JPS5933665B2 - 応力のないニツケル層を与える方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自触媒化学還元によるニッケル、関連金属及び
合金を付着するプロセス、さらに具体的にはめつき溶液
中のアミン−ホウ素化合物による自触媒化学還元によつ
てニッケル層を付着するプロセスに関連する。

半導体製造技法においてはマスクを介する蒸着もしくは
めつきされるべき導電性領域に対する電気的コンタクト
の形成が可能でない場合に、基板の選択的領域を導電体
金属でめつきする事が時々必要になる。

この場合には、導電性層の付着は通常無電気めつき技法
、即ちめつきさるべき金属のイオン、及び該金属イオン
のための自触媒化学還元削を含むめつき浴がイオンを還
元して層中に金属を付着させるプロセスによつて達成さ
れる。この様な浴は米国特許第３７５３７４２号に説明
された如く、次燐酸塩もしくは米国特許第２９９０２９
６号に説明された如くアミン−ホウ素還元剤のいずれか
を含んでいる。無電気めつきめつき浴からの結果の付着
金属層は自触媒還元の副産物、即ち、リンもしくはホウ
素を自から含む事になる。これ等の不純物は金属層内に
応力を生じ、同様に表面の湿潤性を減少し、これ等は付
着された層を含むその後のめつきプロセスに悪影響を与
える。背景技法従来の技法、米国特許第４０５５７０６
号は水性浴から基板上にニッケル−ホウ素層を付着する
事によつて酸化抵抗性金属被覆を形成し、該ニッケル−
ホウ素層をハロゲン還元雰囲気中で加熱し、ホウ素を層
から除去するプロセスを開示している。

ＩＢＭＴＤＢＶｏｌ、２Ｏ、ム７１９７７年１２月刊第
２６６８頁は無電気めつき技法によつて付着されたニツ
ケルーリン層から加熱によつてリンを除去する方法を開
示している。本発明に従い、自触媒金属還元反応の通常
の副産物、即ちホウ素によつて比較的汚染されない無電
気めつき技法によつて付着される金属ホウ素層を形成す
るプロセスが与えられる。

従つて、選択的に付着される金属層は、めつきさるべき
導電性領域に電気的接触を必要とする電気めつき技法に
よつて付着される層の純度を持つて形成される。無電気
めつきプロセスの利点は通常の欠点を持たない様に達成
される点にある。改良された品質の歪のない金属層を与
える本発明の方法は、金属層が付着される表面領域に或
るガラス材料を含む基板を与える段階、無電気めつき技
法によつて基板の表面領域上に導電性金属及びホウ素の
層を付着する段階、結果の基板及び導電性金属及びホウ
素層を非反応性及び／もしくはＨ２環境中で、少なく共
７５０℃の温度で導電性層から基板中のガラスヘホウ素
を拡散するに十分な時間カロ熱する段階より成る。

半導体技法における導電性層という代表的応用例、さら
に具体的には実装技法中における現在の慣用及び問題に
関連する本発明の性質及び重要性を理解する事は重要で
ある。

半導体パツケージは集積回路ケイ素装置と比較して、比
較的大きい基板を有する。基板は絶縁材料で形成され、
基板上に取付けられる装置を相互接続し、より大きな板
もしくはカードに接続するためのＩ／０端子に向つて拡
がつた導電性冶金システムが与えられている。半導体装
置がより稠密になり、動作の速度が増大するにつれ、半
導体装置のパホーマンス能力を十分に使用し得る実装構
造を与える事に対する緊急な必要が生ずる。単一の基板
上に多数の装置を取付け、相互接続し、基板を極めて急
速な電気的信号が内部寄生インダクタンス及び容量効果
によつて消散しない様に製造する事が利点が多い。この
目的を達成し得る半導体パツケージは米国特許第４２４
５２７３号に開示されており多重層のセラミック基板を
有する。この基板は穿孔された貫通孔及び内部相互接続
される冶金層を与える様に配列された導電性パターンを
有する複数個の生のセラミツク・シートで形成される０
冶金層は通常生のセラミツク基板を焼結するために必要
とされる高温に耐え得るスクリーンされた耐火金属であ
る。焼結に続き、基板の上部及び下部上の露出され焼結
された耐火金属パターンははんだ付けもしくはろう付け
が出来る様なものでなくてはならない。

周知の方法はスクリーン及び焼結された耐火金属領域の
表面にはんだ付けもしくはろう付け可能な金属即ち銅も
しくはニツケルの層を与える事である。生のセラミツク
基板は焼結中に一様にはちぢまないので、はんだ付け可
能金属を選択的に付着し、もしくは減少的に食刻するた
めのマスクの使用は極めて小さな冶金層パターンを有す
る大きな基板には容易ではない。同様に、もし領域の１
部の直接電流源に接続され得なければ電気めつきは使用
され得ない。溶液は基板上の耐火金属領域にはんだ付け
もしくはろう付け可能な金属層、代表的ニツケル層を無
電気的にめつきするものである。

しかしながら結果の金属層は自触媒反応の副産物を含む
。この副産物は、層中に応用を生じ、これは層の分離を
生じ、溶融はんだもしくはろう付け材料の湿潤性を失わ
しめるので致命的である。このプロセスにおいて、無電
気的ニツケル層は表面を含むガラス材料上のアミン−ホ
ウ素自触媒還元剤を含む浴から付着され得、結果のニツ
ケルホウ素層は少なく共７５０℃の温度に加熱され、ニ
ツケルーホウ素層からホウ素が基板のガラスに拡散され
る。

この事はホウ素が内部的に拡散し、ガラスと反応して、
ガラスによつて保持され、実質的に汚染のないニツケル
層が残されると理論化される。本発明の実施によつて、
不純物を含まない層が任意の適切な基板上に付着され得
る。

もしニツケル層がパターンをなして選択的に形成される
のであれば、パターンの構造は下層の冶金パターン、即
ち通常耐火金属を含むスクリーンされたパターンによつ
て、もしくは無電気めつき技法において知られた還元剤
による領域の活性化によつて決定されなければならない
。無電気めつき浴はスクリーンされた金属領域のみを選
択的にめつきするために使用されるものである。めつき
される領域は表面に隣接して通常０．５乃至１５０１）
重量の範囲のガラス粒子を有する必要がある。無電気め
つきニツケルの付着に対する最も好ましいベースはタン
グステン、タンタル、モリブデンもしくはマンガンの如
き微粒子状の耐火金属、有機樹脂ビークル及び０．５０
１）乃至１５％の範囲、さらに具体的には４乃至１１％
重量の範囲にあるガラスーフリツトから形成されたスク
リーンパターンである。ノマターンは生のセラミツク基
板上にスクリーンされ、基板と共に焼結されるか、もし
くはずでに焼結されたセラミツク基板上にスクリーンさ
れ、焼結される。もしくは、スクリーンされる金属パタ
ーンはグラス・フリツトを含まないペーストより成り得
る。しかしながら、基板がガラスを含まねばならず、ガ
ラスが焼結中に上方に泳動して必要な量だけ耐火金属ペ
ースト・パターンに浸透しなければならない。基板が適
切に製造され、浄化された後にアミン−ホウ素還元剤を
含むニツケル・イオンを含む任意の適切なめつき浴によ
つてニツケルーホウ素層が付着される。

適切な無電気めつき浴は市販されており、一般的に米国
特許第２９９０２９６号に説明されている。適切な浴が
選択された後、ニツケルーホウ素は下層の耐火金属領域
上にのみ付着される０ニツケルーホウ素層は代表的には
０．１乃至３％重量のホウ素を含み、さらに具体的には
０．３乃至０．７％重量のホウ素を含む。ユツケルホウ
素層の厚さは通常２乃至１５ミクロンの範囲にある。第
１図はスクリーンされたモリブデン及びガラス層上に横
たわる略１％ホウ素を有するニツケルーホウ素層の高度
に拡大された断面の写真である。ニツケルーホウ素層１
０はホウ素粒子を示す多くの黒いスボツトを含む事に注
意されたい。下層のスクリーンされたモリブデン層１２
中の黒い粒子はガラス粒子であり及び明るい領域はモリ
ブデンを示す〇次いで本発明のプロセス中に、結果の基
板及びニツケルーホウ素層は不活性雰囲気中で７５０乃
至１２００℃の範囲の温度、好ましくは８００乃至９０
０℃の範囲の温度に加熱される。

環境はヘリウムもしくはアルゴンの如き非反応気体、水
素もしくは水素及び窒素の組合せ還元雰囲気もしくは真
空である。この加熱段階はニツケルーホウ素層１０中の
ホウ素の下方向拡散を生ずるに十分な時間遂行される。
ホウ素は下層のモリブデン層１２中のガラスと反応し、
ガラスによつて保持される。第３図はホウ素粒子を下層
のモリブデン層１２中に駆動するに十分な時間加熱され
たニツケルーホウ素層１０Ｂを示す。下層１０Ｂ中には
、層１０Ａと比較して黒い粒子は存在せず、この事はホ
ウ素が除去された事を示す。第２図を参照するに、完全
にホウ素を除去するには十分でない時間加熱されたニツ
ケルーホウ素層が示されている。上部１０Ａは第１図中
の層１０Ａと似ている事に注意されたい。下部１０Ｂは
色が明かるく第３図中の層１０Ｂと匹敵する事に注意さ
れたい。次の実施例は本発明のプロセスの好ましい特定
実施例を示すものであり、本発明の範囲を制限するもの
ではない事に注意されたい。実施例 １ 生のセラミツク基板の２組が、多層セラミツク技法を使
用した基板を構成する事によつて達成される内部金属シ
ステムを有する様に製造された〇基板の２つの組の各基
板上には表面冶金システムが開孔されたマスクを介して
導電性ペースト混合物をスクリーンする事によつて付着
された。

ペーストは８１％重量、１乃至１０ミクロンの範囲の粒
子寸法を有するＭＯ粒子、４％垂量の１乃至１０ミクロ
ンの範囲の粒子寸法を有するガラス・フリツト及び残部
の有機ビークルより成る。表面冶金層は内部冶金システ
ムと接触し、各基板の上部表面領域の略９０％覆うパツ
ドより成る。２組の基板はその後約１５００℃の温度、
約６時間、炉のＨ２雰囲気中で焼結された。

焼結されたパッドの上部表面を検査する事によつて、ガ
ラス粒子は焼結されたＭＯ金属パツド中に点在している
事がわかる。パツドは略２５ミクロンの厚さである。両
者の基板のパツド表面はここで蒸気吹付け、ＫＯＨ食刻
剤、Ｋ３，Ｆ２（ＣＮ）６溶液及び最後に塩化パラジウ
ム活性浴中に浸漬する事によつて金属めつきに対して準
備された。次に基板はアミンーボルナン還元剤及びＮ１
塩を含む市販の無電気めつきＮＩ浴中に浸漬された。本
発明の実施に使用されるに適した無電気めつき浴は米国
特許第２９９０２９６号及び米国特許第３３３８７２７
号に説明されている。このプロセス段階は平均の厚さが
５ミクロンで１％のホウ素量を有する選択的付着を生ず
る。基板の第１の組は湿潤性Ｈ２雰囲気を含む炉中で８
６０℃の温度に１５分間加熱された。基板の第２組は同
一炉中で同一時間、ただし６００℃の温度に加熱された
。２組の基板が冷却された後、これ等は検査され分析さ
れた。

Ｘ線回折テストは基板の第１組中のニツケル層中には無
視出来るホウ素が残され、基板の第２の組中のニツケル
層には約１％のホウ素が含まれている事を示した。基板
の両組中のニツケル層中の応力が測定された。第１の組
のニツケル層中の応力略７００Ｋｆ／ｄであり、他方第
２の組のニツケル層中の応力は略７０００Ｋｆ／Ｃ！！
？であつた。従つて顕著なホウ素を含まず、低い応力を
有する著しくニツケルが優位の層が基板の第１の組に適
用された高熱処理によつて形成されるものと結論出来る
。実施例 … 生のセラミツク基板の２つの組が実施例１中に記述され
た如く製造された。

しかしながら表面冶金層を形成するために使用される導
電性ベースは第１実施例の如くはガラス・フリツトを含
まず、同−ＭＯ粒子及びビークルを同一割合で含む。基
板の結果の組が実施例１と同様に加熱され、結果のニツ
ケル層が検査され分析された。第１の組のニツケル組中
のホウ素の内容は無視出来るが、第２の組では略１％で
あつた。基板の第１の組のニツケル層中の応力は第２の
組中よりもはるかに低かつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はモリブデン・ガラス条片上に付着された無電気
めつきニツケルーホウ素層の金属組織の拡大断面の写真
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ニッケル層が付着さるべき表面中に若干のガラス材
   料を含む基板を与える段階と、上記基板の上記表面領域
   上に無電気めつき技法でニッケル−ホウ素の層を付着す
   る段階と、この様にして形成された結果の基板及びニッ
   ケル−ホウ素層を非反応性環境で、少なく共７５０℃の
   温度で上記ニッケル−ホウ素層からホウ素を基板中の上
   記ガラスへ拡散せしめるに十分な時間加熱させる段階と
   より成る応力のないニッケル層を与える方法。