(57)【要約】【課題】配線基板に、その基板とは異なる基板に予め形成しておいたコンデンサを転写することで、コンデンサの誘電体に高温熱処理を要する物質を使用できるようにし、配線基板の端子とコンデンサとを最短距離で接続できるようにしたコンデンサ内蔵の多層配線板において、コンデンサの電極どうしの短絡防止、コンデンサと配線基板の端子との間の配線の断線防止および表面の平滑化を図る。【解決手段】板状の絶縁物からなる配線基板２の上に層状の絶縁物からなる絶縁体層１４，１８が重なった構造で、絶縁体層中にコンデンサ１が埋め込まれており、配線基板２の絶縁体層との界面にはコンデンサ１の電極４Ａ，４Ｂに接続する少なくとも２つの電極３Ａ、３Ｂが設けられており、配線基板２の電極３Ａ、３Ｂとコンデンサ１の電極４Ａ，４Ｂとが、絶縁体層に設けられたフィルドビア５Ａ，６Ａ，６Ｂ，５Ｂを介して接続されている。【選択図】　　　図１
2004087971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサを内蔵する多層配線板であって、
板状の絶縁物からなる配線基板の上に層状の絶縁物からなる絶縁体層が重なった構造で、前記絶縁体層には平板状のコンデンサが埋め込まれており、前記配線基板の前記絶縁体層との界面には前記コンデンサの電極に接続する少なくとも２つの端子が設けられており、
前記配線基板の端子と前記コンデンサの電極とが、前記絶縁体層に設けられたフィルドビアを介して接続されていることを特徴とする多層配線板。
【請求項２】
表面に少なくとも２以上の端子を有する配線基板と、
前記配線基板上に密着して設けられた層状の絶縁体層と、
前記絶縁体層に埋設された平板状のコンデンサであって、前記配線基板表面の端子のうちの一端子の上に位置するコンデンサと、
前記絶縁体層の表面に形成された電気配線であって、一端が前記コンデンサの上に位置し、他端が前記配線基板表面の他の一つの端子の上に位置する電気配線とを含み、
前記配線基板表面の一端子と前記コンデンサの一方の電極との間、前記コンデンサの他方の電極と前記電気配線の一端との間及び、前記電気配線の他端と前記配線基板表面の他の一つの端子との間が、前記絶縁体層に設けられたフィルドビアで接続されている構造の多層配線板。
【請求項３】
面上に少なくとも２以上の端子を有する配線基板と、
前記配線基板表面に密着して重なる絶縁体層で、前記配線基板上の端子のうちの一端子の上及び他の一つの端子の上に、絶縁体層の上下を通じる第１のフィルドビア及び第２のフィルドビアが形成されている構造の第１の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体層の上に密着して重なる絶縁体層で、これに埋設された平板状のコンデンサを有し、前記コンデンサの一方の電極は前記第１のフィルドビアに直接接続し、前記コンデンサの他方の電極の上には、前記コンデンサの他方の電極から絶縁体層の表面に達する第３のフィルドビアが形成され、前記第２のフィルドビアの上には、前記第２のフィルドビアから絶縁体層の表面に達する第４のフィルドビアが形成されている構造の第２の絶縁体層と、
前記第２の絶縁体層の表面に形成された電気配線で、前記第３のフィルドビアの前記第２の絶縁体層からの露出部と、前記第４のフィルドビアの前記第２の絶縁体層からの露出部とを接続する電気配線とを含む多層配線板。
【請求項４】
面上に少なくとも２以上の端子を有する配線基板と、
前記配線基板表面に密着して重なる絶縁体層で、これに埋設された平板状のコンデンサを有し、前記コンデンサの一方の電極と前記配線基板上の端子のうちの一端子との間の部分には第１のフィルドビアが形成され、前記コンデンサの他方の電極は絶縁体層の表面に露出し、前記配線基板上の他の一つの電極の上には絶縁体層の表面に達する第２のフィルドビアが形成されている構造の第１の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体層の上に密着して重なる絶縁体層で、前記コンデンサの他方の電極の上には絶縁体層の表面に達する第３のフィルドビアが形成され、前記第２のフィルドビアの上には、絶縁体層の表面に達する第４のフィルドビアが形成されている構造の第２の絶縁体層と、
前記第２の絶縁体層の表面に形成された電気配線で、前記第３のフィルドビアの前記第２の絶縁体層からの露出部と前記第４のフィルドビアの前記第２の絶縁体層からの露出部とを接続する電気配線とを含む多層配線板。
【請求項５】
請求項４に記載の多層配線板において、
前記第２のフィルドビアと第４のフィルドビアとの接続部に導電物質の層を介在させたことを特徴とする多層配線板。
【請求項６】
前記コンデンサが、ペロブスカイト型結晶構造の金属酸化物を誘電体とするコンデンサであることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の多層配線板。
【請求項７】
請求項３に記載の多層配線板を製造する方法であって、
前記配線基板上に前記第１のフィルドビア及び第２のフィルドビアを有する第１の絶縁体層と、前記第１のフィルドビア上に位置するコンデンサとを形成する過程と、
前記コンデンサ、前記第２のフィルドビア及び前記第１の絶縁体層の露出面を第２の絶縁体層で覆い、その第２の絶縁体層に前記第３のフィルドビア及び第４のフィルドビアを形成する過程と、
前記第２の絶縁体層上に前記電気配線を形成する過程とを含む多層配線板の製造方法。
【請求項８】
請求項３に記載の多層配線板を製造する方法であって、
前記配線基板とは異なる第２の基板に剥離層と、前記コンデンサの他方の電極となるべき第１の電極層と、誘電体層と、前記コンデンサの一方の電極となるべき第２の電極層とを順次積層する第１の過程と、
前記第２の電極層上に絶縁性樹脂からなる第１の絶縁体層を形成した後、前記第１のフィルドビア及び第２のフィルドビアを形成すべき部分の第１の絶縁体層を、前記第２の電極層に達するまで選択的に除去してスルーホールを形成する第２の過程と、
各々の前記スルーホールの内部にペースト状の導電性物質を充填する第３の過程と、
前記配線基板と前記第２の基板とを、前記第１の絶縁体層が前記配線基板に向い合うようにして対面させ、両基板間を加熱、加圧して前記基板と前記第２の基板とを接着する第４の過程と、
前記第２の基板と前記第１の電極層との間に介在する剥離層のみを選択的に除去して、前記第２の基板を分離する第５の過程と、
前記第１の電極層、誘電体層及び第２の電極層を、前記コンデンサとなるべき部分を残して選択的に除去して、コンデンサの外形を定めると共に、前記第１の絶縁体層のコンデンサ形成部位以外の部分と前記第２のフィルドビアの頂部とを露出させる第６の過程と、
前記コンデンサ、第２のフィルドビア及び第１の絶縁体層の露出面を絶縁性樹脂からなる第２の絶縁体層で覆う第７の過程と、
前記第２の絶縁体層の前記コンデンサの上の部分及び前記第２のフィルドビアの上の部分にスルーホールを形成し、各々のスルーホール内にペースト状の導電性物質を充填して第３のフィルドビア及び第４のフィルドビアを形成する第８の過程と、
前記第２の絶縁体層の表面に、前記第３のフィルドビアの露出部と前記第４のフィルドビアの露出部とを接続する電気配線を形成する第９の過程とを含む多層配線板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の多層配線板の製造方法において、
前記第２の過程では、前記第１の絶縁体層の絶縁性樹脂を不完全硬化させ、
前記第３の過程では、前記スルーホール内に充填したペースト状の導電性物質を不完全硬化させ、
前記第４の過程における基板と第２の基板との間の加熱、加圧により、前記第１の絶縁体層の絶縁性樹脂と前記ペースト状の導電性物質とを硬化させることを特徴とする多層配線板の製造方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の多層配線板を製造する方法であって、
前記基板上に前記第１のフィルドビアと第２のフィルドビアとを有する第１の絶縁体層と、これに埋設されたコンデンサとを形成する過程と、
前記コンデンサ、前記第２のフィルドビア及び前記第１の絶縁体層の露出面を前記第２の絶縁体層で覆い、これに前記第３のフィルドビア及び第４のフィルドビアを形成する過程と、
前記第２の絶縁体層上に前記電気配線を形成する過程とを含む多層配線板の製造方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の多層配線板を製造する方法であって、
前記配線基板とは異なる第２の基板に剥離層と、前記コンデンサの他方の電極となるべき第１の電極層と、誘電体層と、前記コンデンサの一方の電極となるべき第２の電極層とを順次積層する第１の過程と、
前記第２の電極層、誘電体層及び第１の電極層を、前記コンデンサとなるべき部分を残して選択的に除去して、コンデンサの外形を定めると共に、前記剥離層のコンデンサ形成部位以外の部分を露出させる第２の過程と、
前記剥離層及びコンデンサを絶縁性樹脂からなる第１の絶縁体層で覆った後、その第１の絶縁体層の、前記第１のフィルドビアを形成すべき部分を前記コンデンサの第２の電極層に達するまで及び、前記第２のフィルドビアを形成すべき部分を、前記剥離層に達するまで選択的に除去して、スルーホールを形成する第３の過程と、
各々の前記スルーホール内にペースト状の導電性物質を充填する第４の過程と、
前記配線基板と前記第２の基板とを、前記第１の絶縁体層が前記配線基板に向い合うようにして対面させ、両基板間を加熱、加圧して前記配線基板と前記第２の基板とを接着する第５の過程と、
前記剥離層のみを選択的に除去して前記第２の基板を分離する第６の過程と、
前記コンデンサの第１の電極層の上及び第２のフィルドビアの上に、前記第３のフィルドビア及び第４のフィルドビアを構成する導電性物質を選択的に堆積させる第７の過程と、
前記第１の絶縁体層と、前記第３のフィルドビア及び第４のフィルドビアを構成する導電性物質とを、前記導電性物質の頂部が露出するようにして、絶縁性樹脂からなる第２の絶縁体層で覆って、第３のフィルドビアと第４のフィルドビアとを形成する第８の過程と、
前記第２の絶縁体層の表面に、前記第３のフィルドビアの露出部と前記第４のフィルドビアの露出部とを接続する電気配線を形成する第９の過程とを含む多層配線板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の多層配線板の製造方法において、
前記第３の過程では、前記第２のフィルドビアを形成すべき部分の第１の絶縁体層を、前記剥離層に達するまで除去するのに変えて、前記第２の電極層に達するまで除去し、第２のフィルドビアの底部に前記第２の電極層を残すことを特徴とする多層配線板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の多層配線板の製造方法において、
前記第３の過程では、前記第１の絶縁体層の絶縁性樹脂を不完全硬化させ、
前記第４の過程では、前記スルーホール内に充填したペースト状の導電性物質を不完全硬化させ、
前記第５の過程における基板と第２の基板との間の加熱、加圧により、前記第１の絶縁体層と前記ペースト状の導電性物質とを硬化させることを特徴とする多層配線板の製造方法。
【請求項１４】
請求項８、請求項９、請求項１１、請求項１２又は請求項１３の何れか１項に記載の多層配線板の製造方法において、
前記誘電体層にペロブスカイト結晶構造の金属酸化物を用い、前記第１の過程に、前記誘電体層を形成した後に又は形成しつつ、前記第２の基板を過熱して、前記誘電体層を結晶化させる過程を設けたことを特徴とする多層配線板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作り付けの薄膜コンデンサを有するコンデンサ内蔵の多層配線板とその製造方法に関し、特に、誘電体の形成に高温の熱処理を必要とするコンデンサを内蔵した多層配線板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサの用途の一つに、例えばＬＳＩのような能動電子部品の電源配線とグランド配線との間に接続して、電子回路における電源ノイズの除去に用いる使い方、いわゆるバイパスコンデンサとしての用途がある。
【０００３】
このバイパスコンデンサのよく行われる実装方法は、個別部品のコンデンサを用い、これをＬＳＩなどと共に、例えばプリント配線基板のような実装用基板にはんだ付けなどの方法で取り付ける方法である。しかしながら、この実装方法では、コンデンサからＬＳＩまでの配線が二次元の平面内を走ることになるので、配線長を短くすることには限界があり、電子回路の動作周波数の高周波化傾向に副うことができなかったり、実装用基板の面内でコンデンサ実装のために一定の面積が取られ、実装を高密度化するには不利であるなどの理由で、コンデンサを多層配線板に内蔵させ、コンデンサからＬＳＩなどへの電気配線を立体化することで配線長を短縮する技術が考えられた。
【０００４】
特開２００１−２１０７８９号公報は、更に、バイパスコンデンサをＬＳＩチップの端子の直上に配置することで、コンデンサとＬＳＩチップとの間の配線長を最短にしている。しかも、コンデンサの誘電体に、高誘電率ではあるものの、その成膜時に例えば３５０℃、４５０℃或いは６００℃以上というような、一般の電子部品の製造においては非常に高い温度の部類に入る熱処理を必要とする、ペロブスカイト結晶構造の金属酸化物薄膜を用いることを可能にして、コンデンサの静電容量を増大させ、ノイズ除去効果を高めている。
【０００５】
上記公報記載の薄膜コンデンサ内蔵電子回路の製造においては、バイパスコンデンサを、ＬＳＩチップとは別の、上記の高温熱処理に耐える基板上に予め形成しておき、そのコンデンサ形成済みの別基板をＬＳＩチップに貼り付けた後、上記別基板だけを除去することで、コンデンサをＬＳＩチップに転写する。このようなコンデンサの転写技術により、配線長の短縮化と誘電体の高誘電率化とを実現している。
【０００６】
上記公報は、バイパスコンデンサをＬＳＩチップに転写する技術を開示しているが、この転写技術を用いれば（バイパスコンデンサに限らず、一般に）コンデンサを、（ＬＳＩチップのような能動電子部品に限らず）多層配線基板に内蔵させることができる。以下に、上記コンデンサの転写技術について、説明する。
【０００７】
図１１〜図１４に、上記公報の図１を再掲して示す。尚、以下では、説明の便宜のため、図１１〜図１４中の符号および名称に、上記公報に用いられているものとは異なる符号および名称を用いることがある。また、図の順番を入れ替えてある。
【０００８】
上記公報記載の技術に係る薄膜コンデンサ内蔵電子回路の一例の、完成後の断面図を示す図１１を参照して、この薄膜コンデンサ内蔵電子回路は、大きく分けて、一番下に位置する基板２と、その基板２の上に層状に重なっている部分と、その上に形成されている上層配線７Ａ，７Ｂの三つの部分からなっている。上記基板２上に層状に重なっている部分には、薄膜コンデンサ１が内蔵されている。この例の場合、基板２はＬＳＩチップである。その基板２の表面には、コンデンサ１に接続すべき二つの電極３Ａ，３Ｂが設けられている。尚、後に述べるが、基板２とその上のコンデンサ１を内蔵する上記層状部分との間にある有機樹脂接着シート３１は、基板２と上記コンデンサ１を内蔵する層状部分とを絶縁的に接着するためのものである。この例の場合は、ポリイミド樹脂が使われている。
【０００９】
コンデンサ１は、二つの平板状電極４Ａ，４Ｂの間に誘電体３２を挟んだ構造の薄膜コンデンサである。誘電体３２には、ペロブスカイト型結晶構造の金属酸化物の一種である、チタン酸バリウムストロンチウムが用いられている。このコンデンサ１は、基板２上の電極３Ａと電極３Ｂとの間の部分に位置していて、コンデンサの両脇には、それぞれ基板２の電極３Ａ，３Ｂに通じるスルーホールが設けられている。そして、そのスルーホールの側壁に形成された上層配線７Ａ，７Ｂを介して、コンデンサの下側の電極４Ａと基板上の電極３Ａとが接続され、コンデンサの上側の電極４Ｂと基板上の電極３Ｂとが接続されている。
【００１０】
次に、この薄膜コンデンサ内蔵の電子回路は、以下のようにして製造される。この電子回路の断面を製造工程順に示す図１２〜図１３を参照して、先ず、図１２（ａ）に示すように、基板２とは異なる別の基板８上に剥離層９、接着層１０、電極層１１、誘電体層１２および電極層１３を順次成膜して、薄膜コンデンサの基本となる積層構造体を作製する。この例の場合は、基板８には表面を酸化したシリコンウェーハを用いている。電極層１１はコンデンサの上側の電極４Ｂになるべき層であり、電極層１３はコンデンサの下側の電極４Ａになるべき層であって、共に、材料にはＰｔが用いられている。誘電体層１２には、先に述べたように、高い誘電率を示すペロブスカイト型結晶構造のチタン酸バリウムストロンチウムが用いられている。剥離層９には、Ｃｒ膜が用いられている。この剥離層９については、後に述べる。接着層１０は、電極層１１の材料であるＰｔが他の物質との接着性が十分ではないことから、電極層１１の接着強度不足を補う目的で挟んであるものである。従って、電極層１１にＰｔ以外の、接着性が良好な他の材料を用いるのであれば、特にはなくても構わない。
【００１１】
ここで、誘電体層１２に用いられているチタン酸バリウムストロンチウムを結晶化させるには、成膜中あるいは成膜したあとに、少なくとも３５０℃以上の熱処理を行う必要がある。この例に限らず、他のペロブスカイト型結晶構造の金属酸化物の場合も、やはり、３５０℃程度以上の熱処理を必要とするのであるが、ここで用いられている基板８（ＳｉＯ２　被覆のシリコンウェーハ）、剥離層９（Ｃｒ膜）、接着層１０（Ｔｉ膜）、電極層１１（Ｐｔ膜）、電極層１３（Ｐｔ膜）はいずれも、上記誘電体層１２の結晶化のための熱処理温度に耐えるものばかりである
次に、図１２（ｂ）に示すように、上述の薄膜コンデンサの原型の積層構造体を裏返して、コンデンサを搭載すべき基板２と向い合せる。つまり、基板２の電極３Ａ，３Ｂが形成されている面と、上記コンデンサの原型の積層構造体の電極層１３とを向い合せにする。この際、基板２とコンデンサの原型の積層構造体との間に有機樹脂接着シート３１を介して、向い合せる。尚、基板２はＬＳＩチップであって、表面には有機絶縁樹脂体１７が形成され、その上面に、コンデンサの各電極４Ａ，４Ｂに接続すべき基板側の電極３Ａ，３Ｂが形成されている。
【００１２】
この後、図１２（ｃ）に示すように、例えば平行平板型真空プレス装置内に基板２と基板８とを設置し、両基板２，８の間に加熱、加圧処理を行う。これにより、基板２と基板８とが有機樹脂接着シート３１を介して接着する。
【００１３】
次に、図１３（ａ）に示すように、剥離層９だけを選択的にエッチング除去する。これにより、基板８が取り除かれる。つまり、剥離層９は、基板８を取り除くためのものである。
【００１４】
この後、図１３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法によって、コンデンサを形成すべき部分だけを残して、接着層１０、電極層１１、誘電体層１２、電極層１３を順次パターニングする。これにより、薄膜コンデンサ１が基板２に転写される。尚、このコンデンサ１のパターニングの際、下側の電極４Ａについては、一端（この例の場合は、電極４Ａの紙面左側の端）が、誘電体３２から飛び出すようにしておく。
【００１５】
このあと、コンデンサ１の電極４Ａ，４Ｂと基板２上の電極３Ａ，３Ｂとの接続工程に移る。先ず、上述の薄膜コンデンサ１が転写された基板２の全面に、有機絶縁樹脂層３３を形成する。有機絶縁樹脂層３３には、ポリイミドを用いる。そのあと、図１４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、コンデンサの両脇に、有機樹脂接着シート３１に達するスルーホール３４Ａ，３４Ｂを形成する。同時に、コンデンサ１の上にも、電極４Ｂに達するスルーホール３４Ｂを形成する。このとき、基板２の電極３Ａに対応するスルーホール３４Ａ（紙面左側のスルーホール）ついては、コンデンサの下側の電極４Ａの紙面左側の端（前述の、誘電体３２から飛び出している部分）がスルーホール３４Ａ内に露出するように、スルーホールをパターニングする。
【００１６】
この後、図１４（ｂ）に示すように、有機樹脂接着シート３１に対してレーザー法などを適用して、上述のスルーホール３４Ａ，３４Ｂから露出している部分の有機樹脂接着シート３１を基板２の電極３Ａ，３Ｂに達するまで除去し、スルーホール３５Ａ，３５Ｂをあけ、基板２の電極３Ａ，３Ｂを露出させる。
【００１７】
最後に、最外層の有機絶縁樹脂層３３の上に、薄膜コンデンサ１の電極４Ａ，４Ｂと基板２の電極３Ａ，３Ｂとを接続する上層配線７Ａ，７Ｂ（図１１参照）を形成して、薄膜コンデンサ内蔵の電子回路を完成する。
【００１８】
上述の、コンデンサの基本構造を、高温の熱処理に耐える別の基板８に予め形成しておいて、これをコンデンサを必要とするＬＳＩチップに転写する技術によれば、コンデンサの誘電体に、高誘電率ではあるが高温の熱処理を必要とする物質を用いて静電容量を増すことができると同時に、ＬＳＩチップとコンデンサとを最短の距離で接続することができ、バイパスコンデンサにおける電源ノイズ除去効果を高めることができる。
【００１９】
このような、薄膜コンデンサの転写技術と、これによる高誘電率誘電体の使用実現化および配線の最短化の作用効果とは、電子回路の製造のみならず多層配線板の形成にも適用でき、同様の効果を期待できるであろう。上記公報で基板２として例示されたＬＳＩチップは、これを、「コンデンサの接続を必要とする少なくとも二つの端子を表面に有する多層配線基板」に置き換えて考えることができるからである。
【００２０】
ここで、図１１に示す薄膜コンデンサ内蔵の電子回路の特徴を本発明との関連性の観点から言えば、その特徴は、コンデンサの電極４Ａ，４Ｂと基板２の電極３Ａ，３Ｂとの間の接続構造にあって、接続配線７Ａ，７Ｂがいずれも、コンデンサの両脇の、二段の深いスルーホール３５Ａ，３４Ａおよび３５Ｂ，３４Ｂの壁面を這い登る構造になっている点である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、コンデンサの転写技術を多層配線板の製造に適用すれば、高誘電率の誘電体を用いた静電容量の大きいコンデンサを、多層配線板側のコンデンサ接続用端子の直上に内蔵させ、配線長を最短にすることができる。
【００２２】
しかしながら、図１１に示す構造において、コンデンサの電極４Ａ，４Ｂと基板２の電極３Ａ，３Ｂとの間の接続構造、すなわち、接続用配線７Ａ，７Ｂが、コンデンサの両脇の二段の深いスルーホール３５Ａ，３４Ａおよび３５Ｂ，３４Ｂの壁面を這い登る構造は、接続の信頼性の点で改善すべき余地を残した。
【００２３】
すなわち、先ず、薄膜コンデンサ１のパターニング時の位置ずれや、有機絶縁樹脂層３３にスルーホール３４Ａ，３４Ｂを開けるときの位置ずれにより、薄膜コンデンサ１の二つの電極４Ａ，４Ｂの間での短絡が発生しやすいことが、第１の改善点である。
【００２４】
次に、薄膜コンデンサ１にはどうしても段差が必要であり、その段差の部分で配線が切断しやすいことが言える。図１１に示す構造において、コンデンサ１の下側の電極４Ａは、その左側の端がスルーホール３４Ａ内に露出するようにされていて、その露出した部分で、スルーホール３５Ａの底からその壁面を這い上がってくる配線７Ａと接続する。従って、コンデンサ１には、その接続構造上、少なくとも上記下側の電極４Ａがスルーホール３４Ａ内に顔を出す部分に、どうしても段差が必要である。
【００２５】
一般に、電子部品などの製造において、表面に段差がある場合にその表面上に金属膜などを成膜すると、段差部分には他の部分より薄くしか堆積されず、金属膜に配線を形成したとき、段差部分で断線が起こりやすいことはよく知られていることである。また、スルーホールのような深い穴の中に金属膜などを形成することが困難であることもよく知られている。図１１に示す接続構造、特に、コンデンサの電極４Ａと基板２の電極３Ａとの接続構造は、スルーホール３４Ａ内に設けた段差部分で接続をしなければならないという二重の困難さのゆえに、非常に断線しやすく、製造が困難である。仮に、製造の時点では接続が取れた場合でも、長期にわたる使用中に断線に至る確率が高く、接続の信頼性は低い。
【００２６】
更に、コンデンサを覆っている有機絶縁樹脂層３３は、表面の平滑性に乏しく凹凸が激しいので、この電子回路の更に上、すなわち最上層の有機絶縁樹脂層３３の上に、他の電子部品を実装するのは困難である。また、有機絶縁樹脂層３３上に配線などを形成する場合に、これを微細化することは難しい。このことは、図１に示すような構造全体を、コンデンサを内蔵した多層配線板として用い、その多層配線板の上にさらに他の電子部品を搭載したり、それら電子部品の相互接続のための配線を形成する場合に、非常に大きな問題である。
【００２７】
従って、本発明は、コンデンサを必要とする配線基板に、その基板とは異なる基板に予め形成しておいたコンデンサを転写することで、コンデンサの誘電体に高温熱処理を要する高誘電率の物質を用いることを可能にすると共に、配線基板の端子とコンデンサとを最短距離で接続できるようにした、コンデンサ内蔵の多層配線板において、コンデンサの電極どうしの短絡を防止すると共に、コンデンサと配線基板の端子との間の接続配線の断線を防止することを目的とする。
【００２８】
本発明は、また、上記コンデンサ内蔵の多層配線板において、表面の凹凸を無くし平滑にすることを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層配線板は、コンデンサを内蔵する多層配線板であって、板状の絶縁物からなる配線基板の上に層状の絶縁物からなる絶縁体層が重なった構造で、前記絶縁体層には平板状のコンデンサが埋め込まれており、前記配線基板の前記絶縁体層との界面には前記コンデンサの電極に接続する少なくとも２つの端子が設けられており、前記配線基板の端子と前記コンデンサの電極とが、前記絶縁体層に設けられたフィルドビアを介して接続されていることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明の第１の実施例（実施例１）に係る多層配線板の断面を示す図１を参照して、本実施例に係る多層配線板は、コンデンサ１が基板２の一方の電極３Ａの真上に位置していて、基板２の電極３Ａとコンデンサの下側の電極４Ａとがフィルドビア（導電性物質が詰め込まれているスルーホール）５Ａで接続され、コンデンサ１の上側の電極４Ｂと基板２のもう一つの端子３Ｂとが、フィルドビア６Ａ、上層配線７、フィルドビア６Ｂ、フィルドビア５Ｂの経路で接続されている点および、表面が平滑である点が、図１１に示す従来の多層配線板と大きく違っている。本発明者は、この多層配線板を、以下のようにして作製した。
【００３１】
先ず、図２（ａ）に示すように、従来公知の方法により、ペロブスカイト型結晶構造の金属酸化物を誘電体とする薄膜コンデンサの原型である積層構造体を形成する。この積層構造体は、基板８と、その上に順次成膜された剥離層９、接着層１０、電極層１１、誘電体層１２および電極層１３からなる。
【００３２】
本実施例では、基板８にシリコンウエーハを用い、その上に剥離層９としてＣｒ膜、接着層１０としてＴｉ膜、電極層１１としてＰｔ膜を、スパッタ法により成膜した。更に、誘電体層１２としてチタン酸バリウムストロンチウム膜をスパッタ法で成膜し、４５０℃以上の熱処理により結晶化させた後、その誘電体層１２上に、電極層１３としてＰｔ膜をスパッタ法により成膜した。
【００３３】
尚、基板８は表面が平滑であり、且つ誘電体層１２であるチタン酸バリウムストロンチウム膜形成時の温度や雰囲気などに耐えられる材料であれば、シリコンウエーハには限らない。剥離層９は、後の薄膜コンデンサ１を構成する電極材料およびチタン酸バリウムストロンチウム膜を形成する際に変質、拡散、剥離などを起こさないこと、特定のエッチング液によって溶解すること、且つそのエッチング液が基板２などにダメージを与えないことなどの条件を満たせば、Ｃｒ以外でもかまわない。接着層１０の材料はＴｉ以外でもかまわないが、ポリイミドなどの有機絶縁材料との接着性が良好なこと、剥離層９をエッチング除去する際のエッチング液に溶解しないことが必要である。この接着層１０は、前にも述べた通り、電極層１１がＰｔ以外の材料で十分な接着性を持つ場合には、特にはなくても構わない。電極層１１の材料はＰｔ以外でもかまわないが、電極層１１とその上に形成する誘電体層１２との間の電子障壁が高いことが必要であって、白金族金属並びに誘電性を有する白金族金属の酸化物などが望ましい。誘電体層１２にはチタン酸バリウムストロンチウム膜をスパッタ法で製膜したが、ペロブスカイト型結晶構造を示し、比誘電率の大きい材料であればこれに限定しない。
【００３４】
この後、電極層１３上に例えばポリイミドなどからなる有機絶縁樹脂層１４を形成し、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて、この有機絶縁樹脂層１４に、電極層１３に達するスルーホール１５Ａ，１５Ｂを開け、電極層１３の所定部分を露出させる。スルーホール１５Ａ，１５Ｂを開ける場所は、基板２側の電極３Ａ，３Ｂ（図１参照）に当たる位置である。尚、上述の有機絶縁樹脂層１４は、この時点では熱処理による完全硬化を行わない。後に述べる基板２とコンデンサとを密着させる工程での、密着性を良くするためである。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、上述のスルーホール１５Ａ，１５Ｂ内に導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂを充填する。この導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂは、この時点では、熱処理による完全硬化を行わない。有機絶縁性樹脂１４を完全硬化させなかったのと同じ理由で、後の工程で、基板２とコンデンサとの密着性を良くするためである。尚、導電性ペーストに含まれる導電性微粒子には、このあとの剥離層９のエッチング除去の際のエッチング液に溶解しないものを用いる。
【００３６】
次に、図３（ａ）に示すように、基板８の上記導電ペースト１６Ａ，１６Ｂが露出している側の面と、基板２の電極３Ａ，３Ｂが形成されている面とを向い合せる。本実施例では、基板２として、ＬＳＩチップにコンデンサを接続するための電極３Ａ，３Ｂが形成されているものを用いた。この基板２の表面には、電極３Ａ，３Ｂとポリイミドなどの有機樹脂絶縁体１７とが形成されている。
【００３７】
この後、図３（ｂ）に示すように、上記の状態を保持しつつ、基板２と基板８とを例えば平行平板型真空プレス装置内に設置し、両基板の間に加熱、加圧処理を行う。この処理により、有機絶縁樹脂層１４と導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂとが完全硬化して、フィルドビアを有する薄膜コンデンサの原型の積層体と基板２の両者が密着することとなり、薄膜コンデンサ１の下側の電極４Ａになる部分と基板２の電極３Ａとが、フィルドビア５Ａで電気的に接続される。また、基板２の電極３Ｂに、コンデンサの原型の積層体側のフィルドビア５Ｂが接続する。
【００３８】
次に、エッチング処理により、剥離層９だけを選択的に溶解させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、基板８を除去する。本実施例では、Ｃｒ薄膜のエッチング液として、塩酸と塩化アンモニウムの混合水溶液を用いた。
【００３９】
この後、図４（ａ）に示すように、コンデンサの原型の積層体を、薄膜コンデンサ１の形状にパターニングする。パターニングは、通常のフォトリソグラフィ法により、接着層１０、電極層１１、誘電体層１２、電極層１３を、有機絶縁樹脂層１４に達するまで順次除去することで行う。このようにして薄膜コンデンサ１の形成が完了し、ペロブスカイト型結晶構造の誘電体を有する、特性の良好な薄膜コンデンサ１が基板２上に転写される。
【００４０】
次に、転写したコンデンサ１上に、例えばポリイミドからなる有機絶縁樹脂層１８を形成し、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて、この有機絶縁樹脂層１８にスルーホール１９Ａ，１９Ｂを開け、コンデンサ１の上側の電極層４Ｂの一部と、フィルドビア５Ｂの表面を露出させる。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、スルーホール１９Ａ，１９Ｂ内に導電性ペースト２０Ａ，２０Ｂを充填し、有機絶縁樹脂膜１８と導電性ペースト２０Ａ，２０Ｂとを一括して熱処理して、フィルドビア６Ａ，６Ｂを形成する。そして、有機絶縁樹脂層１８の表面に機械的研磨処理を施して、その表面を平滑化させると共に、フィルドビア６Ａ，６Ｂの頂部を有機絶縁樹脂層１８から露出させる。
【００４２】
この後、図１に示すように、有機絶縁樹脂層１８の表面に、フィルドビア６Ａの露出部とフィルドビア６Ｂの露出部とをつなぐ上層配線７や、特に図示することはしないが、有機絶縁樹脂層１８上に他の電子部品を実装するための配線を形成する。本実施例においては、上層配線７を、電気めっきにより形成した。これにより、コンデンサ１の上側の電極４Ｂと基板２の電極３Ｂとが、フィルドビア６Ａ、上層配線７、フィルドビア６Ｂ、フィルドビア５Ｂを介して接続され、図１に示す本実施例に係る薄膜コンデンサ内蔵の多層配線板が完成する。
【００４３】
本実施例に係る薄膜コンデンサ内蔵の多層配線板においては、フィルドビアにより薄膜コンデンサ１の電極４Ａ，４Ｂと基板２の電極３Ａ，３Ｂとの間を接続するので、コンデンサ１のパターンニングの際の位置ずれや、有機絶縁樹脂層１８にスルーホール１９Ａ，１９Ｂを開けるとき（図４（ａ），（ｂ）参照）の位置ずれに起因するコンデンサの電極間の短絡を防止することができる。また、コンデンサの電極４Ａと基板２の電極３Ａとの間の断線も減少して、製造時の良品率が向上し、また長期における接続の信頼性も向上する。
【００４４】
しかも、本実施例に係る多層配線板においては、コンデンサ１を覆う最上層の有機絶縁樹脂層１８の表面を、フィルドビア６Ａ，６Ｂの表面も含めて、平滑にすることができるので、例えば上層配線７のような最外層の配線を微細化することが可能となり、また、コンデンサ１以外の他の個別電子部品の搭載することも可能になる。これにより、この多層配線板を用いる電子回路をより高密度に実装することが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施例（実施例２）について、説明する。本発明の実施例２に係る多層配線板の断面を示す図５を参照して、本実施例に係る多層配線板においても、基板２の上に有機絶縁樹脂層１４と有機絶縁樹脂層１８の２層の樹脂層が形成されていて、それらの樹脂層の中に薄膜コンデンサ１と、４つのフィルドビア５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂが埋め込まれていて、基板２の電極３Ａとコンデンサの下側の電極４Ａとがフィルドビア５Ｂで接続され、コンデンサの上側の電極４Ａと基板２の電極３Ｂとが、フィルドビア６Ａ，上層配線７，フィルドビア６Ｂ，フィルドビア５Ｂを介して接続されている。
【００４６】
つまり、有機絶縁樹脂層１４と有機絶縁樹脂層１８の両者からなる有機樹脂層の中に薄膜コンデンサ１と、そのコンデンサの電極と基板２の電極とを接続するための４つのフィルドビア５Ａ，５Ｂ６Ａ，６Ｂが埋め込まれていて、有機絶縁層１８の表面に上層配線７が形成されているという観点からすれば、本実施例に係る多層配線板は、実施例１に係る多層配線板と同じである。但し、実施例１に係る多層配線板においては、一層目の有機絶縁樹脂層１４にはフィルドビア５Ａとフィルドビア５Ｂだけが設けられていたのに対し、本実施例に係る多層配線板では、それら２つのフィルドビアに加えて、薄膜コンデンサ１も埋め込まれている点が違っている。製造方法でいえば、コンデンサ１の形状を、製造工程の早い時期（コンデンサの原型の積層体を基板２に接着する以前の段階）に定めてしまう点が、実施例１と異なっている。以下に、本実施例に係る多層配線板の製造方法について述べる。
【００４７】
本実施例に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図６〜図８を参照して、先ず、図６（ａ）に示すように、実施例１におけると同様にして、基板（酸化膜被覆されたシリコンウエーハ）８上に剥離層（Ｃｒ膜）９、接着層（Ｔｉ膜）１０、電極層（Ｐｔ膜）１１、誘電体層（チタン酸バリウムストロンチウム膜）１２および電極層（Ｐｔ膜）１３を順次積層して、薄膜コンデンサの原型の積層体を作製する。
【００４８】
この後、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により電極層１３、誘電体層１２、電極層１１、接着層１０を、コンデンサ１になるべき部分だけを残して、剥離層９に達するまで除去してコンデンサ１のパターンを形成する。
【００４９】
次に、露出した剥離層９とコンデンサ１の上に、ポリイミドからなる有機絶縁樹脂層１４を形成し、その有機絶縁樹脂層１４に、フォトリソグラフィ法によって、図６（ｃ）に示すように、コンデンサの上側の電極４Ｂに達するスルーホール１５Ａと、剥離層９に達するスルーホール１５Ｂとを開ける。この際、有機絶縁樹脂層１４は、この時点では熱処理による完全硬化を行わない。実施例１におけると同じ理由で、この後の、コンデンサ１を基板２に転写するときの密着性を良くするためである。
【００５０】
次に、図６（ｄ）に示すように、上記スルーホール１５Ａ，１５Ｂ内に導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂを充填する。その際、導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂは、熱処理による完全硬化を行わない。コンデンサ１を基板２に転写するときの密着性を良くするためである。尚、導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂに含ませる導電性粒子には、この後の剥離層９のエッチング除去の際のエッチング液に溶解しないものを選ぶ。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、基板８の導電ペースト１６Ａ，１６Ｂが露出している側の面と、基板２の電極３Ａ，３Ｂが設けられている側の面を向かい合わせにして対面させる。基板２は、実施例１のときと同じく、表面にポリイミドからなる有機絶縁樹脂体１７と電極３Ａ，３Ｂが形成されているＬＳＩチップである。
【００５２】
この後、図７（ｂ）に示すように、実施例１におけると同様に、基板２と基板８とを、例えば平行平板型真空プレス装置内に設置し、両基板の間に加熱、加圧処理を行う。この工程により、有機絶縁樹脂層１４と導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂとが完全硬化して、基板２と薄膜コンデンサ１が形成されている基板８の両者とが密着し、薄膜コンデンサ１の下側の電極４Ａと基板２の電極３Ａとが、導電性ペースト１６Ａが埋め込まれたフィルドビア５Ａを介して電気的に接続される。同時に、基板２のもう一方の電極３Ｂと導電性ペースト１６Ｂが埋め込まれたフィルドビア５Ｂとが接続される。
【００５３】
次に、剥離層９を選択的にエッチングして溶解させて、図７（ｃ）に示すように、基板８を基板２から除去する。これまでの工程で、ペロブスカイト型結晶構造を有する、特性の良好な薄膜コンデンサ１が基板２上に転写され、この薄膜コンデンサの下側の電極４Ａと基板２の電極３Ａとがフィルドビア５Ａを介して接続し、同時に、基板２のもう一方の電極３Ｂ上にはフィルドビア５Ｂが形成される。
【００５４】
この後、コンデンサ１の上側の電極４Ａと基板２の電極３Ｂとの接続工程に移る。先ず、図８（ａ）に示すように、コンデンサの上側の電極４Ｂの上およびフィルドビア５Ｂの上に、フィルドビアの充填材となる導電材２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ形成する。本実施例では、電気めっき法によりこれらの導電材２１Ａ，２１Ｂを形成した。
【００５５】
次に、上述の導電材２１Ａ，２１Ｂを設けた基板８の全面に、ポリイミドなどの有機絶縁樹脂を塗布し、熱硬化させて有機絶縁樹脂層１８を形成する。更に、その有機絶縁樹脂層１８に機械的研磨を施して、図８（ｂ）に示すように、有機絶縁樹脂層１８の表面を平滑にすると共に、導電材２１Ａ，２１Ｂを有機絶縁樹脂層１８から露出させ、フィルドビア６Ａ，６Ｂを形成する。
【００５６】
この後、実施例１におけると同様にして、有機絶縁樹脂層１８上に、フィルドビア６Ａ，６Ｂの露出部どうしを接続する上層配線７（図５参照）や、他の電子部品を搭載するための図示しない配線を形成して、図５に示す本実施例に係る多層配線板を完成する。
【００５７】
上に述べた実施例２は、以下に述べる第３の実施例（実施例３）のように変形できる。すなわち、コンデンサの原型の積層体から薄膜コンデンサ１の形状にパターニングする際、接着層１０の一部を残しておく方法である。すなわち、実施例２において、図６（ａ）から図６（ｂ）に移る工程で、薄膜コンデンサ１の形状をパターニングする際に、図９（ａ）に示すように、フィルドビア５Ｂになるべき部分に、接着層１０を残しておくのである。
【００５８】
その後、実施例２におけると同様に、コンデンサ１と、上記フィルドビア５Ｂになるべき部分の接着層１０と、その他の剥離層９の全面を覆うポリイミド層１４を形成し（図９（ｂ））、フォトリソグラフィ法によってスルーホール１５Ａ，１５Ｂを開け、それらのスルーホールを導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂで埋める（図９（ｃ））。
【００５９】
次に、実施例２におけると同様に、基板８と基板２とを向い合せにし（図１０（ａ））、密着させ、平行平板型真空プレス装置内で基板８と基板２に加熱、加圧処理を行う。これにより、有機絶縁樹脂層１４と導電性ペースト１６Ａ，１６Ｂとが完全硬化して、図１０（ｂ）に示すように、基板２とコンデンサＢを有する基板８の両者が密着し、コンデンサの下側の電極４Ａと基板２の電極３Ａとが、導電性ペースト１６Ａで埋められたフィルドビア５Ａを介して電気的に接続される。同時に、基板２のもう一方の電極３Ｂ上に、導電性ペースト１６Ｂで埋められたフィルドビア５Ｂが形成される。
【００６０】
この後、実施例２におけると同様に、剥離層９だけをエッチングして選択的に溶解させることで、基板８を基板２から除去する。以下、実施例２におけると同様に、コンデンサの上側の電極４Ｂとフィルドビア５Ｂの上に導電材２１Ａ，２１Ｂを形成し（図１０（ｃ））、ポリイミド膜１８の形成、表面の機械的研磨の工程（図８（ｂ）参照）、上層配線７の形成を経て本実施例に係る多層配線板を完成する。
【００６１】
本実施例においては、図１０（ｂ）から図１０（ｃ）に移るときの剥離層９のエッチング除去の際、接着層１０がフィルドビア５Ｂの導電性ペースト１６Ｂを剥離層９のエッチング液から保護するカバー層となるので、導電性ペースト１６Ｂに含ませる導電性粒子の選択の幅が増える。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンデンサを必要とする配線基板に、その基板とは異なる基板に予め形成しておいたコンデンサを転写することで、コンデンサの誘電体に高温熱処理を要する高誘電率の物質を用いることを可能にすると共に、配線基板の端子とコンデンサとを最短距離で接続できるようにした、コンデンサ内蔵の多層配線板において、コンデンサの電極どうしの短絡を防止すると共に、コンデンサと配線基板の端子との間の接続配線の断線を防止することができる。
【００６３】
また、上記コンデンサ内蔵の多層配線板において、表面の凹凸を無くし平滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る多層配線板の完成後の断面を示す図である。
【図２】実施例１に係る多層配線板の断面を、製造工程順に示す図である。
【図３】実施例１に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図２に続く工程に係る図である。
【図４】実施例１に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図３に続く工程に係る図である。
【図５】本発明の実施例２に係る多層配線板の完成後の断面を示す図である。
【図６】実施例２に係る多層配線板の断面を、製造工程順に示す図である。
【図７】実施例２に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図６に続く工程に係る図である。
【図８】実施例２に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図７に続く工程に係る図である。
【図９】実施例３に係る多層配線板の断面を、製造工程順に示す図である。
【図１０】実施例３に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図９に続く工程に係る図である。
【図１１】従来の技術に係る多層配線板の完成後の断面を示す図である。
【図１２】従来の技術に係る多層配線板の断面を、製造工程順に示す図である。
【図１３】従来の技術に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図１２に続く工程に係る図である。
【図１４】従来の技術に係る多層配線板の断面を製造工程順に示す図であって、図１３に続く工程に係る図である。
【符号の説明】
１　　薄膜コンデンサ
２　　基板
３Ａ，３Ｂ　　基板２の電極
４Ａ，４Ｂ　　コンデンサの電極
５Ａ，５Ｂ　　フィルドビア
６Ａ，６Ｂ　　フィルドビア
７　　上層配線
８　　基板（シリコンウエーハ）
９　　剥離層
１０　　接着層
１１　　電極層
１２　　誘電体層
１３　　電極層
１４　　有機絶縁樹脂層
１５Ａ，１５Ｂ　　スルーホール
１６Ａ，１６Ｂ　　導電性ペースト
１７　　有機絶縁樹脂体
１８　　有機絶縁樹脂層
１９Ａ，１９Ｂ　　スルーホール
２０Ａ，２０Ｂ　　導電性ペースト
２１Ａ，２１Ｂ　　導電材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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