JPH0360184A - 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〕 本発明は銅配線基板、特に最終的に電気めっきにより銅
以外の金属の被膜を施した銅配線セラミック基板の製造
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（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通しないため、通常、銅配線層には
ニッケルメッキまたはニッケルを下地とする金メツキが
施される。例えば第２図に示すように、セラミック基板
１の上にチタン１ｉ２および銅導電Ｎ３を通常蒸着法に
より形成し、フォトエツチングにより回路パターンを形
ｅ、（バターニングと呼ばれる）した後、電気めっき法
によりニッケル等の銅以外の金属の被膜７、例えばニッ
ケルを下地５として金めつき被膜６が施される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来の銅配線セラくツク基板製造方法によると、
セラミック基板の上に銅導電層を蒸着法により形成し、
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、電気めっき法によりニッケル
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施す際に、ニッケル等のめっき層
が局部的に、第３図ａ）に示すようにホイスカ状に、ま
たは第３図ｂ）に示すように水平方向にひれ状に、異常
成長することがしばしば起きた。第２図にはホイスカ状
の異常成長を５ａで示した。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４０μｍ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）。このようなめっき
部の異常成長により、製造された銅配線基板の信頼性が
甚だしく損なわれる。

それ数本発明の目的は、蒸着法により形成した消電導層
に回路パターン形成後、電気めっき法によるニッケル等
銅以外の金属のめっきを施す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。

〔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
する際蒸着源として、純度が９９．９９％以上で酸素含
有量が２ｐｐｍ以下である銅を用いるか、または純度が
９９．９９％以上で硫黄含有量が４ｐｐｍ以下である銅
を用いるようにした。

ただし純度が９９．９９％以上の銅に酸素と硫黄が共存
する場合には、酸素含有量と硫黄含有量の和が０．ｌｐ
ｐｍ以下となるようにした。酸素と硫黄の合計含有量の
上限が小さくなる理由は、酸素と硫黄が共存すると二酸
化硫黄の生成によりガス化が生じ易（なるためと思われ
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威る。

（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。

本発明はセラミック基板に！ＰＩ層を蒸着する工程で蒸
着源として９９．９９％以上の純度でしかも酸素含有量
が２ｐｐｍ以下である銅を用いるか、９９．９９％以上
の純度でしかも硫黄含有量が４ｐｐｍ以下である銅を用
いることを特徴とする。

好ましくは、酸素含有量が０．３ｐｐｍ以下の銅または
硫黄含有量がｌｐｐｍ以下の銅を用いる。

酸素含有量が２ｐｐｍを超える銅を用いると、ニッケル
めっき等の際に前記のようなホイスカ状、ひれ状等の異
常な成長が起きる。酸素含有量が２ｐｐｍ以下であれば
めっき部の異常成長が極めて少なく、あってもその長さ
が短い。０．３ｐｐｍ以下であれば異常成長は皆無とな
る。

純度９９．９９％以上で酸素含有量２ｐｐｍ以下の銅を
得るには、特開昭６０−２４４０５４号等に記載された
方法を用いることができる。

同じように、硫黄含有量が４ｐｐｍを超える銅を用いる
と、めっき部の異常成長が起きる。硫黄含有１４ｐｐｍ
以下であれば、めっき部の異常成長が極めて少なく、あ
ってもその長さが短い。硫黄金有量をｉｐｐｍ以下とす
れば異常成長は皆無となる。

純度９９．９９％以上で硫黄含有量４ｐｐｍ以下の銅を
得るには、特開昭５７−１６１８７号、同５７−１６１
８８号、特開昭６１−８４３８９号等に記載された方法
を用いることができる。

銅を蒸着する前にセラごツタ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。

（３）銅配線層の上に銅以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以外の金属のめっき、またはニッケ
ル等を下地としてさらに貴金属めっきを施す。めっきの
ために用いる金属はニッケル、コバルト、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枝状成長
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、上記の銅以外の金属のめっきの上に別の金
属、特に金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２μ
ｍ程度である。

〔作用〕

本発明の方法に従い、蒸着源として９９．９９％以上の
純度でしかも酸素含有量が２ｐｐｍ以下である銅を用い
るか、９９．９９％以上の純度でしかも硫黄含有量が４
ｐｐｍ以下である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。

銅蒸着膜中の酸素または硫黄の含有量が小さいとエツチ
ングの際に銅蒸着層の表面の結晶粒子の欠落が少なくな
るため、エツチングされた面が平滑になる。エツチング
された面が平滑になると、めっきの際の電流分布が比較
的均一になるので、異常成長の発生を防ぐことができる
。

以下、本発明の方法を実施例により詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図に示すように、厚さ２ｍｍのアルミナ基板ｌ上に
、チタンを厚さ０．０３μｍに真空蒸着してチタン層２
を形成した後、純度９９．９９％で第１表に示すように
酸素および硫黄含有量の異なる１１種の銅蒸着材料を、
基板温度３００　’Ｃ５真空度３Ｘ１０−ｂＴｏｒｒで
、厚さ６６　ｍ　Ｌ真空蒸着して銅蒸着層３を形成した
。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４（銅／チタンｒ＊＞をエッチし、線幅４０μｍ
、線間４０μｍ、長さ２０ｍｍ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
地めっきしニッケル被膜５を形成した後、金を０．５μ
ｍの厚さに電気めっきし金被膜６を形成した。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、
湯度６０°Ｃ１電流密度２．０Ａ／ｄｍ”とし、金めつ
きについてはシアン代金カリウム浴を用い、温度５０°
Ｃ，電流密度１．０Ａ／ｄｍ”とした。これによりセラ
藁ツク基板１の上に配線リード部８が形成された。

第１図で４は蒸着で形成された層（蒸着Ｎ）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表中酸素含有ｔ４ｐｐｍ（試験番号１）、硫黄含有
量７ｐｐｍ（試験番号５）、酸素０．５ｐｐｍ、硫黄１
．０ｐｐｍ（試験番号９）の欄は本発明の範囲外の比較
例に相当する。

第１表で異常成長発生率は、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。

第１表 第１表から明らかなように、 本発明に従い純度 が９９．９９％で硫黄を検出せず酸素含有量２ｐｐｍ以
下の銅（試験番号２，３，４Ｌまたは純度が９９．９９
％で酸素を検出せず硫黄含有量４ｐｐｍ以下（試験番号
６，７．８）の銅を用いて蒸着した場合には、異常成長
による線間の短縮は生じなかった。酸素含有ｆｉ１．８
ｐｐｍまたは硫黄含有量３．５ｐｐｍの場合には、異常
成長が約１０％強の率で発生したが、短絡は生じていな
い。酸素含有量が０．２ｐｐｍまたは硫黄含有量０．８
ｐｐｍの場合（試験番号４および８）には、異常成長は
皆無となった。これに対し純度９９゜９９％でも酸素含
有量が２ｐｐｍを超える銅または硫黄含有量が４ｐｐｍ
を超える銅を用いて蒸着した場合（試験番号ｌおよび５
）には、異常成長が高い割合で発生し、線間の短絡が生
じた。

他方、０．５ｐｐｍの酸素とｉｐｐｍの硫黄とを含む純
度９９．９９％の銅を用いた場合には、異常成長発生率
は低いにも関わらず、線間の短絡が生じた。しかしＱ、
３ｐｐｍの酸素と０．３ｐｐｍの硫黄（酸素と硫黄の和
は０．６ｐｐｍ）とを含む純度９９．９９％の銅を用い
た場合には異常成長は発生せず、線間の短絡も生じなか
った。

〔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験番号１
）、硫黄含有量７ｐｐｍ（試験番号５）、酸素０．５ｐ
ｐｍ、硫黄１．０ｐｐｍ（試験番号９）の欄は本発明の
範囲外の比較例に相当する。

第１表で異常成長発生率は、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、にホイスカ
状等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。

本発明において、蒸着源とする銅に酸素含有量または硫
黄含有量の低い銅を用いると、その後のめっき工程での
めっき層の異常成長が生じない理由は、前述した通り、
酸素または硫黄の含有量が小さいとエツチングの際に銅
蒸着層の表面の結晶粒子の欠落が生ぜず、エツチング後
の表面の凹凸が少ないため、めっきの際の電流分布が比
較的均一になるためである。

本発明の方法によると、銅蒸着層に銅以外の金属のめっ
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
が可能となる。

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以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、電子回路の例えば演算速度の高速化に対応す
ることができる。本発明の方法は、例えばＰＧＡＣピン
グリッドアレイ）や、ＴＡＢ　（テープオートメーテツ
ドボンディング）、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板
）等に適用できる。

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、セラくツク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
にニッケル等の銅板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。

本発明の方法によると、電流密度を高くして電気めっき
の速度を増大させることが可能になり、生産効率を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の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図は従来の方法で製造された
セラミック基板上の配線層の異常成長の部分における拡
大断面図、第３図はセラミック基板上の蒸着銅配線層に
ニッケル等を電気めっきした際に生ずるホイスカ状（第
３図ａ））およびひれ状（第３図ｂ））の異常成長の状
態を示す説明図である。 符号の説明 １−−−−−−一・・・・セラミック基板　２−・・−
・・−・チタン蒸着層３−・−・・・−銅蒸着層　　　
　４・−・−・・−・・蒸着層５−・−一−−−−・ニ
ッケルめっき層５ａ−・−・−ニッケルめっき層の異常
戊長部６−・・・−・−金めつき層

Claims (4)

【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
   として純度が９９．９９％以上、かつ酸素含有量が２ｐ
   ｐｍ以下であり、硫黄を含む場合には酸素含有量と硫黄
   含有量の和が０．７ｐｐｍ以下である銅を用いることを
   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）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
   として純度が９９．９９％以上、かつ硫黄含有量が４ｐ
   ｐｍ以下であり、酸素を含む場合には酸素含有量と硫黄
   含有量の和が０．７ｐｐｍ以下である銅を用いることを
   特徴とする銅配線セラミック基板の製造方法。
4. （４）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。