JP3457851B2 - 電子回路部品 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子回路部品に関
し、より詳細には、層間に高分子材料から成る絶縁膜を
有し、かつ超電導金属から成る電気配線用導電層を有す
る多層配線基板等の電子回路部品における電気配線用導
電層と絶縁膜との密着性の改善に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、超電導材料を利用したジョセフソ
ン素子が搭載される多層配線基板等の電子回路部品の電
気配線用導電層の形成に当たっては、電気絶縁性に優れ
たアルミナやムライト・シリコン等を使用した基板上に
比誘電率が3〜3.5 と比較的小さいポリイミド樹脂から
成る絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に蒸着法やスパッタ
リング法等の気相成長法による薄膜形成技術を用いて超
電導金属であるニオブ(Nb)から成る電気配線用導電
層を形成し、フォトリソグラフィ法により微細な配線パ
ターンを形成して、これら絶縁膜と電気配線用導電層と
を多層化することにより、高密度・高機能でかつ超電導
ジョセフソン集積回路素子の高速動作が可能となる多層
配線基板を得ることが行なわれている。 【0003】しかしながら、近年の超電導ジョセフソン
素子の高速化に伴い、従来のポリイミド樹脂では比誘電
率が3〜3.5 程度と高く、また誘電体損失が20×10-5程
度と高いことから、信号の高速伝搬が困難になって超電
導ジョセフソン素子の高速動作が不可能になってしまう
という問題点が生じてきた。 【0004】そこで、このような従来の多層配線基板の
欠点を解消するために、例えばセラミック基体上に比誘
電率が2.0 程度と小さく、かつ誘電体損失が7×10-6と
低い含フッ素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合
体から成る絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に蒸着法やス
パッタリング法等の気相成長法による薄膜形成技術を用
いて超電導金属から成る電気配線用導電層を形成し、フ
ォトリソグラフィ法により微細な配線パターンを形成し
て、これら絶縁膜と電気配線用導電層とを多層化するこ
とにより、高密度・高機能でかつ超電導ジョセフソン集
積回路素子の高速動作が可能となる多層配線基板を得る
ことが試みられている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、含フッ
素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合体等の高分
子材料から成る絶縁膜と超電導金属から成る電気配線用
導電層とを用いた多層配線基板では、含フッ素重合体あ
るいは含フッ素脂肪族環構造重合体から成る絶縁膜と超
電導金属から成る電気配線用導電層との密着強度が含フ
ッ素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合体を構成
する官能基と電気配線用導電層の超電導金属原子との結
合状態が熱的に不安定なことに起因して低いことから、
信頼性が低いものとなってしまうという問題点があっ
た。 【0006】これに対し、本発明者等は上記問題点に鑑
み種々の実験を行なった結果、前記絶縁膜上に気相成長
法により銅(Cu)の下地金属層を形成し、次いでニオ
ブまたは窒化ニオブ(NbN)の少なくとも1種から成
る電気配線用導電層を気相成長法により形成した後、フ
ォトリソグラフィ法により配線パターンを形成すること
により、絶縁膜と電気配線用導電層との密着性を向上し
得ることを知見した。 【0007】本発明は上記知見に基づきなされたもので
あり、その目的は、絶縁膜と超電導金属から成る電気配
線用導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼
性に優れた電子回路部品を提供することにある。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の電子回路部品
は、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する下記化1〜化
4で表わされる含フッ素重合体の少なくとも1種から成
り、基体上にスピンコーティングし加熱処理して形成し
た、比誘電率が2.5以下の高分子材料から成る絶縁膜上
に、気相成長法による前記絶縁膜に対する密着強度が2
kg/mm2以上で厚さ0.01〜0.3μmの銅から成る下
地金属層上に気相成長法によるニオブまたは窒化ニオブ
の少なくとも1種から成る主導電層および気相成長法に
よるアルミニウム・銅・窒化ニオブの少なくとも1種か
ら成る導電層被覆金属層を形成して成る電気配線用導電
層を形成したことを特徴とするものである。 【0009】 【0010】 【0011】 【化1】【0012】 【化2】 【0013】 【化3】 【0014】 【化4】 【0015】本発明の電子回路部品によれば、主鎖に含
フッ素脂肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされ
る含フッ素重合体の少なくとも1種から成り、基体上に
スピンコーティングし加熱処理して形成した、高分子材
料から成る絶縁膜上に、気相成長法による超電導金属で
あるニオブまたは窒化ニオブの少なくとも1種から成る
主導電層の下地として気相成長法による銅から成る下地
金属層を形成したことから、気相成長法によるニオブま
たは窒化ニオブの導電層の絶縁膜に対する密着強度が1
kg/mm2程度であるのに対して、同じく気相成長法
による銅の絶縁膜に対する密着強度が2kg/mm2以
上と高いため、絶縁膜と、下地金属層・主導電層および
導電層被覆金属層から成る電気配線用導電層との密着性
が十分良好なものとなって信頼性の高い電子回路部品と
なる。 【0016】銅から成る下地金属層の厚みは、0.01μm
未満では絶縁膜を積層して形成する際の樹脂キュア時な
どの熱によって主導体層の超電導金属と相互に拡散し、
主導体層が絶縁膜と直接接触する事態となって密着不良
を生じるおそれがある。他方、銅から成る下地金属層の
厚みが0.3μmを超えると、例えば10GHzの正弦波の
高周波電気信号(論理回路での矩形波では3GHz程度
に相当)を電気配線用導電層に伝送させた場合、伝搬す
る電磁波の一部分はスキンエフェクト(表皮効果)(こ
の場合は0.66μm程度)によって伝搬する電磁波の成分
の1/2以上が銅から成る下地金属層内を伝送すること
となり、銅から成る下地金属層の抵抗が主導電層よりも
大きいことから高周波電気信号が減衰してしまい、この
電子回路部品に搭載される超電導ジョセフソン素子が誤
動作するおそれがある。従って、銅から成る下地金属層
の厚みは0.01〜0.3μmの範囲に特定される。 【0017】また、本発明の電子回路部品によれば、絶
縁膜を含フッ素重合体、中でも、主鎖に含フッ素脂肪族
環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重
合体の少なくとも1種から成るものとした場合は、その
比誘電率が2.0と極めて低く、また誘電体損失が7×10
-6以下と小さく、さらに吸水率が0.1%以下と低いこと
から、Tpd=(√εr)/Cより与えられる伝搬遅延時
間(Tpd)が47ps/cmとなり、従来のポリイミド樹
脂(εr=3.3)のTpd=60ps/cmより小さくなって
素子間の動作を高速にでき、吸水率が0.1%以下と低い
ため電子動作環境での水分による誘電率の変化がなく安
定に動作する、高信頼性かつ高機能な電子回路部品とな
る。 【0018】従って、本発明によれば、絶縁膜と超電導
金属であるニオブまたは窒化ニオブから成る電気配線用
導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼性に
優れた電子回路部品を得ることができる。 【0019】 【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。 【0020】図1は本発明の電子回路部品の実施の形態
の一例を示す断面図であり、同図において1はアルミナ
セラミックス等から成る絶縁基体、3は絶縁膜、5は下
地金属層、6は電気配線用導電層の主導体層である。 【0021】絶縁基体1は、例えばアルミナ(Al2 O
3 )・シリカ(SiO2 )等のセラミック原料粉末に適
当な溶剤・溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従
来周知のドクターブレード法によりシート状となすとと
もに高温で焼成することにより製作される。 【0022】絶縁基体1の上面には、従来周知のイオン
プレーティング法・スパッタリング法等の気相成長法に
よりアルミニウム(Al)等の金属から成る下層導体2
が形成され、その上から例えば主鎖に含フッ素脂肪族環
構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重合
体の少なくとも1種から成る高分子材料をスピンコーテ
ィングし、加熱処理を行なうことにより絶縁膜3を形成
する。 【0023】下地金属層5は銅から成ることにより、超
電導体である主導体層6のニオブまたは窒化ニオブに磁
性的な影響を与えて超電導特性を劣化させることもな
く、かつ絶縁層3との密着性に優れている。 【0024】本発明の電子回路部品の絶縁膜3として適
用可能な高分子材料としては、比誘電率が2.5 以下の種
々の高分子材料を使用できるが、特に含フッ素重合体や
含フッ素脂肪族環構造重合体、中でも主鎖に含フッ素脂
肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ
素重合体が好適である。 【0025】含フッ素重合体あるいは主鎖に含フッ素脂
肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ
素重合体は、比誘電率が低く、誘電体損失が小さく、吸
水率が低いことから、高速動作が可能で、かつ使用環境
による誘電率の変動がなく安定した動作が可能な電子回
路部品となる。 【0026】次いで、フォトリソグラフィ法等により多
層構造とする場合の接続用ビアホール4等を形成する。 【0027】次いで、絶縁膜3上に気相成長法により銅
から成る下地金属層5および超電導金属であるニオブま
たは窒化ニオブの少なくとも1種から成る主導体層6を
形成する。 【0028】下地金属層5は銅から成ることにより、超
電導体である主導体6のニオブまたは窒化ニオブに磁性
的な影響を与えて超電導特性を劣化させることもなく、
かつ絶縁層3との密着性に優れている。 【0029】また、電気配線用導電層の主導体層6はニ
オブまたは窒化ニオブの少なくとも1種から成ることに
より、高速な電気信号は超電導配線であるこの主導体層
6を伝送することから、導体の抵抗成分による信号レベ
ルの減衰がなく、素子を安定して動作させることができ
る。 【0030】そして、その上からアルミニウム・銅・窒
化ニオブの少なくとも1種の金属から成る導電層被覆金
属層7を気相成長法により形成した後、フォトリソグラ
フィ法等により配線パターンを形成し、さらに絶縁膜3
と配線パターンを順次形成して積層することにより、本
発明の電子回路部品による多層配線基板とすることがで
きる。 【0031】なお、本発明の電子回路部品における電気
配線用導電層は主に主導体層6によって構成されるが、
この主導体層6とともに下地金属層5および導電層被覆
金属層7を合わせて電気配線用導電層を構成しても電気
配線用導電層として機能せしめることができることはい
うまでもない。 【0032】 【実施例】次に、実験例に基づき本発明の作用効果につ
いて説明する。 【0033】(評価試料)厚さ0.635 mm、縦・横それ
ぞれ50mmのアルナミセラミックスから成る絶縁基体表
面にスパッタリング法によりアルミニウムを1μmの厚
さに成膜し、フォトリソグラフィ法により下層導体パタ
ーンを形成した。 【0034】次いで、この絶縁基体および下層導体パタ
ーンの表面に環化ポリフッ化エチレン樹脂をスピンコー
ティングし、300 ℃で加熱処理を行なうことにより厚さ
3μmの絶縁膜を形成した。 【0035】次に、この上に銅を表1中に示す厚さに、
またニオブを1〜3μmの厚さに、さらに銅を2〜3μ
mの厚さにスパッタリング法により連続成膜し、下地金
属層および電気配線用導電層および導電層被覆金属層を
形成した。 【0036】その後、フォトリソグラフィ法により絶縁
基体1枚につき縦・横それぞれ1mmの密着性評価用パ
ターンを1mm間隔で100 個形成したものを作製し、密
着性評価用試料とした。 【0037】(密着性評価方法)これら密着性評価用試
料の密着性評価用パターンに、それぞれ直径0.2 mmの
銅線を錫:鉛=60:40の錫−鉛共晶半田を用いて絶縁基
体に対して垂直に接続した。 【0038】次いで、密着強度測定器を用いてこれら銅
線を絶縁基体面に対して垂直方向に引っ張り、それぞれ
の密着強度を測定した。 【0039】測定結果はkg単位にて得られ、密着性評
価用パターンの寸法が縦・横それぞれ1mmであること
から、各密着性評価用パターンについてkg/mm2 単
位にて密着強度が得られた。そして、各密着性評価用試
料ごとに全密着性評価用パターンの密着強度の平均値を
求めてそれぞれの密着強度とした。ここで、電気配線用
導電層の密着性が高い信頼性の優れた電子回路部品を得
るための基準として、密着強度が2kg/mm2 以上の
ものを良好とした。 【0040】また、前述のように、ニオブまたは窒化ニ
オブから成る電気配線用導電層を伝搬する電磁波(高周
波信号)の一部分は表皮効果により銅から成る下地金属
層内にも侵入するため、下地金属層の厚さが増すと下地
金属層内に侵入して銅の電気抵抗のために減衰する電磁
波の成分の割合が大きくなる。そこで、各評価用試料に
ついて10GHzの高周波電気信号を伝搬した場合におい
て下地金属層により減衰する電磁波の成分の割合を測定
し、その割合が1/2以下である場合を表皮効果による
影響が小さく良好であるとした。 【0041】これらの結果を表1に示す。なお、表1に
おいて表皮効果の評価結果は、良好なものを○で表わし
た。 【0042】 【表1】 【0043】表1の結果から明らかなように、銅から成
る下地金属層を形成しなかった試料番号1および下地金
属層の厚さが0.01μm未満の試料番号2では、密着強度
は2kg/mm2 未満であり、実用化には不適なもので
あった。 【0044】また、下地金属層の厚さが0.3 μmを超え
る試料番号9〜11では、密着強度は良好であるものの表
皮効果により下地金属層のために減衰する電磁波の割合
が1/2を超えて大きくなって不良(×)となり、同じ
く実用化には不適なものであった。 【0045】これに対し、本発明の電子回路部品である
試料番号3〜8では、いずれも密着強度が2kg/mm
2 以上と高く、絶縁膜に対する電気配線用導電層の密着
性が良好で信頼性に優れたものであり、かつ表皮効果に
よる下地金属層のための高周波電気信号の減衰が小さ
く、信号伝送特性についても良好なものであった。 【0046】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
例えば、含フッ素重合体・含フッ素脂肪族環構造重合体
の一部の官能基に窒素(N)・硫黄(S)・燐(P)等
を含有するアルキル基等を付加してもよい。 【0047】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の電子回路部
品によれば、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する上記
化1〜化4で表わされる含フッ素重合体の少なくとも1
種から成り、基体上にスピンコーティングし加熱処理し
て形成した、高分子材料から成る絶縁膜上に気相成長法
による超電導金属であるニオブまたは窒化ニオブの少な
くとも1種から成る主導電層の下地として銅から成る下
地金属層を形成したことから、気相成長法によるニオブ
または窒化ニオブの導電層の絶縁膜に対する密着強度が
1kg/mm2程度であるのに対して、同じく気相成長
法による銅の絶縁膜に対する密着強度が2kg/mm2
以上と高いため、絶縁膜と、下地金属層・主導電層およ
び導電層被覆金属層から成る電気配線用導電層との密着
性を十分良好な程度に向上させることができ、その結
果、高密度かつ高機能な超電導配線を有した電子回路部
品を得ることができた。 【0048】また、本発明の電子回路部品によれば、絶
縁膜を含フッ素重合体、中でも主鎖に含フッ素脂肪族環
構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重合
体の少なくとも1種から成るものとしたことから高速な
信号を伝送し、かつ使用環境における水分の影響を受け
ることなく素子を安定して動作させることが可能な電子
回路部品を得ることができた。 【0049】従って、本発明によれば、絶縁膜と超電導
金属であるニオブまたは窒化ニオブから成る電気配線用
導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼性に
優れた電子回路部品を提供することができた。
し、より詳細には、層間に高分子材料から成る絶縁膜を
有し、かつ超電導金属から成る電気配線用導電層を有す
る多層配線基板等の電子回路部品における電気配線用導
電層と絶縁膜との密着性の改善に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、超電導材料を利用したジョセフソ
ン素子が搭載される多層配線基板等の電子回路部品の電
気配線用導電層の形成に当たっては、電気絶縁性に優れ
たアルミナやムライト・シリコン等を使用した基板上に
比誘電率が3〜3.5 と比較的小さいポリイミド樹脂から
成る絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に蒸着法やスパッタ
リング法等の気相成長法による薄膜形成技術を用いて超
電導金属であるニオブ(Nb)から成る電気配線用導電
層を形成し、フォトリソグラフィ法により微細な配線パ
ターンを形成して、これら絶縁膜と電気配線用導電層と
を多層化することにより、高密度・高機能でかつ超電導
ジョセフソン集積回路素子の高速動作が可能となる多層
配線基板を得ることが行なわれている。 【0003】しかしながら、近年の超電導ジョセフソン
素子の高速化に伴い、従来のポリイミド樹脂では比誘電
率が3〜3.5 程度と高く、また誘電体損失が20×10-5程
度と高いことから、信号の高速伝搬が困難になって超電
導ジョセフソン素子の高速動作が不可能になってしまう
という問題点が生じてきた。 【0004】そこで、このような従来の多層配線基板の
欠点を解消するために、例えばセラミック基体上に比誘
電率が2.0 程度と小さく、かつ誘電体損失が7×10-6と
低い含フッ素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合
体から成る絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に蒸着法やス
パッタリング法等の気相成長法による薄膜形成技術を用
いて超電導金属から成る電気配線用導電層を形成し、フ
ォトリソグラフィ法により微細な配線パターンを形成し
て、これら絶縁膜と電気配線用導電層とを多層化するこ
とにより、高密度・高機能でかつ超電導ジョセフソン集
積回路素子の高速動作が可能となる多層配線基板を得る
ことが試みられている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、含フッ
素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合体等の高分
子材料から成る絶縁膜と超電導金属から成る電気配線用
導電層とを用いた多層配線基板では、含フッ素重合体あ
るいは含フッ素脂肪族環構造重合体から成る絶縁膜と超
電導金属から成る電気配線用導電層との密着強度が含フ
ッ素重合体あるいは含フッ素脂肪族環構造重合体を構成
する官能基と電気配線用導電層の超電導金属原子との結
合状態が熱的に不安定なことに起因して低いことから、
信頼性が低いものとなってしまうという問題点があっ
た。 【0006】これに対し、本発明者等は上記問題点に鑑
み種々の実験を行なった結果、前記絶縁膜上に気相成長
法により銅(Cu)の下地金属層を形成し、次いでニオ
ブまたは窒化ニオブ(NbN)の少なくとも1種から成
る電気配線用導電層を気相成長法により形成した後、フ
ォトリソグラフィ法により配線パターンを形成すること
により、絶縁膜と電気配線用導電層との密着性を向上し
得ることを知見した。 【0007】本発明は上記知見に基づきなされたもので
あり、その目的は、絶縁膜と超電導金属から成る電気配
線用導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼
性に優れた電子回路部品を提供することにある。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の電子回路部品
は、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する下記化1〜化
4で表わされる含フッ素重合体の少なくとも1種から成
り、基体上にスピンコーティングし加熱処理して形成し
た、比誘電率が2.5以下の高分子材料から成る絶縁膜上
に、気相成長法による前記絶縁膜に対する密着強度が2
kg/mm2以上で厚さ0.01〜0.3μmの銅から成る下
地金属層上に気相成長法によるニオブまたは窒化ニオブ
の少なくとも1種から成る主導電層および気相成長法に
よるアルミニウム・銅・窒化ニオブの少なくとも1種か
ら成る導電層被覆金属層を形成して成る電気配線用導電
層を形成したことを特徴とするものである。 【0009】 【0010】 【0011】 【化1】【0012】 【化2】 【0013】 【化3】 【0014】 【化4】 【0015】本発明の電子回路部品によれば、主鎖に含
フッ素脂肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされ
る含フッ素重合体の少なくとも1種から成り、基体上に
スピンコーティングし加熱処理して形成した、高分子材
料から成る絶縁膜上に、気相成長法による超電導金属で
あるニオブまたは窒化ニオブの少なくとも1種から成る
主導電層の下地として気相成長法による銅から成る下地
金属層を形成したことから、気相成長法によるニオブま
たは窒化ニオブの導電層の絶縁膜に対する密着強度が1
kg/mm2程度であるのに対して、同じく気相成長法
による銅の絶縁膜に対する密着強度が2kg/mm2以
上と高いため、絶縁膜と、下地金属層・主導電層および
導電層被覆金属層から成る電気配線用導電層との密着性
が十分良好なものとなって信頼性の高い電子回路部品と
なる。 【0016】銅から成る下地金属層の厚みは、0.01μm
未満では絶縁膜を積層して形成する際の樹脂キュア時な
どの熱によって主導体層の超電導金属と相互に拡散し、
主導体層が絶縁膜と直接接触する事態となって密着不良
を生じるおそれがある。他方、銅から成る下地金属層の
厚みが0.3μmを超えると、例えば10GHzの正弦波の
高周波電気信号(論理回路での矩形波では3GHz程度
に相当)を電気配線用導電層に伝送させた場合、伝搬す
る電磁波の一部分はスキンエフェクト(表皮効果)(こ
の場合は0.66μm程度)によって伝搬する電磁波の成分
の1/2以上が銅から成る下地金属層内を伝送すること
となり、銅から成る下地金属層の抵抗が主導電層よりも
大きいことから高周波電気信号が減衰してしまい、この
電子回路部品に搭載される超電導ジョセフソン素子が誤
動作するおそれがある。従って、銅から成る下地金属層
の厚みは0.01〜0.3μmの範囲に特定される。 【0017】また、本発明の電子回路部品によれば、絶
縁膜を含フッ素重合体、中でも、主鎖に含フッ素脂肪族
環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重
合体の少なくとも1種から成るものとした場合は、その
比誘電率が2.0と極めて低く、また誘電体損失が7×10
-6以下と小さく、さらに吸水率が0.1%以下と低いこと
から、Tpd=(√εr)/Cより与えられる伝搬遅延時
間(Tpd)が47ps/cmとなり、従来のポリイミド樹
脂(εr=3.3)のTpd=60ps/cmより小さくなって
素子間の動作を高速にでき、吸水率が0.1%以下と低い
ため電子動作環境での水分による誘電率の変化がなく安
定に動作する、高信頼性かつ高機能な電子回路部品とな
る。 【0018】従って、本発明によれば、絶縁膜と超電導
金属であるニオブまたは窒化ニオブから成る電気配線用
導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼性に
優れた電子回路部品を得ることができる。 【0019】 【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。 【0020】図1は本発明の電子回路部品の実施の形態
の一例を示す断面図であり、同図において1はアルミナ
セラミックス等から成る絶縁基体、3は絶縁膜、5は下
地金属層、6は電気配線用導電層の主導体層である。 【0021】絶縁基体1は、例えばアルミナ(Al2 O
3 )・シリカ(SiO2 )等のセラミック原料粉末に適
当な溶剤・溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従
来周知のドクターブレード法によりシート状となすとと
もに高温で焼成することにより製作される。 【0022】絶縁基体1の上面には、従来周知のイオン
プレーティング法・スパッタリング法等の気相成長法に
よりアルミニウム(Al)等の金属から成る下層導体2
が形成され、その上から例えば主鎖に含フッ素脂肪族環
構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重合
体の少なくとも1種から成る高分子材料をスピンコーテ
ィングし、加熱処理を行なうことにより絶縁膜3を形成
する。 【0023】下地金属層5は銅から成ることにより、超
電導体である主導体層6のニオブまたは窒化ニオブに磁
性的な影響を与えて超電導特性を劣化させることもな
く、かつ絶縁層3との密着性に優れている。 【0024】本発明の電子回路部品の絶縁膜3として適
用可能な高分子材料としては、比誘電率が2.5 以下の種
々の高分子材料を使用できるが、特に含フッ素重合体や
含フッ素脂肪族環構造重合体、中でも主鎖に含フッ素脂
肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ
素重合体が好適である。 【0025】含フッ素重合体あるいは主鎖に含フッ素脂
肪族環構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ
素重合体は、比誘電率が低く、誘電体損失が小さく、吸
水率が低いことから、高速動作が可能で、かつ使用環境
による誘電率の変動がなく安定した動作が可能な電子回
路部品となる。 【0026】次いで、フォトリソグラフィ法等により多
層構造とする場合の接続用ビアホール4等を形成する。 【0027】次いで、絶縁膜3上に気相成長法により銅
から成る下地金属層5および超電導金属であるニオブま
たは窒化ニオブの少なくとも1種から成る主導体層6を
形成する。 【0028】下地金属層5は銅から成ることにより、超
電導体である主導体6のニオブまたは窒化ニオブに磁性
的な影響を与えて超電導特性を劣化させることもなく、
かつ絶縁層3との密着性に優れている。 【0029】また、電気配線用導電層の主導体層6はニ
オブまたは窒化ニオブの少なくとも1種から成ることに
より、高速な電気信号は超電導配線であるこの主導体層
6を伝送することから、導体の抵抗成分による信号レベ
ルの減衰がなく、素子を安定して動作させることができ
る。 【0030】そして、その上からアルミニウム・銅・窒
化ニオブの少なくとも1種の金属から成る導電層被覆金
属層7を気相成長法により形成した後、フォトリソグラ
フィ法等により配線パターンを形成し、さらに絶縁膜3
と配線パターンを順次形成して積層することにより、本
発明の電子回路部品による多層配線基板とすることがで
きる。 【0031】なお、本発明の電子回路部品における電気
配線用導電層は主に主導体層6によって構成されるが、
この主導体層6とともに下地金属層5および導電層被覆
金属層7を合わせて電気配線用導電層を構成しても電気
配線用導電層として機能せしめることができることはい
うまでもない。 【0032】 【実施例】次に、実験例に基づき本発明の作用効果につ
いて説明する。 【0033】(評価試料)厚さ0.635 mm、縦・横それ
ぞれ50mmのアルナミセラミックスから成る絶縁基体表
面にスパッタリング法によりアルミニウムを1μmの厚
さに成膜し、フォトリソグラフィ法により下層導体パタ
ーンを形成した。 【0034】次いで、この絶縁基体および下層導体パタ
ーンの表面に環化ポリフッ化エチレン樹脂をスピンコー
ティングし、300 ℃で加熱処理を行なうことにより厚さ
3μmの絶縁膜を形成した。 【0035】次に、この上に銅を表1中に示す厚さに、
またニオブを1〜3μmの厚さに、さらに銅を2〜3μ
mの厚さにスパッタリング法により連続成膜し、下地金
属層および電気配線用導電層および導電層被覆金属層を
形成した。 【0036】その後、フォトリソグラフィ法により絶縁
基体1枚につき縦・横それぞれ1mmの密着性評価用パ
ターンを1mm間隔で100 個形成したものを作製し、密
着性評価用試料とした。 【0037】(密着性評価方法)これら密着性評価用試
料の密着性評価用パターンに、それぞれ直径0.2 mmの
銅線を錫:鉛=60:40の錫−鉛共晶半田を用いて絶縁基
体に対して垂直に接続した。 【0038】次いで、密着強度測定器を用いてこれら銅
線を絶縁基体面に対して垂直方向に引っ張り、それぞれ
の密着強度を測定した。 【0039】測定結果はkg単位にて得られ、密着性評
価用パターンの寸法が縦・横それぞれ1mmであること
から、各密着性評価用パターンについてkg/mm2 単
位にて密着強度が得られた。そして、各密着性評価用試
料ごとに全密着性評価用パターンの密着強度の平均値を
求めてそれぞれの密着強度とした。ここで、電気配線用
導電層の密着性が高い信頼性の優れた電子回路部品を得
るための基準として、密着強度が2kg/mm2 以上の
ものを良好とした。 【0040】また、前述のように、ニオブまたは窒化ニ
オブから成る電気配線用導電層を伝搬する電磁波(高周
波信号)の一部分は表皮効果により銅から成る下地金属
層内にも侵入するため、下地金属層の厚さが増すと下地
金属層内に侵入して銅の電気抵抗のために減衰する電磁
波の成分の割合が大きくなる。そこで、各評価用試料に
ついて10GHzの高周波電気信号を伝搬した場合におい
て下地金属層により減衰する電磁波の成分の割合を測定
し、その割合が1/2以下である場合を表皮効果による
影響が小さく良好であるとした。 【0041】これらの結果を表1に示す。なお、表1に
おいて表皮効果の評価結果は、良好なものを○で表わし
た。 【0042】 【表1】 【0043】表1の結果から明らかなように、銅から成
る下地金属層を形成しなかった試料番号1および下地金
属層の厚さが0.01μm未満の試料番号2では、密着強度
は2kg/mm2 未満であり、実用化には不適なもので
あった。 【0044】また、下地金属層の厚さが0.3 μmを超え
る試料番号9〜11では、密着強度は良好であるものの表
皮効果により下地金属層のために減衰する電磁波の割合
が1/2を超えて大きくなって不良(×)となり、同じ
く実用化には不適なものであった。 【0045】これに対し、本発明の電子回路部品である
試料番号3〜8では、いずれも密着強度が2kg/mm
2 以上と高く、絶縁膜に対する電気配線用導電層の密着
性が良好で信頼性に優れたものであり、かつ表皮効果に
よる下地金属層のための高周波電気信号の減衰が小さ
く、信号伝送特性についても良好なものであった。 【0046】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
例えば、含フッ素重合体・含フッ素脂肪族環構造重合体
の一部の官能基に窒素(N)・硫黄(S)・燐(P)等
を含有するアルキル基等を付加してもよい。 【0047】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の電子回路部
品によれば、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する上記
化1〜化4で表わされる含フッ素重合体の少なくとも1
種から成り、基体上にスピンコーティングし加熱処理し
て形成した、高分子材料から成る絶縁膜上に気相成長法
による超電導金属であるニオブまたは窒化ニオブの少な
くとも1種から成る主導電層の下地として銅から成る下
地金属層を形成したことから、気相成長法によるニオブ
または窒化ニオブの導電層の絶縁膜に対する密着強度が
1kg/mm2程度であるのに対して、同じく気相成長
法による銅の絶縁膜に対する密着強度が2kg/mm2
以上と高いため、絶縁膜と、下地金属層・主導電層およ
び導電層被覆金属層から成る電気配線用導電層との密着
性を十分良好な程度に向上させることができ、その結
果、高密度かつ高機能な超電導配線を有した電子回路部
品を得ることができた。 【0048】また、本発明の電子回路部品によれば、絶
縁膜を含フッ素重合体、中でも主鎖に含フッ素脂肪族環
構造を有する上記化1〜化4で表わされる含フッ素重合
体の少なくとも1種から成るものとしたことから高速な
信号を伝送し、かつ使用環境における水分の影響を受け
ることなく素子を安定して動作させることが可能な電子
回路部品を得ることができた。 【0049】従って、本発明によれば、絶縁膜と超電導
金属であるニオブまたは窒化ニオブから成る電気配線用
導電層との密着性が良好で、かつ絶縁膜の絶縁信頼性に
優れた電子回路部品を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子回路部品の実施の形態の一例を示
す断面図である。 【符号の説明】 3・・・・・絶縁膜 5・・・・・下地金属層 6・・・・・電気配線用配線層の主導体層
す断面図である。 【符号の説明】 3・・・・・絶縁膜 5・・・・・下地金属層 6・・・・・電気配線用配線層の主導体層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
H05K 1/09 H01L 21/88 M
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 39/00 ZAA
H01L 21/312
H01L 21/3205
H01L 27/01 301
H05K 1/03 610
H05K 1/09
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する下
記化1〜化4で表わされる含フッ素重合体の少なくとも
1種から成り、基体上にスピンコーティングし加熱処理
して形成した、比誘電率が2.5以下の高分子材料から
成る絶縁膜上に、気相成長法による前記絶縁膜に対する
密着強度が2kg/mm2以上で厚さ0.01〜0.3
μmの銅から成る下地金属層上に気相成長法によるニオ
ブまたは窒化ニオブの少なくとも1種から成る主導電層
および気相成長法によるアルミニウム・銅・窒化ニオブ
の少なくとも1種から成る導電層被覆金属層を形成して
成る電気配線用導電層を形成したことを特徴とする電子
回路部品。 【化1】【化2】 【化3】 【化4】
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US09/106,192 US6060664A (en) | 1997-06-30 | 1998-06-26 | Electronic circuit component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17486197A JP3457851B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 電子回路部品 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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US7615385B2 (en) | 2006-09-20 | 2009-11-10 | Hypres, Inc | Double-masking technique for increasing fabrication yield in superconducting electronics |
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US9865795B1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-01-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Process for fabrication of superconducting vias for electrical connection to groundplane in cryogenic detectors |
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