JPH05263291A - 基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は被覆方法 - Google Patents

基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は被覆方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基材表面の微小孔又は微細凹みへの充填性並
びに被覆性を改善するとともに、形成された充填層又は
被覆層を含む部材の耐熱性や材質安定性を向上すること
ができる基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は被覆
方法を提供する。 【構成】 充填又は被覆すべき純金属又は合金元素を含
む液体に微小な孔又は微細な凹み３ａを表面に持つ基材
５を少なくとも１回接触させ、液体が該微小孔又は該微
細凹み３ａの内面をぬらすと共に、基材５の表面に該純
金属又は合金を堆積させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密機械部品、摺動部
品、耐食・耐摩耗部品、接触・導電部品、配線基板、プ
リント基板、半導体素子、装飾品等の製造方法に係り、
特に、基板表面に存在する微小孔又は微細凹みの充填又
は被覆方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種部品、半導体素子等に表面被
覆を施したいという要求が高まっている。例えば、精密
機械部品、摺動部品、耐食・耐摩耗部品、接触・導電部
品、配線基板、プリント基板、半導体素子、装飾品等に
ついては、その表面に存在する微小な孔や微細な凹み部
分に適当な金属又は合金を充填又は被覆することによっ
て、該表面を平滑に保つことが必要となっている。そし
て、また、このような部品又は製品では、良好な寸法精
度、摺動性、耐食性、耐摩耗性、導電性、光沢を保つこ
とが必要となる。そのため、従来は、所望の表面被覆及
び凹部への埋込みを行うのに、ＣＶＤやスパッタリング
成膜、イオンプレーティング等の気相法や、電解メッ
キ、無電解メッキ、どぶ付けメッキ、又は溶融塩メッキ
等の液相法を用いてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
表面被覆に対する要求はますます厳しくなる傾向にあ
る。特に、半導体素子の配線工程においては、集積度を
増大させたいという要求から、従来のアルミニウム（Ａ
ｌ）合金に代わる低電気抵抗材料による微細パターン形
成技術の確立が切望されている。このような配線形成に
必要とされる微細化要求の程度は、直径又は幅が、例え
ば、５０μｍ以下で、かつ、深さが、例えば、０．１μ
ｍ以上であり、深さと直径又は幅の比（アスペクト比）
が、例えば、１〜１００という非常に微小で、かつ、ア
スペクト比の高いものとなっている。
【０００４】このように微小な孔や微細な凹みの充填並
びに被覆を気相法で行うと、凹み部の底部、又は深部ま
で、被覆を実現するのが困難であり、即ち、段差被覆性
が悪いという欠点があった。この欠点を補うためには、
孔や凹みの深さを浅くするか、又は被覆中の気相の流れ
を複雑なものにしなければならなかった。
【０００５】一方、液相法では、液体の粘性及び表面張
力の関係で、凹みの深部表面の充填又は被覆がほとんど
できないという欠点がある。この不都合を補うために、
孔や凹みの深さを浅くするか、又は液相の撹拌を激しく
することを余儀なくされたが、微小な凹部まで液が浸透
しにくい欠点は解消出来ていなかった。
【０００６】さらに、半導体の配線用に用いる電気抵抗
の低い金属は一般に、融点が低く、周囲環境との反応を
起こして、自身が劣化し易いという欠点があった。
【０００７】本発明は上述した従来の方法が有する問題
に鑑みなされたもので、基材表面の微小孔及び微細凹み
への充填性並びに被覆性を改善するとともに、形成され
た充填層又は被覆層の耐熱性や材質安定性を向上するこ
とができる基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は被
覆方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明による基材表面の微小孔又は微細凹みの充
填又は被覆方法は、微小孔や微細凹みを有する基材を充
填又は被覆すべき純金属又は合金元素を含む液体に接触
させ、該基材表面に純金属又は合金を堆積させる。この
メッキ工程において、基材に調整した反復パルス電圧、
正負交番電圧、低周波、高周波又は超音波振動、光ビー
ム等のエネルギーを別個に又は同時に付与するようにし
ている。
【０００９】上記メッキ工程において、該基材に付与出
来る反復繰返し電圧としては、例えば、正負又は負だけ
の方形波、台形波、三角波、正弦波、ランダム波等導電
体に使えるものならば何でも使用できる。また、例え
ば、これらの繰返し電圧成分は周期的に電圧零の時があ
っても良く、又、周期波に直流成分を加算したものでも
良い。電圧印加にあたって、電圧の値は基材の表面にお
ける電流密度の絶対値の最大値が１０-5〜１Ａ／cm2 の
範囲にあるのが望ましい。低周波、高周波又は超音波振
動は、その周波数が４５Hz〜２．５GHzの範囲にあるの
が良い。
【００１０】電圧を印加し又は振動を付与する手段自体
は、公知の通常の装置で行うことが出来る。従来のよう
に微小孔又は微細凹みを純金属又は合金で充填又は被覆
した後、その充填層又は被覆層の上から更に同様の、又
は異なる方法によって、別の純金属又は合金を堆積させ
て充填又は被覆を行うことが出来る。すなわち、微小孔
や微細凹みにＡg,Ａg合金又はＣu,Ｃu合金を充填又は被
覆しておき、該充填又は被覆層の外側からＮｉ又はＮｉ
−Ｂ等のＮｉ合金を堆積することによって、半導体製造
プロセスで有効な高温後処理工程の実施（耐熱性向上に
よる）や、有害な表面反応の防止が可能となり、更に該
層内での隣接材料構成元素の熱拡散による移動、貫通の
抑制（材料劣化の抑制）が可能となる場合もある。
【００１１】この純金属又は合金による基材表面の微小
孔又は微細凹みの充填又は被覆は、従来の気相法、液相
法等の充填又は被覆方法の何れかによる常法における条
件よりも、容易かつ確実に施工することが出来る。ま
た、充填又は被覆を行う微小孔又は微細凹みを有する基
材の素材は、通常使用されているもので、導電性のある
ものなら何ら限定されるものではない。例えば、金属、
金属間化合物、導電性セラミックス、導電性プラスチッ
ク等を素材としたものを対象とすることができる。
【００１２】
【作用】前述した構成からなる本発明によれば、微小孔
や微細凹みを有する基材を充填又は被覆すべき純金属又
は合金元素を含む液体に接触させることにより、基材に
純金属又は合金を堆積させることができる。この液相メ
ッキ工程中に、基材に制御された波形の電圧を付与する
ことによって、いったん析出堆積した金属部分の再溶出
が生ずるので、凹み部の均一充填並びに被覆が達成され
る。そして、更に、振動や光等のエネルギーを付与する
ことによって、液の内部に局所的圧力分布の変動や、キ
ャビティの発生及び消滅が起こるので、液の凹み内部へ
の浸透が活発になる結果、微小孔又は微細凹みへの所望
の金属による充填又は被覆が容易に実現できる。
【００１３】また、Ａg,Ａg 合金又はＣu,Ｃu 合金を充
填又は被覆した後に、この充填層又は被覆層の外側にＮ
ｉ、又はＮｉ−Ｂ等のＮｉ合金の堆積を行うことが出来
るため、この充填層又は被覆層を有する材料の耐熱性の
向上を図ることができるとともに、有害な表面反応や相
互拡散に起因する材料劣化の抑制が実現出来る。
【００１４】
【実施例】次に、本発明に係る基材表面の微小孔又は微
細凹みの充填又は被覆方法の実施例を図１及び図２を参
照して説明する。
【００１５】図１は、基材表面の微細凹みの充填方法を
示す断面図である。基材５上に銅層３が設けられてお
り、この銅層３は図１（ａ）に示されるように、幅、深
さともに１μｍの微細溝３ａを有している。この微細溝
３ａを有した銅層３をシアン化銀カリウムとシアン化カ
リウムの混合溶液に接触させ、印加電圧を最大２０Ｖの
パルスとして与え、微細溝３ａの内面をぬらすととも
に、微細溝３ａに銀（Ａg）１を堆積させる。これによ
って、図１（ｂ）に示されるように銅層３の微細溝３ａ
に銀(Ａg)１を充填する。その後、ＮiＳＯ4−６Ｈ2Ｏに
錯化剤と還元剤を添加、混合した溶液を用いて、無電解
メッキによって、図１（ｃ）に示すように銅層３及び銀
（Ａg）１の充填層上にＮｉ−Ｂ合金４を堆積させる。
なお、Ａｇ層の形成及びＮｉ−Ｂ層の形成の際に、周波
数４５Hz〜２．５GHzの範囲の低周波、高周波又は超音
波振動のエネルギーを付与しても良い。また、上記エネ
ルギーに替えて光ビーム等のエネルギーを付与しても良
い。
【００１６】図２は、基材表面の微細凹みの被覆方法を
示す断面図である。基材５上に銅層３が設けられてお
り、この銅層３は図２（ａ）に示されるように、幅、深
さともに１μｍの微細溝３ａを有している。この微細溝
３ａを有した銅層３をシアン化銀カリウムとシアン化カ
リウムの混合溶液に接触させ、印加電圧を最大２０Ｖの
パルスとして与え、微細溝３ａの内面をぬらすととも
に、微細溝３ａに銀（Ａg）２を堆積させる。これによ
って、図２（ｂ）に示されるように銅層３の微細溝３ａ
に銀(Ａg)２を被覆する。その後、ＮiＳＯ4−６Ｈ2Ｏに
錯化剤と還元剤を添加、混合した溶液を用いて、無電解
メッキによって、図２（ｃ）に示すように銅層３及び銀
（Ａg）２の被覆層上にＮｉ−Ｂ合金４を堆積させる。
この場合も、Ａｇ層の形成及びＮｉ−Ｂ層の形成の際
に、振動エネルギーや光エネルギーの付与を行っても良
い。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、充
填又は被覆すべき純金属又は合金元素を含む液体に微小
な孔又は微細な凹みを表面に有する基材を少なくとも１
回接触させ、前記液体が該微小孔又は該微細凹みの内面
をぬらすと共に、該基材表面に該純金属又は合金を堆積
させるようにしたため、気相法に通常付随する微小孔又
は微細凹み内部への充填性又は被覆性が悪いという欠点
を克服することができる。ここで、微小孔又は微細凹み
とは、直径又は幅が、例えば、５０μｍ以下で、かつ、
深さが、例えば、０．１μｍ以上であり、深さと直径又
は幅の比（アスペクト比）が、例えば、１〜１００とい
う非常に微小で、かつ、アスペクト比の高いものをい
う。
【００１８】また、本発明によれば、基材表面に純金属
又は合金を堆積させる際に、制御した波形の電圧及び振
動や光等のエネルギーを基材に付与することによって、
該基材表面の微小孔又は微細凹みの金属による充填又は
被覆を容易に行うことができる。
【００１９】さらに、本発明によれば、充填層又は被覆
層を形成した後、耐熱性及び劣化防止性に優れた材料に
よって堆積層を形成できるため、該充填層又は被覆層を
もつ部材に耐熱性、劣化防止性を付与することができ、
工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基材表面の微小孔又は微細凹みの
充填方法の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る基材表面の微小孔又は微細凹みの
被覆方法の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 充填された銀 ２ 被覆された銀 ３ 銅層（下地） ４ 堆積したＮｉ−Ｂ合金 ５ 基材
フロントページの続き (72)発明者 宮田 雅弘 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川工場内 (72)発明者 池田 幸雄 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 辻村 学 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 井上 裕章 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 大平 武征 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 小榑 直明 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 充填又は被覆すべき純金属又は合金元素
    を含む液体に微小な孔又は微細な凹みを表面に持つ基材
    を少なくとも１回接触させ、前記液体が該微小孔又は該
    微細凹みの内面をぬらすと共に、該基材表面に該純金属
    又は合金を堆積させることを特徴とする基材表面の微小
    孔又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  2. 【請求項２】 基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又
    は被覆をなした後、該充填層又は被覆層上に該充填層又
    は被覆層の材質と同種又は異種の純金属又は合金を更に
    堆積させることを特徴とする請求項１記載の基材表面の
    微小孔又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  3. 【請求項３】 基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又
    は被覆をなした後、該充填層又は被覆層の寸法、形状、
    表面形態を変化、調整し、該表面上に更に該充填層並び
    に被覆層の材質と同種又は異種の純金属又は合金を堆積
    させることを特徴とする請求項１記載の基材表面の微小
    孔又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  4. 【請求項４】 基材表面に存在する微小な孔又は微細な
    凹みにＡg又はＡg合金を充填又は被覆し、該充填層又は
    被覆層の外側から更にＮｉ又はＮｉ−Ｂ等のＮｉ合金を
    堆積させることを特徴とする請求項１記載の基材表面の
    微小孔又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  5. 【請求項５】 基材表面に存在する微小な孔又は微細な
    凹みにＣu又はＣu合金を充填又は被覆し、該充填層又は
    被覆層の外側から更にＮｉ又はＮｉ−Ｂ等のＮｉ合金を
    堆積させることを特徴とする請求項１記載の基材表面の
    微小孔又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  6. 【請求項６】 基材表面に存在する微小な孔又は微細な
    凹みにＡg又はＡg合金を充填又は被覆した後、該充填層
    又は被覆層の寸法、形状、表面形態を変化、調整し、該
    表面上に更にＮｉ又はＮｉ−Ｂ等のＮｉ合金を堆積させ
    ることを特徴とする請求項１記載の基材表面の微小孔又
    は微細凹みの充填又は被覆方法。
  7. 【請求項７】 基材表面に存在する微小な孔又は微細な
    凹みにＣu又はＣu合金を充填又は被覆した後、該充填層
    並びに被覆層の寸法、形状、表面形態を変化、調整し、
    該表面上に更にＮｉ又はＮｉ−Ｂ等のＮｉ合金を堆積さ
    せることを特徴とする請求項１記載の基材表面の微小孔
    又は微細凹みの充填又は被覆方法。
  8. 【請求項８】 基材表面に充填又は被覆すべき金属を堆
    積させる過程で変動電圧を印加することを特徴とする請
    求項１記載の基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は
    被覆方法。
  9. 【請求項９】 基材表面に充填又は被覆すべき金属を堆
    積させる過程で低周波、高周波、又は、超音波振動、光
    ビーム等のエネルギーを付与することを特徴とする請求
    項１記載の基材表面の微小孔又は微細凹みの充填又は被
    覆方法。
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