JPH0745963A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路配線の電気信号の高速伝達を可能として、
ジョセフソン素子等の超伝導素子を接続した場合、超伝
導素子本来の高速駆動の機能を十分に発揮させることが
できる多層配線基板を提供することにある。 【構成】絶縁基体１上に高分子材料から成る絶縁膜２
と、回路配線膜３とを交互に積層するとともに上下に位
置する回路配線膜３を絶縁膜２に設けたスルーホール５
を介して電気的に接続してなる多層配線基板であって、
前記回路配線膜３はニオブから成り、且つ上下の接続領
域を除く表面がアルミニウムら成る被覆層３ａで被覆さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配線基板に関し、より詳
細にはジョセフソン素子等の超伝導素子が搭載される回
路基板やパッケージに使用される多層配線基板に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術】従来、混成集積回路装置や半導体素子収納
用パッケージ等に使用される多層配線基板はその回路配
線がＭｏ−Ｍｎ法等の厚膜形成技術によって形成されて
いる。

【０００３】このＭｏ−Ｍｎ法は通常、タングステン、
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当なバイ
ンダー、溶剤を添加混合し、ペースト状となした金属ペ
ーストを生セラミック体の外表面にスクリーン印刷法に
より所定パターンに印刷塗布し、次にこれを複数枚積層
するとともに還元雰囲気で焼成し、高融点金属粉末と生
セラミック体とを焼結一体化させる方法である。

【０００４】尚、前記回路配線が形成されるセラミック
体としては通常、酸化アルミニウム質焼結体やムライト
質焼結体等の酸化物系セラミックス、或いは表面に酸化
物膜を被着させた窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素
質焼結体等の非酸化物系セラミックスが使用されてい
る。

【０００５】しかしながら、このＭｏ−Ｍｎ法を用いて
回路配線を形成した場合、回路配線は金属ペーストをス
クリーン印刷することにより形成されることから配線の
微細化が困難で回路配線の高密度化ができないという欠
点を有していた。

【０００６】また回路配線はタングステンやモリブデン
等から成り、該タングステンやモリブデン等は電気抵抗
値が高く、電気信号の高速伝達が不可であることから信
号の伝達速度が高速であるジョセフソン素子等の超伝導
素子を接続した場合、超伝導素子本来の高速駆動の機能
を十分に発揮させることができないという欠点を有して
いた。

【０００７】そこで上記欠点を解消するために回路配線
を従来の厚膜形成技術で形成するのに代えて微細化が可
能な薄膜形成技術を用いて形成し、且つ回路配線を超伝
導材料であるニオブで形成した多層配線基板を使用する
ことが検討されている。

【０００８】この回路配線にニオブを使用した多層配線
基板は、酸化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁基体
上にニオブから成る回路配線膜とポリイミド樹脂等の有
機高分子材料から成る絶縁膜とを交互に積層させ、上下
に位置する回路配線膜を絶縁膜に設けたスルーホールを
介して電気的に接続させた構造をしている。

【０００９】尚、前記絶縁基体上に積層される回路配線
膜はニオブから成る薄膜をスパッタリング法やイオンプ
レーティング法を採用して絶縁基体上に被着させた後、
これをフォトリソグラフィー技術を用いて所定パターン
に加工することにより形成され、一方絶縁基体上に積層
される絶縁膜は、所定のポリマ前駆体溶液をスピンコー
ト法により絶縁基体上に塗布するとともにこれを乾燥し
て半硬化させ、次に前記半硬化ポリマ前駆体にフォトリ
ソグラフィー技術を採用してスルーホールを形成した
後、前記半硬化ポリマ前駆体を熱架橋させることによっ
て形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この回
路配線にニオブを使用した多層配線基板は回路配線膜を
構成するニオブが極めて酸化しやすい材料であるため、
外部に露出したニオブが絶縁膜を熱硬化させる際の熱等
の影響で酸化され易く、回路配線膜を構成するニオブが
酸化するとその超伝導性を失い、その結果、該ニオブか
ら成る回路配線膜が酸化した多層配線基板にジョセフソ
ン素子等の超伝導素子を接続した場合、超伝導素子の高
速駆動の機能を十分に発揮させることができないという
欠点を誘発した。

【００１１】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
であり、その目的は回路配線の電気信号の高速伝達を可
能として、ジョセフソン素子等の超伝導素子を接続した
場合、超伝導素子本来の高速駆動の機能を十分に発揮さ
せることができる多層配線基板を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は絶縁基体上に高
分子材料から成る絶縁膜と、回路配線膜とを交互に積層
するとともに上下に位置する回路配線膜を絶縁膜に設け
たスルーホールを介して電気的に接続してなる多層配線
基板であって、前記回路配線膜はニオブから成り、且つ
上下の接続領域を除く表面がアルミニウムから成る被覆
層で被覆されていることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明の多層配線基板によれば回路配線膜を超
伝導物質であるニオブで形成したことから回路配線膜で
の信号の伝達速度を高速となすことができ、その結果、
この多層配線基板に信号の伝達速度が高速であるジョセ
フソン素子等の超伝導素子を接続すると回路配線膜に信
号が高速伝達され、超伝導素子本来の高速駆動の機能を
充分に発揮させることが可能となる。

【００１４】また回路配線膜はその上下の接続領域を除
く表面がアルミニウムから成る被覆層で被覆されている
ことからニオブから成る回路配線膜が酸化され、超伝導
性を失うのが有効に防止され、その結果、回路配線膜の
超伝導性を安定化し、信頼性の高いものとなすことがで
きる。

【００１５】

【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図１は本発明の多層配線基板の一実施例を示す断面
図であり、１は電気絶縁材料から成る絶縁基体、２は絶
縁膜、３は回路配線膜である。

【００１６】前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、或い
は表面に酸化物被膜を有する窒化アルミニウム質焼結
体、炭化珪素質焼結体等の非酸化物セラミックスから成
り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合に
は、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム、酸
化マグネシウム等の原料粉末に適当なバインダー、溶剤
を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知の
ドクターブレード法やカレンダーロール法を採用するこ
とによってセラミックグリーンシートを形成し、しかる
後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加
工を施し、所定形状となすとともに高温（約１６００
℃）で焼成することによって、或いは酸化アルミニウム
等の原料粉末に適当なバインダー、溶剤を添加混合する
とともに該原料粉末をプレス成形機によって所定形状に
成形し、次に前記成形体を約１６００℃の温度で焼成す
ることによって製作される。

【００１７】前記酸化物系セラミックス、或いは表面に
酸化物膜を有する非酸化物系セラミックスから成る絶縁
基体１は後述する絶縁膜２と回路配線膜３とにより成る
多層配線４を支持する作用をなし、表面には絶縁膜２と
回路配線膜３とが交互に被着積層される。

【００１８】前記絶縁基体１の表面に被着される各絶縁
膜２はポリイミド樹脂等の高分子材料から成り、例えば
４，４’−ジアミノジフェニルエーテル５０モル％、ジ
アミノジフェニルスルホン酸５０モル％、３，３’，
４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から成
るポリマ前駆体溶液を絶縁基体１上面にスピンコート法
により塗布するとともにこれに約８５℃の熱を加えて半
硬化させ、しかる後、約４００℃の熱を加えて前記半硬
化ポリマ前駆体を熱架橋させることによって形成され
る。

【００１９】前記各絶縁膜２は各回路配線膜３間の電気
的絶縁を保持する作用をなし、その厚みが２．０μｍ未
満であると各回路配線膜３間の電気的絶縁の信頼性が低
下する傾向にあり、また３０．０μｍを越えると絶縁膜
２内に該絶縁膜２を形成する際に発生する大きな応力が
内在し、絶縁膜２と絶縁基体１及び回路配線膜３との接
合強度が低下する危険性がある。従って、前記絶縁膜２
はその厚みを２．０乃至３０．０μｍの厚みとしておく
ことが好ましい。

【００２０】また前記各絶縁膜２にはスルーホール５が
形成されており、該スルーホール５は絶縁膜２を間に挟
んで形成される回路配線膜３を電気的に接続させる作用
をなす。

【００２１】前記各絶縁膜２に形成されたスルーホール
５は、半硬化させたポリマ前駆体に従来周知のフォトリ
ソグラフィー技術を採用して所定位置に所定形状に孔加
工することによって形成される。

【００２２】前記絶縁基体１の表面に被着させた各絶縁
膜２はまたその各々の上面に回路配線膜３が所定パター
ンに被着形成されており絶縁膜２を挟んで上下に位置す
る所定の回路配線膜３が絶縁膜２に設けたスルーホール
５を介して電気的に接続されている。

【００２３】前記ニオブから成る回路配線膜３はニオブ
が約９．１Ｋ以下の極低温下で超伝導性を示す超伝導性
材料であるため回路配線膜３での信号の伝達速度を高速
となすことができ、その結果、この多層配線基板に信号
の伝達速度が高速であるジョセフソン素子等の超伝導素
子を接続すると回路配線膜３に信号が高速伝達され、超
伝導素子本来の高速駆動の機能を充分に発揮させること
が可能となる。

【００２４】尚、前記ニオブから成る回路配線膜３は絶
縁膜２上にニオブをスパッタリング法やイオンプレーテ
ィング法により被着させるとともにこれをフォトリソグ
ラフィー技術により所定パターンに加工することによっ
て絶縁膜２上に形成される。

【００２５】この場合、回路配線膜３は微細配線が可能
なスパッタリング法やイオンプレーティング法等の薄膜
形成技術及びやフォトリソグラフィー技術により形成さ
れるため回路配線膜３はその線幅、厚みが極めて細く、
薄いものとなり、その結果、回路配線膜３の微細化が可
能となって回路配線膜３の高密度化が可能となる。

【００２６】また前記ニオブから成る回路配線膜３はそ
の厚みが１．０μｍ未満であると絶縁膜２の表面粗さに
起因して回路配線膜３中に厚みが極めて薄い部分が形成
され、回路配線膜３に電気信号を正常に伝達させること
が困難となり、また５．０μｍを越えるとニオブから成
る回路配線膜３を形成する際の応力によって回路配線膜
３と絶縁膜２との間に剥離を発生させる危険性がある。
従って、前記ニオブから成る回路配線膜３はその厚みを
１．０乃至５．０μｍの範囲としておくことが好まし
い。

【００２７】更に前記回路配線膜３はその上下の接続領
域を除く表面がアルミニウムから成る被覆層３ａで被覆
されており、該被覆層３ａは絶縁膜２となるポリマ前駆
体を熱架橋させる際の熱等の影響で回路配線膜３が酸化
され、超伝導性を失うのを有効に防止する作用を為し、
これによって回路配線膜３は超伝導性を安定化し、信頼
性の高いものとなる。

【００２８】前記被覆層３ａはアルミニウムから成り、
該アルミニウムは非磁性材料であるため回路配線膜３に
ジョセフソン素子等の超伝導素子から高速の信号が伝達
されてもうず電流を発生することはなく、該うず電流が
ジョセフソン素子等の超伝導素子に作用し、超伝導素子
の作動に悪影響を与えることがない。

【００２９】また被覆層３ａを構成するアルミニウムは
ポリイミド樹脂と接合性が良いことから被覆層３ａを有
する回路配線膜３と絶縁膜２とを交互に多層に積層して
も絶縁膜２と被覆層３ａとの間に剥離を発生することは
なく、各々を極めて強固に接合させることが可能とな
る。

【００３０】尚、前記回路配線膜３上への被覆層３ａの
被着は回路配線膜３上にアルミニウムをスパッタリング
法やイオンプレーティング法により被着させるとともに
これをフォトリソグラフィー技術により所定パターンに
加工することによって回路配線膜３上の所定位置に被着
される。

【００３１】また前記アルミニウムから成る被覆層３ａ
はその厚みが０．０５μｍ未満となると回路配線膜３の
酸化を有効に防止することができなくなる危険性がある
ので０．０５μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上とし
ておくのが良い。

【００３２】更に前記被覆層３ａは回路配線膜３の上下
の接続領域を除く表面のみを被覆しており、被覆層３ａ
が上下の回路配線膜３間に配されることがないため被覆
層３ａが回路配線膜３を伝達する信号の高速伝達を阻害
することもなく、これによっても回路配線膜３に超伝導
素子からの信号を高速伝達させることが可能となる。

【００３３】かくして本発明の多層配線基板によれば回
路配線膜３にジョセフソン素子等の超伝導素子を電気的
に接続し、回路配線膜３を介して超伝導素子に電気信号
を出し入れすることにより混成集積回路装置や半導体素
子収納用パッケージ等に使用される配線基板として機能
する。

【００３４】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更は可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の多層配線基板によれば回路配線
膜を超伝導物質であるニオブで形成したことから回路配
線膜での信号の伝達速度を高速となすことができ、その
結果、この多層配線基板に信号の伝達速度が高速である
ジョセフソン素子等の超伝導素子を接続すると回路配線
膜に信号が高速伝達され、超伝導素子本来の高速駆動の
機能を充分に発揮させることが可能となる。

【００３６】また回路配線膜はその上下の接続領域を除
く表面がアルミニウムから成る被覆層で被覆されている
ことからニオブから成る回路配線膜が酸化され、超伝導
性を失うのが有効に防止され、その結果、回路配線膜の
超伝導性を安定化し、信頼性の高いものとなすことがで
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断面図
である。

【図２】図１に示す多層配線基板の要部拡大図である。

【符号の説明】

１・・・・基体 ２・・・・絶縁膜 ３・・・・ニオブから成る回路配線膜 ３ａ・・・アルミニウムから成る被覆層 ５・・・・スルーホール

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/12 ＺＡＡ Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｃ 6921−4Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基体上に高分子材料から成る絶縁膜
   と、回路配線膜とを交互に積層するとともに上下に位置
   する回路配線膜を絶縁膜に設けたスルーホールを介して
   電気的に接続してなる多層配線基板であって、前記回路
   配線膜はニオブから成り、且つ上下の接続領域を除く表
   面がアルミニウムから成る被覆層で被覆されていること
   を特徴とする多層配線基板。