JPS62117356A - 半導体装置用配線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 本発明は半導体装置用配線基板に関する。更に詳しくい
えば、本発明は電子回路の高密度化、小型化等の要求を
満足させるのに有用な半導体装置用の単層または多層配
線基板並びにその製造方法に関する。

従来の技術 電子機器をシステｌ、化し、あるいは機能ユニットを構
成するためには、所定の能動素子、受動素子を設計通り
の配置に搭載し、これらの間の電気的接続を行うために
基板が必要とされる。この基板に対しては、種々の要件
を充足することが必要とされ、ユニットの高精度かつ多
様な機能を発現し得るものであること、小形軽量化が可
能であり、しかも高信頼度を有するものであること、回
路形成の自動化が可能であること、メンテナンスをも含
めた総経費を節減し得るものであることなどが代表的な
要件となる。

従来、このような集積化のための基板としては、大別す
るとセラミックス基板、金属ベース゛基板、樹脂基板の
３種が夫々特有の性質を有し、目的、用途に応じて使い
わけられている。

また、電子回路の高密度化を図るために、回路を積層さ
せ多層化することが注目されている。従来、このような
半導体装置用基板材料に多層配線を形成する際には、主
として以下に述べるような三つの方法が採用されていた
。即ち、第１の方法は第２図（ａ）〜（Ｃ）に示したよ
うに、絶縁性のベース材１（導体上に絶縁シートを張付
けたものでも可）上に有機系の接着剤層２を介して導電
体層３を設け（第２図（ａ）参照）、適当なフォトエツ
チング技術を利用して該導電体層３を所定の配線パター
ン３′に形成しく第２図（ｂ）参照）、更に接着剤層４
を介して絶縁シート５を設ける（第２図（Ｃ）参照）、
あるいは以上の操作を必要回数繰返して所定の多層配線
構造を形成し、基板とする。

第２の方法は、厚膜印刷技術を利用して、ベース材１０
上にペースト状にした導体１１、抵抗体く誘電体、絶縁
ガラス層などを含む）１２および第２導体１３を第３図
に示すように印刷して、得られる積層体を焼成すること
により多層基板を得ることからなる。

更に、第３の方法はセラミックスのグリーンシートを作
成し、該グリーンシート上に印刷技術を用いて特殊なＭ
ｏ、　Ｗなどの導電性物質を含む導体ペーストで配線を
行い、乾煙し更にグリーンシートを重ね合せて配線を印
刷する操作を繰返して、プレス後焼成することからなる
。

尚、これら方法においてスルーホール、コンタクトホー
ルが必要な場合には、フォトエツチング法、印刷法で該
ホールを形成し、導電体ペーストなどで満たしながら上
記の操作を行うことにより形成される。

また、上記のような３種の方法を組合せた方法も種々試
みられている。近年、半導体素子についてはその高速動
作化、高密度実装化、大型化が、あるいは半導体装置に
ついていえばその高速化、高密度化、小型化への強い指
向がみられ、その結果半導体装置用基板についても、放
熱性の改良、薄型化、配線導体の抵抗の低減、配線距離
の短縮、半導体素子の直接実装性、実装技術の単一化、
実装工程の簡略化など各種の要件を充足させ得る技術の
開発が望まれ、広範な研究が行われつつある。

発明が解夾旦主魚とする問題点 上記の如く、半導体素子、デバイスに対する高速動作化
、高密度化等の要求を満たすために、これらをパッケー
ジング等により実装を行う際に使用される基板に対する
要求も多岐に亘っており、改良がなされた素子、デバイ
スの機能を十分に発揮させるためには、基板の改良も並
行して行われなければならない。

そこで、最近では多層配線基板が注目されており、その
製造方法として上記のような各種の方法が知られ、利用
されてきている。しかしながら、まず第１の方法につい
てみると、有機物系のシート並びに接着剤の熱伝導度が
小さく、しかも絶縁耐圧における要求や加工面での限界
から絶縁シートの厚さを薄くできない（一般には１（１
０）μｍが下限である）などの理由から、パブケージン
グにおいて重要な放熱性を十分に確保できない。また、
耐熱性に乏しく、吸湿性の高い有機系の材料を用いてい
るので半導体素子の十分な封止性を保証し得ないことか
ら、基板への半導体素子の直接実装が困難である等の欠
点を有している。

第２の方法においても、ペースト材の焼成条件が大気中
で８５０℃前後と厳しいものであるので、ベース基板が
酸化物系セラミックスであるもの、あるいは表面が該セ
ラミックスで覆われたものに制限され、従って放熱性が
悪い。尚、セラミックスの中にはＢｅＯなどの熱伝導性
の優れたものも知られているが、高価であり、また毒性
の問題もあるので余り使用されていない。更に、現在の
本製造技術レベルでは厚さ０．３＋Ｉ１ｍ以下のものを
作製することは困難であり、一般には厚さ０．４〜０．
６ｍｍ程度が信頼性をもって作製し得る限界である。こ
れはペースト印刷、焼成、実装工程での取扱い中に割れ
やそりの問題を生ずることによるものである。また、ガ
ラス絶縁層についてもその厚みを４０μｍ以下にするこ
とは困難であり、更に各層はペーストの性質上厚みを１
０μｍ以下とすることは極めて難しい。従って、この第
２の方法では薄型化は困難である。また、ペーストの特
性上、配線幅をある一定値以下に細くすると、焼成して
も所定の電気的特性を得ることができない。即ち、−Ａ
ｉｄ的には配線幅の下限は実用上１５０μｍ程度である
。

従って本方法では、配線距離の短縮は難しく、デバイス
等の高密度化、小型化あるいは高速動作性に対する要求
を満足しない。尚、最近では凹版印刷技術と特殊なペー
ストの開発により３０〜５０μｍ程度の線幅を実現する
試みがなされているが、今のところ広範に利用されるに
至っていない。

最後に、第３の方法では、グリーンシート法を利用でき
るセラミックス材料が八】２０３をはじめとする数種に
限られており、一般にはＡ１゜０３が広く利用されてい
るが、これは熱伝導性が悪く、更にグリーンシートの厚
さを０．３ｍｍ以下とすることは実際上困難であるので
、得られる基板は熱放散性の悪いものである。また、導
体材料としてＭｏ５Ｗ系のものしか使用できず、これら
はＣＬ１、Ａｇ系のものと比較して導体抵抗が大きいの
で、導体抵抗の低減化を図るには自ら制限があり、更に
第２の方法について述べたのと同じ理由から配線距離の
短縮、ひいては半導体デバイス等の高速動作化、高密度
化、小型化等を達成することは難しい。

そこで、以上述べたような方法の諸欠点を克服し得る新
たな配線基板あるいはまたその製造方法を開発すること
は、基板自体の改良はもとより、各種半導体素子、デバ
イスの各種要件を充足させる上で極めて大きな意義を有
する。本発明の目的もこの点にあり、熱放散性良好で、
配線の短縮化並びに低抵抗化が可能な薄い半導体装置搭
載用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 本発明者等は上記の如き従来の半導体装置用配線基板の
有する諸欠点を解決すべく種々検討した結果、基板ベー
ス材料上への導電体層、絶縁体層の形成を薄膜形成技術
により行うことにより、使用する材料の多様化、基板の
薄型化、配線４幅の縮小化等の問題が解決し得ることを
見出し、本発明を完成するに至った。

即ぢ、本発明の半導体装置用配線基板の製造方法は、絶
縁性基板ベース材上に絶縁物および導電性物質の薄膜を
該物質または該物質を構成する物質の気相を介して交互
に堆積する工程を含み、各層はマスクの使用により選択
的堆積処理するか、あるいは薄膜の堆積後部分的にエツ
チング処理することにより所定のパターンで形成される
ことを特徴とする。

まず、基板ベース材としては絶縁性材料、特に金属酸化
物、金属窒化物、金属炭化物などの高熱伝導性セラミッ
クス、例；ｔハｓｉ　ｃ、　１ｉｅｕＳＡＩ　Ｎ。

５ｉａＮ＜、ＢＮ；ダイヤモンドあるいはこれらの混合
材を挙げることができる。中でも金属酸化物、金属窒化
物、金属炭化物などの焼結体を用いることが好ましい。

また、導電体層（配線層）用材料としてはＡ１、Ｎｉ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ５Ｔａ、Ｍｏ、　Ｗ、Ｓｉ、Ｃ
ｒおよびこれらの合金、並びに導電性セラミックス、例
えばＩＴＯ（ｒｎ２０ｓ　　ＳｎＯ□）、導電性プラス
チックなどを使用できる。

更に、絶縁物質の薄膜材料についても特に制限はなく、
従来公知の各種のもの、即ち金属酸化物、金属窒化物、
金属炭化物、ダイヤモンドなど、あるいはこれらの混合
材が使用できる。尚、酸化物あるいは窒化物系セラミッ
クスを使用すれば従来の実装技術がそのまま使用でき、
有利である。

これらの導電体配線形成層、絶縁体層は、特に低温で成
膜し得るスパッタ法、メタルオーガニックＣｖＤ法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）、プラズー７ＣＶＤ法、蒸着法、イオンブ
レーティング法、光ＣＶＤ法、例えばレーザＣＶＤ法な
どによって基板ベース上に堆積され、特にマグネトロン
スパッタ法、対向ターゲットスパッタ法、蒸着法、イオ
ンブレーティング法を利用することが有利であり、材料
に応じて適宜選択され使いわけられる。

本発明の方法によれば、１〜２０μｍの範囲内の厚さの
絶縁体層および０．５〜１０μｍの範囲内の厚さの導電
体配線層を有する半導体装置用基板が提供される。その
構成は、例えば第１図に示したように、絶縁性基板ベー
ス材２０と、その上に第１薄膜導電体配線層２１、薄膜
絶縁層２２および第２薄膜導電体配線層２３をこの順序
で堆積させ、必要に応じてフォトエツチング技術、ある
いはマスクを使用した選択的堆積法によりパクーニング
させた層とで構成される。

各堆積層のエツチング処理は従来公知の各種方法に従っ
て実施できる。即ち、例えば塩酸などのエツチング液を
使用するウェットエツチング法あるいは反応性イオンエ
ツチング、スパッタエツチングなどのドライエツチング
法がいずれも使用でき、エツチングすべき材質に応じて
最適の方法を選択して利用することができる。

本発明の方法により得られる単層もしくは多層配線基板
はＩＣをはじめ各種の半導体素子、デバイスに対して応
用できる。

昨月 かくして、本発明の方法によれば、半導体用基板ベース
材上への導電体層、絶縁体層の形成は薄膜形成法により
実施されるので、基板ベース材料、導電体材料並びに絶
縁体材料としての選択範囲が大巾に広がり、また基板全
体としての薄型化が容易になる。

本発明の方法においては絶縁体層および導電体層は夫々
１〜２０μｍおよび０．５〜１０μｍの範囲であるが、
まず絶縁体層についてみると、ベース材の表面状態に依
存して多少変化するが、鏡面性−にげ材量外のものにつ
いては、１μｍ未満で絶縁を大面積（ｌ　ｃｉ以上）に
亘り確保することは実際上困難であり、一方２０μｍを
越える場合には本発明で意図する薄型化並びに放熱性に
支障をきたすと共に、絶ＨＭの材質によっては応力が大
きくなり、そりが発生したり多層配線が困難となるので
いずれも好ましくない。

更に、導電体配線の膜厚が０．５μｍに満たない場合に
は、微細なパターンを形成した際に配線抵抗が大きくな
りすぎ、また１０μｍを越える場合には絶縁層の厚さを
２０μｍ以上としなければ所定の絶縁耐圧を確保できず
、歩留りが大巾に低下し、生産性が低下するので好まし
くない。

この種の配線基板において、特に重要な点は、パッケー
ジの熱設計の面から熱放散性が良好なことである。本発
明では放熱性良好な材料を自由に組合せて利用すること
ができ、また絶縁層を薄くし得るので熱放散性の高い基
板を提供し得る。特・にダイヤモンド、ＳｉＣ，ＡＩＮ
を用いた高熱放散性の配線基板が実現できる。

また、高速動作性が要求される１′導体素子、デバイス
にあっては、配線抵抗を小さくし、遅延時間の短縮化を
図る必要がある。この点についても、本発明では焼成工
程が不要であり、材質も低抵抗値のものが自由に選択で
き、また配線パターンの微細化も可能なことから配線抵
抗を小さくすることができ、高速動作性の要求される素
子、デバイスの基板として十分に満足できるものといえ
る。

また、絶縁体としてセラミックスを用いることにより、
従来の実装技術をそのまま利用でき、半導体素子の直接
実装が可能となる。

実施例 以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明すると
共に、その効果を証明するが、本発明は以下の実施例に
より何等制限されない。

実施例１ 基板ペース材としてＡＩＮ、ＳｉＣを用い、導電体配線
層および絶縁体層としては夫々層およびアルミナを用い
た。

絶縁体層としてのアルミナは、イオンブレーティング法
を用い基板温度２（１０）℃、成膜速度５Ｏ人／ｓｅｃ
。

酸素分圧４　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、高周波ノくワー１
（１０）Ｗの条件で厚さ１０μｍで形成し、また導電体
配線層は蒸着法によってＡ１を基板温度２（１０）℃、
成膜速度１（１０）八／ｓｅｃの条件で厚さ３μｍで堆
積した後、５０℃の希塩酸によるウェットエツチングに
より所定のノくターンにエツチングし、最小線幅および
線間隔５０μｍで形成した。その結果耐圧５（１０）■
以上の基板を得ることができた。

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明によれば基板ベース
材上に絶縁体層、導電体配線層を設ける際に薄膜形成技
術を利用したことによって、使用する材料を選択し得る
範囲が一役と拡大され、また焼成工程が不要であるなど
各種の利益が得られ、その結果熱放散性の高い薄型化さ
れた信頼性の高い半導体装置搭載用配線基板が得られる
。

また、本発明によれば材料の選択範囲が広いことから低
抵抗の材料で導電体の微細配線が可能となり、高速動作
性が要求されるデバイスに合った、低抵抗で、従って遅
延時間の短い高速動作可能な配線基板を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置用配線基板の好ましい１態
様を模式的に示す断面図であり、第２図（ａ）〜（Ｃ）
は従来の基板材料に多層配線を施す１方法を説明するた
めの模式的な図であり、第３図は従来の第２図とは別の
多層配線基板を説明するための模式的な図である。 （主な参照番号） １．１０．２０・・ベース材、 ２．４・・・・接着剤、 ３．１１．１３・・導電体層、 ５・・・・・・絶縁シート、 １２・・・・・・ガラス絶縁層、 ２１・・・・・・薄膜導電体配線層、 ２２・・・・・・薄膜絶縁体層、

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性の基板ベース材上に、導電性物質及び絶縁
   性物質の薄膜をこの順序でまたは逆の順序で交互に気相
   を介して堆積し、一方各層はマスクの使用により選択的
   に堆積処理するか、あるいは薄膜の堆積後部分的にエッ
   チング処理することにより所定のパターンで形成される
   ことを特徴とする半導体装置用配線基板の製造方法。
2. （２）前記薄膜がスパッタ法、ＣＶＤ法または蒸着法で
   形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。
3. （３）前記薄膜が磁界を印加するスパッタ法、プラズマ
   ＣＶＤ法、メタルオーガニックＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、
   蒸着法または蒸着物質の一部をイオン化する蒸着法で形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   方法。
4. （４）前記基板ベース材が金属酸化物、金属窒化物、ダ
   イヤモンド、金属炭化物およびこれらの混合体からなる
   群から選ばれる１種である特許請求の範囲第１〜３項の
   いずれか１項に記載の方法。
5. （５）前記絶縁性基板が金属窒化物、金属酸化物および
   金属炭化物の焼結材からなる群より選ばれる特許請求の
   範囲第４項記載の方法。
6. （６）前記導伝性物質がＣｕ、Ａ１、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ
   、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｒ並びにこれ
   らの合金、導電性セラミックスおよび導電性プラスチッ
   クからなる群から選ばれる特許請求の範囲第４項または
   ５項記載の方法。
7. （７）前記絶縁性物質の薄膜が金属酸化物、金属窒化物
   、金属炭化物、ダイヤモンドおよびこれらの混合体から
   なる群から選ばれる１種からなっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の方法。
8. （８）絶縁性基板ベース材と、絶縁物質および導電性物
   質を、この順序あるいは逆の順序で交互に該基板上に設
   けた所定のパターンを有する複数の薄膜層とを有し、各
   絶縁層が１μｍ〜２０μｍの範囲内の厚さを有し、一方
   各導電体層が０．５μｍ〜１０μｍの範囲内の厚さを有
   していることを特徴とする半導体装置用配線基板。
9. （９）前記基板ベース材が金属酸化物、金属窒化物、ダ
   イヤモンド、金属炭化物およびこれらの混合体からなる
   群から選ばれる１種である特許請求の範囲第８項記載の
   半導体装置用配線基板。
10. （１０）前記絶縁性基板が金属窒化物、金属酸化物およ
    び金属炭化物の焼結材からなる群より選ばれる特許請求
    の範囲第９項記載の半導体装置用基板。
11. （１１）前記導電性物質が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、
    Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｒ並びに
    これらの合金、導電性セラミックスおよび導電性プラス
    チックからなる群から選ばれる１種である特許請求の範
    囲第９項または第１０項記載の半導体装置用基板。
12. （１２）前記絶縁物質の薄膜層が金属酸化物、金属窒化
    物、金属炭化物、ダイヤモンドおよびこれらの混合体か
    らなる群より選ばれる１種からなっていることを特徴と
    する特許請求の範囲第９項記載の半導体装置用基板。