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

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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１０】一般に、ポリイミドは以下の単位を繰り返
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００２２】ガス中の窒素が、銅層の窒素化合物を形成
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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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