こした試料は1試料のみ
で、他は全て基板が破壊するまで膜剥離を示さなかっ
た。
【0037】比較例3 前記実施例3と比較するために、AlNセラミックス材
に照射するイオンとしてArイオンを用い、Arイオン
の照射時の条件をエネルギー50keV、電流密度2
0.0μA/cm2、イオン照射量1×1016ions
/cm2とした以外は前記実施例3と同様の方法でAl
Nセラミックス材の表面にArイオンミキシング法と湿
式メッキ法で形成されたCuの金属層を形成した。
【0038】そしてAlNセラミックス材の表面にAr
イオンミキシング法と湿式メッキ法で形成されたCuの
金属層のAlNセラミックス材に対する付着強度を前記
実施例1と同一条件で測定した。測定結果を図3に特性
値(G)として示した。図3から明らかなようにCuの
金属層は付着強度試験中に全て剥離した。付着強度は最
低値1.5MPaから最高値36MPaの範囲でばらつ
いた値を示し、しかも殆どの試料において20MPa以
下であった。
【0039】実施例4 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属層の形成をNiの蒸着と、Niイオンの照射で
金属膜の下地層の形成と、該下地層の上に湿式メッキ法
によりNi層を形成する作成例である。
【0040】先ず、真空排気系2により圧力10-4Pa
に排気された真空処理室1内で、イオンビーム源7から
引き出されたNiイオンビーム9を基板3上にエネルギ
ー50keV、電流密度10.0μA/cm2で前照射
した。そしてイオン照射量が5×1016ions/cm
2に達した時点で、イオン照射をそのまま継続しなが
ら、それと同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内
のNi金属5を溶融蒸発させ、Ni蒸気8として基板3
に蒸着させた。Niの蒸着速度は1Å/秒とし、Niの
膜厚が500Åに達した時点でAlイオンの照射を停止
し、その後はNi蒸着速度10Å/秒に増加させてNi
蒸着のみで膜厚10000ÅのNiの金属膜の下地層を
形成した。次に、Niの下地層が形成されたAlNセラ
ミックス材を陰極とし、硫酸ニッケル、塩化ニッケル溶
液を用いる湿式メッキ法に従って、Ni製対極(陽極)
との間に直流電流0.05A/cm2を通電して、Ni
の下地層の上に最終的に5μm(50000Å)のNi
の金属層を形成した。
【0041】そしてAlNセラミックス材の表面に金属
イオンミキシング法で形成されたNi下地層、および湿
式メッキ法で形成されたNiの金属層のAlNセラミッ
クス材に対する付着強度を前記実施例1と同一条件で測
定した。測定結果を図3に特性値(C)として示した。
図3から明らかなように7試料中1試料(図3に白丸印
で示す)を除きNi膜の剥離は見られず、試料は基板の
破壊によって測定を終了している。このことは、膜の付
着強度は図3(C)中に黒丸で示した値以上と言うこと
になる。しかし、実施例2の結果(図3(A))と比較
すると、基板の破壊する強度自体が30MPaから55
MPaと若干低い傾向を示していた。これはNiメッキ
膜の応力が影響したものと考えられる。
【0042】実施例5 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属層の形成をCuとNiの蒸着と、Alイオンの
照射で金属膜の下地層を形成し、該下地層の上に湿式メ
ッキ法によりCu層を形成する作成例である。
【0043】先ず、真空排気系2により圧力10-4Pa
に排気された真空処理室1内で、イオンビーム源7から
引き出されたAlイオンビーム9を基板3上にエネルギ
ー40keV、電流密度5.0μA/cm2で前照射し
た。そしてイオン照射量が2×1016ions/cm2
に達した時点で、イオン照射をそのまま継続しながら、
それと同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内のC
u−10wt%Ni合金から成る金属5を溶融蒸発させ、
Cu−Ni蒸気8として基板3に蒸着させた。Cu−N
iの蒸着速度は5Å/秒とし、Cu−Niの膜厚が50
0Åに達した時点でAlイオンの照射を停止し、その後
はCu−Ni蒸着のみで膜厚5000ÅのCu−Ni合
金から成る金属膜の下地層を形成した。次に、Cu−N
i合金の下地層が形成されたAlNセラミックス材を陰
極とし、硫酸銅、硫酸溶液を用いる湿式メッキ法に従っ
て、純銅製対極(陽極)との間に直流電流0.05A/
cm2を通電して、Cu−Ni合金の下地層の上に最終
的に10μm(100000Å)のCuの金属層を形成
した。
【0044】そしてAlNセラミックス材の表面に金属
イオンミキシング法で形成されたCu−Ni下地層、お
よび湿式メッキ法で形成されたCuの金属膜のAlNセ
ラミックス材に対する付着強度を前記実施例1と同一条
件で測定した。測定結果を図3に特性値(D)として示
した。図3から明らかなように殆どの試料において付着
強度は50MPa以上であった。
【0045】実施例6 本実施例はAlNセラミックス材から成る基板3の表面
への金属膜の形成をCuの蒸着と、Cuイオンの照射で
金属膜の下地膜を形成し、該下地層の上に湿式メッキ法
によりCuおよびNiの2層のメッキ層を形成する作成
例である。
【0046】先ず、真空排気系2により圧力10-4Pa
に排気された真空処理室1内で、イオンビーム源7から
引き出されたCuイオンビーム9を基板3上にエネルギ
ー40keV、電流密度10.0μA/cm2で前照射
した。そしてイオン照射量が5×1016ions/cm
2に達した時点で、イオン照射をそのまま継続しなが
ら、それと同時に電子ビーム加熱により金属蒸発源6内
のCu金属5を溶融蒸発させ、Cu蒸気8として基板3
に蒸着させた。Cuの蒸着速度は5Å/秒とし、Cu−
Niの膜厚が500Åに達した時点でAlイオンの照射
を停止し、その後はCu−Ni蒸着のみで膜厚5000
ÅのCuの下地層を形成した。次に、Cuの下地層が形
成されたAlNセラミックス材を陰極とし、硫酸銅、硫
酸溶液を用いる湿式メッキ法に従って、Cu製対極(陽
極)との間に直流電流0.05A/cm2を通電して、
Cuの下地層の上に最終的に5μm(50000Å)の
Cuの金属層を形成した。その後、硫酸ニッケル、塩化
ニッケル溶液を用いる湿式メッキ法に従って、Ni製対
極(陽極)との間に直流電流0.05A/cm2を通電
して、Cu層の上に最終的に1μm(10000Å)の
Ni膜を形成した。
【0047】そしてAlNセラミックス材の表面に金属
イオンミキシング法で形成されたCuの下地層、および
湿式メッキ法で形成されたCuおよびNiの2層の金属
層のAlNセラミックス材に対する付着強度を前記実施
例1と同一条件で測定した。測定結果を図3に特性値
(E)として示した。図3から明らかなように半数以上
の試料において50MPa以上、ほとんどの試料におい
て30MPa以上の安定した強度が得られた。尚、7試
料中1試料は接着剤が剥がれて測定を終了しており、真
の付着強度を示すものではない。
【0048】前記各実施例で示した、金属蒸着、金属イ
オン照射の併用における金属層の形成条件(蒸着金属の
単独、合金の種類、照射金属イオンの単独、混合イオン
の種類、照射量等)は1例であり、本発明の形成条件は
これに限定されるものではない。基板上へのイオン前照
射の有無、金属イオンの前照射量、イオンエネルギー、
イオン電流密度等は金属蒸着速度、またはイオン照射に
よる基板温度の上昇、処理時間、コスト等との関係にお
いて最適条件を定めて、この条件下で適切に行えばよ
い。また、AlNセラミックス材の表面への金属蒸着と
金属イオンの照射の併用は、前記実施例で示すように同
時に、或いは間欠的に交互に行ってもよい。
【0049】また、金属層の形成の全過程においてイオ
ン照射を併用する必要性は必ずしもない。前記各実施例
に示すように、照射される金属イオンが金属蒸着膜に注
入される深さである最大500Åまで、イオン照射を同
時に併用して金属層の形成を行い、その後は、イオン照
射を停止して金属蒸着のみで金属層を形成することは金
属層の密着性に対して何ら問題がない。
【0050】この場合、前記実施例では金属層の形成の
全てを図1に示す同一真空処理室内で形成したが、図1
に示す装置に代えて図4に示すような多室構成の真空処
理室を用いてもよい。図4に示す多室構成の真空処理室
の構成について図1に示す真空処理室との相違点につい
て説明する。
【0051】真空処理室1に隣接して第2真空処理室2
1を隔離バルブ22を介して接続した。該第2真空処理
室21内を外部の真空ポンプ等の真空排気系23に接続
すると共に、第2真空処理室21内の上方に、真空処理
室1および第2真空処理室21間の所定の真空度を維持
しながら、基板3を真空処理室1内との間に基板3を保
持した基板ホルダー4を往復し得る搬送機構24を設置
した。また、第2真空処理室21の下方に前記搬送機構
24によって基板ホルダー4に保持され、第2真空処理
室21内に搬送されてきた基板3に対向させて例えばC
uの金属25を加熱蒸発させるための金属蒸発源26を
配置した。尚、図中、27は第2真空処理室21内の圧
力を測定する圧力計、28は金属蒸着速度をモニターす
るための蒸着速度モニターを示す。その他の符号は前記
図1装置と同一のため説明を省略する。
【0052】図3に示す形成装置を用いる場合は、先
ず、真空処理室1内で基板上への金属蒸着と金属イオン
の照射を同時に行って金属層を形成し、更に該金属層の
上に該金属層と同一または異なる金属の蒸着を連続的に
行う。この装置を用いて基板上に金属層を形成すれば、
多量生産のAlNセラミックス材の表面への金属層の形
成に適する。
【0053】前記各実施例で示した、金属イオンミキシ
ング法で基板上に形成された金属層(下地層)上に湿式
メッキ法で形成する金属層のメッキ液、メッキ条件は1
例であり、本発明の湿式メッキ法はこれに限定されるも
のではなく、下地層の金属の種類、下地層の厚さ、メッ
キする金属の種類、メッキ層の厚さに応じてメッキ液、
メッキ条件を適宜設定し、この条件下で適切に行えばよ
い。
【0054】本発明のAlNセラミックス材の表面への
メタライズ方法は、金属イオンミキシング法を用いるた
めに次のようなメリットがある。本発明における金属イ
オンミキシング時の照射金属イオンは、Cu、Al、N
i中から選択された1種類或いは2種類以上のイオンで
ある。これら照射される金属元素は、Cu蒸着の金属
層、またはNi金属蒸着層、またはCuとNiの合金の
蒸着層とAlNセラミックス材の界面部分に残留して
も、金属層形成の後の配線パターン作成時のエッチング
工程において、1工程のみで金属層とミキシング層を同
時にエッチング除去することが出来る。これに対し、従
来のTi等の活性金属を用いる方法の場合は、AlNセ
ラミックス材と金属層の密着性の向上には寄与するが、
エッチング工程でCu等の金属層とTi等の活性金属層
を同時にエッチング除去することは出来ないという問題
がある。本発明の金属イオンミキシングに用いる金属は
Cu、Al、Niのうちから選択された金属イオンを用
いるようにしているので、エッチング処理工程の短縮に
寄与する。
【0055】また、本発明のAlNセラミックス材の表
面へのメタライズ方法は、金属イオンミキシング法とメ
ッキ法を併用するために次のようなメリットがある。A
lNセラミックス材の表面に形成されたCu、Niまた
はCu−Ni合金から成る金属層はLSI、またはパワ
ートランジスター等の導電層として使用されるため、通
電する電流量によっては該金属層(導電層)の厚付けが
要求されるが、その場合、金属蒸着のみで金属層の厚膜
化を計ることが出来るが、金属の厚膜形成に適した湿式
メッキ法を複合させることにより要求された厚膜の金属
層を極めて簡単に形成することが出来る。この場合、金
属イオンミキシング法により形成された金属層(下地
層)とAlNセラミックス材との間は前記イオンミキシ
ング作用により強固に結合している。また、下地層の上
に形成された金属のメッキ層(金属層)については、密
着性のよい金属膜を得る条件も広く知られているため、
密着性(付着強度)に優れた金属メッキ層を形成するこ
とは容易である。結果としてこの複合プロセスにより、
全体としてAlNセラミックス材の表面に極めて密着し
た金属の厚付け層を形成することが出来る。
【0056】
【発明の効果】本発明によるときは、AlNセラミック
ス材の表面への金属層の形成を金属の蒸着と平行するか
たちで金属イオンを照射することにより、AlNセラミ
ックス材と金属との間の界面部分では蒸着金属、および
AlNセラミックス材の構成元素が照射された金属イオ
ンの照射衝撃により結合の切断、原子のノックオン注
入、熱的効果等のミキシング作用を受け、AlNセラミ
ックス材と金属層の元素が互いに連続的に混ざり合い、
AlNセラミックス材と金属層とを強固に繋ぐ界面ミキ
シング層を形成する。この界面ミキシング層の存在によ
りAlNセラミックス材との密着性に優れた金属層を得
ることが出来る。また、照射する金属イオンはそれ自体
少なくとも10keV以上の高エネルギーを有するた
め、室温程度のプロセス雰囲気温度下でもイオンミキシ
ング作用が充分に行われる。またイオンミキシング時に
はCu、Al、Niの中から選択される1種類或いは2
種類以上の金属イオンを照射するため、これら照射され
る金属元素はAlNセラミックス材の表面に蒸着するC
u、NiまたはCu−Ni合金の金属層とAlNセラミ
ック材の界面部分に残存、存在してもTi等の活性金属
とは異なり、金属層の形成後の配線パターン作成時のエ
ッチング処理の際、1工程のみで金属層を容易にエッチ
ング除去することが出来る等の効果がある。
【0057】また、AlNセラミックス材の表面に金属
イオンミキシング法で金属層を形成した後、該金属層を
下地層とし、その下地層の上に湿式メッキ法で金属層を
形成するときは、下地層となる金属層がイオンミキシン
グ作用によりAlNセラミックス材の表面に強固に結合
しているため、AlNセラミックス材の表面に優れた密
着性を有する金属層を所望の厚さに極めて容易に形成す
ることが出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のメタライズ方法を実施するための装
置の1例の概略説明図、
【図2】 本発明の実施例と比較例におけるAlNセラ
ミックス材に対するCu膜(金属層)の付着強度を示す
特性値図、
【図3】 本発明の他の実施例と他の比較例におけるA
lNセラミック材に対する金属層の付着強度を示す特性
値図、
【図4】 本発明のメタライズ方法を実施するための多
処理室構成装置の1例の概略説明図。
【符号の説明】
1 真空処理室、 3 セラミックス基板、6
金属蒸発源、 7 イオンビーム源、8 蒸
発金属、 9 高速イオンビーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H05K 3/14 A 7511−4E (72)発明者 渡辺 君達 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属イオンミキシング法によりAlNセ
    ラミックス材の表面に、Cu、Niのうち少なくとも1
    種類の金属の蒸着と、Cu、Al、Niのうち少なくと
    も1種類の金属イオンの照射を同時に行って、該表面に
    金属層を形成することを特徴とするAlNセラミックス
    材の表面へのメタライズ方法。
  2. 【請求項2】 金属イオンミキシング法によりAlNセ
    ラミックス材の表面に、Cu、Niのうち少なくとも1
    種類の金属の蒸着と、Cu、Al、Niのうち少なくと
    も1種類の金属イオンの照射を同時に行って、該表面に
    Cu、Ni、Cu−Niのいずれかの金属層を形成した
    後、該金属層上に湿式メッキ法によりCu、Niのうち
    から少なくとも1種類の金属層を形成することを特徴と
    するAlNセラミックス材の表面へのメタライズ方法。
JP7696393A 1993-04-02 1993-04-02 AlNセラミックス材の表面へのメタライズ方法 Pending JPH06293581A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0815989A2 (de) * 1996-07-06 1998-01-07 Thyssen Guss Ag Verfahren zur Herstellung von lokal keramikverstärkten, gegossenen Bremsscheiben aus Leichtmetallegierungen
CN105801179A (zh) * 2015-04-30 2016-07-27 深圳市环基实业有限公司 一种陶瓷基板直接金属化方法
CN111312851A (zh) * 2019-11-19 2020-06-19 华南理工大学 一种AlN纳米线日盲区探测器的制备方法

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