(57)【要約】【課題】多層配線基板の層間に、高容量密度容量を有するキャパシタ素子を、低コストで生産性良く内蔵し、また、信頼性や歩留まりを確保してキャパシタ素子を内蔵する。【解決手段】キャパシタ素子は、銅箔上に拡散防止層と誘電体層を連続成膜により形成した誘電体シートの上に第２の電極を形成し第１の電極／拡散防止層／誘電体層／第２の電極の４層構成を有する誘電体シートを積層途中配線基板に積層した後に、前記銅箔がエッチングされることで前記キャパシタ素子が前記積層途中配線基板上で分離され、前記キャパシタ素子の上に絶縁層を形成し、前記キャパシタ素子の電極の上に形成されたビアホールを介して配線パターンと接続することでキャパシタ素子を配線基板に内蔵する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と銅配線層からなる多層配線基板であって、少なくとも１つ以上のキャパシタ素子を内蔵した配線基板であり、前記キャパシタ素子は、第１の電極となる銅箔上に拡散防止層と誘電体層を連続成膜により形成した誘電体シートの上に第２の電極を形成し第１の電極／拡散防止層／誘電体層／第２の電極の４層構成を有する誘電体シートを、積層途中配線基板に積層した後に前記銅箔がエッチングされることで前記キャパシタ素子が前記積層途中配線基板上で分離され、前記キャパシタ素子の上に絶縁層を形成し、前記キャパシタ素子の電極の上に形成されたビアホールを介して配線パターンと接続したことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
絶縁層と銅配線層からなる多層配線基板であって、少なくとも１つ以上のキャパシタ素子を内蔵した配線基板であり、前記キャパシタ素子は、第１の電極となる銅箔上に第１の拡散防止層と誘電体層と第２の拡散防止層を連続成膜により形成した誘電体シートの上に第２の電極を形成し第１の電極／第１の拡散防止層／誘電体層／第２の拡散防止層／第２の電極の５層構成を有する誘電体シートを、積層途中配線基板に積層した後に前記銅箔がエッチングされることで前記キャパシタ素子が前記積層途中配線基板上で分離され、前記キャパシタ素子の上に絶縁層を形成し、前記キャパシタ素子の電極の上に形成されたビアホールを介して配線パターンと接続したことを特徴とする配線基板。
【請求項３】
前記拡散防止層は窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、窒化クロムから選ばれる材料により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記誘電体層は酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタンのいずれかもしくは２種以上を用いて形成されている請求項１又は２に記載の配線基板。
【請求項５】
前記第２の電極は銅、銀、あるいは銅ペースト、銀ペーストのいずれかである請求項１又は２に記載の配線基板。
【請求項６】
前記ビアホールは導電性ペーストにより電気的に接続された構造を特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項７】
前記ビアホールは貴金属めっきにより電気的に接続された構造を特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項８】
前記誘電体シートの、前記銅箔上に連続成膜により形成された前記拡散防止層、前記誘電体層が、デュアルマグネトロンスパッタによる連続成膜であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項９】
１） 銅箔に連続成膜により拡散防止層、誘電体層を形成した誘電体シートを製造する工程、
２） 前記誘電体シートに熱処理もしくはプラズマ処理を施し、前記誘電体層を結晶化させる工程、
３） 前記誘電体層上にフォトレジストをラミネートし、露光・現像することによりエッチングレジストパターンを形成する工程、
４） 前記エッチングレジストパターンをマスクとして拡散防止層と誘電体層をパターニングする工程、
５） 前記拡散防止層と前記銅箔とをまたぐ様に導電性ペーストにて第２の電極を形成した誘電体シートを製造する工程、
６）積層途中配線基板上に、半硬化性絶縁シートを介して前記誘電体シートを前記銅箔を
外側に向けて積層し前記半硬化性絶縁シートを硬化させることで誘電体シート積層基板を製造する工程、
７） 前記誘電体シート積層基板の前記銅箔上にフォトレジストを形成し、露光・現像し、前記銅箔の露出部分をエッチングすることで第１の電極と第２の電極用ランドを形成する工程、
８）前記第１の電極と前記第２の電極用ランドの上に絶縁層を形成する工程、
９）前記第１の電極と前記第２の電極用ランドの上の前記絶縁層にビアホール用の穴を形成する工程、
１０）前記ビアホール用の穴と前記絶縁層の表面に金属めっきすることでビアホールと配線パターンを形成する工程、
を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記銅箔上に連続成膜により前記拡散防止層、前記誘電体層を形成し誘電体シートを製造する工程が、デュアルマグネトロンスパッタにより連続成膜を形成することを特徴とする請求項９記載の配線基板の製造方法。
【請求項１１】
１） 銅箔に連続成膜により第１の拡散防止層、誘電体層、第２の拡散防止層、第２の電極層を形成した誘電体シートを製造する工程、
２）前記誘電体シートに熱処理もしくはプラズマ処理を施し、前記誘電体層を結晶化させる工程、
３） 積層途中配線基板上に半硬化性絶縁シートを介して前記誘電体シートを前記第２の電極層を外側に向けて積層する工程、
４） 前記第２の電極層上にフォトレジストをラミネートし、露光・現像することによりエッチングレジストパターンを形成する工程、
５）前記エッチングレジストパターンをマスクとして前記第２の電極層をエッチングすることにより第２の電極を形成する工程、
６） 前記第２の電極をマスクとして前記第２の拡散防止層、前記誘電体層および前記第１の拡散防止層より構成されるパターンを形成する工程、
７） 前記銅箔上にフォトレジストを形成し、露光・現像し、前記銅箔の露出部分をエッチングすることで第１の電極を形成する工程、
８）前記第１の電極および前記第２の電極上に絶縁層を形成する工程、
９）前記第１の電極および前記第２の電極の上の前記絶縁層にビアホール用の穴を形成する工程、
１０）前記ビアホール用の穴と前記絶縁層の表面に金属めっきすることでビアホールと配線パターンを形成する工程、
を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１２】
前記銅箔上に連続成膜により前記第１の拡散防止層、前記誘電体層および前記第２の拡散防止層を形成し誘電体シートを製造する工程が、デュアルマグネトロンスパッタにより連続成膜を形成することを特徴とする請求項１１記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタ素子をあらかじめ作り込んだ配線基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器の急速な発展により小型化、高速化、高機能化の要求が強まり、配線基板の高密度化が期待されている。これを満たすべく表面に実装していた受動部品を配線基板内部に内蔵する技術が注目を集めている。受動部品を配線基板内部に内蔵する方法は大別するとチップ部品を配線基板に埋め込む方法と作り込む方法とに大別される。前者の、チップ部品を配線基板に埋め込む方法は、チップ部品の高さが数百μmあるため配線基板に埋め込むには絶縁層の厚みを厚くする、もしくは絶縁層を複数層犠牲にしたチップ部品を埋め込む穴を形成する必要があり、高密度化にはあまり寄与しない。後者の、受動部品を配線基板に作り込む方法は、先述の問題を解決できる技術として注目されている。例えば、特許文献１の技術では、有機樹脂中に無機誘電体フィラーを分散させた複合材料と導電性材料を順次一方の電極を形成した配線基板上に印刷形成しキャパシタ素子を配線基板に作り込む方法が提案されている。しかしながら、この方法でキャパシタ素子を形成した場合、有機樹脂中に高誘電率を有する無機フィラーの含有量を増大させると複合材料の比誘電率は大きくなるが、粒子間の空孔、フィラーの凝集、複合材料がもろくなる等の不具合により経験的に比誘電率を100以上にすることが困難であり高容量密度のキャパシタ素子を得ることができない欠点があった。
【０００３】
又、特許文献２に、高誘電率材料を含有したセラミック材料および導電性材料を銅箔上に印刷形成し、高温焼成した後に配線基板に貼り合わせキャパシタ素子を形成する技術が提案されている。しかし、銅箔上にセラミック材料を形成する場合、バインダー樹脂を焼失させ、さらにチタン酸バリウムを結晶化させるために９００℃以上の高温焼成が必要な問題がある。そして、誘電率の制御にはｐｐｍオーダーでの酸素濃度制御が必要となる欠点があり、さらに銅箔が酸化するなどの欠点がある。
【０００４】
又、特許文献３に、セラミックス材料に替わり誘電率の高い無機系材料をゾルゲル法、スパッタリング等により銅箔上に形成する方法も提案されている。しかし、銅箔上に誘電率の高いジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などをゾルゲル法にて形成する場合、環境観点で望ましくない鉛を含む欠点がある。さらにピンホールなく薄膜形成することが困難である欠点がある。更に、６００℃以上の高温焼成が必要である問題があり、６００℃以上の高温焼成時に銅箔の銅が誘電体材料中に拡散する欠点がある。また、一方の電極を形成した配線基板もしくは銅箔上にスパッタリングにてBaTiO3など高誘電率材料を成膜する場合、無機物質をＲＦスパッタにより成膜するため成膜レートが遅い欠点があり、また結晶化させる為に９００℃以上で高温焼成する必要がありその際に銅箔の銅が誘電体材料中に拡散する、酸化する等の欠点がある。
【０００５】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特開平８−１２５３０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１６０６７２号公報
【特許文献３】米国特許第６５４１１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点を鑑みなされたものであり、その課題とするところは、多層配線
基板の層間に、高容量密度容量を有するキャパシタ素子を、低コストで生産性良く内蔵し、また、信頼性や歩留まりを確保してキャパシタ素子を内蔵した配線基板およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、この課題を解決するために、絶縁層と銅配線層からなる多層配線基板であって、少なくとも１つ以上のキャパシタ素子を内蔵した配線基板であり、前記キャパシタ素子は、第１の電極となる銅箔上に拡散防止層と誘電体層を連続成膜により形成した誘電体シートの上に第２の電極を形成し第１の電極／拡散防止層／誘電体層／第２の電極の４層構成を有する誘電体シートを、積層途中配線基板に積層した後に前記銅箔がエッチングされることで前記キャパシタ素子が前記積層途中配線基板上で分離され、前記キャパシタ素子の上に絶縁層を形成し、前記キャパシタ素子の電極の上に形成されたビアホールを介して配線パターンと接続したことを特徴とする配線基板である。
【０００８】
また、本発明は、絶縁層と銅配線層からなる多層配線基板であって、少なくとも１つ以上のキャパシタ素子を内蔵した配線基板であり、前記キャパシタ素子は、第１の電極となる銅箔上に第１の拡散防止層と誘電体層と第２の拡散防止層を連続成膜により形成した誘電体シートの上に第２の電極を形成し第１の電極／第１の拡散防止層／誘電体層／第２の拡散防止層／第２の電極の５層構成を有する誘電体シートを、積層途中配線基板に積層した後に前記銅箔がエッチングされることで前記キャパシタ素子が前記積層途中配線基板上で分離され、前記キャパシタ素子の上に絶縁層を形成し、前記キャパシタ素子の電極の上に形成されたビアホールを介して配線パターンと接続したことを特徴とする配線基板である。
【０００９】
また、本発明は、上記拡散防止層は窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、窒化クロムから選ばれる材料により構成されていることを特徴とする上記の配線基板である。
【００１０】
また、本発明は、上記誘電体層は酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタンのいずれかもしくは２種以上を用いて形成されている上記の配線基板である。
【００１１】
また、本発明は、上記第２の電極は銅、銀、あるいは銅ペースト、銀ペーストのいずれかである上記の配線基板である。
【００１２】
また、本発明は、上記ビアホールは導電性ペーストにより電気的に接続された構造を特徴とする上記の配線基板である。
【００１３】
また、本発明は、上記ビアホールは貴金属めっきにより電気的に接続された構造を特徴とする上記の配線基板である。
【００１４】
また、本発明は、上記誘電体シートの、上記銅箔上に連続成膜により形成された上記拡散防止層、上記誘電体層が、デュアルマグネトロンスパッタによる連続成膜であることを特徴とする上記の配線基板である。
【００１５】
また、本発明は、
１） 銅箔に連続成膜により拡散防止層、誘電体層を形成した誘電体シートを製造する工程、
２） 前記誘電体シートに熱処理もしくはプラズマ処理を施し、前記誘電体層を結晶化させる工程、
３） 前記誘電体層上にフォトレジストをラミネートし、露光・現像することによりエッ
チングレジストパターンを形成する工程、
４） 前記エッチングレジストパターンをマスクとして拡散防止層と誘電体層をパターニングする工程、
５） 前記拡散防止層と前記銅箔とをまたぐ様に導電性ペーストにて第２の電極を形成した誘電体シートを製造する工程、
６）積層途中配線基板上に、半硬化性絶縁シートを介して前記誘電体シートを前記銅箔を外側に向けて積層し前記半硬化性絶縁シートを硬化させることで誘電体シート積層基板を製造する工程、
７） 前記誘電体シート積層基板の前記銅箔上にフォトレジストを形成し、露光・現像し、前記銅箔の露出部分をエッチングすることで第１の電極と第２の電極用ランドを形成する工程、
８）前記第１の電極と前記第２の電極用ランドの上に絶縁層を形成する工程、
９）前記第１の電極と前記第２の電極用ランドの上の前記絶縁層にビアホール用の穴を形成する工程、
１０）前記ビアホール用の穴と前記絶縁層の表面に金属めっきすることでビアホールと配線パターンを形成する工程、
を具備することを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、上記銅箔上に連続成膜により上記拡散防止層、上記誘電体層を形成し誘電体シートを製造する工程が、デュアルマグネトロンスパッタにより連続成膜を形成することを特徴とする上記の配線基板の製造方法である。
【００１７】
また、本発明は、
１） 銅箔に連続成膜により第１の拡散防止層、誘電体層、第２の拡散防止層、第２の電極層を形成した誘電体シートを製造する工程、
２）前記誘電体シートに熱処理もしくはプラズマ処理を施し、前記誘電体層を結晶化させる工程、
３） 積層途中配線基板上に半硬化性絶縁シートを介して前記誘電体シートを前記第２の電極層を外側に向けて積層する工程、
４） 前記第２の電極層上にフォトレジストをラミネートし、露光・現像することによりエッチングレジストパターンを形成する工程、
５）前記エッチングレジストパターンをマスクとして前記第２の電極層をエッチングすることにより第２の電極を形成する工程、
６） 前記第２の電極をマスクとして前記第２の拡散防止層、前記誘電体層および前記第１の拡散防止層より構成されるパターンを形成する工程、
７） 前記銅箔上にフォトレジストを形成し、露光・現像し、前記銅箔の露出部分をエッチングすることで第１の電極を形成する工程、
８）前記第１の電極および前記第２の電極上に絶縁層を形成する工程、
９）前記第１の電極および前記第２の電極の上の前記絶縁層にビアホール用の穴を形成する工程、
１０）前記ビアホール用の穴と前記絶縁層の表面に金属めっきすることでビアホールと配線パターンを形成する工程、
を具備することを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１８】
また、本発明は、上記銅箔上に連続成膜により上記第１の拡散防止層、上記誘電体層および上記第２の拡散防止層を形成し誘電体シートを製造する工程が、デュアルマグネトロンスパッタにより連続成膜を形成することを特徴とする上記の配線基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、銅箔上に拡散防止層と誘電体層を連続成膜した誘電体シートを作成するので、高温焼成が不要である効果があり、また、ピンホール無く薄膜を形成できる効果がある。また、その誘電体シートを積層途中配線基板に積層し、その後にその表面の銅箔をエッチングすることでキャパシタ素子を積層途中配線基板上で分離して形成するため、キャパシタ素子が常に厚い保持材で安定に保持されてハンドリングされるので、キャパシタ素子を配線基板に内蔵する取扱が容易であり、そのキャパシタ素子を内蔵した配線基板の製造歩留まりを向上できる効果がある。更に、本発明は誘電体層を金属箔上に形成するため、高温処理による誘電体層の結晶化処理が可能である。また、高誘電体材料として酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン等、常誘電体を使用している為、温湿度変化に伴う容量値の変動量を抑制できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のキャパシタ素子を内蔵した配線基板における配線基板の断面の模式図である。図１（ａ）と図１（ｂ）とで２種類の配線基板を示す。図２は図１（ａ）の構造を有する配線基板に関する製造工程の一部を示した断面模式図である。図３は図１（ｂ）の構造を有する配線基板に関する製造工程の一部を示した断面模式図である。
【００２１】
本発明は、厚さ１０μｍから１００μｍの銅箔上に、巻き取り式スパッタリング装置４０により、厚さ１μｍ以下の拡散防止層１０２と誘電体層１０３を連続成膜処理により形成した誘電体シート４０３を製造する。その誘電体シート４０３を、銅箔の面を外側にして、ガラスエポキシ基板あるいはポリイミド基板等の積層途中配線基板１００に、プリプレグを挟んで加熱・加圧し張り合わせる。その後にその基板の表面の銅箔をエッチングすることで第１の電極１０１ａを形成すると同時にキャパシタ素子１０あるいはキャパシタ素子１１を積層途中配線基板１００上で分離形成する。
【００２２】
本発明は、このように、巻き取り式スパッタリング装置４０により、銅箔上に、キャパシタ素子１０、１１の拡散防止層１０２と誘電体層１０３を、連続成膜で形成するため、誘電体層１０３を形成する際の酸素ガスを導入した反応性スパッタ中において、ターゲット表面の酸化に伴う成膜レートの低下を抑制でき、形成した膜中の酸素欠陥濃度の増大を抑制できる効果がある。また、銅箔上に拡散防止層１０２と誘電体層１０３を連続成膜した誘電体シート４０３を作成し、その誘電体シート４０３を積層途中配線基板１００に積層し、その後にその表面の銅箔をエッチングすることでキャパシタ素子１０、１１を積層途中配線基板１００上で分離して形成する。そのため、キャパシタ素子１０、１１を配線基板に内蔵する全工程にわたり、厚い銅箔で保持されるか、あるいは積層途中配線基板１００で保持され、キャパシタ素子１０、１１は常に厚い保持材で安定に保持されてハンドリングされるので、キャパシタ素子１０、１１を配線基板に内蔵する取扱が容易である効果があり、また、キャパシタ素子１０、１１を内蔵した配線基板の製造歩留まりを向上できる効果がある。
【００２３】
図１（ａ）の配線基板に内蔵されたキャパシタ素子１０は、図に示すように、キャパシタ素子１０を積層途中配線基板１００に積層し絶縁層１０８で被覆し、キャパシタ素子１０の第１の電極１０１ａと第２の電極１０５上の第２の電極用ランド１０１ｂの上の絶縁層８にレーザ穴あけ装置で穴をあけて、その穴に銅めっきし銅を充填したビアホール１０７を形成し、そのビアホール１０７を配線パターン１０６に接続する。ここで、キャパシタ素子１０では、その厚さの主要な部分である第１の電極１０１ａと第２の電極用ランド１０１ｂを同一層に形成する。そのため、キャパシタ素子１０は、キャパシタチップ部品を埋設する従来の技術とは異なり、配線基板の単一層に設置でき、配線基板の複数層を犠牲にすることがなく、キャパシタ素子１０の配置位置の制約が少ない効果がある。また、キャパシタ素子１０の第１の電極１０１ａと第２の電極１０５上の第２の電極用ランド１０１ｂの上に形成するビアホール１０７の形が同じであるため、両ビアホール１０７の穴をレーザ穴あけ装置で形成する際に、同じ加工条件で加工でき、穴加工の生産性が良い効果がある。また、両者のビアホール１０７の形が同じであるので、ビアホール１０７の内部を銅めっきにより充填する条件が同じになり、ビアホール１０７の生産性が良い効果がある。
【００２４】
キャパシタ素子１０の第２の電極１０５は、銅ペーストあるいは銀ペーストをスクリーン印刷による簡易的な方法で形成する。第２の電極１０５にこれらの材料を用いることで誘電体層１０３に対する高い密着力を得ることができる。第２の電極１０５の面積は第１の電極１０１ａより広く形成し、スクリーン印刷時の位置ズレによっても第１の電極１０１ａの領域を第２の電極１０５が包含する構造とする。キャパシタ素子１０の容量値は、第１の電極１０１ａと第２の電極１０５の重なる面積と誘電体層１０３の厚み、誘電体の誘電率で規定されるが、第１の電極１０１ａと第２の電極１０５の重なる面積はエッチング加工により得られる第１の電極１０１ａの面積になる。そして、第１の電極１０１ａの面積は、スクリーン印刷により形成する第２の電極１０５より精度良い寸法と位置に形成できるため、キャパシタ素子１０の容量を精度を良く形成できる効果がある。
【００２５】
また、拡散防止層１０２は、その材料を遷移金属化合物で形成し、具体的には窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、窒化クロムで形成する。これらの遷移金属化合物は銅および銀に対する拡散防止性能を有すると共に第１の電極１０１ａの銅箔、あるいは第２の電極１０５の銅箔に対する高い密着強度が確保できる効果がある。
【００２６】
そして、誘電体層１０３は常誘電特性を有する金属酸化物で形成し、具体的には酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタンを主成分にした金属酸化物で形成する。これらの２種以上を用いることもできる。これら金属酸化物は常誘電体なので分極−電解ヒステリシスループの面積は小さく、線形性が良いので容量を制御しやすい効果がある。また、誘電損失が小さい、ＤＣ Ｂｉａｓ特性が良好である、容量温度特性が強誘電体と比較して小さい、等の利点を有する。さらに配線基板に内蔵した際に素子容量を変動させない効果がある。
【００２７】
図１（ｂ）の配線基板に内蔵されたキャパシタ素子１１は、図に示すように、キャパシタ素子１１を積層途中配線基板１００上に積層し、その上を絶縁層１０８で被覆し、キャパシタ素子１１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０５ｂの上の絶縁層８にレーザ穴あけ装置で穴をあける。キャパシタ素子１１では、ビアホール１０７用の穴は、ビアホール１０７ｂ用の穴より穴径が大きく穴の深さが深いため、ビアホール１０７ｂと同時のめっきによっては穴が充填されない。そのため、ビアホール１０７用の穴に銅ペーストもしくは銀ペーストを充填してビアホール１０７を形成する。次に、ビアホール１０７と絶縁層１０８の表面と第２の電極１０５ｂ上の穴に、銅めっき、あるいは、銀、金、白金などの貴金属をめっきし、穴を充填しビアホール１０７ｂを形成し、そのビアホール１０７、１０７ｂを配線パターン１０６に接続する。
【００２８】
ここで、キャパシタ素子１１では、その誘電体層１０３を第１の拡散防止層１０２と第２の拡散防止層１０４で挟んで形成し、誘電体層１０３が直接第１の電極１０１ａおよび第２の電極１０５ｂの金属層と接触しない構造にする。そのため、熱可塑性樹脂のような高温の加熱処理で積層する絶縁層を有する配線基板にキャパシタ素子１１を埋め込むことができる。すなわち、その配線基板を高温の加熱処理により積層する際に、第１の電極１０１ａおよび第２の電極１０５ｂの金属が誘電体層１０３中に拡散せず、良好な誘電体層１０３の特性が得られる効果がある。また、第２の電極１０５ｂは、第２の拡散防止層１０４の上に巻き取り式スパッタリング装置４０により連続成膜で形成する。そのため、第２の拡散防止層１０４に対する高い密着力を得ることができる効果がある。更に、第２の電極１０５ｂは、その上に更に、厚い銅めっき層を形成し、第２の電極１０５ｂ上の絶縁層１０８にレーザ穴あけによりビアホール１０７ｂ用の穴を形成する際に、第２の電極１０５ｂがレーザ光で破られることが無いようにする。これにより、キャパシタ素子１１を絶縁層１０８埋め込んだ配線基板で、第２の電極１０６ｂの上に接続信頼性に優れたビアホール１０７ｂを形成できる効果がある。
【実施例１】
【００２９】
以下の実施例により本発明を詳細に説明する。
図２（ａ）〜（ｉ）は本発明の配線基板における工程の一部を断面で示した模式図である。まず、図４に模式図を示す巻き取り式スパッタリング装置４０を用いて厚さ３５μｍの銅箔２０１上に拡散防止層２０２として窒化チタン、誘電体層２０３として酸化ニオブを成膜した。この巻き取り式スパッタリング装置４０は、巻き取りロール４０１、４０２と、第１のスパッタリング成膜部４０４、第２のスパッタリング成膜部４０５、第３のスパッタリング成膜部４０６、第４のスパッタリング成膜部４０７と、冷却ロール４０８から成る。上記、巻き取り式スパッタリング装置４０の第１のスパッタリング成膜部４０４および第２のスパッタリング成膜部４０５には窒化チタンターゲット（ＴｉＮ）をまた第３のスパッタリング成膜部４０６および第４のスパッタリング成膜部４０７には酸化ニオブターゲット（Ｎｂ２Ｏ５）材料を取り付けた。また、第１から第４のスパッタリング成膜部４０４〜４０７は、それぞれデュアルカソード方式で交互にカソードを切り替えることで成膜とクリーニングを同時に実施可能な構造にした。このときの成膜方法としてはＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  直流）スパッタリングにて成膜した。このときの投入電力はいずれの場合も３ｋＷ／ｃｍ2とした。まず、図２（ｂ）に示すように、銅箔２０１を基材とする誘電体シート４０３を巻きだし方向（Ｒ）に巻き取りロール４０２で巻き取りながら、第１と第２のスパッタリング成膜部４０４と４０５を用いて、銅箔２０１上に窒化チタンを成膜し、拡散防止層２０２とした。次に、第３と第４のスパッタリング成膜部４０６と４０７を用いて、その上に酸化ニオブを成膜し、誘電体層２０３とした。拡散防止層２０２を形成するための導入ガスはアルゴン(Ａｒ)と窒素ガスを２：１の割合で使用した。誘電体層２０３を形成するための導入ガスはアルゴンと酸素ガスを５０：３の割合で使用した。また、成膜中の膜厚制御には水晶振動子モニターを用いた。
【００３０】
上記で得られた誘電体シート４０３の膜厚は拡散防止層２０２が２００ｎｍ、誘電体層２０３が４００ｎｍであった。これらの薄膜は、ピンホール無い良好な品質で形成できた。この誘電体シート４０３に５００℃で２時間の熱処理を施し、誘電体を結晶化させた。ここで、銅箔上に拡散防止層２０２を介して誘電体層２０３が形成されているため、この結晶化に伴う高温熱処理によって銅が高誘電率材料中に拡散することが防止される。
【００３１】
次に、図２（ｃ）のように、この誘電体シート４０３上にドライフィルムレジスト（商品名：ＲＹ３３１５  日立化成製）をロールラミネーターにて熱圧着して貼り付けフィルムマスクを用いた露光、現像によりエッチングレジストパターン２０４を得た。
【００３２】
次に、図２（ｄ）のように、この誘電体シート４０３を、中心粒径が６．７μｍの砥粒（例えば、アルミナ＃２０００）を用いたてエアー圧０．２５ＭＰａでノズルから水と一緒に吐出させるウェットブラストにより処理し、エッチングレジストパターン２０４をマスクとして、銅箔２０１が露出する程度まで誘電体層２０３と拡散防止層２０２の荒削り加工を行い、誘電体パターン２０５を形成した。
【００３３】
次に図２（ｅ）のように、この誘電体シート４０３上に、銅ペースト（商品名：ＮＦ２０００  タツタシステムエレクトロニクス製）を１００メッシュ、線径５０μｍのステンレスメッシュ版を用いてスクリーン印刷することで、誘電体パターン２０５と銅箔（２０１）をまたぐ第２の電極２０６を厚さ１０μｍから５０μｍに形成した。この第２の電極
２０６の銅ペーストを９０℃で３０分間乾燥させた後、さらに１５０℃で３０分間の硬化処理を行った。このように、第２の電極２０６を形成する際には、１５０℃以下の温度で処理し、それ以上の高温の熱処理は施さないため、誘電体層２０３中への第２の電極２０６の銅の拡散が少ないという効果がある。
【００３４】
次に、図２（ｆ）のように、この誘電体シート４０３を、その銅箔２０１の面を外側にして、プリプレグ（商品名ＧＥＡ−６７Ｎ  日立化成製）と積層途中工程における配線基板を積層し、真空プレス機にて貼り合わせることで、誘電体シート４０３に積層途中配線基板２０７を貼り合わせた基板を形成した。
【００３５】
次に、図２（ｇ）のように、この基板の銅箔２０１の面にドライフィルムレジスト（商品名：ＲＹ３３１５  日立化成製）をロールラミネーターにて熱圧着して貼り付け、フィルムマスクを用いた露光、現像によりエッチングレジストパターン２０８を形成した。次に、図２（ｈ）のように、その銅箔２０１を塩化第２鉄でエッチングし、個々のキャパシタ素子２０の第１の電極２０９と第２の電極用ランド２０１ａを形成した。すなわち、個々のキャパシタ素子２０の第１の電極２０９上に第２の電極用ランド２０１ａを形成し、誘電体パターン２０５の上に第２の電極２０６と接続する部分を除く領域に第１の電極２０９を形成した。
【００３６】
次に、図２（ｉ）のように、この基板のキャパシタ素子２０を形成した面側に、プリプレグ（商品名：ＧＥＡ−６７Ｎ 日立化成製）を真空プレス機にて貼り合わせることで、絶縁層２１０を形成した。次に、炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧレーザの穴あけ装置で、第１の電極２０９および第２の電極用ランド２０１ａの位置の絶縁層２１０にビアホール２１２用の穴を形成した。また、基板を貫通するドリル孔加工によりスルホール用貫通孔を形成した。次に、過マンガン酸や重クロム酸カリなどの強酸化剤を用いたデスミア処理、あるいは酸処理により、ビアホール２１２用の穴およびスルホール用貫通孔の樹脂残渣を除去した。次に、その穴とスルホール用貫通孔の壁面および絶縁層２１０の表面に銅めっき層を形成した。次に、その銅めっき層をエッチングすることにより銅めっき層で充填されたビアホール２１２と、孔壁面に銅めっき層が形成されたスルホールと、それらと接続する配線パターンを形成した。次に、その配線パターンと絶縁層２１０の上にソルダーレジスト２１１を形成した。次に、配線パターンの端子部へ、ニッケル−金めっき仕上げ処理を施し配線基板を製造した。
【００３７】
ここで、ビアホール２１２用穴や、スルーホール用貫通孔を加工する際に、それらは、拡散防止層２０２及び誘電体層１０３を貫かないように形成する。そのため、ビアホール２１２用穴およびスルーホール用貫通孔の樹脂残渣を除去する為に実施される強酸化剤による処理および酸処理等の薬液処理で拡散防止層及び誘電体層１０３がダメージを受けることは無い。
表１に、このような製造方法で得られた配線基板のキャパシタ素子の容量値とその標準偏差の評価結果を示す。約０．８ｎＦ／ｍｍ2の容量のキャパシタが配線基板に内蔵できた。
【００３８】
本実施例のキャパシタ素子２０の誘電体層２０３は、デュアルカソード方式のマグネトロンスパッタにより形成するため、酸素ガスを導入した反応性スパッタ中におけるターゲット表面の酸化に伴う成膜レートの低下、膜中の酸素欠陥濃度の増大を抑制できる効果がある。また、銅箔２０１上に拡散防止層２０２と誘電体層２０３を連続成膜した誘電体シート４０３を用いてキャパシタ素子２０を形成するため、銅箔２０１と誘電体層２０３と拡散防止層２０２の密着性を良くできる効果がある。
【実施例２】
【００３９】
図３（ａ）〜（ｇ）は本発明の配線基板における工程の一部を断面で示した模式図である。まず、図４に示す様な巻き取り式スパッタリング装置４０を用いて厚み３５μmの銅箔３０１上に第１の拡散防止層３０２として窒化チタン、誘電体層３０３として酸化ニオブ、第２の拡散防止層３０４として窒化チタン、第２の電極用導体層３０５として銅を成膜した。上記、巻き取り式スパッタリング装置４０の第１のスパッタリング成膜部４０４には窒化チタンターゲット（ＴｉＮ）を、また第２のスパッタリング成膜部４０５には酸化ニオブターゲット（Ｎｂ２Ｏ５）を、また第３のスパッタリング成膜部４０６には窒化チタンターゲットを、また第４のスパッタリング成膜部４０７には銅ターゲット（Ｃｕ）材料を取り付けた。また、第１から第４のスパッタリング成膜部４０４〜４０７は、それぞれデュアルカソード方式で交互にカソードを切り替えることで成膜とクリーニングを同時に実施可能な構造とした。このときの成膜方法としてはＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  直流）スパッタリングにて成膜した。このときの投入電力はいずれの場合も３ｋＷ／ｃｍ2とした。まず、誘電体シート４０３を巻きだし方向（Ｒ）に巻き取りロール４０２で巻き取りながら、第１のスパッタリング成膜部４０４を用いて、窒化チタンを銅箔３０１上に成膜し、第１の拡散防止層３０２とした。次に誘電体シート４０３を巻きだし方向（Ｓ）に巻き取りロール４０１で巻き取りながら、第２のスパッタリング成膜部４０５を用いて酸化ニオブを成膜し、誘電体層３０３とした。続いて巻き取り方向を（Ｒ）に切り替え、第３のスパッタリング成膜部４０６にて窒化チタンを成膜し、第２の拡散防止層とした。次に、巻き取り方向を（Ｓ）に切り替え、第４のスパッタリング成膜部４０７にて銅を成膜し、第２の電極用導体層３０５とした。成膜時の導入ガスは第１および第２の拡散防止層３０２と３０４はアルゴン(Ａｒ)と窒素ガスを２：１の割合で使用し、誘電体層３０３はＡｒと酸素ガスを５０：３の割合で使用し、第２の電極用導体層３０５の銅の層はＡｒガス単体を使用した。また、成膜中の膜厚制御には水晶振動子モニターを用いた。
【００４０】
上記で得られた誘電体シート４０３は、図３（ｂ）のように、３５μｍの厚さの銅箔３０１を基材とするが、それに形成した第１および第２の拡散防止層３０２と３０４の膜厚が２００ｎｍ、誘電体層３０３の膜厚が４００ｎｍ、第２の電極用導体層３０５の銅の層の膜厚が５００ｎｍであった。この誘電体シート４０３に５００℃で２時間の熱処理を施し誘電体を結晶化させた。
【００４１】
このようにして得られた誘電体シート４０３に、積層途中工程における配線基板を、プリプレグ（商品名ＧＥＡ−６７Ｎ  日立化成製）を用いて真空プレス機にて貼り合わせることで誘電体シート４０３の片面に積層途中配線基板３０７を貼り合わせた。その後、図３（ｃ）のように、第２の電極用導体層３０５の銅の層上に電解銅めっきにて合計膜厚２０μｍとなる様にめっき被膜を形成することで第２の電極用導体層３０５の銅の層の厚さを増した。その後、ドライフィルムレジスト（商品名：ＲＹ３３１５  日立化成製）をロールラミネーターにて熱圧着して貼り付けフィルムマスクを用いた露光、現像によりエッチングレジストパターン３０６を得た。
【００４２】
次に、エッチングレジストパターン３０６をマスクとして、誘電体シート４０３の第２の電極用導体層３０５をエッチングすることで、図３（ｄ）のように、第２の電極３０５ａを形成した。次に、中心粒径が６．７μｍの砥粒（例えば、アルミナ＃２０００）を用いたてエアー圧０．２５ＭＰａでノズルから水と一緒に吐出させるウェットブラストにより、その第２の電極３０５ａをマスクとして、誘電体シート４０３の銅箔３０１が露出する程度まで第２の拡散防止層３０２と誘電体層３０３と拡散防止層３０４の荒削り加工を行い、第２の電極３０５ａの下に誘電体パターン３１０を形成した。
【００４３】
この誘電体シート４０３の誘電体パターン３１０を形成した側の面にドライフィルムレジスト（商品名：ＲＹ３２３７  日立化成製）を真空ラミネーターにて熱圧着して貼り付
け、次に、フィルムマスクを用いた露光、現像することにより、図３（ｅ）のようにエッチングレジストパターン３０８を形成した。このエッチングレジストパターン３０８をマスクとして、塩化第２鉄液で銅箔３０１をエッチングし、図３（ｆ）のように、キャパシタ素子３０を銅箔３０１から分離した個々の第１の電極３０９上に形成した。すなわち、キャパシタ素子３０を、第１の電極３０９の上に、誘電体パターン３１０とその上の第２の電極３０５ａとで形成した。
【００４４】
この誘電体シート４０３のキャパシタ素子３０を形成した側の面に、図３（ｇ）のように、プリプレグ（商品名：ＧＥＡ−６７Ｎ 日立化成製）を真空プレス機にて貼り合わせて絶縁層３１１を形成した。次に、キャパシタ素子３０の第１の電極３０９と第２の電極３０５ａの上の絶縁層３１１に、炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧレーザによる穴あけ加工し、第１の電極３０９の上にビアホール３１２用の穴を形成し、第２の電極３０５ａの上にビアホール３１２ｂ用の穴を形成した。キャパシタ素子３０では、ビアホール３１２用の穴は、ビアホール３１２ｂ用の穴より穴径が大きく穴の深さが深いため、ビアホール３１２ｂと同時のめっきによっては穴が充填されない。そのため、ビアホール３１２用の穴に銅ペーストを充填してビアホール３１２を形成する。次に、ビアホール３１２と絶縁層３１１の表面と第２の電極３０５ａ上のビアホール３１２ｂ用穴に銅めっきし穴を充填しビアホール３１２ｂを形成し、そのビアホール３１２、３１２ｂを配線パターン３１３に接続した。次に、ソルダーレジストを形成し、端子部へのニッケル−金めっき仕上げを施し配線基板を製造した。
表１に、このような製造方法で得られた配線基板のキャパシタ素子の容量値とその標準偏差の評価結果を示す。約０．８ｎＦ／ｍｍ2の容量のキャパシタが配線基板に内蔵できた。
【００４５】
【表１】
2008078547.tif 000003
表１に示す様に、実施例１および実施例２の配線基板は０．８ｎＦ／ｍｍ2の高容量密度のキャパシタ素子を、標準偏差が０．０３ｎＦ／ｍｍ2で精度良く作り込む事ができる効果があった。
【００４６】
本実施例によるキャパシタ素子３０の製造方法は、銅箔３０１上に第２の電極用導体層３０５を含む４層を連続成膜した誘電体シート４０３により製造するため、各層間の密着強度を強くでき層間剥離を防止できる効果がある。さらに第２の電極用導体層３０５は、更にその上に銅めっきを加えることで厚くした。そして、その誘電体シート４０５を、第２の電極用導体層３０５を外側にして配線基板に積層した後に、フォトリソ工程で第２の電極用導体層３０５をエッチングして第２の電極３０５ａを形成する。その第２の電極３０５ａのパターンを利用して、ウェットブラスト法などの方法により第１の拡散防止層３０２と誘電体層３０３と第２の拡散防止層３０４から成る誘電体パターン３１０を形成することで、第２の電極３０５ａを形成するフォトリソ工程だけで、誘電体パターン３１０用のフォトリソ工程が省略できる。そのため、キャパシタ素子１１の製造コストを低減できる効果がある。また、誘電体シート４０３を配線基板に貼り合わせた後に、第２の電極３０５ａをパターニングしてキャパシタ素子３０を形成するため、形成されたキャパシタ素子３０を配線基板に転写するハンドリングによりキャパシタ素子３０を傷つける不良の発生が無く、キャパシタ素子３０を内蔵した配線基板の製造歩留まりを向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のキャパシタ素子を内蔵した配線基板の２種類の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の図１（ａ）の配線基板の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の図１（ｂ）の配線基板の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の誘電体シートの製造に用いる巻き取り式スパッタリング装置の断面模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１１，２０，３０・・・キャパシタ素子
４０・・・巻き取り式スパッタリング装置
１００・・・積層途中配線基板
１０１ａ・・・第１の電極
１０１ｂ・・・第２の電極用ランド
１０２・・・拡散防止層、第１の拡散防止層
１０３・・・誘電体層
１０４・・・第２の拡散防止層
１０５、１０５ｂ・・・第２の電極
１０６・・・配線パターン
１０７、１０７ｂ・・・ビアホール
１０８・・・絶縁層
２０１・・・銅箔
２０１ａ・・・第２の電極用ランド
２０２・・・拡散防止層
２０３・・・誘電体層
２０４、２０８・・・エッチングレジストパターン
２０５・・・誘電体パターン
２０６・・・第２の電極
２０７・・・積層途中配線基板
２０９・・・第１の電極
２１０・・・絶縁層
２１１・・・ソルダーレジスト
２１２・・・ビアホール
３０１・・・銅箔
３０２・・・第１の拡散防止層
３０３・・・誘電体層
３０４・・・第２の拡散防止層
３０５・・・第２の電極用導体層
３０５ａ・・・第２の電極
３０６，３０８・・・エッチングレジストパターン
３０７・・・積層途中配線基板
３０９・・・第１の電極
３１０・・・誘電体パターン
３１１・・・絶縁層
３１２、３１２ｂ・・・ビアホール
３１３・・・配線パターン
４０１、４０２・・・巻き取りロール
４０３・・・誘電体シート
４０４・・・第１のスパッタリング成膜部（ターゲット）
４０５・・・第２のスパッタリング成膜部（ターゲット）
４０６・・・第３のスパッタリング成膜部（ターゲット）
４０７・・・第４のスパッタリング成膜部（ターゲット）
４０８・・・冷却ロール
【図１】
2008078547.tif 000004
【図２】
2008078547.tif 000005
【図３】
2008078547.tif 000006
【図４】
2008078547.tif 000007