JPS62196899A - 多層装置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】 本発明は、多層装置および多層装置における下側導体層
および電気絶縁体層の製造方法に関するものである。

多層装置は、絶縁層によって互いに分層されかつ絶縁層
内の接続部を介して互いに選択的に相互接続された多数
の電気導体層を基板上に支持した形状を成している。

従来提案されてきた多層装置では、各導体層は基板上に
形成され、そして次の導電性層の基板を成す誘電体層で
被覆される。誘電体層には隣接した導電性層間を相互接
続できるようにするための通し孔が形成される。このよ
うな通し孔は、導体層がスクリーン印刷される場合には
スクリーン印刷時に形成され得るが、代わりに例えばレ
ーザ穿孔法で形成することもできる。

導電性層は基板上に粒子状の導電性材料の厚い膜をスク
リーン印刷すること（この技術は公知である）によって
形成される。導電性膜はその後加熱されて基板に層を焼
結し、固着するようにされる。その後、全体をガラス形
成誘電体で被覆し、そして炉に入れて６００℃〜９００
℃の範囲の温度で焼成して、誘電体を溶融させ誘電体を
基板に固着するようにされる。導電性材料としては銅ま
たは銅を基材とした材料が用いられ得る。しかしながら
、スクリーン印刷法は一般に分解能において制限される
。銅または銅を基材とした材料は固体府としてではなく
小さな粒子として沈着されるので、層を通して酸化を受
け、従って酸化を抑制するために例えば窒素の不活性雰
囲気中で処理する必要がある。この場合、誘電体ガラス
形成材料も窒素雰囲気中で処理されなければならず、こ
れらは一般に形成するのが困難である。

窒素雰囲気を形成する炉は複雑であり、特に６００℃〜
９００℃で運転する場合には運転するのにに経費が掛る
ことになる。誘電体は（比較的低温で焼成され得るもの
および幾分多孔性となる傾向のあるものを含めて）窒素
雰囲気中で焼成するのには全く適さない、絶縁体が層を
重ねて形成される場合には、所望の密度は達成されず、
絶縁体は多孔性のままである。

本発明の目的は、多層装置および多層装置を従来より低
い温度で製造する改良された方法を提供することにある
。

本発明によれば、ａ、導電性で被酸化性の材料のパター
ンを基板の電気絶縁性表面に固着すること、ｂ、上記パ
ターンの一部を酸化させること、ｃ、上記パターンおよ
び上記パターンに固着していない上記基板表面の部分を
焼成可能な誘電体で被覆すること、そしてｄ、上記誘電
体を融解させるのに十分な温度に上記誘電体を焼成し、
それにより融解した誘電体と上記パターンの酸化した部
分との間に結合部を形成することから成る多層装置の製
造方法において、上記パターンが固体であり、工程ａに
おいて基板に結合され、誘電体が５００℃〜６００℃で
融解できそして５００℃〜６００℃に焼成され、また上
記パターンの基板に固着していない外層だけが酸化され
ることを特徴とする多層装置の製造方法が提供される。

工程ｂ、ｃはいずれの順序で実施してもよい。

好ましい実施例では、工程ｂ、ｃは逆の順序で実施され
る。誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程ｂ、
ｄにおいてパターンの外層を酸化させるため被覆誘電体
を通して酸素を拡散させその後上記の誘電体を融解させ
かつ固着させるのに十分な温度に空気中で焼成される。

融解はまたパターンへの酸素の一層の拡散を抑制する。

パターンに関して用いた用語“固体”は、例えば従来技
術の粒子状または焼結パターン層と違ってパターンの各
部分内の被酸化性材料が連続しており、ガスに対して不
浸透性でありしかも凝集性であることを意味する。

用語“結合”は、例えば基板に直接または間接に結合さ
れ得るいわゆる種層に結合することまたは種層と一体に
することによって固体パターンを基板に直接または間接
に結合することを包含する。

固体パターンを用いることは、パターンの有害な内部酸
化の程度を最少に抑え、またパターンの凝集および固着
を促進させる焼結の必要性（付随して酸化を最少に抑え
る厳しいプロセス条件の必要性）を避けることを意味し
ている。従来より実質的に低い温度で融解する誘電体を
用いることにより、エネルギが節約され、パターンの酸
化および任意の他のものの制御が一層容易となり、さら
に必要な軟化点または融点を下げることにより他のもの
に対する材料の選択範囲が広くなる。さらに、表面酸化
および誘電体の融解は、酸化を制限する予防処置が必要
でないので空気中で単一工程で有効に行われ得る。容易
に用いることのできる誘電体の範囲は窒素雰囲気中で用
いられ得るものより相当増大される。有利には、空気中
で焼成した誘電体は、一般に焼成中に役立つ遊離酸素の
量が増加するため木質的に比較的緻密である。

誘電体を融解させるのに十分な温度および誘電体で被覆
した際のパターンの外層を酸化させるのに十分な温度は
５００℃〜６００℃の範囲内であり得る。

一般には多層装置の任意の他の構成要素（特に基板）は
焼成温度またはそれ以下の温度で融解することは望まし
くなく、従って全ての構成要素の材料および焼成温度は
それに応じて選ばれることが認められる。

また本発明によれば、ａ、導電性で被酸化性の材料のパ
ターンの部分を酸化すること、ｂ、焼成可能な誘電体に
上記パターンを埋め込むこと、およびｃ、上記誘電体を
焼成して上記パターンの酸化された部分に焼成した誘電
体を密に結合させることから成る多層装置の製造方法に
おいて、上記パターンが固体であり、誘電体が５００℃
〜６００℃で融解できそして５００℃〜６００℃に焼成
され、また上記パターンの表面だけが酸化されることを
特徴とする多層装置の製造方法が提供される。

工程ａ、ｂはいずれの順序で実施することもできる。

好ましい実施例では、工程ａ、ｂは逆の順序で実施され
る。誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程ａ、
ｃにおいて空気中で焼成され、パターンの表面を酸化さ
せて焼成した誘電体をパターンに密に結合させ、そして
誘電体からパターン内へ比較的深く酸素が拡散していく
のを防ぐガラス層を形成する。

適当なプロセスパラメータは上述の通りである。

さらに、本発明によれば、ａ、酸化時には非導電性でガ
ラスを形成している導電性で被酸化性の材料の種層で電
気絶縁性の基板を被覆すること、ｂ、上記種層上に固体
導体のパターンを沈着すること、ｃ、上記パターンと接
触していない上記種層の部分をそれらの全深さまで酸化
すること、ｄ、全体を５００℃〜６００℃で融解できる
焼成可能な誘電体で被覆すること、そしてｅ、装置を５
００℃〜６００”Ｃに焼成して誘電体を融解させること
を特徴とする多層装置の製造方法が提供される。

工程ｃ、ｄはいずれの順序で実施することもできる。

好ましい実施例では、工程ｃ、ｄは逆の順序で実施され
る。誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程ｃ、
ｅにおいて空気中で焼成され、工程Ｃで設定された程度
まで種層を酸化させる。焼成温度は当然工程ｃ、ｅを行
なうのに十分でなければならない。

適当なプロセスパラメータは上述の通りである。

さらにまた、本発明によれば、少なくとも一表面が電気
絶縁性材料から成る基板と、上記表面に結合されかつ基
板に固着されていない酸化された外層を備えた被酸化性
で導電性の材料の固体パターンと、上記パターンおよび
上記パターンに結合していない上記表面の部分上の被焼
成誘電体の被覆とから成ることを特徴とする多層構造体
が提供される。

本装置において、適当な誘電体絶縁体は、上記の５００
℃〜６００℃の温度範囲内で融解する全てのガラス絶縁
体を含む。

本装置における導電性材料は、本発明の方法のパラメー
タを満足する能力および本装置内の誘電体絶縁体、基板
および（まなは）種層との適合性に関して選択される。

従って、例えば、材料は上述のように固体パターンを形
成でき、そして（または）基板または種層に添加できる
必要がある。

好ましい実施例（以下の説明参照）では、これはめっき
法によって行われ、従って材料はめっき可能な金属でな
ければならない、しばしばもしあれば種層と同じ金属で
あるのが有利である。また例えば小型の回路すなわちマ
イクロ回路に特に有効であるようにするためには、材料
は、非常に精細度の高い導電性パターンを形成できなけ
ればならない。

導電性材料は、プロセスの制御可能な範囲内で被酸化性
でかければならない。

導電性材料および（または）その酸化した表面は誘電体
絶縁体、基板および種層と適合しなければならない、好
ましい実施例では、誘電体絶縁体は空気焼成誘電体、特
にガラス形成絶縁体であり、また材料および（または）
その酸イヒした表面はそのような絶縁体と適合する必要
がある。

上記のような理由で、適当な導電性材料にはクロム、銅
、銀、パラジウムおよびそれらの合金が含まれる。

クロム、胴およびそれらの合金はまた存在し得る任意の
種層に対して（特に）適当な材料でもある。他の適当な
材料としては金およびロジウム、並びにそれらの混合物
およびそれらの合金が含まれる。パターンで覆われてな
い種層が酸化される実施例では、酸化時に共に非導電性
となる二性質をもちしかもセラミック、ガラスまたはガ
ラスセラミック基板および誘電体被覆層と固着性の強い
結合を成すセラミックまたはガラス状の任意の導電性材
料を用いることができる。

しばしばめっき、特に無電解めっきにより種層を別の金
属固着層上に沈着させるのが有利である。

以下、例として添付図面を参照して多層装置およびその
製造方法について説明する。

以下に説明する多層装置およびそれの改良された製造方
法は、特に多層（少なくとも二層）装置しく例えば基板
近くの）における導電性層および下方の誘電体絶縁体層
の製造に係るものである。

また以下の説明は、特に全深さを通して部分的に酸化さ
れる種層を有する装置の実施例に関するものである。ま
た特に、誘電体絶縁体の被覆で固体の空気焼成酸化を行
なうプロセスの好ましい実施例にもに関するものである
。しかしながら、これらの特徴をもたないプロセスの実
施例が以下の説明においてプロセスの関連部分を省くこ
とによって容易に導出され得ることはさらに説明しなく
ても明らかである。

第１図に示すように、基板２の表面上には種層４が形成
され、結合される。

基板２には、適当にはセラミック、ガラスまたは後で加
えられる空気焼成誘電体絶縁体より実質的に高い温度で
軟化するガラスセラミック材料から成り得る。

基板２がセラミックである場合には、好ましくはべりリ
ア、アルミナ、窒化アルミニウムおよび炭１ヒけい素か
ら成る族から選ばれる。

適当なガラスおよびガラス・セラミックにはそれぞれ高
融点の硼珪酸ガラスおよびバリウムガラス並びに金属酸
化物を、溶融させた高融点ガラスが含まれる。

基板２にはまた適当には金属シート上に上述のような一
種またはそれ以上の材料を例えば０．２５〜０．７５μ
ｌの範囲の厚さに被覆したものから成り得る。適当なシ
ート金属としては、銑、コバルト、ニッケルおよび銅、
ならびにステンレス鋼や低炭素鋼を含めたそれらの合金
が含まれる。

種層４は有利には銅から成り得る。

種層４は銅である場合には公知の無電解めっき法、例え
ば微細エツチング処理した基板表面に水素・パラジウム
イオン・パラジウム金属のような還元剤を吸着させ、そ
して分解により銅イオンを表面上に還元して銅の種層を
０．２〜４μｍ例えば約２μｍ、特に０．５μｌ〜１μ
ｍの深さに無電解沈着させることによって基板上に形成
され、結合され得る。

種Ｊ！！ｔ４を無電解沈着によって形成することについ
て説明してきたが、種Ｒ４は当該技術分野において公知
の薄膜またはＭＯＣＶＤ法によって同等に形成され得る
ことが認られる。

再び第１図を参照すると、種Ｒ４上には適当に酸化でき
る金属（上述のような）、好ましくは銅の固体パターン
層８が形成される。

この固体パターン暦８は有利には例えば種層４の選択性
マスキングおよびめっきによって形成される。

代りに、種層４を除去し、固体パターン層８を他の方法
で直接基板２上に形成してもよい、これらの他の方法は
また種層４上に固体パターンＷ１８を形成するのに用い
られ得る。

一つの方法では、導電性パターンＲ８はマスクを介して
導体をスパッタリングまたは蒸着することによって形成
される。そのような実施例では、まずクロム、チタンま
たはタンタルのうちの一つのような境界を接する接着剤
パターン上でスパッタリングするのが好ましい。代りに
、基板はめっきスパッタリングまたは蒸着することによ
って一様に被覆され、そして導電性材料はウェットエツ
チングによってまたはスパッタリングまたはプラズマエ
ツチングによって必要なパターンを残すように選択的に
除去される。

別の方法においては、導電性パターン層は、パラジウム
のような触媒を用いたレジストによる無電解めっき法に
よって基板上に形成される０代りに自動触媒式の無電解
めっきプロセスを用いることもできる。

さらに別の方法では、化学結合を形成するように高温度
で基板に導電性材料のシートが直接結合される。導電性
パターン層はレジストを用いて材料を選択的に除去する
ことによって形成される。

固体パターン層８を別個に形成することおよび形成した
固体パターンＪ！ｌ！８を基板２または種層４上に設け
ることは除外されない。

この実施例では、銅の種層４は光硬化性レジスト６で１
２〜５０μｍの範囲、好ましくは２５μｌの厚さに被覆
される。このレジスト６は所預の導体パターンに相応し
た光パターンにさらされる。その後レジスト６の硬化さ
れてない部分は通常の流体で（第２図に示すように）選
択的に溶されて所望のパターンの陰画に相応したレジス
トで画定された下側の銅層４が選択的に露光される。

こうして露光された銅層４はその後固体鋼で全ての位置
において種層の厚さを越える例えば３〜１５μｌ、特に
約７μｍの厚さおよび幅に電気めっきされ、そして残り
のレジストは当該技術分野において公知の任意の仕方で
除去される。その結果第３図に示すように・、薄い導電
性層上に厚い固体パターン層８が形成される。

第３図において、空気焼成誘電体の厚い（例えば厚す３
５μｔｍ　〜５５μｎ　特ニ約４５μＩｌｌ　）　ｖ！
１０ハ銅のｐ！！４．８を覆うように沈着される。

誘電体１０は好ましくはスクリーン印刷法によって沈着
される。また誘電体は好ましくはブチルカルピトール中
に溶したエチルセルロースに懸濁された溶解温度５００
℃〜６００℃の範囲のガラス粒子の形態である。スクリ
ーン印刷の後、誘電体１０は乾燥され、ブチルカルピト
ールを蒸発させる。それでエチルセルロースはガラス粒
子のバインダーとして作用する。

その後、組立体全体は５００〜９００℃の温度で空気中
で焼成され、それでエチルセルロースを焼き尽し、ガラ
スを溶融または溶解して緻密で実質的に非多孔性のガラ
スを基材とした電気絶縁体層が形成される。

また焼成工程は、梢成要素銅が種層の厚さに相応した深
さまですなわち０．２〜４μｍの深さに酸化されるまで
下側の銅の種層４および固体パターン層８に対して行な
われる（第４図参照）、銅の酸化される深さは焼成温度
、絶縁体のガラス性およびガラスの溶融温度のようなフ
ァクタに関係するので、例えば試験ピースが所望の製造
工程を受けることによって酸化が所望の深さに達するの
を保証するように工程管理を行なう必要がある。その結
果、導電性パターン層８で覆われてない種層４全体が酸
化されて非導電性銅酸化物を形成し、また例えば厚さ１
μｍの種層で７μｍの厚さである固体パターン層８の固
体導体は単に２μｔの深さまで酸化され、これによりそ
れらの導電性は認められ得るほどの影響を受けない。

純粋な結果として、導体パターンＲ８は空気焼成誘電体
１０中に埋め込まれた状態となる。固体導体パターン８
の外皮の酸化によって絶縁体は導体と密に結合されるこ
とになることが認められる。

さらに、導体の酸化した外皮上にガラス層が存在するこ
とにより、絶縁体から導体中への酸素の拡散は抑制され
る。

最後に、誘電体Ｒ１０には導体８に通じるための通し孔
パターン（第６図の孔１２参照）が形成される。この通
し孔にはレーザー穿孔によってがまたはエツチングまた
は研削技術によって形成され得る。

通し孔には、組立体を焼成する前に、例えばスクリーン
印刷法によって形成され得る。代りに、レーザーせん孔
および研削またはエツチング法を用いてもよい。

上記の多層装置は多数の効果をもならすことが認められ
る。

銅の種層４の酸化銅への変換により、基板２および誘電
体１０と強い接着性をもつガラス形成材料が形成される
。基板に対する銅導体パターンＪＩ８の接着性はまた、
酸化銅結合が酸素例えばアルミナを含んでいる基板から
の酸素の拡散によって形成される場合には焼成によって
も改善され得る。

実際、酸化した銅の種層４の機能は、第２の焼成中、誘
電体絶縁体１０中に存在し得るＰｂＯ、Ｂ　ＯおよびＳ
　＋　０２のような酸化物と結合して非導電性かつガラ
ス形成となることにある。従って、ガラス絶縁体は実際
に溶融した時に酸化銅の種層を溶解させる。銅の種層は
また任意のセラミック、ガラスまたはガラスセラミック
基板と合成し、それで絶縁体と基板との間に非常に強い
結合が形成される。

基板と絶縁体との間の銅の種層の前焼成がないので、ガ
ラス絶縁体には基板と絶縁体との間の直接接着を促進さ
せる通常の物質が含まれ得るが、これは一般的には必要
でない。

種Ｒ４が電気絶縁体に変換することにより、銅導体パタ
ーン層８の下側にない種層４の部分を除去する必要がな
くなる。

ここで記載した方法の一つの変形では、銅パターン層８
の電気めっき工程に続いて残留レジストを除去する工程
の前に、銅パターン層８は、銅パターン層８内への酸素
の拡散を抑制する金属の膜１４で被覆される。この目的
に特に適した金属は、ニッケル、パラジウム、金、銀、
クロム、ロジウムまたはこれらのいずれ・かの金属の合
金である。

この工程は、両方の空気焼成工程中における酸化銅に変
換されるパターン銅の量を有利に減らす効果がある。拡
散抑制膜１４は、通し孔の形成される銅領域が常に空気
さらされ、酸化されるので、この領域を被覆するのに特
に有用である。

さらに別の変形例では、拡散抑制膜１４は、装置の焼成
に続いて誘電体と酸化抑制層との間の接着１１として機
能する銅の薄膜で被覆される。

さらに別の変形例では、二つのレジスト工程および二つ
の銅めっき工程は過剰のレジストを除去する前に行われ
る。第１のレジストは非常に精細度の高いトラック（Ｐ
Ａえば・幅１０μｍ、厚さ４μｍ〉を形成するようにウ
ェット膜レジストをスピニングすることによって形成さ
れた薄い層である。第２のレジストは、厚さ２５μｍ、
幅３５μｍのトラックのようなものを形成するように積
層したドライ膜レジストを用いて沈着した厚い層であり
、または絶縁体に通し孔の形成される部分に位置する。

多層装置は両面型にできることが認められる。

そのような多層装置では、基板に多数の通し孔が形成さ
れ、また基板の両側に同時に導電性層が形成される。同
時に、通し孔内には導電性材料が沈着され、二つの導電
性層をリンク結合する。

以上説明してきた実施例では種層はプロセスを通じて基
板上にそのまま残っているが、当、然誘電体沈着工程に
先立って直接導電性パターン゛の下側以外の領域から種
層を除去することもできることが認められる。この場合
、種層４の材質は被酸化性である必要はなく、例えば金
であってもよい。

第７図では複合基板が設けられ、金属シート２Ａは電気
絶縁性層２Ｂで被覆されている。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は異なる製造段階における多層装置の断
面図、第７図は変形製この断面図である。 図　　　中 ２：基板、４：種層、６：レジスト、８：導電性固体パ
ターン石、１０：誘電体層、１２：通し孔。 ′、手続補正書（方式） 昭和６２年　３月　９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ、導電性で被酸化性の材料のパターンを基板の電
   気絶縁性表面に固着すること、 ｂ、上記パターンの一部を酸化させること、ｃ、上記パ
   ターンおよび上記パターンに固着していない上記基板表
   面の部分を焼成可能な誘電体で被覆すること、そして ｄ、上記誘電体を融解させるのに十分な温度に上記誘電
   体を焼成し、それにより融解した誘電体と上記パターン
   の酸化した部分との間に結合部を形成すること から成り、上記工程ａとｂとをいずれかの順序で行う多
   層装置の製造方法において、上記パターンが固体であり
   、工程ａにおいて基板に結合され、誘電体が５００℃〜
   ６００℃で融解できそして５００℃〜６００℃に焼成さ
   れ、また上記パターンの基板に固着していない外層だけ
   が酸化されることを特徴とする多層装置の製造方法。 ２、工程ａが無電解沈着によつて表面に導電性材料の種
   層を形成すること、上記種層上に所望のパターンの陰画
   に相応したレジスト層を形成すること、露光した種層上
   に銅から成るパターンを電気めっきすることおよびレジ
   ストを除去することから成り、工程ｂ、ｃが逆の順序で
   実施され、工程ｃがバインダと共に保持された誘電体の
   粒子から成る空気焼成誘電体をパターンおよびこのパタ
   ーンで覆われてない種層上にスクリーン印刷することか
   ら成り、また工程ｄで空気中で焼成が行われる特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３、工程ａがパターンで覆われてない領域から種層を引
   き続いて選択的に除去することを包含している特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ４、ａ、導電性で被酸化性の材料のパターンの部分を酸
   化すること、 ｂ、焼成可能な誘電体に上記パターンを埋め込むこと、 ｃ、上記誘電体を焼成して上記パターンの 酸化された部分に焼成した誘電体を密に結合させること をいずれかの順序で行うことから成る多層装置の製造方
   法において、上記パターンが固体であり、誘電体が５０
   ０℃〜６００℃で融解できそして５００℃〜６００℃に
   焼成され、また上記パターンの表面だけが酸化されるこ
   とを特徴とする多層装置の製造方法。 ５、マスクを通してのスパッタリングまたは蒸着または
   導電性材料を一様に被覆しその後引き続いて導電性材料
   を選択的に除去することによって、導電性材料を一様に
   めっきしその後引き続いて導電性材料を選択的に除去す
   ることによつて、レジストを用いての無電解めっきによ
   って、あるいは導電性材料のシートを基板に高温度で直
   接化学的に結合しその後引き続いて導電性材料を選択的
   に除去することによってパターンを形成する特許請求の
   範囲第４項に記載の方法。 ６、ａ、酸化時には非導電性でガラスを形成している導
   電性で被酸化性の材料の種層で電気絶縁性の基板を被覆
   すること、 ｂ、上記種層上に固体導体のパターンを沈着すること、 ｃ、上記パターンと接触していない上記種層の部分をそ
   れらの全深さまで酸化すること、ｄ、全体を５００℃〜
   ６００℃で融解できる焼成可能な誘電体で被覆すること
   、そして ｅ、装置を５００℃〜６００℃に焼成して誘電体を融解
   させること から成り、工程ｂ、ｃをいずれかの順序で行うことを特
   徴とする多層装置の製造方法。 ７、少なくとも一表面が電気絶縁性材料から成る基板と
   、上記表面に結合されかつ基板に固着されていない酸化
   された外層を備えた被酸化性で導電性の材料の固体パタ
   ーンと、上記パターンおよび上記パターンに結合してい
   ない上記表面の部分上の被焼成誘電体の被覆とから成る
   ことを特徴とする多層構造体。 ８、パターンが銅から成る特許請求の範囲第７項に記載
   の多層構造体。 ９、種層およびパターンが両方に共通の材料から成って
   いる特許請求の範囲第７項に記載の多層構造体。 １０、基板が６００℃またはそれ以下の温度では融解し
   ないセラミック、ガラスまたはガラスセラミックから成
   っている特許請求の範囲第７項に記載の多層構造体。