JPH06260751A

JPH06260751A - 薄膜配線回路基板とその製造方法及びそれを用いた電子回路

Info

Publication number: JPH06260751A
Application number: JP5156559A
Authority: JP
Inventors: Akira Yabushita; 明薮下; Mitsuko Ito; 光子伊藤; Akihiro Ando; 昭博安藤; Hidetaka Shigi; 英孝志儀; Haruhiko Matsuyama; 治彦松山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜配線回路基板における電子部品接続用はん
だ接続電極の膜厚を薄くしても、はんだバリア性が著し
く向上し、多数回のリペアにも耐え、接続信頼性の高い
接続電極を実現する。【構成】薄膜配線回路基板５における、はんだ接続を行
う接続電極（端子）３のメタライズ構造のはんだ拡散防
止用金属３２として、はんだ接続時にはんだを構成する
金属と容易に濡れ、かつ容易に合金化もしくは化合物を
形成する例えばＮｉの如き第１の金属と前記はんだと容
易に濡れず、化合物の形成がない例えばＷの如き第２の
金属との合金、及びこれら両金属の酸化物を含む合金膜
を用いる。また、好ましくはこのはんだ拡散防止用金属
３２の表面を例えばＡｕの如き酸化防止保護膜で被覆す
ることによってはんだ濡れ性の改善、酸化防止を図り、
さらに下層の配線導体４との間に接着用金属３１として
例えばＣｒ，Ｔｉのうちいずれかを介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜で構成された配線回
路基板に係り、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接続電極を備えた薄膜配線
回路基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な薄膜技術によって作られ
た配線回路基板において、基板上に半導体素子などの電
子部品をはんだ溶融接続法によって実装するための接続
電極の構成は、図１、図２に示した通りである。

【０００３】すなわち、図１は、はんだ接続電極を具備
した薄膜多層配線基板の主要断面構造図を、図２は図１
のＡ部を拡大した詳細な断面構造図を示している。この
例は従来の典型的な配線回路基板を示しており、アルミ
ナ、ムライトなどの高抵抗基材１上に、ポリイミド系樹
脂などの有機材料を層間絶縁膜２として積層した多層構
造を有する薄膜配線回路の例で、最上層には外部に半導
体素子などの電子部品をはんだ接続するための接続電極
３が設けられている。

【０００４】ここで接続電極３の構成は、図２に詳しく
示すように下地層（配線導体層４）上から接着用金属３
１（主としてＣｒ，Ｔｉなど）、はんだの接続金属と成
る拡散防止用金属３２、を順次積層した構成で、場合に
よってははんだの濡れ性を改善する目的と同時に酸化防
止の保護膜層３３としてＡｕなどを積層したメタライズ
構造が一般的である。

【０００５】従来から広く使用されているＣｕをはんだ
の接続金属とし、はんだ金属として一般的なＳｎ／Ｐｂ
系共晶はんだ（Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７、融点：１８３
℃、処理温度：２００〜２２０℃）を用いた場合には、
１回のはんだ溶融接続で約１μｍ程度のＣｕがはんだ中
に溶融、拡散して消失（消耗）することが知られてい
る。ここで回路基板上に接続実装された例えば半導体素
子の如き電子部品が、その後のテスティングによって不
良と判別された場合には、それを正常なものと交換する
必要がある。この部品交換のことを通常、リペアと呼ん
でいる。部品を交換する工程は、『１回目の接続→取外
し→レベリング（余分なはんだの除去）→２回目の素子
の接続』と１回の交換においてはんだは４回溶融するこ
とになる。場合によっては不良部品の交換が２〜３回と
複数回にわたる場合には、拡散防止用金属３２の膜厚と
して５μｍ以上の厚い膜厚の形成が必要となる。厚い膜
厚の形成は、これが原因となって接続端子自身の割れ
や、熱膨張の違いに基く応力によって基板の破壊などが
生じ易い。また、材料コストの問題、厚い膜厚を精度良
く加工するパタ−ン化の点でも困難となり、これより薄
い膜厚ではリペア時にはんだ濡れ不良による接続不良を
生じてしまう。

【０００６】このような問題を改善するためには、Ｃｕ
よりはんだの拡散に対してバリア性の高い材料を拡散防
止用金属として適用すれば良いわけで、例えばＮｉの場
合には本発明者等の検討では、拡散速度が約１桁程度遅
くなることが確認されており、この場合には必要な膜厚
を薄く形成することができる。しかし、Ｎｉは表面に強
固な酸化膜を形成し易く、また、強磁性体のため薄膜形
成装置として多用されるマグネトロンスパッタ法による
成膜に対しても容易でないという課題がある。

【０００７】さらに、複雑な実装構造を有する回路基
板、例えば計算機用モジュ−ル基板などでは融点の異な
る各種のはんだを用いた多階層の接続を採用する形態が
多く見られ、特に、接続端子金属の拡散消費がはんだ金
属の主成分であるＳｎの拡散によって支配されている点
を考慮すれば、例えばＳｎ成分の大きいＳｎ／Ａｇ系
（Ｓｎ：Ａｇ＝９７：３、融点：２２１℃、処理温度：
約２５０℃）などのはんだを使用する場合は、拡散速度
は上記のＳｎ／Ｐｂ系共晶はんだに比べて１桁以上速く
なり上記のＣｕ，Ｎｉなどは多数回のリペアには適用の
可能性はなく、単一の金属では対応できないのが現状で
あった。

【０００８】上記の課題を改善する目的で、ＣｕとＮｉ
の両者の性質を併せ持つような材料としてＣｕ−Ｎｉ合
金膜を適用した例が、シャ−プ技報第３３号（１９８５
年）第５０頁〜第６０頁に、また、ＣｕとＭｏの合金膜
を適用した例が特開昭６３−１０４７７号公報に記載さ
れている。前者の例ではＳｎ／Ｐｂ系共晶はんだを用い
て、Ｃｕ−Ｎｉ合金層１μｍで２回程度のリペアが限度
と述べられており、例えばリペア１０回以上（はんだの
溶融回数は３０回）の多数回の接続を要求されるような
場合には前記の課題が問題となってくる。また、後者の
例では、はんだ金属の主成分であるＳｎと合金を作らな
い元素といわれているＭｏを混ぜた合金とすることで、
その添加金属がはんだの拡散を障害物として抑制し実効
的に拡散速度が遅くなるためはんだ耐性が向上する。ま
た、この材料系は固溶範囲を持たないために膜比抵抗が
低く配線材料としても有用であると述べられている。し
かし、はんだ接続性についてははんだ金属の主成分であ
るＳｎとの拡散反応はＣｕが律速であり、過度のＭｏの
添加ははんだ濡れ性を阻害しリペア性については問題が
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は、
半導体素子などの電子部品を多数回付替えるリペアに対
して電極端子を厚くして対処する必要があった。膜厚の
増加はパタ−ンの形成においても加工精度を低下させる
という問題、また、応力集中に伴う端子の破壊など様々
な問題があった。

【００１０】したがって、本発明の目的は、はんだバリ
ア性（はんだの拡散を防ぐことができる）が高く、適度
な膜厚でかつ製造が容易である材料を拡散防止用金属と
して適用することにより、上記問題点を解決し、膜厚が
薄くても繰返しリペア作業などのはんだ付けに充分に耐
えるはんだ接続電極を有する薄膜配線回路基板及びその
製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】はんだバリア性を向上す
るためには、はんだ金属の主成分であるＳｎの適度な濡
れ性、また、拡散速度が遅いというあい矛盾する条件を
満たす材料の選択が必要である。はんだ接続を大きく左
右するＳｎに対する各種金属の平衡状態図を図５に示す
とＣｕ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｔａの順序ではんだに対する溶解
速度が遅くなることが判る。この図は各種金属とＳｎの
平衡状態図におけるＳｎ側の液相線の立上りを示してお
り、液相線が高く傾きが急俊な金属ほど反応温度が高い
ことを反映しており、溶融はんだに対する耐性が向上す
ることになる。

【００１２】しかし、同図から明らかなように横軸の同
一Ｓｎ含有量上における縦軸の温度を比較してみると、
Ｔａ，Ｚｒについては、液相線の現れるのがＮｉ，Ｃｕ
よりも高温域であり、通常のはんだ接続を行なう温度
域：約２００〜４００℃、１工程の処理時間：約１分で
は拡散反応による接続が不十分である。そこで、本発明
者等はリペア回数と接続電極組成について実験検討した
ところ、以下に示すような有効な知見を得た。

【００１３】すなわち、Ｃｕ，Ｎｉの中からより液相線
が高く、傾きが急俊な金属はＮｉであり、さらにＳｎと
容易に合金を作らない元素といわれているＣｒ，Ｍｏ，
Ｗの中から、密度が大きく、高融点金属であるＷを添加
したＮｉ−Ｗ合金を主金属として、さらにこれら主金属
の酸化物（ＮｉＯ，ＷＯなど）を混在させた合金膜をは
んだ接続電極の拡散防止用金属として適用とすることが
特に有効であるという知見を得た。そしてさらに詳しく
は、ニッケル（Ｎｉ）とタングステン（Ｗ）合金の好ま
しい組成割合が、８５〜９９ａｔ％（原子％の略、以下
同じ）Ｎｉ：１５〜１ａｔ％Ｗの組成範囲で、酸素
（Ｏ）の割合が全体の２．０〜１０ａｔ％の範囲のもの
が有効であることが判った。

【００１４】また、このＮｉ−Ｗ合金とその酸化物の３
元合金薄膜の結晶配向性は、例えばＸ線回折法で得られ
る特定な回折ピ−クの検出では、回折角（２θ）４４
°、５１°にこのＮｉ−Ｗ合金とその酸化物の３元合金
薄膜に関連した回折ピ−クが検出され、特に、この回折
ピ−クの積分強度の比（Ｘとして、Ｘ＝５１°の積分強
度／４４°の積分強度）が好ましくは、Ｘ＝０．１〜
２．０の範囲となるような膜物性を有するものが同様に
有効であることが判った。

【００１５】本発明はかかる知見に基づいて為されたも
のであり、上記目的を達成することのできる技術思想を
総括的に表現すると、本発明の薄膜配線回路基板は、
（１）高密度な配線回路パタ−ンを有し、外部にはんだ
接続によって電子部品を接続、実装する接続電極が設け
られた薄膜配線回路基板において、前記接続電極が、は
んだ接続時にはんだを構成する金属と容易に濡れ、かつ
容易に合金化もしくは化合物を形成する第１の金属と前
記はんだに容易に濡れず、化合物の形成がない第２の金
属との合金、及びこれら両金属の酸化物から構成され
る。

【００１６】そして、上記目的はさらに次の具体的解決
手段によって達成される。

【００１７】（２）上記接続電極を構成する第１の金属
がニッケル、銅、チタン、タンタル、ジルコニウムの少
なくとも１種、第２の金属がタングステン、クロム、モ
リブデンの少なくとも１種から成る上記（１）記載の薄
膜配線回路基板によっても、（３）上記接続電極が第１
の金属を構成するニッケルと、第２の金属を構成するタ
ングステンと、酸素との３元系合金から成る上記（１）
記載の薄膜配線回路基板によっても、（４）上記接続電
極を構成する３元系合金が、１〜１５原子％のタングス
テンを含むニッケル−タングステン合金と、前記合金の
２．０〜１０原子％と化合した酸素成分とからなる上記
（３）記載の薄膜配線回路基板によっても、（５）上記
接続電極を構成する３元系合金が、１〜１５原子％のタ
ングステンを含むニッケル−タングステン合金と、前記
合金の２．０〜１０原子％と化合した酸素成分とからな
り、この３元合金膜の結晶配向性はＸ線回折法で得られ
る回折ピ−クが回折角（２θ）が４４°、５１°でそれ
ぞれの積分強度の比（Ｘとして、Ｘ＝５１°／４４°）
が０．１〜２．０の範囲であることを特徴とする上記
（１）及至（４）記載の薄膜配線回路基板によっても、
（６）上記接続電極を、下層に形成されたチタン及びク
ロムの中から選ばれた少なくとも一つの金属からなる接
着金属層と、上記３元系合金から成るはんだを構成する
金属の拡散防止層と、上層に形成された酸化防止金属層
との３層構造として成る上記（１）及至（５）何れか記
載の薄膜配線回路基板によっても、さらに、（７）上記
薄膜配線回路基板が、高密度な回路パタ−ンが層間絶縁
膜のスル−ホ−ルを介して複数層積層された多層配線構
造体を成し、外部にはんだ接続によって電子部品が接続
される接続電極が最上層に形成されて成る上記（１）及
至（６）何れか記載の薄膜配線回路基板によっても、達
成される。

【００１８】（８）また、上記目的は上記（１）及至
（７）何れか記載の薄膜配線回路基板の接続電極に電子
部品をはんだ接続にて搭載、実装して成る電子回路装置
によっても、（９）さらに上記（１）及至（７）何れか
記載の薄膜配線回路基板の接続電極に少なくとも半導体
素子の接続端子をはんだ接続して搭載、実装して成る電
子回路装置によっても、達成される。

【００１９】また、上記目的は、以下に述べる薄膜配線
回路基板の製造方法によっても、達成される。

【００２０】（１０）少なくとも表面に配線導体層が形
成された高抵抗基板上に、層間絶縁膜を介して多層配線
を積層形成する工程と、前記配線層の最上層に電子部品
をはんだ接続する接続電極を形成する工程とを有する薄
膜配線回路基板の製造方法であって、前記接続電極を形
成する工程が、はんだ接続時にはんだを構成する金属と
容易に濡れ、かつ容易に合金化もしくは化合物を形成す
る第１の金属と前記はんだと容易に濡れず、化合物に形
成がない第２の金属との合金、及びこれら両金属の酸化
物とから構成される、はんだ拡散防止用金属層パタ−ン
を形成する工程を有して成る薄膜配線回路基板の製造方
法。

【００２１】（１１）上記接続電極を形成する工程が、
下地の接着金属層を形成する工程と、その上に、はんだ
拡散防止用金属層を形成する工程として例えばニッケル
−タングステン−酸素の３元合金膜を形成する工程と、
さらにその上に例えば金の如き酸化防止保護膜となる金
属層を形成する工程と、前記それぞれの金属層を接続電
極と成るようにパタ−ン化する工程とを有して成る上記
（１０）記載の薄膜配線回路基板の製造方法。

【００２２】（１２）上記ニッケル−タングステン−酸
素の３元合金膜を形成する工程が、タングステンを１〜
１５原子％含むニッケル−タングステンの２元合金をタ
−ゲットとするスパッタリング工程で行われると共に、
前記スパッタリング工程の雰囲気を前記合金の２．０〜
１０原子％を酸化するに足る酸素ガス含有雰囲気中で行
われる工程として成る上記（１１）記載の薄膜配線回路
基板の製造方法。

【００２３】（１３）上記ニッケル−タングステン−酸
素の３元合金膜を形成する工程が、タングステンを１〜
１５原子％含むニッケル−タングステン合金で、かつ前
記合金の２．０〜１０原子％を酸化した酸素成分を含む
ニッケル−タングステン−酸素の３元合金をタ−ゲット
とするスパッタリング工程で構成されて成る上記（１
１）記載の薄膜配線回路基板の製造方法。

【００２４】なお、スパッタリングの代わりに複数の金
属が同時に成膜できる多元蒸着法を用いることも可能で
ある。

【００２５】

【作用】以下、最も好ましい組成であるＮｉ−Ｗ合金と
その酸化物の３元系合金からなる接続電極を代表例とし
て本発明の作用を説明する。

【００２６】多数回のリペア工程に耐えるＮｉ−Ｗ合金
の最適な組成は、適度なはんだ濡れ性とバリア性が共に
満足できる条件を満たすことが必要であり、本発明者等
の検討結果では、Ｗ比率が１ａｔ％〜１５ａｔ％の領域
で安定な濡れ性が得られ、この組成範囲を外れた比率で
は濡れ性は著しく低下している。このＮｉ−Ｗ合金に添
加された酸素（Ｏ）は、それぞれの金属と反応し酸化物
（ＮｉＯ，ＷＯなど）を形成する。この酸化物は溶融は
んだに濡れ難く、はんだをはじいてしまう働きがあり、
このような酸化物が適量Ｎｉ−Ｗ合金中に存在すること
により、Ｎｉ−Ｗ合金中へのはんだの拡散をより抑制
し、それにより、はんだバリア性を向上させて電子部品
交換のリペア回数が増加するという好ましい結果が得ら
れる。したがって、膜中に混在する酸化物の比率も重要
な検討因子になる。

【００２７】合金薄膜の形成と、この膜中に酸化物を形
成する方法としては、複数の金属が同時に成膜できる多
元蒸着、スパッタリング法などの真空成膜が一般的で簡
便に形成が可能である。例えばスパッタリングの場合に
は、以下に述べる二つの方法がある。その一つは、予め
準備された好ましい組成のＮｉ−Ｗ合金タ−ゲットの中
に所望のＮｉ，Ｗの酸化物を添加したタ−ゲット構造と
してスパッタする方法であり、他の方法は、同様にＮｉ
−Ｗ合金タ−ゲットを用いて成膜用ガスとして導入する
例えばＡｒガス中に酸素ガス（Ｏ₂）を適量添加した雰
囲気中でＮｉ−Ｗの反応性スパッタリングをすることに
よって膜中にＮｉ，Ｗの酸化物を形成する方法であり、
両者いずれの方法でも同様の効果が得られる。

【００２８】また、上記はんだの接続電極を構成する拡
散防止用金属を回路基板上に形成するに際し、かかる金
属層が基板または下地層との接着力が弱い場合は、はん
だ接続時または回路基板の使用中に基板から剥がれてし
まうので、これを防ぐために予め下地層としてＴｉ，Ｃ
ｒなどからなる接着金属層を形成することが有効であ
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。

【００３０】(実施例１)図１は、はんだ接続電極を具備
した薄膜多層配線基板の主要断面構造図、及び図２は図
１（Ａ）部の拡大断面構造を示している。ここに図示し
た薄膜多層配線回路基板５の構造自体は、従来技術と同
様な回路構成で、アルミナ、ムライトなどの高抵抗基材
上１（内部に厚膜回路が形成されている場合もある）
に、ポリイミド樹脂などの有機材料からなる層間絶縁膜
２を複層数積層した構成で、各層は層間絶縁膜２に形成
された接続用スル−ホ−ルを界して、Ａｌ，Ｃｕなどの
導体４で回路が形成されている。また、基板５の最上層
（表面層）には外部に半導体素子（図示せず）などの電
子部品をはんだ接続するための接続電極３（端子）が設
けられている。

【００３１】このはんだ接続電極３の構造は、図２に詳
しく示すように下層からポリイミド膜などとの接着性を
保証するための接着用金属３１としてＣｒ膜、はんだの
拡散防止用金属３２としてＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜（Ｎｉ，
Ｗおよびこれらの酸化物で構成された合金膜を略記した
もの、以下同じ）、最上層にはんだの濡れ性改善、酸化
防止用金属３３としてＡｕを積層した構造である。この
時、それぞれの膜厚は、Ｃｒ膜３１＝０．１μｍ、Ｎｉ
−Ｗ−Ｏ合金膜３２＝１．０μｍ、Ａｕ膜３３＝０．０
５μｍである。

【００３２】図３に回路パタ−ンの製造工程の詳細を示
している。基板として適用するアルミナ、ムライトなど
の高抵抗材料から成る厚膜回路基板１には内部に印刷な
どの手法によって形成された導体回路１１が形成されて
いる。この基板上に微細な薄膜配線回路が形成される。
その形成工程は、まず第１層配線回路を構成する導体と
して、Ａｌをスパッタ成膜（膜厚：４μｍ）し、ホトリ
ソグラフィ／エッチング工程により所望の配線回路をパ
タ−ン化する。この時、Ａｌ導体の加工には、リン酸／
硝酸系の混合液を適用してエッチングする。次に、多層
回路を構成するための第１の層間絶縁膜２としてポリイ
ミド樹脂を基板１上にスピン塗布法で形成し、３５０℃
で熱処理を行なう。膜厚は約１０μｍである。このポリ
イミド膜のスル−ホ−ル加工には同様に所望のレジスト
パタ−ンを形成して、ヒドラジン／エチレンジアミン系
の混合液でウエットエッチングによって開口する。さら
に、この工程を繰り返すことによって、ｎ層（図示した
例は３層回路の構成を示している。）の多層配線回路が
形成される。ここで、各層に形成するＡｌ導体のスパッ
タ成膜に当たってはスル−ホ−ルの接続を良好に（接触
抵抗を小さくする）保つために、同一真空室内で逆スパ
ッタ処理（スパッタエッチング）を行ない、その後引き
続いてＡｌ膜を成膜した。これにより、例えばスル−ホ
−ル径：６０μｍφ／１穴でコンタクト抵抗５ｍΩ以下
を実現している。

【００３３】最上層（表面層）に形成するはんだ接続電
極３のメタライズ構成は上記の通りで、下層からＣｒ
／Ｎｉ−Ｗ−Ｏ／Ａｕを連続でスパッタ成膜する。Ｎ
ｉ−Ｗ−Ｏ合金膜の形成条件はＡｒとＯ₂ガスを同時に
導入した混合雰囲気中で、全体のスパッタガス圧力を
０．２Ｐａに設定した状態で、Ｏ₂ガスの流量を適宜変
化させて各種Ｏ₂分圧の条件で合金膜を形成する。端子
パタ−ンの形成は同様に所望のレジストパタ−ンを形成
して、Ａｕ層３３をヨウ素／ヨウ化アンモン系の混合液
で、Ｎｉ−Ｗ−Ｏ合金膜３２を弗酸／硝酸系の混合液
で、Ｃｒ層３１はフェリシアン化カリウム系あるいは塩
酸系のエッチング液でパタ−ン化する。

【００３４】この例で、下地との接着金属層３１をＣｒ
からＴｉに変えても同様の工程でパタ−ン化が可能であ
る。

【００３５】以上の工程で作製した回路基板５を使用し
て、はんだリペア実験を行なった結果を図４に示した。
使用したＮｉ−Ｗ合金のタ−ゲット組成＝９３：７ａｔ
％，膜厚：１μｍ、はんだ金属の組成はＳｎ−３％Ａｇ
（融点：２２１℃）、リペア工程は処理温度：２５０℃
に保持したホットプレ−ト上で、各工程（接続、取外
し、レベリング、２回目の接続）の処理時間：６０秒の
繰り返しである。結果はＮｉ−Ｗ−Ｏ膜のスパッタ中の
全ガス圧力に対する酸素ガス分圧比とリペア回数の関係
で整理している。リペア回数の定義は、リペアを繰り返
した後、新たに供給したはんだ金属が端子面に安定に濡
れ広がらず、端子周辺に引け現象が見られる状態で接続
不良として判定している。結果のように、リペア特性は
酸素無添加（０％）のＮｉ−Ｗ合金膜に対して４〜５倍
リペア耐性が向上している。結果から、適正な酸素分圧
の領域が存在し、全体の動作ガス圧力（０．２Ｐａ）に
対して、５ないし６〜２０％の範囲で酸素無添加（０
％）のＮｉ−Ｗ合金膜よりリペア耐性が著しく向上して
いる。この時、形成されたＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜の膜中に
含まれる酸素量（Ｏ）は全体の２．０〜１０ａｔ％であ
ることを分析で検証した。

【００３６】また、このリペア特性の良好な結果が得ら
れた５ないし６〜２０％の範囲のＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜に
ついて、膜の結晶性をＸ線回折法で分析した結果を図５
に示した。測定した試料の酸素分圧は、０，５，１０，
１５（％）の４条件でそれぞれの測定結果を重ね書きし
て図５に示している。この結果、回折ピ−クの検出位置
（回折角（２θ））は、何れの試料も位置に差が無く化
合物の結晶構造（格子定数）にも差が無いことが分か
る。それぞれの回折ピ−クの検出位置は回折角（２θ）
＝４４°、５１°である。ここで、試料間の回折ピ−ク
の強度比についてそれぞれのピ−クの積分強度を求め、
その強度比（Ｘ）をＸ＝（５１°の積分強度）／（４４
°の積分強度）の値で整理すると、酸素分圧０％＝
０．００３、５％＝０．１、１５％＝０．２６、１０％
＝１．４が得られる。この強度比の傾向は図４に示した
リペア特性の結果で、リペア回数に優れた結果が得られ
た酸素分圧の傾向と一致しており、はんだリペア耐性に
優れるＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜の回折ピ−クの強度比とし
て、この値がＸ＝０．１〜２．０となるような酸素分圧
の条件を設定することで、酸素を添加しないＮｉ−Ｗ合
金より著しく良好な膜特性が得られた。

【００３７】上記のように、接続電極３のはんだ拡散防
止用金属膜３２中に酸化物を混在させた合金系とするこ
とによって、はんだ金属の主成分であるＳｎの拡散をよ
り抑制することが可能となり、接続を繰り返すリペア工
程などに対して著しく特性改善に効果があることを見出
した。これにより、はんだ拡散防止用金属３２の膜厚を
必要に応じてさらに薄く形成することが可能となり、接
続電極（端子）３の信頼性向上、また材料コストの低減
にも効果が得られる。

【００３８】(実施例２)実施例１のはんだ拡散防止用金
属膜３２を形成するスパッタリング成膜工程において
は、所定分圧の酸素を含むＡｒ雰囲気中でＮｉ−Ｗの２
元合金タ−ゲットを用いて成膜したが、本実施例では酸
素を含まぬＡｒ雰囲気中で行い、酸素成分は予めタ−ゲ
ット中にＮｉ，Ｗの酸化物として所定量導入し、Ｎｉ−
Ｗ−Ｏの３元系合金を形成したものを使用した。これら
各元素の成分比は、実施例１と同様にＮｉ：Ｗの組成比
＝９３：７ａｔ％，酸素量（Ｏ）は全体の２．０〜１０
ａｔ％とした。その結果、はんだ濡れ性、リペア耐性及
び接続信頼性などいずれも実施例１の場合と同様の改善
効果が得られた。

【００３９】(実施例３)図７は、本発明の電子回路装置
の一例を示したものであり、実施例１で得られた薄膜多
層配線基板５に電子部品としての半導体素子（ＬＳＩ）
６を搭載し、電極（図示せず）を接続電極３上にはんだ
７で接続した一部破断要部断面図を示したものである。
はんだ濡れ性、リペア耐性及び接続信頼性のいずれも十
分に満足できる特性を有する電子回路装置を実現できる
ことができた。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、Ｎｉ−Ｗ−Ｏ合金膜
に代表される本発明によるはんだ接続電極の拡散防止用
金属とした少量の酸素成分を含む合金膜を適用したメタ
ライズ構造にすることで、繰り返しはんだ接続を行なう
リペア作業などの多数回の接続においても、必要な膜厚
を１μｍ程度に薄くでき、これによって膜応力に起因し
た端子破壊などの低減による接続信頼性の向上、また、
成膜時間の短縮による材料コストの大幅な低減など特性
の改善効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来技術におけるはんだ接続電極を
具備した薄膜多層配線基板の主要断面構造図である。

【図２】同じく図１（Ａ）部のはんだ接続電極部の詳細
を示す拡大断面構造図である。

【図３】同じく図１に示した配線基板の製造工程の概要
を示す断面構造図である。

【図４】同じく本発明のはんだ接続電極の拡散防止用金
属であるＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜の酸素ガスを添加した反応
性スパッタによる成膜条件（酸素ガス分圧）とリペア回
数の関係を示す特性図である。

【図５】同じく本発明のはんだ接続電極の拡散防止用金
属であるＮｉ−Ｗ−Ｏ合金膜のＸ線回折法で得られた回
折パタ−ンの特性図である。

【図６】各種金属のＳｎとの平衡状態図におけるＳｎ側
の液相線の比較を示す図である。

【図７】本発明の薄膜多層配線基板に電子部品を搭載、
接続した電子回路装置の要部断面構造図である。

【符号の説明】

１・・・高抵抗基板１１・・・
厚膜導体回路２・・・層間絶縁膜３・・・
はんだ接続電極３１・・・接着用金属３２・
・・拡散防止用金属３３・・・酸化防止用金属４・
・・配線導体５・・・薄膜多層配線基板６・・・
ＬＳＩ７・・・はんだ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 3/24 Ａ 7511−4Ｅ 3/46 Ｓ 6921−4ＥＥ 6921−4Ｅ (72)発明者志儀英孝神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者松山治彦神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高密度な配線回路パタ−ンを有し、外部に
はんだ接続によって電子部品を接続、実装する接続電極
が設けられた薄膜配線回路基板において、前記接続電極
が、はんだ接続時にはんだを構成する金属と容易に濡
れ、かつ容易に合金化もしくは化合物を形成する第１の
金属と前記はんだに容易に濡れず、化合物の形成がない
第２の金属との合金、及びこれら両金属の酸化物とから
構成されて成る薄膜配線回路基板。
【請求項２】上記接続電極を構成する第１の金属がニッ
ケル、銅、チタン、タンタル、ジルコニウムの少なくと
も１種、第２の金属がタングステン、クロム、モリブデ
ンの少なくとも１種から成る請求項１記載の薄膜配線回
路基板。
【請求項３】上記接続電極が第１の金属を構成するニッ
ケルと、第２の金属を構成するタングステンと、酸素と
の３元系合金から成る請求項１記載の薄膜配線回路基
板。
【請求項４】上記接続電極を構成する３元系合金が、１
〜１５原子％のタングステンを含むニッケル−タングス
テン合金と、前記合金の２．０〜１０原子％と化合した
酸素成分とからなる請求項３記載の薄膜配線回路基板。
【請求項５】上記接続電極を構成する３元系合金が、１
〜１５原子％のタングステンを含むニッケル−タングス
テン合金と、前記合金の２．０〜１０原子％と化合した
酸素成分とからなり、この３元合金膜の結晶配向性はＸ
線回折法で得られる回折ピ−クの回折角（２θ）が４４
°、５１°でそれぞれの積分強度の比（Ｘとして、Ｘ＝
５１°／４４°）が０．１〜２．０の範囲であることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜配
線回路基板。
【請求項６】上記接続電極を、下層に形成されたチタン
及びクロムの中から選ばれた少なくとも一つの金属から
なる接着金属層と、上記３元系合金から成るはんだを構
成する金属の拡散防止層と、上層に形成された酸化防止
金属層との３層構造として成る請求項１〜５のいずれか
１項に記載の薄膜配線回路基板。
【請求項７】上記薄膜配線回路基板が、高密度な回路パ
タ−ンが層間絶縁膜のスル−ホ−ルを介して複数層積層
された多層配線構造体を成し、外部にはんだ接続によっ
て電子部品が接続される接続電極が最上層に形成されて
成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜配線回路
基板。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜
配線回路基板の接続電極に電子部品をはんだ接続にて搭
載、実装して成る電子回路装置。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜
配線回路基板の接続電極に少なくとも半導体素子の接続
端子をはんだ接続して搭載、実装して成る電子回路装
置。
【請求項１０】少なくとも表面に配線導体層が形成され
た高抵抗基板上に、層間絶縁膜を介して多層配線を積層
形成する工程と、前記配線層の最上層に電子部品をはん
だ接続する接続電極を形成する工程とを有する薄膜配線
回路基板の製造方法であって、前記接続電極を形成する
工程が、はんだ接続時にはんだを構成する金属と容易に
濡れ、かつ容易に合金化もしくは化合物を形成する第１
の金属と前記はんだと容易に濡れず、化合物に形成がな
い第２の金属との合金、及びこれら両金属の酸化物とか
ら構成される、はんだ拡散防止用金属層パタ−ンを形成
する工程を有して成る薄膜配線回路基板の製造方法。
【請求項１１】上記接続電極を形成する工程が、下地の
接着金属層を形成する工程と、その上に、はんだ拡散防
止用金属層を形成する工程としてニッケル−タングステ
ン−酸素の３元合金膜を形成する工程と、さらにその上
に酸化防止保護膜とから成る金属層を形成する工程と、
前記それぞれの金属層をパタ−ン化する工程とを有して
成る請求項１０記載の薄膜配線回路基板の製造方法。
【請求項１２】上記ニッケル−タングステン−酸素の３
元合金膜を形成する工程が、タングステンを１〜１５原
子％含むニッケル−タングステンの２元合金をタ−ゲッ
トとするスパッタリング工程で行われると共に、前記ス
パッタリング工程の雰囲気を前記合金の２．０〜１０原
子％を酸化するに足る酸素ガス含有雰囲気中で行われる
工程として成る請求項１１記載の薄膜配線回路基板の製
造方法。
【請求項１３】上記ニッケル−タングステン−酸素の３
元合金膜を形成する工程が、タングステンを１〜１５原
子％含むニッケル−タングステン合金で、かつ前記合金
の２．０〜１０原子％を酸化した酸素成分を含むニッケ
ル−タングステン−酸素の３元合金をタ−ゲットとする
スパッタリング工程で構成されて成る請求項１１記載の
薄膜配線回路基板の製造方法。