JPH02324A - 導電膜回路およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁体基板または半導体基板上に形成した導
電膜回路に関し、さらに詳しくは耐電気腐食性能を具備
し、表面抵抗が小さくかつ安定し、さらに製造工程を簡
略化した導電膜回路およびその製造方法に関する。

［従来技術］ 絶縁体基板または半導体基板上の回路パターン形成に使
用される金属材料としては、以下のような特性が要求さ
れる。

すなわち、■使用される金属材料が耐食性に優れている
こと、■絶縁体基板、半導体基板の表面とパターン形成
される金属とが密着性に優れていること、■電気伝導度
において、従来からの配線材料とほぼ同等以上であるこ
と、■基板と金属との熱膨張係数の差が小さく、高温、
低温繰り返しサイクルによって剥離しにくいこと、な２
の特性が挙げられる。

従来、第９図に示されるように絶縁体基板または半導体
基板６上に回路パターンを形成する金属として、アルミ
ニウム、銅、ニッケル、クロムなどの金属１ｂが用いら
れている。

しかし、これらの金属を配線材料として使用した場合、
回路中の異なる電位部分が水で短絡すると、高電泣部分
の溶解が避けられない。

また、塩素イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、第２鉄イ
オンをはじめとする腐蝕性化学種を含んだ水に接触した
場合には配線が溶解する場合が少なくない。

これらの腐食の問題を回避するために従来は、第９図の
ように導電膜回路表面をガラス、セラミックスあるいは
プラスチックス等からなる腐食防止用保護膜７により表
面を被覆し、回路パターン中の配線部への水の侵入を防
止する手段が採られてきた。

しかし、形成された被覆膜の透水性やピンホールなどの
欠陥のないものにするために膜厚を厚く（例えば樹脂の
場合５０μ以上）しても透水を零にすることができない
という欠点も有していた。

これら従来技術の欠点を改良するために、本発明者等は
、タンタル、チタンまたはニオブなどの耐食性の金属を
用いて回路パターンを形成する発明を提案した。

しかし、この場合でもタンタルなどの金属薄膜回路表面
の酸化が原因となって、表面抵抗が高くなり外部回路と
の接続抵抗が高くなるという問題があった。また、多層
薄膜回路を形成したときバイアホール（ｖｉａ　ｈｏｌ
ｅ）の抵抗が高くなることもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、導体回路およ
び電極表面を無機物あるいは有機物の腐食防止用保護膜
で被覆しないで水分を含む環境中で使用しても半永久的
に正常に動作し、導電膜回路および電極表面の酸化に起
因する端子部抵抗およびバイアホールでの抵抗が大きく
ならず、かつ広い温度範囲での温度サイクルを与えても
剥離の問題を生じない、高耐食性で信頼性の高い導電膜
回路を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明者等
は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、導電
膜としてタンタル薄膜を採用し、少なくとも表面抵抗を
下げる必要のある箇所には、前記タンタル薄膜回路表面
の一部または全部ヲパラジウム、金、白金、ロジウムか
ら選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金によ
り被覆することにより、従来技術に比べて極めて耐食性
および耐表面酸化性に優れた信頼性の高い導電膜回路と
することができることを見い出し本発明を完成するに至
った。

すなわち本発明は、絶縁体基板または半導体基板上にタ
ンタル薄膜回路を形成し、該タンタル薄膜回路表面の一
部または全部をパラジウム、金、白金、ロジウムから選
ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金で被覆し
たことを特徴とする、タンタル薄膜回路である。

まず、本発明で適用できる絶縁体基板としては、ガラス
、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックス基板
、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリブタ
ジェンなどのフレキシブルな樹脂基板があり、半導体基
板としては、シリコンやゲルマニウムなどの単体半導体
、インジウム−アンチモン（Ｉｎ−Ｓｂ）やガリウム−
ひ素（Ｇａ−Ａｓ）などの化合物半導体があり、その他
不純物半導体や、さらにＦｅ２０３　、ＣｕＯ１Ｚ　ｎ
　ＯＳＳ　ｎ　０２　、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３などの金
属酸化物半導体やＬｉＮｂＯ３、ＰｂＴｉＯ３などの誘
電体にも適用できる。

本発明は、上述したように導電膜として耐食性に優れた
タンタル薄膜を採用してパターンを形成し、タンタル薄
膜回路表面の一部または全部をパラジウム、金、白金、
ロジウムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれら
の合金（以下、単に“パラジウムなどの貴金属“という
）により被覆する。

また、タンタル薄膜回路の少なくともリード接続部、端
子部またはバイアホールのコンタクト部のみにパラジウ
ムなどの貴金属薄膜を被覆してもよい。

このようにタンタル薄膜回路の表面への被覆により、表
面抵抗が下るので端子部と外部回路を直接接続できる。

また、多層薄膜回路とした場合のバイアホール部に関し
ても、スパッタエツチングなどの特別な処理をせずにバ
イアホールの接触抵抗を小さくできる。

絶縁体または半導体などの基板上に回路パターンを形成
する方法としては、公知のスパッタリング法によるもの
のほか、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ペースト塗布法などが
適用できる。

以下、本発明を図面に基づいてさらに詳しく説明する。

第１〜４図は、それぞれ本発明の実施例を示す導電膜回
路構造の概略図であり、１ａはタンタル導電回路、２は
パラジウム、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか
１種の金属またはこれらの合金からなる導電膜、３は５
ｉ０２膜、ポリイミド膜などの絶縁膜、４は酸化タンタ
ル（Ｔ　ａ　２０５）などの密着層膜、５ａはタンタル
導電回路、６は絶縁体または半導体等の基板をそれぞれ
示す。

第１図は、絶縁体または半導体等の基板６上に形成され
たタンタル導電回路１ａの上にパラジウムなどの貴金属
２を被覆したタンタル薄膜回路である。

ｆｆ１２図は、第１図の構造の上にさらに密着層、その
上に５ｉ０２膜またはポリイミド膜などの絶縁膜３を形
成した後、バイアホール部分をエツチングして密着層４
および絶縁膜３を除去し、その上にタンタル電極５ａを
形成したものである。別の製法として、絶縁膜パターン
３および密着層４をリフトオフ法にて作成し、その膜に
タンタル電極５ａを形成してもよい。

第３図は、基板６とタンタル導電回路１ａとの密着性が
不十分な場合に、タンタル導電回路１ａと基板６の間に
密着層膜４として、例えば酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ　
）を挟んで形成された導電膜回路構造である。

第４図は基板６とタンタル導電膜１ａまたはタンタル導
電１１１１ａと絶縁膜３との密着性が不十分な場合に、
これらの間に密着層膜４として、第３図と同様に例、え
ばＴａ２０５を挟んで形成した導電膜回路構造とし、さ
らに密着層４、絶縁膜３を順次形成した後、パラジウム
などの貴金属２を被覆した回路パターンの中央部分の絶
縁膜３および密着層膜４をエツチングして除去し、その
上にタンタル電極５ａを形成したものである。この場合
もリフトオフ法を利用してパターン形成ができる。

本発明では、このように導電膜としてタンタル薄膜１ａ
を用い、さらにこの薄膜パターンの上にパラジウムなど
の貴金属２を被覆するので、従来技術を示す第９図で使
用するアルミニウム、銅、ニッケル、クロムなどの金属
からなる導電膜１ｂと異なり耐食性に極めて優れ、第９
図にあるようなガラス、セラミックス、プラスチックス
などの腐食防止用保護膜７は必要としないものである。

従って、本発明は、従来技術のように被覆膜形成後の透
水性やピンホールなどの問題が全くなくなり、また金属
薄膜回路表面の酸化が原因となって表面抵抗が高くなり
、外部回路との接続抵抗が高くなるという問題が生じな
いので、従来技術に比べて極めて信頼性が向上する。

また、本発明の他の態様としては、パラジウムなどの貴
金属を導電膜として用いることもできる。

すなわち、第５図に示されるように絶縁体基板または半
導体基板上に酸化タンタルなどの密着層４、その上にタ
ンタルの薄膜層を形成した後、該タンタル薄膜層の上に
パラジウム、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか
１種の金属またはこれらの合金で導電膜回路２を形成し
、層間絶縁膜３、さらにパラジウム、金、白金、ロジウ
ムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金
で導電回路５ｂを順次形成した導電膜回路である。

この場合に、層間絶縁膜３の前後に密着層４を設けて剥
離強度をさらに向上させることもできる。

このように、密着層を設け、該密着層上にパラジウムな
どの貴金属を導電膜として用いる供とにより、耐酸化性
、低抵抗化、剥離強度の向上がさらに図られる。

次に、本発明のタンタル薄膜回路の好ましい製造方法に
ついて説明する。

すなわち、本発明のタンタル薄膜回路の製造方法は、タ
ンタル薄膜回路をエツチングにより形成するに際し、エ
ツチング用マスク材としてパラジウム、金、白金、ロジ
ウムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合
金薄膜を用い、エツチング後に該タンタル薄膜回路表面
の一部または全部に該パラジウム、金、白金、ロジウム
から選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金薄
膜を残存させ、被覆することを特徴とするものである。

絶縁体または半導体などの基板の上に形成されたタンタ
ル薄膜をエツチング液により食刻する場合、マスク材と
してクロム薄膜が用いられる場合が一般的であるが、ク
ロム薄膜の代わりにパラジウム薄膜を用いるものである
。パラジウム薄膜をバターニング後、続いてパターン化
されたパラジウムをマ′スクとしてタンタル薄膜をエツ
チングし、タンタル薄膜回路パターンを形成するが、そ
の場合、通常除去するマスク材をパラジウム薄膜におい
ては必要に応じて残すことができる。クロム薄膜は高温
高湿中で電気腐食を起すのに対し、パラジウム薄膜は高
温高湿中で耐電気腐食性能を有するからである。もちろ
ん残されたパラジウム薄膜は表面抵抗を下げる方に働き
、外部回路との直接接続を可能にすると共にバイアホー
ルの接触抵抗を下げることができる。

また、タンタルエツチング用マスクであるクロム薄膜の
代わりに本発明のパラジウム薄膜のほか、金、白金、ロ
ジウムなどからなる薄膜のいずれかを選択してタンタル
エツチング用マスクとすることができるとともに、パラ
ジウムと同様そのまま残して表面抵抗を下げた回路とす
ることもできる。

例えば、本発明のタンタル薄膜回路の製造方法を第８図
に示される図面に基づいて説明すると、絶縁体または半
導体などの基板６の上にタンタルで所定の厚さの薄膜１
ａを形成し、さらに所定の厚さのパラジウム薄膜２を形
成させた後、レジスト樹脂８を被覆してレジストパター
ンを形成させる（、ａ　）。次に、パラジウムをエツチ
ング除去し、続いてパラジウム膜をマスクとしてタンタ
ル膜をエツチングすると共にレジスト８を除去し、パラ
ジウム膜２を被覆したタンタル薄膜回路が形成される（
ｂ）。

次に、このように形成されたタンタル薄膜回路上にさら
にレジスト膜８を形成した後、密着層４を形成する（ｃ
）。さらに層間絶縁膜３を形成しくｄ）、タンタル回路
上に形成したレジスト膜８、密告層４および絶縁膜３と
共にリフトオフ法により除去してバイアホールを形成す
る（ｅ）。さらに導電膜回路を形成して多層タンタル薄
膜回路が形成される（ｆ）。

他の製造方法としては、タンタル薄膜回路を形成後、パ
ラジウム、金、白金などを必要な箇所にコートすること
もでき、その際、コート前にソフトエツチングを行なっ
てタンタルの表面の抵抗を下げる必要があるが、その方
法として湿式エッチングを用いてもよいし、スパッタエ
ツチングなどの乾式法を用いてもよい。

このような本発明の製造方法を用いて製造される導電膜
回路の一例を第９図に示した。

［実施例］ 以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明す
る。

実施例１ 青板ガラス基板（１００ｘ　　１００ｘ　　１．５Ｉｎ
ＩＲ）上に、第３図に示される構造に従い、スパッタリ
ングにより酸化タンタル絶縁膜を２００人、さらにその
上にタンタル膜を２０００人、さらに金膜を５００人形
成し、その上にレジスト樹脂のパターンを作り、まず金
膜をエツチング液により食刻し、その金パターンをマス
クとしてタンタル膜および酸化タンタル絶縁膜のエツチ
ングを行なった。

その後、金膜を必要箇所に残し、薄膜回路パターンとし
た。なお、金をスパッタリングする前に、タンタル膜表
面のスパッタエツチングを行なって界面抵抗を下げるよ
うにした。

実施例２ 青板ガラス基板（１００Ｘ　　１００ｘ　１．５Ｉｌｌ
Ｉ１１）上に、第４図に示される構造に従い、スパッタ
リングにより酸化タンタル絶縁膜を２００人、さらにそ
の上にタンタル膜を３０００人、さらにパラジウム膜を
１０００人堆積させ、レジストパターンによりパラジウ
ム膜を、続いてパラジウム膜をマスクとしてタンタル膜
および酸化タンタル膜のエツチングを行なった。

次に、リフトオフ法によりバイアホールを有する層間絶
縁膜を形成した。そのとき５ｉＯｚ膜形成の前に密着層
として２００人の酸化タンタル膜を形成した。さらに層
間絶縁膜の上にタンタル薄膜パターンを形成し多層薄膜
回路とした。

実施例３ 第４図に示されるような層間絶縁膜としてポリイミド（
２μ）を用いたほかは実施例２と同じ多層薄膜回路を構
成した。

このようにパターン形成した実施例１〜３のタンタ薄膜
回路を、５０℃、相対湿度９０％の環境中で短絡してい
ない配線間に２．５ｖの電位差を生ずるような試験を行
ったが、１０００時間の試験で導電体膜および密着層膜
の腐食は観察されず、表面を被覆することなく正常に動
作した。

また、−５０℃と　１２０℃の温度でそれぞれ３０分間
保持し、加熱、冷却を３０サイクル繰り返しても剥離す
ることがなく、タンタルはガラス基板に対しての密着性
に優れていた。

また、タンタル膜の表面に貴金属などをコートしないで
タンタル表面そのままの状態の１＃幅の端子にフレキシ
ブル配線基板をコネクターにて接続したところ、接続抵
抗が１にΩ以上あったのに対し、端子部タンタル表面に
金またはパラジウムをコートしたものにフレキシブル配
線基板を同じコネクターにて接続したところ、接続抵抗
は無視できる範囲のものであった。

さらに、バイアホールの接続抵抗に対してもバイアホー
ル１００ミクロン角の大きさにてコート無しのものは１
００Ω以上、パラジウムコートのものは接触抵抗は零に
近いものであった。

実施例４ 青板ガラス基板（１００Ｘ　　１００Ｘ　１．５Ｍ）上
に、第５図に示される構造に従い、スパッタリングによ
り酸化タンタル密着層を２００人、さらにその上にタン
タル膜を２００人、続いて導電膜としてパラジウム膜を
２０００人堆積させ、レジストパターンによりパラジウ
ム膜のエツチングを行なってパラジウム膜のパターニン
グを行った。。

続いてパターン化されたパラジウムをマスクとして、酸
化タンタルおよびタンタル薄膜をエツチングし、次に、
リフトオフ法によりバイアホールを有する層間絶縁膜を
形成した。そのとき５ｔ０２膜形成の前後に密着層とし
て２００人の酸化タンタル膜を形成した。さらにパラジ
ウムで導体パターンを形成し多層薄膜回路とした。

このようにパターン形成した導電膜回路を、５０℃、相
対湿度９０％の環境中で短絡していない配線間に２．５
ｖの電位差を生ずるような試験を行ったが、１０００時
間の試験で導電体膜および密着層膜の腐食は観察されず
、表面を被覆することなく正常に動作した。

また、−５０℃と　１２０℃の温度でそれぞれ３０分間
保持し、加熱、冷却を３０サイクル繰り返しても剥離す
ることがなく、密着層はガラス基板やパラジウム膜およ
び層間絶縁膜に対して密着性に優れていた。

比較例１および実施例５〜６ 第６図（ａ）〜（Ｃ）に示されるように青板ガラス基板
上に、スパッタリングによりパラジウム膜厚が２０００
人、酸化タンタルおよびタンタル膜厚がそれぞれ２００
人となるように堆積させて剥離強度試験試料を作製した
。

このように形成されたパラジウム膜の剥離強度試験を行
った。その結果を第１表に示した。

第　　１　　表 以上の剥離強度試験の結果から明らかなように、ガラス
基板とパラジウム膜との間にタンタルあるいはタンタル
／酸化タンタルの密着層を設けることにより、剥離強度
が大きく向上していることがわかる。

比較例２および実施例７ 第７図（ａ）、（ｂ）に示されるように青板ガラス基板
上にタンタル薄膜を形成後、その上にパラジウム膜を２
０００人形成した後、（ａ）はスパッタリングにより酸
化ケイ素膜厚が２０００人、（ｂ）は酸化タンタルの密
着層が２００人、酸化ケイ素膜厚が２０００人となるよ
うに堆積させて、剥離強度試験試料を作製した。

このように形成された酸化ケイ素膜の剥離強度試験を行
った。その結果を第２表に示した。

第　　２　　表 以上の剥離強度試験の結果から明らかなように、パラジ
ウム膜と酸化ケイ素膜（絶縁膜）との間に酸化タンタル
の密着層を設けることにより、剥離強度が大きく向上し
ていることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のタンタル薄膜回路は以下
のような効果を有する。

■タンタルを用いた効果に加え、パラジウムなどの貴金
属を被覆しているので回路動作中に電極の異なる電位部
分が水で短絡しても、高電位部分が溶解することはない
。

■本発明により得られた電極を一５０℃〜１２０℃とい
う広い温度範囲での加熱、冷却を繰り返しても、膜が剥
離するということがない。

■基板と導電膜との間や絶縁膜と電極の間に密着層を設
けることにより、導電膜や電極の剥離強度が向上する。

■端子部やスルーホール部の抵抗を小さくできる。

■さらに本発明の製造方法により、タンタル薄膜のエツ
チング用マスクとして使用したパラジウムなどの貴金属
またはこれらの合金薄膜を有効利用して工程の短縮化が
はかれる。

以上のように、本発明により得られたタンタル薄膜回路
は、回路表面を被覆することなく、半永久的に正常に動
作する極めて信頼性の高い回路を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は、それぞれ本発明のタンタル薄膜回路の構
造の一例を示す断面図、 第８図は、タンタル導電膜回路の製造方法の一例を示し
た図、 第９図は、本発明の製造方法を用いて製造される導電膜
回路の一例を示す断面図、 第１Ｏ図は、従来技術の導電膜回路の構造を示す断面図
である。 １ａ：タンタル導電膜、　１ｂニアルミニウム、銅、ニ
ッケル、クロム等の金属からなる導電膜、２：パラジウ
ム、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか１種の金
属またはこれらの合金からなる導電膜、　３：絶縁膜、
　４：密着層膜、５ａ：タンタル電極、　５ｂ＝パラジ
ウム、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか１種の
金属またはこれらの合金からなる電極、　５ｃニアルミ
ニウム、銅、ニッケル、クロム等の金属からなる電極、
　６：基板、　７：表面保護膜（ガラス、セラミックス
、プラスチックス）、　８ニレジスト、　９：端子部。 特許出願人　　三井金属鉱業株式会社 代理人　弁理士　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　伊　東　哲　也 第 図 （ａ） （ｂ） 第　６ （ａ） （ｂ） 弔 図 手続補正書印釦 昭和６３年６月２２日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年　特　許　願　第５２５９５号２、発明の名
称 導電膜回路およびその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　東京都中央区日本橋室町二丁目１番１号名称　
（６１８）三井金属鉱業株式会社代表者　真島公三部 ４、代理人〒１０５ 住　所　東京都港区虎ノ門二丁目８番１号「明細書の発
明の詳細な説明の欄」 ６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁体基板または半導体基板上にタンタル薄膜回路
   を形成し、該タンタル薄膜回路表面の一部または全部を
   パラジウム、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか
   １種の金属またはこれらの合金で被覆したことを特徴と
   する、タンタル薄膜回路。 ２、前記金属または合金をリード接続部、端子部または
   バイアホールのコンタクト部の少なくともいずれかに被
   覆した、特許請求の範囲第１項に記載のタンタル薄膜回
   路。 ３、前記絶縁体基板または半導体基板とタンタル薄膜回
   路の間に密着層を設けた、特許請求の範囲第１項に記載
   のタンタル薄膜回路。 ４、前記密着層が酸化タンタル薄膜である、特許請求の
   範囲第３項に記載のタンタル薄膜回路。 ５、絶縁体基板または半導体基板上に密着層を介してタ
   ンタル薄膜回路を形成した後、該薄膜の上にパラジウム
   、金、白金、ロジウムから選ばれるいずれか１種の金属
   またはこれらの合金を被覆した後、前後に密着層を有す
   る層間絶縁膜を形成し、さらにパラジウム、金、白金、
   ロジウムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれら
   の合金で導電膜回路を順次形成した導電膜回路。 ６、前記層間絶縁膜の前後の密着層が酸化タンタル薄膜
   である、特許請求の範囲第５項に記載の導電膜回路。 ７、タンタル薄膜回路をエッチングにより形成するに際
   し、エッチング用マスク材としてパラジウム、金、白金
   、ロジウムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれ
   らの合金薄膜を用い、エッチング後に該タンタル薄膜回
   路表面の一部または全部に該パラジウム、金、白金、ロ
   ジウムから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの
   合金薄膜を残存させ、被覆することを特徴とする、タン
   タル薄膜回路の製造方法。 ８、前記金属または合金薄膜をリード接続部、端子部ま
   たはバイアホールのコンタクト部の少なくともいずれか
   に残存させ、被覆した特許請求の範囲第７項に記載のタ
   ンタル薄膜回路の製造方法。