JP2982851B2 - 銅を被着した有機重合基板を含む電子部品の製造方法、及びその有機重合基板を含む電子部品 - Google Patents
銅を被着した有機重合基板を含む電子部品の製造方法、及びその有機重合基板を含む電子部品Info
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- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/20—Metallic material, boron or silicon on organic substrates
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機重合基板を銅で被
覆すること、特にスパッタまたは蒸着被覆に関係する。
覆すること、特にスパッタまたは蒸着被覆に関係する。
【0002】本発明は、集積回路チップを実装するため
の担体として役立つ金属化ポリイミド基板の製作に、特
に適する。
の担体として役立つ金属化ポリイミド基板の製作に、特
に適する。
【0003】
【従来の技術】ポリイミドのような有機重合フィルム
が、半導体およびパッケージ産業に一般に使用されてい
る。典型的フレキシブル回路製作は、金属化有機重合フ
ィルムの使用を必要とする。通常の過程において、核ま
たは触媒層は、重合フィルム上にスパッタされるかある
いは蒸着される。現在の金属化処理において、均一で再
生可能なフィルム特性を開発するために、連続処置が要
求される。一般の処理は、熱および真空の一連の処理に
よる重合フィルムの前処理を必要とし、プラズマまたは
グロー放電における表面変更に続いて、接着推進層クロ
ムおよび銅核層が順次付着される。
が、半導体およびパッケージ産業に一般に使用されてい
る。典型的フレキシブル回路製作は、金属化有機重合フ
ィルムの使用を必要とする。通常の過程において、核ま
たは触媒層は、重合フィルム上にスパッタされるかある
いは蒸着される。現在の金属化処理において、均一で再
生可能なフィルム特性を開発するために、連続処置が要
求される。一般の処理は、熱および真空の一連の処理に
よる重合フィルムの前処理を必要とし、プラズマまたは
グロー放電における表面変更に続いて、接着推進層クロ
ムおよび銅核層が順次付着される。
【0004】カプトン(Kapton)ーHのようなポリイミ
ドと銅の直接金属化は、銅ポリイミド境界面における満
足な接着をもたらさなかった。特に、問題は銅ポリイミ
ド境界面で起き、下にあるポリイミド基板から銅線を持
ち上げる結果となり、担体として不適当であった。
ドと銅の直接金属化は、銅ポリイミド境界面における満
足な接着をもたらさなかった。特に、問題は銅ポリイミ
ド境界面で起き、下にあるポリイミド基板から銅線を持
ち上げる結果となり、担体として不適当であった。
【0005】従って、銅ポリイミド境界面を含む機械構
成が商業ベースに乗るためには、銅ポリイミド境界面に
おける接着を改善することが必要である。そのような基
板および金属層間の接着を改善することは、非常に重要
である。
成が商業ベースに乗るためには、銅ポリイミド境界面に
おける接着を改善することが必要である。そのような基
板および金属層間の接着を改善することは、非常に重要
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、ポリイミド基板のような有機重合基板上の銅の接着
を改善することである。本発明の第2の目的は、有機重
合基板上への銅の接着を改善されても、電子部品として
の技術要求に適合するように、該銅層を接着された有機
重合基板の電気抵抗率への影響を少なくすることであ
る。
は、ポリイミド基板のような有機重合基板上の銅の接着
を改善することである。本発明の第2の目的は、有機重
合基板上への銅の接着を改善されても、電子部品として
の技術要求に適合するように、該銅層を接着された有機
重合基板の電気抵抗率への影響を少なくすることであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従って有機重合
層と銅層の接着は、窒素および不活性ガスを含むガスで
銅をスパッタすることによって、改良される。ガス全体
に占める窒素の容積比が約0.09%から約50%の間
に設定されている窒素および不活性ガスを含むガス雰囲
気中において、有機重合基板に銅スパッタリングを行う
ことにより、有機重合基板に対する銅の接着を高めて銅
層を被覆させた有機重合基板を含む電子部品の製造方法
を与えるものである。
層と銅層の接着は、窒素および不活性ガスを含むガスで
銅をスパッタすることによって、改良される。ガス全体
に占める窒素の容積比が約0.09%から約50%の間
に設定されている窒素および不活性ガスを含むガス雰囲
気中において、有機重合基板に銅スパッタリングを行う
ことにより、有機重合基板に対する銅の接着を高めて銅
層を被覆させた有機重合基板を含む電子部品の製造方法
を与えるものである。
【0008】
【実施例】本発明に従って被覆できる基板は、ポリイミ
ド、ポリイミド前駆物質およびポリエポキシドのような
合成重合体を含む有機重合基板である。また、基板は多
少剛性があっても柔軟でもよい。
ド、ポリイミド前駆物質およびポリエポキシドのような
合成重合体を含む有機重合基板である。また、基板は多
少剛性があっても柔軟でもよい。
【0009】本発明に従って基板として使用されるポリ
イミドは、ポリエステルイミド、ポリアミドーイミドー
エステル、ポリアミドーイミド、ポリシロキサンーイミ
ドおよび他の混合ポリアミドのような変形ポリイミド、
および非変形ポリイミドを含む。これらは従来技術にお
いて周知であり、ここに詳細に記述する必要は無い。
イミドは、ポリエステルイミド、ポリアミドーイミドー
エステル、ポリアミドーイミド、ポリシロキサンーイミ
ドおよび他の混合ポリアミドのような変形ポリイミド、
および非変形ポリイミドを含む。これらは従来技術にお
いて周知であり、ここに詳細に記述する必要は無い。
【0010】一般に、ポリイミドは以下の単位を繰り返
し含む。
し含む。
【0011】
【化1】 ここでNは、通常約10,000から約100,000
の分子量を提供する、多重単位の数を表わす整数であ
る。Rは、以下の構成からなる基から選ばれた、少なく
ともひとつの四価有機基である。
の分子量を提供する、多重単位の数を表わす整数であ
る。Rは、以下の構成からなる基から選ばれた、少なく
ともひとつの四価有機基である。
【0012】
【化2】 R2は、1つから4つの炭素原子をもつ二価脂肪族炭化
水素基および、カルボニル、酸(oxy)、亜硫酸(sulf
o)、六価フッ素イソプロピリデン(hexafluoroisoprop
ylidene)、そしてスルホニル基からなる基から選ば
れ、R1は、以下の構成を持つ基から選ばれた少くとも
ひとつの二価基である。
水素基および、カルボニル、酸(oxy)、亜硫酸(sulf
o)、六価フッ素イソプロピリデン(hexafluoroisoprop
ylidene)、そしてスルホニル基からなる基から選ば
れ、R1は、以下の構成を持つ基から選ばれた少くとも
ひとつの二価基である。
【0013】
【化3】 ここでR3は、R2、シリコンおよびアミノ基からなる基
から選ばれた二価有機基である。2つ以上のRやR
1基、特にアミド基を含むR1の複数連を含む重合体を、
使用することができる。
から選ばれた二価有機基である。2つ以上のRやR
1基、特にアミド基を含むR1の複数連を含む重合体を、
使用することができる。
【0014】ポリイミド前駆物質(ポリアミド(polyam
ic)酸)としては、たとえばデュポン社から商標名ピラ
リン(Pyralin)と呼ばれる様々なポリイミド前駆物質
が市販されている。 これらのポリイミド前駆物質には
様々な段階があり、デュポン社のピラリン・ポリイミド
前駆物質は、商標名PI-2555、PI2545、PI-2560、PI-587
8、PIH-61454およびPI-2540である。これらのいくつか
は、ピロメリト・無水二酸酸化ジアニリ ン(Pyromelli
tic DianhydrideOxydianiline(PMDA-ODA))ポリイミ
ド前駆物質である。
ic)酸)としては、たとえばデュポン社から商標名ピラ
リン(Pyralin)と呼ばれる様々なポリイミド前駆物質
が市販されている。 これらのポリイミド前駆物質には
様々な段階があり、デュポン社のピラリン・ポリイミド
前駆物質は、商標名PI-2555、PI2545、PI-2560、PI-587
8、PIH-61454およびPI-2540である。これらのいくつか
は、ピロメリト・無水二酸酸化ジアニリ ン(Pyromelli
tic DianhydrideOxydianiline(PMDA-ODA))ポリイミ
ド前駆物質である。
【0015】化学硬化されたポリイミドは、たとえばデ
ュポン社からH-Kapton、V-Kapton、HN-KaptonおよびVN-
Kaptonを含む商標名カプトン(Kapton)と呼ばれる多様
なポリイミドが市販されている。これらはすべて化学硬
化されたポリイミドである。化学硬化されたポリイミド
は、無水酢酸のような無水物硬化剤によって一般に硬化
される。
ュポン社からH-Kapton、V-Kapton、HN-KaptonおよびVN-
Kaptonを含む商標名カプトン(Kapton)と呼ばれる多様
なポリイミドが市販されている。これらはすべて化学硬
化されたポリイミドである。化学硬化されたポリイミド
は、無水酢酸のような無水物硬化剤によって一般に硬化
される。
【0016】本発明による改善された接着を達成するた
めに、銅を窒素ガスを使用して、スパッタリングによっ
て付着する必要がある。
めに、銅を窒素ガスを使用して、スパッタリングによっ
て付着する必要がある。
【0017】使用されるガスは、窒素および、アルゴ
ン、キセノン、クリプトンのような不活性ガス、好まし
くはアルゴン、を含む。ガス中の窒素の容積比は典型的
に、約0.09%から約50%であり、約1%から約2
0%であることが好ましく、約5%から約12%である
ことがより好ましい。
ン、キセノン、クリプトンのような不活性ガス、好まし
くはアルゴン、を含む。ガス中の窒素の容積比は典型的
に、約0.09%から約50%であり、約1%から約2
0%であることが好ましく、約5%から約12%である
ことがより好ましい。
【0018】スパッタリングは真空空間内で実行され、
プラズマを維持するために磁界の存在下で実行されるこ
とが好ましい。使用されるスパッタリング装置は周知の
ものであり、ここで詳述する必要はない。
プラズマを維持するために磁界の存在下で実行されるこ
とが好ましい。使用されるスパッタリング装置は周知の
ものであり、ここで詳述する必要はない。
【0019】例えば、マイクロエレクトロニック・マニ
ュファクチャリング・アンド・テスティング、セレクシ
ョン・ガイド:スパッタ装置、1987年11月、1ペ
ージおよび19〜22ページを参照されたい。本発明に
従ってスパッタリングは、真空環境で、電界によって加
速されたアルゴンのような不活性ガス・イオンおよび窒
素と共に実施される。結果として生ずる高速の陽イオン
は、本発明の場合は銅である、適当な陰極目標に衝突さ
せられる。陽イオンの運動エネルギーのために、原子ま
たは分子は目標材料の表面から吹き飛ばされる。これら
のスパッタされた分子は、装置中の望ましい基板部分に
付着される。
ュファクチャリング・アンド・テスティング、セレクシ
ョン・ガイド:スパッタ装置、1987年11月、1ペ
ージおよび19〜22ページを参照されたい。本発明に
従ってスパッタリングは、真空環境で、電界によって加
速されたアルゴンのような不活性ガス・イオンおよび窒
素と共に実施される。結果として生ずる高速の陽イオン
は、本発明の場合は銅である、適当な陰極目標に衝突さ
せられる。陽イオンの運動エネルギーのために、原子ま
たは分子は目標材料の表面から吹き飛ばされる。これら
のスパッタされた分子は、装置中の望ましい基板部分に
付着される。
【0020】スパッタ技術には一般に3つの基本型があ
る。二極管モードにおいて目標材料は陰極に取り付けら
れ、スパッタされてフィルムが付着される基板は、陽極
上に置かれる。三極管モードは、熱いフィラメントを含
むことを除いて二極管モードに類似している。このフィ
ラメントは、目標の励起に影響されない高密度プラズマ
を発生する。本発明で好ましい磁電管モードにおいて、
磁界は電子が移動する距離を増やすために使用される。
る。二極管モードにおいて目標材料は陰極に取り付けら
れ、スパッタされてフィルムが付着される基板は、陽極
上に置かれる。三極管モードは、熱いフィラメントを含
むことを除いて二極管モードに類似している。このフィ
ラメントは、目標の励起に影響されない高密度プラズマ
を発生する。本発明で好ましい磁電管モードにおいて、
磁界は電子が移動する距離を増やすために使用される。
【0021】本発明に従って実行される銅の被覆は、約
300〜700ボルトの直流電圧および約8・10-4か
ら約3・10-3トルの圧力の磁電管スパッタリングで行
われる。同様に本発明に従って、スパッタリング期間中
の重合基板は、約60℃以下の温度であることが好まし
い。というのは、約60℃より高温では、容積変化が望
ましくない程度に起こる傾向があるからである。これ
は、材料の信頼性を低下させる。スパッタリングは、約
0から約400ガウスの磁界で実行されるのが好まし
い。銅の付着速度は、典型的に約50〜150オングス
トローム/秒であり、例えば90オングストローム/秒
である。
300〜700ボルトの直流電圧および約8・10-4か
ら約3・10-3トルの圧力の磁電管スパッタリングで行
われる。同様に本発明に従って、スパッタリング期間中
の重合基板は、約60℃以下の温度であることが好まし
い。というのは、約60℃より高温では、容積変化が望
ましくない程度に起こる傾向があるからである。これ
は、材料の信頼性を低下させる。スパッタリングは、約
0から約400ガウスの磁界で実行されるのが好まし
い。銅の付着速度は、典型的に約50〜150オングス
トローム/秒であり、例えば90オングストローム/秒
である。
【0022】ガス中の窒素が、銅層の窒素化合物を形成
する。
する。
【0023】付着された銅層は、厚さ約150〜約10
00オングストロームであることが好ましく、約100
0オングストロームであることが最も好ましい。銅層の
厚さは、約1000オングストローム以下であることが
好ましい。銅層中の窒素はまた、層の電気抵抗率および
応力特性を増加させる。被覆基板が電子工学産業で使用
される時、高過ぎるレベルは望ましくない。
00オングストロームであることが好ましく、約100
0オングストロームであることが最も好ましい。銅層の
厚さは、約1000オングストローム以下であることが
好ましい。銅層中の窒素はまた、層の電気抵抗率および
応力特性を増加させる。被覆基板が電子工学産業で使用
される時、高過ぎるレベルは望ましくない。
【0024】典型的構成において、さらに銅層が、付加
銅の厚さを約3000〜6000オングストロームにす
るために、本発明によって提供された層の上へ付着さ
れ、銅全体の厚さを約0.3ミルから約3ミルにするた
めに、さらに銅層がめっきされる。この付加銅層は、酸
性銅浴のような周知の電気めっき科学技術によって付着
される。
銅の厚さを約3000〜6000オングストロームにす
るために、本発明によって提供された層の上へ付着さ
れ、銅全体の厚さを約0.3ミルから約3ミルにするた
めに、さらに銅層がめっきされる。この付加銅層は、酸
性銅浴のような周知の電気めっき科学技術によって付着
される。
【0025】本発明による接着の改善は、クロムのよう
な接着推進中間層を使用せず、重合基板上に直接銅を付
着することを可能にし、許容可能な接着レベルを達成す
る。本発明は、重合基板上に銅を接着させるためのクロ
ム層の付着を必要としない。クロムを排除することは、
処理の全面的費用および複雑さを減らすだけでなく、環
境の観点からも同様に有利である。例えばそれは、クロ
ム・エッチングから生じる廃水のために必要な処理を減
少させる。
な接着推進中間層を使用せず、重合基板上に直接銅を付
着することを可能にし、許容可能な接着レベルを達成す
る。本発明は、重合基板上に銅を接着させるためのクロ
ム層の付着を必要としない。クロムを排除することは、
処理の全面的費用および複雑さを減らすだけでなく、環
境の観点からも同様に有利である。例えばそれは、クロ
ム・エッチングから生じる廃水のために必要な処理を減
少させる。
【0026】それに加えて本発明は、従来技術において
典型的に実行されたプラズマ前処理をされていない重合
基板に、付着することを可能にする。
典型的に実行されたプラズマ前処理をされていない重合
基板に、付着することを可能にする。
【0027】以下の実施例は、さらに本発明を説明する
ために提示される。
ために提示される。
【0028】例1 それ自体で独立しているポリイミド・フィルム(Kapton
-H)に、約90オングストローム/秒の付着速度の直流
励起をもつ磁電管モードを使用して、ポリイミドの各側
に約1000オングストロームの銅をスパッタ付着す
る。
-H)に、約90オングストローム/秒の付着速度の直流
励起をもつ磁電管モードを使用して、ポリイミドの各側
に約1000オングストロームの銅をスパッタ付着す
る。
【0029】付着が行われている基板の温度は、約20
℃±5℃である。スパッタリングは、容積で約5%の窒
素を含むアルゴン/窒素混合ガスを使用して実行され
る。次に、さらに6000オングストロームの銅が、め
っき核層としてスパッタ付着される。スパッタリング
は、アルゴンガスを使用して、約20℃±5℃の基板温
度で実行される。次に銅は、銅全体の厚さを約0.3ミ
ルにするために、標準酸性電気めっきを使用して構造上
へ電気めっきされる。
℃±5℃である。スパッタリングは、容積で約5%の窒
素を含むアルゴン/窒素混合ガスを使用して実行され
る。次に、さらに6000オングストロームの銅が、め
っき核層としてスパッタ付着される。スパッタリング
は、アルゴンガスを使用して、約20℃±5℃の基板温
度で実行される。次に銅は、銅全体の厚さを約0.3ミ
ルにするために、標準酸性電気めっきを使用して構造上
へ電気めっきされる。
【0030】銅は、従来の写真製版を使用して、30ミ
ルの回線を提供するために回路化される。接着試験は、
従来のIPC-TM-650 2.4.9方法によって実行される。
ルの回線を提供するために回路化される。接着試験は、
従来のIPC-TM-650 2.4.9方法によって実行される。
【0031】接着値は、標本を気温85℃相対湿度80
%の環境に露出した後、T0、T100、T216時間
に、1標本につき少くとも5回線を剥ぎ取ることによっ
てとられる。接着測定値は、でこぼこか平らかで示され
る。
%の環境に露出した後、T0、T100、T216時間
に、1標本につき少くとも5回線を剥ぎ取ることによっ
てとられる。接着測定値は、でこぼこか平らかで示され
る。
【0032】例2 窒素を含む付着された銅層が厚さ約500オングストロ
ームであることを除いて、例1と同じ条件である。約6
000オングストロームの第2の非変形銅層が、窒素ガ
スを含まないアルゴンガスを使用して、窒素を含む層の
上にスパッタされる。気温85℃相対湿度80%の環境
に100時間露出された接着結果は、例1の結果と類似
する。
ームであることを除いて、例1と同じ条件である。約6
000オングストロームの第2の非変形銅層が、窒素ガ
スを含まないアルゴンガスを使用して、窒素を含む層の
上にスパッタされる。気温85℃相対湿度80%の環境
に100時間露出された接着結果は、例1の結果と類似
する。
【0033】例3 窒素を含む銅層の代りに約200オングストロームのク
ロム層が、金属化に先立ちプラズマ処置によって前処理
されたポリイミド上にスパッタ被覆されることを除い
て、例1と同じ条件である。次に、約6000オングス
トロームの非変形銅層がスパッタされ、続いて銅全体の
厚さを約0.3ミルにするために銅が電気めっきされ
る。
ロム層が、金属化に先立ちプラズマ処置によって前処理
されたポリイミド上にスパッタ被覆されることを除い
て、例1と同じ条件である。次に、約6000オングス
トロームの非変形銅層がスパッタされ、続いて銅全体の
厚さを約0.3ミルにするために銅が電気めっきされ
る。
【0034】以上から判断されるように、上述の例のす
べてのフィルムは、標準の条件下で同様の性能を提示す
る。
べてのフィルムは、標準の条件下で同様の性能を提示す
る。
【0035】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、ポリイミド基板のような有機重合基板上の銅
の接着を改善することができる。
いるので、ポリイミド基板のような有機重合基板上の銅
の接着を改善することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン ロバート ノール アメリカ合衆国 13760 ニューヨーク 州 エンディコット スミスフィールド ドライブ 106 (72)発明者 ルイス ジーザス マティエンゾ アメリカ合衆国 13760 ニューヨーク 州 エンディコット キャファーティ ヒル ロード 1211 (56)参考文献 特開 平3−257840(JP,A) 特開 昭56−22331(JP,A) 特開 平2−163365(JP,A) 特開 平5−287501(JP,A) 特開 平4−346651(JP,A) 特開 昭61−164295(JP,A) 特開 平3−87355(JP,A) 特開 平5−230643(JP,A) 特開 平5−251511(JP,A) 特開 平3−82750(JP,A) 特開 昭59−168932(JP,A) 特開 昭57−162491(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/20,14/14 H01L 21/60
Claims (10)
- 【請求項1】ガス全体に占める窒素の容積比が約0.0
9%から約50%の間に設定されている窒素および不活
性ガスを含むガス雰囲気中において、銅スパッタリング
を行うことにより、前記有機重合基板に対する銅の接着
を高めて銅層を被覆するようにしたことを特徴とする、
前記有機重合基板を含む電子部品の製造方法。 - 【請求項2】 上記ガスの窒素の容積比が約1%から約
20%である、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 上記銅の付着速度が約50から約150
オングストローム/秒である、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 上記基板がポリイミドを含む基板であ
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 付加銅層を、上記スパッタリングによっ
て被覆された銅層上にめっきする、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項6】 上記付加銅層が厚さ約0.3ミルから約
3ミルである、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 上記銅層を、スパッタリング期間中の直
流電圧が約300から約700ボルト、圧力が約8・1
0ー 4から約3・10ー 3トルでスパッタリング被覆し、上
記不活性ガスがアルゴンであり、スパッタリング期間中
の上記基板温度が約60℃以下であり、上記ガスの窒素
の容積比が約5%から12%である、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項8】 上記基板がポリイミドであり、上記スパ
ッタリングが磁界の存在下において実行される、請求項
7に記載の方法。 - 【請求項9】 上記銅層が厚さ約150から約1000
オングストロームである、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 請求項1に記載の方法で得られた前記
有機重合基板を含む電子部品。
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