JPH04349692A - セラミック配線基板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路装置や半導
体素子収納用パッケージ等に用いられるセラミック配線
基板の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、混成集積回路装置や半導体素子収
納用パッケージ等に使用されるセラミック配線基板はそ
の回路配線がＭｏ−Ｍｎ　法等の厚膜形成技術によって
形成される。

【０００３】このＭｏ−Ｍｎ　法はタングステン（Ｗ）
　、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点
金属から成る金属粉末に有機溶剤、結合材を添加し、ペ
ースト状となした金属ペーストを生もしくは焼結セラミ
ック体の外表面にスクリーン印刷により回路配線として
の所定パターンに印刷塗布し、次にこれを還元雰囲気中
で焼成し、高融点金属とセラミック体とを焼結一体化さ
せる方法である。

【０００４】しかしながら、このＭｏ−Ｍｎ　法を用い
て回路配線を形成した場合、回路配線は金属ペーストを
スクリーン印刷することにより形成されることから配線
の線幅が１００　μｍ　以上となり、配線の微細化が困
難で回路配線の高密度化ができないという欠点を有して
いた。

【０００５】そこで上記欠点を解消するために回路配線
を従来の厚膜形成技術で形成するの変えて微細化が可能
な薄膜形成技術を用いて形成したセラミック配線基板が
使用されるようになってきた。

【０００６】この回路配線を薄膜形成技術により形成し
たセラミック配線基板は通常、表面を機械的研磨加工に
より平坦となした板状焼結セラミック体の外表面に例え
ば、イオンプレーティング法やスパッタリング法により
チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等から成る接着層と銀
（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｂ）等か
ら成るバリア層を順次層着させ、しかる後、これらの層
をエッチング加工法により所定形状のパターンに形成す
るとともに前記バリア層上に主導体層としての銅（Ｃｕ
）をメッキにより層着させることによって形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この薄
膜形成技術を用いて回路配線を形成したセラミック配線
基板は板状焼結セラミック体表面に回路配線を寸法精度
良く形成するため通常、板状焼結セラミック体表面をラ
ッピングマシーンや平面研削板等によって機械的研磨し
、表面を平坦なものに加工しており、板状焼結セラミッ
ク体表面をラッピングマシーン等によって機械的研磨加
工した場合、板状焼結セラミック体はその結晶組織内に
多量の気孔を有していることから入口の角部が角張り、
且つ入口が狭く内部に拡がり有する凹部が表面に多量に
形成され、その結果、板状焼結セラミック表面に薄膜形
成技術により線幅が５０μｍ　程度の微細パターンから
成る回路配線を形成すると回路配線の一部が前記凹部に
より切断され断線したり、回路配線の一部に空洞が形成
され回路配線の電気抵抗が所定値より大幅に外れるとい
う欠点を有していた。

【０００８】また前記セラミック配線基板は板状焼結セ
ラミック体表面を機械的研磨加工し、平坦となした後、
その表面に付着する塵や屑等を水洗した場合、水が板状
焼結セラミック体表面の入口が狭く内部に拡がり有する
凹部内に入り込んで残留し、これが板状焼結セラミック
体表面に層着させる回路配線に接触して回路配線を酸化
腐食し、回路配線の電気抵抗値にバラツキを発生させた
り、回路配線を断線させたりするという欠点も有してい
た。

【０００９】そこで上記欠点を解消するために表面が機
械的研磨加工された板状焼結セラミック体を再度焼成し
、板状焼結セラミック体表面に該焼結セラミック体中に
含まれるガラス成分を析出させ、表面の凹部をガラス成
分で埋めることによって平滑となすことが考えられる。

【００１０】しかしながら、表面が機械的研磨加工され
た板状焼結セラミック体はその表面部に機械的研磨加工
による応力が内在しており、板状焼結セラミック体を再
度焼成すると前記内在応力によって板状焼結セラミック
体に１５乃至５０μｍ程度の反りが発生し、その結果、
板状焼結セラミック体表面に薄膜形成技術により回路配
線を寸法精度良く形成することが不可となる欠点を誘発
してしまう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック配線
基板の製造方法は板状焼結セラミック体の相対向する表
面を機械的研磨加工した後、板状焼結セラミック体を再
焼成し、その後、前記再焼成した板状焼結セラミック体
の少なくとも一表面に薄膜形成技術により回路配線を層
着させることを特徴とするものである。

【００１２】

【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図１（ａ）　乃至（ｄ）　は本発明のセラミック配
線基板の製造方法の一実施例を示す各工程毎の断面図で
あり、１　は板状焼結セラミック体、２　は回路配線で
ある。

【００１３】まず図１（ａ）に示す如く板状焼結セラミ
ック体１　を準備する。前記板状焼結セラミック体１　
はアルミナセラミックス等から成り、例えばアルミナ（
Ａｌ　２　Ｏ　３　）　、シリカ（ＳｉＯ２　）　、マ
グネシア（ＭｇＯ）　、カルシア（ＣａＯ）　等の原料
粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状とな
すとともにこれをドクターブレード法を採用することに
よってセラミックグリーンシート（セラミック生シート
）　を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシー
トに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状と成すととも
に高温（　約１６００℃）　で焼成することによって、
或いはアルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を
添加混合するととも該原料粉末を所定形状のプレス型内
に充填し、しかる後、これを一定の圧力で押圧し、成形
体を得るとともに該成形体を約１６００℃の温度で焼成
することによって製作される。

【００１４】尚、前記板状焼結セラミック体１　はアル
ミナ等、原料粉末の充填密度のバラツキ等により上下に
１０乃至２５μｍ　程度反ったものとなっている。

【００１５】次に前記板状焼結セラミック体１　の上下
両面を機械的研磨加工し、図１（ｂ）　に示す如く板状
焼結セラミック体１　の上下面を平坦なものに加工する
。前記機械的研磨加工としては、例えばラッピングマシ
ーンや平面研削板等によって行われ、板状焼結セラミッ
ク体１　の表面が１０乃至２５μｍ　程度反っているの
を反りが５　μｍ　以下の平坦なものになす。

【００１６】尚、前記板状焼結セラミック体１　の上下
両面を機械的研磨加工した場合、板状焼結セラミック体
はその結晶組織内に多量の気孔を有していることから入
口の角部が角張り、且つ入口が狭く内部に拡がり有する
凹部Ａが表面に多量に形成されたものとなっている。次
に前記上下両面が機械的研磨加工された板状焼結セラミ
ック体１　を再焼成し、板状焼結セラミック体１　の表
面に形成されている凹部Ａ　内に該板状焼結セラミック
体１　中に含まれるガラス成分を析出させ、表面の凹部
Ａ　をガラス成分で埋めることによって図１（ｃ）示す
如く板状焼結セラミック体１　の上下両面を平坦で、且
つ平滑なものとなす。

【００１７】前記板状焼結セラミック体１　の再焼成と
しては板状焼結セラミック体１　を約１０５０乃至１５
６０℃の温度の炉中に約２０時間投入することによって
行われる。

【００１８】尚、前記上下両面を機械的研磨加工した板
状焼結セラミック体１　を再焼成した場合、板状焼成セ
ラミック体１　はその機械的研磨加工を施した部位に内
部応力が存在し板状焼成セラミック体１　を反らそうと
するが機械的研磨加工を施した面が板状焼成セラミック
体１　の相対向する上下両面であることから内部応力に
よる反りは上下両面で相殺され、板状焼結セラミック体
１　の平坦度をそのまま５　μｍ　程度に維持すること
が可能となる。

【００１９】前記板状焼結セラミック体１　はその上下
両面が機械的研磨加工により平坦となり、更に上下両面
が再焼成により平滑となっていることから板状焼結セラ
ミック体１　の上面に後述する回路配線２　を薄膜形成
技術によって層着させた際、回路配線２　の一部が板状
焼結セラミック体１　の表面に形成された凹部Ａにより
切断されて断線したり、回路配線２　の一部に空洞が形
成されて回路配線２　の電気抵抗が所定値より大幅に外
れたりするのが皆無となって板状焼結セラミック体１　
の上面に回路配線２　をその層厚を均一として所定の電
気抵抗値に、且つ所定パターンに寸法精度良く層着させ
ることが可能となる。

【００２０】次に前記板状焼結セラミック体１　は図１
（ｄ）に示す如く、その上面に回路配線２が蒸着法やス
パッタリング法等の薄膜形成技術を採用することによっ
て層着され、これによって製品としてのセラミック配線
基板となる。

【００２１】前記板状焼結セラミック体１　の上面に形
成される回路配線２　は接着層３　とバリア層４　と主
導体層５　の３　層構造を有しており、例えば板状焼結
セラミック体１　の上面に蒸着法やスパッタリング法等
の薄膜形成技術により接着層３　としてのチタン、バリ
ア層４　としてのチタン　　タングステン合金及び主導
体層５　としての銅を所定厚みに層着させるとともに該
接着層３　、バリア層４　及び主導体層５　の各層をフ
ォトリソグラフィ技術を採用し所定パターンに食刻する
ことによって板状焼結セラミック体１　の上面に所定パ
ターンに層着される。

【００２２】前記回路配線２　は薄膜形成技術により形
成されることから板状焼結セラミック体１　の上面に線
幅５０μｍ　程度の微細なものとして形成することがで
き、その結果、板状焼結セラミック体１　上面に多数の
回路配線２　を高密度に形成することが可能となる。

【００２３】尚、前記回路配線２　を構成する接着層３
　は板状焼結セラミック体１　と回路配線２　との接合
強度を上げる作用を為し、その厚みが０．０１μｍ　未
満であると回路配線２　を板状焼結セラミック体１　に
強固に接合させるのが困難となり、また１．０　μｍを
越えると接着層３　を薄膜形成技術により層着させる際
の内部応力によって板状焼結セラミック体１　と接着層
３　との接合強度が低下する傾向にある。そのため接着
層３　はその厚みを０．０１乃至１．０　μｍ　の範囲
、好適には０．０３乃至０．５　μｍ　の範囲としてお
くのが良い。

【００２４】また前記接着層３　の上面にはバリア層４
　が層着されており、該バリア層４　は接着層３　と主
導体層５　との相互拡散を防止するとともに接着層３　
と主導体層５　とを強固に接合させる作用を為す。

【００２５】前記バリア層４　はその厚みが０．１　μ
ｍ　未満であると接着層３　と主導体層５　との相互拡
散を有効に防止することができない傾向にあり、また５
．０　μｍ　を越えるとバリア層４　を薄膜形成技術に
より層着させる際の内部応力によって接着層３　とバリ
ア層４　との接合強度が低下する傾向にある。そのため
バリア層４　はその厚みを０．１　乃至５．０　μｍ　
の範囲、好適には０．５　乃至３．０　μｍ　の範囲と
しておくのが良い。

【００２６】また前記バリア層４　を構成するチタン　
　タングステン合金の組成はチタン含有量が０．２　重
量％であると接着層３　とバリア層４　との接合強度が
低下し、また３０．０重量％を越えるとバリア層４　の
層硬度が増加し、その上に形成される主導体層５の内部
応力を緩和しにくくなってバリア層４　と主導体層５　
との接合強度が低下する傾向にある。そのためバリア層
４　におけるチタンの含有量は０．２　乃至３０．０重
量％、特に３．０　乃至２０．０重量％としておくこと
が好ましい。

【００２７】更に前記バリア層４　の上面には主導体層
５　が層着されており、該主導体層５　は主として電気
を通す通路として作用を為す。

【００２８】前記主導体層５　は例えば、導通抵抗が極
めて低い銅（Ｃｕ）が使用され、その厚みが０．１　μ
ｍ　未満であると回路配線２　の導通抵抗が高くなって
セラミック配線基板としては不向きとなる傾向にあるこ
とから０．１　μｍ　以上とするこが好ましく、コスト
の点も考慮すると０．１　乃至１５．０μｍ　、好適に
は０．５　乃至１０．０μｍ　の範囲が良い。

【００２９】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更は可能であり、例えば回路配線２　の表面にニッ
ケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の耐蝕性に優れ、且つ良導
電性の金属を約２　μｍ　の厚みに層着させておけば回
路配線２　が大気中に含まれる水分等によって腐食され
るのを有効に防止し回路配線２　の電気抵抗値を常に一
定のものとなすことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のセラミック配線基板の製造方法
によれば、板状焼結セラミック体の相対向する表面を機
械的研磨加工した後、板状焼結セラミック体を再焼成し
たことから板状焼結セラミック体はその相対向する主面
が平坦、且つ平滑となり、その結果、板状焼結セラミッ
ク体の一主面に回路配線を薄膜形成技術によって層着さ
せた場合、回路配線はその層厚が均一として所定の電気
抵抗値になるとともに寸法精度が良い極めて微細なパタ
ーンとなすことができる。

【００３１】また回路配線を薄膜形成技術により形成す
ることから回路配線を高密度に形成することができ、小
さな板状焼結セラミック体に多くの回路配線を形成する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線基板の製造方法を説明
するための各工程毎の断面図である。

【符号の説明】 １・・・板状焼結セラミック体 ２・・・回路配線 ３・・・接着層 ４・・・バリア層 ５・・・主導体層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状焼結セラミック体の相対向する表面を
   機械的研磨加工した後、板状焼結セラミック体を再焼成
   し、その後、前記再焼成した板状焼結セラミック体の少
   なくとも一表面に薄膜形成技術により回路配線を層着さ
   せることを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。