JP3628088B2

JP3628088B2 - 窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP3628088B2
Application number: JP31327795A
Authority: JP
Inventors: 旬門馬; 憲隆中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: JPH09130046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法に係り、特に窒化アルミニウム本来の高い熱伝導性を保持した状態で配線層を緻密化でき、さらに配線層の電気抵抗を低減できる上に、外観不良やめっき異常を発生するおそれが少ない窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーＩＣ，高周波トランジスタ等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴って、セラミックス基板の需要は年々増加している。特に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板は、熱伝導率が高く、放熱性に優れる等の特徴を有することから、高出力化に対応して増大傾向にある半導体素子からの放熱量に対応し得る基板として注目されている。
【０００３】
上述したような窒化アルミニウム基板を半導体パッケージや回路基板等として使用する場合には、同時焼成により窒化アルミニウム基板と配線金属層とを一括して形成することが一般的である。
【０００４】
一般的な窒化アルミニウム同時焼成基板の製造方法について以下に説明する。
【０００５】
まずセラミックスグリーンシート上に配線金属を含む配線層形成用ペーストを所望の配線形状に塗布し、これを１層または所望の形状となるように複数層積層して、窒化アルミニウム成形体を作成する。ここで、窒化アルミニウム基板に対する配線金属としては、焼成温度および熱処理温度における耐溶融性（耐熱性）を保持させる観点および基板と配線層との熱膨脹率差を少なくする観点から一般的にタングステンが用いられている。次に、窒化アルミニウム成形体に脱脂処理等を施した後、所定の温度で焼成することによって、窒化アルミニウム成形体と配線金属とを同時に焼結している。
【０００６】
このような窒化アルミニウム同時焼成基板において、配線金属であるタングステンと窒化アルミニウム焼結体との接合は、焼結助剤とアルミニウム酸化物との複合酸化物がそれぞれの組織内部に入り込むアンカー効果によって保たれているものと考えられている。
【０００７】
ところで、上述したような窒化アルミニウム同時焼成基板の焼成工程において、窒化アルミニウムの焼結温度とタングステンの緻密化温度には差があり、さらに緻密化の挙動も異なるため、同時焼成後の配線金属中に気孔が残存し易いと共に、ＡｌＮ基板と配線金属層との接合が不安定になるというような問題があった。そこで、従来は配線金属の印刷用組成物中に共材としての窒化アルミニウム成分や焼結助剤成分を添加配合し、窒化アルミニウム焼結体と配線金属との焼結収縮率を合せると共に、窒化アルミニウム成分により気孔を消滅させることによって、配線金属層を緻密化する工夫がなされてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配線層を構成するタングステンは金属としての電気抵抗率が高い難点があり、ＡｌＮパッケージの信号配線層の抵抗を低減できない問題点があった。さらに上述したように配線金属の印刷用組成物中に、絶縁性が高い窒化アルミニウム成分や焼結助剤成分を添加した場合には、それらの量が多くなると、配線層における金属タングステンの体積分率が低下するため、導通不良や配線抵抗の増加を招き易く、素子の高速化，高出力化に対応できないという問題があった。また、焼結助剤成分や窒化アルミニウム成分を混入させた場合には、配線金属相中に焼結時に液相となる成分が混入することとなり、焼結後に配線金属層上やその周囲に液相の偏析が起り易くなるため、めっき異常や外観不良等を招くという問題を有していた。さらに、配線金属層の緻密化が不充分な場合には、その上にめっき層や薄膜配線層等を形成した後の加熱試験で、気孔に浸入していためっき液が膨脹もしくは気化して、めっき層や薄膜配線層等に膨れ不良が発生し易いという問題も生じていた。
【０００９】
一方、昨今の半導体素子の高集積化，高密度実装化や部品の小型化に伴って半導体素子搭載用の信号配線の微細化が進み、その配線の断面積はさらに縮小される傾向にある。また信号の伝搬速度の増加を図り高速処理が可能となるように、信号配線などの配線層の電気抵抗を、さらに低減することが実用上の課題として提起されている。
【００１０】
さらに、信号の応答速度が上昇し、半導体素子の演算処理量の増加およびそれに伴う素子の大型化が進展すると、素子で発生する熱も増加し、この熱を効果的に放散させるような対策も不可欠となるが十分な解決策が得られていなかった。
【００１１】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、基板成分等を配線金属と混合することなく、配線金属を緻密化させると共に、窒化アルミニウムと配線金属との接合を安定化させ、さらに高速・高出力の半導体素子の搭載が可能となるように、窒化アルミニウム材料本来の高熱伝導性を保持しつつ配線金属層の電気抵抗を低減し、さらに配線金属層の導通不良や外観不良等の発生を防止した窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願発明者らは配線層を緻密化し、また低抵抗化し得る物質を種々探索し、それらの物質を配線層形成用ペーストや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）グリーンシートに添加して窒化アルミニウム同時焼成多層配線基板を製造し、上記添加物質の種類，添加量，添加方法等の条件が、配線層の密度，電気抵抗および多層基板の外観等に及ぼす影響を比較検討した。
【００１３】
その結果、酸化銅や銀化合物を基板となるＡｌＮグリーンシートに所定量だけ添加して非酸化性雰囲気中で配線層と同時焼成した場合に、緻密な内部配線層が得られるとともに、配線金属中に銅，銀，銅合金，銀合金が析出するため、配線層の電気抵抗を効果的に低減できることが判明した。
【００１４】
しかしながら、酸化銅や酸化銀などを添加すると、母材の窒化アルミニウム中に酸素が固溶するため、基板本体を構成する窒化アルミニウム焼結体自体の熱伝導率を低下させる要因ともなる。そこで基板全体として高い放熱特性を維持するためには、特に電気抵抗値の低減が必要となる信号配線層を形成する基板部位などの最小限度の範囲にのみ酸化銅や銀化合物を添加することが望ましいことも判明した。
【００１５】
また、配線金属の印刷用組成物中に酸化銅や酸化銀を直接添加し、非酸化性雰囲気中で焼成した場合には、酸化物の還元作用が早くから開始され、タングステンなどの配線金属中に銅や銀などの析出が生じる前に溶融銅や溶融銀の固まりが発生し、その固まりが未焼結の窒化アルミニウム中に滲み込み、マイグレーション（にじみ）を起こしたり、金属配線の短絡や開放の原因となることが考えられる。さらにタングステンなどの配線金属中に存在する酸化銅や酸化銀が分解ガスを発生して配線表面にふくれや爆発孔を形成してしまうことも判明した。したがって、にじみ等の外観不良を低減するためには、酸化銅や銀化合物は、印刷組成物中に含有させるのではなく、基板となる窒化アルミニウムグリーンシートに含有させることがより好ましいことが判明した。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
すなわち本発明に係る窒化アルミニウム多層配線基板は、複数の窒化アルミニウム基板が積層されてなる窒化アルミニウム多層配線基板において、上記複数の窒化アルミニウム基板のうち、配線層を形成した少なくとも１枚の窒化アルミニウム基板に酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有させるとともに、上記配線層中に銅，銅合金，銀および銀化合物の少なくとも１種を析出させたことを特徴とする。
【００１７】
また本発明に係る窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法は、酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有する少なくとも１枚の窒化アルミニウムグリーンシートに、配線金属を含有する配線層形成用ペーストを信号配線形状に塗布する工程と、酸化銅または銀化合物を含有しない窒化アルミニウムグリーンシートに上記配線層形成用ペーストを信号配線以外の形状に塗布する工程と、上記のように形成した窒化アルミニウムグリーンシートを複数枚積層して窒化アルミニウム積層体を作成する工程と、この窒化アルミニウム積層体を焼成して、各窒化アルミニウムグリーンシートと各配線金属とを同時に焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１８】
さらに窒化アルミニウム基板に含有される酸化銅および銀化合物の少なくとも１種の含有量は金属換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％の範囲に設定するとよい。また配線層はタングステンを主成分とする金属材料から構成するとよい。酸化銅としては、酸化第１銅（Ｃｕ_２Ｏ）および酸化第２銅（ＣｕＯ）のどちらでも使用できるが、酸素割合が少ない酸化第１銅（Ｃｕ_２Ｏ）の方がより望ましい。また、銀化合物としては、酸化第１銀（Ａｇ_２Ｏ）やタングステン酸銀（Ａｇ_２ＷＯ_３）などが好適に使用される。
【００１９】
すなわち、本発明においては、半導体素子を搭載する窒化アルミニウム多層配線基板の信号配線部の微細化および半導体素子自体の信号の高速化に対応するため、信号配線層を形成する窒化アルミニウムグリーンシートにのみ酸化銅や銀化合物を添加して信号配線層の緻密化と電気抵抗値の低減化とを実現する一方で、他のグリーンシートには酸化銅や銀化合物を添加せずに酸素の固溶によるＡｌＮ基板の熱伝導率の低下を防止し、半導体素子の大型化並びに高出力化に対応するために、多層基板全体として高熱伝導性を維持すべく構成される。
【００２０】
酸化銅および銀化合物は窒化アルミニウムグリーンシートを焼結する雰囲気中において還元されて金属銅，銅合金や金属銀，銀合金となって溶融する。この金属銅や金属銀などは窒化アルミニウムに対する濡れ性が低いため、緻密化が進んでいないタングステンなどの金属導体層中で濃縮され、基板全体の冷却過程において銅，銅合金，銀，銀合金として析出する。このため最終的に、タングステン等の配線層に電気抵抗が低い銅，銅合金，銀，銀合金が析出した信号配線層が得られる。
【００２１】
また窒化アルミニウムグリーンシート中に、配線層を緻密化させるとともに配線金属中に銅または銅合金を析出させる酸化銅を添加したり、銀や銀合金を析出させる銀化合物を添加しておくことによって、配線金属の焼結速度を速めて配線金属粒子自体の成長を促進させることが考えられる。この粒成長と、銅，銅合金，銀，銀合金の析出とによって配線抵抗の低減が促進されるものと考えられる。このように、配線金属粒子自体の成長を促進することによって、窒化アルミニウム成形体との同時焼成過程において、配線層の緻密化および低抵抗化を促進することが可能となる。
【００２２】
すなわち、窒化アルミニウムグリーンシート中に酸化銅や銀化合物を添加することにより、窒化アルミニウムの焼結を阻害することなく、同時焼成中にタングステンなどの配線金属中に銅や銀を作用させ、配線金属の融点を実質的に低下させる結果、焼結が迅速に進行するため、緻密で純タングステンよりも抵抗値が低い配線層を形成することができる。
【００２３】
しかしながら、前記の通り、酸化銅や酸化銀などの銀化合物を添加すると、母材の窒化アルミニウム中に酸素が固溶するため、窒化アルミニウム基板自体の熱伝導率が低下する。したがって、多層基板全体の熱伝導率を高い値に維持するためには、最小限度の範囲に限って酸化銅や銀化合物を部分的に添加することが望ましい。すなわち、高速度の信号が流れる信号配線層とは異なり、電源回路層や接地回路層などの、いわゆるベタ配線層においては、構成金属材の抵抗値の大小は多層基板特性に大きな影響を与えない。そこで本発明では、特に高速化、高出力化に対応すべき信号配線層を形成する窒化アルミニウム基板に限って酸化銅や銀化合物を添加して低抵抗化を図る一方、低抵抗化を必要としない電源回路層や接地回路層を形成する窒化アルミニウム基板には酸化銅または銀化合物を添加せずに高熱伝導性を確保するように構成している。
【００２４】
また窒化アルミニウム焼結体は、不純物が混入すると、その特異な性質である高熱伝導性が損われる場合がある。特に窒化アルミニウム焼結体の結晶格子に固溶する酸素のような不純物元素の混入を阻止することにより、熱伝導率の低下を防止することができる。したがって、多層基板の高熱伝導性を第１の要求特性とする場合には、高純度の酸化銅粉末や銀化合物粉末を添加する方が好ましい。特に酸化銅粉末として純度が９９％以上で微細な酸化銅粉末が入手し易く好適である。
【００２５】
本発明に用いる配線層形成用金属としては、窒化アルミニウムと同時焼結が可能な高融点のタングステンを主成分とする金属材料を用いることが好ましい。配線層形成用ペーストの作成に用いるタングステン粉末としては、平均粒径が２〜２０μｍ程度の比較的粗大径の粉末を用いることが好ましく、これにより配線金属の収縮率を窒化アルミニウムグリーンシートの収縮率に近似させることができる。
【００２６】
上記酸化銅粉末や銀化合物粉末の添加方法としては、窒化アルミニウムグリーンシート中に予め添加する方法が好適である。この際の添加量は、窒化アルミニウムに対して酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を金属換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％程度の範囲に設定することが好ましい。酸化銅および銀化合物の少なくとも１種の添加量が０．０２ｍｏｌ％未満となるように少な過ぎると、タングステンなどの配線金属の緻密化を充分に進行させることができず、一方、２．０ｍｏｌ％を超えるように過剰に添加すると、配線の短絡や配線層の滲み（マイグレーション）の拡大等で外観不良や動作不良が生じると共に、窒化アルミニウム基板の熱伝導率あるいは絶縁抵抗が低下したり、配線層の電気抵抗のばらつきが大きくなるなどの特性劣化を招くおそれがある。したがって、ＡｌＮ基板の熱伝導率と配線抵抗との両特性を満足させるためには、上記酸化銅および銀化合物の少なくとも１種の含有量を０．１０〜１．００ｍｏｌ％の範囲に設定することがより好ましい。
【００２７】
本発明に係る窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法では、例えば酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有させた窒化アルミニウムグリーンシートと、酸化銅や銀化合物を含有しない窒化アルミニウムグリーンシートとを作製し、必要に応じて各シート表面に配線層形成用金属ペーストを所望の配線形状に塗布し、これを複数層積層して窒化アルミニウム積層体を作製する。次に、上記窒化アルミニウム積層体を脱脂処理した後、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で焼成して、窒化アルミニウム基材と配線金属とを同時に焼結することにより、配線層を表面や内部に有する窒化アルミニウム同時焼成多層配線基板が得られる。
【００２８】
これにより酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有させた窒化アルミニウム基板部分においては電気抵抗値が低下した信号配線層が形成される一方、酸化銅や銀化合物を含有しない窒化アルミニウム基板部分においては、熱伝導率の低下が少ない同時焼成窒化アルミニウム多層配線基板が製造される。
【００２９】
上記構成に係る窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法によれば、酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を少なくとも一部の窒化アルミニウムグリーンシートに含有させているため、同時焼成中に酸化銅の銅成分や銀化合物の銀成分がタングステンなどの配線金属層中に析出したり溶出して低抵抗な信号配線層を形成するため、低抵抗で緻密な配線層が形成される。したがって配線層の微細化や高速化に対応できる窒化アルミニウム多層配線基板が得られる。
【００３０】
特に酸化銅や銀化合物を含有させる窒化アルミニウム基板の範囲を含むことにより、この部分の窒化アルミニウム基板には低抵抗の配線層が形成される一方、酸化銅や銀化合物を含有させない部位においては、酸化銅や銀化合物による熱伝導率の低下がなく、高い放熱特性を維持できる。なお、要求される特性に応じて、全ての窒化アルミニウム基板に酸化銅や銀化合物を含有させてもよい。
【００３１】
また配線金属の融点が実質的に低下し、緻密化を促進する効果が発揮されるため、１６００℃前後の低温域で窒化アルミニウム多層基板を製造することも可能となる。
【００３２】
また配線層が緻密化されるため、同時焼成後に、その上にめっき層や有機物，無機物，金属から成る薄膜を形成する際に、液体分や有機不純物が配線層に侵入せず、製品検査に伴う加熱処理等で分解ガス成分の発生や膨れ異常等の不良要因を回避することができ、信頼性が優れた多層基板および薄膜多層基板を提供することができる。また、配線層は導通不良や外観不良の原因となる不要物をほとんど含んでいないため、低抵抗で外観性に優れたものとなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について下記の実施例に基づいて説明する。
【００３４】
実施例１
まず、酸化銅として純度９９％の酸化第１銅（Ｃｕ_２Ｏ）粉末を用意し、この酸化第１銅粉末を窒化アルミニウムに対して金属銅換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％の割合で窒化アルミニウム原料粉末に添加し、調製した混合粉末に、界面活性剤を０．５重量％と、バインダーとしてのアクリル樹脂を１５重量％添加し、それぞれボールミルにて混合後、さらに粘度調整し、ドクターブレード法を使用して、それぞれ窒化アルミニウムグリーンシートを作製した。また、窒化アルミニウム原料粉末は、焼結助剤として５重量％の酸化イットウムを含有するものである。
【００３５】
上記各窒化アルミニウムグリーンシートにスルーホールを形成した後、タングステンペーストを回路状に印刷すると共に、スルーホール内にもタングステンペーストを充填した。次いで、上記酸化第１銅粉末を含有する窒化アルミニウムグリーンシートを順次積層し、この積層体を窒素気流中に脱脂した。なお、タングステンペースト中には、窒化アルミニウム成分を添加せず、タングステン粒子のみのペーストを用いた。これは配線金属に及ぼす酸化第１銅の効果をよく把握するためである。
【００３６】
この後、上記脱脂体を窒化アルミニウム製の焼成治具内に配置し、窒素中にて１８２０℃で焼成して、窒化アルミニウムとタングステンとの同時焼成基板を作製した。
【００３７】
比較例１
一方、比較例１として、積層体を構成する全ての窒化アルミニウムグリーンシート内に酸化第１銅粉末を全く添加しない以外は、前記実施例１と同一条件で処理し、窒化アルミニウムとタングステンとの同時焼成基板を作製した。この比較例１の同時焼成基板は、実施例１と同じ炉内で一緒に焼成したものである。
【００３８】
このように調製した実施例１および比較例１に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗を測定して下記表１に示す結果を得た。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１に示す結果から明らかなように酸化第１銅を添加して調製した実施例１に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗は、酸化第１銅を添加しない比較例１の多層配線基板と比較して、２０％程度低減されており、多層配線基板を使用した電子機器の高速化に十分対応できることが確認できた。
【００４１】
また実施例１に係るＡｌＮ多層配線基板の破断面の微細構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、Ｃｕ_２Ｏ粉末を含有するＡｌＮグリーンシートを配置した実施例１に係る多層配線基板の内部配線層は、緻密化が充分に進行して、気孔（ポア）の発生が少ない均一な配線層が得られた。この配線層は周囲の窒化アルミニウム組織と良く濡れており、密着性も良好であることが確認できた。
【００４２】
一方、Ｃｕ_２Ｏ粉末を全く含有しないＡｌＮグリーンシートを積層して形成した比較例１に係るＡｌＮ多層配線基板の内部配線層は、多くの気孔（ポア）を含有している状態が観察され、配線抵抗も上昇する傾向が確認された。また多数のポアが配線層内に介在するため、配線層と周囲のＡｌＮ組織との密着性も低下し易くなることが把握された。
【００４３】
さらに、比較例１の配線層において、タングステンのみではスルーホール部分の緻密化が不充分であるため、生じた空隙中に液体成分や有機物成分が浸透し易いことを確認した。このような不純物成分の浸透は、半導体素子搭載時の加熱処理等において、めっき膨れや異常成分ガスの発生を引き起こす直接の原因となる。しかるに、各実施例１による同時焼成基板では、配線層が緻密化しているため、配線金属層への不純物成分の浸透は皆無であり、めっき後の加熱処理でも何等異常を認めなかった。
【００４４】
このように、Ｃｕ_２Ｏ粉末を添加したグリーンシートを使用して同時焼成し窒化アルミニウム多層基板を作成することにより、配線金属であるタングステンの粒成長を促進し、配線抵抗値が低く内部に緻密な配線金属層を具備し、さらに表面の配線層の外観状態にも優れた窒化アルミニウム同時焼成多層配線基板を得ることができた。
【００４５】
実施例２
酸化銅として純度９９．９％の酸化第２銅（ＣｕＯ）粉末を用意し、この酸化第２銅粉末を窒化アルミニウムに対して金属銅換算で０．５ｍｏｌ％の割合で窒化アルミニウム原料粉末に添加するとともに、焼結助剤としての酸化イットリウム粉末を５重量％添加して混合粉末を調製した。さらに調製した混合粉末に、界面活性剤を０．５重量％と、バインダーとしてのアクリル樹脂を１５重量％添加し、ボールミルにて混合後、さらに粘度調整し、ドクターブレード法を使用して窒化アルミニウムグリーンシートを作成した。
【００４６】
上記各窒化アルミニウムグリーンシートにスルーホールを形成し、タングステンペーストを充填した後に、シート表面に幅が８０μｍの微細な信号配線パターンを印刷した。次いで、上記酸化第２銅粉末を含有する窒化アルミニウムグリーンシートを４枚順次積層して、得られた積層体を脱脂後、窒素中にて１８００℃で焼成して図１に示すような実施例２に係るＡｌＮ多層配線基板１を作成した。
【００４７】
実施例２のＡｌＮ多層配線基板１は、信号配線層などの配線層２，２ａを形成した４枚の窒化アルミニウム基板３を一体に接合して成り、酸化第２銅を含有した各窒化アルミニウム基板３の表面に形成された配線層２，２ａは、厚さ方向に形成されたスルーホール４を介して電気的に接続されている。
【００４８】
比較例２
一方、比較例２として、積層体を構成する全ての窒化アルミニウムグリーンシート内に酸化第２銅粉末を全く添加しない以外は、前記実施例２と同一条件で処理し、窒化アルミニウムとタングステンとの同時焼成基板を作製した。この比較例２の同時焼成基板は、実施例２と同じ炉内で一緒に焼成したものである。
【００４９】
この比較例２に係るＡｌＮ多層配線基板１ａは、図２に示すように信号配線層などの配線層２ｂ，２ｃを形成した４枚の窒化アルミニウム基板３ａを一体に接合して成り、酸化第２銅を含有しない各窒化アルミニウム基板３ａの表面に形成された配線層２ｂ，２ｃは、厚さ方向に形成されたスルーホール４を介して電気的に接続されている。
【００５０】
このように調製した実施例２および比較例２に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗を測定して下記表２に示す結果を得た。
【００５１】
【表２】

【００５２】
表２に示す結果から明らかなように酸化第２銅を添加して調製した実施例２に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗は、酸化第２銅を添加しない比較例２の多層配線基板と比較して、３０％程度低減されており、多層配線基板を使用した電子機器の高速化に十分対応できることが確認できた。
【００５３】
次に酸化銅を添加する範囲の大小が多層配線基板の熱伝導率に及ぼす影響について、下記の実施例および比較例を参照して説明する。
【００５４】
実施例３
実施例２において調製した、ＣｕＯを含有したＡｌＮグリーンシート５と、比較例２において調製した、ＣｕＯを含有しないＡｌＮグリーンシート６とを、図３に示すように交互に同数枚ずつ積層して、厚さ４ｍｍの積層体７を形成した。次に、この積層体７を実施例２と同一条件で脱脂、焼結して実施例３に係るＡｌＮ多層配線基板を製造した。
【００５５】
比較例３
比較例２において調製した、ＣｕＯを含有しないＡｌＮグリーンシート６のみを、図４に示すように積層して、厚さ４ｍｍの積層体７ａを形成した。次に、この積層体７ａを実施例２と同一条件で脱脂、焼結して比較例３に係るＡｌＮ多層配線基板を製造した。
【００５６】
実施例４
実施例２において調製した、ＣｕＯを含有したＡｌＮグリーンシート５のみを、図５に示すように積層して、厚さ４ｍｍの積層体７ｂを形成した。次に、この積層体７ｂを実施例２と同一条件で脱脂、焼結して実施例４に係るＡｌＮ多層配線基板を製造した。
【００５７】
こうして調製した実施例３，４および比較例３に係る各ＡｌＮ多層配線基板について、レーザーフラッシュ法を使用して熱伝導率を測定し、下記表３に示す結果を得た。
【００５８】
【表３】

【００５９】
上記表３に示す結果から明らかなように、酸化第２銅（ＣｕＯ）を含有させたＡｌＮグリーンシートの層数を増加させるに伴って多層配線基板全体としての熱伝導率が低下し易くなり、高い放熱特性を維持することが困難になる。したがって、信号配線層など、特に低抵抗化が必要な配線層を形成するための必要最小範囲のグリーンシートのみに酸化銅を含有させて、低抵抗化を図る一方で、他のグリーンシートには酸化銅を添加しないことにより、多層配線基板全体としての熱伝導率を低下させない構成が有利となる。
【００６０】
実施例５
銀化合物として純度９９．９％の酸化第１銅（Ａｇ_２Ｏ）粉末を用意し、この酸化第１銀粉末を窒化アルミニウムに対して金属銀換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％の割合で窒化アルミニウム原料粉末に添加するとともに、焼結助剤としての酸化イットリウム粉末を５重量％添加して混合粉末を調製した。さらに調製した混合粉末に、界面活性剤を０．５重量％と、バインダーとしてのアクリル樹脂を１５重量％添加し、ボールミルにて混合後、さらに粘度調整し、ドクターブレード法を使用して窒化アルミニウムグリーンシートを作成した。
【００６１】
上記各窒化アルミニウムグリーンシートにスルーホールを形成し、タングステンペーストを充填した後に、シート表面に幅が８０μｍの微細な信号配線パターンを印刷した。次いで、上記酸化第１銀粉末を含有する窒化アルミニウムグリーンシートを５枚順次積層して、得られた積層体を脱脂後、窒素中にて１８００℃で焼成して実施例５に係るＡｌＮ多層配線基板を作成した。
【００６２】
比較例４
一方、比較例４として、積層体を構成する全ての窒化アルミニウムグリーンシート内に酸化第１銀粉末を全く添加しない以外は、前記実施例５と同一条件で処理し、窒化アルミニウムとタングステンとの同時焼成基板を作製した。この比較例４の同時焼成基板は、実施例５と同じ炉内で一緒に焼成したものである。
【００６３】
このように調製した実施例５および比較例４に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗を測定して下記表４に示す結果を得た。
【００６４】
【表４】

【００６５】
表４に示す結果から明らかなように酸化第１銀を添加して調製した実施例５に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗は、酸化第１銀を添加しない比較例４の多層配線基板と比較して、３０％程度低減されており、多層配線基板を使用した電子機器の高速化に十分対応できることが確認できた。
【００６６】
実施例６
銀化合物として純度９９．９％のタングステン酸銀（Ａｇ_２ＷＯ_３）粉末を用意し、このタングステン酸銀粉末を窒化アルミニウムに対して金属銀換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％の割合で窒化アルミニウム原料粉末に添加するとともに、焼結助剤としての酸化イットリウム粉末を５重量％添加して混合粉末を調製した。さらに調製した混合粉末に、界面活性剤を０．５重量％と、バインダーとしてのアクリル樹脂を１５重量％添加し、ボールミルにて混合後、さらに粘度調整し、ドクターブレード法を使用して窒化アルミニウムグリーンシートを作成した。
【００６７】
上記各窒化アルミニウムグリーンシートにスルーホールを形成し、タングステンペーストを充填した後に、シート表面に幅が８０μｍの微細な信号配線パターンを印刷した。次いで、上記タングステン酸銀粉末を含有する窒化アルミニウムグリーンシートを６枚順次積層して、得られた積層体を脱脂後、窒素中にて１８００℃で焼成して実施例６に係るＡｌＮ多層配線基板を作成した。
【００６８】
比較例５
一方、比較例５として、積層体を構成する全ての窒化アルミニウムグリーンシート内にタングステン酸銀粉末を全く添加しない以外は、前記実施例６と同一条件で処理し、窒化アルミニウムとタングステンとの同時焼成基板を作製した。この比較例５の同時焼成基板は、実施例６と同じ炉内で一緒に焼成したものである。
【００６９】
このように調製した実施例６および比較例５に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗を測定して下記表５に示す結果を得た。
【００７０】
【表５】

【００７１】
表５に示す結果から明らかなように、タングステン酸銀を添加して調製した実施例６に係る窒化アルミニウム多層配線基板の配線抵抗は、タングステン酸銀を添加しない比較例５の多層配線基板と比較して、約３０％程度低減されており、多層配線基板を使用した電子機器の高速化に十分対応できることが確認できた。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明の通り本発明に係る窒化アルミニウム多層配線基板およびその製造方法によれば、配線層中に電気抵抗が低い銅または銅合金を析出する酸化銅や銀，銀合金を析出する銀化合物を窒化アルミニウムグリーンシートに含有させているため、同時焼成中に酸化銅の銅成分や銀化合物の銀成分がタングステンなどの配線金属中に析出し、低抵抗で緻密な配線層が形成される。また酸化銅を添加する範囲を信号配線層を形成するグリーンシートのみに限定することにより、多層配線基板全体としての熱伝導率の低下を抑制することができる。したがって配線層の微細化や信号伝播の高速化に対応でき、高い放熱性が要求される半導体素子の搭載が可能な窒化アルミニウム多層配線基板や半導体パッケージが得られる。
【００７３】
また配線層が緻密化されるため、同時焼成後に、その上にめっき層や有機物，無機物，金属から成る薄膜を形成する際に、液体分や有機不純物が配線層に侵入せず、製品検査に伴う加熱処理等で分解ガス成分の発生や膨れ異常等の不良要因を回避することができ、信頼性が優れた多層基板および薄膜多層基板を提供することができる。また、配線層は導通不良や外観不良の原因となる不要物を含んでいないため、低抵抗で外観性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２に係るＡｌＮ多層配線基板の構造を示す断面図。
【図２】比較例２に係るＡｌＮ多層配線基板の構造を示す断面図。
【図３】実施例３に係るＡｌＮ多層配線基板の構造を示す断面図。
【図４】比較例３に係るＡｌＮ多層配線基板の構造を示す断面図。
【図５】実施例４に係るＡｌＮ多層配線基板の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１，１ａＡｌＮ多層配線基板
２，２ａ，２ｂ，２ｃ配線層
３，３ａ窒化アルミニウム基板
４スルーホール
５，６窒化アルミニウムグリーンシート
７，７ａ，７ｂ積層体

Claims

複数の窒化アルミニウム基板が積層されてなる窒化アルミニウム多層配線基板において、上記複数の窒化アルミニウム基板のうち、配線層を形成した少なくとも１枚の窒化アルミニウム基板に酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有させるとともに、上記配線層中に銅，銅合金，銀および銀化合物の少なくとも１種を析出させたことを特徴とする窒化アルミニウム多層配線基板。
酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有させた窒化アルミニウム基板に形成された配線層が、信号配線層であることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム多層配線基板。
窒化アルミニウム基板に含有される酸化銅および銀化合物の少なくとも１種の含有量が金属換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム多層配線基板。
配線層はタングステンを主成分とする金属材料から成ることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム多層配線基板。
酸化銅および銀化合物の少なくとも１種を含有する少なくとも１枚の窒化アルミニウムグリーンシートに、配線金属を含有する配線層形成用ペーストを信号配線形状に塗布する工程と、酸化銅または銀化合物を含有しない窒化アルミニウムグリーンシートに上記配線層形成用ペーストを信号配線以外の形状に塗布する工程と、上記のように形成した窒化アルミニウムグリーンシートを複数枚積層して窒化アルミニウム積層体を作成する工程と、この窒化アルミニウム積層体を焼成して、各窒化アルミニウムグリーンシートと各配線金属とを同時に焼成する工程とを具備することを特徴とする窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法。
前記窒化アルミニウムグリーンシートに含有される酸化銅および銀化合物の少なくとも１種の含有量を金属換算で０．０２〜２．０ｍｏｌ％の範囲に設定することを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法。
前記配線金属としてタングステンを主成分とする金属材料を使用することを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法。
前記銀化合物として、酸化銀およびタングステン酸銀の少なくとも一方を使用することを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニウム多層配線基板の製造方法。