(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックス焼結体から成り、内部に銅から成る内部配線導体層を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面に被着され、前記内部配線導体層と一部が接触する薄膜配線導体層とから成る配線基板であって、前記薄膜配線導体層を窒化タンタルから成る密着層とニッケルークロム，チタンまたはタングステンから成る中間層と金から成る主導体層とにより形成するとともに、前記薄膜配線導体層と前記内部配線導体層との接触部にニッケルークロムからなる金属層を介在させたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記金属層の厚みが０．０５μｍ乃至１．０μｍであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混成集積回路装置や半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板に関し、より詳細には内部に銅から成る内部配線導体層を、外表面に薄膜形成技術により高密度に形成された薄膜配線導体層を有する配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品を多数搭載し、所定の電子回路を構成するようになした混成集積回路装置は、通常、酸化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁基体の内部及び表面にタングステン、モリブデン等の高融点金属粉末から成る配線導体層を形成した構造の配線基板を準備し、該配線基板の絶縁基体表面に半導体素子や容量素子、抵抗器等を搭載取着するとともに該半導体素子等の電極を前記配線導体層に電気的に接続することによって形成されている。
【０００３】
かかる従来の混成集積回路装置等に使用される配線基板は一般に、セラミックスの積層技術及びスクリーン印刷等の厚膜形成技術を採用することによって製作されており、具体的には以下の方法によって製作される。
【０００４】
即ち、
（１）  まず、酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３  ）、酸化珪素（ＳｉＯ２  ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等から成るセラミックス原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、次にこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。そして各セラミックグリーンシートに打ち抜き加工法及び孔あけ加工法等を施し所定位置に貫通孔を形成するとともに所定形状に加工する。
【０００５】
（２）  次に、前記セラミックグリーンシートの表面及び貫通孔内に、タングステンやモリブデン粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布する。
【０００６】
（３）  そして最後に前記金属ペーストを印刷塗布した各セラミックグリーンシートを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストとを焼結一体化することによって絶縁基体の内部及び表面に所定パターンの配線導体層を形成した製品としての配線基板が完成する。
【０００７】
しかしながら、この従来の配線基板においては、配線導体層が全て金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成されており、スクリーン印刷による配線導体層の形成は微細化が困難で、配線導体層を高密度に形成することができないという欠点を有していた。
【０００８】
また前記配線導体層を形成するタングステンやモリブデンはその固有抵抗率が各々、５．４９μΩ・ｃｍ、５．７８μΩ・ｃｍと高い。そのため配線導体層に電気信号を伝搬させた場合、配線導体層の有する電気抵抗によって信号が大きく減衰し、電気信号を正確に伝搬させることができないという欠点も有していた。
【０００９】
更に前記配線導体層が形成されている絶縁基体は酸化アルミニウム質焼結体から成り、該酸化アルミニウム質焼結体は比誘電率が９〜１０（室温１ＭＨｚ）と高いため、絶縁基体に設けた配線導体層を伝わる電気信号の伝搬速度が遅く、そのため信号の高速伝搬を要求する半導体素子等は搭載が不可となる欠点も有する。
【００１０】
そこで上記欠点を解消するために絶縁基体を比誘電率が約５（室温１ＭＨｚ）と低く、低温焼成が可能なガラスセラミックスで形成し、絶縁基体の内部に固有抵抗率が０．０１７〜０．０１８μΩ・ｃｍと低い銅から成る内部配線導体層を形成しておくとともに、絶縁基体表面に薄膜形成技術を採用することによって薄膜配線導体層を高密度に形成した配線基板が提案されている。
【００１１】
かかる配線基板は絶縁基体の比誘電率が約５（室温１ＭＨｚ）と低いことから絶縁基体に設けた内部配線導体層及び薄膜配線導体層を電気信号が伝搬した場合、その伝搬速度は早いものとして高速伝搬を要求する半導体素子等の搭載が可能となり、また内部配線導体層を固有抵抗率が０．０１７〜０．０１８μΩ・ｃｍと低い銅で形成したことから内部配線導体層に電気信号を伝搬させても電気信号は大きな減衰を受けることはなく電気信号を正確に伝搬させることができ、更には配線導体層の一部を薄膜形成技術により形成したことから配線導体層の高密度化が達成される。
【００１２】
なお、前記配線基板においては、一般に薄膜配線導体層は蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって絶縁基体表面に所定パターンに形成され、該薄膜配線導体層は通常、窒化タンタルから成る密着層と、ニッケルークロムから成る中間層、と金から成る主導体層の３層構造を有しており、密着層によって薄膜配線導体層が絶縁基体に強固に接着され、中間層によって主導体層と密着層とを強固に接合させるとともに主導体層と密着層との間の相互拡散を防止している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この配線基板においては、薄膜配線導体層の密着層を形成する窒化タンタルが絶縁基体に対し密着性が良く、薄膜配線導体層と絶縁基体とは強固に接着するものの窒化タンタルと銅とはあまり密着性が良くないため銅から成る内部配線導体層と薄膜配線導体層との電気的接続が不安定となり、両者の接続の信頼性が低いという欠点を誘発した。
【００１４】
本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもので、その目的は銅から成る内部配線導体層と薄膜配線導体層とを強固に電気的接続し、内部配線導体層及び薄膜配線導体層に電気信号を高速で且つあまり減衰を生じることなく伝搬させることができる配線基板を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラスセラミックス焼結体から成り、内部に銅から成る内部配線導体層を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面に被着され、前記内部配線導体層と一部が接触する薄膜配線導体層とから成る配線基板であって、前記薄膜配線導体層を窒化タンタルから成る密着層とニッケルークロム，チタンまたはタングステンから成る中間層と金から成る主導体層とにより形成するとともに、前記薄膜配線導体層と前記内部配線導体層との接触部にニッケルークロムからなる金属層を介在させたことを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、前記金属層の厚みが０．０５μｍ乃至１．０μｍであることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の配線基板によれば、銅から成る内部配線導体層と、窒化タンタルーニクロムー金等から成る薄膜配線導体層との接触部に両者に対し密着性の良いニッケルークロムからなる金属層を介在させたことから銅から成る内部配線導体層と薄膜配線導体層とを強固に接着させて両者の電気的接続を確実、強固となすことができる。
【００１８】
また本発明の配線基板によれば、内部配線導体層及び薄膜配線導体層が形成される絶縁基体を比誘電率が約５（室温１ＭＨｚ）と低いガラスセラミックス焼結体で形成したことから内部配線導体層及び薄膜配線導体層を伝搬する電気信号の伝搬速度を早いものとなすことができ、その結果、電気信号の高速伝搬を要求する高速駆動を行う半導体素子等の搭載も可能となる。
【００１９】
更に本発明の配線基板によれば、絶縁基体を低温焼成が可能なガラスセラミックス焼結体で形成したことから絶縁基体の内部に形成される内部配線導体層に固有抵抗率が０．０１７〜０．０１８μΩ・ｃｍの銅を使用することができ、内部配線導体層を銅で形成すると内部配線導体層を伝搬する電気信号に大きな減衰を与えることもない。
【００２０】
また更に本発明の配線基板によれば、配線導体の一部を薄膜形成技術を採用することによって形成したことから配線導体全体を高密度に形成することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の配線基板の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は内部配線導体層、３は薄膜配線導体層である。
【００２２】
前記絶縁基体１はガラスセラミックス焼結体から成り、例えば、７２．０〜７６．０重量％の酸化珪素、１５．０〜１７．０重量％の酸化ホウ素、１．５重量％以下の酸化マンガン、１．１〜１．４重量％の酸化ジルコニウム、合量が２．０〜３．０重量％の酸化リチウム、酸化カリウム、酸化ナトリウムから成るホウ珪酸ガラスに無機物フィラーとして１８．０〜２４．０重量％の酸化アルミニウム、８．０〜１７．０重量％の酸化珪素、１３．０〜２５．０重量％のコージェライトを添加したもので形成されている。
【００２３】
前記ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体１は、７２．０〜７６．０重量％の酸化珪素、１５．０〜１７．０重量％の酸化ホウ素、１．５重量％以下の酸化マンガン、１．１〜１．４重量％の酸化ジルコニウム、合量が２．０〜３．０重量％の酸化リチウム、酸化カリウム、酸化ナトリウムから成るホウ珪酸ガラスに、無機物フィラーとして１８．０〜２４．０重量％の酸化アルミニウム、８．０〜１７．０重量％の酸化珪素、１３．０〜２５．０重量％のコージェライトを添加したガラスセラミックス粉末に対し、有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、次に前記各セラミックグリーンシートを上下に積層するとともに約９００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２４】
また前記絶縁基体１はその内部から上面にかけて内部配線導体層２が、上面に薄膜配線導体層３が各々形成されており、薄膜配線導体層３の一部は内部配線導体層２と接触し、電気的に接続されている。
【００２５】
前記内部配線導体層２及び薄膜配線導体層３はその各々の両方で電気信号を伝搬させるための配線導体として作用する。
【００２６】
前記絶縁基体１の内部から上面にかけて導出する内部配線導体層２は銅から成り、銅の粉末にエチルセルロース、或いはアクリル樹脂とアルファーテルピネオール等の溶剤とを添加混合して得た銅ペーストを絶縁基体１となる各セラミックグリーンシートの上面に予めスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布しておくとともに各セラミックグリーンシートに予め設けた貫通孔の内部に充填することによって絶縁基体１の所定位置に所定パターンに形成される。この場合、絶縁基体１を形成するガラスセラミックス焼結体はその焼成温度が約９００℃と低いため内部配線導体層２に固有抵抗率が０．０１７〜０．０１８μΩ・ｃｍと低い銅を使用することが可能となり、該銅で内部配線導体層２を形成するとその体積抵抗率が０．０２μΩ・ｃｍと低いため内部配線導体層２を伝搬する電気信号に大きな減衰を与えることはなく、電気信号を極めて正確に伝搬させることが可能となる。
【００２７】
また前記絶縁基体１の上面には薄膜配線導体層３が、一部を前記内部配線導体層２に接触させた状態で形成されており、該薄膜配線導体層３は、窒化タンタルから成る密着層と、ニッケルークロムやチタン、タングステン等から成る中間層と、金から成る主導体層とにより形成されている。
【００２８】
前記密着層と、中間層と、主導体層とより成る薄膜配線導体層３はその各々が蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって絶縁基体１の上面に所定パターンに形成され、配線導体の一部を薄膜配線導体層３で形成するために配線導体全体の形成密度を高密度とすることが可能となる。
【００２９】
前記薄膜形成技術により形成される薄膜配線導体層３は、具体的にはまず絶縁基体１の上面に順次、密着層としての窒化タンタルを１００〜１００００オングストロームの厚みに、中間層としてのニッケルークロムやチタン、タングステン等を５００〜１００００オングストロームの厚みに、主導体層としての金を１０００オングストローム以上の厚みにスパッタリング法により被着させ、最後にこれをフォトリソグラフィー技術を採用し、所定パターンに加工することによって形成される。
【００３０】
前記薄膜配線導体層３の窒化タンタルから成る密着層は、絶縁基体１と薄膜配線導体層３との接合強度を上げる作用をなし、その厚みが１００オングストローム未満であると薄膜配線導体層３を絶縁基体１に強固に接合させるのが困難となる傾向にあり、また１００００オングストロームを超えると密着層を薄膜形成技術により形成する際に応力が発生するとともにこれが内在し、該内在応力によって絶縁基体１と薄膜配線導体層３との接合強度が低下してしまう傾向にある。従って、前記薄膜配線導体層３の密着層はその厚みを１００〜１００００オングストロームの範囲とすることが良く、好適には３００〜２０００オングストロームの範囲に、最適には５００〜１５００オングストロームの範囲としておくことがよい。
【００３１】
また前記薄膜配線導体層３のニッケルークロムやチタン、タングステン等からなる中間層は、密着層と主導体層との接着を強固とするとともに密着層と主導体層の相互拡散を有効に防止する作用をなし、その厚みが５００オングストローム未満であると密着層と主導体層の接着性が低下してしまうとともに密着層と主導体層との相互拡散を有効に防止するのが困難となり、また１００００オングストロームを超えると中間層を薄膜形成技術により形成する際に応力が発生するとともにこれが内在し、該内在応力によって密着層と中間層との接合強度が低下してしまう傾向にある。従って、前記薄膜配線導体層３の中間層はその厚みを５００〜１００００オングストロームの範囲とすることが良く、好適には８００〜５０００オングストロームの範囲に、最適には１０００〜３０００オングストロームの範囲としておくことがよい。
【００３２】
更に前記薄膜配線導体層３の主導体層は、主として電気信号を伝搬させる通路として作用し、導電率が高い金が使用され、その厚みが１０００オングストローム未満となると薄膜配線導体層３の導通抵抗が高くなってしまう。従って、前記薄膜配線導体層３の主導体層はその厚みを１０００オングストローム以上とすることが好ましく、コストの点を考慮すると１．０〜５μｍの範囲とすることが最適である。
【００３３】
なお、前記内部配線導体層２及び薄膜配線導体層３を形成したガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体１はその比誘電率が約５（室温１ＭＨｚ）と低いことから内部配線導体層２及び薄膜配線導体層３を伝搬する電気信号の伝搬速度を早いものとなすことができ、その結果、配線基板に電気信号の高速伝搬を要求する高速駆動を行う半導体素子等の搭載が可能となる。
【００３４】
また前記内部配線導体層２及び薄膜配線導体層３を形成した絶縁基体１は更に内部配線導体層２と薄膜配線導体層３とが接触する部位に金属層４が介在形成されている。
【００３５】
前記金属層４は内部配線導体層２と薄膜配線導体層３とを強固に接合させる作用をなし、該金属層４によって内部配線導体層２と薄膜配線導体層３とは強固に接合し、これによって内部配線導体層２と薄膜配線導体層３との電気的接続が確実、強固となる。
【００３６】
前記金属層４は内部配線導体層２を形成する銅と、薄膜配線導体層３の密着層を形成する窒化タンタルの両方に対して接合性が良いニッケルークロムから成り、スパタッリング法等の薄膜形成技術を採用することによって内部配線導体層２と薄膜配線導体層３との間に所定厚みに形成される。
【００３７】
なお、前記ニッケルークロムから成る金属層４はその厚みが０．０５μｍ未満となると内部配線導体層２と薄膜配線導体層３との接合強度が低くなる傾向にあり、また１．０μｍを超えると金属層４を薄膜形成技術により形成する際に応力が発生するとともにこれが内在し、該内在応力によって内部配線導体層２と金属層４との接合強度が低下してしまう傾向にある。従って、前記金属層４はその厚みを０．０５μｍ乃至１．０μｍの範囲とすることが良く、好適には０．１μｍ乃至０．６μｍの範囲に、最適には０．２μｍ乃至０．３μｍの範囲としておくことがよい。
【００３８】
かくして本発明の配線基板によれば、その上面に半導体素子や容量素子、抵抗器等を搭載取着し、該半導体素子等の各電極を薄膜配線導体層３に接続すれば混成集積回路装置となる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例において、絶縁基体１の上面に被着形成されている薄膜配線導体層３の一部に窒化タンタルから成る密着層のみの領域を形成しておくと窒化タンタルの電気抵抗を利用した抵抗器を薄膜配線導体層３の一部に、該薄膜配線導体層３と電気的接続をもって一体的に形成することが可能となる。従って、配線基板上に搭載される抵抗器の数を減らしたいときには薄膜配線導体層３の一部に、該薄膜配線導体層３の窒化タンタルから成る密着層のみの領域を形成し、これを抵抗器として利用すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、銅から成る内部配線導体層と、窒化タンタルーニクロムー金等から成る薄膜配線導体層との接触部に両者に対し密着性の良いニッケルークロムからなる金属層を介在させたことから銅から成る内部配線導体層と薄膜配線導体層とを強固に接着させて両者の電気的接続を確実、強固となすことができる。
【００４１】
また本発明の配線基板によれば、内部配線導体層及び薄膜配線導体層が形成される絶縁基体を比誘電率が約５（室温１ＭＨｚ）と低いガラスセラミックス焼結体で形成したことから内部配線導体層及び薄膜配線導体層を伝搬する電気信号の伝搬速度を早いものとなすことができ、その結果、電気信号の高速伝搬を要求する高速駆動を行う半導体素子等の搭載も可能となる。
【００４２】
更に本発明の配線基板によれば、絶縁基体を低温焼成が可能なガラスセラミックス焼結体で形成したことから絶縁基体の内部に形成される内部配線導体層に固有抵抗率が０．０１７〜０．０１８μΩ・ｃｍの銅を使用することができ、内部配線導体層を銅で形成すると内部配線導体層を伝搬する電気信号に大きな減衰を与えることもない。
【００４３】
また更に本発明の配線基板によれば、配線導体の一部を薄膜形成技術を採用することによって形成したことから配線導体全体を高密度に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・・内部配線導体層
３・・・・・・・・・薄膜配線導体層
４・・・・・・・・・金属層
【図１】
0003631588.tif 000002