JPS583962A - 応力のないニツケル層を与える方法 - 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】 本発明は自触媒化学還元によるニッケル、関連金属及び
合金を付着するプロセス、さらに具体的にはめつき溶液
中のアミン−ホウ素化合物による自触媒化学還元によっ
てニッケル層全付着するプロセスに関連する。

半導体製造技法においてはマスクを介する蒸着もしくは
めつきされるべき導電性領域に対する電気的コンタクト
の形成が可能でない場合に、基板の選択的領域全導電体
金属でめっきする事が時々必要になる。この場合には、
導電性層の付着は通常無電気めっき技法、即ちめっきさ
るべき金属のイオン、及び該金属イオンのための自触媒
化学還元剤を含むめっき浴がイオン全還元して層中に金
属全付着させるプロセスによって達成される。この様な
浴は米国特許第３７５５７４２号に説明された如く、次
燐酸塩もしくは米国特許第２９９０２９６号に説明され
た如くアミン−ホウ素還元剤のいずれかを含んでいる。

無電気めっきめっき浴からの結果の付着金属層は自触媒
還元の副産物、即ち、リンもしくはホウ素を自から含む
事になる。

これ等の不純物は金属層内に応力を生じ、同様に表面の
湿潤性を減少し、これ等は付着された層を含むその後の
めつきプロセスに悪影響を与える。

背景技法 従来の技法、米国特許第４０５５７０６号は水性浴から
基板上にニッケルーホウ素層全付着する事によって酸化
抵抗性金属被覆全形成し、該ニッケルーホウ素層を・・
ロゲン還元雰囲気中で加熱し、ホウ素を層から除去する
プロセスを開示している。

ＩＢＭ　　ＴＤＢ　　Ｖｏｔ、２０、Ａ１７１９７７年
１２月刊第２６６８頁は無電気めっき技法によって付着
されたニッケルーリン層から加熱によってリン全除去す
る方法を開示している。

本発明に従い、自触媒金属還元反応の通常の副産物、即
ちホウ素によって比較的汚染されない無電気めっき技法
によって付着される金属ホウ素層を形成するプロセスが
与えられる。従って、選択的に付着される金属層は、め
っきさるべき導電性領域に電気的接触全必要とする電気
めっき技法によって付着される層の純度を持って形成さ
れる。

無電気めっきプロセスの利点は通常の欠点を持たない様
に達成される点にある。

（３） 改良された品質の歪のない金属層を与える本発明の方法
は、金属層が例着される表面領域に成るガラス相和を含
む基板を与える段階、 無電気めっき技法によって基板の表面領域上に導電性金
属及びホウ素の層を付着する段階、結果の基板及び導電
性金属及びホウ素層を非反応性及び／もしくはＨ２環境
中で、少なく共７５０℃の温度で導電性層から基板中の
ガラスへホウ素全拡散するに十分な時間加熱する段階よ
り成る。

半導体技法における導電性層という代表的応用例、さら
に具体的には実装技法中における現在の慣用及び問題に
関連する本発明の性質及び重要性を理解する事は重要で
ある。半導体パッケージは集積回路ケイ素装置と比較し
て、比較的大きい基板を有する。基板は絶縁材料で形成
され、基板上に取付けられる装置全相互接続し、より大
きな板もしくはカードに接続するためのＩ１０端子に向
って拡がった導電性冶金ンステムが与えられている。半
導体装置がより稠密になり、動作の速度が増大するにつ
れ、半導体装置のパホーマンス能力（４） 全十分に使用し得る実装構造を与える事に対する緊急な
必要が生ずる。笛−の基板上に多数の装置を取付け、相
互接続し、基板全極めて急速な電気的信号が内部寄生イ
ンダクタンス及び容量効果によって消散しない様に製造
する事が利点が多い。

この目的全達成し得る半導体パッケージは米国特許第４
２４５２７３号に開示されており多重層のセラミック基
板を有する。この基板は穿孔された貫通孔及び内部相互
接続される冶金層を与える様に配列された導電性パター
ンを有する複数個の生のセラミック・ンートで形成され
る。冶金層は通常生のセラミック基板全焼結するために
必要とされる高温に耐え得るスクリーンされた耐火金属
である。

焼結に続き、基板の上部及び下部上の露出され焼結され
た耐火金属パターンははんだ付けもしくはろう付けが出
来る様なものでなくてはならない。

周知の方法はスクリーン及び焼結された耐火金属領域の
表面にはんだ付けもしくはろう付は可能な金属即ち銅も
しくはニッケルの層を与える事である。生のセラミック
基板は焼結中に一様にはちちまないので、はんだ付は可
能金属を選択的に付着し、もしくは減少的に食刻するだ
めのマスクの使用は極めて小さな冶金層パターンを有す
る大きな基板には容易ではない。同様に、もし領域の１
部の直接電流源に接続され得なければ電気めっきは使用
され得ない。

溶液は基板上の耐火金属領域にはんだ付けもしくはろう
付は可能な金属層、代表的ニッケル層全無電気的にめっ
きするものである。しかしながら結果の金属層は自触媒
反応の副産物を含む。この副産物は、層中に応用を生じ
、これは層の分離を生じ、浴融はんだもしくはろう付は
材料の湿潤性を失わしめるので致命的である。

このプロセスにおいて、無電気的ニッケル層は表面を含
むガラス材料上のアミン−ホウ素自触媒還元剤を含む浴
から付着され得、結果のニッケルーホウ素層は少なく共
７５０℃の温度に加熱され、ニッケルーホウ素層からホ
ウ素が基板のガラスに拡散される。この事はホウ素が内
部的に拡散し、ガラスと反応して、ガラスによって保持
され、実質的に汚染のないニッケル層が残されると理論
化される。

本発明の実施によって、不純物を含まない層が任意の適
切な基板上に付着され得る。もしニッケル層がパターン
全なして選択的に形成されるのであれは、パターンの構
造は下層の冶金パターン、即ち通常耐火金属全含むスゲ
リーンされたパターンによって、もしくは無電気めっき
技法において知られた還元剤による領域の活性化によっ
て決定されなければならない。無電気めつき浴はスクリ
ーンされた金属領域のみを選択的にめっきするために使
用されるものである。めっきされる領域は表面に隣接し
て通常０５乃至１５％重量の範囲のガラス粒子を有する
必要がある。無電気めっきニッケルの付着に対する最も
好ましいベースはタングステン、タンタル、モリブデン
もしくはマンガンの如き微粒子状の耐火金属、有機樹脂
ビークル及び０．５％乃至１５％の範囲、さらに具体的
には４乃至１１％重量の範囲にあるガラス−フリットか
ら形成されたスクリーン・パターンである。

パターンは生のセラミック基板」二にスクリーンされ、
基板と共に焼結されるか、もしくはすでに焼結されたセ
ラミック基板上にスクリーンされ、焼結される。もしく
は、スクリーンされる金属パターンはグラス・フリット
を含まないペーストより成り得る。しかしながら、基板
がガラスを含まねばならず、ガラスが焼結中に上方に泳
動して必要な量たけ耐火金属ペースト・パターンに浸透
しなければならない。

基板が適切に製造され、浄化された後にアミン−ホウ素
還元剤を含むニッケル・イオンを含む任意の適切なめつ
き浴によってニッケル〜ホウＸ層が付着される。適切な
無電気めっき浴は市販されており、一般的に米国特許第
２９９０２９６号に説明されている。適切な浴が選択さ
れた後、ニッケルーホウ素は下層の耐火金属領域上にの
み付着される。ニッケルーホウ素層は代表的には０．１
乃至３多重量のホウ素を含み、さらに具体的には０゜６
乃至０．７％重量のホウ素を含む。二ッケルーホ（７） つ素層の厚さは通常２乃至１５ミクロンの範囲（（ある
。第１図はスクリーンされたモリブデン及びガラス層上
に横たわる略１チホウ素を有するニッケルーホウ素層の
高度に拡大された断面の写真である。ニッケルーホウ素
層１０はホウ素粒子を示す多くの黒いスポットを含む事
に注意されたい。

下層のスクリーンされたモリブデン層１２中の黒い粒子
はガラス粒子であり及び明るい領域はモリブデンを示す
。

次いで本発明のプロセス中に、結果の基板及びニッケル
ーホウ素層は不活性雰囲気中で７５０乃至１２００℃の
範囲の温度、好ましくは８００乃至９００℃の範囲の温
度に加熱される。環境はヘリウムもしくはアルゴンの如
き非反応気体、水素もしくは水素及び窒素の組合せ還元
雰囲気もしくは真空である。この加熱段階はニッケルー
ホウ素層１０中のホウ素の下方向拡散を生ずるに十分な
時間遂行される。ホウ素は下層のモリブデン層１２中の
ガラスと反応し、ガラスによって保持される。第６図は
ホウ素粒子全下層のモリブデン層１（８） ２中に駆動するに十分な時間加熱されたニッケルーホウ
素層ＩＤＢ１示す。下層１０Ｂ中には、層１０Ａと比較
して黒い粒子は存在せず、この事はホウ素が除去された
事を示す。第２図を参照するに、完全にホウ素を除去す
るには十分でない時間加熱されたニッケルーホウ素層が
示されている。

上部１０Ａは第１図中の層１０Ａと似ている事に注意さ
れたい。下部１０Ｂは色が明かるく第５図中の層ＩＱＢ
と匹敵する事に注意されたい。

次の実施例は本発明のプロセスの好ましい特定実施例を
示すものであり、本発明の範囲を制限するものではない
事に注意されたい。

実施例Ｉ 生のセラミック基板の２組が、多層セラミック技法を使
用した基板全構成する事によって達成される内部金属ン
ステム金石する様に製造された。

基板の２つの組の各基板上には表面冶金システムが開孔
されたマスクを介して導電性ペースト混合物全スクリー
ンする事によって付着された。ベーストは８１係重量、
１乃至１０ミクロンの範囲の粒子寸法を有するＭｏ粒子
、４係垂量の１乃至１０ミクロンの範囲の粒子寸法金有
するガラス・フリット及び残部の有機ビークルより成る
。表面冶金層は内部冶金／ステムと接触し、各基板の上
部表面領域の略９０％を覆うバットより成る。２組の基
板はその後約１５００℃の温度、約６時間、炉のＨ２雰
囲気中で焼結された。焼結されたパッドの上部表面全検
査する事によって、ガラス粒子は焼結されたＭｏ金属パ
ッド中に点在している事がわかる。パッドは略２５ミク
ロンの厚さである。

両者の基板のパッド表面はここで蒸気吹付け、ＫＯＨ食
刻剤、Ｋ３　Ｆ２　（ＣＮ）６ｍ液及び最後に塩化パラ
ジウム活性浴中に浸漬する事によって金属めっきに対し
て準備された。次に基板はアミン−ボルナン還元剤及び
Ｎｉ塩を含む市販の無電気めつきＮｉ浴中に浸漬された
。本発明の実施に使用されるに適した無電気めっき浴は
米国特許第２９９０２９６号及び米国特許第３３３８７
２７号に説明されている。このプロセス段階は平均の厚
さが５ミクロンで１係のホウ素量を有する選択的付着を
生ずる。基板の第１の組は湿潤性Ｉ■２雰囲気を含む炉
中で８６０℃の温度に１５分間加熱された。基板の第２
組は同一炉中で同一時間、たたし６００℃の温度に加熱
された。２組の基板が冷却された後、これ等は検査され
分析された。Ｘ線回折テストは基板の第１組中のニッケ
ル層中には無視出来るホウ素が残され、基板の第２の組
中のニッケル層には約１％のホウ素が含捷れている事を
示した。基板の両組中のニッケル層中の応力が測定され
た。第１の組のニッケル層中の応力略７００　Ｋｇ／　
ｃｍ２であり、他方第２の組のニッケル層中の応力は略
７０００　Ｋｇ／　ｃｍ２であった。従って顕著なホウ
素を含まず、低い応力を有する著しくニッケルが優位の
層が基板の第１の組に適用された高熱処理によって形成
されるものと結論出来る。

実施例■ 生のセラミック基板の２つの組が実施例１中に記述され
た如く製造された。しかしながら表面合金層全形成する
ために使用される導電性ベースは第１実施例の如くはガ
ラス・フリツＩｆ含１ず、同−Ｍｏ粒子及びビークルを
同一割合で含む。基板の結果の組が実施例Ｉと同様に加
熱され、結果のニッケル層が検査され分析された。第１
の組のニッケル組中のホウ素の内容は無視出来るが、第
２の組では略１％であった。基板の第１の組のニッケル
層中の応力は第２の組中よりもはるかに低かった。

【図面の簡単な説明】

第１図はモリブデン・ガラス条片上に付着された無電気
めっきニッケルーホウ素層の金属組織の拡大断面の写真
である。第２図は本発明時のプロセスに従って熱処理の
中間段階で見た第１図に示されたものと類似の合成層金
属組織の拡大断面の写真である。第５図は本発明のプロ
セスに従う熱処理の完了時における第１図と類似の合成
電気めっきニッケル・モリブデン・ガラス条片の金属組
織拡大断面の写真である。 第１図 第２図 第３図 第１頁の続き ［相］発　明　者　キャンドリカ・プラサドアメリカ合
衆国ニューヨーク州 ポーキプシー・マンダレイ・ド ライブ９９番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ニッケル層が付着さるべき表面中に若干のガラス材料を
   含む基板全路える段階と、 」二記基板の上記表面領域上に無電気めっき技法でニッ
   ケルーホウ素の層を付着する段階と、この様にして形成
   された結果の基板及びニッケルーホウ素層を非反応性環
   境で、少なく共７５０℃の温度で上記ニッケルーホウ素
   層からホウ素全基板中の上記ガラスへ拡散せしめるに十
   分な時間加熱させる段階とより成る応力のないニッケル
   層を与える方法。