JP4708905B2 - 薄膜エンベディッドキャパシタンス、その製造方法、及びプリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜エンベディッドキャパシタンスとその製造方法、及びそれを備えるプリント配線板に関する。より詳細には、単位面積あたりの静電容量が大きな薄膜エンベディッドキャパシタンスとその製造方法、及び前記薄膜エンベディッドキャパシタンスを備えるプリント配線板に関する。

近年の信号処理速度が高速となり、また、配線密度が高くなりつつあることから、受動回路素子であるキャパシタンスをプリント配線板に内蔵させることが必要である。こうしたキャパシタンスには、種々の強誘電体で形成された薄膜が使用されているが、必要となる静電容量とサイズとの関係から配置が制限されていた。

こうした背景の下で、チタン酸バリウムを代表とするペロブスカイト化合物からなる高誘電性材料又はそれとエポキシ、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド等の有機材料との混合物から形成されるプリント配線板が提案されている（特許文献１参照、以下、「従来例１」という。）。また、プリント配線板におけるキャパシタンスの埋め込み技術ではないが、半導体基板を２００℃以上に加熱し、チタン酸ストロンチウム膜を形成し、前記半導体基板の温度を１５０℃／分以上の冷却速度で冷却することにより、半導体用キャパシタンスを製造する方法が提案されている（特許文献２参照、以下、「従来例２」という。）。

特開２００１−１５９１８号 特開平６−２５２３４６号

上述したように、従来例１は、ビルドアップ配線層内の内層導体回路と外層導体回路との間の層間樹脂絶縁層内に、高誘電性材料を含む誘電層を形成して、配線層内にコンデンサ機能を付与することができるという観点からは優れた技術である。しかし、従来例１に記載された技術では、高誘電性材料以外の材料も含まれるため、小型化に限界があり、結果として、コンデンサ機能を有する部材の配置の最適化には制限があった。

また、従来例２は、高温で形成した場合と遜色のないチタン酸ストロンチウム絶縁膜を、比較的低温で形成することが出来るという観点からは優れた技術である。しかし、従来例２に記載されている技術は、記憶素子にキャパシタンスを埋め込むための技術であり、この技術をプリント配線板に適用することはできなかった。

一方、高周波数の信号を伝搬させる最近のプリント配線板においては、コンデンサの配置を最適化することに対しての要望が大きくなっている。

本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第１の目的は、単位あたりの静電容量の大きな薄膜エンベディッドキャパシタンスを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、薄膜エンベディッドキャパシタンスを精度よく製造できる製造方法を提供することにある。

さらに、本発明の第３の目的は、薄膜エンベディッドキャパシタンスが所望の最適な位置に埋め込まれたプリント配線板を提供することにある。

本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンスは、非降伏状態の金属材料からなる配線用金属薄膜上に形成された第１電極と；前記第１電極及び前記配線用金属薄膜上に、２００℃以上４００℃未満の温度でスパッタリング法により形成された、前記配線用金属薄膜よりも小さな熱膨張率を有する誘電体材料層と；前記誘電体材料層上に形成された第２電極と；を備え、前記第１電極は、配線用金属薄膜上に形成されたチタン層と；前記チタン層を被覆するように形成されたバリヤ層と；前記バリヤ層を被覆するように形成されたニッケル酸化合物層と；から構成され、前記誘電体材料層の形成に使用される誘電体は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム _1-x ストロンチウム _x 、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びチタン酸ビスマスからなる群から選ばれるいずれかのものであることを特徴とする、薄膜エンベディッドキャパシタンスである。ここで、ｘは０．０５以上０．９５以下の小数を表す。

このキャパンシタンスは、高誘電性材料で構成することとしたことから単位面積あたりの静電容量が大きく、プリント配線板に配置する際の制限が従来のキャパシタンスと比較して非常に小さいものとすることができる。

ここで、降伏とは、材料の引っ張り、圧縮、曲げなどにおいて、応力と歪みとの直線関係が破れ、応力が増加しなくとも歪みが増す現象、すなわち、完全な塑性変形をいう。ある物体が降伏状態になると、その物体の結晶構造が変化して物性が変化するとともに、物体中に塑性ひずみが残り、脆さが増す。

金属材料を配線用薄膜として使用する場合、非降伏状態であれば物性の変化もなくキャパシタンスとして使用することができる。しかし、降伏状態となると、結晶構造が変化して非晶質のアモルファスとなり、アモルファスは、高温下では結晶構造をとろうとするため、熱力学的に不安定となる。
以上の理由から、非降伏状態の金属材料からなる配線用金属薄膜を使用することとしている。

また、前記非降伏状態の金属材料としては、キャパシタンスの埋め込みに好適であることから、銅を使用することが好ましい。ここで、配線用薄膜として使用する銅の比表面積は１．３以上であることが好ましい。１．３未満では、キャパシタンスとの密着強度が不足することがある。

前記配線用金属薄膜上には、第１電極、誘電体材料層、及び第２電極が、それぞれ、後述する材料及び方法で形成される。

本発明のキャパシタンスでは、第１電極は、配線用金属薄膜上に形成されたチタン層と；前記チタン層を被覆するように形成されたバリヤ層と；前記バリヤ層を被覆するように形成されたニッケル酸化合物層と；から構成してもよい。

ここで、バリヤ層は、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、及び白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれる金属で形成された薄膜であることが、耐食性や帯電性の観点から好ましい。

これらの金属の中でも、ルテニウム、白金（Ｐｔ）、及び酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）を用いると、耐食性が高く、誘電体材料の疲労劣化を防ぐという効果が高い。

また、前記ニッケル酸化合物層は、ニッケル酸ランタン又はニッケル酸リチウムで形成されるものであることが、帯電性に優れることから好ましい。

前記チタン層と、前記バリヤ層と、前記ニッケル酸化合物層とは、いずれも、常温以上〜約１５０℃以下の温度で、スパッタリング法によって形成されてもよい。

ここで、前記チタン層、前記バリヤ層、及び前記ニッケル酸化合物層は、純度の高い金属薄膜を、高い成膜速度で形成できることから、スパッタリング法で形成することが好ましい。また、スッパタリングの際の温度を常温以上〜約１５０℃以下としたのは、常温未満では成膜が均一になりにくくなり、約１５０℃を超えると成膜の厚みのばらつきが大きくなることによる。

「スパッタリング法」としては、直流（ＤＣ）スパッタリング法、高周波（ＲＦ）スパッタリング法等の２極スパッタリング法；プレーナー型マグネトロンスパッタリング法、磁界圧着型マグネトロンスパッタリング法、スパッタガン式スパッタリング法、同軸型スパッタリング法等のマグネトロンスパッタリング法；対向ターゲットスパッタリング法；電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法；コリメートスパッタリング法及び遠距離スパッタリング法；イオンビームスパッタリング法；反応性スパッタリング法等を挙げることできる。

前記ニッケル酸化合物層は、純度が高く、組成が均一な緻密な膜を形成できるという利点があることから、反応性スパッタリング法によって形成することが好ましい。

また、前記誘電体材料層は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）、及びチタン酸バリウム_1-xストロンチウム_x（Ｂａ_1-xＳｒ_xＴｉＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）及びチタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）からなる群から選ばれる化合物で構成される。ここで、ｘは０．０５以上０．９５以下の小数を表す。ｘが０．０５未満では、帯電性が低下してしまいキャパシタとしての機能が低下してしまうこともあり、Ｘが０．９５を超えると成膜が硬くかつ脆くなることがある。

これらの化合物の中でも、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、及びチタン酸鉛を用いると、単位面積当りの静電容量が高いキャパシタを得ることができる。

そして、前記誘電体材料層は、２００℃以上〜４００℃以下の温度で、スパッタリング法によって形成されたことが好ましく、組成のずれが起き難く、大電力が投入可能であることから反応性スパッタリング法によって形成することが好ましい。

このスパッタリングを行うときに、２００℃未満では、成膜が均一に形成されないこともある。また、４００℃を超えると、金属の降伏応力が大きく低下するとともに、結晶構造が破壊されるため、物性に変異をきたし、所望の性能を有するキャパシタンスの製造が困難になることによる。

これは、金属は、弾性変形領域内にある場合には、ある程度の応力を受けたとしても塑性変形することなく、元の形状に復帰する。しかし、温度が上昇するにつれて金属の降伏応力が低下することに起因するものである。

前記誘電体材料層の熱膨張率（α１）と、前記配線用金属薄膜の熱膨張率（α２）とは、下記式（１）
（α２−α１）ΔＴ×１００≧０．１・・・・・・（１）
を満たすものであることが好ましい（上記式中、ΔＴは、常温と、誘電体材料層形成時の配線用金属薄膜の加熱温度との温度差を表す）。

上記式（１）のような熱膨張率に差のある材料を使用して誘電体材料層と配線用金属薄膜とを形成するときは、前記誘電体材料層の緻密度を、７０〜９５％とすることが望ましい。

また、前記誘電体材料層は、前述した第１電極全体と被覆するように形成することが好ましい。この誘電体材料層は、金又は白金で構成される前記第２電極を介して、接触する他の基板から応力を受けることとなるため、応力を分散させること、及びリークを防止するためである。

本発明はまた、非降伏状態の金属材料からなる配線用金属薄膜上に、常温以上、降伏温度未満の温度においてスパッタリング法によって第１電極を形成する第１電極形成工程と；前記配線用金属薄膜を、常温以上、降伏温度未満の温度に加熱しながら、スパッタリング法によって前記バリヤ層を被覆するように誘電体材料層を形成する誘電体材料層形成工程と；前記誘電体材料層上に、貴金属からなる第２電極をスパッタリング法によって形成する第２電極形成工程と；を備えることを特徴とする、薄膜エンベディッドキャパシタンスの製造方法である。

ここで、前記第１電極は、常温〜約１５０℃の温度で、配線用金属薄膜上にチタン層をスパッタリング法によって形成するチタン層形成工程と；前記チタン層を被覆するようにバリヤ層スパッタリング法によって形成するバリヤ層形成工程と；前記バリヤ層を被覆するようにニッケル酸化合物層スパッタリング法によって形成するニッケル酸化合物形成工程と；を備える方法によって形成されるものであることが好ましい。

この方法によれば、単位面積あたりの容量の大きなキャパシタンスを製造することができる。

ここで、前記非降伏状態の金属材料、前記第２電極を構成する前記バリヤ層を形成する金属及び前記誘電体材料は前述した通りである。また、前記誘電体材料層の熱膨張率（α１）と、前記配線用金属薄膜の熱膨張率（α２）との関係も上記式（１）に示す通りであり、前記誘電体材料層の緻密度についても上述した通りである。さらに、前記第２電極は金又は白金からなるものである。

本発明はまた、上述した薄膜エンベディッドキャパシタンスが、内層又は外層の少なくとも一方に配置されている、プリント配線板である。

このプリント配線板によれば、キャパシタンスの配置を最適なものとすることができ、それによって広い周波数範囲の信号について、動作の安定化を図ることができる。

本発明のキャパシタンスによれば、単位面積あたりの静電容量が大きな薄膜エンベディッドキャパシタンスを提供することができるという効果を奏し、電極と金属との密着性が低下しにくくなる。
また、本発明のキャパシタンスの製造方法によれば、配置の最適化が可能な小型の薄膜エンベディッドキャパシタンスを製造することができる。
さらに、本発明のプリント配線板によれば、最適な位置に配置された、単位面積あたりの静電容量が大きな薄膜エンベディッドキャパシタンスを備えるプリント配線板を提供することができる。

図１は、本発明に係る薄膜エンベディッドキャパシタンスを埋め込んだプリント配線板の一実施形態の概略的な構成を示す断面図である。 図２は、図１における薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの概略的な構成を示す断面図である。 図３は、図２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造工程を説明するための図（その１）である。 図４は、図２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造工程を説明するための図（その２）である。 図５は、図２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造工程を説明するための図（その３）である。

図６は、図２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造工程を説明するための図（その４）である。 図７は、図２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造工程を説明するための図（その５）である。 図８は、図１の薄膜エンベディッドキャパシタンスを埋め込むためのプリント配線板の製造工程を説明するための図（その１）である。 図９は、図１の薄膜エンベディッドキャパシタンスを埋め込むためのプリント配線板の製造工程を説明するための図（その２）である。 図１０は、図１のプリント配線板の製造工程を説明するための図（その１）である。 図１１は、図１のプリント配線板の製造工程を説明するための図（その２）である。

４…第１電極，４ａ…チタン層，４ｂ…バリヤ層，４ｃ…ニッケル酸化合物層，６…誘電体材料層，８…第２電極，１０…薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール，１００…プリント配線板

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１１を参照しつつ説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’が埋め込まれたプリント配線板１００の構成がＸＺ断面図にて示されている。このプリント配線板１００は、プリント配線部材２０に薄膜エンベディッドキャパシタンスが１つ埋め込まれたプリント配線板である。

図１に示されるように、このプリント配線板１００は、（ａ）絶縁層２２ａと、（ｂ）プリント配線部材の＋Ｚ方向側表面に形成された導体パターン２２ｃ（以下、「外層パターン２２ｃ」ということがある。）とを備えている。

そして、前記プリント配線板１００は、（ｃ）絶縁層２２ａの−Ｚ方向側表面上に形成された導体パターン２２ｂ（以下、「内層パターン２２ｂ」ということがある）と、（ｄ）内層パターン２２ｂの−Ｚ方向側表面に形成された、Ｓｎバンプその他の導電性接続部材２６とを備えている。なお、絶縁層２２ａ、導体パターン２２ｂ及び２２ｃ、並びに導電性接続部材２６でプリント配線部材２０が構成されている。

また、プリント配線板１００は、（ｅ）絶縁層２２ａ及び内層パターン２２ｂの−Ｚ方向側表面上に、絶縁性の接着剤によって形成された接着層３０と、（ｆ）接着層３０の−Ｚ側方向表面付近に埋め込まれた薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’と、（ｇ）接着層３０及び薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’の−Ｚ方向側表面上に形成された導体パターン２Ｐとを備えている。

ここで、前記薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’は、第１電極４と、誘電体材料層６と、第２電極８とを備えている。そして、第１電極４は、導体パターン２Ｐと電気的に接続されるときに、第２電極８は導電性接続部材２６を介して、内層パターン２２ｂと電気的に接続されている。なお、薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’の詳しい構成については後述する。

また、図示を省略しているが、絶縁層２２ａを介した層間接続をするためのバイアホールが適宜形成されている。また、絶縁層２２ａ及び接着層３０を貫通するバイアホールも適宜形成されている。

絶縁層２２ａの材料としては、エポキシ樹脂、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたもの（以下、「ガラスエポキシ」又は「プリプレグ」ということがある。）、ポリイミド等を使用することができ、ガラスエポキシを使用することが、寸法安定性、量産性及び熱安定性の面から好ましい。

導体パターン２２ｂ及び２２ｃの材料としては、銅、アルミニウム、ステンレススチール等の導体金属を使用することができ、加工性の点から銅を使用することが好ましい。

図２には、薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’を含み、プリント配線板１００の製造に使用される薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０の構成がＸＺ断面図で示されている。

図２に示されるように、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０は、支持部材（以下、「キャリア部材」又は「キャリア」ということがある）１の＋Ｚ方向側表面及び−Ｚ方向側表面に、それぞれ配線用金属薄膜２及び３が積層された導体フィルム付きキャリア上に形成される。ここで、キャリア部材１は、絶縁層１ａと、導体フィルム１ｂ及び１ｃとを備えている。なお、前記配線用金属薄膜は、少なくともキャリア１の＋Ｚ方向側表面に形成されていればよい。

図２には示されていないが、配線用金属薄膜２の＋Ｚ方向側表面及び配線用属薄膜３の−Ｚ方向側表面には全面にわたって起伏が形成され、粗面化されている。そして、前記配線用金属薄膜２の＋Ｚ方向側表面の表面粗さ（Ｒｚ）は、０．５μｍ以下とされている。

ここで、配線用金属薄膜２の材料としては、銅、アルミニウム、ステンレススチール等の導体金属を使用することができ、後述するようにキャパシタンスをエンベッドする関係から、銅を使用することが好ましい。

また、銅薄膜を使用する場合には、表面粗さ（Ｒｚ）が０．５μｍ以下の光沢銅箔を使用することが好ましい。表面粗さが０．５μｍを超えると、粗密が大きすぎて、後述するチタン層及び誘電体材料層が形成できないことによる。

上述したように、この薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０は、第１電極４と第２電極８とを備えている。第１電極は、チタン層４ａと、チタン層４ａを被覆するように形成されたバリヤ層４ｂとバリヤ層４ｂを被覆するように形成されたニッケル酸化合物層４ｃとから構成されている。

前記第１電極４の形成に使用されるチタン層４ａには、通常、スパッタリングに用いられるものを使用することができる。

また、バリヤ層４ｂは、バリヤ層を形成できる金属であれば特に限定されないが、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、及び白金からなる群から選ばれる金属で形成されるものであることが、望ましい。これらの金属は、帯電された電荷を漏電させにくくするためである。

これらの金属中でも、ルテニウム、酸化イリジウム、及び白金からなる群から選ばれる金属は特に耐食性に優れているため、誘電体材料の疲労劣化を防ぐ上からこれらを使用することがさらに好ましい。

前記ニッケル酸化合物層４ｃは、ニッケル酸ランタン又はニッケル酸リチウムで形成されることが、帯電性に優れるという理由から好ましい。

前記チタン層４ａと、前記バリヤ層４ｂと、前記ニッケル酸化合物層４ｃとは、いずれも、常温以上〜約１５０℃以下の温度に前記キャリア１を加熱しながら、スパッタリング法によって形成することが好ましい。ここで、常温以下の温度では、成膜が均一になりにくくなり、また、約１５０℃を超えると、成膜の厚みのばらつきが大きくなるためである。

さらに、本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０は、上述した構成の第１電極４及び前記配線用金属薄膜上に、スパッタリング法によって形成された前記配線用金属薄膜よりも小さな熱膨張率を有する誘電体材料層６を備えている。

すなわち、図２に示すように、誘電体材料層６は、前記第１電極４を完全に被覆し、配線用金属薄膜２の＋Ｚ側表面と接触している。

前記誘電体材料層６は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、及びチタン酸バリウム_1-xストロンチウム_x、チタン酸ジルコン酸鉛、及びチタン酸鉛からなる群から選ばれるものであることが高い静電容量を得る上から好ましく、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及びチタン酸ジルコン酸鉛からなる群から選ばれる化合物を使用することがさらに好ましい。これらの化合物が、帯電性に優れるという特性を有することによる。ここでｘは上記と同様の理由から０．０５以上０．９５以下の小数を表す。

また、前記誘電体材料層は、２００℃以上〜４００℃以下の温度で、スパッタリング法によって形成されたものであることが好ましい。この誘電体材料層６の形成は、前記キャリアを２００℃以上〜４００℃以下の温度に加熱しながら、反応性スパッタリングで行うことが好ましい。２００℃未満では、成膜が均一に形成されない。逆に４００℃を超えると、加熱を中止したときに材料表面が急速に冷却されることから、熱収縮により、クラックが発生するといった不具合が生じるためである。

さらに、前記誘電体材料層６は、後述する第２電極８を形成する土台となるものであり、また、前記第２電極を介して他の種々のプリント配線板に埋め込まれたときに、こうしたプリント配線板からの応力を受ける部位ともなる。

このため、前記誘電体材料層６は、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０の大きさによって制限はあるものの、出来る限り表面積が大きくなるように形成しておくことが好ましい。このような構成とすることによって、応力を分散させるとともに、リークを防止することができるからである。

ここで、前記誘電体材料層６を構成する誘電体の熱膨張率（α１）と、前記配線用金属薄膜２の熱膨張率（α２）とは、下記式（１）
（α２−α１）ΔＴ×１００≧０．１・・・・・・（１）
を満たすものであることが好ましい（上記式中、ΔＴは、常温と、誘電体材料層６形成時の配線用金属薄膜の加熱温度との温度差を表す）。

上記式（１）の関係を満たす組合せの金属を選択することにより、約５０％の緻密度を有する誘電体材料層を得ることができる。

本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０は、さらに前記誘電体材料層６の＋Ｚ側表面に前記第２電極を備えている。

前記第２電極８は、金又は白金からなるものであることが、耐食性の点から好ましい。また、誘電体材料層６の＋Ｚ側表面上に、可能な限り大きく形成することによって、応力を分散させることが可能となる。

次に、プリント配線板１００の製造工程について説明する。

まず、図２に示される薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０を製造する。ここで、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０は、（ｉ）支持部材（以下、「キャリア部材」又は「キャリア」ということがある。）１の＋Ｚ方向側表面に銅フィルム等の配線用金属薄膜２が、また、−Ｚ方向側表面に前記配線用金属薄膜２と同様な配線用金属薄膜３が積層された導体フィルム付キャリアと、（ii）配線用金属薄膜２の＋Ｚ方向側表面上に形成された薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’とを備えている。

キャリア部材１としては、絶縁層１ａ、及び少なくともその＋Ｚ方向側に導体フィルム１ｂが積層されているものを使用することが好ましい。上述したように、絶縁層１ａの材料としては、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ、ポリイミド等を使用することができ、ガラスエポキシを使用することが、寸法安定性、量産性及び熱安定性の面から好ましい。なお、絶縁層１ａの−Ｚ方向側に導体フィルム１ｃが形成されている場合には、導体フィルム１ｂと１ｃとは同一の導電性金属材料で構成されていてもよく、互いに異なる材料で構成されていてもよい。

図２には、キャリア部材１の絶縁層１ａの−Ｚ方向側表面にも導体フィルム１ｃが積層された導体フィルム付きキャリア１を使用した場合を示したが、上述したように、少なくとも絶縁層１ａの＋Ｚ方向側表面に導体フィルム１ｂが形成されたものを使用することもできる。

キャリア部材１の＋Ｚ方向側表面に形成された配線用金属薄膜２の＋Ｚ方向側表面には、平均粗さ（Ｒｚ）が所定値以下となるように粗面化処理が施されている。

上述した導体フィルム付キャリアは、支持部材１の＋Ｚ方向側表面上に配線用金属薄膜２を圧着して貼り付けて製造してもよく、市販品を適宜選択して使用してもよい。市販品としては、例えば、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｈｉｎ（三井金属鉱業（株）製）、ＸＴＲ（オーリンブラス（株）製）、ＵＴＣ−Ｆｏｉｌ（ＭＥＴＦＯＩＬＳ社製）等を挙げることができる。

薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０の製造に際しては、まず、配線用金属薄膜付キャリア１を用意する。次いで、配線用金属薄膜２の＋Ｚ方向側表面に所定の大きさの開口部を有するマスクＭ１を載せる（図３Ａ参照）。次いで、常温〜約１５０℃の温度で、キャリア部材を加熱しながら、スパッタリング法によって前記第１電極４を構成するためのチタン層４ａを形成し、その後、マスクＭ１を除去する（図３Ｂ参照）。

引き続き、前記チタン層４ａを被覆する大きさの開口部を有する別のマスクＭ２を配線用金属膜２の＋Ｚ方向側表面に載せる（図４Ａ参照）。次いで、常温〜約１５０℃の温度で、キャリア部材を加熱しながら、スパッタリング法によって前記第１電極４を構成するためのバリヤ層４ｂを形成し、その後、マスクＭ２を除去する（図４Ｂ参照）。
ここで、バリヤ層４ｂの形成に際しては、酸素ガスを雰囲気中に含む反応性スパッタリング法を行うことが、組成のずれが起き難く、大電力の投入が可能であるという理由から好ましい。

バリヤ層４ｂの形成に使用する金属化合物は特に限定されないが、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、及び白金からなる群から選ばれる金属は耐食性が高く、Ｒｕ又はＰｔは特に耐食性に優れ、誘電体材料の疲労劣化防止の点から、さらに好適に使用することができる。また、これらの金属は、帯電された電荷を漏電させにくくするという効果が高いという点からも、これらを使用することが好ましい。

次いで、前記バリヤ層４ｂを被覆する大きさの開口部を有する別のマスクＭ３を配線用金属膜２の＋Ｚ方向側表面に載せる（図５Ａ参照）。引き続き、常温〜約１５０℃の温度で、キャリア部材を加熱しながら、スパッタリング法によって前記第１電極４を構成するためのニッケル酸化合物層４ｃを形成し、その後、マスクＭ３を除去する（図５Ｂ参照）。

ここで、ニッケル酸化合物層４ｃの形成に際しては、酸素ガスを雰囲気中に含む反応性スパッタリング法を行うことが、組成のずれが起き難く、大電力を投入できるとともに、膜硬度の低下を防止できるという理由から好ましい。

ニッケル酸化合物層４ｃの形成に使用するニッケル酸化合物は上述した通りであり、ニッケル酸ランタン又はニッケル酸リチウムを使用すると、帯電性に優れることから好適である。
以上の工程によって、上述した第１電極を形成することができる。

次に、前記ニッケル酸化合物層４ｃを被覆する大きさの開口部を有する別のマスクＭ４を導体フィルム１ｂの＋Ｚ方向側表面に載せる（図６Ａ参照）。引き続き、約２００℃以上〜約４００℃以下の温度で、キャリア部材を加熱しながら、スパッタリング法によって前記誘電体材料層を形成する（図６Ｂ参照）。上述したマスクＭ１〜Ｍ４としては、ステンレス製のもの等を用いることができる。

前記誘電体材料層６は、上述したように、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム_1-xストロンチウム_x（ここで、ｘは０．０５以上０．９５以下の少数を表す）、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛及びチタン酸ビスマスからなる群から選ばれるもので形成されることが単位面積当りの静電容量が高いキャパシタを得ることができるという理由から好ましく、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、及びチタン酸鉛からなる群から選ばれるものを使用すると、より単位面積当たりの静電容量が高いキャパシタを得ることができる。

ここで、誘電体材料層６を構成する誘電体の熱膨張率（α１）と、前記配線用金属薄膜２の熱膨張率（α２）とは、上記式（１）を満たすものであることが好ましく、前記配線用金属薄膜２として銅を、また、前記誘電体材料層６を形成する化合物としてチタン酸ストロンチウムを使用すると、単位面積あたりの静電容量が非常に高い薄膜エンベディッドキャパシタンス１０’を製造することができる。このときの誘電体材料層６の緻密度は約５０％となる。

引き続き、前記誘電体材料６の一部を開口部とする所望の大きさのマスクＭ５を前記誘電体材料層６の＋Ｚ方向側表面に載せる（図７Ａ参照）。次いで、前記第２電極を、スパッタリング法によって、金又は白金を用いて形成し、その後マスクＭ５を除去する（図７Ｂ参照）。
以上のようにして、第２電極８を形成し、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０が製造される。

次に、プリント配線部材２０の製造方法を説明する。なお、プリント配線部材２０の製造は、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０の製造と並行して、又は、独立して行われる。

両面に導体フィルム（２２Ｌ，２２Ｕ）を備える導体フィルム付きキャリア部材２２（図８Ａ参照）の＋Ｚ方向側表面の全面にドライフィルムレジスト２４Ｕをラミネートするとともに、導体フィルム２２Ｌの−Ｚ方向にもドライフィルムレジスト２４Ｌをラミネートする。こうしたドライフィルムレジストとしては、例えば、ＨＷ４４０（日立化成（株）製）等を挙げることができる。ここで使用することができるキャリア部材は、上述した通りである。

次いで、フォトリソグラフィ法により、導体フィルム２２Ｕの＋Ｚ方向側表面上の導体パターン２２ｃを形成すべき領域以外からレジストを除去して凹部を形成する。また、導体フィルム２２Ｌの−Ｚ方向側表面上の導体パターン２２ｂを形成すべき領域からレジストを除去して凹部を形成する（図８Ｂ参照）。

次に、所定のエッチング液を用いてエッチングを行い、導体パターン２２ｂ，２２ｃを形成する。引き続き、ドライフィルムレジストを除去する（図８Ｃ参照）。

次に、絶縁層２２ａの−Ｚ側表面に形成された導体パターン２２ｃの−Ｚ側表面、及び絶縁層２２ａの＋Ｚ側表面に形成された導体パターン２２ｂの＋Ｚ側方向表面それぞれに、例えば、液体レジストを塗布して、レジスト層を形成する。ついで、導体パターン２２ｃの−Ｚ方向側表面に形成されたレジスト層のうち、後述する導電性接続部材２６を形成する領域上のレジスト層をフォトリソグラフィ法等によって除去する。この操作によって形成された凹部では、導電性接続部材形成領域における導体フィルムの−Ｚ側表面が、所望の大きさで露出している。

ここで使用する液体レジストとしては、例えば、ＰＥＲ−２０（太陽インキ（株）製）等を使用することができる。

次いで、上記のように露出させた導体フィルム上に、導電性接続部材２６を形成し、プリント配線部材２０を製造する（図９Ａ参照）。

ここで形成する導電性接続部材としては、図９Ａに示すようなＳｎバンプの他、Ｓｂ、Ａｕ、Ａｇ等を挙げることができる。

なお、ドリル等を用いて、所望位置に貫通孔を形成し、貫通孔内をめっきする等して、プリント配線部材２０の内層パターン２２ｂと外層パターン２２ｃとを層間接続させるバイアホールが形成される。

この後、絶縁層２２ａ及び導体パターン２２ｂを覆うように、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁性の接着剤等を塗布し（図９Ｂ参照）、上述したように製造した本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０の第２電極と、上述した導電性接続部材とが対向するように重ねる。

引き続き、所望の条件下、例えば、約１８５℃、約４０ｋｇ／ｍ²の圧力で１時間加熱して、薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュール１０が接着層３０を介してプリント配線部材２０と接着された積層体５０を製造する（図１０参照）。この段階で、第２電極８が導電性接続部材を介してプリント配線部材の内層パターン２２ｃと接続される。

次いで、積層体５０から、配線用金属薄膜２を残して、キャリア部材１を定法に従って剥がし、積層体６０とする（図１１参照）。

引き続き、配線用金属薄膜２の−Ｚ方向側表面上に、ドライフィルムレジストを積層して、レジスト層を形成する。また、絶縁層２２ａ及び導体パターン２２ｃの＋Ｚ方向側表面にも同様にしてレジスト層を形成する。

次いで、配線用金属薄膜２の−Ｚ方向側表面から、配線パターン２Ｐを形成する領域を残してレジスト層を除去する。この後、定法に従ってエッチングを行い、配線パターン２Ｐを形成し、絶縁層２２ａ及び導体パターン２２ｃの＋Ｚ方向側表面に形成したレジスト層を除去する。

なお、ドリル等を用いて、所望の位置に貫通孔を形成し、上記と同様に貫通孔内をめっき等して、プリント配線部材２０の外層パターン２２ｃと配線パターン２Ｐとを導通接続させるバイアホールが適宜形成される。

以上のようにして、薄膜エンベディッドキャパシタンスが所望の位置に埋め込まれたプリント配線板１００を製造する（図１参照）。

なお、図示は省略しているが、上述したプリント配線板１００の＋Ｚ方向側表面及び−Ｚ方向側表面には、ソルダレジストが形成されている。

以下に、本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンス、及び前記薄膜エンベディッドキャパシタンスを埋め込んだプリント配線板の特性について、実施例を用いて詳細に説明する。なお、本実施例では、後述する各化合物を使用した薄膜エンベディッドキャパシタンスを例に挙げて説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら制限されるものではない。

［１］薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールの製造
（１）実施例１〜３
支持部材として、表面が粗化されたキャリア付導体フィルムとして、キャリア付極薄銅箔（三井金属鉱業（株）製、Ｍｉｃｒｏ−Ｔｈｉｎ）を使用した。このキャリア付極薄銅箔は、３.５μｍ厚みの銅層が形成されており、この銅層の表面の粗さ（Ｒｚ）は１．２μｍである。

また、下記の表１に示す各層を形成するために使用する化合物を用いてスパッタリングを行った。スパッタリング装置としては、ライボルト（社）製のものを使用した。

約３００×３００ｎｍの開口部を有するステンレス製のマスクを、この銅層の上にのせ、下記表１に示す条件に従ってスパッタリングを行い、厚み約５００Å（５０ｎｍ）のチタン層を形成した。

ついで、下記表１に示す条件に従ってスパッタリングを行い、厚み約２,０００Å（２００ｎｍ）のルテニウム層を、バリヤ層として形成した。

さらに、下記表１に示す条件に従って反応性スパッタリングを行い、厚み約５００Å（５０ｎｍ）のニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ₃）層を、ニッケル酸化合物層として形成し、第１電極とした。

次に、上記表１の条件に従って反応性スパッタリングを行い、厚み約２,０００Å（２００ｎｍ）のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）誘電体材料層を、第１電極全体と配線用銅薄膜とを覆うように形成した。

引き続き、上記表１の条件に従って、白金を用いて第２電極を形成し、実施例１〜３の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールを形成した。

（２）比較例１〜２
誘電体材料層の温度条件を変えたほかは、上記表１に示したものと同様にして、比較例１及び２の薄膜エンベディッドキャパシタンスモジュールを製造した。条件を下記表２及び表３に示す。

［２］薄膜エンベディッドキャパシタンスを埋め込んだプリント配線板１００の製造
（１）プリント配線部材２０の製造
両面に導体フィルムを備えるキャリア部材１の両面全面にドライフィルムレジストＨＷ４４０（日立化成（株）製）をラミネートした。

次いで、光量１１０ｍＪ、Ｎａ₂ＣＯ ₃を現像液として３０秒間現像するという条件でフォトリソグラフィ法により、所定の導体パターン形成領域を残して上記のドライフィルムレジストを除去した。

次に、塩化第二銅エッチング液を用いてエッチングを行い、導体パターン２２ｂ及び２２ｃを形成した。次いで、ドライフィルムレジストを除去した。

次いで、キャリア部材上に形成された導体パターン２２ｂ上及びこの導体パターン２２ｂが形成されているキャリア部材表面全面に、ドライフィルムレジストＨＷ４４０（日立化成（株）製）をラミネートした。また、導体パターン２２ｃが形成されているキャリア部材表面上にも、上記のドライフィルムレジストをラミネートした。

上記と同様の条件でフォトリソグラフィを行い、導体パターン２２ｃ上の導電性接続部材２６形成領域のレジストを除去した。

次に、ドリル等を用いて貫通孔を形成し、貫通孔内及び貫通孔開口部周辺を下記の組成のめっき液を用いて、下記表４に示す条件で１．２Ａ／ｄｍ²、６０分間の条件でめっきした。

めっきレジストを用いて、不溶な成分を除去した。引き続き、Ｓｎバンプをこの領域に形成し、プリント配線部材２０を製造した。

この後、キャリア部材及び導体パターンを覆うように接着剤を塗布し、上記[１]で製造した各薄膜エンベディッドキャパシタンスの第２電極と、上記のＳｎバンプとが対向するように重ねた。

引き続き、約１８５℃、約４０ｋｇ／ｍ²の圧力で１時間加熱して、積層体５０を製造した。この積層体から、配線用金属薄膜を残して、キャリア部材１を剥がし、積層体６０を形成した。

積層体６０の全面に、ＨＷ４４０を用いてレジストを形成した。上記の条件と同様の条件でフォトリソグラフィを行い、配線用金属薄膜２上から、配線パターン２Ｐを形成する領域を残して、レジストを除去した。

ついで、上述した塩化第二銅エッチング液を用いてエッチングを行い、配線パターンを形成した。その後、残りのレジストを除去した。

引き続き、上記と同様にして配線パターン２Ｐと内層パターン２２ｃとを層間接続するバイアホールを形成する。

次に、ソルダマスクを設けて薄膜エンベディッドキャパシタンスが所望の位置に埋め込まれたプリント配線板１００（実施例１〜３、比較例１〜２）を製造した。ここで、埋め込まれたキャパシタンスの大きさは、直径０．５ｍｍであった。

［３］実施例１〜３及び比較例１〜２のプリント配線板の物性値の比較
上記［２］で製造した各プリント配線板の評価を下記の表５に示す。表５中、クラックの有無はプリント配線板を配線部分を含むように切断し、その断面を顕微鏡（×１００）で観察して評価した。

また、リーク電流の有無は、外層パターン２２ｂと配線パターン２Ｐとの間に１００Ｖの電圧を印加し、１５０℃に昇温した後に、ウルトラハイレジスター（アドバンテスト社製Ｒ８３４０）を用いて測定し、評価した。

さらに、信頼性はヒートサイクル条件（−６０℃／３分及び１４０℃／３分を１サイクルとする）下で、３,０００サイクル行い、クラックの有無を観察して評価した。表５中、クラックが発生しなかったものを○、クラックが発生したものを×で示した。

表５に示すように、実施例１〜３では、容量が０．４〜０．７nF/mm²となり、εは８０〜１００であった。この数値から、誘電体材料層の緻密度を求めたところ、約５０％となった。

また、チタン酸ストロンチウムを用いた誘電体材料層の形成を１５０℃で行った比較例１では容量に問題があり、また、５００℃で行った比較例２では信頼性に問題があった。

一方、誘電体層の形成を約３００℃で行った実施例１〜３では、クラック、リークともに認められず、信頼度の高いことが示された。

［４］単位面積あたりの静電容量の比較

実施例１〜３の薄膜エンベディッドキャパシタンスの単位面積当たりの静電容量を測定し、キャパシタシートＺＢＣ２０００（商品名、SANMIYA-SCI（株）製）と比較した。
実施例１〜３の薄膜エンベディッドキャパシタンスの静電容量は、３，７５０倍と非常に高い値を示した。

以上より、本発明の薄膜エンベディッドキャパシタンスは、小型かつ容量が大きいものであることが示された。

以上説明したように、本発明は、小型で容量が大きいキャパシタンスを提供できるため、各種のプリント配線板に配置する際に制限が小さい。したがって、動作の安定性のよいプリント配線板として有用である。

Claims (8)

1. 非降伏状態の金属材料からなる配線用金属薄膜上に形成された第１電極と；
   前記第１電極及び前記配線用金属薄膜上に、２００℃以上４００℃未満の温度でスパッタリング法により形成された、前記配線用金属薄膜よりも小さな熱膨張率を有する誘電体材料層と；
   前記誘電体材料層上に形成された第２電極と；を備え、
   前記第１電極は、
   配線用金属薄膜上に形成されたチタン層と；
   前記チタン層を被覆するように形成されたバリヤ層と；
   前記バリヤ層を被覆するように形成されたニッケル酸化合物層と；
   から構成され、
   前記誘電体材料層の形成に使用される誘電体は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム _1-x ストロンチウム _x 、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びチタン酸ビスマスからなる群から選ばれるいずれかのものである、
   ことを特徴とする、薄膜エンベディッドキャパシタンス（ここで、ｘは０．０５以上０．９５以下の小数を表す）。
2. 前記非降伏状態の金属材料が銅であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス。
3. 前記バリヤ層は、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、及び白金からなる群から選ばれる金属で形成された薄膜であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス。
4. 前記ニッケル酸化合物層は、ニッケル酸ランタン又はニッケル酸リチウムで形成されるものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス。
5. 前記チタン層と、前記バリヤ層と、前記ニッケル酸化合物層とは、いずれも、常温以上〜約１５０℃以下の温度で、スパッタリング法によって形成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス。
6. 前記誘電体材料層の熱膨張率（α１）と、前記配線用金属薄膜の熱膨張率（α２）とは、下記式（１）
   （α２−α１）ΔＴ×１００≧０．１・・・・・・（１）
   を満たすものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス（上記式中、ΔＴは、常温と、誘電体形成時の配線用金属薄膜の加熱温度との温度差を表す）。
7. 前記第２電極は、金又は白金からなるものであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜エンベディッドキャパシタンス。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜エンベディッドキャパシタンスが、内層又は外層の少なくとも一方に配置されている、プリント配線板。

Images