JPH05198575A - 耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材 - Google Patents
耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材Info
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- JPH05198575A JPH05198575A JP4139706A JP13970692A JPH05198575A JP H05198575 A JPH05198575 A JP H05198575A JP 4139706 A JP4139706 A JP 4139706A JP 13970692 A JP13970692 A JP 13970692A JP H05198575 A JPH05198575 A JP H05198575A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 たとえば半導体デバイス用Ａｌ系配線材の如
く、高レベルの信頼性が要求されるデバイス類、機器
類、装置類等の構成材料として有用な、高耐食性のＡｌ
またはＡｌ合金材を提供することを目的とする。 【構成】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面に多層構造のめ
っき層を形成して耐食性を高めた耐食性ＡｌまたはＡｌ
合金材であって、該めっき層は、特定の構成々分よりな
る単位めっき層を２層もしくは３層以上積層してなる厚
さが１００Å以下の単位周期層を、更に５層以上重ね合
わせたものであり、こうした多層めっき構造とすること
により、水や塩素イオン等の腐食促進物質がめっき層を
透過して基材表面にまで到達するのを阻止し、Ａｌまた
はＡｌ合金の腐食を効果的に防止することができる。
く、高レベルの信頼性が要求されるデバイス類、機器
類、装置類等の構成材料として有用な、高耐食性のＡｌ
またはＡｌ合金材を提供することを目的とする。 【構成】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面に多層構造のめ
っき層を形成して耐食性を高めた耐食性ＡｌまたはＡｌ
合金材であって、該めっき層は、特定の構成々分よりな
る単位めっき層を２層もしくは３層以上積層してなる厚
さが１００Å以下の単位周期層を、更に５層以上重ね合
わせたものであり、こうした多層めっき構造とすること
により、水や塩素イオン等の腐食促進物質がめっき層を
透過して基材表面にまで到達するのを阻止し、Ａｌまた
はＡｌ合金の腐食を効果的に防止することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複層構造のめっき層に
よって被覆された耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材に関し、
この耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材は、たとえば半導体デ
バイス用Ａｌ系配線材の如く、高レベルの信頼性が要求
されるデバイス類、機器類、装置類等の構成材料として
有用である。
よって被覆された耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材に関し、
この耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材は、たとえば半導体デ
バイス用Ａｌ系配線材の如く、高レベルの信頼性が要求
されるデバイス類、機器類、装置類等の構成材料として
有用である。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ及びＡｌ合金材は軽量で且つ強度や
耐食性も比較的良好であり、しかも加工性や電気的特性
にも優れたものであるから、建築材料、自動車用のホイ
ールや外板材、缶材や各種金属容器、更にはエレクトロ
ニクス分野等に亘って幅広く使用されている。しかしな
がらこの様なＡｌ及びＡｌ合金でも、酸性もしくはアル
カリ性の環境下では、あるいは中性環境であっても塩素
イオン等のハロゲンイオンが存在する環境下では、孔食
に代表される腐食を起こすことが知られている。こうし
た腐食は、構成素材としてＡｌ合金材を用いたデバイ
ス、機器、装置に重大な損傷を与え、それらの信頼性を
低下させる大きな要因となっている。
耐食性も比較的良好であり、しかも加工性や電気的特性
にも優れたものであるから、建築材料、自動車用のホイ
ールや外板材、缶材や各種金属容器、更にはエレクトロ
ニクス分野等に亘って幅広く使用されている。しかしな
がらこの様なＡｌ及びＡｌ合金でも、酸性もしくはアル
カリ性の環境下では、あるいは中性環境であっても塩素
イオン等のハロゲンイオンが存在する環境下では、孔食
に代表される腐食を起こすことが知られている。こうし
た腐食は、構成素材としてＡｌ合金材を用いたデバイ
ス、機器、装置に重大な損傷を与え、それらの信頼性を
低下させる大きな要因となっている。
【０００３】たとえば半導体デバイスに使用されるＡｌ
系配線材料においては、近年の著しい高集積化や高密度
化に対応すべく、配線材料はますます微細化或は薄膜化
される傾向にあり、それにつれて耐食性の問題は一段と
クローズアップされてきている。特に本格的なサブミク
ロン時代を迎えようとして研究及び実用化が進められて
いるシリコンＬＳＩに使用されるＡｌ系配線材では、幅
１μｍ前後の非常に微細・薄肉のものが要求されてい
る。更にはＬＳＩが高密度化するにつれて、保護材とし
て使用されるプラスチックパッケージ層すらも小型化、
薄肉化の傾向にあるばかりでなく、生産能率の高い製造
工程の採用に伴なって、過激なストレスや厳しい腐食環
境に曝らされる機会も一段と増えてきており、配線材料
の耐食性に対する信頼性は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーションに対する信頼性と共に、
従来レベル以上に高度のものが要求される様になってき
ている。
系配線材料においては、近年の著しい高集積化や高密度
化に対応すべく、配線材料はますます微細化或は薄膜化
される傾向にあり、それにつれて耐食性の問題は一段と
クローズアップされてきている。特に本格的なサブミク
ロン時代を迎えようとして研究及び実用化が進められて
いるシリコンＬＳＩに使用されるＡｌ系配線材では、幅
１μｍ前後の非常に微細・薄肉のものが要求されてい
る。更にはＬＳＩが高密度化するにつれて、保護材とし
て使用されるプラスチックパッケージ層すらも小型化、
薄肉化の傾向にあるばかりでなく、生産能率の高い製造
工程の採用に伴なって、過激なストレスや厳しい腐食環
境に曝らされる機会も一段と増えてきており、配線材料
の耐食性に対する信頼性は、エレクトロマイグレーショ
ンやストレスマイグレーションに対する信頼性と共に、
従来レベル以上に高度のものが要求される様になってき
ている。
【０００４】ところで従来の半導体デバイスは、外気か
らの水分の浸入や酸化変質等を避けるためプラスチック
パッケージに収納されており、該プラスチックパッケー
ジについても樹脂材料の改良をはじめとするパッシベー
ション改善技術が種々研究されている。
らの水分の浸入や酸化変質等を避けるためプラスチック
パッケージに収納されており、該プラスチックパッケー
ジについても樹脂材料の改良をはじめとするパッシベー
ション改善技術が種々研究されている。
【０００５】しかしながらプラスチックパッケージで
は、構造的にデバイスと樹脂との直接々触が避けられな
いので、該プラスチックパッケージを構成する樹脂特有
の性質に起因する様々の問題が生じてくる。たとえば樹
脂の殆どは透湿性、吸湿性を有しており、しかも樹脂中
には微量ながら塩素やナトリウムの如く水の存在下でイ
オン化し易い物質が含まれており、また樹脂パッケージ
には少なからずピンホール等の欠陥が存在するので、高
温高湿雰囲気で保管もしくは使用すると、樹脂パッケー
ジを通して水分が拡散侵入して内部で凝縮し、半導体デ
バイスにおけるＡｌ系配線材等の腐食を起こす原因とな
る。
は、構造的にデバイスと樹脂との直接々触が避けられな
いので、該プラスチックパッケージを構成する樹脂特有
の性質に起因する様々の問題が生じてくる。たとえば樹
脂の殆どは透湿性、吸湿性を有しており、しかも樹脂中
には微量ながら塩素やナトリウムの如く水の存在下でイ
オン化し易い物質が含まれており、また樹脂パッケージ
には少なからずピンホール等の欠陥が存在するので、高
温高湿雰囲気で保管もしくは使用すると、樹脂パッケー
ジを通して水分が拡散侵入して内部で凝縮し、半導体デ
バイスにおけるＡｌ系配線材等の腐食を起こす原因とな
る。
【０００６】そこでＡｌ系配線材の表面にパッシベーシ
ョン膜（ＳｉＯ2 等の保護被膜）を形成してＡｌ系配線
材自身の耐食性を改善する方法も提案されている。とこ
ろが単層構造のパッシベーション膜では、膜構成素材や
製膜法をどの様に工夫したとしても、ピンホールやクラ
ック等の欠陥を完全に無くすことはできず、これら欠陥
部から侵入する水分等によってＡｌ系配線材が腐食し断
線に至る。そこで、Ａｌ系素材自身の耐食性を高めるた
めに、Ａｌ系素材中に１〜２wt％程度のシリコンを添加
したり、上記程度のシリコンと0.5 〜４wt％程度のＣｕ
を複合添加する方法も提案されているが、これらにして
も必ずしも満足のいく耐食性は得られない。
ョン膜（ＳｉＯ2 等の保護被膜）を形成してＡｌ系配線
材自身の耐食性を改善する方法も提案されている。とこ
ろが単層構造のパッシベーション膜では、膜構成素材や
製膜法をどの様に工夫したとしても、ピンホールやクラ
ック等の欠陥を完全に無くすことはできず、これら欠陥
部から侵入する水分等によってＡｌ系配線材が腐食し断
線に至る。そこで、Ａｌ系素材自身の耐食性を高めるた
めに、Ａｌ系素材中に１〜２wt％程度のシリコンを添加
したり、上記程度のシリコンと0.5 〜４wt％程度のＣｕ
を複合添加する方法も提案されているが、これらにして
も必ずしも満足のいく耐食性は得られない。
【０００７】
【発明が解決しようする課題】本発明は上記の様な事情
に着目してなされたものであって、その目的は、Ａｌ系
材料に指摘される耐食性不足の問題を解消し、たとえば
半導体デバイス等の配線材として高温多湿雰囲気で使用
した場合でも腐食を起こすことのない高耐食性のＡｌま
たはＡｌ合金材を提供しようとするものである。本発明
の他の目的は、ＡｌまたはＡｌ合金材を特定の構成素材
からなる多層構造のめっき層によって被覆し、腐食性環
境で保管もしくは使用した場合でも腐食、断線等を生じ
ることのない高耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材を提供しよ
うとするものである。
に着目してなされたものであって、その目的は、Ａｌ系
材料に指摘される耐食性不足の問題を解消し、たとえば
半導体デバイス等の配線材として高温多湿雰囲気で使用
した場合でも腐食を起こすことのない高耐食性のＡｌま
たはＡｌ合金材を提供しようとするものである。本発明
の他の目的は、ＡｌまたはＡｌ合金材を特定の構成素材
からなる多層構造のめっき層によって被覆し、腐食性環
境で保管もしくは使用した場合でも腐食、断線等を生じ
ることのない高耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材を提供しよ
うとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ことのできた本発明の構成は、ＡｌまたはＡｌ合金材の
表面にめっき層を形成してなる耐食性ＡｌまたはＡｌ合
金材において、下記(1) 又は(2) に列記した各物質より
なる群から選ばれる１種又は２種以上の構成素材によっ
て形成される単位めっき層が２層又は３層相隣接して形
成される単位周期層を有し、各隣接する前記単位めっき
層は相互に異なる前記構成素材によって形成されると共
に、各前記単位周期層の厚みを１００Å以下とし、且つ
めっき層のトータル厚みを該単位周期層の平均厚みの５
倍以上としてなるところに要旨を有するものである。 (1) Ａｌ，Ａｌ合金，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｄ，Ｔａ，Ｃｒ，貴金属及び無機物 (2) Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，貴金属及び無機物よりなる群から選択される１種又
は２種以上であって、上記(1) とは異なるもの
ことのできた本発明の構成は、ＡｌまたはＡｌ合金材の
表面にめっき層を形成してなる耐食性ＡｌまたはＡｌ合
金材において、下記(1) 又は(2) に列記した各物質より
なる群から選ばれる１種又は２種以上の構成素材によっ
て形成される単位めっき層が２層又は３層相隣接して形
成される単位周期層を有し、各隣接する前記単位めっき
層は相互に異なる前記構成素材によって形成されると共
に、各前記単位周期層の厚みを１００Å以下とし、且つ
めっき層のトータル厚みを該単位周期層の平均厚みの５
倍以上としてなるところに要旨を有するものである。 (1) Ａｌ，Ａｌ合金，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｄ，Ｔａ，Ｃｒ，貴金属及び無機物 (2) Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，貴金属及び無機物よりなる群から選択される１種又
は２種以上であって、上記(1) とは異なるもの
【０００９】上記の耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材におい
て、構成素材(1) としてはその１種がＡｌまたはＡｌ合
金であるものが好ましく、また構成素材(1) 及び(2) に
おける無機物としては、酸化物、炭化物、窒化物、ほう
化物、けい化物、りん化合物が好ましいものとして例示
される。そして本発明に係る上記耐食性ＡｌまたはＡｌ
合金材は、たとえば半導体デバイスの配線材料として使
用することによって、腐食による断線等を生ずることの
ない信頼性の高い半導体デバイスを与える。
て、構成素材(1) としてはその１種がＡｌまたはＡｌ合
金であるものが好ましく、また構成素材(1) 及び(2) に
おける無機物としては、酸化物、炭化物、窒化物、ほう
化物、けい化物、りん化合物が好ましいものとして例示
される。そして本発明に係る上記耐食性ＡｌまたはＡｌ
合金材は、たとえば半導体デバイスの配線材料として使
用することによって、腐食による断線等を生ずることの
ない信頼性の高い半導体デバイスを与える。
【００１０】
【作用および実施例】前述の如くＡｌまたはＡｌ合金材
が腐食を起こす原因は、保管もしくは使用環境に存在す
る水分や塩素イオン等の腐食促進物質にある。従ってこ
れらの腐食促進物質がＡｌまたはＡｌ合金材と直接触れ
ない様に、ＡｌまたはＡｌ合金材表面を保護被膜で被覆
してやれば、ＡｌまたはＡｌ合金材の腐食は防止される
はずである。ところが、前述の如く従来の単層構造の保
護被膜では、ピンホールやクラック等の欠陥部を完全に
なくすことはできず、この欠陥部を通して前述の腐食促
進物質が侵入してくるので、ＡｌまたはＡｌ合金材の腐
食を完全に阻止することはできない。
が腐食を起こす原因は、保管もしくは使用環境に存在す
る水分や塩素イオン等の腐食促進物質にある。従ってこ
れらの腐食促進物質がＡｌまたはＡｌ合金材と直接触れ
ない様に、ＡｌまたはＡｌ合金材表面を保護被膜で被覆
してやれば、ＡｌまたはＡｌ合金材の腐食は防止される
はずである。ところが、前述の如く従来の単層構造の保
護被膜では、ピンホールやクラック等の欠陥部を完全に
なくすことはできず、この欠陥部を通して前述の腐食促
進物質が侵入してくるので、ＡｌまたはＡｌ合金材の腐
食を完全に阻止することはできない。
【００１１】ところが本発明によれば、以下に詳述する
如く保護被膜を構成するめっき層を、特定の構成素材か
らなる単位めっき層が２層または３層以上積層された薄
肉の単位周期層を複層に積層してなる複層構造とするこ
とにとって、優れた耐食性を確保し得ることが確認され
た。
如く保護被膜を構成するめっき層を、特定の構成素材か
らなる単位めっき層が２層または３層以上積層された薄
肉の単位周期層を複層に積層してなる複層構造とするこ
とにとって、優れた耐食性を確保し得ることが確認され
た。
【００１２】たとえば図１は、本発明に係る耐食性Ａｌ
またはＡｌ合金材の表層部の断面構造を示す概念図であ
り、図中１はＡｌまたはＡｌ合金よりなる基材、２はめ
っき層、３は単位周期層、３Ａ，３Ｂは単位めっき層を
夫々示し、また（ｔd ）は単位周期層３の平均厚さ、
（ｔD ）はめっき層２のトータル厚さを示す。
またはＡｌ合金材の表層部の断面構造を示す概念図であ
り、図中１はＡｌまたはＡｌ合金よりなる基材、２はめ
っき層、３は単位周期層、３Ａ，３Ｂは単位めっき層を
夫々示し、また（ｔd ）は単位周期層３の平均厚さ、
（ｔD ）はめっき層２のトータル厚さを示す。
【００１３】この様に本発明においてＡｌまたはＡｌ合
金基材１の表面に形成されるめっき層２は、２種の単位
めっき層３Ａ，３Ｂよりなる単位周期層３を１単位とし
て、これを更に複層に重ね合わせた構造を有するもので
ある。尚この例では、単位周期層３として単位めっき層
３Ａ，３Ｂよりなる２層構造としたものを示したが、単
位周期層３を単位めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…よりな
る３層構造以上とすることも可能である。
金基材１の表面に形成されるめっき層２は、２種の単位
めっき層３Ａ，３Ｂよりなる単位周期層３を１単位とし
て、これを更に複層に重ね合わせた構造を有するもので
ある。尚この例では、単位周期層３として単位めっき層
３Ａ，３Ｂよりなる２層構造としたものを示したが、単
位周期層３を単位めっき層３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…よりな
る３層構造以上とすることも可能である。
【００１４】本発明において単位めっき層３Ａ，３Ｂ
（更には３Ｃ，…を含むこともあるが、以下の説明で
は、最も単純な３Ａ，３Ｂとして説明する）を構成する
構成素材としては、下記(1) または(2) に示すものが使
用される。 (1) Ａｌ，Ａｌ合金，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｄ，Ｔａ，Ｃｒ，貴金属及び無機物 (2) Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ｔａ, Ｃ
ｒ，貴金属及び無機物よりなる群から選択される１種又
は２種以上であって、上記(1) とは異なるもの
（更には３Ｃ，…を含むこともあるが、以下の説明で
は、最も単純な３Ａ，３Ｂとして説明する）を構成する
構成素材としては、下記(1) または(2) に示すものが使
用される。 (1) Ａｌ，Ａｌ合金，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｄ，Ｔａ，Ｃｒ，貴金属及び無機物 (2) Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ｔａ, Ｃ
ｒ，貴金属及び無機物よりなる群から選択される１種又
は２種以上であって、上記(1) とは異なるもの
【００１５】本発明において、単位周期層３を構成する
単位めっき層３Ａ，３Ｂを、構成素材(1) と構成素材
(2) との積層構造としたのは、ＡｌまたはＡｌ合金基材
１よりも耐食性の優れた構成素材(2) と構成素材(1) を
積み重ねた多層構造とすることにより、前述の様な腐食
促進物質がめっき層２を通してＡｌまたはＡｌ合金基材
１の面まで侵入してくるのを阻止するためである。
単位めっき層３Ａ，３Ｂを、構成素材(1) と構成素材
(2) との積層構造としたのは、ＡｌまたはＡｌ合金基材
１よりも耐食性の優れた構成素材(2) と構成素材(1) を
積み重ねた多層構造とすることにより、前述の様な腐食
促進物質がめっき層２を通してＡｌまたはＡｌ合金基材
１の面まで侵入してくるのを阻止するためである。
【００１６】即ちめっき層２を上記の様な多層構造とし
ておけば、もし単位周期層３を構成する各単位めっき層
３Ａ，３Ｂにピンホール等の欠陥が存在する場合でも、
その欠陥は隣接する他の単位めっき層部分で分断される
ことになり、腐食促進物質が基材１の表面にまで浸入し
得なくなるためと考えられる。
ておけば、もし単位周期層３を構成する各単位めっき層
３Ａ，３Ｂにピンホール等の欠陥が存在する場合でも、
その欠陥は隣接する他の単位めっき層部分で分断される
ことになり、腐食促進物質が基材１の表面にまで浸入し
得なくなるためと考えられる。
【００１７】従って、単位周期層３を構成する単位めっ
き層３Ａ，３Ｂの構成素材は、少なくとも相互に隣接す
る単位めっき層の構成素材が同一とならない様に構成素
材(1),(2) を選択すべきであり、同質の構成素材よりな
る単位めっき層が隣接する積層構造では、本発明の目的
が有効に発揮されない。このことは単位周期層３を更に
重ね合わせていく場合も同じであり、同一構成素材から
なる単位めっき層が直接隣接することがない様にしなけ
ればならない。
き層３Ａ，３Ｂの構成素材は、少なくとも相互に隣接す
る単位めっき層の構成素材が同一とならない様に構成素
材(1),(2) を選択すべきであり、同質の構成素材よりな
る単位めっき層が隣接する積層構造では、本発明の目的
が有効に発揮されない。このことは単位周期層３を更に
重ね合わせていく場合も同じであり、同一構成素材から
なる単位めっき層が直接隣接することがない様にしなけ
ればならない。
【００１８】この様に本発明では、２層（もしくは３層
以上）の単位めっき層からなる単位周期層３を更に周期
的に重ね合わせた複層構造のめっき層２を、Ａｌまたは
Ａｌ合金基材表面に形成したところに特徴を有するもの
であるが、こうした構造のめっき層１による耐食性改善
効果を有効に発揮させるには、単位周期層３の厚さ（ｔ
d ）及びそれらの１のトータル厚さ（ｔD ）］を適正に
調整すべきであることが明らかになった。
以上）の単位めっき層からなる単位周期層３を更に周期
的に重ね合わせた複層構造のめっき層２を、Ａｌまたは
Ａｌ合金基材表面に形成したところに特徴を有するもの
であるが、こうした構造のめっき層１による耐食性改善
効果を有効に発揮させるには、単位周期層３の厚さ（ｔ
d ）及びそれらの１のトータル厚さ（ｔD ）］を適正に
調整すべきであることが明らかになった。
【００１９】以下、単位周期層３の厚み（ｔd ）及びそ
れらのトータル厚さ（ｔD ）が耐食性に与える影響につ
いて、実験結果を参照しつつ説明する。尚トータル厚さ
（ｔD ）はめっき層全体としての肉厚を規定するもので
あるが、これは単位周期層３のくり返し数（Ｄ）によっ
て決まってくるので、以下単位周期層３の厚さ（ｔd)と
それらのくり返し数（Ｄ）を主体にして説明する。
れらのトータル厚さ（ｔD ）が耐食性に与える影響につ
いて、実験結果を参照しつつ説明する。尚トータル厚さ
（ｔD ）はめっき層全体としての肉厚を規定するもので
あるが、これは単位周期層３のくり返し数（Ｄ）によっ
て決まってくるので、以下単位周期層３の厚さ（ｔd)と
それらのくり返し数（Ｄ）を主体にして説明する。
【００２０】エメリー紙を用いて１５００番まで表面研
磨した後、純水及びメチルアルコールで脱脂、洗浄した
純Ａｌ板を基材として使用し、その表面にＤＣ／ＲＦマ
グネトロンスパッタ装置を用いてＡｌとＳｉ、または
ＳｉＯ2 とＺｒを交互にめっきし、単位周期層３の厚
さ（ｔd ）およびそのくり返し数（Ｄ）を種々変えた多
層構造のめっき層２を形成した。尚単位周期層３を構成
する各単位めっき層３Ａ，３Ｂのめっき比率（Ａｌ：Ｓ
ｉ、またはＳｉＯ2 ：Ｚｒの比）は、いずれの場合もモ
ル比で１：１となる様に調整した。尚単位周期層の積層
構造は小角Ｘ線回折及び透過電子顕微鏡観察によって確
認した。また耐食性は、0.05モル濃度の塩酸水溶液中、
電位掃引速度２４０mV/minの動電位分極測定によって得
た孔食電位の値によって評価した。ここで孔食電位は１
A/m2に達する電位として求めた。結果を図２〜４に示
す。
磨した後、純水及びメチルアルコールで脱脂、洗浄した
純Ａｌ板を基材として使用し、その表面にＤＣ／ＲＦマ
グネトロンスパッタ装置を用いてＡｌとＳｉ、または
ＳｉＯ2 とＺｒを交互にめっきし、単位周期層３の厚
さ（ｔd ）およびそのくり返し数（Ｄ）を種々変えた多
層構造のめっき層２を形成した。尚単位周期層３を構成
する各単位めっき層３Ａ，３Ｂのめっき比率（Ａｌ：Ｓ
ｉ、またはＳｉＯ2 ：Ｚｒの比）は、いずれの場合もモ
ル比で１：１となる様に調整した。尚単位周期層の積層
構造は小角Ｘ線回折及び透過電子顕微鏡観察によって確
認した。また耐食性は、0.05モル濃度の塩酸水溶液中、
電位掃引速度２４０mV/minの動電位分極測定によって得
た孔食電位の値によって評価した。ここで孔食電位は１
A/m2に達する電位として求めた。結果を図２〜４に示
す。
【００２１】まず図２は、単位めっき層３Ａ，３Ｂの構
成素材としてＡｌとＳｉを夫々使用した場合について、
単位周期層３の厚さ（ｔd ）と孔食電位の関係を調べた
結果を示したグラフである。但しめっき層１のトータル
厚さ（ｔD ）は２０００Å一定とした。また図２には、
比較のため耐食性被膜としてＳｉＯ2 よりなる単層被膜
（厚さ：１０００Å）を形成した純Ａｌ板の試験結果も
併記した。
成素材としてＡｌとＳｉを夫々使用した場合について、
単位周期層３の厚さ（ｔd ）と孔食電位の関係を調べた
結果を示したグラフである。但しめっき層１のトータル
厚さ（ｔD ）は２０００Å一定とした。また図２には、
比較のため耐食性被膜としてＳｉＯ2 よりなる単層被膜
（厚さ：１０００Å）を形成した純Ａｌ板の試験結果も
併記した。
【００２２】また図３は、単位めっき層３Ａ，３Ｂの構
成素材としてＳｉＯ2 とＺｒを夫々使用し、めっき層２
のトータル厚み（ｔD ）を１５００Åとした以外は上記
第２図の場合と同様にして、単位周期層３の厚さ（ｔ
d ）と孔食電位の関係を調べた結果を示したグラフであ
る。
成素材としてＳｉＯ2 とＺｒを夫々使用し、めっき層２
のトータル厚み（ｔD ）を１５００Åとした以外は上記
第２図の場合と同様にして、単位周期層３の厚さ（ｔ
d ）と孔食電位の関係を調べた結果を示したグラフであ
る。
【００２３】図２，３からも明らかである様に、めっき
層２のトータル厚さ（ｔD ）が同じであっても、単位周
期層３の厚さ（ｔd ）によって孔食電位は著しく変わ
り、厚さ（ｔd ）が１００Å付近を境にして孔食電位は
急変する。そしてこの厚さ（ｔd ）が１００Å未満では
高い孔食電位を示すのに対し、１００Åを超えると孔食
電位は著しく低下し、ＳｉＯ2 単層の被膜形成材と同一
レベルの孔食電位を示すものとなる。
層２のトータル厚さ（ｔD ）が同じであっても、単位周
期層３の厚さ（ｔd ）によって孔食電位は著しく変わ
り、厚さ（ｔd ）が１００Å付近を境にして孔食電位は
急変する。そしてこの厚さ（ｔd ）が１００Å未満では
高い孔食電位を示すのに対し、１００Åを超えると孔食
電位は著しく低下し、ＳｉＯ2 単層の被膜形成材と同一
レベルの孔食電位を示すものとなる。
【００２４】即ち本発明で目的とする程度の高レベルの
耐食性を得るには、めっき層１を前述の様な複層構造と
するだけでは足りず、単位周期層３の厚さ（ｔd ）を１
００Å以下にしなければならないことが分かる。
耐食性を得るには、めっき層１を前述の様な複層構造と
するだけでは足りず、単位周期層３の厚さ（ｔd ）を１
００Å以下にしなければならないことが分かる。
【００２５】この様に単位周期層の厚さを１００Å以下
とすることによって耐食性が著しく向上する理由は、次
の様に考えられる。即ち単位周期層３が１００Åを超え
る厚肉である場合は、上層側の単位周期層に存在するピ
ンホール等の欠陥を通してその下層側の単位周期層まで
腐食促進物質が侵入してきたとき、その腐食促進物質は
当該下層側単位周期層内に存在する空洞（当該単位周期
層内に元々存在していた欠陥部やその後の剥離もしくは
腐食溶解によって生じた欠陥部）に流れ込み、該空洞を
めっき層と直交する方向に流れてその下の単位周期層の
存在する欠陥に至り、更に順次深部へ向けて侵入してい
く。そしてついにはＡｌまたはＡｌ合金基材１にまで腐
食促進物質が到達して当該ＡｌまたはＡｌ合金基材１を
腐食させる。
とすることによって耐食性が著しく向上する理由は、次
の様に考えられる。即ち単位周期層３が１００Åを超え
る厚肉である場合は、上層側の単位周期層に存在するピ
ンホール等の欠陥を通してその下層側の単位周期層まで
腐食促進物質が侵入してきたとき、その腐食促進物質は
当該下層側単位周期層内に存在する空洞（当該単位周期
層内に元々存在していた欠陥部やその後の剥離もしくは
腐食溶解によって生じた欠陥部）に流れ込み、該空洞を
めっき層と直交する方向に流れてその下の単位周期層の
存在する欠陥に至り、更に順次深部へ向けて侵入してい
く。そしてついにはＡｌまたはＡｌ合金基材１にまで腐
食促進物質が到達して当該ＡｌまたはＡｌ合金基材１を
腐食させる。
【００２６】ところが単位周期層の厚さが１００Å以下
である場合は、当該単位周期層内に存在する空洞も当然
１００Å以下であるため、上層側の単位周期層に存在す
る欠陥部から腐食促進物質を含む水が侵入してきたとし
ても、水の表面張力等によって水は上記空洞内へ侵入し
難く、あるいは仮に侵入したとしても空洞内の入口部で
止って内部まで侵入していきにくい。その結果、腐食促
進物質の浸入は当該単位周期層の部分で止められてＡｌ
またはＡｌ合金基材１にまで到達できなくなり、腐食防
止効果が確実に発揮されるものと思われる。
である場合は、当該単位周期層内に存在する空洞も当然
１００Å以下であるため、上層側の単位周期層に存在す
る欠陥部から腐食促進物質を含む水が侵入してきたとし
ても、水の表面張力等によって水は上記空洞内へ侵入し
難く、あるいは仮に侵入したとしても空洞内の入口部で
止って内部まで侵入していきにくい。その結果、腐食促
進物質の浸入は当該単位周期層の部分で止められてＡｌ
またはＡｌ合金基材１にまで到達できなくなり、腐食防
止効果が確実に発揮されるものと思われる。
【００２７】また図４は、単位めっき層３Ａ，３Ｂの構
成素材としてＡｌとＳｉを夫々使用した場合について、
めっき層２における単位周期層３のくり返し数（Ｄ）と
孔食電位の関係を調べた結果を示したものである。但
し、基材としては純Ａｌを使用し、単位周期層３の平均
厚さは５０Åとし、めっき処理法や孔食電位の測定法等
は、前記図２の場合と同様とした。
成素材としてＡｌとＳｉを夫々使用した場合について、
めっき層２における単位周期層３のくり返し数（Ｄ）と
孔食電位の関係を調べた結果を示したものである。但
し、基材としては純Ａｌを使用し、単位周期層３の平均
厚さは５０Åとし、めっき処理法や孔食電位の測定法等
は、前記図２の場合と同様とした。
【００２８】図３からも明らかである様に、単位周期層
３の厚さが１００Å以下であっても、そのくり返し数
（Ｄ）によって孔食電位は著しく変わり、くり返し数
（Ｄ）が５付近を境にして孔食電位は急変する。そして
このくり返し数（Ｄ）が５未満では孔食電位が低く、満
足な耐食性が期待できないのに対し、該くり返し数
（Ｄ）が５以上では高レベルの孔食電位を示すものとな
り、優れた耐食性を示すものとなる。即ち、単位周期層
３の厚さ（ｔd ）を１００Å以下とすることによる前記
腐食促進物質の浸入防止効果を有効に発揮させるには、
該単位周期層３を少なくとも５層以上とし、めっき層２
のトータル厚さ（ｔD ）を単位周期層３の平均厚さの５
倍以上にする必要がある。
３の厚さが１００Å以下であっても、そのくり返し数
（Ｄ）によって孔食電位は著しく変わり、くり返し数
（Ｄ）が５付近を境にして孔食電位は急変する。そして
このくり返し数（Ｄ）が５未満では孔食電位が低く、満
足な耐食性が期待できないのに対し、該くり返し数
（Ｄ）が５以上では高レベルの孔食電位を示すものとな
り、優れた耐食性を示すものとなる。即ち、単位周期層
３の厚さ（ｔd ）を１００Å以下とすることによる前記
腐食促進物質の浸入防止効果を有効に発揮させるには、
該単位周期層３を少なくとも５層以上とし、めっき層２
のトータル厚さ（ｔD ）を単位周期層３の平均厚さの５
倍以上にする必要がある。
【００２９】かくして本発明によれば、単位めっき層の
構成素材を特定すると共に、該単位めっき層を２層もし
くは３層以上積層してなる単位周期層の厚さを１００Å
以下とし、更には該単位周期層のくり返し数を５以上と
することによって、腐食促進物質がめっき層を通過して
ＡｌまたはＡｌ合金基材表面まで侵入してくるのを確実
に阻止することができ、その結果、ＡｌまたはＡｌ合金
基材の腐食を確実に防止することができる。尚本発明で
多層構造に形成されるめっき層において、各単位めっき
層の積層界面では各構成素材が相互に拡散したものであ
っても、勿論有効であり、むしろこの様に相互拡散した
ものとすれば、単位めっき層同士の層間密着性が向上
し、耐食性はより良好なものとなる。
構成素材を特定すると共に、該単位めっき層を２層もし
くは３層以上積層してなる単位周期層の厚さを１００Å
以下とし、更には該単位周期層のくり返し数を５以上と
することによって、腐食促進物質がめっき層を通過して
ＡｌまたはＡｌ合金基材表面まで侵入してくるのを確実
に阻止することができ、その結果、ＡｌまたはＡｌ合金
基材の腐食を確実に防止することができる。尚本発明で
多層構造に形成されるめっき層において、各単位めっき
層の積層界面では各構成素材が相互に拡散したものであ
っても、勿論有効であり、むしろこの様に相互拡散した
ものとすれば、単位めっき層同士の層間密着性が向上
し、耐食性はより良好なものとなる。
【００３０】尚上記実施例では単位周期層３が２層構造
であるものについて説明したが、３層以上の多層構造で
あってもよく、またくり返される該単位周期層３はすべ
てが同一物質を組み合わせたものでなければならない訳
でもなく、たとえば単位周期層３の第１層がＡｌとＳｉ
の２層構造、第２層がＴｉとＳｉの２層構造、第３層が
ＡｌとＴｉの２層構造、…という様に、異なる構成の単
位周期層３を重ね合わせたものであってもかまわない。
しかしめっき作業性等を考慮すると、同一構成で且つ略
同一厚さの単位周期層３をくり返して積層形成するのが
最も一般的である。
であるものについて説明したが、３層以上の多層構造で
あってもよく、またくり返される該単位周期層３はすべ
てが同一物質を組み合わせたものでなければならない訳
でもなく、たとえば単位周期層３の第１層がＡｌとＳｉ
の２層構造、第２層がＴｉとＳｉの２層構造、第３層が
ＡｌとＴｉの２層構造、…という様に、異なる構成の単
位周期層３を重ね合わせたものであってもかまわない。
しかしめっき作業性等を考慮すると、同一構成で且つ略
同一厚さの単位周期層３をくり返して積層形成するのが
最も一般的である。
【００３１】本発明の耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材を得
る際に採用されるめっき法としては、スパッタリング
法、蒸着めっき法、電気めっき法、化学めっき法等、従
来から知られた任意の方法が挙げられるが、多層構造の
めっき層を形成する本発明において最も一般的なのは、
スパッタリング法及び蒸着めっき法である。また本発明
が適用されるＡｌまたはＡｌ合金材としては、純Ａｌの
ほか、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ等の１種もしくは２種以上を合金成分として含有する
様々のＡｌ合金が包含され、それらの形状は、最も一般
的な板状物の他、線状物、棒状物等、使用目的に応じた
種々の形状のものに適用することができる。
る際に採用されるめっき法としては、スパッタリング
法、蒸着めっき法、電気めっき法、化学めっき法等、従
来から知られた任意の方法が挙げられるが、多層構造の
めっき層を形成する本発明において最も一般的なのは、
スパッタリング法及び蒸着めっき法である。また本発明
が適用されるＡｌまたはＡｌ合金材としては、純Ａｌの
ほか、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ等の１種もしくは２種以上を合金成分として含有する
様々のＡｌ合金が包含され、それらの形状は、最も一般
的な板状物の他、線状物、棒状物等、使用目的に応じた
種々の形状のものに適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、特
定成分からなる特定肉厚の複層めっき層によってＡｌま
たはＡｌ合金材表面を被覆することによって耐食性の非
常に優れたＡｌまたはＡｌ合金材を得ることができ、こ
の耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材たとえば半導体デバイス
用Ａｌ系配線材の如く、高レベルの信頼性が要求される
デバイス類、機器類、装置類等の構成材料として非常に
有用なものである。
定成分からなる特定肉厚の複層めっき層によってＡｌま
たはＡｌ合金材表面を被覆することによって耐食性の非
常に優れたＡｌまたはＡｌ合金材を得ることができ、こ
の耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材たとえば半導体デバイス
用Ａｌ系配線材の如く、高レベルの信頼性が要求される
デバイス類、機器類、装置類等の構成材料として非常に
有用なものである。
【図１】本発明に係る耐食性ＡｌまたはＡｌ合金におけ
るめっき層部分の断面構造を示す模式図である。
るめっき層部分の断面構造を示す模式図である。
【図２】単位周期層の厚さと孔食電位の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】単位周期層の厚さと孔食電位の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】単位周期層のくり返し数と孔食電位の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今野 豊彦 アメリカ合衆国、シーエー94305、スタン フォード、エスコンディド ビレッジ、バ ーニーズ４エフ
Claims (4)
- 【請求項１】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面にめっき層
を形成してなる耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材において、 下記(1) 又は(2) に列記した各物質よりなる群から選ば
れる１種又は２種以上の構成素材によって形成された単
位めっき層が２層又は３層以上相隣接して形成される単
位周期層を有し、各隣接する前記単位めっき層は相互に
異なる前記構成素材によって形成され、且つ各前記単位
周期層の厚みが１００Å以下であり、めっき層のトータ
ル厚みが該単位周期層の平均厚みの５倍以上であること
を特徴とする耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材。 (1) Ａｌ，Ａｌ合金，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｎｄ，Ｔａ，Ｃｒ，貴金属及び無機物 (2) Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ｔａ, Ｃ
ｒ，貴金属及び無機物よりなる群から選択される１種又
は２種以上であって、上記(1) とは異なるもの - 【請求項２】 請求項１に記載された構成素材の１種が
ＡｌまたはＡｌ合金である請求項１記載の耐食性Ａｌま
たはＡｌ合金材。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載された無機物が、
酸化物、炭化物、窒化物、ほう化物、ケイ化物、りん化
合物よりなる群から選択されるものである請求項１又は
２記載の耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材。 - 【請求項４】 半導体デバイスの配線材料として使用さ
れるものである請求項１〜３のいずれかに記載の耐食性
ＡｌまたはＡｌ合金材。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US69439491A | 1991-05-01 | 1991-05-01 | |
| US07/694,394 | 1991-05-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198575A true JPH05198575A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=24788646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4139706A Withdrawn JPH05198575A (ja) | 1991-05-01 | 1992-05-01 | 耐食性ＡｌまたはＡｌ合金材 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5330851A (ja) |
| JP (1) | JPH05198575A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0773769A (ja) * | 1993-09-03 | 1995-03-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 半導体パッケージの外部接続端子及びその製造方法 |
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| EP2570674A1 (en) * | 2011-09-15 | 2013-03-20 | Sandvik Intellectual Property AB | Erosion resistant impeller vane made of metallic laminate |
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-
1992
- 1992-05-01 JP JP4139706A patent/JPH05198575A/ja not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-04-22 US US08/050,994 patent/US5330851A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5330851A (en) | 1994-07-19 |
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