JPS63260097A

JPS63260097A - 配線基板

Info

Publication number: JPS63260097A
Application number: JP9205487A
Authority: JP
Inventors: 康則成塚; 森　佳治; 明藪下; 池田　省二; 守森田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1988-10-27
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0642593B2

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］本発明は配線基板に係り、特にマイクロソルダリングと
呼ばれる微小電極のはんだ付けに好適な電極を備えた配
線基板に関する。

［従来の技術］従来の配線基板においては、は゛んだ接続を２〜３回程
度の修正を行うことを考慮すると、全体の厚さは６〜７
μ腫程度であるが、Ｃｕは４〜５μ醜の厚さを必要とし
、これにより薄い場合は２〜３回目の修正時に接続不良
を生じてしまう、この点を改善するために、ＣｕとＮｉ
の混合層を用いる例が、シャープ技報第３３号（１９８
５年）　ｐｐ、５０〜６０に記載されている。しかしこ
の場合でも、Ｃｕ−Ｎｉ混合層の厚さは１μ閣で２回の
修正が限度とされている。

［発明が解決しようとする問題点］上記した従来技術は、いずれも１μ龍以上の膜厚が必要
となっていた。しかし、このような膜厚では大きな段差
を生じ、はんだ何重極部を保護する被覆層の被覆性を低
下させ（基板、バリヤ等が完全に覆いきれない）、厚い
被覆層を必要とするばかりか、接続部の信頼性をも低下
させるという問題があった。

本発明の目的は、はんだバリア性が高く（はんだ拡散を
防ぐことができる）、安価かつ製造が容易である材料を
提供することにより、上記問題点を解決し、膜厚が０．
５μ飄以下でも３回以上のはんだ付けに耐えるはんだ何
重極を有する配線基板を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］上記目的は少なくとも配線パターンと電極の設けられた
配線基板において、少なくともはんだ付けを行う電極の
一部又は全部をニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ　）、及び
酸素（○）からなる合金とすることで達成される。

そしてＮｉとＣｕ合金の組成は、好ましくはＮｉとＣｕ
の原子数の割合が（５：９５）　〜（９５：　５）の範
囲内のものであって、酸素が全体の０．０５〜５ａｔｏ
ｍｉｃ％の範囲のものである。

［作用］Ｎｉ−Ｃｕ合金に添加された酸素は、ＮｉおよびＣｕと
酸化物を形成すると考えられる。ＮｉおよびＣｕの酸化
物は溶融はんだに濡れ難く、はんだをはじいてしまう働
きがあることが知られている。

このような酸化物が微量にＮ　ｉ　−Ｃｕ合金中に存在
することにより、Ｎ　ｉ　−Ｃｕ合金中へのはんだの拡
散を抑制し、はんだバリア性を向上させる。第１図に、
本発明のＮ　ｉ　−Ｃｕ　−０合金膜を含むはんだバリ
ア層のバリア特性測定結果を示す。本実験は、所定の膜
厚（この場合０．２μｍ）を有する各種金属膜をガラス
板上に形成し、このガラス板を種々の温度に保持した場
合に金属膜中をはんだが拡散して通り抜ける時間から、
はんだバリア性を知るものである。本実験によれば、銅
の場合１に比べて、Ｎｉ−Ｃｕ合金（６０＋ｍｏ１％Ｎ
ｉ　　４０ｍｏ１％Ｃｕ）の場合２は、１０倍前後のは
んだバリア性を有しているが、２と同じ組成を有するＮ
ｉ−Ｃｕ合金膜に微量の酸素（約１％程度）を添加した
場合３は、更にＮｉ−Ｃｕ合金膜より数倍価れたはんだ
バリア性を有していることが明らかである。ロジウム４
の場合は、はんだバリア性の温度依存性が非常に大きく
、低温ではんだの付きが悪く、高温ではＮｉ−Ｃｕ合金
膜と同等であるため、付きが悪い点でＮｉ−Ｃｕ合金膜
に酸素を添加することで、はんだバリア性が大幅に改善
されることが明らかである。

［実施例］以下本発明の実施例を、図により説明する。

実施例ｌＮｉ−Ｃｕ膜に酸素を添加したＮ　ｉ　−Ｃｕ　−０合
金膜を形成するためには種々の方法が考えられるが、最
も実用的なのは蒸着、スパッタリング等の薄膜形成法で
ある。これらの方法の場合、材料中に酸素を入れるか、
膜形成の時に雰囲気中に酸素を導入することでＮｉ−Ｃ
ｕ−０合金膜を形成できる。

第１図中に示したＮｉ−Ｃｕ−０合金膜は、スパッタリ
ング法を用い、雰囲気の調整により形成したものである
。詳細条件を、第１表に示す。

ターゲットは、６０ｓ＋ｏ１％Ｎ　ｉ　−４０ｍｏ１％
Ｃｕの組成の合金ターゲットを用いたが、この組成に限
らず全組成域にわたって上記方法は適用可能である。

しかしながら１本発明の効果を十分に発揮せしめるため
には、５０ｍｏ１％Ｎ　ｉ　−５０＋ｉｏ１％Ｃｕから
７５ｍｏ１％Ｎ　ｉ　−２５ｍｏ１％Ｃｕの組成のター
ゲットが望ましい、Ｃｕが５０ｍｏ１％以上含まれた場
合は、フォトエツチングプロセス中の表面の損傷が大き
く、極端な場合にはプロセス中で膜厚の減少を生じる場
合がある。また、Ｎｉが７５ｍｏ１％以上含まれる場合
、ターゲット材料自体が強い強磁性を示すようになり１
通常の磁石を用いたマグネトロンスパッタリングによる
高速成膜が困難となる。このような場合でも希土類磁石
を使えばマグネトロンスパッタリングは可能であるが、
ターゲット材料の利用効率が低下し、安価な材料という
目的から外れる。

このようにして形成したＮｉ−Ｃｕ−０合金膜の分析例
を、第２図に示す、この分析はＡＥＳ（Ａ−ｕｇｅｒ　
Ｅ　１ａｃｔｒｏｎ　Ｓ　ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）に
よる深さ方向分析であるが、Ｎｉ−Ｃｕ−０合金膜にあ
たる部分にはＮｉ８とＣｕ９の外に微量の○（酸素）　
１０が１％程度検出されている。ＡＥＳ分析は定量が難
しいので○の含有量は定かではないが、数ｍｏ１％以下
であることは明らかである。このように、Ｎｉ−Ｃｕ合
金膜中に取り込まれた０が、前述のＮｉ−Ｃｕ合金膜と
Ｎ　ｉ　−Ｃｕ　−０合金膜のはんだバリア性の違いを
作ることが明らかであり、本発明の主張する０（酸素）
添加の効果が立証されたことになる。

実施例２まず、第３図（１）に示す如く基板１２上にＡＩ、Ｃｕ
等の配線となるべき金属膜１３を、真空蒸着。

めっき、箔の貼付等により形成し、実施例１に示した手
法により第３図（２）の如く本発明に係るＮｉ−Ｃｕ−
０合金膜１４を０．０１μｍ〜数μｍ程度形成する。こ
の時、配線となる金属膜１３の表面に、酸化層が形成さ
れないよう注意する必要がある。このような酸化層は、
はんだ付の接続強度の低下や電気的接続に悪影響を与え
る。

上記成膜工程終了後第３図（３）の如くフォトエツチン
グ等の手法を用いて所望の配線パターンを形成する。こ
の時、Ｎｉ−Ｃｕ−０合金膜１４のエツチング液として
は、ヨウ素系の液、塩化第２銅系の液又は硝酸、系の液
を用い、室温で容易に除去できる。

Ｎｉ−Ｃｕ−０合金膜表面のはんだに対する濡れを確実
にするために、第３図（４）の如＜　Ａｕ１５を無電解
めっき等の手法により形成しても良い。この場合、はん
だバリア層であるＮｉ−Ｃｕ−０合金膜１４の厚さが薄
いため、Ａｕ膜１５は０．１〜０．２μ−程度とした方
が接続強度の点で有利である。これ以上厚い場合、はん
だとＮｉ−Ｃｕ−０合金との合金層中に大量のＡｕ又は
Ａｕの金属間化合物が存在することになり、接続強度が
低下する。導体の一部にＮｉ−Ｃｕ−０合金膜１４を形
成するには、第３図と同様にして、第４図の（１）〜（
３）のようにして製造する。

また、ＣｕやＡｌの上に直接Ｎｉ−Ｃｕ−０合金膜を形
成した後、２００℃以上の熱工程がある場合ＣｕやＡＩ
とＮｉ−Ｃｕ−０合金膜との間で相互拡散が生じる。第
５図はＣｕ配線上にＮｉ−Ｃｕ−０合金膜を形成した後
に、３５０℃で３時間の熱処理を行った場合の相互拡散
の状態をＳ　Ｉ　Ｍ　Ｓ　（Ｓ　ｅｃｏｎｄ−ａｒｙ　
Ｉ　ｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓ　ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で
分析した結果であるが、Ｎｉ−Ｃｕ−０合金膜中のＮｉ
がＣｕ配線中に拡散しているのがＮｉを示す線８から明
らかである。これを防ぐためには、ＣｕやＡｌ配線とＮ
　ｉ　−Ｃｕ　−０合金膜の間にＣｒの薄層を設置する
のが有効である。第６図はＣｒ薄層の効果を示すＳＩＭ
Ｓの分析結果であるが、３５０℃で３時間の熱処理の後
もＮｉがＣｕ配線中に拡散していないのが明らかである
。

このようにして形成した電極に、はんだ接続を行って接
続強度を調べた結果、実施例１に示したＮｉ−Ｃｕ−０
合金膜に６３Ｓｎ／３７Ｐｂはんだを２３０℃で接合さ
せた場合、平均破断強度５．２ｋｇ／ａｍ”を得た。さ
らに、破断は全てはんだ部分で生じており、理想的な接
続強度に近い値を得た。

［発明の効果コ本発明によれば、はんだ付けを行う電極の厚さが従来の
１０分の１以下で済むため、微細回路へのはんだ付けが
容易となる上、製造コストも低減できる。また、接続強
度、はんだ濡れ性共に従来の電極以上の特性を有し、は
んだ接続部の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種金属と本発明のＮ　ｉ　−Ｃｕ　−０合金
膜のはんだバリア性を比較する図、第２図はＮｉ−Ｃｕ
−０合金膜の元素分析を示す図、第３図。第４図は本発明に基づく配線基板の工程を示す図、第５
図はＮｉ−Ｃｕ−０合金膜とＣｕとの相互拡散を示す図
、第６図はＮｉ−Ｃｕ−０合金膜とＣｕとの相互拡散を
防止した例を示す図である。１・・・銅のはんだバリア性を示す線、２・・・Ｎｉ−
Ｃｕ合金のはんだバリア性を示す線、３・・・Ｎｉ−Ｃ
ｕ−０合金のはんだバリア性を示す線、４・・・ロジウ
ムのはんだバリア性を示す線、５・・・Ｎｉ−Ｃｕ−０
合金膜の部分、６・・・Ｃｒ膜の部分、７・・・Ｃｕ膜
の部分、８・・・Ｎｉのピーク、９・・・Ｃｕのピーク
、１０・・・０のピーク、１１・・・Ｃｒのピーク、１
２・・・基板、１３・・・配線金属膜、１４・・・Ｎｉ
−Ｃｕ−０合金膜、１５・・・Ａｕ膜、１６・・・Ｓｉ
のピーク、１７・・・ガラス基板の部分。代理人　弁理士　　秋　本　正　実第１図基　孜　ゑｉＴ（’Ｃ）幕膿五友１／Ｔ（ＸＩσに′）１−−・＠　　　　　　　　　　　　　３−０＊ｈＮｉ
−Ｃｕ２−−−６０ｍｏノ”Ａ　Ｎｉ−４Ｎｉ−４ＯＣ
ｕ、４−ａｖりＡ第２図５−・−Ｎｉ−Ｃｕ−０４４ｔＪｌ１８−−−Ｎｉ／１
１：”り　ＩＩ−−−Ｃｒのｈ・−り６−−−Ｃｒ　　
４　　　　　　９−−−Ｃｕｙご一７フーーーＣｕ　Ｊ
ｌ　　　　　　　　　１０−−０　　のｂ゛−７第３図１２・−１−１ｔ　　１４”−Ｎｉ−Ｃｕ−０４’ｔＪ
１１３−ｔ−［）ｔＪ＆Ｊ笑１５＝−Ａｕ　ｙＩ！に第
４図

Claims

【特許請求の範囲】

１、少なくとも配線パターンと電極の設けられた配線基
板において、少なくともはんだ付けを行う電極の一部又
は全部がニッケル、銅及び酸素からなる合金によって形
成されていることを特徴とする配線基板。