(57)【要約】      （修正有）【課題】作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】キャビティ形成用貫通孔５が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１３およびキャビティ形成用貫通孔５が形成された第１のガラスセラミックグリーンシート１４〜１５と、この焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始するキャビティ形成用貫通孔５が形成されていない第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２３およびキャビティ形成用貫通孔５が形成された第２のガラスセラミックグリーンシート２４とを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体６を作製し、多層配線基板６０よりも大きな質量の放熱板７をガラスセラミックグリーンシート積層体６の上面に積層して焼成した後、多層配線基板６０のキャビティに半導体素子９を実装することを特徴とする。【選択図】図１
2010080679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線基板の一方主面側に設けられたキャビティに半導体素子が搭載されるとともに前記多層配線基板の一方主面に前記半導体素子と電気的に接続された端子電極が形成され、前記多層配線基板の他方主面に放熱板が接合された半導体装置の製造方法において、
第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとをそれぞれ複数作製する工程と、
一部の前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填し、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートのうちの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布する工程と、
一部の前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートにキャビティ形成用貫通孔を形成し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記貫通孔が形成されていない前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートのうちの少なくとも一方を上部に配置し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成されていない前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートを複数積層して中部に配置し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートを複数積層して下部に配置して、下面側にキャビティが設けられるとともに下面に端子電極となる配線層用導体ペーストが形成されたガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
前記多層配線基板よりも大きな質量であって前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面を覆うような大きさの放熱板を、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して積層する工程と、
前記放熱板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記放熱板が溶融しない温度で焼成して、上面に前記放熱板が接合され、下面側に前記キャビティが設けられるとともに下面に前記端子電極が形成された前記多層配線基板を作製する工程と、
該多層配線基板の前記キャビティに前記半導体素子を実装する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記キャビティ形成用貫通孔が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートに、放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペーストを充填する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビティ内に半導体素子が実装された多層配線基板に放熱板が接合されている寸法精度の高い半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、複数の絶縁層を積層した絶縁基体の内部に配線層や貫通導体を設けてこれらを相互に接続してなる多層配線基板の上に、半導体素子および放熱板を搭載したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
ここで、半導体装置に用いられる多層配線基板として、焼成時の平面方向の収縮が抑制された寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）の高いものを用いることができる。
【０００４】
具体的な多層配線基板の製造方法としては、第１のガラスセラミックグリーンシートと、第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを用意し、それぞれのガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填するとともにそれぞれのガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布し、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、ガラスセラミックグリーンシート積層体を第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度で焼成するという方法が挙げられる（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００５】
このような製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、焼成収縮を開始していない状態の第２のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態の第１のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。なお、平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。以上のようなメカニズムにより、多層配線基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）が高くなる。
【０００６】
しかしながら、この多層配線基板の製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を終了した後に第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を開始するため、例えば第２のガラスセラミックグリーンシートにホウ素等の高温にてガス化する無機組成物が多く含まれ、ボイドが発生しやすい状態のときに、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生したボイドが第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれて外部に排出されず、第１の絶縁層との境界付近に溜まってしまい、絶縁信頼性が低下したり、層間剥離が生じたりするという問題があった。
【０００７】
一方、加圧機構を用いてガラスセラミックグリーンシート積層体を上下から加圧しながら焼成することで、ボイドを効果的に排出しつつ、寸法精度のよい多層配線基板を製造する方法が提案されている（特許文献３を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２４４３６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８７５号公報
【特許文献３】特許第３３６３２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された方法によれば、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備コストの点で問題がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された方法により得られる多層配線基板を用いて半導体装置を製造する際には、半導体素子実装後に放熱部材を接合しなければならず、作業工数の低減が図れなかった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、多層配線基板の一方主面側に設けられたキャビティに半導体素子が搭載されるとともに前記多層配線基板の一方主面に前記半導体素子と電気的に接続された端子電極が形成され、前記多層配線基板の他方主面に放熱板が接合された半導体装置の製造方法において、第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとをそれぞれ複数作製する工程と、一部の前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填し、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを用意する工程と、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートのうちの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布する工程と、一部の前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートにキャビティ形成用貫通孔を形成し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを用意する工程と、前記貫通孔が形成されていない前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートのうちの少なくとも一方を上部に配置し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成されていない前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートを複数積層して中部に配置し、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填され、かつ前記キャビティ形成用貫通孔が形成された前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートを複数積層して下部に配置して、下面側にキャビティが設けられるとともに下面に端子電極となる配線層用導体ペーストが形成されたガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、前記多層配線基板よりも大きな質量であって前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面を覆うような大きさの放熱板を、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して積層する工程と、前記放熱板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記放熱板が溶融しない温度で焼成して、上面に前記放熱板が接合され、下面側に前記キャビティが設けられるとともに下面に前記端子電極が形成された前記多層配線基板を作製する工程と、該多層配線基板の前記キャビティに前記半導体素子を実装する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記キャビティ形成用貫通孔が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートに、放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペーストを充填する工程をさらに有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートとこの第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、焼成するので、平面方向の収縮が抑制され、半導体装置を構成する多層配線基板の寸法精度を高くすることができる。
【００１４】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮が抑制されることから、第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、多層配線基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）よりも大きな質量の放熱板を、ガラスセラミックグリーンシート積層体に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層配線基板から放熱板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれが少ない。したがって、ガラスセラミックグリーンシート積層体に放熱板を積層して、放熱板による荷重をかけながら焼成することができ、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）との境界付近に溜まってしまったボイドを、中央から周縁に向かって押し出すようにして効果的に排出することができるため、層間剥離を抑制し、絶縁信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
本発明は、多層配線基板の一方主面側に設けられたキャビティに半導体素子が搭載されるとともに、前記多層配線基板の一方主面に前記半導体素子と電気的に接続された端子電極が形成され、前記多層配線基板の他方主面に放熱板が接合された半導体装置の製造方法であって、図１は本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態の説明図であり、半導体素子を実装する前の状態を示している。また、図２（ａ）は図１に示す多層配線基板に半導体素子を実装した状態を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は図１に示す多層配線基板に半導体素子を実装した状態を示す底面図である。また、図３は本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態の説明図であり、図１に示すガラスセラミックグリーンシート積層体に放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペーストを充填した状態を示している。
【００１７】
まず、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とをそれぞれ複数作製する。
【００１８】
ここで、それぞれのグリーンシートがガラスセラミックグリーンシートであるのは、焼成温度を低くすることができ、後述の貫通導体用ペースト３および配線層用導体ペースト４として銀、銅または金等の低融点で低抵抗の金属を主成分として用いることができ、信号の高速化、高周波化に十分に対応できるからである。
【００１９】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とは、焼成時の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっていて、具体的には、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くなっている。例えば、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に含まれるガラスの軟化点が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に含まれるガラスの結晶化点よりも高くなるように調整することで、このように第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度を第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くすることができる。なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、０．５％体積収縮したときの温度をいう。また、焼成収縮終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％以上体積収縮したときの温度をいう。体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。
【００２０】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４を作製するための原料としては、１０００℃未満の低温で焼成収縮させることができるように、例えば以下に示すガラス粉末およびセラミック粉末を用いることができる。
【００２１】
ガラス粉末としては、ＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、例えば、焼成後にリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、エンスタタイト、コ−ジェライト、ムライト、アノ−サイト、セルジアン、スピネル、ガ−ナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、ディオプサイドやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類析出する結晶性ガラスが挙げられ、セラミック粉末の配合量との関係で、焼成後に結晶を析出しない非結晶性ガラスを用いてもよい。
【００２２】
具体的には、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に用いられるガラス粉末としては、低温で焼成収縮を開始させるとともに結晶を多く析出させるために、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で１〜３０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２５〜６０質量％、ＣａをＣａＯ換算で０〜１０質量％、ＢａをＢａＯ換算で０〜２０質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＰをＰ２Ｏ５換算で０〜１０質量％、ＳｎをＳｎＯ２換算で０〜１０質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０〜３質量％含むものが挙げられる。
【００２３】
また、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に用いられるガラス粉末としては、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮の終了後に第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を開始するように、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で２５〜４５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１０〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１０〜２４質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で５〜２０質量％、およびＣａをＣａＯ換算で０．５〜４質量％含むものが挙げられる。
【００２４】
また、セラミック粉末としては、クォーツ、クリストバライト等のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が用いられる。これらのうち、高強度化、低コスト化等の点でアルミナを用いることが好ましく、また高熱膨張化の点でクォーツを用いることが好ましい。
【００２５】
そして、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の原料粉末としてセラミック粉末５〜４０質量％とガラス粉末６０〜９５質量％を秤量し、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の原料粉末としてセラミック粉末１５〜５５質量％とガラス粉末４５〜８５質量％を秤量し、それぞれの原料粉末に有機バインダ、有機溶剤、および所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形して、厚さ１０〜５００μｍの第１ガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４をそれぞれ複数作製する。なお、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５を形成するセラミック粉末と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４を形成するセラミック粉末とは同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。
【００２６】
次に、一部の第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４に貫通孔を形成して貫通導体用ペースト３を充填し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４を用意する。
【００２７】
換言すると、第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４に貫通孔を形成して貫通導体用ペースト３を充填し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４を用意するとともに、貫通孔が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１１および第２のガラスセラミックグリーンシート２１を用意する。
【００２８】
第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４への貫通孔の形成は、パンチング、レーザー、エッチング等の方法などによって行われる。貫通孔に充填する貫通導体用ペースト３は、主成分としての銀粉末、銅粉末または金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機成分を含んでいてもよい。充填には、貫通孔に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通して貫通導体用ペースト３を押し出す方法として、通常のポリウレタン製等の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、貫通導体用ペースト３を加圧注入する方法でもよい。
【００２９】
次に、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４のうちの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペースト４を塗布する。
【００３０】
配線層用導体ペースト４の塗布は、スクリーン印刷法などによって行われる。配線層用導体ペースト４として、貫通導体用ペースト３と同様に、主成分としての銀粉末、銅粉末または金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機成分を含んでいてもよい。なお、ここで用いられる配線層用導体ペースト４は、貫通孔内に充填した貫通導体用ペースト３とは、例えば有機溶剤の量を異ならせるなどの手段によって粘度を異ならせてもよい。貫通導体用ペースト３よりも粘度を低くすることで、厚みを薄くすることができ、精度のよいパターンを形成することができる。これに対し、貫通導体用ペースト３は、粘度を高くすることで、充填後に垂れないようにすることができる。さらに、配線層用導体ペースト４と貫通導体用ペースト３とは、主成分およびガラス、無機フィラー等の副成分が異なっていてもよい。
【００３１】
次に、一部の貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４にキャビティ形成用貫通孔５を形成し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４を用意する。
【００３２】
換言すると、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４にキャビティ形成用貫通孔を形成し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４を用意するとともに、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３を用意する。
【００３３】
第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４へのキャビティ形成用貫通孔５の形成は、パンチングなどによって行われる。キャビティ形成用貫通孔５は、複数のキャビティ形成用貫通孔５によって形成されるキャビティ５０が半導体素子９を収容できる大きさであればよい。
【００３４】
ここで、貫通導体用ペースト３の充填、配線層用導体ペースト４の塗布およびキャビティ形成用貫通孔５の形成の順序は問われず、どの工程が先に行われてもよい。また、各グリーンシート１２、１３、１４、１５、２２、２３、２４、２５毎に貫通導体用ペースト３の充填、配線層用導体ペースト４の塗布またはキャビティ形成用貫通孔５の形成が行われてもよく、第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４とが１組またはそれ以上重ね合わされた状態で貫通導体用ペースト３の充填、配線層用導体ペースト４の塗布またはキャビティ形成用貫通孔５の形成が行われてもよい。
【００３５】
なお、貫通導体用ペースト３の充填、配線層用導体ペースト４の塗布およびキャビティ形成用貫通孔５の形成がなされた後、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４は、６０〜１００℃で０．５〜３時間程度かけて乾燥される。
【００３６】
次に、貫通孔が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１１および第２のガラスセラミックグリーンシート２１を順次積層して上部に配置し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３を交互に複数積層して中部に配置し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４を交互に複数積層して下部に配置して、下面側にキャビティ５０が設けられるとともに下面に端子電極４１０となる配線層用導体ペースト４１が形成され、端子電極４１０となる配線層用導体ペースト４１と接続されている貫通導体用ペースト３および配線層用導体ペーストが内部に形成されたガラスセラミックグリーンシート積層体６を作製する。
【００３７】
ここで、ガラスセラミックグリーンシート積層体６は、キャビティ５０の底（図面上は天面）となる第２のガラスセラミックグリーンシート２３の下面に形成された接続端子（図示しない）から端子電極４１０となる配線層用導体ペースト４１まで電気的に接続された配線が形成されたものとなる。積層には、積み重ねられた第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に熱と圧力とを加えて熱圧着する方法、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる接着剤をシート間に塗布する方法等が採用できる。
【００３８】
次に、ガラスセラミックグリーンシート積層体６を焼成して得られる多層配線基板６０よりも大きな質量であってガラスセラミックグリーンシート積層体６の上面を覆うような大きさの放熱板７を、ガラスセラミックグリーンシート積層体６の上面に接合材８を介して積層する。
【００３９】
ここで、放熱板７とは、熱伝導が良好で、かつ第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を終了する温度では溶融しないような材料で形成された板状体である。放熱板７の形成材料として、融点１０８３℃のＣｕと融点３４１０℃のＷとの合金であるＣｕ−Ｗ合金、融点１０８３℃のＣｕと融点２６２０℃のＭｏとの合金であるＣｕ−Ｍｏ合金などが挙げられる。なお、ここでいう合金とは、粉末冶金により作製された焼結合金のことを意味する。また、Ｃｕの割合は１０〜６０質量％であるのが好ましく、Ｃｕの割合が多くても、高融点のＷやＭｏを骨材として用いることで、８００〜１０００℃の焼成温度によってもその形状を保持できるようになっている。
【００４０】
放熱板７は、多層配線基板６０（ガラスセラミックグリーンシート積層体６の焼成後の状態）よりも大きな質量であって、ガラスセラミックグリーンシート積層体６の上面を覆うような大きさのものである。放熱板７と多層配線基板６０とがこのような質量の関係にあることで、ガラスセラミックグリーンシート積層体６に放熱板７を積層して焼成する際に、ガラスセラミックグリーンシート積層体６に十分にかつ全体に均等に荷重をかけることができる。このような質量とするためには、放熱板７の形成材料（配合比）、主面の面積および厚みを調整すればよく、放熱板７の主面がガラスセラミックグリーンシート積層体５の主面よりも大きくなってもよい。なお、図示しないが、放熱板７の上面側に複数のフィンを設けてもよい。
【００４１】
そして、放熱板７をガラスセラミックグリーンシート積層体６の上面に接合材８を介して積層する。
【００４２】
接合材８としては、主成分としての銀粉末、銅粉末または金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものからなる導体ペーストや放熱板７よりも融点の低い銀ろう、ニッケルろう等のろう材が挙げられる。例えば、銀ろうの場合、銀と銅と亜鉛等の組成比を調整することで、６５０〜９００℃の範囲で耐え得るように調整でき、低い焼成温度の場合に用いることができる。
【００４３】
次に、放熱板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体６を、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する温度であって放熱板７が溶融しない温度で焼成して、上面に放熱板７が接合され、下面側にキャビティ５０が設けられるとともに下面に端子電極４１０が形成された多層配線基板６０を作製する。
【００４４】
本実施形態の材料を用いる場合、具体的な焼成は、ガラスセラミックグリーンシート積層体６を十分に焼結させるとともに過焼結を防止する点から、最高温度を８００〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃とする。また、焼成にあたっては、最高温度に到達するまで徐々に昇温するか、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度未満の温度で一旦炉内温度を保持するなどの温度管理がなされる。また、焼成雰囲気としては、放熱板７の酸化を防止するために非酸化性雰囲気とするのがよい。なお、焼成に先立って、ガラスセラミックグリーンシート積層体６を４００〜７５０℃で加熱処理して、ガラスセラミックグリーンシート積層体６中の有機成分を分解除去する。
【００４５】
ここで、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数組み合わせて積層することで、焼成収縮開始温度の低い第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５が焼成収縮する際は、未焼成収縮状態にある第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４によって平面方向の収縮が抑制され、焼成収縮開始温度の高い第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態にある第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５によって平面方向の収縮が抑制される。これにより、半導体装置を構成する多層配線基板６０（ガラスセラミックグリーンシート積層体６の焼成後の状態）の寸法精度が高くなる。なお、寸法精度が高いとは主面に形成された端子の間隔が精度よく形成されていることをいう。平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。
【００４６】
そして、ガラスセラミックグリーンシート積層体６の平面方向の収縮が抑制されることから、放熱板７をガラスセラミックグリーンシート積層体６に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層配線基板６０から放熱板７がとれたり、接合材８にクラックが生じたりするおそれは少ない。さらに、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４で発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれてしまったボイドを効果的に排出することができる。すなわち、ボイドが効果的に排出されるのは、ガラスセラミックグリーンシート積層体６に十分にかつ全体に均等に荷重をかけることができるため、放熱板７による荷重がガラスセラミックグリーンシート積層体６の中央から周縁に向かってボイドを押し出すように作用するからである。
【００４７】
なお、互いのガラスセラミックグリーンシートによる焼成収縮抑制効果の点では、図１に示すように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とが交互に積層された構成が望ましいが、この形態に限らず、例えば、第１または第２のガラスセラミックグリーンシートが２層または３層連続して重なるように積層してもよい。また、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとの配置を入れ替えて、表層に第２のガラスセラミックグリーンシートを配置するようにしてもよく、この場合にも同様のボイド排出効果が得られる。
【００４８】
最後に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、多層配線基板６０のキャビティ５０に半導体素子９を実装する。
【００４９】
具体的には、図２（ａ）に示すように、キャビティ５０の底（図面上は天面）に形成された接続端子（図示しない）と半導体素子９に形成された接続端子（図示しない）とを半田９１で接合して、半導体素子９をキャビティ５０の内部に収容するように実装して、半導体装置が製造される。
【００５０】
そして、この半導体装置は、キャビティ５０に搭載された半導体素子９と、半田９１、貫通導体３０、配線層４０、貫通導体３０を介して電気的に接続された端子電極４１０が、外部回路基板に形成された電極と電気的に接合されて、不図示の外部回路基板に実装される。
【００５１】
以上の製造方法によれば、寸法精度の高い半導体装置を安価に製造でき、ボイドを効果的に排出することができるため、層間剥離を抑制し、絶縁信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【００５２】
なお、図１および図２に示す製造方法の他、図３に示すように、キャビティ形成用貫通孔５が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３に、放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペースト３１を充填する工程をさらに有する製造方法も採用できる。この放熱用導体ペーストは、放熱板７と半導体素子９とを接続するように設けられ、これにより半導体装置の放熱効果をさらに向上させることができる。放熱用導体ペースト３１としては、主成分としての銀粉末、銅粉末または金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、必要に応じて、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機成分を含んでいてもよい。なお、充填方法は貫通導体用ペースト３と同様の手段を用いればよい。
【００５３】
ここで、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３に放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペースト３１を充填する工程は、第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４に貫通孔を形成して貫通導体用ペースト３を充填する工程と同時であってもよく、前または後であってもよい。また、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２２、２３、２４のうちの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペースト４を塗布する工程の前または後であってもよい。また、一部の貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４にキャビティ形成用貫通孔５を形成し、貫通孔に貫通導体用ペースト３が充填され、かつキャビティ形成用貫通孔５が形成された第１のガラスセラミックグリーンシート１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２４を用意する工程の前または後であってもよい。
【実施例】
【００５４】
第１のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末１５質量％とガラス粉末８５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で２質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で４０質量％、ＣａをＣａＯ換算で１質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で１質量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で０．５質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．５質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で５質量％としたものである。
【００５５】
一方、第２のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末４５質量％とガラス粉末５５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で５０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２０質量％、ＣａをＣａＯ換算で２４質量％、ＢａをＢａＯ換算で０．５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．３質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で０．２質量％としたものである。
【００５６】
そして、それぞれの原料粉末に、有機バインダとしてアクリルバインダ、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調製し、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さ１０μｍの第１のガラスセラミックグリーンシートを複数作製するとともに、ＰＥＴフィルム上に厚さ１００μｍの第２のガラスセラミックグリーンシートを複数作製した。
【００５７】
その後、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを重ね合わせた後、ＰＥＴフィルムを剥いで、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとからなる複合ガラスセラミックグリーンシートを複数作製した。
【００５８】
第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートにパンチングで貫通孔を形成し、その貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填するとともに、主面に配線層用導体ペーストをスクリーン印刷で塗布した。ここで、貫通導体用ペーストおよ配線層用導体ペーストの形成材料として、Ｃｕ粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加してなるペーストを用いた。そして、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを用意するとともに、貫通孔が形成されていない複合ガラスセラミックグリーンシートを用意した。
【００５９】
また、第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートにパンチングでキャビティ形成用貫通孔を形成し、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填され、かつキャビティ形成用貫通孔が形成された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを用意するとともに、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填され、かつキャビティ形成用貫通孔が形成されていない第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを用意した。
【００６０】
そして、上部に貫通孔が形成されていない複合ガラスセラミックグリーンシートを積層し、中部に貫通孔に貫通導体用ペーストが充填され、かつキャビティ形成用貫通孔が形成されていない複合ガラスセラミックグリーンシートを複数積層し、下部に貫通孔に貫通導体用ペーストが充填され、かつキャビティ形成用貫通孔が形成された第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを複数積層して、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとが交互に積層され、第１のガラスセラミックグリーンシートが最外層に配置されるようにして、下面側にキャビティが設けられるとともに下面に端子電極となる配線層用導体ペーストが形成されたガラスセラミックグリーンシート積層体を作製した。このとき、第１のガラスセラミックグリーンシートは３１層、第２のガラスセラミックグリーンシートは３０層であり、下部のそれぞれ１０層ずつ計２０層がキャビティ形成用貫通孔の形成されたものとした。
【００６１】
なお、ガラスセラミックグリーンシート積層体の平面形状は５ｃｍ角で、キャビティは平面視１．５ｃｍ角でガラスセラミックグリーンシート積層体のほぼ中央に形成した。
【００６２】
次に、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に、放熱板（４．８ｃｍ角で厚み１ｍｍ）を、銅を主成分とする導体ペーストで接合して積層した。ここで、放熱板はＣｕが２０質量％でＷが８０質量％のＣｕ−Ｗ合金で形成したものを用いた。
【００６３】
上面に放熱板を積層したガラスセラミックグリーンシート積層体と上面に放熱板を積層していないガラスセラミックグリーンシート積層体とを、窒素雰囲気で、７００℃にて２時間保持して脱バインダ処理を行った後、焼成最高温度９００℃にて焼成を行った。
【００６４】
なお、焼成後の放熱板と多層配線基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）との質量比は、２：１であった。
【００６５】
得られたそれぞれのサンプルについて、断面を研磨し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍のＳＥＭ写真を撮影し、画像解析装置を用いて、上から２番目の第２絶縁層（第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）の上から２番目の第１絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）との境界付近（第１絶縁層との界面から２０μｍの領域）におけるボイド率を測定した。
【００６６】
その結果、放熱板を積層していない多層配線基板のボイド率が２０％であったのに対し、放熱板を積層した多層配線基板のボイド率が９％であり、本発明によれば効果的にボイドを排出できることを確認した。
【００６７】
また、放熱板を積層した多層配線基板に半導体素子を実装して、サーモグラフィを用いて測定したところ、十分に放熱効果のあることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態の説明図であり、半導体素子を実装する前の状態を示す。
【図２】（ａ）は図１に示す多層配線基板に半導体素子を実装した状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は図１に示す多層配線基板に半導体素子を実装した状態を示す底面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態の説明図であり、図１に示すガラスセラミックグリーンシート積層体に放熱用貫通孔を形成して放熱用導体ペーストを充填した状態を示す。
【符号の説明】
【００６９】
１１、１２、１３、１４、１５・・・第１のガラスセラミックグリーンシート
２１、２２、２３、２４・・・第２のガラスセラミックグリーンシート
３・・・貫通導体用ペースト
３０・・・貫通導体
３１・・・放熱用導体ペースト
４・・・配線層用導体ペースト
４０・・・配線層
４１・・・端子電極となる配線層用導体ペースト
４１０・・・端子電極
５・・・キャビティ形成用貫通孔
５０・・・キャビティ
６・・・ガラスセラミックグリーンシート積層体
６０・・・多層配線基板
７・・・放熱板
８・・・接合材
９・・・半導体素子
９１・・・半田
【図１】
2010080679.tif 000003
【図２】
2010080679.tif 000004
【図３】
2010080679.tif 000005