JPH01155686A - 窒化アルミニウム多層基板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、半導体用基板、ＩＣ用基板等に使用される熱
伝導性が良好な窒化アルミニウム基板に関するものであ
り、特に高密度実装用基板として有用な窒化アルミニウ
ム多層配線基板の改良に関するものである。

「従来の技術」 従来、電子機器等における半導体素子の搭載用基板とし
ては、化学的に安定で信頼性が高いことからアルミナ基
板が広（使用されている。

しかし、近年、電子機器の小型化・半導体部品の高密度
化及び高出力化が進むにともない、半導体を実装する基
板の単位面積あたりの発熱量が増大し、その放熱が大き
な問題となっている。

このため、従来使用さ九ているアルミナの熱伝導率（約
２０Ｗ／ｍＫ）に比べて極めて高い熱伝導率（約７０〜
２６０Ｗ／ｍＫ）を有するとともに、Ｓｉとほぼ同じ熱
膨張率（約４　、　ｅ　Ｘ　１０−”／”Ｃ）をもつ窒
化アルミニウムが半導体部品の基板材料として注目され
使用されはじめている。

しかしながら、窒化アルミニウムは焼成温度が１８００
℃以上と高く、これに耐えられる適当な配線材料がない
こと等の理由により多層配線は困難視され、高集積ＬＳ
Ｉの実装用基板等としては実用化されていなかった。

「発明が解決しようとする問題点」 しかるに、最近、直接窒化による窒化アルミニウム粉末
を原料としたグリーンシートにタングステン系導電材料
を印刷し、四枚重ねて５層配線とし、１７００℃で１時
間、Ｎ、＃囲気中で同時焼成した多層基板が報告され（
日経ニューマテリアル、　１９８７年６月１日号、１０
〜１１頁参照）、更に、高純度の窒化アルミニウム粉末
に焼結助剤としてＣａＣ２粉末を混合し、有機バインダ
ーを加え、ドクターブレード法によって有機フィルム上
にグリーンシートを作製し、これにＶＩＡホールを形成
し、タングステン導体を印刷した後、所望のシートを積
層し、その後、脱バインダーを行ってから焼成した窒化
アルミニウム多層配線基板も提案されるなど（第２回マ
イクロエレクトロニクスシンポジウム要旨集、１９８７
年７月、１８５〜１８８頁参照）、窒化アルミニウム多
層配線基板の実用化が急速に進展している。

ところで、上述したように、これまで知られている窒化
アルミニウム多層配線基板の製造方法は。

アルミナ多層配線基板等の製造方法と同様に、グリーン
シートにタングステンペーストやモリブデンペーストで
配線パターンを印刷したものを積層し、脱バインダーを
行った後、焼結するという工程が採られている。

窒化アルミニウムの焼結体は、アルカリや高温の水蒸気
により腐食され易い性質がある。このため、焼結の後工
程であるめっき工程では、めっき液によって、焼結体表
面が腐食され、また、めっき液にも悪影響を及ぼすとい
う問題がある。この対策として、熱処理により、焼結体
表面に薄い酸化被膜を形成する方法があるが、この場合
、配線金属の表面も酸化され、めっきを施すことが困難
となる。すなわち、現状では、配線金属の表面を酸化さ
せることなく、焼結体表面に保護膜を形成することは極
めて難しい。

本発明の目的は、上述した問題点を解決し、配線金属の
表面を酸化させることなく、焼結体表面に酸化保護膜を
形成された窒化アルミニウム多層配線基板を提供するこ
とにある。

「問題点を解決するための手段」 上記問題点を解決するために、本発明は、内部および／
または表面に所望のパターンに形成された金属配線を有
する窒化アルミニウム多層基板であって、金属配線パタ
ーン表面は酸化膜を有せず露出しているセラミック表面
部分には酸化保護膜が形成されていることを特徴とする
ものである。

また、上記本発明の窒化アルミニウム多層配線基板を製
造する方法としては、窒化アルミニウムを主体とするグ
リーンシートに所望の金属配線パターンを施し、積層後
焼結し、得られた焼結体を窒素、水素、および水蒸気か
らなる混合雰囲気中で熱処理することにより、配線金属
表面には酸化膜を形成せず、露出しているセラミック表
面のみに選択的に酸化保護膜を形成することができるも
のである。

すなわち、本発明は、焼結体を窒素、水素、および水蒸
気からなる混合雰囲気中で熱処理をすることにより、配
線金属表面を酸化させることなく、セラミック表面に酸
化保護膜を形成することが可能としたものである。この
ため、アルカリや高温の水蒸気により腐食され難くなり
、めっき工程での焼結体表面への腐食や、めっき液へ及
ぼす悪影響もなく、めっきを施すことが可能となった。

本発明において、上記熱処理雰囲気における水蒸気の分
圧ｐＨ□０と水素の分圧ＰＨ２との比（ＰＩ（２０／Ｐ
１１□）が、０．１未満の場合には水蒸気の存在による
効果が期待されず、１を越える場合には配線金属をも酸
化させる恐れがあるため、０．１〜ｌの範囲に制御する
ことが好ましい。

また、上記熱処理時の処理温度は５００〜１５ｏＯ℃が
好ましく、５００℃未満では酸化保護膜が形成し難く、
１５００℃を越えると配線金属を酸化させる恐れがある
。

なお、本発明における上記焼結工程の雰囲気としては、
例えば、カーボン蒸気を含む窒素ガス。

真空、またはＣＨ４ガス等の還元性雰囲気が好ましい、
また、焼結温度は、通常、約１７００〜１９００℃の範
囲の温度が選択される。

［実施例コ 以下、本発明を実施例および比較例に基づいてより詳細
に説明する。

（実施例） 粒径が約０．５μｓの窒化アルミニウム粉末９７ｔｙｔ
％に焼結助剤として３νｔ％の酸化ディスプロシウムを
加えた微粉末セラミック粉末に、該セラミック粉末１０
０ｇに対し有機バインダーとしてブチラール樹脂７．５
ｇおよび可塑剤３．３ｇをそれぞれ添加し、さらに溶剤
としてトリクロルエチレン、テトラクロルエチレン、ブ
タノールからなるアゼオドロープをセラミック粉末１０
０ｇ当り９６ｍ１加え合わせ、ボールミルにて十分混合
し、セラミック粉末が均一に分散したスラリーを作製し
た。ついで、攪拌しながら低圧で脱気し、スラリー内の
気泡を除去したのち、ドクターブレード型キャスティン
グ装置を用いて薄板化し、厚さ０゜２５ａｍ＋のグリー
ンシートを作製した。次に、このグリーンシートを切断
して１１００ｎ角のシートを作成し、これに上下配線パ
ターン間の導通をとるためのスルーホールを形成した。

なお、スルーホールの形成は、超硬合金性ビンを有する
打ち抜き金型で行った６ 次に、タングステンペーストを用い、スクリーン印刷法
により、前記グリーンシートに形成したスルーホールに
ペーストを充填すると共に、グリーンシート上に配線パ
ターンを印刷形成した。配線材料となるタングステンペ
ーストは、平均粒径１．５μｓのタングステン粉末８０
ｇに対し、有機バインダーとしてエチルセルロース３ｇ
、有機溶剤としてジエチレングリコール１７ｇをそれぞ
れ加え合わせ、らいかい機および３本ロールで混練した
後、ブチルカルピトールアセテートを加え粘度調整をし
て作製したものを使用した。

続いて、上記所定の配線パターンを印刷形成したグリー
ンシートを所定枚数積み重ね、１２０℃、６０ｋｇ／ａ
ｄの条件でホットプレスし、積層した。

次に、積層工程を終えたグリーンシート積層体の脱バイ
ンダーをした。脱バインダーは、モリブデンを発熱体と
する箱型電気炉を用い、窒素、水素の混合雰囲気中で１
０００℃まで昇温することにより行った。

脱バインダーの後、モリブデンを発熱体とする箱型電気
炉を用い、窒素と水素の混合雰囲気中で１８００℃まで
昇温し、１時間保持して焼結した。

その後、９００℃まで降温し、窒素、水素、水蒸気の混
合雰囲気中で２時間保持し、表面処理をした。第１図に
温度９００℃での処理時間および水蒸気と水素の分圧比
（ＰＨ，Ｏ／ＰＨ，）と生成される酸化保護膜の厚さと
の関係を示す。この図かられかるように、適当な膜厚の
酸化保護膜を得るためには、処理温度に対応して処理時
間および水蒸気と水素の分圧比を適宜選択すれば良い。

上記のように本発明による表面処理を施した試料の表面
配線パターン部に、膜厚５μｓの無電解ニッケルめっき
膜をつけた。表面粗さを測定したところ、０．５〜１．
Ｏｔｍであった。また、めっき部分の断面を電子顕微鏡
で観察してみると、めっき膜はタングステン表面に均一
についていることが確認された。

（比較例） 比較のため、焼結までを上記実施例と同様に行った試料
を、表面処理を施すことなく、膜厚５ｕｍの無電解ニッ
ケルめっき膜をつけた。めっき膜はタングステン表面に
均一についていたが、表面粗さを測ると、５．０〜１５
．ＯｔＩｍであった。

また、焼結までを上記実施例と同様に行った試料を、大
気中で１０００℃まで昇温し、３０分保持して表面処理
した後、膜厚５−の無電解ニッケルめっき膜をつけた。

しかし、めっき膜はタングステン表面に不均一に、まば
らにしか付いておらず、実用には供し得ないものであっ
た。尚、表面粗さを測定したところ、粗さは０．５〜１
．０４ａａであり、良好であった。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、配線金属表面を
酸化させることなく、セラミック表面に酸化保護膜を形
成することができ、アルカリや高温の水蒸気により腐食
され難く、特に、めっき工程での焼結体表面への腐食や
、めっき液へ及ぼす悪影響もない窒化アルミニウム多層
配線基板が実現できるため、工業的に非常に有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における温度９００’Ｃでの熱処理時間
および水蒸気と水素の分圧比（ＰＨ，Ｏ／ＰＨ２）と得
られる酸化保護膜の厚さとの関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部および／または表面に所望のパターンに形成
   された金属配線を有する窒化アルミニウム多層基板にお
   いて、金属配線パターン以外のセラミック表面部分に酸
   化保護膜が形成されていることを特徴とする窒化アルミ
   ニウム多層基板。
2. （２）窒化アルミニウムを主体とするグリーンシートに
   所望の金属配線パターンを施し積層後焼結してなる窒化
   アルミニウム多層基板の製造方法において、焼結体を窒
   素，水素，および水蒸気からなる混合雰囲気中で熱処理
   することにより、配線金属表面を除くセラミック表面の
   みに選択的に酸化保護膜を形成することを特徴とする窒
   化アルミニウム多層基板の製造方法。