JPS62252995A - 多層装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多層装置および多層装置における下側導体層
および電気絶縁体層の製造方法に関するものである。

多層装置は、絶縁層によって互いに分離されかつ絶縁層
内の接続部を介して互いに選択的に相互接続された多数
の電気導体層を基板上に支持した形状を成している。

従来提案されてきた多層装置では、各導体層は基板上に
形成され、そして次の導電性層の基板を成す誘電体層で
被覆される。誘電体層には隣接した導電性層間を相互接
続できるようにするための通し孔が形成される。このよ
うな通し孔は、導体層がスクリーン印刷される場合には
スクリーン印刷時に形成され得るが、代わりに例えばレ
ーザ穿孔法で形成することもできる。

導電性層は基板上に粒子状の導電性材料の厚い膜をスク
リーン印刷すること（この技術は公知である）によって
形成される。導電性膜はその後加熱されて基板に層を焼
結し、固着するようにされる。その後、全体をガラス形
成誘電体で被覆し、そして炉に入れて６００℃〜９００
℃の範囲の温度で焼成して、誘電体を溶融させ誘電体を
基板に固着するようにされる。導電性材料としては銅ま
たは銅を基材とした材料が用いられ得る。しかしながら
、スクリーン印刷法は一般に分解能において制限される
。銅または銅を基材とした材料は固体層としてではなく
小さな粒子として沈着されるので、層を通して酸化を受
け、従って酸化を抑制するために例えば窒素の不活性雰
囲気中で処理する必要がある。この場合、誘電体ガラス
形成材料も窒素雰囲気中で処理されなければならず、こ
れらは一般に形成するのが困難である。

窒素雰囲気を形成する炉は複雑であり、特に６００℃〜
９００℃で運転する場合には運転するのにに経費が掛る
ことになる。誘電体は（比較的低温で焼成され得るもの
および幾分多孔性となる傾向のあるものを含めて）窒素
雰囲気中で焼成するのには全く適さない。絶縁体が層を
重ねて形成される場合には、所望の密度は達成されず、
絶縁体は多孔性のままである。

本発明の目的は、多層装置および多層装置を従来より低
い温度で製造する改良された方法を提供することにある
。

本発明によれば、ａ、導電性で被酸化性の材料のパター
ンを基板の電気絶縁性表面に固着すること、ｂ、上記パ
ターンの一部を酸化させること、Ｃ１上記パターンおよ
び上記パターンに固着していない上記基板表面の部分を
焼成可能な誘電体で被覆すること、およびｄ、上記誘電
体を融解させるのに十分な温度に上記誘電体を焼成し、
それにより融解した誘電体と上記パターンの酸化した部
分との間に結合部を形成することの順次工程から成る多
層装置の製造方法において、上記パターンが固体であり
、工程ａにおいて基板に結合され、また上記パターンの
基板に固着していない外層だけが酸化されることを特徴
とする多層装置の製造方法が提供される。

誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程ｄにおい
て上記の誘電体を融解させかつ固着させるのに十分な温
度に空気中で焼成される。融解はまたパターンへの酸素
の一層の拡散を抑制する。

パターンに関して用いた用語“固体”は、例えば従来技
術の粒子状または焼結パターン府と違ってパターンの各
部分内の被酸化性材料が連続しており、ガスに対して不
浸透性でありしかも凝集性であることを意味する。

用語“結合”は、例えば基板に直接または間接に結合さ
れ得るいわゆる種層に結合することまたは種層と一体に
することによって固体パターンを基板に直接または間接
に結合することを包含する。

固体パターンを用いることは、パターンの有害な内部酸
化の程度を最少に抑え、またパターンの′ａ集および固
着を促進させる焼結の必要性（付随して酸化を最少に抑
える厳しいプロセス条件の必要性）を避けることを意味
している。さらに、誘電体の融解は、酸化を制限する予
防処置が必要でないので空気中で行われ得る。容易に用
いることのできる誘電体の範囲は窒素雰囲気中で用いら
れ得るものより相当増大される。有利には、空気中で焼
成した誘電体は、一般に焼成中に役立つ遊離酸素の量が
増加するため本質的に比較的緻密である。

誘電体を融解させるの十分な温度は適当には６００℃〜
９００℃の範囲内であり得る。一般には多層装置の任意
の他の構成要素（特に基板）は焼成温度またはそれ以下
の温度で融解することは望ましくなく、従って全ての構
成要素の材料および焼成温度はそれに応じて選ばれるこ
とが認められる。

また本発明によれば、ａ、導電性で被酸化性の材料のパ
ターンの部分を酸化すること、ｂ、焼成可能な誘電体に
上記パターンを埋め込むこと、およびＣ１上記誘電体を
焼成して上記パターンの酸化された部分に焼成した誘電
体を密に結合させることの順次工程から成る多層装置の
製造方法において、上記パターンが固体であり、また上
記パターンの表面だけが酸化されることを特徴とする多
層装置の製造方法が提供される。

誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程Ｃにおい
て空気中で焼成され、焼成した誘電体をパターンに密に
結合させ、そして誘電体からパターン内へ比較的深く酸
素が拡散していくのを防ぐガラス層を形成する。

適当なプロセスパラメータは上述の通りである。

さらに、本発明によれば、ａ、酸化時には非導電性でガ
ラスを形成している導電性で被酸化性の材料の種層によ
って電気絶縁性の基板を被覆すること、ｂ、上記種層上
に固体導体のパターンを沈着すること、Ｃ１上記パター
ンと接触していない上記種層の部分をそれらの全深さま
で酸化すること、ｄ、全体を焼成可能な誘電体で被覆す
ること、およびｅ、装置を焼成して誘電体を融解させる
ことを順次行うことを特徴とする多層装置の製造方法が
提供される。

誘電体は空気焼成誘電体であり得、そして工程ｅにおい
て空気中で焼成される。

適当なプロセスパラメータは上述の通りである。

さらにまた、本発明によれば、少なくとも−表面が電気
絶縁性材料から成る基板と、上記表面に結合されかつ基
板に固着されていない酸化された外層を備えた被酸化性
で導電性の材料の固体パターンと、上記パターンおよび
上記パターンに結合していない上記表面の部分上の被焼
成誘電体の被覆とから成ることを特徴とする多Ｒ構造体
が提供される。

本装置において、適当な誘電体絶縁体は、ＥＳＬ４７７
０　　（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｃｉｅｎｃｅ　Ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｉｅｓ）のような上述の温度範囲内で融解する全
てのガラス絶縁体を含む。

本装置における導電性材料は、本発明の方法のパラメー
タを満足する能力および本装置内の誘電体絶縁体、基板
および（または）種層との適合性に関して選択される。

従って、例えば、材料は上述のように固体パターンを形
成でき、そして＜１゜たは）基板または種層に添加でき
る必要がある。

好ましい実施例（以下の説明参照）では、これはめっき
法によって行われ、従って材料はめつき可能な金属でな
ければならない、しばしばもしあれば種層と同じ金属で
あるのが有利である。また例えば小型の回路すなわちマ
イクロ回路に特に有効であるようにするためには、材料
は、非常に精細度の高い導電性パターンを形成できなけ
ればならない。

導電性材料は、プロセスの制御可能な範囲内で被酸化性
でなければならない。

導電性材料および（または）その酸化した表面は誘電体
絶縁体、基板および種層と適合しなければならない、好
ましい実施例では、誘電体絶縁体は空気焼成誘電体、特
にガラス形成絶縁体であり、また材料および（または）
その酸化した表面はそのような絶縁体と適合する必要が
ある。

上記のような理由で、適当な導電性材料にはクロム、銅
、銀、パラジウムおよびそれらの合金が含まれる。クロ
ム、銅およびそれらの合金はまた存在し得る任意の種層
に対して（特に）適当な材料でもある。他の適当な材料
としては金およびロジウム、並びにそれらの混合物およ
びそれらの合金が含まれる。パターンで覆われてない種
層が酸化される実施例では、酸化時に共に非導電性とな
る二性質をもちしかもセラミック、ガラスまたはガラス
セラミック基板および誘電体被覆層と固着性の強い結合
を成すセラミックまたはガラス状の任意の導電性材料を
用いることができる。

しばしばめっき、特に無電解めっきにより種層を別の金
属面＠層上に沈着させるのが有利である。

以下、例として添付図面を参照して多層装置およびその
製造方法について説明する。

以下に説明する多層装置およびそれの改良された製造方
法は、特に多層（少なくとも二Ｎ）装置（例えば基板近
くの）における導電性層および下方の誘電体絶縁休店の
製造に係るものである。

また以下の説明は、全深さを通して部分的に酸化される
種層を有する装置の実施例に関するものである。しかし
ながら、この特徴をもたないプロセスの実施例が以下の
説明においてプロセスの関連部分を省くことによって容
易に導出され得ることはさらに説明しなくても明らかで
ある。

第１図に示すように、基板２の表面上には種層４が形成
され、結合される。

基板２には、適当にはセラミック、ガラスまたは後で加
えられる空気焼成誘電体絶縁体より実質的に高い温度で
軟化するガラスセラミック材料から成り得る。

基板２がセラミックである場合には、好ましくはべりリ
ア、アルミナ、窒化アルミニウムおよび炭化けい素から
成る族から選ばれる。

適当なガラスおよびガラス・セラミックにはそれぞれ高
融点の硼珪酸ガラスおよびバリウムガラス並びに金属酸
化物を溶融させた高融点ガラスが含まれる。

基板２にはまた適当には金属シート上に上述のような一
種またはそれ以上の材料を例えば０．２５〜０．７５μ
ｍの範囲の厚さに被覆したものから成り得る６Ｍ当なシ
ート金属としては、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅、
並びにステンレス鋼や低炭素鋼を含めたそれらの合金が
含まれる。

種層４は有利には銅から成り得る。

種Ｍ！Ｊ４は銅である場合には公知の無電解めっき法、
例えば微細エツチング処理した基板表面に水素、パラジ
ウムイオン・パラジウム金属のような遷元剤を吸着させ
、そして分解により銅イオンを表面上に還元して銅の種
層を０．２〜４μｍ例えば約２μｍ、特に０．５μｍ〜
１，０μｍの深さに％電解沈着させることによって基板
上に形成され、結合され得る。

種Ｎ４を無電解沈着によって形成することについて説明
してきたが、種層４は当該技術分野において公知の薄膜
またはＭＯＣＶＤ法によって同等に形成され得ることが
認られる。

再び第１図を参照すると、種Ｊ！！４上には適当に酸化
できる金属（上述のような）、好ましくは銅の固体パタ
ーン８が形成される。

この固体パターン８は有利には例えば′８層４の選択性
マスキングおよびめっきによって形成される。

代りに、ＦｆｉＲ４を除去し、固体パターン８を他の方
法で直接基板２上に形成してもよい。これらの他の方法
はまた種層４上に固体パターン８を形成するのに用いら
れ得る。

一つの方法では、導電性固体パターン８はマスクを介し
て導体をスパッタリングまたは蒸着することによって形
成される。そのような実施例では、まずクロム、チタン
またはタンタルのうちの一つのような境界を接する接着
剤パターン上でスパッタリングするのが好ましい４代り
に、基板はめっき、スパッタリングまたは蒸着すること
によって一様に被覆され、そして導電性材料はウェット
エツチングによってまたはスパッタリングまたはプラズ
マエツチングによって必要なパターンを残すように選択
的に除去される。

別の方法においては、導電性固体パターンは、パラジウ
ムのような触媒を用いたレジストによる無電解めっき法
によって基板上に形成される０代りに自動触媒式の無電
解めっきプロセスを用いることもできる。

さらに別の方法では、化学結合を形成するように高温度
で基板に導電性材料のシートが直接結合される。導電性
パターンはレジストを用いて材料を選択的に除去すると
とによって形成される。

固体パターン８を別個に形成することおよび形成した固
体パターン８を基板２まなは種層４上に設けることは除
外されない。

この実施例では、銅の８層４は光硬化性レジスト６で１
２〜５０μｍの範囲、好ましくは２５μｍの厚さに被覆
される。このレジスト６は所望の導体パターンに相応し
た光パターンにさらされる。その後レジスト６の硬化さ
れてない部分は通常の流体で（第２図に示すように）選
択的に溶されて所望のパターンの陰画に相応したレジス
トで画定された下側の＠層４が選択的に露出される。

こうして露光された銅の種層４はその後固体銅で全ての
位置において種層の厚さを越える例えば３〜１５μｍ、
特に約７μ用の厚さおよび幅に電気めっきされ、そして
残りのレジストは当該技術分野において公知の任意の仕
方で除去される。その結果第３図に示すように、薄い導
電性層上に厚い固体パターン８が形成される。

第３図において、全組立体はその後６００℃〜９００℃
の温度で空気中で焼成され、下側の銅の種層４および固
体パターン８を種層４の厚さに相応した深さまですなわ
ち０．２〜４μｌの深さに酸化される（第４図参照）、
銅の酸化される深さは焼成温度のようなファクタに関係
するので、例えば試験ピースが所望の製造工程を受ける
ことによって酸化が所望の深さに達するのを保証するよ
うに工程管理を行なう必要がある。その結果、導電性パ
ターン８で覆われてない種層４全体が酸化されて非導電
性酸化銅を形成し、また例えば厚さ１μｍの種層で７μ
ｍの厚さである固体パターン８の固体導体は単に２μｍ
の深さまで酸化され、これによりそれらの導電性は認め
られ得るほどの影響を受けない。

第４図において、空気焼成誘電体の厚い（例えば３５〜
５５μｍ、特に約４５μｌの厚さの）膜１０が沈着され
、酸化銅層４．８を覆う。

誘電体１０は好ましくはスクリーン印刷法によって沈着
される。また誘電体は好ましくはブチルカルピトール中
に溶したエチルセルロースに懸澗されな溶解温度６００
℃〜９００℃の範囲のガラス粒子の形態である。スクリ
ーン印刷の後、誘電体１０は乾燥され、ブチルカルピト
ールを蒸発させる。それでエチルセルロースはガラス粒
子のバインダーとして作用する。

その後、組立体全体は５００℃〜９００℃の温度で空気
中で焼成され、それでエチルセルロースを焼き尽し、ガ
ラスを溶融または溶解して緻密で実質的に非多孔性のガ
ラスを基材とした電気絶縁体層が形成される。

また焼成工程は、成分要素銅がさらに酸化されている限
り、下側の銅の種層４および固体パターン８に重大な影
響を及ぼす、銅の酸化される深さは焼成温度、絶縁体の
ガラス性およびガラスの溶融温度に関係するので、例え
ば試験ピースに所望の製造工程を施すことによって所望
の深さまで酸化のおこなわれるのを保証するように工程
管理しなければならない、その結果、厚さ２μｍの酸化
層で７μｌの厚さである固体パターン８の固体導体は単
に精々総体深さ４μｍまでさらに酸化されるが、これに
よりそれらの導電性は認められ得るほどには影響を受け
ない。

純粋な結果として、導体パターン８は空気焼成誘電体１
０中に埋め込まれた状態となる。導体固体パターン８の
外皮の酸化によって絶縁体は導体と密に結合されること
になることが認められる。

さらに、導体の酸化した外皮上にガラス層が存在するこ
とにより、絶縁体から導体中への酸素の拡散は抑制され
る。

最後に、誘電体層１０には導体８に通じるための通し孔
パターン（第６図の孔１２委照）が形成される。この通
し孔にはレーザー穿孔によってかまたはエツチングまた
は研削技術によって形成され得る。

通し孔には、組立体を焼成する前に、例えばスクリーン
印刷法によって形成され得る６代りに、レーザー穿孔お
よび研削またはエツチング法を用いてもよい。

上記の多層装置は多数の効果をもならずことが認められ
る。

銅の種層４の酸化銅への変換により、基板２および誘電
体１０と強い接着性をもつガラス形成材料が形成される
。基板に対する銅導体パターン８の接着性はまた、酸化
銅結合が酸素例えばアルミナを含んでいる基板からの酸
素の拡散によって形成される場合には焼成によっても改
善され得る。

実際、酸化した銅の種層４の機能は、第２の焼成中、誘
電体絶縁体１０中に存在し得るＰ　ｂ　Ｏ、ＢＯおよび
ＳｉＯ３のような酸化物と結合して非導電性かつガラス
形成となることにある。従って、ガラス絶縁体は実際に
溶融した時に酸化銅の種層を溶解させる。ｍの種層はま
な任官のセラミック、ガラスまたはガラスセラミック基
板と合成し、それで絶縁体と基板との間に非常に強い結
合が形成される。

基板と絶縁体との間の銅の種層の前焼成がないので、ガ
ラス絶縁体には基板と絶縁体との間の直接接着を促進さ
せる通常の物質が含まれ得るが、これは一般的には必要
でない。

１ｆＪＲ４が電気絶縁体に変換することにより、銅導体
パターン８の下側にない種層４の部分を除去する必要が
なくなる。

ここで記載した方法の一つの変形では、銅パターン８の
電気めっき工程に続いて残留レジストを除去する工程の
前に、銅パターン８は、銅パターン８内への酸素の拡散
を抑制する金属の膜１４で被覆される。この目的に特に
適した金属は、ニッケル、パラジウム、金、銀、クロム
、ロジウムまたはこれらのいずれかの金属の合金である
。この工程は、両方の空気焼成工程中における酸化銅に
変換されるパターン銅の量を有利に減らず効果がある。

拡散抑制ＷＸ１４は、通し孔の形成される銅領域が常に
空気および酸化にさらされるので、この領域を被覆する
のに特に有用である。

さらに別の変形例では、拡散抑制Ｊｆｆ１４は、装置の
焼成に続いて誘電体と酸化抑制層との間の接着層として
機能する銅の薄膜で被覆される。

さらに別の変形例では、二つのレジスト工程および二つ
の銅めっき工程は過剰のレジストを除去する前に行われ
る。第１のレジストは非常に精細度の高いトラック（例
えば幅１０μｔ、厚さ４μｍ）を形成するようにウェッ
ト膜レジストをスピニングすることによって形成された
薄い層である。第２のレジストは、厚さ２５μｍ、幅３
５μｍのトラックのようなものを形成するように積層し
たドライ膜レジストを用いて沈着した厚い層であり、ま
たは絶縁体に通し孔の形成される部分に位置する。

多層装置は両面型にできることが認められる。

そのような多層装置では、基板に多数の通し孔が形成さ
れ、また基板の両側に同時に導電性層が形成される。同
時に、通し孔内には導電性材料が沈着され、二つの導電
性層をリンク結合する。

以上説明してきた実施例では種層はプロセスを通じて基
板上にそのまま残っているが、当然誘電体沈着工程に先
立って直接導電性パターンの下側以外の領域から種層を
除去することもできることが認められる。この場合、種
Ｒ４の材質は被酸化性である必要はなく、例えば金であ
ってもよい。

第７図では複合基板が設けられ、金属シート２八は電気
絶縁性層２Ｂで被覆されている。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は異なる製造Ｐ１階における多層装置の
断面図、第７図は変形装置の断面図である。 図　　　中 ２：基板、４：種層、６：レジスト、８：導電性パター
ン、１０：誘電体層、１２：通し孔。 図面の浄也（内Ｇに変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年　特許願　第　１８７９１号２、発明の名称 多層装置およびその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 カル・ハウス（番！−その他表示なし）４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１図面の浄書内容に
変更なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ、導電性で被酸化性の材料のパターンを基板の電
   気絶縁性表面に固着すること、 ｂ、上記パターンの一部を酸化させること、ｃ、上記パ
   ターンおよび上記パターンに固着していない上記基板表
   面の部分を焼成可能な誘電体で被覆すること、 ｄ、上記誘電体を融解させるのに十分な温度に上記誘電
   体を焼成し、それにより融解した誘電体と上記パターン
   の酸化した部分との間に結合部を形成すること の順次工程から成る多層装置の製造方法において、上記
   パターンが固体であり、工程ａにおいて基板に結合され
   、また上記パターンの基板に固着していない外層だけが
   酸化されることを特徴とする多層装置の製造方法。 ２、工程ａが無電解沈着によつて表面に導電性材料の種
   層を形成すること、上記種層上に所望のパターンの陰画
   に相応したレジスト層を形成すること、露出した種層上
   に銅から成るパターンを電気めっきすることおよびレジ
   ストを除去することから成り、工程ｃがバインダと共に
   保持された誘電体の粒子から成る空気焼成誘電体をパタ
   ーンおよびこのパターンで覆われてない種層上にスクリ
   ーン印刷することから成り、また工程ｄで空気中で焼成
   が行われる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、工程ａがパターンで覆われてない領域から種層を選
   択的に除去することを包含している特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ４、ａ、導電性で被酸化性の材料のパターンの部分を酸
   化すること、 ｂ、焼成可能な誘電体に上記パターンを埋め込むこと、 ｃ、上記誘電体を焼成して上記パターンの酸化された部
   分に焼成した誘電体を密に結合させること の順次工程から成る多層装置の製造方法において、上記
   パターンが固体であり、また上記パターンの表面だけが
   酸化されることを特徴とする多層装置の製造方法。 ５、マスクを通してのスパッタリングまたは蒸着または
   導電性材料を一様に被覆しその後引き続いて導電性材料
   を選択的に除去することによって、導電性材料を一様に
   めっきしその後引き続いて導電性材料を選択的に除去す
   ることによって、レジストを用いた無電解めっきによっ
   て、あるいは導電性材料のシートを基板に高温度で直接
   化学的に結合しその後引き続いて導電性材料を選択的に
   除去することによってパターンを形成する特許請求の範
   囲第４項に記載の方法。 ６、ａ、酸化時には非導電性でガラスを形成している導
   電性で被酸化性の材料の種層で電気絶縁性の基板を被覆
   すること、 ｂ、上記種層上に固体導体のパターンを沈着すること、 ｃ、上記パターンと接触していない上記種層の部分をそ
   れらの全深さまで酸化すること、４、全体を焼成可能な
   誘電体で被覆すること、 ｅ、装置を焼成して誘電体を融解させること を順次行うことを特徴とする多層装置の製造方法。 ７、少なくとも一表面が電気絶縁性材料から成る基板と
   、上記表面に結合されかつ基板に固着されていない酸化
   された外層を備えた被酸化性で導電性の材料の固体パタ
   ーンと、上記パターンおよび上記パターンに結合してい
   ない上記表面の部分上の被焼成誘電体の被覆とから成る
   ことを特徴とする多層構造体。 ８、パターンが銅から成る特許請求の範囲第７項に記載
   の多層構造体。 ９、種層およびパターンが両方に共通の材料から成って
   いる特許請求の範囲第７項に記載の多層構造体。 １０、基板が９００℃またはそれ以下の温度では融解し
   ないセラミック、ガラスまたはガラスセラミックから成
   っている特許請求の範囲第７項に記載の多層構造体。