JP2022016792A - 半導体搭載用配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体搭載用配線基板において、異種金属からなる金属層の耐食性を向上する技術を提供する。【解決手段】 半導体搭載用配線基板は、セラミックから成る基板と、基板の上に形成される金属層であって、少なくとも２つ以上の金属膜が積層されている金属層と、を備え、金属層は、第１の金属膜と、第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜とを含んでおり、第２の金属膜は、第１の金属膜よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、第１の金属膜の端部を超えて基板と接触している。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体搭載用配線基板に関する。

従来から、半導体に電気的に接続される配線を備える半導体搭載用配線基板が知られている。例えば、特許文献１には、外部と電気的に接続するワイヤが接続される接続部が基板上に配置されており、接続部では、基板に搭載される半導体が接続される第１導電層上に、ワイヤが接続される第２導電層が形成される技術が開示されている。

特開２０１７－２１６３１５号公報

特許文献１の技術では、ワイヤとの接続において位置合わせに用いられる外縁露出部が接続部に配置されている。外縁露出部では、第２導電層が形成されておらず、第１導電層が露出しているため、第１導電層と第２導電層とが隣り合っている部分が外部に露出することとなる。このため、第１導電層と第２導電層とが異なる種類の金属から形成される場合、外縁露出部に海水が接触すると、第１導電層と第２導電層とが隣り合って露出している部分では、異種金属接触腐食、いわゆる、ガルバニック腐食が発生し、卑な金属が腐食されやすくなる。すなわち、接続部が腐食されやすいため、耐食性が低下するおそれがある。

本発明は、半導体搭載用配線基板において、異種金属からなる金属層の耐食性を向上する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、半導体搭載用配線基板が提供される。この半導体搭載用配線基板は、セラミックから成る基板と、前記基板の上に形成される金属層であって、少なくとも２つ以上の金属膜が積層されている金属層と、を備え、前記金属層は、第１の金属膜と、前記第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜とを含んでおり、前記第２の金属膜は、前記第１の金属膜よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、前記第１の金属膜の端部を超えて前記基板と接触している。

この構成によれば、第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜は、第１の金属膜よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、第１の金属膜の端部を超えて基板と接触している。ここで、「塩水」とは、例えば、５０ｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液を指す。これにより、第１の金属膜と第２の金属膜とが隣り合っている部分は、外部に露出しないため、異種金属接触腐食は進行しにくい。これにより、異種金属からなる金属層の耐食性を向上することができる。

（２）上記形態の半導体搭載用配線基板において、前記第２の金属膜は、アルミニウムまたは銅から形成されてもよい。この構成によれば、第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜は、アルミニウムまたは銅から形成されている。これにより、金属層に接続するワイヤの材料を比較的安価なアルミニウムまたは銅とすることができるため、製造コストを低減しつつワイヤと金属層との接合強度を向上することができる。したがって、信頼性の高い接合を行うことができる。

（３）上記形態の半導体搭載用配線基板において、前記第１の金属膜は、金、銀、チタン、白金、パラジウム、ニッケル、銅、または、クロムの少なくとも１つから形成されてもよい。この構成によれば、第１の金属膜は、塩水中でのイオン化傾向が比較的低い金、銀、チタン、白金、パラジウム、ニッケル、銅、または、クロムの少なくとも１つから形成されている。これにより、第１の金属膜は腐食されにくいため、金属層が腐食によって消失することを抑制することができる。

第１実施形態の半導体搭載用配線基板の模式的な断面図である。 半導体搭載用配線基板の製造方法を説明する第１の模式図である。 半導体搭載用配線基板の製造方法を説明する第２の模式図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の半導体搭載用配線基板１の模式的な断面図である。本実施形態の半導体搭載用配線基板１は、例えば、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）などの発光用の半導体や、パワー半導体などが搭載される基板であって、搭載する半導体と、例えば、給電を行う外部装置とを接続するための配線を備えている。半導体搭載用配線基板１は、基板１０と、金属層２０と、を備える。

基板１０は、セラミック、例えば、ＡｌＮから形成される平板形状の部材である。基板１０には、主面１０ａ上に金属層２０が形成される。

金属層２０は、内部配線膜２１と、接合膜２２と、中間膜２３と、表面配線膜２４と、を有する。金属層２０は、内部配線膜２１と、接合膜２２と、中間膜２３と、表面配線膜２４とが積層され、基板１０上に形成される。金属層２０は、半導体搭載用配線基板１に搭載される半導体と、半導体搭載用配線基板１の外部装置とを電気的に接続する電気配線となる。

内部配線膜２１は、金（Ａｕ）から形成されており、半導体と外部装置との導通を確保する金属層である。

接合膜２２は、内部配線膜２１の基板１０側に配置される。接合膜２２は、パラジウム（Ｐｄ）から形成されており、内部配線膜２１と、後述する中間膜２３との接合強度を向上することができる。

中間膜２３は、チタン（Ｔｉ）から形成される。内部配線膜２１の上面２１ａ上に配置される上部２３ａと、接合膜２２と基板１０の主面１０ａとの間に配置される下部２３ｂと、接続部２３ｃ、２３ｄと、中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆと、を有する。接続部２３ｃ、２３ｄのそれぞれは、内部配線膜２１の側面２１ｂ、２１ｃを覆うように形成されており、上部２３ａの外縁と下部２３ｂの外縁とを接続する。中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆは、接続部２３ｃ、２３ｄの外側に配置されており、図１に示すように、接続部２３ｃ、２３ｄから突出するように形成される。中間膜２３は、内部配線膜２１と表面配線膜２４との合金化を抑制する。中間膜２３は、特許請求の範囲の「第１の金属膜」に相当する。

表面配線膜２４は、中間膜２３の上に形成される。表面配線膜２４は、隣り合う中間膜２３を形成するチタンよりも、塩水中でのイオン化傾向が大きいアルミニウム（Ａｌ）から形成される。ここで、「塩水」とは、５０ｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液を指す。表面配線膜２４は、上面被覆部２４ａと、外縁部２４ｂ、２４ｃと、側面被腹部２４ｄ、２４ｅと、を有し、中間膜２３の中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆを超えて基板１０と接触している。表面配線膜２４は、特許請求の範囲の「第２の金属膜」に相当する。中間膜２３の中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆは、特許請求の範囲の「第１の金属膜の端部」に相当する。

上面被覆部２４ａは、中間膜２３の上部２３ａを覆うように形成される。外縁部２４ｂ、２４ｃのそれぞれは、図１に示すように、中間膜２３の２つの中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆのそれぞれの外側において、基板１０の主面１０ａに接触している。側面被腹部２４ｄ、２４ｅのそれぞれは、中間膜２３の接続部２３ｃ、２３ｄと中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆの上面とを覆うように形成される。側面被腹部２４ｄ、２４ｅのそれぞれは、上面被覆部２４ａの外縁と２つの外縁部２４ｂ、２４ｃのそれぞれとを接続する。

図２は、半導体搭載用配線基板１の製造方法を説明する第１の模式図である。図３は、半導体搭載用配線基板１の製造方法を説明する第２の模式図である。次に、半導体搭載用配線基板１の製造方法を説明する。なお、図２および図３では、半導体搭載用配線基板１の構造をわかりやすくするため、特に、金属層２０における金属膜の実際の厚みの関係とは異なる関係で示している。

最初に、基板１０上にＴｉ膜／Ｐｄ膜／Ａｕ膜を形成する（図２（ａ）参照）。具体的には、スパッタリングや真空蒸着などによって、基板１０の主面１０ａ上に、Ｔｉ膜１２と、Ｐｄ膜１３と、Ａｕ膜１４と、をこの順番に成膜する。本実施形態では、Ｔｉ膜１２は、厚みｄ１２が２００ｎｍとなるように成膜される。Ｐｄ膜１３は、厚みｄ１３が７０ｎｍとなるように成膜される。Ａｕ膜１４は、厚みｄ１４が２．５μｍとなるように成膜される。これにより、図２（ａ）に示す状態の積層部材１ａが形成される。

次に、積層部材１ａにおいて、Ｐｄ膜／Ａｕ膜のみをパターニングする（図２（ｂ）参照）。具体的には、フォトリソグラフィなどによって、所定のパターンをＴｉ膜／Ｐｄ膜／Ａｕ膜上に転写し、所定のパターンに含まれないＰｄ膜／Ａｕ膜を、Ｔｉ膜がエッチングされないエッチング方法によって取り除く。これにより、図２（ｂ）に示す状態の積層部材１ｂが形成され、Ｐｄ膜１３は、接合膜２２となり、Ａｕ膜１４は、内部配線膜２１となる。

次に、積層部材１ｂにＴｉ膜を新たに形成する（図２（ｃ）参照）。具体的には、Ｐｄ膜／Ａｕ膜がエッチングされたＴｉ膜／Ｐｄ膜／Ａｕ膜上に、スパッタリングや真空蒸着などによってＴｉ膜を成膜する。本実施形態では、すでに形成されているＴｉ膜１２上に、厚み６００ｎｍのＴｉ膜を成膜する。これにより、図２（ｃ）の状態の積層部材１ｃが形成され、Ｔｉ膜１５の外縁部１５ａの厚みｄ１５は、８００ｎｍとなる。

次に、積層部材１ｃにおいて、Ｔｉ膜をパターニングする（図３（ａ）参照）。具体的には、フォトリソグラフィなどによって、Ｔｉ膜１５の外縁部１５ａの一部をエッチングし、取り除く。このとき、Ｔｉ膜１５において外側に突出している部分１５ｂが基板１０の主面１０ａに接触する部分の長さＬ１５は、２０μｍとなっている。部分１５ｂの長さＬ１５は、１０μｍから７０μｍ程度であることが望ましい。これにより、図３（ａ）の状態の積層部材１ｄが形成される。パターニングされたＴｉ膜１５は、中間膜２３となる。

次に、積層部材１ｄにＡｌ膜を形成する（図３（ｂ）参照）。具体的には、スパッタリングや真空蒸着などによって、パターニングされたＴｉ膜／Ｐｄ膜／Ａｕ膜上および基板１０の主面１０ａ上に、Ａｌ膜１６を製膜する。本実施形態では、基板１０の主面１０ａ上に成膜されるＡｌ膜の厚みｄ１６は、４．５μｍとなっている。Ａｌ膜の厚みｄ１６は、３μｍから６μｍ程度であることが望ましい。これにより、図３（ｂ）の状態の積層部材１ｅが形成される。

最後に、積層部材１ｅにおいて、Ａｌ膜１６をパターニングする（図３（ｃ）参照）。具体的には、フォトリソグラフィなどによって、Ａｌ膜１６の外縁部の一部を削除する。図３（ｃ）において、パターニングされたＡｌ膜１６は、表面配線膜２４となる。本実施形態では、パターニングされたＡｌ膜１６が基板１０の主面１０ａに接触する部分１６ａの長さＬ１６は、４０～６０μｍ程度となっている。パターニングされたＡｌ膜１６は、表面配線膜２４となり、Ａｌ膜１６の部分１６ａは、外縁部２４ｂ、２４ｃとなる。このようにして、半導体搭載用配線基板１が製造される。

一般的に、半導体搭載用配線基板において、アルミニウムから形成される表面配線膜の外縁部は、基板に接触していない。このため、表面配線膜の外縁部とチタンから形成される中間膜（本実施形態では、中間膜２３に相当）の外縁部とが隣り合っている部分は、一部が外部に露出することとなる。この露出部分は、異なる金属が隣り合っているため、塩水が付着すると、異種金属接触腐食が発生する。

本実施形態の半導体搭載用配線基板１では、表面配線膜２４が有する外縁部２４ｂ、２４ｃのそれぞれは、中間膜２３の２つの中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆを超えて、それぞれの外側において基板１０の主面１０ａに接触している。これにより、表面配線膜２４の外縁部２４ｂ、２４ｃと、中間膜２３の中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆと、が隣り合う部分（図１の符号Ｐ１）は、外部に露出していない。これにより、半導体搭載用配線基板１では、異種金属接触腐食は発生しないため、比較例の半導体搭載用配線基板５に比べると、腐食は進行しにくくなる。

また、例えば、第１の金属膜をアルミニウムから形成される内部電極とし、第２の金属膜をチタンから形成される表面電極とすることで、内部電極と表面電極とから構成される電極の耐腐食性を向上させる場合がある。しかしながら、内部電極と表面電極とが隣り合う部分が外部に露出していると、異種金属接触腐食によって内部電極の腐食が進行しやすくなるため、電極の形状を維持できなくなるおそれがある。また、電極と外部装置との接続に比較的安価なアルミワイヤを使用する場合、ワイヤのアルミニウムと表面電極のチタンとを接合する必要があり、接合性が悪くなるため、接合の信頼性が低下する。また、アルミワイヤ以外のワイヤを使うと、半導体搭載用配線基板を含む装置の製造コストが増大する。

以上説明した、本実施形態の半導体搭載用配線基板１によれば、中間膜２３の上に形成される表面配線膜２４は、中間膜２３を形成する金属よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、中間膜２３の中間膜外縁部２３ｅ、２３ｆを超えて基板１０と接触している。これにより、中間膜２３と表面配線膜２４とが隣り合っている部分は、外部に露出しないため、異種金属接触腐食は進行しにくい。したがって、異種金属からなる金属層の耐食性を向上することができる。

また、本実施形態の半導体搭載用配線基板１によれば、中間膜２３の上に形成される表面配線膜２４は、アルミニウムから形成される。これにより、金属層２０に接続されるワイヤの材料を比較的安価なアルミニウムとすることができるため、製造コストを低減しつつワイヤと金属層との接合強度を向上することができる。したがって、信頼性の高い接合を行うことができる。

また、本実施形態の半導体搭載用配線基板１によれば、中間膜２３は、塩水中でのイオン化傾向が比較的低いチタンから形成される。これにより、中間膜２３は比較的腐食されにくいため、金属層２０が腐食によって消失することを抑制することができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上述の実施形態では、中間膜２３は、チタンから形成され、表面配線膜２４は、アルミニウムから形成されるとしたが、中間膜２３と表面配線膜２４を形成する金属は、これらに限定されない。表面配線膜２４がアルミニウムから形成されている場合、中間膜２３を形成する金属は、チタンに限定されず、塩水中でのイオン化傾向がアルミニウムより小さい金、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、または、クロム（Ｃｒ）の少なくとも１つから形成されていることが好ましい。また、表面配線膜２４が銅から形成されている場合、中間膜２３を形成する金属は、塩水中でのイオン化傾向が銅より小さい金、銀、白金、または、パラジウムの少なくとも１つから形成されていることが好ましい。また、中間膜２３と表面配線膜２４を形成する金属の組合せは、これらに限定されない。本実施形態の構成では、表面配線膜２４を形成する金属の塩水中でのイオン化傾向が中間膜２３を形成する金属の塩水中でのイオン化傾向より大きければよい。

［変形例２］
上述の実施形態では、中間膜２３は、チタンから形成され、表面配線膜２４は、アルミニウムから形成されるとした。しかしながら、中間膜２３と表面配線膜２４は、複数種の金属からなる合金から形成されてもよい。中間膜２３および表面配線膜２４の少なくとも１つが合金から形成される場合、該合金における主成分となる金属の塩水中でのイオン化傾向を比較したとき、表面配線膜２４のイオン化傾向が、中間膜２３のイオン化傾向より大きければよい。

［変形例３］
上述の実施形態では、金属層２０は、内部配線膜２１と、接合膜２２と、中間膜２３と、表面配線膜２４と、を有するとした。しかしながら、金属層２０の構成はこれに限定されない。金属層は、第１の金属膜と、第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜とを含む、少なくとも２つ以上の金属膜が積層されており、第２の金属膜は、第１の金属膜よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、第１の金属膜の端部を超えて基板と接触していればよい。

［変形例４］
上述の実施形態では、「塩水」とは、５０ｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液を指すとした。しかしながら、塩水におけるＮａＣｌ濃度はこれに限定されない。ＮａＣｌ濃度は５０ｇ／Ｌより高くてもよい。また、低くてもＮａＣｌが含まれていればよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１…半導体搭載用配線基板
１０…基板
１０ａ…主面
２０…金属層
２１…内部配線膜
２２…接合膜
２３…中間膜（第１の金属膜）
２４…表面配線膜（第２の金属膜）

Claims (3)

1. 半導体搭載用配線基板であって、
   セラミックから成る基板と、
   前記基板の上に形成される金属層であって、少なくとも２つ以上の金属膜が積層されている金属層と、を備え、
   前記金属層は、第１の金属膜と、前記第１の金属膜の上に形成される第２の金属膜とを含んでおり、
   前記第２の金属膜は、
   前記第１の金属膜よりも塩水中でのイオン化傾向が大きく、
   前記第１の金属膜の端部を超えて前記基板と接触している、
   半導体搭載用配線基板。
2. 請求項１に記載の半導体搭載用配線基板であって、
   前記第２の金属膜は、アルミニウムまたは銅から形成されている、
   半導体搭載用配線基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体搭載用配線基板であって、
   前記第１の金属膜は、金、銀、チタン、白金、パラジウム、ニッケル、銅、または、クロムの少なくとも１つから形成されている、
   半導体搭載用配線基板。

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