(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ムライトを主成分とするセラミックスからなる絶縁層の表面あるいは絶縁層間にメタライズ配線層が配設されたセラミック絶縁基板の内部または表面に、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有する高誘電体層を一対の電極層により挟持してなるコンデンサ部を積層配設したことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記高誘電率付与剤がＷ、Ｍｏの少なくとも１種からなり、かつ前記電極層が前記高誘電率付与剤と同一材料を主成分とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記高誘電率付与剤がＷ、前記電極層がＭｏを主成分とするか、或いは、前記高誘電率付与剤がＭｏ、前記電極層がＷを主成分とするものであり、且つ前記高誘電体層の厚みが３０μｍ以上である請求項１記載の多層配線基板。
【請求項４】
ムライトを主成分とするセラミックスからなる絶縁層の表面あるいは絶縁層間にメタライズ配線層が配設され、且つ半導体素子を収納する収納部を有するセラミック絶縁基板の内部または表面に、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を含有する高誘電体層を一対の電極層により挟持してなるコンデンサ部を積層配設したことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
前記高誘電率付与剤がＷ、Ｍｏの少なくとも１種からなり、かつ前記電極層が前記高誘電率付与剤と同一材料を主成分とする請求項４記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項６】
前記高誘電率付与剤がＷ、前記電極層がＭｏを主成分とするか、或いは、前記高誘電率付与剤がＭｏ、前記電極層がＷを主成分とするものであり、且つ前記高誘電体層の厚みが３０μｍ以上である請求項４記載の半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高誘電体層と一対の電極層からなるコンデンサ部を具備する多層配線基板および半導体素子収納用パッケージに関するもので、より詳細には安定した電気的特性、優れた密封性能および機械的強度を有する多層配線基板およびパッケージに関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体素子収納用パッケージでは、半導体素子（集積回路）は外来ノイズや不要輻射により誤動作を生じ易いために、従来より３０〜１００μＦ程度の容量を持ったコンデンサ部を電源側と接地側との間に介在することにより、ノイズを吸収し誤動作を防止していた。このコンデンサ部は一般にはセラミック誘電体を一対の電極層で挟持したものからなり、従来はこのコンデンサの接続をパッケージとは別の外付けにより行なっていたため、実装密度の向上を図ることができなかった。
【０００３】
このような欠点を解決するための方法として、アルミナを主成分とする絶縁層の間に、アルミナ等の誘電体層をＷあるいはＭｏからなる一対の電極層により挟持したコンデンサ部を介装した半導体素子収納用パッケージが知られている（特開昭６２−１６９４６１号公報参照）。
【０００４】
また、多層アルミナ質配線基板としては、例えば、特開平３−８７０９１号公報に開示されるように、両側にＷまたはＭｏ等の高融点金属を主成分とするペーストを塗布または印刷してなる一対の電極層が形成され、かつ、アルミナ中にＷまたはＭｏからなる高誘電率付与剤を含有する高誘電体層を電極層で挟持したコンデンサ部をアルミナを主成分とする絶縁層間に介装した多層アルミナ質配線基板が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、従来の配線基板や半導体素子収納用パッケージ中に具備される高誘電体層は、電気特性が未だ不安定であり、高誘電体層を挟持する電極層間の絶縁抵抗が低下し、著しい場合には電極層間がショートする等のおそれがあった。また、多層構造物の密封性（気密性）も不十分であり、湿気等が浸透して電極層の表面抵抗を変化させたり、あるいは電極層と高誘電体層や絶縁層との間に十分な接合強度が得られない等の欠点があった。
【０００６】
さらに、高誘電体層中の成分、特にＷやＭｏなどの成分は隣接する電極層や絶縁層に拡散しやすく、また、逆に電極層を構成するＷやＭｏなどの高融点金属が高誘電体層中に拡散し、高誘電体層の組成に影響を及ぼしその結果、誘電体層の電気特性が変化し、安定した比誘電率等の電気特性が得られないという問題があった。
【０００７】
また、上記のような公知の高誘電体層含有配線基板や半導体素子収納用パッケージでは、２５〜４００℃における絶縁層の熱膨張率が約７×１０−６／℃程度であり、シリコンからなる半導体素子の熱膨張率約３．５×１０−６／℃と比較して非常に大きいため、絶縁層上に取り付けた半導体素子が脱落する虞があった。この傾向は、大型の半導体素子を取り付けた場合には特に顕著となるため、大型の半導体素子を実装できないという問題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、半導体素子と近似の熱膨張係数を有し、内部に高誘電体層を有しながら安定した電気的特性と優れた気密性および機械的強度を有するとともに、大型の半導体素子が実装可能な多層配線基板および半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、電極層と高誘電体層や絶縁層との間に優れた密着性、気密性および層間接着強度が得られるとともに、電極層構成材料の高誘電体層への拡散移行が抑制され、さらにＷやＭｏなどの成分の絶縁層への拡散を抑制できるコンデンサ部を具備した配線基板および半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
本発明の多層配線基板は、高誘電体層を一対の電極層により挟持したコンデンサー部を具備した多層配線基板であって、前記高誘電体層を、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤とから構成し、さらには、多層配線基板の絶縁層をムライトを主成分とするセラミックスにより構成するものである。
【００１１】
さらに、本発明の半導体素子収納用パッケージは、高誘電体層を一対の電極層により挟持したコンデンサー部を具備してなり、半導体素子の収容部を有する半導体素子収納用パッケージであって、前記高誘電体層を、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤とから構成し、さらには、多層配線基板の絶縁層をムライトを主成分とするセラミックスにより構成するものである。
【００１２】
また、上記多層配線基板および半導体素子収納用パッケージのいずれにおいても、高誘電率付与剤がＷ，Ｍｏの少なくとも一種からなり、かつ、電極層が前記高誘電率付与剤と同一材料を主成分とすることが望ましい。さらに、高誘電率付与剤がＷ、電極層がＭｏを主成分とする、或いは、高誘電率付与剤がＭｏ、電極層がＷを主成分とするものであって、高誘電体層の厚みが３０μｍ以上であることが望ましい。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、多層配線基板および半導体素子収納用パッケージにおいて、絶縁層をムライトを主成分とするセラミックスから構成し、絶縁層間あるいは表面に積層配設されるコンデンサ部の高誘電体層をムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有する高誘電体層により構成することにより、２５〜４００℃における絶縁層の熱膨張率が４〜６．８×１０−６／℃となり、アルミナ（７×１０−６／℃）よりシリコンからなる半導体素子の熱膨張率（約３．５×１０−６／℃）に近くなり、半導体素子の絶縁層からの脱落を防止することができる。
【００１４】
また、高誘電体層において、ムライトにＷ、Ｍｏ、ＲｅおよびＺｒＯ２を添加することにより、誘電率を高めることができる結果、コンデンサとして高い静電容量を得ることができる。例えば、ムライトに対してＹ２Ｏ３を含むＺｒＯ２（ＹＳＺ）を添加すると図１０に示されるように、また、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加することにより図９、図１１に示されるように、誘電率を向上させることができる。
【００１５】
また、高誘電体層は、電極層および絶縁層との積層状態において、次第に高誘電体層中の高誘電率付与剤が拡散し、高誘電率付与剤量が減少し誘電特性が徐々に変化する場合がある。また、ＺｒＯ２の場合、Ｙ２Ｏ３等の安定化剤が拡散しＺｒＯ２が脱安定化して特性が変化することもある。
【００１６】
そこで、本発明によれば、高誘電率付与剤をＷ、Ｍｏにより構成した場合、電極層を同一材料とすることにより誘電体層からＷやＭｏの拡散を防止することができる。また、高誘電率付与剤と電極層の材料が異なる場合には、電極層の厚みを３０μｍ以上に厚くすることにより拡散による特性変化を防止することができる。
【００１７】
また、高誘電率付与剤がＺｒＯ２からなる場合には、セラミック絶縁層中にＺｒＯ２や安定化剤のＹ２Ｏ３を添加することにより、ＺｒＯ２の拡散やＹ２Ｏ３の拡散によるＺｒＯ２の脱安定化を防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、高誘電体層および絶縁層の両方にガラス相を存在させると、高誘電体層、絶縁層、電極層および配線層の各層間の密着強度を向上させるとともに、パッケージにおいてはその気密性を高めることができる。
【００１９】
さらに、本発明の多層配線基板およびパッケージは、焼成時においてコンデンサ部の誘電体層の厚み変化を防止するとともに、それに伴う誘電特性の変化や焼成後のそりを防止し、安定に製造することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照しながら具体的に説明する。（多層配線基板の構造）図１は、本発明における多層配線基板の一例を示す図である。図１によれば、配線基板１中の絶縁層２中には、高誘電体層３と一対の電極層４、５とから構成されるコンデンサ部６が積層内在されている。また、絶縁層２の表面あるいは内部には配線層７が配設されている。また、図１の構成では、電極層４および５は、スルーホール８、９を通じて基板表面に導出されている。
【００２１】
さらに、本発明の多層配線基板は、図１の態様のようにコンデンサ部６が絶縁層２間に挟持される他に、例えば、図３に示すように、配線層７が内部に形成された絶縁層２の最表面に電極層５、高誘電体層３および電極層４を積層形成することもできる。この場合、コンデンサ部６は、外気と触れないようにその表面に樹脂などにより保護膜を形成してもよい。
【００２２】
（半導体素子収納用パッケージの構造）また、図２は、本発明における半導体素子収納用パッケージの一例を示す図である。図２によれば、半導体素子収納用パッケージ１０の基板は、複数の絶縁層１１が積層され、絶縁層１１の内部あるいは表面には配線層１２が配設されている。また、絶縁基体の内部には、高誘電体層１３とこれを挟持する一対の電極層１４、１５とによりコンデンサ部１６が形成されている。また、絶縁基体の上面には半導体素子１７を収納するための凹部（収納部）１８が形成され、収納部１８は蓋体１９により密閉されている。また、コンデンサ部１６の電極層１５は、スルーホール２０を通じて、配線層に接続されている。さらに、図２の構成では、コンデンサ部１６の電極層１４は、収納部１８に露出して収納部を底面を形成し、その底面に半導体素子１７が搭載されている。なお、配線層１２は、スルーホール等を通じて外部端子２１に電気的に接続されている。
【００２３】
また、半導体素子収納用パッケージとしては、図４乃至図８のように種々の態様が存在する。図４のパッケージは、半導体素子１７の下方には、高誘電体層１３と電極層１４、１５が交互に多層積層されており、これらの電極層１４、１５はスルーホール２０により半導体素子１７と接続されたものである。
【００２４】
図５のパッケージは、高誘電体層１３の上下に電極層１４、１５が形成されたコンデンサ部６が絶縁層１１により挟まれた構造からなり、電極層１４、１５はスルーホール２０により半導体素子１７と接続されている。
【００２５】
図６のパッケージは、半導体素子１７の下方には、高誘電体層１３の上下に電極層１４、１５が形成されており、これらの電極層１４、１５はスルーホール２０により半導体素子１７と接続され、さらに、ピン２１が下面に固定され、これらのピン２１は、電極層１４、１５および高誘電体層１３を通過し形成されたスルーホール２２を介して半導体素子１７と接続されている。
【００２６】
図７のパッケージは、高誘電体層１３と電極層１４、１５が交互に積層されてコンデンサ部６が形成され、電極層１４、１５はスルーホール２０により半導体素子１７と接続され、さらに、半導体素子１７はヒートシンク２３に固定されている。
【００２７】
図８のパッケージは、フラットパッケージであり、高誘電体層１３と電極層１４、１５が交互に多層積層されており、これらの電極層１３、１４はスルーホール２０により半導体素子１７と接続されている。
【００２８】
（高誘電体層）本発明における上記配線基板および半導体素子収納用パッケージにおいて、コンデンサ部を形成する高誘電体層（図１の番号３、図２の番号１３）は、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有する。このうちＷ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ２は誘電率を高める作用をなし、１０．８以上の比誘電率、特に１３〜４０の比誘電率を付与する。
【００２９】
この高誘電体層は、平均結晶粒径が３〜２０μｍのムライト粒子を主として、他に高誘電率付与剤粒子を含有するものであるが、これらの粒界には、さらに微量のガラス相が存在することが望ましい。高誘電率付与剤は、この誘電体に７．５以上の比誘電率、特に１０〜２０の比誘電率を与える。
【００３０】
高誘電体層の粒界に介在するガラス相は、例えば、焼結助剤として配合されるＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属成分及び希土類元素成分から選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物と、ムライト粒子からのアルミナ分やシリカ分との反応で形成されたものである。高誘電率付与剤がＺｒＯ２の場合は、ＺｒＯ２が粒界のガラス相に微量溶け込むことにより耐薬品性が向上する。誘電体層の焼結助剤（ガラス化成分）の量は１重量％以上の範囲にあるのがよい。上記範囲よりも少ないと高誘電体層，絶縁層と電極層との密着性、気密性及び接合強度が低下する傾向にあるからである。
【００３１】
なお、高誘電率付与剤としてのＺｒＯ２中には安定化剤を含有することが高誘電率を付与する効果を安定化させるために望ましく、安定化剤量によってＺｒＯ２は、正方晶および／または立方晶を主体とするものであり、場合によっては単斜晶がわずかに混在していても良い。この安定化剤は、ＺｒＯ２が上記の結晶形態となるに必要な量が固溶され、安定化剤は５〜１５モル％の割合で添加されることが望ましい。これは、安定化剤が５モル％よりも少ないと正方晶から単斜晶への相変態が生じ、クラックが生じる等の不具合が生じるからであり、１５モル％よりも多いとＺｒＯ２そのものの誘電率が低下し、誘電体層の高誘電率化の効果が低下するからである。安定化剤としては希土類酸化物とアルカリ土類酸化物があり、希土類としてはＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）で表されるものが好ましく、例えばＹ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等がある。アルカリ土類酸化物としてはＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等が挙げられる。また、ＺｒＯ２の結晶粒径は１．５〜１０μｍであることが望ましい。
【００３２】
さらに、高誘電率付与剤がＺｒＯ２である場合には、他の高誘電率付与剤であるＷ、Ｍｏ、Ｒｅのうち一種と組み合わせて用いることもでき、その場合、Ｍｏは全量に対して５〜３０重量％、Ｗは全量に対して５〜５０重量％、Ｒｅは全量に対して１０〜６０重量％の割合で含有させることが望ましい。
【００３３】
また、高誘電体層中の高誘電率付与剤のうち、ＺｒＯ２は安定化剤を固溶するＺｒＯ２粉末、あるいはＹ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合粉末として、また、Ｗ，Ｍｏ，Ｒｅは金属粉末として添加しても、酸化物粉末として添加しても、またはその他の化合物として添加しても、焼成後は金属として存在するので、いずれの形態で添加してもよい。
【００３４】
高誘電体層の具体的な組成は、用いる高誘電率付与剤の種類によって適宜調製し、（ａ）６７〜８７重量％のムライト粉末と、５〜３０重量％のＷまたはＭｏと、１〜１０重量％のＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属及び希土類元素の内少なくとも１種の元素の酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩等の塩、窒化物，フッ化物，臭化物等のハロゲン化物，ホウ化物等の化合物からなる混合物を焼成したもの、（ｂ）４０〜９５重量％のムライト粉末と、５〜６０重量％のＲｅ及び１〜１０重量％のＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属及び希土類元素の内少なくとも１種の元素の酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩等の塩、窒化物，フッカ物，臭化物等のハロゲン化物，ホウ化物等の化合物からなる混合物を焼成するもの、（ｃ）１０〜９０重量％のムライト粉末と、９０〜１０重量％のＺｒＯ２粉末と、１〜１０重量％のＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属及び希土類元素の内少なくとも１種の元素の酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩等の塩、窒化物，フッカ物，臭化物等のハロゲン化物，ホウ化物等の化合物からなる混合物を焼成したもののいずれかであることが望ましい。
【００３５】
これは、Ａｌが３重量％よりも少ない場合には、絶縁層にアルミナ質焼結体を用いた場合に絶縁層と高誘電体層の熱膨張差が大きくなり、良好な積層体が形成され難く、９０重量％よりも多い場合には、誘電率向上効果が小さくなるからである。また、Ｚｒが８重量％よりも少ない場合には、誘電率向上の効果が小さく、Ｚｒを含まない通常のアルミナ磁器と明確な差がなくなるからであり、９５重量％よりも多い場合には  絶縁層としてアルミナ質焼結体を用いた場合に絶縁層と高誘電体層の熱膨張差が大きくなり、良好な積層体が形成され難くなるためである。なお、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするアルミナ質焼結体を絶縁層として用いる場合には、高誘電体層中のＺｒ量は酸化物換算で３０〜７０重量％であることが望ましい。
【００３６】
さらに、アルカリ土類金属，希土類元素およびＳｉのうち少なくとも１種の元素がその酸化物換算で２重量％よりも少ない場合には、安定した粒界ガラス相の生成が少なくなり、電極層と同時焼成した場合の電極層と誘電体層との接合強度が低下する。
【００３７】
また、本発明における高誘電体層のムライト粒子の平均結晶粒径は３〜２０μｍであることが望ましい。また、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅは５μｍ以下、ＺｒＯ２は３〜２０μｍの平均結晶粒径で存在することが望ましい。
【００３８】
なお、高誘電体層の厚みは、必要な静電容量と高誘電体層の誘電率により適宜決定されるが、通常は一層あるいは多層構造で、１層の厚みが１０〜１００μｍであり、例えば１〜２インチ角のパッケージや基板において、数ｎＦ〜数百ｎＦ程度の静電容量が得られる。
【００３９】
（電極層）一方、上記誘電体層を挟持しコンデンサ部を形成するための一対の電極層は、公知のメタライズ層から構成でき、例えばＷ，ＭｏおよびＲｅのうち少なくとも一種を主成分とするメタライズ層が好適である。かかる電極層は、およそ３〜１５μｍの厚みで形成される。この一対の電極層は、半導体収納用パッケージにおいては、一方が電源層、他方が接地層として半導体素子と電気的に接続し、このコンデンサ部をデカップリングコンデンサとして使用される場合がある。
【００４０】
なお、電極層中には、上記金属成分以外に高誘電体層や絶縁層中に含まれる成分を１０重量％以下の割合で添加することにより高誘電体層や絶縁層との密着性を高めることができる。
【００４１】
また、電極層として、高誘電体層よりも低熱膨張の金属、例えばＷ、Ｍｏを用いると、電極層側に表面圧縮応力が発生するために基板全体としての強度を高めることができる。このような表面圧縮応力は、Ｗ、Ｍｏに代わり、Ａｌ２Ｏ３を用い、これを高誘電体層の最外層に配設することによっても同様な強度向上効果が得られる。
【００４２】
また、高誘電体層の高誘電率付与剤がＷ或いはＭｏである場合に、これを挟持する電極層は高誘電率付与剤と同一材料を主成分とすることが望ましい。また、高誘電体層の高誘電率付与剤がＷで電極層がＭｏを主成分とする場合、或いは高誘電率付与剤がＭｏで電極層がＷを主成分とする場合には、誘電体層の厚みを３０μｍ以上とすることが望ましい。即ち、高誘電率付与剤と電極層を同一材料により構成すると、ＷまたはＭｏの全率固溶がなく、電極層の高融点金属ＷまたはＭｏを高誘電体中に拡散することを抑制し、電極間の高誘電体層の絶縁抵抗の低下を阻止するとともに、電極間のリーク電流を防止できる。高誘電率付与剤と電極層が異なる材料の場合には、電極層形成材料のＷ、Ｍｏが高誘電体層中に拡散するが、高誘電体層の厚みを３０μｍ以上にすることにより電極層のＷ、Ｍｏが高誘電体層全体に拡散することがなく、電極間の絶縁抵抗の低下を阻止するとともに電極間のリーク電流を防止できる。
【００４３】
（絶縁層）そのガラス相の組成及び形成過程は上記と同様のものである。即ち、絶縁層の粒界に介在する本発明では、電極層の両側にある高誘電体層及び絶縁層の両方に上記ガラス相を形成させることにより、電極層とこれら両層との密着性を向上させるとともに、パッケージの気密性及び層間接着強度を高めることができる。
【００４４】
さらに、配線基板あるいは半導体素子収納用パッケージの絶縁基板における絶縁層は、主にムライト粒子と、その粒界に存在するガラス相とから成り、そのガラス相は、例えば、焼結助剤として配合されるＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属成分及び希土類元素成分から選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物と、ムライト粒子からのアルミナ分とシリカ分の反応で形成されたものである。
【００４５】
この絶縁層の具体的な組成としては、ムライトを９０〜９９重量％、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、アルカリ土類金属成分及び希土類元素成分から選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物を１〜１０重量％の割合で含有するものである。また、焼結助剤としてＢ、Ｚｎなどの酸化物等も合わせて添加することもできる。
【００４６】
また、高誘電体層中の高誘電率付与剤がＺｒＯ２の場合、絶縁層中にはＺｒ成分を含有せしめることが望ましい。これは、絶縁層中にＺｒ成分が全く含まれないと、前述の高誘電体層中のＺｒＯ２成分が絶縁層に溶出して高誘電体層の組成が変化したり、高誘電体層自体の厚みが薄くなるなど、安定した誘電特性が得られず、また、Ｚｒが過度に多く含まれると、絶縁層の誘電率が高くなるためである。
【００４７】
従って、絶縁層として低誘電率であることが必要とされる配線層が内設される箇所ではＺｒ量はＺｒＯ２換算で０．５〜１０重量％が望ましい。逆に配線層が全く形成されず、誘電率が高くても問題とならない箇所については、Ｚｒ量が１０重量％より多くても支障はなく、誘電体層と同一組成物により構成してもよい。
【００４８】
また、基板中で、熱膨張特性が異なる高誘電体層と絶縁層が直接、あるいは電極層を介して接する構造においては、熱膨張差から生じる熱応力による破壊が生じやすくなる。従って、図１の多層配線基板において高誘電体層３とや電極層４、５と、絶縁層２との間、図２の半導体素子収納用パッケージにおいて、高誘電体層１３や電極層１４、１５と、絶縁層１１との間に、高誘電体層と絶縁層との組成物を混合したような中間的組成からなる中間層を介在させればよい。
【００４９】
上述のように、本発明によれば、絶縁層中にＺｒを含有せしめることにより高誘電体層中のＺｒＯ２の拡散を防止することもできるが、前述した通り、誘電体層中のＺｒＯ２中にはＺｒＯ２を安定化させるための安定化剤が含まれている。従って、絶縁層中にＺｒＯ２を脱安定化させないために、高誘電体層のＺｒＯ２中に含まれる安定化剤と同様な安定化剤、をわずかながら含有させることが望ましい。安定化剤となる化合物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３などの希土類元素酸化物が挙げられる。
【００５０】
（配線層）また、絶縁層中に配設される配線層は、通常のメタライズ法により形成されるもので、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等から選ばれる少なくとも１種の金属により形成することができる。この配線層は、一般にはおよそ３〜５０μｍの厚みで、絶縁層の層間あるいは表面に形成されるが、高出力が要求される場合には、その厚みは数ｍｍに至る場合もある。
【００５１】
（製造方法）本発明における多層配線基板および半導体素子収納用パッケージは、例えば以下のようにして製造される。まず、絶縁層として、ムライト粉末を８８〜９６重量％と、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３等の希土類元素やアルカリ土類金属の酸化物等の焼結助剤を０．５〜１２重量％と、必要に応じてＦｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｍｏ或いはＷ等の着色剤を５重量％以下添加混合し、これに例えば、ブチラール、アクリル等のバインダーを添加し、さらにトルエン等の溶剤を添加混合し、ドクターブレード法、カレンダーロール法等の公知の成形方法により厚さ０．１〜１ｍｍのシート状成形体を作製する。
【００５２】
一方、高誘電体層として、ムライト粉末と、高誘電率付与剤と、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等のアルカリ土類金属成分及びＹ２Ｏ３等の希土類酸化物から成る焼結助剤成分とを前述したような比率で混合し、必要により、さらにＦｅ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，ＭｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｍｏ或いはＷ等の５重量％以下添加混合し、これに例えば、ブチラールやアクリル等のバインダーを添加し、さらにトルエン等の溶剤を添加混合した後、ドクターブレード法、カレンダーロール法等の公知の成形方法により、厚さ２０〜６０μｍのシート状成形体を作製する。
【００５３】
高誘電体層中に高誘電率付与剤としてＺｒＯ２粉末を用いる場合には、予め５〜１５モル％のＹ２Ｏ３などの固溶により安定化された立方晶を含むＺｒＯ２粉末を含むを用いることが望ましい。安定化剤の含有量を５〜１５モル％とするのは、５モル％よりも少ないと正方晶から単斜晶への相変態が生じやすくクラックが生じる等の不具合が生じるからであり、１５モル％よりも多いとＺｒＯ２そのものの誘電率が低下し、誘電体層の高誘電率化の効果が低下するからである。
【００５４】
なお、安定化または部分安定化ＺｒＯ２を原料粉末として用いなくても、調合によりＺｒＯ２を安定化するに必要な安定化剤元素の酸化物およびその化合物を添加し焼成段階で安定化させても良い。
【００５５】
このシート状成形体の表面には、配線層を形成するためのＷ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎなどの金属成分を含むメタライズペーストをスクリーン印刷法等により配線パターンに印刷され、場合によっては、スルーホールが形成され、そのスルーホール内にもメタライズペーストが充填される。
【００５６】
そして、上記のようにして作製された高誘電体層シート状成形体の上下面には、電極層としてＷ、ＭｏまたはＲｅを７０〜１００重量％、必要に応じてＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、アルカリ土類金属、希土類金属およびその化合物等を０〜３０重量％添加含有して成る電極層形成用ペーストを塗布する。
【００５７】
そして、電極層形成用ペーストが塗布された高誘電体層シート状成形体を、絶縁層用シート状成形体の間に介装するか、あるいは絶縁層用シート状成形体の表面に高誘電体層シート状成形体を積層し、所定の圧力で加圧圧着する。
【００５８】
なお、薄い高誘電体層を形成する場合には、絶縁層用シート状成形体の表面に電極層形成用ペースト塗布、高誘電体層形成用のスラリー塗布、電極層形成用ペースト塗布を順次行うことにより作製することもできる。この場合も、高誘電体層中に、添加される焼結助剤成分は２重量％以上であることが望ましい。
【００５９】
上記のようにして作製された積層体を加湿した窒素，水素混合ガスなどの還元性雰囲気中で、１７００℃以下の温度において、１〜２時間焼成することにより、高誘電体層が一対の電極層により挟持されたコンデンサ部が積層形成された多層配線基板が形成される。なお、焼成温度は絶縁層と配線層とコンデンサ部とを同時焼成するための条件として設定され、１４００℃よりも低くなると高融点金属からなる配線層や電極層との同時焼成が困難となる。１４００℃以下で焼成する場合には、配線層としてＮｉやＣｕ、もしくはそれらと高融点金属粉末の混合物のメタライズを用いることが好ましい。
【００６０】
尚、コンデンサ部は、高誘電体層と電極層とを交互に積層して構成してもよく、かかる積層構造によって高い静電容量を得ることができる。
【００６１】
また、半導体収納用パッケージを製造する場合には、上記多層配線基板の製造方法に加え、周知の方法に基づき、図２における半導体素子を収納するための凹部１８を形成すべく絶縁層を積層圧着した後、同時焼成して配線基板を作製し、その後、別途作製された蓋体を配線基板の凹部を密閉するように、Ａｕ−Ｓｎろう、ハンダ、低融点ガラス、溶接（シームウエルド）などにより絶縁基板に密着することにより得ることができる。
【００６２】
以下、本発明を具体的に次の例で説明する。実施例１（絶縁層ムライト−高誘電体層ムライト＋Ｗ，Ｍｏ）原料粉末として、ＳｉＯ２７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％の焼結助剤成分と、ＷまたはＭｏからなる高誘電率付与剤を１０〜３０重量％、残部を平均粒径３μｍのムライト粉末とした混合粉末を調製し、これにアクリル樹脂からなるバインダーを添加し、さらにトルエンとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、可塑剤等からなるものを添加混合した後、ドクターブレード法によりシート化し、高誘電体層成形体を得た。
【００６３】
一方、絶縁層成形体を、平均粒径３μｍのムライト粉末を９２重量％と、焼結助剤としてＳｉＯ２７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％と、ブチラールからなるバインダーを添加し、さらにトルエンを添加混合した後、ドクターブレード法によりシート化し、絶縁層成形体を作製した。そして、上記高誘電体層成形体及び絶縁層成形体にスルーホールを形成し、Ｗの高融点金属ペーストを充填した。
【００６４】
この後、高誘電体層成形体の上下面に、Ｗを９８重量％と、ムライトを２重量％含有してなる電極層ペーストをスクリーン印刷し、電極層を形成した。
【００６５】
そして、電極層ペーストが塗布された高誘電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装し、この後、加湿した窒素−水素混合ガス（還元性雰囲気）中で、１６００℃において２時間焼成し、高誘電体層成形体、絶縁層成形体および電極層を同時に焼成した。
【００６６】
高誘電体層成形体の高誘電率付与剤の種類や量及び電極層の材料を変化させ、上記のようにして得られた基板に対して、静電容量を測定しその結果を表１に示した。また、高誘電体層の誘電率も合わせて測定した。
【００６７】
尚、本実験では、電極形状を２５ｍｍ×２５ｍｍ×６μｍとし、高誘電体層の厚みを２５〜５０μｍとした。また、静電容量はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）を用いて行い、１００ＫＨｚ，１．０Ｖｒｍの条件で２５℃において測定した。
【００６８】
【表１】
0003740184.tif 000002
【００６９】
表１より、ムライトに対してＷやＭｏの添加により誘電率が徐々に高くなることがわかる。また、電極材料と高誘電率付与剤が同一の場合には、高誘電体層の厚みが２５μｍであっても２．１ｎＦ以上と高い静電容量を有することが判る。また、電極材料が高誘電率付与剤と異なる場合でも、高誘電体層の厚みが３０μｍ以上である場合には、高い静電容量が得られることが判る。
【００７０】
因みに、本実施例において絶縁層の熱膨張係数は４．８×１０−６／℃、高誘電体層が４．８〜５．０×１０−６／℃であり、シリコンと近似の熱膨張係数を有するコンデンサ部を具備した配線基板を作製することができた。
【００７１】
実施例２（絶縁層ムライト−高誘電体層ムライト＋Ｒｅ）高誘電体層成形体として、ＳｉＯ２７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％の焼結助剤と、Ｒｅ金属粉末を０〜６０重量％、残部が粒径３μｍのムライト粉末からなる混合粉末を調製し、これにブチラールからなるバインダーを添加し、さらにトルエンを添加混合した後、ドクターブレード法によりシート化し、高誘電体層成形体を得た。
【００７２】
この高誘電体層成形体と実施例１の絶縁層成形体にスルーホールを形成し、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属ペーストを充填した。
【００７３】
この後、高誘電体層成形体の上下面に、金属Ｒｅと、ムライトを１〜１０重量％含有してなる電極層ペーストをスクリーン印刷し、厚さ８μｍ程度の電極層を形成した。
【００７４】
そして、電極層ペーストが塗布された高誘電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装した後、加湿した窒素，水素混合ガス（還元性雰囲気）中で、１６００℃において２時間普通焼成し、本発明の多層配線基板を得た。
【００７５】
得られた多層配線基板は、高誘電体層、絶縁層および電極層とも十分に緻密化しており、層間のはがれ等も全く観察されなかった。
【００７６】
なお、高誘電体層中のＲｅ量の変化に伴う誘電率の変化を測定した。この時、電極形状を２５ｍｍ×２５ｍｍ×６μｍとし、高誘電体層の厚み２５μｍとし、測定はＬＣＲメータ（Ｙ、Ｈ、Ｐ４２８４Ａ）を用いて行い、１ＫＨｚ、１．０Ｖｒｍの条件で２５℃における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃における誘電率を計算し図９に示した。
【００７７】
この図９から、ムライト中のＲｅの添加量を増加する程、誘電率が高くなることが判る。そしてＲｅを６０重量％よりも多く添加した実験をおこなったが、この場合には絶縁抵抗が低下し、誘電率を測定することができなかった。
【００７８】
実施例３（絶縁層ムライト−高誘電体層ムライト＋ＺｒＯ２）高誘電体層成形体として、ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％の焼結助剤と、８モル％のＹ２Ｏ３で安定化された部分安定化ＺｒＯ２（８Ｙ−ＺｒＯ２）粉末を１５〜９０重量％、残部が粒径３μｍのムライト粉末からなる混合粉末を調製し、これにブチラールからなるバインダーを添加し、さらにトルエンを添加混合した後、ドクターブレード法によりシート化し、高誘電体層成形体を得た。
【００７９】
一方、絶縁層成形体を、平均粒径３μｍのムライト粉末を９２重量％と、焼結助剤としてＹ２Ｏ３７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％を計８重量％と、ブチラールからなるバインダーを添加し、さらにトルエンを添加混合した後、ドクターブレード法によりシート化し、絶縁層成形体を作製する。そして、高誘電体層成形体及び絶縁層成形体にスルーホールを形成し、Ｗの高融点金属ペーストを充填した。
【００８０】
この後、高誘電体層成形体の上下面に、金属Ｗと、ムライトを１〜１０重量％含有してなる電極層ペーストをスクリーン印刷し、厚さ８μｍ程度の電極層を形成した。
【００８１】
そして、電極層ペーストが塗布された高誘電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装する。この後、加湿した窒素，水素混合ガス（還元性雰囲気）中で、１５００℃において２時間普通焼成し、本発明の多層配線基板を得た。得られた多層配線基板は、高誘電体層、絶縁層および電極層とも十分に緻密化しており、層間のはがれ等も全く観察されなかった。
【００８２】
なお、高誘電体層中の８Ｙ−ＺｒＯ２量を５〜１５モル％で変化させた時の誘電率の変化を測定した。この時、電極形状を２５ｍｍ×２５ｍｍ×６μｍとし、高誘電体層の厚み２５μｍとし、測定はＬＣＲメータ（Ｙ、Ｈ、Ｐ４２８４Ａ）を用いて行い、１ＫＨｚ、１．０Ｖｒｍの条件で２５℃における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃における誘電率を計算し図１０に示した。
【００８３】
この図１０から、ムライト中の８Ｙ−ＺｒＯ２の添加量を増加する程、誘電率が高くなることが判る。また、ＺｒＯ２全量に対するＹ２Ｏ３固溶量が少ない方が比誘電率が高いことが判る。
【００８４】
実施例４さらに上記実施例３において、高誘電体層としてＺｒＯ２全量に対して８モル％のＹ２Ｏ３で安定化された安定化ＺｒＯ２４９．５重量％、ムライト４９．５重量％、助剤１重量％とからなる混合物に対して、さらにＷ、Ｍｏ、Ｒｅを添加したものを用いて、焼結し、この材料の比誘電率を測定し、これを図１１に示した。この図１１のグラフから明らかなように、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加した材料では、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加しない場合よりもさらに比誘電率が向上しており、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの添加量を増加する程比誘電率が向上していることが判る。さらに、本発明者等はＭｏの添加量を３０重量％よりも多く添加する実験、Ｗの添加量を５０重量％よりも多く添加する実験、Ｒｅの添加量を６０重量％よりも多く添加する実験を行ったが、上記添加量を越えると急激に絶縁抵抗が低下し、比誘電率を測定することができなくなった。
【００８５】
また、本発明者は、上記実施例４において、ＭｏとＷの２種類を１：１の割合で添加する実験を行い、この結果を図１１に示した。この図１１よりＭｏとＷを添加した場合にも比誘電率が向上していることが判る。Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅは酸化物の形で添加しても同様の効果を得ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージでは、絶縁層をムライトを主成分として形成するとともに、高誘電体層を主成分のムライトにＷ，Ｍｏ，Ｒｅ，ＺｒＯ２を添加して構成したので、アルミナよりもシリコンからなる半導体素子の熱膨張率に近くなり、半導体素子のパッケージからの脱落を防止することができる。また、ムライトにＷ，Ｍｏ，Ｒｅ，ＺｒＯ２を添加することにより、高い静電容量を有する誘電体層を形成することができる。従って、内部に高誘電体層を有しながら、大型の半導体素子を実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の多層配線基板の他の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の半導体素子収納用パッケージの他の例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図９】本発明における高誘電体層中のＲｅ量と誘電率との関係を示す図である。
【図１０】本発明における高誘電体層中のＺｒＯ２量やＹ２Ｏ３安定化剤量と誘電率との関係を示した図である。
【図１１】本発明における高誘電体層中のＭｏ量、Ｗ量、Ｒｅ量、Ｍｏ−Ｗ量との関係を示した図である。
【符号の説明】
１    多層配線基板
２、１１    絶縁層
３、１３    高誘電体層
４、５、１４、１５    電極層
６、１６    コンデンサ部
７、１２    配線層
８、９、２０、２２    スルーホール
１０    半導体素子収納用パッケージ
１８    凹部（収納部）
１９    蓋体
２１    外部端子
２３    ヒートシンク
【図１】
0003740184.tif 000003
【図２】
0003740184.tif 000004
【図３】
0003740184.tif 000005
【図４】
0003740184.tif 000006
【図５】
0003740184.tif 000007
【図６】
0003740184.tif 000008
【図７】
0003740184.tif 000009
【図８】
0003740184.tif 000010
【図９】
0003740184.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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