JPS62219693A - 薄膜多層セラミツク回路基板 - 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】 〔概　要〕 窒化アルミニウムにより薄膜多層セラミック回路基板を
構成して、熱伝導性を高め、かつシリコン素子のベアチ
ップ実装を可能にする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は薄膜多層セラミック回路基板に係り、より詳し
く述べると、窒化アルミニウムを用いて熱抵抗を低減し
かつ高密度実装を可能にした薄膜多層セラミック回路基
板に関する。

〔従来の技術〕

電子装置が多機能化し、複雑になる番こつれて、集積度
を向−ヒさせる必要がある。この必要は半導体装置など
の回路基板にも波及し、高密度実装を許容する回路基板
が求められる。

セラミック回路基板は樹脂回路基板と比べて耐熱性、熱
伝導性（放熱性）に優れおり、高密度実装に適している
。さらに高密度実装を達成するためにはどうしても多層
配線化が必要あるいは有利である。従来、薄膜多層回路
基板の基材としてはアルミナが用いられている。ここで
薄膜多層回路基板とは、基材上に薄膜絶縁層と薄膜導体
層とを交互に積層した薄膜多層配線層を形成した回路基
板をいい、薄膜多層セラミック回路基板とは基材がセラ
ミックの場合を指称する。また、従来知られている薄膜
多層配線層（回路基板上）の絶縁層としてはポリイミド
やガラス（ＰＳＧ、Ｓｉｎｇなど）などがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如く、従来の薄膜多層セラミック回路基板の基材
にはアルミナが用いられているが、アルミナはその熱膨
張係数が８Ｘ１０−６℃−１とシリコンの熱膨張係数３
．５〜４Ｘ１０−”Ｃ−’よりかなり大きいので、シリ
コン素子のベアチップ実装が困難である。ベアチップ実
装とはチップを裸のままで直接に基板上に搭載し、チッ
プと基板の間を半田で配線および結合する高密度実装法
である。このようなヘアチップ実装ではチップと基板の
熱膨張係数に大きな差があると、チップの発熱により熱
歪が生じ、チップ、基板、半田に割れその他の損傷が起
きる。

また、アルミナは熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫと、樹脂やガ
ラスに比べれば大きいものの、それでもまだ不十分な値
であり、素子の放熱を促進するためにさらに熱伝導率の
高い＋Ａ料が求められている。

また、上記のポリイミドやガラスなど、従来薄膜多層配
線層に用いられている材料も熱伝導率が小さいという共
通の不都合がある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記の如き問題点を解決するために、薄膜多層セラミッ
ク回路基板の基材および薄膜層間絶縁層を窒化アルミニ
ウムで構成する。

窒化アルミニウムは熱膨張係数が３．５〜５×１０−６
″Ｃ″′とシリコンの熱膨張係数３．５〜４Ｘ］０−６
℃−１に近く、また熱伝導率が５０〜２００Ｗ／ｍＫと
高いので、シリコン素子のベアチップ実装および放熱性
の両方に適している。

ここに薄膜とは、一般的に、気相より原子２分子、イオ
ンおよびこれらのクラスターを基板上に付着させて作成
した膜状材料をいう。

薄膜窒化アルミニウム層の形成はイオン蒸着法。

反応性スパッタリング法、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）
などで行なうことができる。これらのうち、イオン蒸着
法は平滑で成膜速度も速いが、装置を大型化するのに困
難がありかつ装置は高価である。反応性スパッタリング
法は平滑な膜が得られるが成膜速度が遅い。ＣＶＤは成
膜速度が速いが膜に凹凸が生じ易い。

薄膜導体層は金、銅などを蒸着あるいはスパッタリング
などで堆積して形成できる。薄膜導体層のパターニング
は、堆積時にマスクを用いてもよく、あるいは全面堆積
後リングラフ法で選択的にエツチングして行なってもよ
い。

〔実施例〕

図面を参照して説明する。

失柵性よ （第１図（ア）参照）焼結助剤としてイツトリア１％４
ｔ％を添加した窒化アルミニウムを１８００℃。

２００ｋｇ／ｃＪ　　１時間の条件でホットプレスして
焼結した。得られた焼結体の熱伝導率は７０Ｗ／ｍＫ。

熱膨張係数は４Ｘ１０−６℃１であった。この窒化アル
ミニウム焼結体を１００Ｘ　１２０關、厚さ２層間に切
断し、これを基板１とした。

この基材１上に第２図に示す如き高周波プレー−Ｊ・マ
グネトロンスパッタリング装置で窒化アルミニウム薄膜
２を厚さ１０μｍに形成した。第２図において、１１は
アルゴンガス、１２は窒素ガス、１３は流量コントロー
ラ、１４はアルミニウムターゲット、１５は基板、１６
はマグネトロン、１７はヒータ、１８はチャンバ、１９
は排気系、２０はＲＦ発振器である。

反応性スパッタリングの条件は下記の通であった。

ターゲット：アルミニウム（純度９９．９９％）スパッ
タガス：Ａｒ＋Ｎ、（モル比１：ｌ）圧カニＩＰａ 基板温度＝８００℃ ＲＦ出カニ　　ＩＫＷ 反応時間：　１０時間 基材１上に窒化アルミニウム薄膜２を形成する理由は表
面の平１■化のためである。

（第１図（イ）参照）窒化アルミニウム薄膜２上に厚さ
５μｍの銅薄膜をスパッタリングにより成膜し、これを
エツチングして銅配線パターン３を形成した。

（第１図（つ）参照）窒化アルミニウム薄膜２の形成と
同じ条件で、窒化アルミニウム薄膜４を形成した。

（第１回（１）参照）層間接続用バイアホールを形成す
る位置にレーザービームを照射し、孔５を明けた。

（第１図（オ）参照）上記と同様の操作を繰り返して、
窒化アルミニウム薄膜６および銅配線パターン７．８を
形成した。

こうして窒化アルミニウム基材１および窒化アルミニウ
ム薄膜２．４．６を有する薄膜多層回路基板が完成した
。この多層回路基板の熱伝導率は７０Ｗ／ｍＫでアルミ
ナの約４倍であり、かつ熱膨張係数は４Ｘ１０−’℃−
１とシリコンのそれと同等であった。

完成した薄膜多層窒化アルミニウム回路基板上には半田
９を介してシリコンチップ１０をベアチップ実装するこ
とができる（第５図）。

実施例） 実施例１と同様にして窒化アルミニウムによる薄膜多層
セラミック回路基板を作成した。但し、この実施例では
薄膜窒化アルミニウムをイオン蒸着法で形成した。

第３図にイオン蒸着装置を示す。同図中、：）１はイオ
ン源、２はプラズマ、３はマグネット、４は高圧電源、
５は窒素ガス、６は流量コントローラ、７は蒸発源、８
はフィラメント、９はアルミニウム、１０は窒素イオン
、１１はアルミニウム原子、１２は膜厚モニタ、１３は
ファラデーゲージ、１４は基板、１５はチャンバ、１６
は排気系である。このような装置で、基板１４」二に、
電子ビーム蒸着によりアルミニウム９を蒸発１１させな
がら、窒素イオンｌＯを照射して窒化アルミニウム薄膜
を形成する。成膜条件は加速電圧３０ｋｅＶ。

イオン電流５０ｈ＋　Ａで、成膜速度は３μｍ／ｈであ
った。

実施例１と同様の薄膜多層セラミック回路基板が得られ
た。

尖旅桝１ 実施例１および２と同様にして薄膜多層セラミック回路
基板を作成した。

但し、この実施例ではＣＶＤ法で窒化アルミニラム薄膜
を形成した。第４図にｃｖｎ装置を示す。

同図中、５１はＮＨ３ガス、５２はＩｌ、ガス、５３は
流計コントローラ、５４は＾１Ｃ１１３コンテナ、５５
はノズル、５６は基板、５７はヒータ、５８はチャンバ
ー、５９は排気系である。

Ａ　ＩＩＣ７！３　、　Ｎ　Ｈ’ｓを原料ガスとし、Ａ
ｌＩＣ７！ｚのキャリヤガスとしてＨ，を用いた。流量
はＮＨ。

がＩ　Ｏｎ　／ｍｉｎ　、　Ｈｇがｌ　７！／ｌｌ１ｉ
ｎ　、　　＾ｌ１ＣＺ。

がＩ　Ｘ　１０−’ｌ！ｌｏ　７！ｅ／ｍｉｎであった
。ＡｌＣ７！ｓは常温で固体であるが、Ａｌ１ＣｌＡ３
コンテナ５４を約１３０℃に保持し、ＡｌＩＣ１！ｚの
蒸発量をコントロールして得た。原料ガスは混合後、回
転ノズル５５から基板５６表面に吹き付けられる。基板
５６はその下のヒータ５７で８００℃に加熱した。この
条件下で、成膜速度は８μｍ／ｈであった。

得られた窒化アルミニウムによる薄膜多層セラミック回
路基板は実施例１と同様の特性を有した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱膨張係数がシリコンに近く、かつ熱
伝導性に優れた、多層回路Ｊｋ板が得られる。

従って、消費電力の大きい高速素子の高密度実装も可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ア）〜（オ）は本発明の実施例における薄膜多
層窒化アルミニウム回路基板を製造する工程要部におけ
る断面図、第２図は反応性スパッタ装置の模式図、第３
図はイオン蒸着装置の模式図、第４図はＣＶＤ！！ＪＷ
の模式図である。 １・・・／’７！Ｎ焼結体基板、 ２．４．６・・・ＡρＮ薄膜、 ３．７．８・・・銅配線パターン、 ５・・・バイアホール、 ９・・・半田、 １０・・・Ｓｉチップ。 （ｌＯ） 工程図 笛　１　ワ 反応性スパッタリング装置 第２図 イオン蒸着装置 第３図 ＣＶＤ装置 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒化アルミニウム質基板上に窒化アルミニウム薄膜
   絶縁層と金属薄膜導層を交互に積層して多層構造とした
   薄膜多層セラミック回路基板。