(57)【要約】  【課題】  低コストで、所望の位置にビア電極を形成することができる半導体装置実装用平板基板の製造方法を提供する。【解決手段】  半絶縁性の平板基板表面に形成された第１の電極と平板基板裏面に形成された第２の電極を接続するビア電極を形成する際、焼成形成した半絶縁性平板基板表面にマイクロブラスト加工法により凹部を形成し、導電性物質を充填する。その後、所望の厚さとなるまで薄層化する。このビア電極と接続する第１の電極と、第２の電極を形成することにより、半導体装置実装用平板基板を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性の平板基板表面に形成された第１の電極を、前記平板基板を貫通する貫通穴に充填した導電性物質により、前記平板基板裏面に形成された第２の電極に接続するビア電極を備えた半導体装置実装用平板基板の製造方法において、
焼成形成した半絶縁性の平板基板を用意する工程と、
該平板基板表面の前記ビア電極形成予定領域に凹部を形成する工程と、
該凹部内に、導電性物質を充填する工程と、
前記平板基板を前記半導体装置実装用平板基板の厚さとなるまで薄層化するとともに、該平板基板表面及び裏面に前記導電性物質の一部を露出し、前記ビア電極を形成する工程と、
前記平板基板表面に前記ビア電極と接続する第１の電極を形成する工程と、
前記平板基板裏面に露出する前記ビア電極と接続する第２の電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置実装用平板基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、
少なくとも前記平板基板表面に形成した前記凹部内に、導電性物質からなる薄膜を形成し、該薄膜上に導電性物質のメッキ層を形成して、前記凹部内に導電性物質を充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置実装用平板基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、
少なくとも前記平板基板表面に形成した前記凹部内に、直接あるいは導電性物質からなる薄膜を形成した後、溶融可能な導電性物質を載置し、加熱処理を行うことで、前記導電性物質を溶融し、前記凹部内に導電性物質を充填する工程を含むことを特徴とする半導体装置実装用平板基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、
前記平板基板表面に、前記ビア電極形成予定領域を開口するマスク膜を形成し、前記開口内に露出する前記平板基板表面に、微細砥粒を噴射し、露出する前記平板基板表面を選択的に除去し、前記凹部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体実装用平板基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、
前記平板基板表面に、マイクロストリップ線路で構成した信号伝送線路を形成する工程と、
前記ビア電極により接続する前記第１の電極及び前記第２の電極からなる接地電極を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置実装用平板基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置実装用平板基板の製造方法に関し、特にビア電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波やミリ波帯の発振器に用いられるガンダイオードのような、数ワット以上の消費電力の高電力半導体装置を実装する平板基板として、アルミナ焼結体や窒化アルミニウム焼結体等からなる実装基板上にマイクロストリップ線路を形成した平板基板が広く使用されている。特に窒化アルミニウムは、熱伝導率がアルミナの８〜１０倍程度の１７０〜２３０Ｗ／ｍＫであり、また熱膨張係数が４．４×１０-6／℃であり、実装する素子を構成するＳｉやＧａＡｓの熱膨張係数に近いため、高電力半導体装置の実装用基板として優れている。
【０００３】
この種の半導体装置の一例であるガンダイオード発振器について説明する。ガンダイオード発振器において、発振素子としてガンダイオード１を用い、半導体装置実装用平板基板２に実装した断面図を図５に模式的に示す。ガンダイオード１の表面には、導電性の突起電極で構成されたカソード電極３とアノード電極４が形成されている。実装用平板基板２は、窒化アルミニウムからなる半導体装置実装用の平板基板５の表面にカソード電極３と接続するマイクロストリップ線路で構成した信号線路６と、アノード電極４と接続する表面接地電極７が形成されており、裏面には裏面接地電極８が形成されている。また、表面接地電極７と裏面接地電極８は、平板基板５を貫通し、導電性物質を充填したビア電極９によって接続されている。
【０００４】
従来の実装用平板基板２のビア電極９は、平板基板５を構成するグリーンシートのビア電極形成予定領域に貫通孔を形成し、この貫通孔内に導体ペーストを充填した後、焼結する方法により形成していた。たとえば、窒化アルミニウム基板の場合、グリーンシートは１５００℃以上で焼結形成していた。この焼結により、グリーンシートは収縮することになる。
【０００５】
一方本願出願人は、ガンダイオード発振器において、図５に示す２つのビア電極９の間隔が変化することで、ガンダイオード発振器の発振周波数がばらつくことを見出した（特許文献１参照）。図６に、図５に示す平板基板５を貫通して形成された２つのビア電極９の間隔が変化することで、ガンダイオード発振器の発振周波数が変化する一例を示している。従って、発振周波数のバラツキを無くすためには、ビア電極が形成される位置を常に所望の位置にする必要があることがわかる。
【０００６】
ビア電極を所望の位置に形成する方法として、焼結形成した平板基板にレーザ光を照射し、ビア電極形成予定領域毎に貫通孔を形成し、スクリーン印刷などにより導電性物質を貫通孔に充填する方法がある。
【特許文献１】特開２００１−１８５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の焼結によるビア電極及び平板基板の形成方法では、平板基板が収縮し、ビア電極が形成される位置精度が悪かった。しかも、平板基板の焼結により収縮率は、表面に形成する信号線路等の配置によって異なり、制御するのが難しかった。そのため、ビア電極を所望の位置に形成することが難しいという問題点があった。また焼結後にビア電極を形成する場合、焼結形成した平板基板にレーザ光を照射して貫通孔を形成する方法は、貫通孔毎にレーザ光を照射する必要があるため、加工に時間がかかり、製造コストが嵩んでしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解消し、低コストで、所望の位置にビア電極を形成することができる半導体装置実装用平板基板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】
【０００９】
上記目的を達成するため本願請求項１に係る発明は、半絶縁性の平板基板表面に形成された第１の電極を、前記平板基板を貫通する貫通穴に充填した導電性物質により、前記平板基板裏面に形成された第２の電極に接続するビア電極を備えた半導体装置実装用平板基板の製造方法において、焼成形成した半絶縁性の平板基板を用意する工程と、該平板基板表面の前記ビア電極形成予定領域に凹部を形成する工程と、該凹部内に、導電性物質を充填する工程と、前記平板基板を前記半導体装置実装用平板基板の厚さとなるまで薄層化するとともに、該平板基板表面及び裏面に前記導電性物質の一部を露出し、前記ビア電極を形成する工程と、前記平板基板表面に前記ビア電極と接続する第１の電極を形成する工程と、前記平板基板裏面に露出する前記ビア電極と接続する第２の電極を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、少なくとも前記平板基板表面に形成した前記凹部内に、導電性物質からなる薄膜を形成し、該薄膜上に導電性物質のメッキ層を形成して、前記凹部内に導電性物質を充填する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、少なくとも前記平板基板表面に形成した前記凹部内に、直接あるいは導電性物質からなる薄膜を形成した後、溶融可能な導電性物質を載置し、加熱処理を行うことで、前記導電性物質を溶融し、前記凹部内に導電性物質を充填する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれか記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、前記平板基板表面に、前記ビア電極形成予定領域を開口するマスク膜を形成し、前記開口内に露出する前記平板基板表面に、微細砥粒を噴射し、露出する前記平板基板表面を選択的に除去し、前記凹部を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれか記載の半導体装置実装用平板基板の製造方法において、前記平板基板表面に、マイクロストリップ線路で構成した信号伝送線路を形成する工程と、前記ビア電極により接続する前記第１の電極及び前記第２の電極からなる接地電極を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置実装用平板基板の製造方法によれば、簡便に、焼結後の所望の位置にビア電極を形成することができる。焼結後にビア電極形成予定領域に貫通孔を形成するため、形成位置のズレはほとんどない。特に貫通孔を形成する際、マスク材を形成してビア電極形成領域を開口する場合、通常の半導体装置の製造方法を用いることができるので、形成位置のズレは、数μｍ程度となり、非常に制御性が良い。
【００１５】
また、凹部を形成する方法は、マイクロブラスト加工法のように複数個の凹部を同時に形成する方法を用いることができるため、従来のレーザ加工法に較べて製造コストを低く抑えることができる。
【００１６】
特に本発明の平板基板を用いてガンダイオード発振器を形成した場合、ビア電極の間隔を設計通りの位置に形成することができるので、発振周波数のばらつきの少ない発振器を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について説明する。本発明の半導体装置実装用平板基板は、マイクロストリップ線路を形成するため、半絶縁性誘電体からなるセラミック、シリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンド等から形成することができる。特に高電力半導体装置を実装する場合には、窒化アルミニウム、シリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドのように比抵抗が１×１０6Ω・ｃｍ以上で、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍＫ以上の半絶縁性平板基板を用いるのが好ましい。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例の説明図である。積層したグリーンシートをＮ2雰囲気中、１８００℃で９時間焼結し、厚さ３００μｍ程度の平板基板１１を形成する。ここで、平板基板１１の厚さは、半導体装置実装用平板基板の厚さより厚いものを用意する。平板基板１１上にマスク材となる厚み１００μｍの感光性のドライフィルム１２をラミネートし（図１ａ）、通常のフォトリソグラフ法に従い、フォトマスクを介して紫外線を照射し、現像し、乾燥することにより、所望の位置に直径３５０μｍ程度の円形に開口するマスクパターンを形成する（図１ｂ）。マイクロブラスト加工を行うため、圧縮空気のキャリアーガスにより加速された数μｍ〜数十μｍの炭化珪素からなる微細砥粒１３をノズルから噴射させる。微細砥粒１３は、ドライフィルム１２の開口部に露出する平板基板１１表面に高速かつ高密度に衝突することにより、平板基板１１に凹部１４を形成する（図１ｃ）。ここで、凹部１４の深さは、半導体装置実装用平板基板の厚さより深く形成するものとし、平板基板１１を貫通することはない。また凹部１４の断面形状は、図に示すように逆台形形状となる。その後、マスク材１２を除去することにより、表面に凹部１４が形成された平板基板１１が形成する（図１ｄ）。
【００１９】
次に平板基板１１表面に、たとえば電子ビーム蒸着装置を用いて、金属薄膜１５（導電性の薄膜）を形成する（図２ａ）。凹部１４は、その断面形状が逆台形形状であるため、凹部１４表面は、金属薄膜１５で被覆される。通常のフォトリソグラフ法により、凹部１４が形成された領域を開口するように、フォトレジスト１６をパターニングする（図２ｂ）。ここで、凹部１４の底部にフォトレジスト１６が残らないようにする。凹部１４内に金属薄膜１５を形成するため、凹部１４の断面形状は、少なくとも底面方向に向かって傾斜する形状が好ましいが、円錐状あるいは円柱状であっても良い。
【００２０】
メッキ法により、凹部１４に露出する金属薄膜１５上に導電性金属、たとえば金からなるメッキ層１７を形成し、凹部１４の内部をメッキ層１７で充填する（図２ｃ）。このとき、フォトレジスト１６上にメッキ層１７が広がっても良い。また、後述する平板基板の研磨により除去される部分の凹部１４内には、必ずしもメッキ層１７が充填される必要はなく、ビア電極を構成する部分にメッキ層１７が形成されていれば良い。
【００２１】
フォトレジスト１６を除去した後、平板基板１１表面を研磨し、フォトレジスト１６上に広がったメッキ層１７、平板基板１１上に形成した金属薄膜１５を除去し、平板基板１１の表面とほぼ同一な表面を有するメッキ層１７（金属薄膜１５の一部を含む）を露出させる。このとき、平板基板１１を研磨しても良い。一方平板基板１１の裏面も研磨し、開口部１４内に充填したメッキ層１７（金属薄膜１５の一部を含む）を露出させる。この平板基板１１の表面及び裏面の研磨により、ビア電極５を備えた半導体装置実装用平板基板５として必要な厚さに加工されたことになる（図２ｄ）。
【００２２】
以下、通常の方法により、半導体装置実装用平板基板５表面に信号伝送線路、接地用電極をパターニング形成することにより、マイクロストリップ線路（図示せず）を形成する。以上のように形成した半導体装置実装用平板基板は、焼結後にビア電極形成予定領域に凹部を形成するため、位置ズレがほとんどなく形成することができる。具体的には、従来技術ではビア電極は数百ミクロン程度のズレがあったが、本発明ではフォトリソグラフ法を用いてビア電極を形成するために、数ミクロン程度のズレとなり、ミリ波帯などの高周波帯の実装基板に使用しても周波数特性のバラツキ等が発生しなくなった。
【実施例２】
【００２３】
次に第２の実施例について説明する。第１の実施例で説明した同様の方法により、表面に凹部１４を形成した平板基板１１を用意する（図１ｄ）。この凹部１４内に溶融可能な金属、たとえば銅からなる溶融金属粒１８を充填する（図３ａ）。溶融金属粒１８は、図３ａに示すような凹部１４の直径に合わせたボール形状として凹部１箇所に１個の溶融金属粒１８を載置しても良いし、粒子の小さい金属粒を複数個載置しても良い。銅を用いた場合、銅の融点は１０８４℃であるので、それ以上の温度、例えば１２００℃で、３時間加熱することにより、溶融金属粒１８は凹部１４内で溶融し、これが接触している平板基板（焼結基板）側面に浸透する。その後常温に戻すと、凹部１４内に溶融金属１９を充填した平板基板１１を得ることができる（図３ｂ）。ここで、凹部１４内に充填される溶融金属１９は、図３ｂに示すように、表面が凹状となる。また底面に溶融金属１９が充填されない空隙が残る場合がある。そこで、これらの凹状部、あるいは凹状部及び空隙部を除去するため、平板基板１１の表面及び裏面を研磨し、溶融金属１９表面と平板基板１１表面をほぼ一致させる（図３ｃ）。この平板基板１１の表面及び裏面の研磨により、ビア電極９を備えた半導体装置実装用の平板基板５として必要な厚さに加工することになる。
【００２４】
以下、通常の方法により、半導体装置実装用平板基板５表面に信号伝送線路、接地用電極をパターニング形成することにより、マイクロストリップ線路（図示せず）を形成する。以上のように形成した半導体装置実装用平板基板は、焼結後にビア電極形成予定領域に凹部を形成するため、位置ズレがほとんどなく形成することができる。具体的には、従来技術ではビア電極は数百ミクロン程度のズレがあったが、本発明ではフォトリソグラフ法を用いてビア電極を形成するために、数ミクロン程度のズレとなり、ミリ波帯などの高周波帯の実装基板に使用しても周波数特性のバラツキ等が発生しなくなった。
【実施例３】
【００２５】
次に、第３の実施例について説明する。第１の実施例で説明した同様の方法により、積層したグリーンシートをＮ2雰囲気中、１８００℃で９時間焼結し、厚さ３００μｍ程度の平板基板１１を形成する。ここで、平板基板１１は窒化アルミニウムからなり、その厚さは、半導体装置実装用平板基板の厚さより厚いものを用意する。平板基板１１上にマスク材となる厚み１００μｍの感光性のドライフィルム１２をラミネートし（図１ａ）、通常のフォトリソグラフ法に従い、フォトマスクを介して紫外線を照射し、現像し、乾燥することにより、所望の位置に、直径３５０μｍ程度の円形に開口するマスクパターンを形成する（図１ｂ）。マイクロブラスト加工を行うため、圧縮空気のキャリアーガスにより加速された数μｍ〜数十μｍの炭化珪素からなる微細砥粒１３をノズルから噴射させ、ドライフィルム１２の開口部に露出する平板基板１１上に高速かつ高密度に衝突させることにより、平板基板１１に凹部１４を形成する（図１ｃ）。ここで凹部１４の深さは、半導体装置実装用平板基板の厚さより深く形成するものとし、平板基板１１を貫通することはない。また凹部１４の断面形状は、逆台形形状となる。その後本実施例では、マスク材１２を除去することなく、電子ビーム蒸着法等により、全面にチタン厚さ０．１μｍの（Ｔｉ）／厚さ０．５μｍの銅（Ｃｕ）からなる積層膜２０を形成し、その後マスク材１２を除去する。その結果、凹部１４内に選択的に積層膜２０を形成することができる（図４ａ）。以下、第２の実施例と同様に、凹部１４内に溶融可能な金属、たとえば銅からなる溶融金属粒１８を載置する（図４ｂ）。溶融金属粒１８は、凹部１４の直径に合わせたボール形状として凹部１箇所に１個の溶融金属粒１８を載置しても良いし、粒子の小さい金属粒を複数載置しても良い。銅を用いた場合、銅の融点は１０８４℃であるので、それ以上の温度、例えば１２００℃で、３時間加熱することにより、溶融金属粒１８は凹部１４内で溶融する。この加熱処理によって、平板基板１１を構成する窒素と積層膜１９を構成するチタンが反応し、界面に窒化チタンが形成し、平板基板と溶融金属の接着性が向上することになる。その後常温に戻すと、凹部１４内に溶融金属１９を充填した平板基板１１を得ることができる（図４ｃ）。ここで、凹部１４内に充填される溶融金属１９は、図４ｃに示すように、表面が凹状となる。また底面に溶融金属１９が充填されない空隙が残る場合がある。そこで、これらの凹状部または凹状部及び空隙部を除去するため、平板基板１１の表面及び裏面を研磨し、溶融金属１９表面と平板基板１１表面をほぼ一致させる（図４ｄ）。この平板基板１１の表面及び裏面の研磨により、ビア電極９を備えた半導体装置実装用の平板基板５として必要な厚さに加工することになる。
【００２６】
以下、通常の方法により、半導体装置実装用平板基板５表面に信号伝送線路、接地用電極をパターニング形成することにより、マイクロストリップ線路（図示せず）を形成する。以上のように形成した半導体装置実装用平板基板は、焼結後にビア電極形成予定領域に凹部を形成するため、位置ズレがほとんどなく形成することができる。具体的には、従来技術ではビア電極は数百ミクロン程度のズレがあったが、本発明ではフォトリソグラフ法を用いてビア電極を形成するために、数ミクロン程度のズレとなり、ミリ波帯などの高周波帯の実装基板に使用しても周波数特性のバラツキ等が発生しなくなった。
【００２７】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは言うまでもない。たとえば、実施例１で説明した金属薄膜１５は一層の金属膜でなく積層膜で形成できるし、実施例３で説明した積層膜２０はＴｉ膜／Ｃｕ膜の代わりに別の金属膜あるいは積層膜とすることができる。また実施例２、実施例３で説明した溶融金属粒はＣｕの代わりに金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）に変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施例を説明する図である。
【図５】本発明の半導体装置実装用平板基板を用いて形成したガンダイオード発振器を模式的に示した図である。
【図６】ガンダイオード発振器の発振周波数の変化を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１：ガンダイオード、２：半導体装置実装用平板基板、３：カソード電極、４：アノード電極、５：半導体装置実装用の平板基板、６：信号線路、７：表面接地電極、８：裏面接地電極、９：ビア電極、１１：平板基板、１２：ドライフィルム、１３：微細砥粒、１４：凹部、１５：金属薄膜、１６：フォトレジスト、１７：メッキ層、１８：溶融金属粒、１９：溶融金属、２０：積層膜
【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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