JPS6341099A - 多層配線基板 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は抵抗、コンデンサ、半導体素子等の電気・１子
部品分塔載できる金属配線層ひ具えた多層配線基板に関
する。

〔従来の技術〕

従来、抵抗、コンデンサ、半導体素子等の電気電子部品
を搭載できる配線層を具えた多層配線基板には、セラミ
ック焼結体やガラスエポキシ樹脂等からなる電気絶縁性
の基材上に配線層を多層に形成したものが用いられてさ
た。多層配線のためには上下の配線層間に電気絶縁層を
形成する必要があり、従来は印刷でメタライズ回路な形
成したセラミック層を積層したり、゛めつさとエツチン
グで回路形成した樹脂層Ｐ積層していたが、この構造で
は配線基板が厚くなる欠点があった。

また、近年工ａ等の半導体素子は高集積化及び多機能化
に伴ない発熱量が増大しているため配線基板に熱放散性
向上の要求が増しており、従来の配線基板における熱伝
導度の小さいセラミック焼結体やガラスエポキシ樹脂の
基材に代って、熱伝導度の大きいＡハＪやＳｉＣが基材
として使用されつつある。

そこで、第２図に示すように、熱放散性に優れた薄い多
層配線基板として、ＡＩＮやＳ　ｉｃ等の熱伝導度の良
い基材１上に金ｍの第１配線！響２３蒸着法やスノセノ
タリング法で、杉成し、第ｒ？線、ｇ２上２、二Ａｔ　
Ｏ等のセラミック絶縁層３を介して第２配線層４ご同様
に形成した多層配線基板が提案されている。この多層配
線基板のセラミック絶縁層３５り絶縁特性はその膜厚に
ほぼ比例し、パワー）−１ｙンジスタ用等の高い電気絶
縁性を要求される場合に：ｊ１０μｍ程度の膜厚が必要
となる。

しかし、セラミック絶縁層３と金属配線層２及び４の熱
膨張係数が、前者が４〜１０　Ｘ　１０−６／／ｄｅ　
ｇ及び後者が１３〜２４　Ｘ　１０−６／ａｅｇと著し
く異なるため、半導体装置製造工程で発生する熱応力に
よってセラミック絶縁層３にその膜厚が厚いほど亀裂８
が発生しやすいという欠点があった。セラミック絶縁層
３に亀裂８が発生すると、第１及び第２配線層２及び４
間が接触したり電気絶縁性が低下し、多層配線基板とし
て使用不可能になることが多い。

又、亀裂８の発生Ｇこよって第２配線層４とセラミック
絶縁層３の密着性が低下し、半導体素子６の電極と第２
配線層４を接続するボンディングワイヤ７が第２配線層
４のボンディング部分で剥離して実質的Ｇこワイヤボン
ディングができない場合もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の多層配線基板において上下の配線層の
間に形成したセラミック絶縁層が配線層との熱膨張係数
の違いから亀裂を発生しやすかった問題点号解決し、薄
型で高い熱放散性分有すると共に擾れた電気絶縁性を具
えた多層配線基板ひ提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の多層配線基板は、基材と、基材上に形成した配
線と、ｌＶａ、　Ｖａ、　■ａ族金属からなる薄膜を介
して形成した配線を塔載したセラミック絶縁層とを具え
ている。

勿論、配線層は２層に限らず３層以上であっても良く、
少なくとも何層目かの配線層がセラミック絶縁層上に金
属薄膜を介して形成される限り本発明の範囲内に含まれ
る。

基材は電気絶縁性基材であれば良いが、Ａ４Ｎ　。

ＳｉＣ，Ａｊ　Ｏ等の電気絶縁性セラミックが好ましく
、金属等の伝導性基材の表面に該電気絶縁性セラミック
の薄膜号被覆したものであっても良い。

上記金属薄膜５上成する■ａ、　Ｖａ及びＶｌａ族金属
トシては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジ
ウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタン
グステンがあり、セラミック薄膜との密着性、配線層と
反応しにくい、等の点でモリブデン、タンタルが好まし
い。

配置層はアルミニウム、銅、ニッケル、金、銀等、又は
これらの金属を主体とする合金、その他配線層として通
常使丁される物質でよく、特に最上層の配線層はワイヤ
ボンディング可能なアルミニウム、、銅、二′ノをル又
はこれらの合金若しくはこわらに金咬銀を被覆り、て使
用する。

本発明の配線基板を第１図により更に詳しく説明する。

ＡｌＮ１ＳｉＣ，％Ａ？　Ｏ等の電気絶縁性セラミック
からなる基材１上に、Ａｔ等の第１配線層２が所定のパ
ターンで形成され、この上に絶縁のために例えばＡＩＯ
のセラミック絶縁層３を形成する。

セラ；ツク絶縁層３上にはＪＶａ、Ｖａ及び■ａ族金属
からなる金属薄膜５を蒸着等により所定のパターンで形
成する。第２配線層４を金属薄膜５上に形成して配線基
板とする。金属薄膜５は第２配線層４と同じパターンで
なくても良いが、第２配線層の配線相互の絶縁は保持さ
れなければならない。

又第１図では、第１配線屡２と第２配線層４の接続部で
中間に金属薄膜５を介在させているが、両扉線層２．４
分直接接続してもよい。

〔作用〕

本発明の多層配線基板においては、セラミック絶縁層３
と第２配線層４の熱膨張係数が、前者が４〜１０　Ｘ　
１０−６／ａｅｇ及び後者が１３〜２４×１０−６／ａ
ｅｇと著しく異なるにもかかわらず、両者の中間に介在
させるＩＶａ、　Ｖａ及びｖｌａ族金団からなる金属薄
膜５が弾性係数が大きく且つその熱膨張係数がセラミッ
ク絶縁層３のそれに近い。即ち、チタン８．４×１０−
６／ａｅｇ、ジルコニウム５．９　Ｘ　１０−６／ｄｅ
　ｇ　、　ハフニウム５．９　Ｘ　１．Ｑ−６／ｄｅ　
ｇ　１バナジウム８．９　Ｘ　１　ｏ−６／ａｅ　ｇ　
。

ニオブ７．２　Ｘ　１　ｏ−６／ａｅ　ｇ、タンタル６
、６　Ｘ　１０−６／／ｄｅ　ｇ　。

クロム６、２　Ｘ　１０−６／／ａｅ　ｇ　、モリブデ
ン８．４Ｘ１０−ｆ／ｄｅｇ。

タングステン４．５　Ｘ　１０　／ｄｅｇである。

従って、第２配線層４の形成時や第２配線層４への半導
体素子５等の塔載時の熱サイクル等により、又は完成し
た半導体装置の信頼性試験での熱サイクルによってセラ
ミック絶縁層３が受ける熱応力を著しく軽減し、セラミ
ック絶縁層３への亀裂８の発生を防止する。

〔実施例〕

基材として厚さｌ　ｍ＋ａのＡＩＯ−板及びｋｌＮ板を
用意し、各基材にｌｌ’ｅ−４２％Ｎ１合金製マスクを
重ねてスパッタリング法により厚さ４μｍのＡ４第１配
線層を所定のパターンで形成したＯ更に、ｋｌ第１配線
層の上の絶縁２必要とする部分に膜厚８μｍのＡｔ　Ｏ
セラミック絶縁層を被覆した。Ａ１２６３セラミック絶
縁層の形成はＡｌ２Ｏ３焼結体な原料とし、酸素圧４Ｘ
１０”ｔｏｒｒ　％基板温度２５０なで１３．５１１ｉ
　ＭＭｚの高周波２００Ｗを印加し人高周波イオンブレ
ーティング法により行なった。

次に、Ｉ＋’ｅ　−４２％Ｎ１合金製のマスクをＡｊ、
０３セラミック絶縁層上に重ね、膜厚Ｑ、３〜４１μｍ
。

幅０．２朋及び間隔０．２能の所定パターンでＭＯ膜を
スパッタリング法により形成した。上記マスクをそのま
＼保持し、このＭｏ薄膜と同一ノサターンで厚さ０．５
〜４．０μｍのＡｔ第２配線層をスノぜツタリング法に
より形成して多層配線基板を得た。比較のために、Ｍｏ
薄膜を形成しない以外は上記と同様にして、ＡＩＯセラ
ミック絶縁層の上下に直接第２　Ａｔ配線層を形成した
多層配線基板を作成した。

これらの配線基板に、熱衝撃試験器を用いて、−６５Ｃ
〜＋１２５Ｃの熱サイクルを１０回加え、走査型電子顕
微鏡によりＡ４０　　セラミック絶縁層の亀裂の有無を
観察した。尚、この熱ｉ撃試験後において本発明の配線
基板（ＡｊＯ膜厚８μｍ）は絶縁性の良好な部分で６０
０〜８００ｖの絶縁耐圧を有していた。

又、直径３０μｍの１％Ｓｉ　−Ａ／合合金ワイヤ用用
て超音波法により超音波印加時間２０　ｍ５ｅｃ及び荷
重３５　ｇでワイヤボンディングを実施し、Ａ！第２配
線層のワイヤボンディング性を調べた。

熱衝撃試験でのＡｌ２Ｏ３セラミック絶縁層の亀裂の有
無及びＡｔ第２配線層のワイヤボンディング性の試験結
果を下表に要約した０ Ａｔｏ　　　　　−０，５無　　　　　　×ａ−１．０
　　　　　無　　　　　　×ａ−２，０有　　　　　　
×ｂ ｔｔ　　　　　−４，Ｑ　　　　　有　　　　　　×ｂ
ｔｔ　　　　Ｏ，３４，０有　　　　　　×ｂ１／　　
　　０．５　　　４．０　　　　　有　　　　　　×ｂ
／／　　　　１．０　　　４．０　　　　　無　　　　
　　０１／　　　　２．０　　　４．０　　　　　無　
　　　　　○ｔｔ　　　　４，０　　　４．０　　　　
　無　　　　　　○ＡｔＮ　　　　　−４，０有　　　
　　　×ｂ／／　　　　２．０　　　４．０　　　　　
無　　　　　　○（註）×ａはｈｔ配線層とボンディン
グワイヤとの間での剥離、及び×ｂは基材とＡｌ２Ｏ３
セラミック絶縁層との間での剥離によるボンディング不
良をそれぞれ意味する。

これらの試験結果から判るように、基材上に形成したｋ
ｌ　Ｏセラミック絶縁層上に直接Ａ４第２配線層を形成
した場合、Ａｊ膜厚が２μｍ以上ではしばしばＡｌＯセ
ラミック絶縁層に亀裂が発生して絶縁耐圧が低下する部
分が存在し、他方Ａｌ膜厚が２．０μｍ以下では亀裂の
発生は無かったが、ワイヤボンディング性が悪くしばし
ば接合面からワイヤが剥離していた。

基材上の仝ｌＯセラミック絶縁層上にＭｏ薄膜を介して
Ａｊ第２配線層ご形成した本発明の場合は、ＭＯ膜厚が
０．５μｍ以下ではＡｔ　Ｏセラミック絶縁層に亀裂の
発生が認められたが、ＭＯ膜厚が１μｍ以上では亀裂は
全く発生しなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミック絶縁層を介して長居配線ご
形成するにあたり、セラミック絶縁層上に熱１張係数の
近似したＩＶａ、　Ｖａ及びｖＩａ族金属からなる金属
薄膜を形成し、その上に第２配線層を形成するので、熱
応力によるセラミック絶縁層の亀裂発生ひ防止すること
ができ、絶縁性に優れた薄型の多層配線基板を提供でき
る。その結果、セラミック絶縁層の膜厚を相対的に厚く
でさるので、パワートランジスタ用等の高放熱性と高絶
縁特性を要求される多層配線基板として特に有効である
。

又、セラミック絶縁層の亀裂発生な抑制できるので、ワ
イヤボンディング可能な配線層を厚くしてシート抵抗の
低減を図ることができ、配線幅を小さくして配線密度を
向上させ、基板の小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の多層配線基板を用いた半導体装置の断
面図であり、第２図は従来の多層配線基板ご用いた半導
体装置の断面図である。 １・・基材　２・・第１配線層 ３・・セラミック絶縁層　４・・第２配線層５・・金属
薄膜　６・・半導体素子 ７・・ボンディングワイヤ　８・・亀裂第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材と、基材上に形成した配線と、IVａ、Ｖａ及
   びVIａ族金属からなる金属薄膜を介して形成した配線を
   塔載した単一または複数のセラミック絶縁層を具えてい
   ることを特徴とする多層配線基板。
2. （２）セラミック絶縁層が酸化アルミニウム又は窒化ア
   ルミニウムであり、配線層がアルミニウムであり、金属
   薄膜がモリブデンであつて、この金属薄膜の膜厚が１μ
   ｍ以上である、特許請求の範囲（１）項記載の多層配線
   基板。