JPH06219871A

JPH06219871A - 薄膜積層セラミックス基板

Info

Publication number: JPH06219871A
Application number: JP1313493A
Authority: JP
Inventors: Akira Miki; 明三城; Yasuyuki Morita; 康之森田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【構成】セラミックス基板１２の上に金属又は金属含
有化合物の薄膜が複数層積層された薄膜積層セラミック
ス基板１１において、セラミックス基板１２の上に周期
表第４Ａ族から選ばれた１種以上の元素からなる第１薄
膜層１３、及び第１薄膜層１３の上に第１薄膜層１３を
構成する元素を含有する化合物からなる第２薄膜層１４
が少なくとも積層されている薄膜積層セラミックス基板
１１。【効果】セラミックス基板１２と薄膜積層体２０及び
薄膜積層体２０相互の密着性に優れ、またピンのロウ付
けを行うような高温下においても第１薄膜層１３の上層
への拡散が抑制されるために高い膜密着強度を維持する
ことができ、薄膜積層体２０の上に形成されるメッキ膜
との密着性に優れた薄膜積層セラミックス基板を提供す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜積層セラミックス基
板に関し、より詳細には強固で優れた膜密着強度を有
し、セラミックス基板上に薄膜で微細回路配線が形成さ
れ、ＩＣパッケージ等に利用される薄膜積層セラミック
ス基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは耐熱性、熱衝撃性、破壊
強度、絶縁性等に優れた特性を有し、厳しい環境下で使
用される部材として最適なものであるため、多種多様な
分野で使用されている。半導体産業の分野においても、
ＩＣあるいはＬＳＩのパッケージ等として、種々の材料
からなるセラミックスが使用されている。

【０００３】通常、これらのセラミックスパッケージ
は、セラミックスの原料である種々の酸化物粉末等を用
いて作製されたグリーンシート上に配線等を印刷した
後、該グリーンシートを積層、焼成する、いわゆる同時
焼成法により製造される。

【０００４】しかし、セラミックスパッケージの最表層
の配線回路の形成方法及び配線に用いられる配線材料
は、ＬＳＩ等の実装方法により大きく異なる。

【０００５】すなわち、最も一般的な実装方法であるワ
イヤーボンディング法の場合、セラミックスパッケージ
の最表層に形成されるワイヤーボンディングパッドの間
隔はたかだか数百μｍであり、前記ワイヤーボンディン
グパッド等を印刷した後に焼結させることにより該ワイ
ヤーボンディングパッド等が収縮してもほとんど問題な
く、Ｗ等を配線材料に用いて上記した同時焼成法により
セラミックスパッケージ上のボンディングパッド及び回
路配線を形成することができる。

【０００６】しかし、より高密度なＬＳＩ等の実装方法
であるＴＡＢ( Tape Automated Bonding )法やフリップ
チップボンディング法では、ＬＳＩ接続用のボンディン
グパッドの間隔が５０μｍ前後とかなり狭くなり、パッ
ケージ製造時に０．３％以下の寸法誤差精度が要求され
る。従って、前記した同時焼成法によりＴＡＢ法やフリ
ップチップボンディング法用の最表層のボンディングパ
ッド等を形成するのは難しい。

【０００７】そこで、ＴＡＢ法やフリップチップボンデ
ィング法用のセラミックスパッケージの最表層のボンデ
ィングパッド等を形成する方法としては、厚膜印刷法や
薄膜法が用いられている。

【０００８】前記厚膜印刷法は、導体粒子を有機ビヒク
ル中に分散させた導体ペーストをメッシュスクリーンを
通してセラミックス基板に印刷した後に、ケミカルエッ
チングにより配線パターンを形成し、その後焼成するこ
とによりセラミックス基板に焼き付ける方法である。ま
た前記薄膜法は、セラミックス基板上に物理蒸着法によ
り金属薄膜を蒸着した後、フォトリソグラフ法により回
路配線パターンを形成する方法である。

【０００９】前記厚膜法は、配線層の形成方法が簡易で
あるため生産性には優れるが、高精度の微細配線パター
ンを形成することは難しいという問題点がある。

【００１０】一方前記薄膜法は、スパッタリング装置又
は真空蒸着装置を用いて、物理蒸着法により高真空下で
金属薄膜を基板上に堆積させるため、生産性は厚膜印刷
法に劣るものの、数十ｎｍ単位の膜厚の制御が容易に
できる、各種の金属薄膜を連続して堆積させることが
できる、フォトリソグラフ法により配線パターンを形
成する際にもフォトマスクと基板上の配線パターンとの
パターン変換差を数μｍ以下に抑えることができる、
配線パターンのアンダーカットが少ない、という多くの
利点を有し、高精度の微細配線パターンを形成するには
最も適した方法である。

【００１１】従来よりＴＡＢ法やフリップチップボンデ
ィング法用のセラミックスパッケージの最表層の配線等
として利用されているセラミックス基板上の金属薄膜積
層体の模式的断面図を図６に示す。図中、１２はセラミ
ックス基板を示しており、セラミックス基板１２の表面
に物理蒸着法により形成されたＴｉ等からなる第１金属
薄膜層６３、この第１金属薄膜層６３の上にＭｏ、Ｎｉ
等からなる第２金属薄膜層６４、この第２金属薄膜層６
４の上にＡｇ、Ｃｕ等からなる第３金属薄膜層６５がそ
れぞれ物理蒸着法により形成され、さらに最表層として
Ｃｕ等の電解メッキによるメッキ膜層６６が形成され、
これら第１金属薄膜層６３、第２金属薄膜層６４、第３
金属薄膜層６５及びメッキ膜層６６により金属薄膜積層
体６７が形成され、これら金属薄膜積層体６７とセラミ
ックス基板１２とにより金属薄膜積層セラミックス基板
６１が構成されている。なお、セラミックス基板１２
は、その内部に多層配線が形成された多層配線基板であ
る場合も含んでいる。

【００１２】この金属薄膜積層セラミックス基板６１に
おいて、第１金属薄膜層６３はセラミックス基板１２と
の接合層として機能し、第２金属薄膜層６４は第１金属
薄膜層６３を形成する金属が上方に拡散するのを防ぐバ
リア層として機能し、第３金属薄膜層６５はメッキの下
地層として機能する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記薄膜法を用いてセ
ラミックス基板１２の最表層に微細配線パターンを形成
する際に問題となるのは、セラミックス基板１２上の薄
膜積層体６７とセラミックス基板１２との密着性であ
る。金属薄膜積層セラミックス基板６１をＬＳＩ用のパ
ッケージとして使用するためには、金属薄膜積層セラミ
ックス基板６１にパッケージ用のピンをロウ付けする必
要がある。このロウ付け時の温度は、通常８００〜９０
０℃と高温であるため、セラミックス基板１２表面に形
成された第１金属薄膜層（Ｔｉ層）６３が上部の層に拡
散し、金属薄膜積層体６７の最表層であるメッキ膜層６
６にまで到達する場合がある。この第１金属薄膜層（Ｔ
ｉ層）６３の表面への拡散により、ピンのロウ付け後の
メッキ工程において新たに形成されるメッキ膜（図示せ
ず）と下地の薄膜積層体６７との結合が弱くなり、新た
に形成されたメッキ膜が剥離し易くなるという課題があ
った。

【００１４】また第１金属薄膜層（Ｔｉ層）６３が上部
の層まで拡散すると、第１金属薄膜層６３の膜厚は、通
常、たかだか０．１〜０．２μｍであるために第１金属
薄膜層６３の膜厚が減少してしまい、その結果接合層と
して機能しなくなり、セラミックス基板１２との密着性
が低下するという課題もあった。

【００１５】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、上記したピンのロウ付けを行う温度において
も第１金属薄膜層の上層への拡散が防止され、ピンのロ
ウ付け後のメッキ工程において形成されるメッキ膜と下
層の薄膜積層体との密着性に優れ、高い膜密着強度を有
する薄膜積層セラミックス基板を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る薄膜積層セラミックス基板は、セラミッ
クス基板の上に金属又は金属含有化合物の薄膜が複数層
積層された薄膜積層セラミックス基板において、前記セ
ラミックス基板の上に周期表第４Ａ族から選ばれた１種
以上の元素からなる第１薄膜層、及び該第１薄膜層の上
に該第１薄膜層を構成する元素を含有する化合物からな
る第２薄膜層が少なくとも積層されていることを特徴と
している。以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は、本発明に係る薄膜積層セラミックス基板の一実施
例を示す模式的断面図であり、図中、１２はセラミック
ス基板を示している。セラミックス基板１２の表面には
物理蒸着法又は化学蒸着法により形成された周期表第Ｉ
ＶＡ族から選ばれた１種以上の元素からなる第１薄膜層
１３、この第１薄膜層１３の上に該第１薄膜層１３を構
成する元素を含有する化合物からなる第２薄膜層１４
が、それぞれ化学蒸着又は物理蒸着により形成され、こ
れら第１薄膜層１３及び第２薄膜層１４により薄膜積層
体２０が形成され、これら薄膜積層体２０とセラミック
ス基板１２とにより薄膜積層セラミックス基板１１が構
成されている。なお、セラミックス基板１２は、その内
部に多層配線が形成された多層配線基板である場合も含
んでいる。本発明で用いられるセラミックス基板１２と
しては、例えばアルミナ等の酸化物系セラミックス基
板、窒化アルミニウム、炭化珪素等の非酸化物系セラミ
ックス基板が挙げられるが、本発明では特に薄膜層との
膜密着強度に問題のあるアルミナ基板を用いた場合に有
効である。

【００１７】第１薄膜層１３はセラミックス基板１２と
第２薄膜層１４とを接合するために設けられた接合層で
ある。この第１薄膜層１３に用いられる金属としてはＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等が挙げられるが、特にセラミックス基
板１２としてアルミナを用いた場合は、アルミナと金属
間化合物を形成し易く、アルミナ基板等と強固に結合さ
れるＴｉが好ましい。第１薄膜層１３は、セラミックス
基板１２と充分に結合し、高温における拡散によっても
セラミックス基板１２と第２薄膜層１４との充分な結合
性を維持できるように、その厚さが０．０１〜２μｍ、
さらには０．０５〜０．５μｍであるのが好ましい。

【００１８】前記第２薄膜層１４に用いられる化合物
は、第１薄膜層１３に用いられる金属を含有する化合物
であり、その具体例としてはＴｉＮ_x 等の化合物又はＴ
ｉＷ_x等の合金が挙げられる。第２薄膜層１４を構成す
る化合物の組成は、第１薄膜層１３を構成する金属の拡
散を抑制する上でも重要である。

【００１９】図２は、第２薄膜層１４にＴｉＮ_x を用い
た場合の第１薄膜層１３及び第２薄膜層１４の膜厚方向
に対するＴｉの組成の変化を示したグラフである。図２
（ａ）は第２薄膜層１４のＴｉが一定の含有量を有する
場合、図２（ｂ）は第２薄膜層１４のＴｉの含有量が膜
の厚さ方向に一定の割合で連続的に減少する場合、図２
（ｃ）は第２薄膜層１４のＴｉの含有量が２段に渡って
段階的に変化する場合の組成をそれぞれ示している。ま
た図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、線Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、ＴｉＮ_x のそれぞれ各図における２
種類の異なる組成を示している。ＴｉＮ_x は、通常ｘと
して約０．４〜１程度の値（ＴｉＮ_x 中のＴｉの mol％
に換算すると、約５０〜７２ mol％）を有するので、Ｔ
ｉの含有量が前記固溶量の上限値よりも小さい値を有
し、その割合もなるべく小さい値になるように（例えば
点線Ａ、Ｃ、Ｅ）ＴｉＮ_x の組成に設定するのが好まし
い。第２薄膜層１４の厚さは、第１薄膜層１３の金属の
拡散が充分に抑制できるように、０．０１〜１μｍ、さ
らには０．０５〜０．５μｍの範囲が好ましい。

【００２０】本発明においては、第２薄膜層１４の上
に、第１薄膜層１３の金属の拡散をさらに防止するため
のバリア層として機能する第３薄膜層、第３薄膜層膜の
上にメッキの下地層としての機能する第４薄膜層、第４
薄膜層の上にメッキ膜層を設けてもよい。この場合、セ
ラミックス基板の上にメッキ膜層まで全ての薄膜層を設
ける必要は必ずしもなく、前記した２層構造の他、３層
構造、４層構造、５層構造のいずれを採用してもよい。

【００２１】図３はその一例として、前記第２薄膜層１
４の上に、順次、第３薄膜層１５、第４層薄膜１６及び
メッキ膜層１７がそれぞれ形成された場合の薄膜積層セ
ラミックス基板１１ａの模式的断面図を示している。

【００２２】図中、１２はセラミックス基板を示し、セ
ラミックス基板１２の表面には周期表第ＩＶＡ族から選
ばれた１種以上の元素からなる第１薄膜層１３、この第
１薄膜層１３の上に第１薄膜層１３を構成する元素を含
有する化合物からなる第２薄膜層１４、この第２薄膜層
１４の上にバリア層として機能する第３薄膜層１５、こ
の第３薄膜層１５の上にメッキの下地層として機能する
第４薄膜層１６、第４薄膜層１６の上にメッキ膜層１７
が形成され、これら第１薄膜層１３、第２薄膜層１４、
第３薄膜層１５、第４薄膜層１６及びメッキ膜層１７に
より薄膜積層体２０ａが形成され、これら薄膜積層体２
０ａとセラミックス基板１２とにより薄膜積層セラミッ
クス基板１１ａが構成されている。

【００２３】第３薄膜層１５に用いられる金属として
は、第１薄膜層１３に用いられている金属がさらに上の
層に拡散するのを抑制できるバリア層としての効果を有
するものであればどのような金属でもよいが、例えばＭ
ｏ、Ｆｅ又はＣｕの薄い層を層の中にサンドイッチした
Ｍｏ（Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ）が好ましい。第３薄膜層１５
の厚さは、第１薄膜層の元素の拡散防止及び応力緩和の
点から、０．０１〜１μｍ、さらには０．０１〜０．５
μｍの範囲が好ましい。

【００２４】第４薄膜層１６に用いられる金属は、メッ
キの下地層として機能するものであればよく、例えばＣ
ｕ、Ｎｉ等が挙げられる。第４薄膜層１６の厚さは、メ
ッキ後の積層膜の信頼性（応力歪みや膜はがれ防止）の
点から、０．０１〜０．５μｍ、さらには０．０５〜
０．５μｍが好ましい。

【００２５】メッキ膜層１７は、通常化学メッキ処理に
より得られる層であり、用いられる金属としては、例え
ばＣｕ、Ａｇ等が好ましい。メッキ膜層の厚さは、リー
ド等の実装時の信頼性を考慮すると、１〜１５μｍ、さ
らには５〜１０μｍの範囲が好ましい。

【００２６】このように第１薄膜層１３の金属の熱によ
る拡散が一層効果的に防止される構造を有する薄膜積層
体２０ａが形成されることにより、セラミックス基板１
２と薄膜積層体２０ａとが強固に結合され、各薄膜層も
お互いに強固に結合され、膜密着強度の高い薄膜積層セ
ラミックス基板１１ａが形成される。

【００２７】次に、この第１薄膜層１３〜第４薄膜層１
６の形成方法について説明する。この第１薄膜層１３〜
第４薄膜層１６は、いずれも物理蒸着法又は化学蒸着法
により成膜することができる。物理蒸着法としては、例
えば真空蒸着法又はスパッタリング法等が挙げられ、化
学蒸着法としては、例えばＤＣ電力を利用したプラズマ
ＣＶＤ法、ラジオ波（ＲＦ）を利用したプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波を利用したプラズマＣＶＤ法、電子サイ
クロトロン共鳴を利用したプラズマＣＶＤ法等のプラズ
マＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法、あるいは反応性に富むガスを
供給しながらスパッタリングや真空蒸着を行う反応性ス
パッタリング法や反応性蒸着法等が挙げられる。そのな
かでも、第１薄膜層１３及び第２薄膜層１４を形成する
方法としては、成膜時の反応圧力が１Ｔｏｒｒ前後であ
り原子の平均自由行程が比較的短いこと、成膜反応が表
面反応が多いと考えられ、そのために凹凸のある表面の
被覆性が良好であること等から化学蒸着法がより好まし
く、さらに前記目的に最も適合した方法であるラジオ波
（ＲＦ）を利用したプラズマＣＶＤ法（以下、ＰＥ(Pla
sma Enhanced) −ＣＶＤ法と記す）、電子サイクロトロ
ン共鳴を利用したプラズマＣＶＤ法（以下、ＥＣＲ(Ele
ctron Cyclotron Resonance)−ＣＶＤ法と記す）が好ま
しい。

【００２８】以下にＰＥ−ＣＶＤ法及びＥＣＲ−ＣＶＤ
法による薄膜の形成方法について説明する。

【００２９】まず、ＰＥ−ＣＶＤ法を用いた薄膜の形成
方法について説明する。

【００３０】図４は、ＰＥ−ＣＶＤ法に用いられる装置
の一例を示す模式的断面図であり、図中４１はプラズマ
反応室を示している。プラズマ反応室４１の上部壁には
絶縁体４２を介してＲＦ電極４３が設置され、ＲＦ電極
４３と対抗する位置にセラミックス基板４０を載置する
ための試料台４４が配設されている。ＲＦ電極４３には
マッチングボックス４５を経由してＲＦ電源４６が接続
されており、試料台４４にはヒータ４７が埋設されてい
る。またプラズマ反応室４１の左側壁部には反応ガス導
入口４８、プラズマ反応室４１の右側壁部にはメカニカ
ルブースターポンプ（図示せず）に連なる反応ガス排出
口４９が形成されており、さらにプラズマ反応室４１の
下部壁には真空排気を行うための排気装置（図示せず）
に接続される主排気口５０が形成されている。

【００３１】また図中４８ｇは原料ガスボンベ（図示せ
ず）に連なる反応ガス供給系を示しており、４９ｇはメ
カニカルブースターポンプ（図示せず）に連なる反応ガ
ス排出系を示しており、５０ｇは主排気系を示してい
る。

【００３２】このように構成されたＰＥ−ＣＶＤ装置を
用いてセラミックス基板４０上に化学蒸着膜を形成する
方法を説明すると、まずプラズマ反応室４１中の試料台
４４にセラミックス基板４０を載置した後、主排気系５
０ｇを使用してプラズマ反応室４１内を１０^-6Ｔｏｒｒ
程度まで真空排気する。次に反応ガス排出系４９ｇによ
り排気しながら、所要のガス圧力が得られるように金属
原子を含有するガス等を供給し、ＲＦ電源４６より、例
えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を印加し、プラズマを
生成させる。これにより、セラミックス基板４０上に所
望の金属膜、所望の金属を含有する化合物の膜又は所望
の金属を含有する合金の膜が形成される。また、より緻
密で密着性に優れる薄膜を得るためには、試料台４４に
埋設されたヒータ４７を用いて加熱しながら薄膜を形成
する方法を採用するのが好ましい。この場合のセラミッ
クス基板の温度は、３００℃前後が好ましい。

【００３３】つぎに、ＥＣＲ−ＣＶＤ法を用いた薄膜の
形成方法について説明する。図５は、ＥＣＲ−ＣＶＤ法
に用いられる装置を示す模式的断面図であり、図中５１
はプラズマ生成室を示している。プラズマ生成室５１の
周壁は２重構造に構成されており、その内部には冷却水
の通流室５１ａが形成され、また上部壁中央には石英ガ
ラス板５１ｂにより封止されたマイクロ波導入口５１ｃ
が形成され、さらに下部壁中央にはマイクロ波導入口５
１ｃと対向する位置にプラズマ引き出し窓５１ｄが形成
されている。マイクロ波導入口５１ｃには他端がマイク
ロ波発振器（図示せず）に接続された導波管５２の一端
が接続され、またプラズマ引き出し窓５１ｄに臨ませて
試料室５３が配設されている。さらにプラズマ生成室５
１及びこれに接続された導波管５２の一端部にわたって
これらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁コイル５
４が配設されている。

【００３４】一方試料室５３内にはプラズマ引き出し窓
５１ｄと対向する位置にセラミックス基板５５等の試料
を載置するための試料台５７が配設されており、試料台
５７にはセラミックス基板５５等を加熱するためのヒー
タ５６が埋設されている。また試料室５３の下部壁に
は、図示しない排気装置に接続される排気口５３ａが形
成されている。

【００３５】また図中５１ｇはプラズマ生成室５１に連
なる反応ガス供給系を示しており、５３ｇは試料室５３
に連なる反応ガス供給系を示しており、５１ｈ、５１ｉ
は冷却水の供給系、排出系を示している。

【００３６】このように構成されたＥＣＲ−ＣＶＤ装置
を用いて化学蒸着を行う場合、プラズマ生成室５１及び
試料室５３内を所定の真空度に設定した後、プラズマ生
成室５１内に反応ガス供給系５１ｇ、５３ｇを通じて所
要のガス圧力が得られるように金属を含有するガス等を
供給し、励磁コイル５４により電子サイクロトロン共鳴
励起に必要な磁界を形成しつつマイクロ波導入口５１ｃ
を通じてプラズマ生成室５１内にマイクロ波を導入し、
プラズマ生成室５１を空洞共振器としてガスを共鳴励起
させ、プラズマを生成させる。生成したプラズマは励磁
コイル５４により形成される試料室５３側に向かうに従
い磁束密度が低下する発散磁界によって試料室５３内の
セラミックス基板５５周辺に投射され、試料室５３内の
セラミックス基板５５の表面に所望の金属膜、所望の金
属を含有する化合物の膜又は所望の金属を含有する合金
の膜が形成される。また、この場合も、より緻密で密着
性に優れる薄膜を得るためには、試料台５７に埋設され
たヒータ５６を用いて加熱しながら薄膜を形成する方法
を採用するのが好ましい。

【００３７】前記ＰＥ−ＣＶＤ法又はＥＣＲ−ＣＶＤ法
を用いて、図２の（ｂ）に示したような連続的にその組
成が変化するＴｉＮ_x の薄膜を形成するには、供給する
四塩化チタンと窒素の混合ガスの組成を連続的に変化さ
せながら、反応室に供給すればよく、図２（Ｃ）に示す
ような段階的に組成の変化するＴｉＮ_x の薄膜を形成す
るには、前記混合ガスの組成を段階的に変化させて供給
すればよい。

【００３８】

【作用】上記構成によれば、前記セラミックス基板の表
面に、周期表第ＩＶＡ族から選ばれた１種以上の元素か
らなる前記第１薄膜層が形成されており、該第１薄膜層
は前記セラミックス基板に対して高い活性を有し、該セ
ラミックス基板中に拡散し易いので該セラミックス基板
と強固に結合される。また前記第２薄膜層は、前記第１
薄膜層を構成する元素を含有する化合物からなるので、
前記第１薄膜層を構成する元素の含有量を調整すること
により、高温下において拡散してきた前記第１薄膜層の
金属はこの第２薄膜層に固溶し、さらに上層への拡散が
防止される。またこの固溶により前記第１薄膜層と前記
第２薄膜層とが強固に結合される。これらの結果、前記
セラミックス基板とその上に積層された前記薄膜積層体
及び該薄膜積層体中の各薄膜層が強固に結合され、前記
薄膜積層体の上に形成される前記メッキ膜と該薄膜積層
体との密着性にも優れる。

【００３９】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る薄膜積層セラ
ミックス基板の実施例及び比較例を図面に基づいて説明
する。

【００４０】［実施例１］図５に示したＥＣＲ−ＣＶＤ
装置を用い、充分に洗浄された９２％の純度のアルミナ
基板５５上に、以下に示す方法により微細配線パターン
を形成した。

【００４１】まず２インチ角で厚さが１ｍｍのアルミナ
基板５５を試料台５７に装着し、装置内を高真空に排気
すると共に、アルミナ基板５５の温度が５００℃になる
ように加熱した。装置内のアルミナ基板５５の温度が安
定したところで、プラズマ生成室５１に供給系５１ｇか
らＡｒガスを導入し、ＥＣＲプラズマを発生させた。こ
のときのＥＣＲ磁場の強さは８７５Ｇ、マイクロ波電力
は５００Ｗであった。その後、試料室５３に反応ガス供
給系５３ｇから四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄ ）の蒸気を導
入し、反応圧を１０^-2〜２Ｔｏｒｒ程度に設定し、５分
間、Ｔｉ膜の成膜を行った。このときのＴｉの膜厚は、
別途同様の条件で形成したＴｉ膜の厚さを測定した結果
から０．５μｍであることが分かった。

【００４２】次に、Ａｒを導入することにより、一旦前
記四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄ ）の蒸気を完全に排気し、
前記Ｔｉ膜の形成方法と同様にしてプラズマを発生させ
たのち、試料室５３に反応ガス供給系５３ｇから四塩化
チタン（ＴｉＣｌ₄ ）の蒸気と窒素ガスとを同時に混合
して導入し、反応圧を１０^-2〜２Ｔｏｒｒ程度に設定
し、３分間、ＴｉＮ_x 膜を形成した。このときのＴｉＮ
_x 膜の膜厚は、前記Ｔｉ膜と同様に測定し、０．２μｍ
であることが分かった。また前記ＴｉＮ_x 膜中のＴｉと
Ｎの原子比を測定したところ、ＴｉとＮとの原子比は
４：６であり、分子式で表わすとＴｉＮ_1.5 となること
が分かった。

【００４３】次に、アルミナ基板５５の温度が１００℃
以下になったところで、アルミナ基板５５をＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ装置に直結されたマグネトロンスパッタ装置内のホ
ルダに搬送し、装置内の真空度を１×１０^-6Ｔｏｒｒま
で排気した。その後、装置内にＡｒガスを導入し、装置
内の圧力を５ｍＴｏｒｒ、基板温度を１２０℃に設定
し、前記ＴｉＮ_x 膜の上にＭｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｕの順
に、それぞれ０．２μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、
０．１μｍの膜厚で薄膜を形成した。

【００４４】スパッタリング終了後、放冷し、基板温度
が５０℃以下になったところでアルミナ基板５５をマグ
ネトロンスパッタ装置より取り出し、フォトリソグラフ
法によって１０μｍの厚膜レジストパターンを形成し
た。このレジストパターンの溝部に電解メッキ法により
Ｃｕのメッキ膜を６μｍの厚さに形成し、レジストを剥
離した。さらにその後、下地の薄膜積層体を湿式エッチ
ングし、表層微細配線パターンの形成を完了した。形成
された表層微細配線パターンのライン幅及びスペース
は、それぞれ全て１００μｍ及び５０μｍであった。

【００４５】上記方法にて作製された薄膜積層セラミッ
クス基板について、膜密着強度の測定を行った。膜密着
強度の測定は、膜表面に直径１ｍｍのＮｉのリード線を
ハンダ付けし、ピン１本毎に１０ｍｍ／分の速度で引っ
張り、膜が破断した強度を膜密着強度とした。このと
き、ハンダ切れ、ハンダと金属薄膜との界面破断は正当
な膜強度として評価できないためデータから削除した。

【００４６】また、本実施例の方法により作製された薄
膜積層セラミックス基板を、８００℃で１０分間熱処理
を行い、Ｃｕメッキ表面へのＴｉの拡散を調べるため、
ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis)を用いて、
表面のＴｉ濃度の測定を行った。下記の表１に、膜密着
強度の測定結果及びＥＰＭＡの測定結果を示している。

【００４７】［比較例１］実施例１で用いた基板と同様
のアルミナ基板上に、以下の条件により薄膜積層体を形
成した。

【００４８】まず、マグネトロンスパッタ装置内にアル
ミナ基板を装着し、装置内の真空度を１×１０^-6Ｔｏｒ
ｒ以下になるように排気すると同時に、アルミナ基板の
温度を１２０℃に設定した。アルミナ基板の温度が安定
した後、装置内にＡｒガスを導入し、装置内の圧力を５
ｍＴｏｒｒに設定し、アルミナ基板上にＴｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｃｕの順に、それぞれ０．１μｍ、０．２μ
ｍ、０．０５μｍ、０．２μｍ、０．１μｍの膜厚で薄
膜積層体を形成した。

【００４９】スパッタリング終了後、実施例１の場合と
同様に、厚膜レジストパターンを形成し、このレジスト
パターンの溝部に電解メッキ法によりＣｕのメッキ膜を
６μｍの厚さに形成し、さらにその後、下地の薄膜積層
体を湿式エッチングして、表層微細配線パターンの形成
を完了した。形成された表層微細配線パターンのライン
幅及びスペースは、それぞれ全て１００μｍ及び５０μ
ｍであった。

【００５０】上記方法にて作製された薄膜積層セラミッ
クス基板について、膜密着強度の測定及びＥＰＭＡによ
る表面層のＴｉ濃度の測定を、実施例１の場合と同様に
行った。下記の表１に、膜密着強度の測定結果及びＥＰ
ＭＡの測定結果を示している。

【００５１】［比較例２］実施例１で用いた基板と同様
のアルミナ基板上に、比較例２の場合と同様の装置を用
い、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕの順に、それぞれ０．１μｍ、
０．２μｍ、０．１μｍの膜厚で、薄膜積層体を形成し
た。

【００５２】スパッタリング終了後、実施例１の場合と
同様に、厚膜レジストパターンを形成し、このレジスト
パターンの溝部に電解メッキ法によりＣｕのメッキ膜を
６μｍの厚さに形成し、さらにその後、下地の薄膜積層
体を湿式エッチングして、表層微細配線パターンの形成
を完了した。形成された表層微細配線パターンのライン
幅及びスペースは、それぞれ全て１００μｍ及び５０μ
ｍであった。

【００５３】上記方法にて作製された薄膜積層セラミッ
クス基板について、膜密着強度の測定及びＥＰＭＡによ
る表面層のＴｉ濃度の測定を、実施例１の場合と同様に
行った。下記の表１に、膜密着強度の測定結果及びＥＰ
ＭＡの測定結果を示している。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１から明らかなように、実施例１に係る
薄膜積層セラミックス基板では、表層にＴｉがほとんど
検出されていない。このように、第２薄膜層としてＴｉ
Ｎ_x膜を形成することにより、第１薄膜層のＴｉのメッ
キ膜層への拡散が防止され、前記拡散による第１層のＴ
ｉ層の厚さの減少も少ないため、４．５ｋｇ／ｍｍ²と
充分な膜密着強度が得られている。膜密着強度の高い理
由としては、化学蒸着によるＴｉ膜のアルミナ表面への
被覆性の向上も考えられる。

【００５６】比較例１で得られた薄膜積層セラミックス
基板では、表面にわずかにチタンが検出され、チタン原
子が表面まで熱拡散してきていることがわかる。また、
膜密着強度も実施例１における強度の４．５ｋｇ／ｍｍ
² と比較して、３．８ｋｇ／ｍｍ² とかなり低下してい
る。

【００５７】また、比較例２で得られた薄膜積層セラミ
ックス基板では粒界に添ってかなりの量のチタンが検出
され、チタン原子が明らかに表面まで熱拡散してきてい
ることがわかる。膜密着強度も実施例１における強度の
４．５ｋｇ／ｍｍ² と比較して、３．３ｋｇ／ｍｍ² と
大きく低下している。

【００５８】このように、実施例に係る薄膜積層セラミ
ックス基板にあっては、前記セラミックス基板の上にＴ
ｉからなる第１薄膜層が形成されているので、アルミナ
基板及び第２薄膜層との密着性に優れ、さらに前記第１
薄膜層の上に該第１薄膜層を構成する元素を含有するＴ
ｉＮ_X からなる第２薄膜層が積層されているので、高温
に曝されても第１薄膜層が表面層まで拡散せず、膜密着
強度が劣化しない。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る薄膜積
層セラミックス基板にあっては、セラミックス基板の上
に金属又は金属含有化合物の薄膜が複数層積層された薄
膜積層セラミックス基板において、前記セラミックス基
板の上に周期表第４Ａ族から選ばれた１種以上の元素か
らなる第１薄膜層、及び該第１薄膜層の上に該第１薄膜
層を構成する元素を含有する化合物からなる第２薄膜層
が少なくとも積層されているので、セラミックス基板と
薄膜積層体及び薄膜積層体相互の密着性に優れ、またピ
ンのロウ付けを行うような高温下においても前記第１薄
膜層の上層への拡散が抑制されるために高い膜密着強度
を維持することができ、前記薄膜積層体の上に形成され
るメッキ膜との密着性に優れた薄膜積層セラミックス基
板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る薄膜積層セラミックス基
板を示した模式的断面図である。

【図２】第２薄膜層にＴｉＮ_x を用いた場合の第１薄膜
層及び第２薄膜層の膜厚方向に対するＴｉの組成の変化
を示したグラフであり、（ａ）は第２薄膜層のＴｉが一
定の含有量を有する場合、（ｂ）は第２薄膜層のＴｉの
含有量が膜の厚さ方向に一定の割合で連続的に減少する
場合、図２（ｃ）は第２薄膜層のＴｉの含有量が２段に
渡って段階的に変化する場合の組成をそれぞれ示してい
る。

【図３】本発明の別の実施例に係る薄膜積層セラミック
ス基板を示した模式的断面図である。

【図４】ＰＥ−ＣＶＤ法に用いられる装置の一例を示す
模式的断面図である。

【図５】ＥＣＲ−ＣＶＤ法に用いられる装置の一例を示
す模式的断面図である。

【図６】従来の薄膜積層セラミックス基板を示した模式
的断面図である。

【符号の説明】

１１薄膜積層セラミックス基板１２セラミックス基板１３第１薄膜層１４第２薄膜層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基板の上に金属又は金属含
有化合物の薄膜が複数層形成された薄膜積層セラミック
ス基板において、前記セラミックス基板の上に周期表第４Ａ族から選ばれ
た１種以上の元素からなる第１薄膜層、及び該第１薄膜層の上に該第１薄膜層を構成する元素を
含有する化合物からなる第２薄膜層が少なくとも積層さ
れていることを特徴とする薄膜積層セラミックス基板。