JPH0443654A - 銅膜積層アルミナ基板の製造方法 - Google Patents

銅膜積層アルミナ基板の製造方法

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JPH0443654A
JPH0443654A JP15225190A JP15225190A JPH0443654A JP H0443654 A JPH0443654 A JP H0443654A JP 15225190 A JP15225190 A JP 15225190A JP 15225190 A JP15225190 A JP 15225190A JP H0443654 A JPH0443654 A JP H0443654A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper film
substrate
copper
surface temperature
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP15225190A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsuhiro Nakamoto
中本 篤宏
Kaoru Tone
薫 戸根
Toru Nobetani
延谷 徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

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1:、ぴ)利用分野】 本発明は、印刷配隷板や集M回路のパッケージ等におい
て、導体パターンを形成するための銅膜をアルミナを主
成分とする基板」、に積層した銅膜積層アルミナ基板の
製造方法に関するしのである。
【従来の技術】
従来より、セラミックス等の無機質よりなる基板の表面
に銅膜を積層する方法どして、真空蒸着、スパッタリン
グ、イオンブレーティング等の気相メッキによる方法、
銅ペーストを印刷する方法、無電解メッキ等の湿式メッ
キによる方法等が知られている。 銅膜を積層した基板を高周波分野で使用す−るには、伝
送損失を少なくすることが・z・要であって、基板には
表面粗度が(、) 、 1 uz稈度より小さい平滑な
ものを用いなければならない。また、[1il路の高密
度化に(十って導電パターンを微細に加工することが要
求されている。 これt、の要求を満t:ずために、気相メツqに、」−
り銅膜を形成する方法が採用されつつ1ぞ)る(特開昭
59 16218’1号公報等)。
【発明が解決しようとする課H1 ところで、基板の表面に積層した銅膜と基板との付着強
度の一部は、基板の表面の凹凸に銅膜の一部が入り込む
ことによる投錯効果により生じている。したがって、表
面粗度が小さい平滑な基板を用いると、投錨効果が十分
に機能せず、付着強度が小さくなるという問題が生じる
。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、表
面が平滑な基板を用いる場合でも銅膜の付着強度が大き
くとれ、熱衝撃に対する耐性に優れた銅膜積層アルミナ
基板の製造方法を提供しようとするものである。 【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、高真空中に放
電ガスとなる希ガスに加えて酸素ガスを混入した混合ガ
スを導入した雰囲気中において、アルミナを主成分とす
る基板の表面温度を600〜1050℃にした状態で、
気相メッキにより0.01〜2B厚の銅膜を形成し、次
に、酸素ガスを除去した希ガスの雰囲気中において基板
の表面温度を140〜400℃にした状態で、気相メッ
キにより上記@膜の上にさらに銅膜を形成し、全厚みが
3111以」二の所望厚の銅膜を形成するようにしてい
るのである。
【作用】
上記方法によれば、第1段階として、放電ガスに酸素ガ
スを含んだ雰囲気中で、基板の表面温度を600〜10
50℃にした状態で、気相メッキにより0.01〜20
厚の銅膜を形成する。このとき、基板の表面温度が比較
的高温であることにより、IRWi!は溶融状態に近く
なり、基板の表面に形成されている微細な凹凸の中に回
り込むことができるようになって銅膜の基板に対する付
着強度が高まる。また、酸素ガスを含んだ雰囲気で銅膜
を形成するから、いわゆる(+xygen aided
 bondiBによって付着強度が増加するのである。 すなわち、アルミナを主成分とする基板と銅膜との間に
微量の酸素が介在し、化学的に銅とアルミナとを結合さ
せるのであって、銅膜と基板との界面が強固に結合する
のである。 ここにおいて、基板の表面温度が600”C未満である
と銅膜が溶融状態にならず、また、銅とアルミナとの化
学的な結合もほとんど生じない。 一方、基板の表面温度が1050℃を越えると、141
19iが完全に溶融し、銅粒子間の凝集力によって銅粒
子が局在化することになる。その結果、表面の平滑性が
損なわれ、次段階で銅膜を積層しても実用になる程度の
平滑性を回復することが困難になる。 第1段階における銅膜の厚みは、0.01uz未満であ
ると、i視的に見て銅g!Jグ)形成されない部分が多
くなり、付着強度を高める効果が十分に得られなくなる
。一方、銅膜の厚みが211ffを越えると銅膜の表面
に凹凸が形成されやすくなり、次段階で銅膜を積層して
も実用になる程度の平滑性を確保することが困難になる
。 第1段階では、基板の表面温度が高く、かつ銅膜が薄い
ものであったから、銅膜の表面には凹凸が件しるもので
あった。第2段階では、酸素を除去した希ガスの雰囲気
中で、基板の表面温度を140〜400℃にし、銅膜の
全厚みが31Iff以上の所望厚になるまで気相メッキ
により第1段階で形成された銅膜の上に銅膜を形成する
。すなわち、第2段階では、第1段階で形成されt:銅
膜の士に銅膜を積層して全厚みが31以−Fである銅膜
を形成するから、第1段階で形成しな銅膜の表面に生じ
ていた凹凸が埋められて、銅膜の表面がザ滑化されるの
である。 第2段階における酸素ガスの分圧は5×10P aより
高いと、#rIaの表面が酸化することになり、銅膜に
よって回路パターンを形成する際に、電気的特性や表面
実装の作業にM影響を及ばずことになる。 辺上のようにして、第1段階では、k板に対する付着強
度の大きな薄い銅膜を形成し、次に、第2段階では、第
1段階で形成したに4膜のFにさらに銅膜を積層して表
面が平滑な@膜を形成するのであって、2過程で銅膜を
形成するから、基板に対する付着強度が大きく、しかも
、表面がザ滑な@膜を形成することができるのである。 また、このようにして形成された銅膜は、熱衝撃に対し
て十分な耐性を有し付着強度が低下しにくいものとなる
【実施例】
基板にはアルミナを焼成したセラミックスを用いる。こ
の基板は、スパッタリング装置内に無酸素銅よりなるタ
ーゲットと対向するように配置される。スパッタリング
装置内に基板を配置するときには、基板とターゲット・
どの間には、接地されたシャッタを介在させておく。 スパッタリング装置内の雰囲気は、残留ガスの総圧力が
5X10−’Pa以下となるようにした高真空中に、放
電ガスとして希ガスを10Pa導入するとともに、酸素
を0.1〜10Pa混入して形成する。放電ガスとして
は、アルゴン、ネオン、クリプトン等を用いることがで
きる。 次に、基板をターゲットとして高周波電力をシャッタと
基板との間に印加し、高周波放電によって放電ガスをイ
オン化させ、基板の表面にイオンを照射する。この処理
は、イオンボンバードと称する処理であって、イオンを
衝突させることによって基板の表面に付着した異物をた
たき出して清浄化し、また、基板の表面に微細な凹凸を
形成するとともに基板の表面における判断しやすい部分
を除去して銅膜の付着強度を高めるのである。 ここにおいて、本実施例では、スパッタリング装置とし
ては、マグネトロン方式(日型アネルバ製 5PF71
3H)のものを用い、基板としては、4インチ角、0.
635iv厚のアルミナ基板(京セラ製 A492)を
用いる。また、基板は必要に応じて適宜表面粗度が得ら
れるJ:うに研磨する。 さらに、ターゲットとしては、直径200zaで純度が
99.99%の無酸素銅を用いる。放電ガスとしてはア
ルゴンを用いており、イオンボンバードの際には、]、
3.56MHzの高周波を200Wの電力で印加する。 この周波数は法定周波数であって、限定する主旨ではな
い。 基板にイオンボンバードを施した後、シャッタを開いて
基板とターゲットとを対向させ、以下の条件でスパッタ
リングを行い、基板の表面に2段附で銅膜を積層する。 すなわち、第1段階では、基板の表面温度を比較的高温
にし、基板の表面にスパッタリングによって薄い銅膜を
形成する。その後、第2段階では、基板の表面温度を下
げるとともに、酸素ガスの分圧を5X10−5Pa以下
とした1 0Paのアルゴンの雰囲気を形成し、第1段
階で形成したfl膜の上にスパッタリングによってさら
にfA膜を積層する。 十人に各種実施例および各種比較例の条件を示す。 上表において、平均粗度は基板の表面中心線平均粗度で
ある。各実施例および各比較例に対して、それぞれ[ジ
下のようにして、銅膜の基板に対する(1′着強度と、
熱衝撃I\の耐性とについて試験を行った。また、銅膜
について表面中心線平均¥11度を測定した。 し試験法1] エツチングによって、@膜に2ziX2zzの正方形の
パターンを形成し、このパターンに直径07zzの略し
形に折曲したスズメッキ銅線を半田付1プし、基板を固
定するとともにオートグラフによって基板の表面に直交
する方向に銅線を引張ることにより、銅膜の基板に対す
る判断強度を測定した。この試験では熱衝撃を加える前
の銅膜の基板に対する付着強度がわかる。 [試験法2コ エツチングによって、銅膜に2mzx2zmの正方形の
パターンを形成し、このパターンに酸化防止のために半
田を盛り、熱衝撃試験機によって、空気雰囲気中で一6
5℃−常温5分→150℃30分→常温5分→−65℃
30分という熱衝撃サイクルを300サイクル繰り返し
た後、」1記パターンに直径0.7i+mの略り形に折
曲したスズメッキ銅線を半田付けし、基板を固定すると
ともにオートグラフによって基板の表面に直交する方向
に銅線を引張ることにより、熱衝撃後の銅膜の基板に対
する剥離強度を測定した。 以上の2種の試験法による試験結果および銅膜の表面粗
度は下表の通りである。 【発明の効果] 本発明は上述のように、第1段階として、放電ガスに酸
素ガスを含んだ雰囲気中で、基板の表面温度を600〜
1050℃にした状態で、気相メッキにより0.01〜
2μl厚の銅膜を形成するので、基板の表面温度が比較
的高温であることにより、第1段階で形成される銅膜は
溶融状態に近くなり、基板の表面に形成されている微細
な凹凸の中に回り込むことができるようになって銅膜の
散板に対する付着強度が高まる。また、酸素ガスを含ん
だ雰囲気で銅膜を形成するから、付着強度が増加するの
である。すなわち、アルミナを主成分とする基板と@膜
との間に微量の酸素が介在し、化T的に銅とアルミナと
を結合させるのであって、銅膜と基板との界面が強固に
結合するという効果を奏する。 第2段階では、酸素を除去した希ガスの雰囲気中で、基
板のarfii温度を140〜400℃にし2銅膜の辛
厚みが311N以上の所望厚になるまで気相メ、−V−
により第1段階で形成された銅膜の−りに銅膜を形成す
るので、第1段階で形成された銅膜のトに銅膜を積層し
て全厚みが311x以上であるfR膜を形成するから、
第1段階で形成した銅膜の表面に生じていた凹凸が埋め
られて銅膜の表面が平滑化されるという利点がある。 要するに、第1段階では、基板表面が平滑であっても基
板との付着強度が高く熱衝撃に耐性を有した銅膜を形成
することができ、第2段階においては、第1段階で形成
された銅膜の一トにさらに銅膜を積層することによって
、銅+10の表面を平滑化することができるのでりる。 その結果、基板との付@強度が高く、表面が平滑な銅膜
を形成することができるのである。 代理人 弁理士 石 1)長 し

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高真空中に放電ガスとなる希ガスに加えて酸素ガ
    スを混入した混合ガスを導入した雰囲気中において、ア
    ルミナを主成分とする基板の表面温度を600〜105
    0℃にした状態で、気相メッキにより0.01〜21μ
    mの銅膜を形成し、次に、酸素ガスを除去した希ガスの
    雰囲気中において基板の表面温度を140〜400℃に
    した状態で、気相メッキにより上記銅膜の上にさらに銅
    膜を形成し、全厚みが3μm以上の所望厚の銅膜を形成
    することを特徴とする銅膜積層アルミナ基板の製造方法
JP15225190A 1990-06-11 1990-06-11 銅膜積層アルミナ基板の製造方法 Pending JPH0443654A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100297354B1 (ko) * 1999-01-11 2001-09-22 윤문수 스퍼터링법에 의한 다층 구리막 제조방법
JP2009035824A (ja) * 2008-10-31 2009-02-19 Ulvac Japan Ltd 銅薄膜製造方法、及びその方法に用いるスパッタ装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100297354B1 (ko) * 1999-01-11 2001-09-22 윤문수 스퍼터링법에 의한 다층 구리막 제조방법
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