JP2664744B2 - 窒化アルミニウム薄膜回路基板 - Google Patents
窒化アルミニウム薄膜回路基板Info
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Landscapes
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム（AlN）薄膜回路基板に
関する。
関する。
（従来の技術） 従来、半導体モジュールに使用される薄膜回路基板の
基材としては、アルミナが主に用いられている。しかし
ながら、実装される能動素子の性能向上に伴って稼働時
の素子からの発熱量が増大する傾向にあり、アルミナの
熱伝導率では能動素子の実装個数が制約されるという問
題があった。
基材としては、アルミナが主に用いられている。しかし
ながら、実装される能動素子の性能向上に伴って稼働時
の素子からの発熱量が増大する傾向にあり、アルミナの
熱伝導率では能動素子の実装個数が制約されるという問
題があった。
このようなことから、アルミナに代わり高熱伝導率を
もつBeOを基材とした薄膜回路基板が使用されてきた
が、かかるBeOは製造時、研磨時の毒性が強いため、基
材としての応用範囲が限定される。このため、代替材料
としてAlNが広く用いられている。このAlNは、無害であ
り、製造、部品化、廃棄の制約がないという利点を持
ち、特に熱伝導率が70〜280W/m・Ｋの広い範囲、つまり
放熱性がアルミナの3.5倍から場合によってはBeOより優
れたレベルまで調整可能であるため、アルミナ基材を用
いた薄膜回路基板に比べて高い実装密度を実現できるば
かりか、能動素子の高密度化に合せて所望の熱伝導性を
付与できれる利点を有する。かかるAlN基材を用いた薄
膜回路基板では、従来よりAlN基材上にTi下地層を介し
てNi/Au薄膜導体層、Ti下地層を介してPt/Au薄膜導体
層、又はCr下地層を介してCu/Au薄膜導体層を形成した
構造のものが知られている。しかしながら、かかる構造
の回路基板では薄膜導体層とAlN基材との密着強度が不
充分であるため、基材表面から薄膜導体層が剥離した
り、断線する欠点があった。また、AlN基材は結晶方位
によりエッチング速度が異なり、結晶方位の異なる粒界
に段差が生じるため、前記基材に対する薄膜導体層の密
着強度が不充分であると、該薄膜導体層が段差上で断線
を生じる問題があった。
もつBeOを基材とした薄膜回路基板が使用されてきた
が、かかるBeOは製造時、研磨時の毒性が強いため、基
材としての応用範囲が限定される。このため、代替材料
としてAlNが広く用いられている。このAlNは、無害であ
り、製造、部品化、廃棄の制約がないという利点を持
ち、特に熱伝導率が70〜280W/m・Ｋの広い範囲、つまり
放熱性がアルミナの3.5倍から場合によってはBeOより優
れたレベルまで調整可能であるため、アルミナ基材を用
いた薄膜回路基板に比べて高い実装密度を実現できるば
かりか、能動素子の高密度化に合せて所望の熱伝導性を
付与できれる利点を有する。かかるAlN基材を用いた薄
膜回路基板では、従来よりAlN基材上にTi下地層を介し
てNi/Au薄膜導体層、Ti下地層を介してPt/Au薄膜導体
層、又はCr下地層を介してCu/Au薄膜導体層を形成した
構造のものが知られている。しかしながら、かかる構造
の回路基板では薄膜導体層とAlN基材との密着強度が不
充分であるため、基材表面から薄膜導体層が剥離した
り、断線する欠点があった。また、AlN基材は結晶方位
によりエッチング速度が異なり、結晶方位の異なる粒界
に段差が生じるため、前記基材に対する薄膜導体層の密
着強度が不充分であると、該薄膜導体層が段差上で断線
を生じる問題があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされた
もので、AlN基材への薄膜導体層の密着強度を向上し、
温度サイクル時での剥離や断線を防止し得るAlN薄膜回
路基板を提供しようとするものである。
もので、AlN基材への薄膜導体層の密着強度を向上し、
温度サイクル時での剥離や断線を防止し得るAlN薄膜回
路基板を提供しようとするものである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、窒化アルミニウム基材上にTiN層及びTi層
を順次積層した下地層、又はCrN層及びCr層を順次積層
した下地層を介して薄膜導体層を設けたことを特徴とす
る窒化アルミニウム薄膜回路基板である。
を順次積層した下地層、又はCrN層及びCr層を順次積層
した下地層を介して薄膜導体層を設けたことを特徴とす
る窒化アルミニウム薄膜回路基板である。
上記下地層の構成材料であるAlN基材側に配置される
下層のTiN層又はCrN層は該基材に対する密着性を高める
作用をなし、上層のTi層又はCr層は前記TiN層又はCrN層
と前記薄膜導体層との密着性を高める作用を有する。か
かる下地層中の下層（TiN層又はCrN層）の厚さについて
は、５〜500nmとすることが望ましい。この理由は、該
下層の厚さを5nm未満にするとAlN基材に対する均一な密
着強度を得ることが困難となり、かといってその厚さが
500nmを越えるとパターニングのためのエッチングによ
る除去が困難となるからである。前記下地層の上層（Ti
層又はCr）の厚さについては10〜900nmとすることが望
ましい。この理由は、上層の厚さを10nm未満にするとTi
N層又はCrN層との充分な化学反応性が得難く、充分な密
着強度を達成できなくなる恐れがあり、かといってその
厚さが900nmを越えるとその内部応力のために基材から
剥離し易くなる恐れがあるからである。また、前記下層
であるTiN層又はCrN層には酸素が0.02〜30at％の範囲で
含有されていることが望ましい。この理由は、含有され
る酸素量を0.02at％未満にするとAlN基材と上層であるT
i層又はCr層とに対する化学反応性を充分に高めること
が困難となり、強固な密着力を付与し難く、かといって
酸素量が30atm％を越えるとAlN基材と上層であるTi層又
はCr層との間でのAl2O3含有量が多くなり、薄膜導体層
が基材から剥離し易くなるからである。
下層のTiN層又はCrN層は該基材に対する密着性を高める
作用をなし、上層のTi層又はCr層は前記TiN層又はCrN層
と前記薄膜導体層との密着性を高める作用を有する。か
かる下地層中の下層（TiN層又はCrN層）の厚さについて
は、５〜500nmとすることが望ましい。この理由は、該
下層の厚さを5nm未満にするとAlN基材に対する均一な密
着強度を得ることが困難となり、かといってその厚さが
500nmを越えるとパターニングのためのエッチングによ
る除去が困難となるからである。前記下地層の上層（Ti
層又はCr）の厚さについては10〜900nmとすることが望
ましい。この理由は、上層の厚さを10nm未満にするとTi
N層又はCrN層との充分な化学反応性が得難く、充分な密
着強度を達成できなくなる恐れがあり、かといってその
厚さが900nmを越えるとその内部応力のために基材から
剥離し易くなる恐れがあるからである。また、前記下層
であるTiN層又はCrN層には酸素が0.02〜30at％の範囲で
含有されていることが望ましい。この理由は、含有され
る酸素量を0.02at％未満にするとAlN基材と上層であるT
i層又はCr層とに対する化学反応性を充分に高めること
が困難となり、強固な密着力を付与し難く、かといって
酸素量が30atm％を越えるとAlN基材と上層であるTi層又
はCr層との間でのAl2O3含有量が多くなり、薄膜導体層
が基材から剥離し易くなるからである。
上記薄膜導体層としては、例えばNi/Au、Cu/Au、Ni/P
d、Ni/Pd/Au、Pt/Au等を挙げることができる。
d、Ni/Pd/Au、Pt/Au等を挙げることができる。
なお、回路基板を多層薄膜導体層構造とする場合に
は、一層目の薄膜導体層を含むAlN基材上に該AlNと同組
成のAlNからなる誘電体層を形成し、この上に下地層を
介して二層目の薄膜導体層を形成することによって実現
される。
は、一層目の薄膜導体層を含むAlN基材上に該AlNと同組
成のAlNからなる誘電体層を形成し、この上に下地層を
介して二層目の薄膜導体層を形成することによって実現
される。
次に、本発明のAlN薄膜回路基板の製造方法を簡単に
説明する。
説明する。
まず、所望の熱伝導率を有し、表面粗さが下地層や薄
膜導体層を形成するのに適した値をもつAlN基材を用意
する。表面粗さの調節は、焼結AlN基材の研磨もしくは
サブミクロン粒子を原料として製造された焼結AlN基材
を用いることにより達成できる。
膜導体層を形成するのに適した値をもつAlN基材を用意
する。表面粗さの調節は、焼結AlN基材の研磨もしくは
サブミクロン粒子を原料として製造された焼結AlN基材
を用いることにより達成できる。
次いで、前記基材上にTiN層又はCiN層を真空蒸着法、
スパッタ蒸着法等の一般的な成膜技術により形成する。
この時、必要に応じて基材温度、雰囲気、真空度、成膜
速度を調整する。TiN層又はCrN層の成膜に先だって基材
表面を湿式洗浄法、逆スパッタ法などで充分な洗浄を行
なうが、AlN基材は強酸、強アルカリに対して不安定で
あるため、洗浄液の選定に注意が必要で、通常中性洗浄
液を用いることが望ましい。また、TiN層又はCrN層中に
含有させる酸素は成膜雰囲気、成膜材料の純度等により
調整する。つづいて、真空を破らずにTi層又はCr層を形
成する。ひきつづき、真空を破らずに上述した材料から
なる薄膜導体材料層を連続して形成する。この後、これ
らの層をレジストを用いたフォトエッチング技術により
パターニングすることにより、第１図に示すようにAlN
基材１上にTiN層（又はCrN層）２及びTi層（又はCr層）
３を順次積層した下地層を介して薄膜導体層４を形成し
てAlN薄膜回路基板を製造する。このフォトエッチング
時には、Au層はKI＋I2＋脱イオン水のエッチャント、Ni
層はCuSO4＋HCl＋エチルアルコール＋脱イオン水のエッ
チャント、Ti層及びTiN層はHF＋脱イオン水のエッチャ
ント、Cr層及びCrN層はH2SO4＋脱イオン水のエッチャン
トを用いて行なう。
スパッタ蒸着法等の一般的な成膜技術により形成する。
この時、必要に応じて基材温度、雰囲気、真空度、成膜
速度を調整する。TiN層又はCrN層の成膜に先だって基材
表面を湿式洗浄法、逆スパッタ法などで充分な洗浄を行
なうが、AlN基材は強酸、強アルカリに対して不安定で
あるため、洗浄液の選定に注意が必要で、通常中性洗浄
液を用いることが望ましい。また、TiN層又はCrN層中に
含有させる酸素は成膜雰囲気、成膜材料の純度等により
調整する。つづいて、真空を破らずにTi層又はCr層を形
成する。ひきつづき、真空を破らずに上述した材料から
なる薄膜導体材料層を連続して形成する。この後、これ
らの層をレジストを用いたフォトエッチング技術により
パターニングすることにより、第１図に示すようにAlN
基材１上にTiN層（又はCrN層）２及びTi層（又はCr層）
３を順次積層した下地層を介して薄膜導体層４を形成し
てAlN薄膜回路基板を製造する。このフォトエッチング
時には、Au層はKI＋I2＋脱イオン水のエッチャント、Ni
層はCuSO4＋HCl＋エチルアルコール＋脱イオン水のエッ
チャント、Ti層及びTiN層はHF＋脱イオン水のエッチャ
ント、Cr層及びCrN層はH2SO4＋脱イオン水のエッチャン
トを用いて行なう。
（作用） 本発明によれば、AlN基材上にTiN薄膜及びTi層を順次
積層した下地層、又はCrN薄膜及びCr層を順次積層した
下地層を介して薄膜導体層を設けることによって、該基
材に対して薄膜導体層を極めて高い密着強度で形成でき
る。即ち、一般に薄膜層をAlN基材に高い密着強度で形
成する場合には、薄膜層と基材との格子定数、線膨脹係
数の差、化学反応性の有無に左右される。このうち格子
定数に注目すると、AlN基材に直接接触する下地層の下
層のTiN又はCrNはNaCl型立方構造をとるが、［111］方
向の最密面を考えた場合、六方構造となりAlNの格子定
数に近い値をもつ。この場合、AlNの格子定数とのミス
フィットの割合も低く、TiN層又はCrN層はAlN基材に対
して強固に密着させることが可能となる。また、下地層
の上層のTi層又はCr層は下層のTiN層、CrN層に対して充
分な化学反応性を有し、かつ該Ti層、Cr層をその上に積
層される薄膜導体層に対しても良好な密着性を示す。従
って、かかる下地層上に薄膜導体層を形成することによ
って、既述したようにAlN基材に対する薄膜導体層を密
着強度を向上できる。
積層した下地層、又はCrN薄膜及びCr層を順次積層した
下地層を介して薄膜導体層を設けることによって、該基
材に対して薄膜導体層を極めて高い密着強度で形成でき
る。即ち、一般に薄膜層をAlN基材に高い密着強度で形
成する場合には、薄膜層と基材との格子定数、線膨脹係
数の差、化学反応性の有無に左右される。このうち格子
定数に注目すると、AlN基材に直接接触する下地層の下
層のTiN又はCrNはNaCl型立方構造をとるが、［111］方
向の最密面を考えた場合、六方構造となりAlNの格子定
数に近い値をもつ。この場合、AlNの格子定数とのミス
フィットの割合も低く、TiN層又はCrN層はAlN基材に対
して強固に密着させることが可能となる。また、下地層
の上層のTi層又はCr層は下層のTiN層、CrN層に対して充
分な化学反応性を有し、かつ該Ti層、Cr層をその上に積
層される薄膜導体層に対しても良好な密着性を示す。従
って、かかる下地層上に薄膜導体層を形成することによ
って、既述したようにAlN基材に対する薄膜導体層を密
着強度を向上できる。
更に、AlN基材と直接接触する下地層の下層（TiN層又
はCrN層）に酸素を0.02〜30atm％含有させることによっ
て、該下層のAlN基材に対する密着強度を著しく向上で
きる。
はCrN層）に酸素を0.02〜30atm％含有させることによっ
て、該下層のAlN基材に対する密着強度を著しく向上で
きる。
従って、本発明によれば薄膜導体層をAlN基材に対し
て高い密着強度で設けることができるため、使用時での
薄膜導体層の剥離や断線等を防止でき、能動素子等の高
密度実装が可能な半導体モジュールに有用な高信頼性の
AlN薄膜回路基板を得ることができる。
て高い密着強度で設けることができるため、使用時での
薄膜導体層の剥離や断線等を防止でき、能動素子等の高
密度実装が可能な半導体モジュールに有用な高信頼性の
AlN薄膜回路基板を得ることができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１〜５ まず、熱伝導率280W/m・ＫのAlN基材を平均線表面粗
さが150nmとなるようにラッピング、ポリッシングを行
なった後、該基材表面を湿式洗浄、逆スパッタを行なっ
た。つづいて、AlN基材表面に下記第１表に示す条件で
下地層及び薄膜導体層を成膜した。次いで、薄膜導体層
に写真触刻法によりレジストパターンを形成した後、該
パターンをマスクとしてAu層をKI＋I2＋脱イオンの水エ
ッチャント、Ni層をCuSO4＋HCl＋エチルアルコール＋脱
イオン水のエッチャント、Cu層をHNO3＋脱イオン水のエ
ッチャント、Pt層を王水＋脱イオン水のエッチャント、
Ti層及びTiN層をHF＋脱イオン水のエッチャント、Cr層
及びCrN層をH2SO4＋脱イオン水のエッチャントにより順
次エッチングして下地層を介して薄膜導体層を形成し、
AlN薄膜回路基板を製造した。
さが150nmとなるようにラッピング、ポリッシングを行
なった後、該基材表面を湿式洗浄、逆スパッタを行なっ
た。つづいて、AlN基材表面に下記第１表に示す条件で
下地層及び薄膜導体層を成膜した。次いで、薄膜導体層
に写真触刻法によりレジストパターンを形成した後、該
パターンをマスクとしてAu層をKI＋I2＋脱イオンの水エ
ッチャント、Ni層をCuSO4＋HCl＋エチルアルコール＋脱
イオン水のエッチャント、Cu層をHNO3＋脱イオン水のエ
ッチャント、Pt層を王水＋脱イオン水のエッチャント、
Ti層及びTiN層をHF＋脱イオン水のエッチャント、Cr層
及びCrN層をH2SO4＋脱イオン水のエッチャントにより順
次エッチングして下地層を介して薄膜導体層を形成し、
AlN薄膜回路基板を製造した。
比較例１、２ まず、熱伝導率20W/m・ｋのAlN基材を平均線表面粗さ
が150nm以下となるようにラッピング、ポリッシングを
行なった後、該基材表面を湿式洗浄、逆スパッタを行な
った。つづいて、AlN基材表面に下記第１表に示す条件
で下地層（Ti層）及び薄膜導体層（Ni/Au）を成膜し
た。次いで、薄膜導体層に写真蝕刻法によりレジストパ
ターンを形成した後、該パターンをマスクとしてAu層を
KI＋I2＋脱イオン水のエッチャント、Ni層をCuSO4＋HCl
＋エチルアルコール＋脱イオン水のエッチャント、Ti層
をHF＋脱イオン水のエッチャントにより順次エッチング
して下地層を介して薄膜導体層を形成し、AlN薄膜回路
基板を製造した。
が150nm以下となるようにラッピング、ポリッシングを
行なった後、該基材表面を湿式洗浄、逆スパッタを行な
った。つづいて、AlN基材表面に下記第１表に示す条件
で下地層（Ti層）及び薄膜導体層（Ni/Au）を成膜し
た。次いで、薄膜導体層に写真蝕刻法によりレジストパ
ターンを形成した後、該パターンをマスクとしてAu層を
KI＋I2＋脱イオン水のエッチャント、Ni層をCuSO4＋HCl
＋エチルアルコール＋脱イオン水のエッチャント、Ti層
をHF＋脱イオン水のエッチャントにより順次エッチング
して下地層を介して薄膜導体層を形成し、AlN薄膜回路
基板を製造した。
しかして、本実施例１〜５及び比較例１、２の薄膜回
路基板について引張り試験による薄膜導体層の密着強度
及び1000時間の温度サイクロ試験（−50℃〜150℃、30
分間保持）後の薄膜導体層の断線の有無を調べた。その
結果を同第１表に併記した。
路基板について引張り試験による薄膜導体層の密着強度
及び1000時間の温度サイクロ試験（−50℃〜150℃、30
分間保持）後の薄膜導体層の断線の有無を調べた。その
結果を同第１表に併記した。
第１表から明らかなように本実施例１〜５の薄膜回路
基板は、薄膜導体層のAlN基材に対する密着強度が2kg/m
m2以上と充分であり、しかも1000時間の温度サイクル後
も断線がなく、極めて信頼性の高いものであることがわ
かる。これに対し、比較例１、２の薄膜回路基板は薄膜
導体層のAlN基材に対する密着強度が本実施例１〜５に
比べて著しく劣り、しかも1000時間の温度サイクル後に
断線が認められた。
基板は、薄膜導体層のAlN基材に対する密着強度が2kg/m
m2以上と充分であり、しかも1000時間の温度サイクル後
も断線がなく、極めて信頼性の高いものであることがわ
かる。これに対し、比較例１、２の薄膜回路基板は薄膜
導体層のAlN基材に対する密着強度が本実施例１〜５に
比べて著しく劣り、しかも1000時間の温度サイクル後に
断線が認められた。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によればAlN基材への薄膜
導体層の密着強度を向上して温度サイクル時での薄膜導
体層の剥離や断線等を防止でき、ひいては能動素子等の
高密度実装が可能な半導体モジュールに有用な高信頼性
のAlN薄膜回路基板を提供できる。
導体層の密着強度を向上して温度サイクル時での薄膜導
体層の剥離や断線等を防止でき、ひいては能動素子等の
高密度実装が可能な半導体モジュールに有用な高信頼性
のAlN薄膜回路基板を提供できる。
第１図は、本発明に係わるAlN薄膜回路基板の一形態を
示す断面図である。 １……AlN基材、２……TiN層（又はCrN層）、３……Ti
層（又はCr層）、４……薄膜導体層。
示す断面図である。 １……AlN基材、２……TiN層（又はCrN層）、３……Ti
層（又はCr層）、４……薄膜導体層。
Claims (2)
- 【請求項１】窒化アルミニウム基材上にTiN層及びTi層
を順次積層した下地層、又はCrN層及びCr層を順次積層
した下地層を介して薄膜導体層を設けたことを特徴とす
る窒化アルミニウム薄膜回路基板。 - 【請求項２】下地層を構成する下層側のTiN層又はCrN層
は酸素を0.02〜30atm％含むことを特徴とする請求項１
記載の窒化アルミニウム薄膜回路基板。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27793188A JP2664744B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 窒化アルミニウム薄膜回路基板 |
| EP89101189A EP0326077B1 (en) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Circuit board |
| DE68922118T DE68922118T2 (de) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Schaltungsplatte. |
| US07/300,944 US4963701A (en) | 1988-01-25 | 1989-01-24 | Circuit board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27793188A JP2664744B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 窒化アルミニウム薄膜回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02123756A JPH02123756A (ja) | 1990-05-11 |
| JP2664744B2 true JP2664744B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17590277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27793188A Expired - Lifetime JP2664744B2 (ja) | 1988-01-25 | 1988-11-02 | 窒化アルミニウム薄膜回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664744B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2723678B1 (fr) * | 1994-08-11 | 1996-10-18 | Matra Defense | Procede de fabrication de circuit sur support ceramique co-fritte |
| JP3569093B2 (ja) * | 1996-12-04 | 2004-09-22 | 株式会社東芝 | 配線基板およびその製造方法 |
| US6331811B2 (en) | 1998-06-12 | 2001-12-18 | Nec Corporation | Thin-film resistor, wiring substrate, and method for manufacturing the same |
| JP5413707B2 (ja) * | 2005-06-06 | 2014-02-12 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 金属−セラミック複合基板及びその製造方法 |
| JP5289134B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-09-11 | 京セラ株式会社 | 配線基板およびプローブカード用基板 |
| JP5289133B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-09-11 | 京セラ株式会社 | 配線基板およびプローブカード用基板 |
| US8436252B2 (en) | 2009-06-30 | 2013-05-07 | Ibiden Co., Ltd. | Printed wiring board and method for manufacturing the same |
-
1988
- 1988-11-02 JP JP27793188A patent/JP2664744B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02123756A (ja) | 1990-05-11 |
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